JP2008310900A - 不揮発性半導体記憶装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 不揮発性のメモリセルブロックのワード線を複数の動作モードに応じて複数電圧を切り替えて駆動するワード線駆動回路に対して、動作モード及びメモリセルブロックの選択・非選択の別によってオフリーク電流を制御することで、高速動作を維持しつつ低消費電力化が可能な不揮発性半導体記憶装置を提供する。
【解決手段】 ワード線駆動回路12のワード線駆動トランジスタQ1,Q2のソースにワード線電圧を選択的に供給するワード線電圧供給回路14と、ワード線駆動トランジスタのバックゲートにワード線電圧とは異なるバックゲート電圧を供給するバックゲート電圧供給回路17を備え、ワード線駆動トランジスタのバックゲートに、選択状態のメモリセルブロック11ではワード線電圧供給回路14からソースと同電圧を、非選択状態のメモリセルブロック11ではバックゲート電圧供給回路17からバックゲート電圧を供給する。
【選択図】 図2
【解決手段】 ワード線駆動回路12のワード線駆動トランジスタQ1,Q2のソースにワード線電圧を選択的に供給するワード線電圧供給回路14と、ワード線駆動トランジスタのバックゲートにワード線電圧とは異なるバックゲート電圧を供給するバックゲート電圧供給回路17を備え、ワード線駆動トランジスタのバックゲートに、選択状態のメモリセルブロック11ではワード線電圧供給回路14からソースと同電圧を、非選択状態のメモリセルブロック11ではバックゲート電圧供給回路17からバックゲート電圧を供給する。
【選択図】 図2
Description
本発明は、不揮発性半導体記憶装置に関し、より詳細には、不揮発性のメモリセルを行及び列方向に複数配列したメモリセルブロックのワード線を複数の動作モード別に駆動するワード線駆動回路の低消費電力化技術に関する。
近年、不揮発性半導体記憶装置として最も普及しているフラッシュメモリは携帯電話を始めとする携帯機器に多く使われるようになっており、携帯機器の省電力化に伴って、使用されるフラッシュメモリについても低電源電圧/低消費電力が求められている。一方でフラッシュメモリはデータの書き込み、消去、読み出し動作に高電圧を必要とし、消費電力が大きくなる要因となっている。
ここで、一般的なフラッシュメモリにおける書き込み、消去、読み出しの各メモリ動作について、図5〜図7を参照して簡単に説明しておく。図5〜図7は、単体のフラッシュメモリセルへの書き込み、消去、読み出しの各メモリ動作時における各端子(制御ゲート1、ドレイン2、ソース3、基板(バックゲート)4)に対する電圧印加条件と、フローティングゲート5と各端子1〜4間での電子(負電荷)の流れを、模式的に示している。尚、以下の説明では、フラッシュメモリセルは、ドレイン2とソース3間のチャネル領域上に、トンネル酸化膜6を介してフローティングゲート5が形成され、フローティングゲート5上に、絶縁膜7を介して制御ゲート1が形成された、所謂スタックゲート型のフラッシュメモリセルを想定している。また、図示していないが、フラッシュメモリセルを行及び列方向に複数配列してメモリセルアレイを構成する場合、同一行に配列された複数のメモリセルの各制御ゲートを行方向に延伸する共通のワード線に接続し、同一列に配列された複数のメモリセルの各ドレインを列方向に延伸する共通のビット線に接続し、複数のメモリセルの各ソースを共通のソース線に接続して、各端子への電圧印加を、夫々ワード線、ビット線、ソース線、基板を介して行うように構成されている。
当業者に良く知られているように、フラッシュメモリは書き込み動作によりフローティングゲート5中に蓄積される負電荷量(電子の蓄積量)を増大させることで閾値電圧を所定値より高くしてデータの書き込みを行い、消去動作によりフローティングゲート5中に蓄積される負の電荷量を減少させることで閾値電圧を所定値より低くしてデータの消去を行うことによって、データの記憶を実現している。
書き込み動作では、図5に示すように、ソース3に0V、ドレイン2に例えば5Vの正電圧、制御ゲート1に例えば8Vの正電圧を印加する。これにより、ソース・ドレイン間に電流を流すことで発生するホットエレクトロンがフローティングゲート5に注入される。この結果、メモリセルの閾値電圧が高くなる。
また、消去動作では、図6に示すように、基板4とフローティングゲート5間のトンネル酸化膜6に流れるトンネル電流を利用する。消去動作では、基板4に約6V、コントロールゲートに約−8Vの電圧を印加する。ドレイン2及びソース3は、オープン状態(電圧非印加の高インピーダンス状態)にする。この時、フローティングゲート5・基板4間の非常に高い電界により、トンネル酸化膜6にFN(Fowler‐Nordheim)電流が流れる。これにより、フローティングゲート6に蓄積されている電子は基板4へ引き抜かれる。消去動作により、書き込み状態のフラッシュメモリセルの閾値電圧が低くなる。
また、読み出し動作では、図7に示すように、センスアンプ等の比較回路(図示せず)を用いて、メモリセルの閾値電圧に応じてドレイン・ソース間を流れる電流Idsと、消去状態の閾値電圧と書き込み状態の閾値電圧の中間的な閾値電圧に対応する基準電流(図示せず)とを、大小比較することで実現している。図7(a)では、フローティングゲート5に電子が注入されていないため、閾値電圧が低い消去状態でのメモリセル電流Idsを示しており、データ“1”を表しているものとする。図7(b)では、フローティングゲート5に電子が注入されているため、閾値電圧が高い書き込み状態でのメモリセル電流Idsを示しており、データ“0” を表しているものとする。
以上、図5〜図7を参照して説明したように、書き込み、消去、読み出しの各メモリ動作で、各端子への電圧印加条件が異なり、特に、ワード線への印加電圧は、上記では説明しなかったが、動作対象でない非選択メモリセルを不活性化するために、ワード線を介して制御ゲート1に0Vを印加する必要から、2種類の正電圧(書き込み動作と読み出し動作)、接地電圧(非選択時)、負電圧(消去動作)の供給が必要となる。つまり、ワード線を駆動するワード線駆動回路のトランジスタにおいては、オフ状態でも、ドレイン・ソース間に正または負の高電圧が印加された状態となるため、オフリーク電流(サブスレッシュホールド電流)が増大して、ワード線の本数の多い大容量メモリほど、当該オフリーク電流による消費電流の増加が無視できなってくる。
ところで、オフリーク電流を低減するために、基板バイアス効果を利用する試みが従来技術として存在する。下記の特許文献1で開示されている半導体集積回路装置においては、同特許文献1の図1(図示せず)に開示されているように、動作モードに応じて駆動用トランジスタの基板バイアスを切り替えて基板バイアス効果を制御して閾値電圧を変化させることで、通常動作状態では駆動用トランジスタの閾値電圧を低くして可能な限り高速動作を維持し、駆動用トランジスタが高速動作しない待機状態等では閾値電圧を高くして低消費電力化を図っている。
しかしながら、上述のワード線駆動回路の駆動用トランジスタでは、駆動する電圧の種類が多いため、駆動電圧毎に、基板バイアス効果を切り替える制御が極めて煩雑になるという問題がある。従って、オフリーク電流を低減するために常時基板バイアス効果を利用して閾値電圧を高くする試みがなされている。しかし、この場合は、ワード線駆動用のトランジスタの閾値電圧が高いため、ワード線の高速駆動が阻害されることになる。
更に、フラッシュメモリでは、動作モードが多岐に亘るだけでなく、消去動作に掛かる時間が長いため、メモリセル領域を複数のブロックに分割してブロック単位で消去動作を行うことが一般に行われている。従って、書き込み、消去、読み出しの各メモリ動作の対象となっている選択ブロックと、そうでない非選択ブロックに対しても、ブロックの選択・非選択に応じて、ワード線駆動回路のトランジスタでのオフリーク電流を制御することで、更なる低消費電力化が期待できる。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、不揮発性のメモリセルを行及び列方向に複数配列したメモリセルブロックのワード線を複数の動作モードに応じて複数種の駆動電圧を切り替えて駆動するワード線駆動回路に対して、動作モード及びメモリセルブロックの選択・非選択の別によってオフリーク電流を制御することで、高速動作を維持しつつ低消費電力化が可能な不揮発性半導体記憶装置を提供することにある。
上記目的を達成するための本発明に係る不揮発性半導体記憶装置は、少なくとも第1端子と第2端子に対する動作モード別の電圧印加によって電気的にデータの読み出し動作及び書き換え動作が可能な不揮発性のメモリセルを行及び列方向に複数配列し、同一行に配列された複数の前記メモリセルの前記第1端子を行方向に延伸する共通のワード線に接続し、同一列に配列された複数の前記メモリセルの前記第2端子を列方向に延伸する共通のビット線に直接或いは同一列の他の前記メモリセルを介して接続してなるメモリセルブロックを複数配置してなるブロック群と、前記メモリセルブロックの1つにおいて、前記ワード線の1または複数を選択して、選択された選択ワード線に対して動作モードに応じた選択用ワード線電圧を印加し、選択されない非選択ワード線に対して動作モードに応じた非選択用ワード線電圧を印加するワード線駆動回路と、前記メモリセルブロックの1つにおいて、前記ビット線の1または複数を選択して、選択された選択ビット線に対して動作モードに応じた選択用ビット電圧を印加し、選択されない非選択ビット線に対して動作モードに応じた非選択用ビット電圧を印加するか、または、オープン状態とするビット線駆動回路と、前記選択用ワード線電圧または前記選択用ワード線電圧と前記非選択用ワード線電圧の内の前記動作モードに応じた1つのワード線電圧を前記ワード線駆動回路に選択的に供給するワード線電圧供給回路と、前記選択用ビット線電圧または前記選択用ビット線電圧と前記非選択用ビット線電圧の内の前記動作モードに応じた1つのビット線電圧を前記ビット線駆動回路に選択的に供給するビット線電圧供給回路と、前記ビット線駆動回路によって選択された前記選択ビット線を流れる電流量に基づいて選択された前記メモリセルのデータの読み出しを行う読み出し回路と、を備えてなる不揮発性半導体記憶装置であって、
前記ワード線駆動回路が前記ワード線毎に少なくとも1つのワード線駆動トランジスタを備え、前記ワード線駆動トランジスタが、ドレインが前記ワード線に接続し、ソースに前記ワード線電圧供給回路の出力電圧が供給され、ゲートに前記ワード線の選択・非選択状態及び前記動作モードに応じたデコード信号電圧が供給され、バックゲートに前記メモリセルブロックの選択・非選択状態及び前記動作モードに応じたバックゲート電圧が選択的に供給されるように構成され、前記メモリセルブロックの非選択状態における前記動作モードに応じた前記ソースに印加される電圧とは異なる非選択バックゲート電圧を前記ワード線駆動トランジスタのバックゲートに供給するバックゲート電圧供給回路を備え、
前記ワード線駆動トランジスタのバックゲートに、当該ワード線駆動トランジスタに対応する前記メモリセルブロックの選択・非選択状態に応じて、前記メモリセルブロックが選択状態の場合に、前記ワード線電圧供給回路からソースと同電圧が供給され、前記メモリセルブロックが非選択状態で当該ワード線駆動トランジスタがオフ状態となる場合に、前記バックゲート電圧供給回路から前記非選択バックゲート電圧が供給されることを第1の特徴とする。
前記ワード線駆動回路が前記ワード線毎に少なくとも1つのワード線駆動トランジスタを備え、前記ワード線駆動トランジスタが、ドレインが前記ワード線に接続し、ソースに前記ワード線電圧供給回路の出力電圧が供給され、ゲートに前記ワード線の選択・非選択状態及び前記動作モードに応じたデコード信号電圧が供給され、バックゲートに前記メモリセルブロックの選択・非選択状態及び前記動作モードに応じたバックゲート電圧が選択的に供給されるように構成され、前記メモリセルブロックの非選択状態における前記動作モードに応じた前記ソースに印加される電圧とは異なる非選択バックゲート電圧を前記ワード線駆動トランジスタのバックゲートに供給するバックゲート電圧供給回路を備え、
前記ワード線駆動トランジスタのバックゲートに、当該ワード線駆動トランジスタに対応する前記メモリセルブロックの選択・非選択状態に応じて、前記メモリセルブロックが選択状態の場合に、前記ワード線電圧供給回路からソースと同電圧が供給され、前記メモリセルブロックが非選択状態で当該ワード線駆動トランジスタがオフ状態となる場合に、前記バックゲート電圧供給回路から前記非選択バックゲート電圧が供給されることを第1の特徴とする。
上記第1の特徴の不揮発性半導体記憶装置によれば、ブロック群の中から選択されたメモリセルブロックに対して、データの読み出し動作及び書き換え動作等のメモリ動作別に、ワード線駆動回路が、ワード線電圧供給回路から供給される動作モードに応じた1つのワード線電圧を動作対象の選択メモリセルのワード線に印加し、ビット線駆動回路が、ビット線電圧供給回路から供給される動作モードに応じた1つのビット線電圧を選択メモリセルのビット線に印加することで、当該メモリ動作に必要な電圧が選択メモリセルに印加され、当該メモリ動作を実行することができる。更に、各メモリ動作の実行とともに、ワード線駆動回路を構成するワード線駆動トランジスタが、バックゲートに、当該ワード線駆動トランジスタに対応するメモリセルブロックの選択・非選択状態に応じて、メモリセルブロックが選択状態の場合に、ワード線電圧供給回路からソースと同電圧が供給され、メモリセルブロックが非選択状態で当該ワード線駆動トランジスタがオフ状態となる場合に、バックゲート電圧供給回路から非選択バックゲート電圧が供給されるように構成されているので、選択状態のメモリセルブロックのワード線駆動は、ワード線駆動トランジスタに対するバックゲート効果による閾値電圧の上昇を抑制して高速動作可能にし、非選択状態のメモリセルブロックでオフ状態となるワード線駆動トランジスタに対して、バックゲート電圧を適正に選択することによってバックゲート効果(基板バイアス効果と同じ)による閾値電圧の上昇を発生させてオフリーク電流を低減して低消費電力化を行い、高速動作と低消費電力化をブロック群の全体において同時に実現することができる。この結果、記憶容量の大容量化に伴ってメモリセルブロック数が多くなっても、非選択のメモリセルブロックにおいて低消費電力化が図れるので、メモリセルブロック数の増加に伴うワード線電圧供給回路のオフリーク電流に起因する消費電力の増加を抑制でき、低消費電力化を図ることができる。
ここで、ワード線駆動トランジスタのソースに供給するワード線電圧が動作モードに応じて複数存在するが、メモリセルブロックが選択状態の場合は、ワード線駆動トランジスタのバックゲートにはワード線電圧供給回路からソースと同電圧が供給されるので、バックゲート電圧供給回路は、ワード線電圧供給回路と重複するワード線電圧と同電圧のバックゲート電圧を生成して供給する必要がなく、回路構成の簡素化が図れる。
本発明に係る不揮発性半導体記憶装置は、上記第1の特徴に加えて、更に、前記ワード線駆動トランジスタのバックゲートに、当該ワード線駆動トランジスタに対応する前記メモリセルブロックが非選択状態で当該ワード線駆動トランジスタがオン状態となる場合に、前記ワード線電圧供給回路からソースと同電圧が供給されることを第2の特徴とする。
上記第2の特徴の不揮発性半導体記憶装置によれば、メモリセルブロックが非選択状態で当該ワード線駆動トランジスタがオン状態となる場合には、オフリーク電流を抑制する必要がないことから、メモリセルブロックが非選択状態において予め閾値電圧の上昇を抑制しておくことで、当該メモリセルブロックが非選択状態から選択状態になった場合に、当該ワード線駆動トランジスタに対しては閾値電圧を低下させる制御を行わなくて済むので、回路制御が簡素化される。
本発明に係る不揮発性半導体記憶装置は、上記第1または第2の特徴に加えて、更に、前記ワード線駆動回路が前記ワード線毎に、少なくとも1つのPチャネルMOSトランジスタからなる第1ワード線駆動トランジスタと、少なくとも1つのNチャネルMOSトランジスタからなる第2ワード線駆動トランジスタを備え、前記第1及び第2ワード線駆動トランジスタの夫々が、ドレインが前記ワード線に接続し、ソースに前記ワード線電圧供給回路の前記ワード線駆動トランジスタ別の出力電圧が供給され、ゲートに前記第1及び第2ワード線駆動トランジスタ共通の前記デコード信号電圧が供給可能に構成され、前記第1及び第2ワード線駆動トランジスタの何れか一方または両方が、バックゲートに前記メモリセルブロックの選択・非選択状態及び前記動作モードに応じた前記ワード線駆動トランジスタ別のバックゲート電圧が切り替え供給可能に構成されていることを第3の特徴とする。
本発明に係る不揮発性半導体記憶装置は、上記第3の特徴に加えて、更に、前記第1及び第2ワード線駆動トランジスタの夫々が、バックゲートに前記メモリセルブロックの選択・非選択状態及び前記動作モードに応じた前記ワード線駆動トランジスタ別のバックゲート電圧が選択的に供給されるように構成され、前記第1及び第2ワード線駆動トランジスタの何れか一方のバックゲートに、当該第1及び第2ワード線駆動トランジスタに対応する前記メモリセルブロックが非選択状態で当該第1及び第2ワード線駆動トランジスタの当該何れか一方がオン状態となる場合に、前記ワード線電圧供給回路からソースと同電圧が供給されることを第4の特徴とする。
上記第3または第4の特徴の不揮発性半導体記憶装置によれば、ワード線駆動回路がワード線毎に、少なくとも1つのPチャネルMOSトランジスタからなる第1ワード線駆動トランジスタと、少なくとも1つのNチャネルMOSトランジスタからなる第2ワード線駆動トランジスタを備えて構成される場合においても、第1及び第2ワード線駆動トランジスタの夫々について、上記第1または第2の特徴の不揮発性半導体記憶装置と同様に、オフリーク電流の制御がなされ、動作モードとメモリセルブロックの選択・非選択に応じて高速動作と低消費電力化の両立が可能となる。
本発明に係る不揮発性半導体記憶装置は、上記第3または第4の特徴に加えて、更に、前記動作モードが、読み出し動作及び書き換え動作の何れでもない待機モードの場合に、全ての前記メモリセルブロックにおいて、前記第1ワード線駆動トランジスタの全てがオフ状態になり、前記第2ワード線駆動トランジスタがオン状態になり、且つ、前記第1ワード線駆動トランジスタのバックゲートに、ソースに印加される電圧より高電圧のバックゲート電圧が印加されることを第5の特徴とする。
上記第5の特徴の不揮発性半導体記憶装置によれば、待機モードにおいて、各メモリセルブロックのオフ状態となる第1ワード線駆動トランジスタのオフリーク電流を抑制でき、待機モード時の低消費電力化が図れる。
本発明に係る不揮発性半導体記憶装置は、上記何れかの特徴に加えて、更に、前記メモリセルが第3端子を備え、前記第1端子が、前記第2端子と前記第3端子間の導通状態を電圧制御するゲート端子であり、同一行または同一列の前記メモリセルの前記第3端子が、行方向または列方向に延伸する共通のソース線に接続することを第6の特徴とする。
本発明に係る不揮発性半導体記憶装置は、上記第6の特徴に加えて、更に、前記メモリセルが、フローティングゲート構造のフラッシュメモリセルで、前記第1端子、前記第2端子及び前記第3端子が、夫々前記フラッシュメモリセルの制御ゲート、ドレイン及びソースであることを第7の特徴とする。
上記第6または第7の特徴の不揮発性半導体記憶装置によれば、メモリセルがフラッシュメモリセル等の第1端子が第2端子と第3端子間の導通状態を電圧制御するゲート端子として機能する端子構造の場合において、上記第1乃至第5の特徴の不揮発性半導体記憶装置の作用効果を奏することができる。
以下、本発明に係る不揮発性半導体記憶装置(以下、適宜「本発明装置」と称す)の一実施形態につき、図面に基づいて具体的に説明する。
図1に、本発明装置10の概略のブロック構成を模式的に示す。本発明装置10は、メモリセルブロック11を複数配置してなるブロック群、ワード線駆動回路12、ビット線駆動回路13、ワード線電圧供給回路14、ビット線電圧供給回路15、読み出し回路16、バックゲート電圧供給回路17、及び、制御回路18等を備えて構成される。また、図2に、1つのメモリセルブロック11における、ワード線駆動回路12、ワード線電圧供給回路14、及び、バックゲート電圧供給回路17のより詳細な回路構成を示す。
メモリセルブロック11は、不揮発性のメモリセルを行方向及び列方向に複数配列し、同一行に配列された複数のメモリセルの各第1端子を行方向に延伸する共通のワード線に接続し、同一列に配列された複数のメモリセルの各第2端子を列方向に延伸する共通のビット線に接続し、複数のメモリセルの各第3端子を行方向または列方向に延伸する共通のソース線に接続して構成される。
本実施形態では、メモリセルとして、図5〜図7で例示した素子構造のスタックゲート型のフラッシュメモリセルを想定する。メモリセルは、図5〜図7に示すように、制御ゲート1(第1端子に相当)、フローティングゲート5、ドレイン2(第2端子に相当)、及び、ソース3(第3端子に相当)、基板4(第4端子に該当)を備え、各端子への動作モード別の電圧印加によって電気的にデータの読み出し動作及び書き換え動作が可能である。尚、書き換え動作は、メモリセルの閾値電圧を高くする書き込み動作と閾値電圧を低くする消去動作があり、各メモリ動作(読み出し、書き込み、消去)の各端子への電圧印加条件は、背景技術の欄で、図5〜図7を参照して説明した通りであるので、重複する説明は割愛する。また、本実施形態では、後述するように消去動作時の基板4の電圧印加条件が他のメモリ動作時と異なるため、フラッシュメモリセルを4端子構造のメモリセルとして扱っている。
尚、動作モードは、上記3つのメモリ動作モードと、全てのメモリセルブロック11が上記3つのメモリ動作の何れも実行しない待機モードの少なくとも4つの動作モードを備える。待機モードでは、具体的には、3つのメモリ動作の内の読み出し動作が選択された状態で、全てのメモリセルブロック11が非選択状態となっている。つまり、待機モードが解除された場合には、読み出し動作モードに直接移行可能となる。
ワード線駆動回路12は、メモリセルブロック11毎に設けられ、図2に示すように、ワード線毎にPチャネルMOSトランジスタからなる第1ワード線駆動トランジスタQ1とNチャネルMOSトランジスタからなる第2ワード線駆動トランジスタQ2を最終段に備え、メモリセルブロック11に配置された複数のワード線WL0〜WLnの中から1または複数を選択して、選択された選択ワード線に対して動作モードに応じた選択用ワード線電圧を印加し、選択されない非選択ワード線に対して動作モードに応じた非選択用ワード線電圧を印加するように構成されている。尚、消去動作モードでは、ブロック単位で消去動作が実行されるので、ワード線駆動回路12は、ワード線単位での選択・非選択動作は実行しない。
図2に示すように、第1ワード線駆動トランジスタQ1と第2ワード線駆動トランジスタQ2は、各ドレインが対応する1つのワード線WLi(i=0〜n)に共通に接続し、各ゲートがワード線の選択・非選択状態及び動作モードに応じたワード線選択用のデコード信号WDi(i=0〜n)を出力するワード線デコーダ回路19に共通に接続している。本実施形態では、ワード線デコーダ回路19は、ワード線毎に設けられており、ワード線を選択するための行アドレス信号RA(または行アドレス信号を予め部分的にデコードした行アドレスデコード信号)、動作モードを識別するための動作モード信号MS、及び、ワード線デコーダ回路19の属するメモリセルブロック11の選択・非選択状態を表すブロック選択信号BSが入力している。ブロック選択信号BSは、メモリセルブロック11毎に設けられているブロックデコーダ回路20の出力信号である。ブロックデコーダ回路20には、メモリセルブロック11を選択するためのブロックアドレス信号BAが入力している。例えば、メモリセルブロック11は、ブロック選択信号BSの信号電圧が高レベルで選択状態となり、低レベルで非選択状態となる。
ワード線選択用のデコード信号WDは、図3の一覧表に示すように、メモリセルブロック11及びワード線の選択・非選択、並びに、動作モードに応じて信号レベルが変化する。ワード線選択用のデコード信号WDの信号電圧が高レベル時には、第1ワード線駆動トランジスタQ1がオフに、第2ワード線駆動トランジスタQ2がオンとなり、第2ワード線駆動トランジスタQ2のソースに供給される電圧が、第2ワード線駆動トランジスタQ2を介してワード線に印加される。また、ワード線選択用のデコード信号WDの信号電圧が低レベル時には、第1ワード線駆動トランジスタQ1がオンに、第2ワード線駆動トランジスタQ2がオフとなり、第1ワード線駆動トランジスタQ1のソースに供給される電圧が、第1ワード線駆動トランジスタQ1を介してワード線に印加される。具体的には、メモリセルブロック11が非選択状態での読み出し若しくは書き込み動作時、メモリセルブロック11が選択状態でワード線が非選択状態での読み出し若しくは書き込み動作時、メモリセルブロック11が選択状態での消去動作時、または、待機モード時には、ワード線選択用のデコード信号WDの信号電圧が高レベルとなって第2ワード線駆動トランジスタQ2がオンし、メモリセルブロック11が非選択状態での消去動作時、または、メモリセルブロック11が選択状態でワード線が選択状態での読み出し若しくは書き込み動作時には、ワード線選択用のデコード信号WDの信号電圧が低レベルとなって第1ワード線駆動トランジスタQ1がオンする。
ビット線駆動回路13は、メモリセルブロック11毎に設けられ、入力する列アドレス信号CAに応じてメモリセルブロック11に配置された複数のビット線の1または複数を選択して、選択された選択ビット線に対して動作モードに応じた選択用ビット電圧を印加し、選択されない非選択ビット線に対して動作モードに応じた非選択用ビット電圧を印加するか、または、オープン状態とするように構成されている。本実施形態では、非選択ビット線に対してはオープン状態とするが、メモリセルブロック11のアレイ構成によっては(例えば、仮想接地線型のメモリセルアレイ等の場合)、一部または全ての非選択ビット線に対して非選択用ビット電圧を印加するようにしてもよい。また、ビット線駆動回路13は、ブロック選択信号BSの入力を受け付けて、メモリセルブロック11が非選択時には、全てのビット線をオープン状態とする。尚、消去動作モードでは、ブロック単位で消去動作が実行されるので、ビット線駆動回路13は、ビット線単位での選択・非選択動作は実行しない。
ワード線電圧供給回路14は、選択用ワード線電圧と非選択用ワード線電圧の内の動作モードに応じた1つのワード線電圧を選択して、各メモリセルブロック11のワード線駆動回路12に、メモリセルブロック11の選択・非選択状態に関係なく共通に供給する。つまり、ワード線電圧供給回路14は、全てのメモリセルブロック11間で共通に使用される。
図2に示すように、本実施形態では、ワード線電圧供給回路14は、書き込み動作用の選択ワード線電圧Vpsと読み出し動作用の選択ワード線電圧Vrsと消去動作用の接地電圧Vss(0V)を動作モードに応じて選択して第1ワード線駆動トランジスタQ1のソースに供給する第1ワード線電圧供給回路14aと、消去動作用の負電圧の選択ワード線電圧Vesと、書き込み動作及び読み出し動作用の接地電圧Vss(0V)を動作モードに応じて選択して第2ワード線駆動トランジスタQ2のソースに供給する第2ワード線電圧供給回路14bを備えて構成されている。尚、第1ワード線電圧供給回路14aは、書き込み動作用と読み出し動作用の選択用ワード線電圧Vps、Vrsを各別に発生するワード線電圧発生ユニット21a、21bを備え、第2ワード線電圧供給回路14bは、消去動作用の選択ワード線電圧Vesを発生するワード線電圧発生ユニット21cを備えて構成されている。尚、待機モード時には、第1ワード線電圧供給回路14aは読み出し動作用の選択ワード線電圧Vrsを選択して第1ワード線駆動トランジスタQ1のソースに供給し、第2ワード線電圧供給回路14bは接地電圧Vss(0V)を選択して第2ワード線駆動トランジスタQ2のソースに供給する。
ビット線電圧供給回路15は、選択用ビット線電圧の内の動作モードに応じた1つのビット線電圧を選択して各メモリセルブロック11のビット線駆動回路13に供給する。つまり、ビット線電圧供給回路15は、全てのメモリセルブロック11間で共通に使用される。
読み出し回路16は、読み出し動作時において、ビット線駆動回路13によって選択された選択ビット線を流れる電流量に基づいて選択メモリセルのデータの読み出しを行うように構成されている。読み出し回路16の回路構成としては、種々の周知な回路構成の中から、メモリセルブロック11のアレイ構成に適したものを採用するものとし、詳細な説明は割愛する。
バックゲート電圧供給回路17は、メモリセルブロック11毎に設けられ、非選択状態のメモリセルブロック11において、動作モードに応じた非選択バックゲート電圧を選択して、ワード線駆動回路12の第1及び第2ワード線駆動トランジスタQ1、Q2のオフ状態にある全てのワード線駆動トランジスタのバックゲートに供給する。図2に示すように、本実施形態では、バックゲート電圧供給回路17は、第1ワード線駆動トランジスタQ1のバックゲートに非選択バックゲート電圧を供給する第1バックゲート電圧供給回路17aと、第2ワード線駆動トランジスタQ2のバックゲートに非選択バックゲート電圧を供給する第2バックゲート電圧供給回路17bを備えて構成されている。
より具体的には、第1バックゲート電圧供給回路17aは、書き込み動作用の選択ワード線電圧Vpsより高電圧の書き込み動作用の非選択バックゲート電圧Vpbを書き込み動作時に選択し、読み出し動作用の選択ワード線電圧Vrsより高電圧の読み出し動作用の非選択バックゲート電圧Vrbを読み出し動作時に選択して、第1ワード線駆動トランジスタQ1のバックゲートに供給する。尚、待機モード時には、第1バックゲート電圧供給回路17aは、読み出し動作用の非選択バックゲート電圧Vrbを選択して、第1ワード線駆動トランジスタQ1のバックゲートに供給する。更に、第1バックゲート電圧供給回路17aは、メモリセルブロック11が選択状態の場合または消去動作時には、書き込み動作用と読み出し動作用の非選択バックゲート電圧Vpb、Vrbの何れも選択せずに、第1ワード線電圧供給回路14aから供給される、そのときの動作モードに応じた選択ワード線電圧Vps、Vrsまたは接地電圧Vss(0V)を選択して、第1ワード線駆動トランジスタQ1のバックゲートに供給する。
また、第2バックゲート電圧供給回路17bは、消去動作用の負電圧の選択ワード線電圧Vesより低電圧(絶対値で高電圧)の消去動作用の負電圧の非選択バックゲート電圧Vebを消去動作時に選択して、第2ワード線駆動トランジスタQ2のバックゲートに供給する。更に、第2バックゲート電圧供給回路17bは、メモリセルブロック11が選択状態の場合または書き込み若しくは読み出し動作時には、消去動作用の負電圧の非選択バックゲート電圧Vebは選択せずに、第2ワード線電圧供給回路14bから供給される、そのときの動作モードに応じた消去動作用の負電圧の選択ワード線電圧Vesまたは接地電圧Vss(0V)を選択して、第1ワード線駆動トランジスタQ1のバックゲートに供給する。尚、待機モード時には、第2バックゲート電圧供給回路17bは、第2ワード線電圧供給回路14bから供給される接地電圧Vss(0V)を選択して、第1ワード線駆動トランジスタQ1のバックゲートに供給する。
尚、第1バックゲート電圧供給回路17aは、書き込み動作用と読み出し動作用の非選択バックゲート電圧Vpb、Vrbを各別に発生する非選択バックゲート電圧発生ユニット22a、22bを備え、第2バックゲート電圧供給回路17bは、消去動作用の非選択バックゲート電圧Vebを発生する非選択バックゲート電圧発生ユニット22cを備えて構成されている。
図4に、第1及び第2ワード線駆動トランジスタQ1、Q2のソース及びバックゲートに夫々印加される電圧について、動作モード別、メモリセルブロック11の選択・非選択に応じて整理したものを一覧にして示す。尚、図4では、各印加電圧の一例(電圧値)を括弧内に併記している。図4より明らかなように、非選択状態のメモリセルブロック11では、書き込み及び読み出し動作時に、オフ状態の第1ワード線駆動トランジスタQ1でバックゲート効果による閾値電圧の上昇が発生し、また、消去動作時に、オフ状態の第2ワード線駆動トランジスタQ1でバックゲート効果による閾値電圧の上昇が発生して、オフリーク電流が抑制される。また、待機モード時では、オフ状態の第1ワード線駆動トランジスタQ1でバックゲート効果による閾値電圧の上昇が発生して、オフリーク電流が抑制される。ここで、3つのメモリ動作モード時の選択状態のメモリセルブロック11では、第1及び第2ワード線駆動トランジスタQ1、Q2のバックゲートには、夫々のソースと同電圧が供給されるので、バックゲート効果による閾値電圧の上昇が抑制される結果、高速動作に適したバイアス状態となっている。
制御回路18は、読み出し、書き込み、消去の各メモリ動作の制御を行う回路で、特に、書き込み及び消去動作におけるメモリセルへの各動作モードに応じた電圧印加と、その後のメモリセルの書き込みまたは消去状態を検証する読み出し動作を所定の制御アルゴリズムに則って行うシーケンシャルな制御を実行する回路で、ステートマシンや簡単なマイクロプロセッサを応用して構成される。また、動作モードは、本発明装置に入力される制御入力信号及び動作モード選択用のコマンドが制御回路18に入力されることによって識別される。認識された動作モードを示す動作モード信号MSが、制御回路18から、ワード線電圧供給回路14(14a,14b)、ビット線電圧供給回路15、及び、各メモリセルブロック11のワード線駆動回路12とバックゲート電圧供給回路17(17a,17b)に出力される。尚、制御回路18は、フラッシュメモリに搭載されている公知の回路構成が利用できるので、詳細な説明は省略する。
尚、図1では、本発明装置10のワード線駆動回路12内の第1及び第2ワード線駆動トランジスタQ1、Q2のオフリーク電流の制御に関係する要部のみを表示している。図1で表示されない本発明の本旨に直接関係しない回路や、アドレス入力信号、データ入出力信号、制御入力信号等のインターフェース回路は、一般的なフラッシュメモリと同様の回路構成が使用可能であるので、詳細な説明は省略する。
次に、本発明装置10の各動作モードでの回路動作について説明する。
〈消去動作モード〉
消去動作モードにおいて実際に選択されたメモリセルブロック11に消去用の電圧印加が行われる消去動作時について説明する。
消去動作モードにおいて実際に選択されたメモリセルブロック11に消去用の電圧印加が行われる消去動作時について説明する。
先ず、制御回路18が、消去動作時である旨の動作モード信号MSを、第1及び第2ワード線電圧供給回路14a、14b、各メモリセルブロック11の第1及び第2バックゲート電圧供給回路17a、17bとワード線デコーダ回路19とブロックデコーダ回路20に出力する。この結果、図4に示すように、第1ワード線電圧供給回路14aが、接地電圧Vss(0V)を選択して第1ワード線駆動トランジスタQ1のソースに供給し、第2ワード線電圧供給回路14bが、消去動作用の負電圧の選択ワード線電圧Ves(例えば、−8V)を選択して第2ワード線駆動トランジスタQ2のソースに供給する。各メモリセルブロック11のブロックデコーダ回路20は、夫々活性化され、入力されたブロックアドレス信号BAに基づいて自己のメモリセルブロック11が選択状態か非選択状態かを判定するブロック選択信号BSを、同じメモリセルブロック11内の第1及び第2バックゲート電圧供給回路17a、17bとワード線デコーダ回路19とビット線駆動回路13に出力する。
選択状態のメモリセルブロック11では、第1バックゲート電圧供給回路17aが、第1ワード線電圧供給回路14aから供給される接地電圧Vssを選択して第1ワード線駆動トランジスタQ1のバックゲートに供給し、第2バックゲート電圧供給回路17bが、第2ワード線電圧供給回路14bから供給される消去動作用の負電圧の選択ワード線電圧Vesを選択して第2ワード線駆動トランジスタQ2のバックゲートに供給する。また、選択状態のメモリセルブロック11の各ワード線デコーダ回路19は、図3に示すように、入力する動作モード信号MS及びブロック選択信号BSに応答して高レベルのデコード信号WDを出力する。この結果、選択状態のメモリセルブロック11の全ての第2ワード線駆動トランジスタQ2がオンして、全てのワード線に消去動作用の負電圧の選択ワード線電圧Vesが印加される。他方で、制御回路18からの制御によって、選択状態のメモリセルブロック11の各メモリセルの基板に消去動作用の高電圧(例えば、6V)が印加され、図6に示す要領で、選択状態のメモリセルブロック11の全てのメモリセルが消去される。ここで、選択状態のメモリセルブロック11では、全ての第1及び第2ワード線駆動トランジスタQ1、Q2のバックゲートにソースと同電圧が印加されているので、バックゲート効果による閾値電圧の上昇が抑制され、第1及び第2ワード線駆動トランジスタQ1、Q2によるワード線の駆動が高速に実行可能である。
非選択状態のメモリセルブロック11では、第1バックゲート電圧供給回路17aが、第1ワード線電圧供給回路14aから供給される接地電圧Vssを選択して第1ワード線駆動トランジスタQ1のバックゲートに供給し、第2バックゲート電圧供給回路17bが、消去動作用の負電圧の非選択バックゲート電圧Veb(例えば、−9V)を選択して第2ワード線駆動トランジスタQ2のバックゲートに供給する。また、非選択状態のメモリセルブロック11の各ワード線デコーダ回路19は、図3に示すように、入力する動作モード信号MS及びブロック選択信号BSに応答して低レベルのデコード信号WDを出力する。この結果、非選択状態のメモリセルブロック11の全ての第1ワード線駆動トランジスタQ1がオンして、全てのワード線に接地電圧Vssが印加される。他方で、制御回路18からの制御によって、非選択状態のメモリセルブロック11の各メモリセルの基板には接地電圧Vssが印加され、非選択状態のメモリセルブロック11の全てのメモリセルでは消去が実行されない。ここで、非選択状態のメモリセルブロック11の全ての第2ワード線駆動トランジスタQ2がオフ状態で、ソース・ドレイン間に消去動作用の負電圧の選択ワード線電圧Vesが印加されているが、バックゲートに負電圧の非選択バックゲート電圧Vebが印加されているため、バックゲート効果による閾値電圧の上昇が発生して、オフリーク電流が抑制されている。
〈書き込み動作モード〉
書き込み動作モードにおいて実際に選択されたメモリセルブロック11に書き込み用の電圧印加が行われる書き込み動作時について説明する。
書き込み動作モードにおいて実際に選択されたメモリセルブロック11に書き込み用の電圧印加が行われる書き込み動作時について説明する。
先ず、制御回路18が、書き込み動作時である旨の動作モード信号MSを、第1及び第2ワード線電圧供給回路14a、14b、各メモリセルブロック11の第1及び第2バックゲート電圧供給回路17a、17bとワード線デコーダ回路19とブロックデコーダ回路20に出力する。この結果、図4に示すように、第1ワード線電圧供給回路14aが、書き込み動作用の選択ワード線電圧Vps(例えば、8V)を選択して第1ワード線駆動トランジスタQ1のソースに供給し、第2ワード線電圧供給回路14bが、接地電圧Vss(0V)を選択して第2ワード線駆動トランジスタQ2のソースに供給する。各メモリセルブロック11のブロックデコーダ回路20は、夫々活性化され、入力されたブロックアドレス信号BAに基づいて自己のメモリセルブロック11が選択状態か非選択状態かを判定するブロック選択信号BSを、同じメモリセルブロック11内の第1及び第2バックゲート電圧供給回路17a、17bとワード線デコーダ回路19とビット線駆動回路13に出力する。
選択状態のメモリセルブロック11では、第1バックゲート電圧供給回路17aが、第1ワード線電圧供給回路14aから供給される書き込み動作用の選択ワード線電圧Vpsを選択して第1ワード線駆動トランジスタQ1のバックゲートに供給し、第2バックゲート電圧供給回路17bが、第2ワード線電圧供給回路14bから供給される接地電圧Vssを選択して第2ワード線駆動トランジスタQ2のバックゲートに供給する。また、選択状態のメモリセルブロック11の各ワード線デコーダ回路19は、図3に示すように、入力する行アドレス信号RA、動作モード信号MS及びブロック選択信号BSに応答して、選択ワード線の第1及び第2ワード線駆動トランジスタQ1、Q2に対して低レベルのデコード信号WDを、非選択ワード線の第1及び第2ワード線駆動トランジスタQ1、Q2に対して高レベルのデコード信号WDを、夫々出力する。この結果、選択状態のメモリセルブロック11において、選択ワード線の第1ワード線駆動トランジスタQ1がオンして、選択ワード線に書き込み動作用の選択ワード線電圧Vpsが印加され、非選択ワード線の第2ワード線駆動トランジスタQ2がオンして、全ての非選択ワード線に接地電圧Vssが印加される。他方で、制御回路18からの制御によって、選択状態のメモリセルブロック11の各メモリセルのソース線に接地電圧Vssが印加され、且つ、書き込み対象の選択メモリセルに接続するビット線に、ビット線駆動回路13から書き込み動作用の選択ビット線電圧Vpd(例えば、5V)が印加され、図5に示す要領で、選択状態のメモリセルブロック11内の選択メモリセルが書き込まれる。ここで、選択状態のメモリセルブロック11では、全ての第1及び第2ワード線駆動トランジスタQ1、Q2のバックゲートにソースと同電圧が印加されているので、バックゲート効果による閾値電圧の上昇が抑制され、第1及び第2ワード線駆動トランジスタQ1、Q2によるワード線の駆動が高速に実行可能である。
非選択状態のメモリセルブロック11では、第1バックゲート電圧供給回路17aが、書き込み動作用の選択ワード線電圧Vps(例えば、8V)より高電圧の書き込み動作用の非選択バックゲート電圧Vpb(例えば、9V)を選択して第1ワード線駆動トランジスタQ1のバックゲートに供給し、第2バックゲート電圧供給回路17bが、第2ワード線電圧供給回路14bから供給される接地電圧Vssを選択して第2ワード線駆動トランジスタQ2のバックゲートに供給する。また、非選択状態のメモリセルブロック11の各ワード線デコーダ回路19は、図3に示すように、入力する動作モード信号MS及びブロック選択信号BSに応答して高レベルのデコード信号WDを出力する。この結果、非選択状態のメモリセルブロック11の全ての第2ワード線駆動トランジスタQ2がオンして、全てのワード線に接地電圧Vss(0V)が印加される。他方で、制御回路18からの制御によって、非選択状態のメモリセルブロック11の各メモリセルのソース線には接地電圧Vss(0V)が印加され、且つ、全てのビット線は非選択状態となって、ビット線駆動回路13から書き込み動作用の選択ビット線電圧Vpdが印加されずにオープン状態となり、非選択状態のメモリセルブロック11の全てのメモリセルでは書き込みが実行されない。ここで、非選択状態のメモリセルブロック11の全ての第1ワード線駆動トランジスタQ1がオフ状態で、ソース・ドレイン間に書き込み動作用の選択ワード線電圧Vps(例えば、8V)が印加されているが、バックゲートに書き込み動作用の非選択バックゲート電圧Vpb(例えば、9V)が印加されているため、バックゲート効果による閾値電圧の上昇が発生して、オフリーク電流が抑制されている。
〈読み出し動作モード〉
読み出し動作モードにおいて、選択されたメモリセルブロック11に実際に読み出し用の電圧印加が行われる読み出し動作時について説明する。尚、以下の説明は、読み出し動作モードだけでなく、書き込みまたは消去動作モードの書き込みまたは消去時以外において、選択されたメモリセルブロック11に実際に読み出し用の電圧印加が行われる読み出し動作についても同様に妥当する。
読み出し動作モードにおいて、選択されたメモリセルブロック11に実際に読み出し用の電圧印加が行われる読み出し動作時について説明する。尚、以下の説明は、読み出し動作モードだけでなく、書き込みまたは消去動作モードの書き込みまたは消去時以外において、選択されたメモリセルブロック11に実際に読み出し用の電圧印加が行われる読み出し動作についても同様に妥当する。
先ず、制御回路18が、読み出し動作時である旨の動作モード信号MSを、第1及び第2ワード線電圧供給回路14a、14b、各メモリセルブロック11の第1及び第2バックゲート電圧供給回路17a、17bとワード線デコーダ回路19とブロックデコーダ回路20に出力する。この結果、図4に示すように、第1ワード線電圧供給回路14aが、読み出し動作用の選択ワード線電圧Vrs(例えば、6V)を選択して第1ワード線駆動トランジスタQ1のソースに供給し、第2ワード線電圧供給回路14bが、接地電圧Vss(0V)を選択して第2ワード線駆動トランジスタQ2のソースに供給する。各メモリセルブロック11のブロックデコーダ回路20は、夫々活性化され、入力されたブロックアドレス信号BAに基づいて自己のメモリセルブロック11が選択状態か非選択状態かを判定するブロック選択信号BSを、同じメモリセルブロック11内の第1及び第2バックゲート電圧供給回路17a、17bとワード線デコーダ回路19とビット線駆動回路13に出力する。
選択状態のメモリセルブロック11では、第1バックゲート電圧供給回路17aが、第1ワード線電圧供給回路14aから供給される読み出し動作用の選択ワード線電圧Vrsを選択して第1ワード線駆動トランジスタQ1のバックゲートに供給し、第2バックゲート電圧供給回路17bが、第2ワード線電圧供給回路14bから供給される接地電圧Vssを選択して第2ワード線駆動トランジスタQ2のバックゲートに供給する。また、選択状態のメモリセルブロック11の各ワード線デコーダ回路19は、図3に示すように、入力する行アドレス信号RA、動作モード信号MS及びブロック選択信号BSに応答して、選択ワード線の第1及び第2ワード線駆動トランジスタQ1、Q2に対して低レベルのデコード信号WDを、非選択ワード線の第1及び第2ワード線駆動トランジスタQ1、Q2に対して高レベルのデコード信号WDを、夫々出力する。この結果、選択状態のメモリセルブロック11において、選択ワード線の第1ワード線駆動トランジスタQ1がオンして、選択ワード線に読み出し動作用の選択ワード線電圧Vrsが印加され、非選択ワード線の第2ワード線駆動トランジスタQ2がオンして、全ての非選択ワード線に接地電圧Vssが印加される。他方で、制御回路18からの制御によって、選択状態のメモリセルブロック11の各メモリセルのソース線に接地電圧Vssが印加され、且つ、読み出し対象の選択メモリセルに接続するビット線に、ビット線駆動回路13から読み出し動作用の選択ビット線電圧Vrd(例えば、1V)が印加され、図7に示す要領で、選択状態のメモリセルブロック11内の選択メモリセルが読み出される。ここで、選択状態のメモリセルブロック11では、全ての第1及び第2ワード線駆動トランジスタQ1、Q2のバックゲートにソースと同電圧が印加されているので、バックゲート効果による閾値電圧の上昇が抑制され、第1及び第2ワード線駆動トランジスタQ1、Q2によるワード線の駆動が高速に実行可能である。
非選択状態のメモリセルブロック11では、第1バックゲート電圧供給回路17aが、読み出し動作用の選択ワード線電圧Vrs(例えば、6V)より高電圧の読み出し動作用の非選択バックゲート電圧Vrb(例えば、7V)を選択して第1ワード線駆動トランジスタQ1のバックゲートに供給し、第2バックゲート電圧供給回路17bが、第2ワード線電圧供給回路14bから供給される接地電圧Vssを選択して第2ワード線駆動トランジスタQ2のバックゲートに供給する。また、非選択状態のメモリセルブロック11の各ワード線デコーダ回路19は、図3に示すように、入力する動作モード信号MS及びブロック選択信号BSに応答して高レベルのデコード信号WDを出力する。この結果、非選択状態のメモリセルブロック11の全ての第2ワード線駆動トランジスタQ2がオンして、全てのワード線に接地電圧Vss(0V)が印加される。他方で、制御回路18からの制御によって、非選択状態のメモリセルブロック11の各メモリセルのソース線には接地電圧Vss(0V)が印加され、且つ、全てのビット線は非選択状態となって、ビット線駆動回路13から読み出し動作用の選択ビット線電圧Vrdが印加されずにオープン状態となり、非選択状態のメモリセルブロック11の全てのメモリセルでは読み出しが実行されない。ここで、非選択状態のメモリセルブロック11の全ての第1ワード線駆動トランジスタQ1がオフ状態で、ソース・ドレイン間に読み出し動作用の選択ワード線電圧Vrs(例えば、6V)が印加されているが、バックゲートに読み出し動作用の非選択バックゲート電圧Vrb(例えば、7V)が印加されているため、バックゲート効果による閾値電圧の上昇が発生して、オフリーク電流が抑制されている。
〈待機モード〉
待機モードでは、先ず、制御回路18が、待機モードである旨の動作モード信号MSを、第1及び第2ワード線電圧供給回路14a、14b、各メモリセルブロック11の第1及び第2バックゲート電圧供給回路17a、17bとワード線デコーダ回路19とブロックデコーダ回路20に出力する。この結果、図4に示すように、第1ワード線電圧供給回路14aが、読み出し動作用の選択ワード線電圧Vrs(例えば、6V)を選択して第1ワード線駆動トランジスタQ1のソースに供給し、第2ワード線電圧供給回路14bが、接地電圧Vss(0V)を選択して第2ワード線駆動トランジスタQ2のソースに供給する。各メモリセルブロック11のブロックデコーダ回路20は、入力された動作モード信号MSに基づいて全て非活性化され、自己のメモリセルブロック11が非選択状態である判定するブロック選択信号BSを、同じメモリセルブロック11内の第1及び第2バックゲート電圧供給回路17a、17bとワード線デコーダ回路19とビット線駆動回路13に出力する。
待機モードでは、先ず、制御回路18が、待機モードである旨の動作モード信号MSを、第1及び第2ワード線電圧供給回路14a、14b、各メモリセルブロック11の第1及び第2バックゲート電圧供給回路17a、17bとワード線デコーダ回路19とブロックデコーダ回路20に出力する。この結果、図4に示すように、第1ワード線電圧供給回路14aが、読み出し動作用の選択ワード線電圧Vrs(例えば、6V)を選択して第1ワード線駆動トランジスタQ1のソースに供給し、第2ワード線電圧供給回路14bが、接地電圧Vss(0V)を選択して第2ワード線駆動トランジスタQ2のソースに供給する。各メモリセルブロック11のブロックデコーダ回路20は、入力された動作モード信号MSに基づいて全て非活性化され、自己のメモリセルブロック11が非選択状態である判定するブロック選択信号BSを、同じメモリセルブロック11内の第1及び第2バックゲート電圧供給回路17a、17bとワード線デコーダ回路19とビット線駆動回路13に出力する。
強制的に非選択状態となった全てのメモリセルブロック11では、第1バックゲート電圧供給回路17aが、読み出し動作用の選択ワード線電圧Vrs(例えば、6V)より高電圧の読み出し動作用の非選択バックゲート電圧Vrb(例えば、7V)を選択して第1ワード線駆動トランジスタQ1のバックゲートに供給し、第2バックゲート電圧供給回路17bが、第2ワード線電圧供給回路14bから供給される接地電圧Vssを選択して第2ワード線駆動トランジスタQ2のバックゲートに供給する。また、各メモリセルブロック11の各ワード線デコーダ回路19は、図3に示すように、入力する動作モード信号MS及びブロック選択信号BSに応答して高レベルのデコード信号WDを出力する。この結果、各メモリセルブロック11の全ての第2ワード線駆動トランジスタQ2がオンして、全てのワード線に接地電圧Vss(0V)が印加される。他方で、制御回路18からの制御によって、各メモリセルブロック11の各メモリセルのソース線には接地電圧Vss(0V)が印加され、且つ、全てのビット線は非選択状態となってオープン状態となり、各メモリセルブロック11の全てのメモリセルでは、何れのメモリ動作も実行されない非活性状態となる。ここで、各メモリセルブロック11の全ての第1ワード線駆動トランジスタQ1がオフ状態で、ソース・ドレイン間に読み出し動作用の選択ワード線電圧Vrs(例えば、6V)が印加されているが、バックゲートに読み出し動作用の非選択バックゲート電圧Vrb(例えば、7V)が印加されているため、バックゲート効果による閾値電圧の上昇が発生して、オフリーク電流が抑制されている。
以上、本発明装置10では、各動作モードにおいて、非選択状態となるメモリセルブロック11で、オフ状態となる第1及び第2ワード線駆動トランジスタQ1、Q2の何れか一方において、ソースに印加されている電圧より絶対値が高電圧の非選択バックゲート電圧が、夫々のバックゲートに印加されているため、バックゲート効果による閾値電圧の上昇が発生して、オフリーク電流が抑制され、低消費電力化が実現できている。また、各メモリ動作モードでは、選択状態となるメモリセルブロック11では、バックゲート効果による閾値電圧の上昇が抑制されているため、ワード線の駆動が高速に実行可能となっており、全体として、高速動作と低消費電力化が同時に実現できている。
次に、本発明の別実施形態について説明する。
〈1〉上記実施形態では、ワード線電圧供給回路14が、第1ワード線電圧供給回路14aと第2ワード線電圧供給回路14bを備えて構成される場合を例示したが、使用するメモリセルの書き込み及び消去で使用する印加電圧によっては、第1ワード線電圧供給回路14aと第2ワード線電圧供給回路14bの何れか一方を使用せずに、本発明装置10の外部から供給される電源電圧或いは接地電圧Vssに置き換えても構わない。
更に、第1ワード線電圧供給回路14aと第2ワード線電圧供給回路14bが夫々供給する電圧の種別数、或いは、個々の電圧値及び極性は、上記実施形態のものに限定されるものではなく、使用する動作モードの種別数や、個々の動作モードの特性に応じて適宜変更可能である。
〈2〉更に、上記実施形態では、バックゲート電圧供給回路17が、第1バックゲート電圧供給回路17aと第2バックゲート電圧供給回路17bを備えて構成される場合を例示したが、オフリーク電流の制御対象となるワード線駆動トランジスタの数に応じて適宜変更してもよい。例えば、非選択状態のメモリセルブロック11において、各動作モードで、第1ワード線駆動トランジスタQ1だけがオフ状態となる回路構成の場合には、第1バックゲート電圧供給回路17aだけを備えるだけで十分である。
〈3〉更に、上記実施形態では、ワード線駆動回路12のワード線を各別に直接駆動する最終段が、PチャネルMOSトランジスタからなる第1ワード線駆動トランジスタQ1とNチャネルMOSトランジスタからなる第2ワード線駆動トランジスタQ2で構成する場合を例示したが、当該最終段の回路構成は、PチャネルMOSトランジスタとNチャネルMOSトランジスタのCMOS構成に限定されるものではなく、PチャネルMOSトランジスタとNチャネルMOSトランジスタの何れか一方のMOSトランジスタだけで構成しても良く、また、PチャネルMOSトランジスタとNチャネルMOSトランジスタの何れか一方の1つのMOSトランジスタだけで構成しても構わない。
〈4〉更に、上記実施形態では、非選択状態のメモリセルブロック11において、オン状態となる第1または第2ワード線駆動トランジスタQ1、Q2については、バックゲートに非選択バックゲート電圧を印加せずに、ソースと同電圧を印加するように制御していたが、オフ状態となる第1または第2ワード線駆動トランジスタQ1、Q2と同様に、バックゲートに動作モードに応じた非選択バックゲート電圧を印加するようにしても構わない。これにより、上記実施形態のようにワード線駆動回路12が複数のワード線駆動トランジスタを備えている場合の個々のバックゲート電圧印加の制御が簡素化される。
〈5〉更に、上記実施形態の第1及び第2ワード線電圧供給回路14a、14bにおいて、動作モードに応じて選択されなかったワード線電圧に対応するワード線電圧発生ユニット21a、21b、21cは、必ずしも当該選択されなかったワード線電圧を発生する必要がないので、動作モードに応じて非活性化するようにして低消費電力化を図るのも好ましい実施の形態である。
〈6〉更に、上記実施形態の第1及び第2バックゲート電圧供給回路17a、17bにおいて、動作モードに応じて選択されなかった非選択バックゲート電圧に対応する非選択バックゲート電圧発生ユニット22a、22b、22cは、必ずしも当該選択されなかった非選択バックゲート電圧を発生する必要がないので、動作モードに応じて非活性化するようにして低消費電力化を図るのも好ましい実施の形態である。
〈7〉更に、上記実施形態では、ビット線駆動回路13は、メモリセルブロック11毎に夫々設ける場合を想定して説明したが、メモリセルブロック11の幾つかが、列方向に各ビット線を共有する形態で配列している場合は、当該各ビット線を共有するメモリセルブロック11間では、ビット線駆動回路13を共用する回路構成であっても構わない。
〈8〉更に、上記実施形態では、フラッシュメモリセルの消去動作として、基板4側に電荷を引き抜く消去法を想定して説明したが、ソース3側に電荷を引き抜く消去法であっても構わない。この場合は、フラッシュメモリセルは3端子構造のメモリセルとして扱われ、基板4に代えてソース3に適正な正電圧を印加することになる。
〈9〉更に、上記実施形態では、不揮発性のメモリセルとしてフラッシュメモリセルを想定し、同一列に配列された複数のメモリセルのドレイン(第2端子)を列方向に延伸する共通のビット線に直接接続するNOR型のアレイ構成を想定して説明したが、不揮発性のメモリセルは、フラッシュメモリセルに限定されるものではなく、また、アレイ構成もNOR型に限定されるものではなく、同一列に配列された複数のメモリセルのドレイン(第2端子)を列方向に延伸する共通のビット線に同一列の他の1または複数のメモリセルを介して接続するNAND型のアレイ構成であっても良い。
例えば、メモリセルは、電圧印加によって抵抗値が変化して、当該電圧印加を解除した後も変化後の抵抗値が維持されることで情報を記憶可能な2端子構造の可変抵抗素子を利用したメモリセルであっても構わない。この場合、メモリセルを可変抵抗素子だけで構成した場合、メモリセルは2端子構造となり、同一行に配列するメモリセルの一方端(第1端子)を共通のワード線に接続し、同一列に配列するメモリセルの他方端(第2端子)を共通のビット線に接続することで、各メモリセルブロック11がクロスポイント型メモリセルアレイとして構成される。更に、メモリセルを可変抵抗素子とダイオードの直列回路で構成しても良い。この場合も、メモリセルは2端子構造となり、上記と同様に各メモリセルブロック11がクロスポイント型メモリセルアレイとして構成される。
更に、メモリセルを可変抵抗素子と選択用のMOSトランジスタの直列回路で構成しても良い。可変抵抗素子の一方端と選択用のMOSトランジスタのソースまたはドレインが接続する。この場合、メモリセルは3端子構造となり、選択用のMOSトランジスタのゲートがワード線と接続する第1端子となり、可変抵抗素子の他方端と選択用のMOSトランジスタの可変抵抗素子の一方端と接続しない側のドレインまたはソースの一方がビット線と接続する第2端子となり、他方がソース線と接続する第3端子となる。
可変抵抗素子を備えて構成されるメモリセルにおいても、3つのメモリ動作でのメモリセルへの電圧印加条件が夫々異なるので、つまり、電圧印加条件が異なることで、3つのメモリ動作が区別されるので、ワード線駆動回路12が扱う電圧も多種類になるため、上記実施形態と同様に、ワード線駆動回路12を構成するワード線駆動トランジスタに対してオフリーク電流を制御することで、高速動作と低消費電力化の実現が可能となる。
本発明は、不揮発性半導体記憶装置に利用可能であり、特に、不揮発性のメモリセルを行及び列方向に複数配列したメモリセルブロックのワード線を複数の動作モード別に駆動するワード線駆動回路の低消費電力化に有用である。
1: フラッシュメモリセルの制御ゲート
2: フラッシュメモリセルのドレイン
3: フラッシュメモリセルのソース
4: フラッシュメモリセルの基板
5: フラッシュメモリセルのフローティングゲート
6: フラッシュメモリセルのトンネル酸化膜
7: フラッシュメモリセルの絶縁膜
10: 本発明に係る不揮発性半導体記憶装置
11: メモリセルブロック
12: ワード線駆動回路
13: ビット線駆動回路
14: ワード線電圧供給回路
14a: 第1ワード線電圧供給回路
14b: 第2ワード線電圧供給回路
15: ビット線電圧供給回路
16: 読み出し回路
17: バックゲート電圧供給回路
17a: 第1バックゲート電圧供給回路
17b: 第2バックゲート電圧供給回路
18: 制御回路
19: ワード線デコーダ回路
20: ブロックデコーダ回路
21a、21b、21c: ワード線電圧発生ユニット
22a、22b、22c: 非選択バックゲート電圧発生ユニット
BA: ブロックアドレス信号
BL0〜BLn: ビット線
BS: ブロック選択信号
CA: 列アドレス信号
Ids: メモリセル電流
MS: 動作モード信号
Q1: 第1ワード線駆動トランジスタ(PチャネルMOSトランジスタ)
Q2: 第2ワード線駆動トランジスタ(NチャネルMOSトランジスタ)
RA: 行アドレス信号
Veb: 消去動作用の負電圧の非選択バックゲート電圧
Ves: 消去動作用の負電圧の選択ワード線電圧
Vpb: 書き込み動作用の非選択バックゲート電圧
Vpd: 書き込み動作用の選択ビット線電圧
Vps: 書き込み動作用の選択ワード線電圧
Vrb: 読み出し動作用の非選択バックゲート電圧
Vrd: 読み出し動作用の選択ビット線電圧
Vrs: 読み出し動作用の選択ワード線電圧
Vss: 接地電圧
WD0〜WDn: ワード線選択用のデコード信号
WL0〜WLn: ワード線
2: フラッシュメモリセルのドレイン
3: フラッシュメモリセルのソース
4: フラッシュメモリセルの基板
5: フラッシュメモリセルのフローティングゲート
6: フラッシュメモリセルのトンネル酸化膜
7: フラッシュメモリセルの絶縁膜
10: 本発明に係る不揮発性半導体記憶装置
11: メモリセルブロック
12: ワード線駆動回路
13: ビット線駆動回路
14: ワード線電圧供給回路
14a: 第1ワード線電圧供給回路
14b: 第2ワード線電圧供給回路
15: ビット線電圧供給回路
16: 読み出し回路
17: バックゲート電圧供給回路
17a: 第1バックゲート電圧供給回路
17b: 第2バックゲート電圧供給回路
18: 制御回路
19: ワード線デコーダ回路
20: ブロックデコーダ回路
21a、21b、21c: ワード線電圧発生ユニット
22a、22b、22c: 非選択バックゲート電圧発生ユニット
BA: ブロックアドレス信号
BL0〜BLn: ビット線
BS: ブロック選択信号
CA: 列アドレス信号
Ids: メモリセル電流
MS: 動作モード信号
Q1: 第1ワード線駆動トランジスタ(PチャネルMOSトランジスタ)
Q2: 第2ワード線駆動トランジスタ(NチャネルMOSトランジスタ)
RA: 行アドレス信号
Veb: 消去動作用の負電圧の非選択バックゲート電圧
Ves: 消去動作用の負電圧の選択ワード線電圧
Vpb: 書き込み動作用の非選択バックゲート電圧
Vpd: 書き込み動作用の選択ビット線電圧
Vps: 書き込み動作用の選択ワード線電圧
Vrb: 読み出し動作用の非選択バックゲート電圧
Vrd: 読み出し動作用の選択ビット線電圧
Vrs: 読み出し動作用の選択ワード線電圧
Vss: 接地電圧
WD0〜WDn: ワード線選択用のデコード信号
WL0〜WLn: ワード線
Claims (7)
- 少なくとも第1端子と第2端子に対する動作モード別の電圧印加によって電気的にデータの読み出し動作及び書き換え動作が可能な不揮発性のメモリセルを行及び列方向に複数配列し、同一行に配列された複数の前記メモリセルの前記第1端子を行方向に延伸する共通のワード線に接続し、同一列に配列された複数の前記メモリセルの前記第2端子を列方向に延伸する共通のビット線に直接或いは同一列の他の前記メモリセルを介して接続してなるメモリセルブロックを複数配置してなるブロック群と、
前記メモリセルブロックの1つにおいて、前記ワード線の1または複数を選択して、選択された選択ワード線に対して動作モードに応じた選択用ワード線電圧を印加し、選択されない非選択ワード線に対して動作モードに応じた非選択用ワード線電圧を印加するワード線駆動回路と、
前記メモリセルブロックの1つにおいて、前記ビット線の1または複数を選択して、選択された選択ビット線に対して動作モードに応じた選択用ビット電圧を印加し、選択されない非選択ビット線に対して動作モードに応じた非選択用ビット電圧を印加するか、または、オープン状態とするビット線駆動回路と、
前記選択用ワード線電圧または前記選択用ワード線電圧と前記非選択用ワード線電圧の内の前記動作モードに応じた1つのワード線電圧を前記ワード線駆動回路に選択的に供給するワード線電圧供給回路と、
前記選択用ビット線電圧または前記選択用ビット線電圧と前記非選択用ビット線電圧の内の前記動作モードに応じた1つのビット線電圧を前記ビット線駆動回路に選択的に供給するビット線電圧供給回路と、
前記ビット線駆動回路によって選択された前記選択ビット線を流れる電流量に基づいて選択された前記メモリセルのデータの読み出しを行う読み出し回路と、を備えてなる不揮発性半導体記憶装置であって、
前記ワード線駆動回路が前記ワード線毎に少なくとも1つのワード線駆動トランジスタを備え、
前記ワード線駆動トランジスタが、ドレインが前記ワード線に接続し、ソースに前記ワード線電圧供給回路の出力電圧が供給され、ゲートに前記ワード線の選択・非選択状態及び前記動作モードに応じたデコード信号電圧が供給され、バックゲートに前記メモリセルブロックの選択・非選択状態及び前記動作モードに応じたバックゲート電圧が選択的に供給されるように構成され、
前記メモリセルブロックの非選択状態における前記動作モードに応じた前記ソースに印加される電圧とは異なる非選択バックゲート電圧を前記ワード線駆動トランジスタのバックゲートに供給するバックゲート電圧供給回路を備え、
前記ワード線駆動トランジスタのバックゲートに、当該ワード線駆動トランジスタに対応する前記メモリセルブロックの選択・非選択状態に応じて、前記メモリセルブロックが選択状態の場合に、前記ワード線電圧供給回路からソースと同電圧が供給され、前記メモリセルブロックが非選択状態で当該ワード線駆動トランジスタがオフ状態となる場合に、前記バックゲート電圧供給回路から前記非選択バックゲート電圧が供給されることを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。 - 前記ワード線駆動トランジスタのバックゲートに、当該ワード線駆動トランジスタに対応する前記メモリセルブロックが非選択状態で当該ワード線駆動トランジスタがオン状態となる場合に、前記ワード線電圧供給回路からソースと同電圧が供給されることを特徴とする請求項1に記載の不揮発性半導体記憶装置。
- 前記ワード線駆動回路が前記ワード線毎に、少なくとも1つのPチャネルMOSトランジスタからなる第1ワード線駆動トランジスタと、少なくとも1つのNチャネルMOSトランジスタからなる第2ワード線駆動トランジスタを備え、
前記第1及び第2ワード線駆動トランジスタの夫々が、ドレインが前記ワード線に接続し、ソースに前記ワード線電圧供給回路の前記ワード線駆動トランジスタ別の出力電圧が供給され、ゲートに前記第1及び第2ワード線駆動トランジスタ共通の前記デコード信号電圧が供給されるように構成され、
前記第1及び第2ワード線駆動トランジスタの何れか一方または両方が、バックゲートに前記メモリセルブロックの選択・非選択状態及び前記動作モードに応じた前記ワード線駆動トランジスタ別のバックゲート電圧が選択的に供給されるように構成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の不揮発性半導体記憶装置。 - 前記第1及び第2ワード線駆動トランジスタの夫々が、バックゲートに前記メモリセルブロックの選択・非選択状態及び前記動作モードに応じた前記ワード線駆動トランジスタ別のバックゲート電圧が選択的に供給されるように構成され、
前記第1及び第2ワード線駆動トランジスタの何れか一方のバックゲートに、当該第1及び第2ワード線駆動トランジスタに対応する前記メモリセルブロックが非選択状態で当該第1及び第2ワード線駆動トランジスタの当該何れか一方がオン状態となる場合に、前記ワード線電圧供給回路からソースと同電圧が供給されることを特徴とする請求項3に記載の不揮発性半導体記憶装置。 - 前記動作モードが、読み出し動作及び書き換え動作の何れでもない待機モードの場合に、全ての前記メモリセルブロックにおいて、前記第1ワード線駆動トランジスタの全てがオフ状態になり、前記第2ワード線駆動トランジスタがオン状態になり、且つ、前記第1ワード線駆動トランジスタのバックゲートに、ソースに印加される電圧より高電圧のバックゲート電圧が印加されることを特徴とする請求項3または4に記載の不揮発性半導体記憶装置。
- 前記メモリセルが第3端子を備え、前記第1端子が、前記第2端子と前記第3端子間の導通状態を電圧制御するゲート端子であり、
同一行または同一列の前記メモリセルの前記第3端子が、行方向または列方向に延伸する共通のソース線に接続することを特徴とする請求項1〜5の何れか1項に記載の不揮発性半導体記憶装置。 - 前記メモリセルが、フローティングゲート構造のフラッシュメモリセルで、前記第1端子、前記第2端子及び前記第3端子が、夫々前記フラッシュメモリセルの制御ゲート、ドレイン及びソースであることを特徴とする請求項6に記載の不揮発性半導体記憶装置。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2007159053A JP2008310900A (ja) | 2007-06-15 | 2007-06-15 | 不揮発性半導体記憶装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2007159053A JP2008310900A (ja) | 2007-06-15 | 2007-06-15 | 不揮発性半導体記憶装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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ID=40238373
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2007159053A Withdrawn JP2008310900A (ja) | 2007-06-15 | 2007-06-15 | 不揮発性半導体記憶装置 |
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Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20130125614A (ko) * | 2012-05-09 | 2013-11-19 | 삼성전자주식회사 | 메모리 장치 및 메모리 장치의 파워 관리 방법 |
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-
2007
- 2007-06-15 JP JP2007159053A patent/JP2008310900A/ja not_active Withdrawn
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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