JP2009301714A - Semiconductor memory - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、一般に半導体記憶装置に関し、詳しくは複数のページに対して高速にアクセス可能なページモードメモリに関する。 The present invention generally relates to a semiconductor memory device, and more particularly to a page mode memory capable of accessing a plurality of pages at high speed.
メモリセル配列に対して高速にデータ読み出し/書き込みを実現するメモリとして、ページモードメモリがある。ページモードメモリでは、複数のページを一度の読み出し動作で同時に読み出してセンスアンプに記憶しておき、外部よりのアドレス指定によりページを選択することで、選択されたページのデータを高速に読み出すことができる。一度に読み出した複数のページ内であれば、ページが指定される度にメモリセル配列にアクセスしてデータを読み出すのではなく、センスアンプからデータを読み出すだけの動作でよい。従ってアドレス指定からデータ読み出しまでの時間が短縮されて、高速なデータ読み出しを実現することができる。 There is a page mode memory as a memory that realizes high-speed data reading / writing with respect to the memory cell array. In page mode memory, multiple pages can be read simultaneously in a single read operation and stored in the sense amplifier, and data can be read at high speed by selecting a page by external addressing. it can. If it is within a plurality of pages read at a time, it is sufficient to read data from the sense amplifier instead of accessing the memory cell array and reading data each time a page is designated. Accordingly, the time from addressing to data reading is shortened, and high-speed data reading can be realized.
図1は、従来のページモードメモリの構成を示す。 FIG. 1 shows a configuration of a conventional page mode memory.
メモリセル配列10は、4つのページPage0からPage3にページ単位で分割され、更に各ページ内で各入出力端子に対応する部分に分割されている。例えば、入出力端子I/O0は、対応する入出力バッファ11及びセンスアンプ12を介して、それぞれのページ内部の対応するメモリセル配列部分に接続されている。他の入出力端子に関しても同様であり、それぞれの入出力端子は、4つのページPage0乃至Page3の全てに接続されている。
The
データ読み出し時には、4つのページPage0乃至Page3の全てのデータをセンスアンプ12に呼び出しておき、選択されたページに対応するスイッチ13をONにすることで、このページのデータをメモリ外部に読み出す。
At the time of data reading, all the data of the four pages Page0 to Page3 is called to the
データ書き込み時には、選択されたアドレスに対応する全ての入出力端子を一単位として書き込みたいデータを指定し書き込み動作を行なう。 At the time of data writing, a write operation is performed by designating data to be written with all input / output terminals corresponding to the selected address as a unit.
図1の構成では、入出力バッファ11は信号ライン14を介して、対応するセンスアンプ12に接続されている。各入出力端子が全てのページに接続されている必要があるため、4つのページPage0乃至Page3に対応するメモリセル配列の物理的広がりに対応して、信号ライン14は長い距離引き回されることになる。
In the configuration of FIG. 1, the input /
従って、信号ライン14の配線抵抗及び容量が大きくなり、信号の遅延も大きくなってしまう。これによりデータ読み出し書き込み動作が遅くなり、メモリの高速化を妨げることになる。 Accordingly, the wiring resistance and capacitance of the signal line 14 are increased, and the signal delay is also increased. This slows down the data read / write operation and hinders the speeding up of the memory.
従来の技術においては、図1に示すように各ページブロックに各々I/Oが存在しているため、書き込みを行なう際、全てのページに対して書き込み動作を行なわなければならない。また実際の書き込み動作は各I/Oずつ行なわれるので、全てのI/Oの書き込みが終了するまで各ページのワードラインは選択状態にありかつ高電圧が印加されているため、メモリセルのゲートへのストレスがかかるためデータに悪影響を及ぼす。 In the conventional technique, as shown in FIG. 1, since each page block has an I / O, when writing, all pages must be written. Since the actual write operation is performed for each I / O, the word line of each page is in a selected state and a high voltage is applied until the writing of all the I / O is completed. The data will be adversely affected due to stress.
複数のI/O構成からなる電気的に書き換え可能な不揮発性メモリにおいて、複数のI/Oを任意の数ごとに複数のI/O群に分割され、ワードラインは分割されたI/O群と同数に分割され、各々ワードラインドライバーを有し、読み出し時はI/O分のワードラインがすべて選択され、I/O分のデータを読み出し、プログラム時は1つ或いは複数のI/O群分のワードラインに選択的に高電圧が印加されることを特徴とする。 In an electrically rewritable nonvolatile memory having a plurality of I / O configurations, a plurality of I / Os are divided into a plurality of I / O groups every arbitrary number, and word lines are divided into I / O groups And each word line driver is selected, all I / O word lines are selected when reading, I / O data is read, and one or more I / O groups are programmed A high voltage is selectively applied to the minute word line.
本願開示の少なくとも1つの実施例によれば、書き込み動作時にワードラインへの高電圧印加によるメモリセルのゲートにかかるストレスを低減させ、データの信頼性を向上させることが出来る。 According to at least one embodiment of the present disclosure, it is possible to reduce the stress applied to the gate of the memory cell due to the application of a high voltage to the word line during a write operation, and to improve data reliability.
以下に、本発明の実施例を添付の図面を用いて詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図2は、本発明による半導体記憶装置の構成を示す図である。 FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a semiconductor memory device according to the present invention.
図2の半導体記憶装置では、メモリセル配列20は、対応する入出力端子ことにブロックに分割され、更に各ブロック内で複数のページに分割されている。図2の例では、ページ数は4であり、各ブロックはページPage0乃至Page3に分割されている。以下、特別な説明のない限り、ブロックと言った場合には、各入出力端子に対応したブロックのことを指すこととする。
In the semiconductor memory device of FIG. 2, the
例えば、入出力端子I/O0は、対応する入出力バッファ21及びセンスアンプ22を介して、対応するブロック内部の全てのページ部分に接続されている。他の入出力端子に関しても同様であり、それぞれの入出力端子は、対応するブロック内部の4つのページPage0乃至Page3の全てに接続されている。
For example, the input / output terminal I /
データ読み出し時には、4つのページPage0乃至Page3の全てのデータをセンスアンプ22に呼び出しておき、選択されたページに対応するスイッチ23をONにすることで、このページのデータをメモリ外部に読み出す。
At the time of data reading, all the data of the four pages Page0 to Page3 is called to the
図2の構成では、信号ライン24は、メモリセル配列20の各入出力端子に対応したブロックにだけ、入出力端子を接続すればよいため、ブロックの物理的な広がりに対応した配線長を有していればこと足りる。即ち、図1の構成の場合と比較して大幅に配線長を短縮することができ、信号ラインの配線抵抗及び容量を小さくすることが出来る。従って、本発明による半導体記憶装置では、装置入出力部分の信号ラインの配線抵抗及び容量を小さくすることで、高速な動作が可能になる。
In the configuration of FIG. 2, the
図3は、図2の構成をフラッシュメモリに適用した場合に、データ消去をする消去単位を示す図である。 FIG. 3 is a diagram showing an erase unit for erasing data when the configuration of FIG. 2 is applied to a flash memory.
図1のような従来技術の構成では、ページ単位に消去を行う。即ちページPage0乃至Page3の各ページを、順次1ページずつ消去して、4回の消去動作で全てのページを消去する。これに対して図2の構成では、4つのブロックを一つの消去単位として順次消去を行い、4回の消去動作で全てのブロックを消去する。このような消去動作については、後で詳細に説明する。
In the configuration of the prior art as shown in FIG. 1, erasing is performed in units of pages. That is, each page of
図4は、本発明による半導体記憶装置の実施例を示す図である。なお以下に説明する実施例ではフラッシュメモリを例として説明するが、図2に示す信号ラインの配線等に関しては、特にフラッシュメモリに限定されるものではない。また図4において、図2と同一の要素は同一の番号で参照される。 FIG. 4 is a diagram showing an embodiment of a semiconductor memory device according to the present invention. In the embodiment described below, a flash memory will be described as an example. However, the signal line wiring and the like shown in FIG. 2 are not particularly limited to the flash memory. In FIG. 4, the same elements as those in FIG. 2 are referred to by the same numerals.
図4において、メモリセル配列20は、Y選択ゲート30を介して、センスアンプ22に接続される。更に、センスアンプ22は、スイッチとして機能するNMOSトランジスタ23を介して、入出力バッファ21に接続される。
In FIG. 4, the
データ読み出し時には、各ページ内の指定されたアドレスのデータがメモリセル配列20から読み出され、センスアンプ22に格納される。スイッチ信号PA0乃至PA3の何れか1つをHIGHにすることで、対応するNMOSトランジスタ23を導通させる。これによって、4ページに対応して4つで一組をなすセンスアンプ22のうちの一つを選択して、選択されたセンスアンプ22のデータを、入出力バッファ21を介して装置外部に読み出す。
At the time of data reading, data at a specified address in each page is read from the
入出力バッファ21とセンスアンプ22を接続する信号ライン24は、4つのページPage0乃至Page3に対応して一組をなす4つのセンスアンプ22にだけ各入出力バッファ21を接続すればよいため、一組のセンスアンプ22の物理的な広がりに対応した配線長を有していればこと足りる。即ち、装置入出力部分の信号ラインの配線抵抗及び容量を小さくすることで、高速な動作が可能になる。
The
図5は、メモリセル配列20及びY選択ゲート30の部分を詳細に示す構成図である。
FIG. 5 is a block diagram showing in detail the
図5においてメモリセル配列20は、メモリセルMC、ワード線WL0乃至WL512、ソースライン41、及びビット線42を含む。ワード線WL0乃至WL512の一本を選択して活性化すると、メモリセルMCがプログラム状態かイレーズ状態かに応じて、記憶されているデータがビット線42に現れる。即ち、メモリセルMCがイレーズ状態のときには、ビット線42がメモリセルMCを介してソースライン41に接続され、ビット線42の電位がグランド電圧に落とされる。またメモリセルMCがプログラム状態のときには、ビット線42はソースライン41に接続されずに、センスアンプ22によってHIGH状態に引き上げられる。
In FIG. 5, the
こうしてビット線42に現れたデータは、Y選択ゲート30によって一つが選択される。Y選択ゲート30は、複数のNMOSトランジスタ31を含む。NMOSトランジスタ31のゲートには、アドレス信号YD0−0乃至YD2−1が供給される。このアドレス信号を設定することで、適当なNMOSトランジスタ31を導通させ、複数のビット線42の一本を選択して、センスアンプ22に接続する。
One of the data appearing on the
データを消去するときには、ソースライン41を例えば5Vの高電位に設定して、ゲート電圧(ワード線の電位)を例えば−9V程度の低電位に設定する。これによってメモリセルMCのデータを消去することが出来る。
When erasing data, the
図5に示されるのは、1つのセンスアンプ22に対応する1つのページに対する構成であり、例えば全体が4ページからなるときには、各入出力バッファに対して図5の構成が4つ設けられることになる。
FIG. 5 shows a configuration for one page corresponding to one
図6は、本発明の実施例であるフラッシュメモリにおいて複数のブロック単位にデータを消去する構成を示したブロック図である。 FIG. 6 is a block diagram showing a configuration for erasing data in units of a plurality of blocks in the flash memory according to the embodiment of the present invention.
メモリ消去制御においては、図6に示されるように、メモリセル配列20は、4n個のローカルイレーズブロックB00乃至Bn3に分けて制御される。ここで1つのローカルイレーズブロックは、図3に示される1つの消去単位に対応する。
In the memory erasure control, as shown in FIG. 6, the
アドレスバッファ53は、消去するローカルイレーズブロックを列方向・行方向に指定するアドレスを保持するバッファである。消去制御回路52は、アドレスバッファ53のアドレスが指定するローカルイレーズブロックに対する消去動作を制御する。消去回路51は、消去制御回路52の制御のもとで、ローカルイレーズブロックに対する実際の消去動作を実行する。またセンスアンプ制御回路54は、センスアンプ22の動作を制御する回路であり、メモリセル配列20の消去動作に直接に関わってくる回路ではない。
The
各ローカルイレーズブロックは、I/Oブロック(各I/Oに対応する図2に示されるブロック)を複数個含んでおり、これらの複数に対する消去動作が一単位として実行される。フラッシュメモリにおいては、消去動作に必要な電圧を、ポンプ回路を用いてメモリ装置内部で生成している。消去対象のメモリセル配列20の領域が大きくなると、消去動作の電流消費量がポンプの容量を越えてしまうので、ポンプの容量に応じた所定の大きさを一単位として消去動作が行なわれる。図6の例では、この消去動作の一単位がローカルイレーズブロックである。
Each local erase block includes a plurality of I / O blocks (the blocks shown in FIG. 2 corresponding to each I / O), and an erasing operation for these plurality is executed as a unit. In a flash memory, a voltage necessary for an erasing operation is generated inside a memory device using a pump circuit. When the area of the
データ消去時には、ローカルイレーズブロックを1つずつ消去して、例えばローカルイレーズブロックB00乃至B03を、一連の消去動作で消去する。即ち、ローカルイレーズブロックB00を最初に消去し、次に列方向のアドレスを1つ増やしてローカルイレーズブロックB01を消去し、更にローカルイレーズブロックB02を消去し、最後にローカルイレーズブロックBn3を消去する。 When erasing data, the local erase blocks are erased one by one, and for example, the local erase blocks B00 to B03 are erased by a series of erase operations. That is, the local erase block B00 is erased first, the address in the column direction is incremented by one, the local erase block B01 is erased, the local erase block B02 is erased, and finally the local erase block Bn3 is erased.
このようにして、全ての入出力端子(図4のI/O0乃至I/O15)に対応するデータに対して、全てのページPage0乃至Page3を消去することが出来る。 In this way, all pages Page0 to Page3 can be erased for data corresponding to all input / output terminals (I / O0 to I / O15 in FIG. 4).
データを書き込むときには、ビットラインをおよそ6Vの高電圧に設定して、ゲート電圧(ワード線の電位)をおよそ9Vの高電位に設定する。 When writing data, the bit line is set to a high voltage of about 6V, and the gate voltage (word line potential) is set to a high potential of about 9V.
従来の技術においては、図1に示すように各ページブロックに各々I/Oが存在しているため、書き込みを行なう際、全てのページに対して書き込み動作を行なわなければならない。また実際の書き込み動作は各I/Oずつ行なわれるので、全てのI/Oの書き込みが終了するまで各ページのワードラインは選択状態にありかつ高電圧が印加されているため、メモリセルのゲートへのストレスがかかるためデータに悪影響を及ぼす。この様子をタイミングチャートで表したのが図8である。書き込み動作が実行されている間はPGMS信号はHIGHである。まず、書き込み状態を調べるためベリファイ(PGMV)が実行されその後書き込みが必要な場合実際に書き込み(PGM)が実行される。この間は図の通りワードライン(WL)には高電圧が印加されている。 In the conventional technique, as shown in FIG. 1, since each page block has an I / O, when writing, all pages must be written. Since the actual write operation is performed for each I / O, the word line of each page is in a selected state and a high voltage is applied until the writing of all the I / O is completed. The data will be adversely affected due to stress. FIG. 8 shows this state in a timing chart. While the write operation is being executed, the PGMS signal is HIGH. First, verify (PGMV) is executed to check the write state, and then write (PGM) is actually executed when writing is necessary. During this period, a high voltage is applied to the word line (WL) as shown in the figure.
本特許の実施例である図7においては消去動作と同様、ローカルブロック単位つまり複数のI/O群を一単位として書き込み動作を行なう。また、各ローカルブロックにはワードラインを制御するドライバー(Xdec)が備わっているので、書き込みが行なわれているローカルブロック、例えばB00が選択されているとこのワードライン(WL0)のみに高電圧を印加して、その他のローカルブロックのワードライン(WL1、WL2、WL3)はグランド電圧VSSにすることが可能となり、これによりメモリセルのゲートにかかるストレスを低減させることが出来る。この様子をタイミングチャートに示したのが図9である。 In FIG. 7, which is an embodiment of this patent, the write operation is performed in units of local blocks, that is, a plurality of I / O groups as in the same manner as the erase operation. Since each local block has a driver (Xdec) for controlling the word line, a high voltage is applied only to this word line (WL0) when the local block in which writing is performed, for example, B00 is selected. When applied, the word lines (WL1, WL2, WL3) of other local blocks can be set to the ground voltage VSS, thereby reducing the stress applied to the gate of the memory cell. FIG. 9 shows this state in the timing chart.
以上、本発明を実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の範囲内で様々な変形が可能である。 As mentioned above, although this invention was demonstrated based on the Example, this invention is not limited to the said Example, A various deformation | transformation is possible within the range as described in a claim.
なお本発明は、以下に付記する発明を包含するものである。
(付記1)
複数の入出力端子と、該複数の入出力端子の各々に対応するブロックからなるメモリセル配列と、該ブロックの各々に対して複数個隣接して設けられ、該メモリセル配列のデータをセンスするセンスアンプと、該複数のセンスアンプに対応する複数のスイッチと、該複数のセンスアンプを該複数のスイッチを介して該複数の入出力端子の対応する1つに接続する信号配線を含むことを特徴とする半導体記憶装置。
(付記2)
入力アドレスに応じて前記複数のスイッチの一つを選択的に導通することで、前記複数のセンスアンプに対応する複数ページから一つのページを選択してデータを読み出すことを特徴とする付記1記載の半導体記憶装置。
(付記3)
前記メモリセル配列はフラッシュメモリセルを含むことを特徴とする付記1記載の半導体記憶装置。
(付記4)
前記ブロックの複数個をまとめて1つの消去単位として前記メモリセル配列のデータ消去を該消去単位ごとに順次実行することを特徴とする付記3記載の半導体記憶装置。
(付記5)
メモリセル配列から複数のページ分のデータを同時に読み出して複数のセンスアンプに記憶し選択されたページのデータを選択されたセンスアンプから読み出す半導体記憶装置であって、1つの入出力端子に対して該複数のページに対応するメモリセル領域が該メモリセル配列内で互いに隣接して配置され、該1つの入出力端子に対して該複数のセンスアンプが互いに隣接して配置され、該1つの入出力端子に対して設けられた該複数のセンスアンプを該1つの入出力端子に接続する配線を含むことを特徴とする半導体記憶装置。
(付記6)前記メモリセル配列はフラッシュメモリセルを含むことを特徴とする付記5記載の半導体記憶装置。
(付記7)
複数の入出力端子に対応する前記メモリセル領域をまとめて1つの消去単位として前記メモリセル配列のデータ消去を該消去単位ごとに順次実行することを特徴とする付記6記載の半導体記憶装置。
(付記8)
メモリセル配列から複数のページ分のデータを同時に読み出して複数のセンスアンプに記憶し選択されたページのデータを選択されたセンスアンプから読み出す半導体記憶装置であって、1つの入出力端子に対して該複数のページに対応するメモリセル領域が該メモリセル配列内で互いに隣接して配置されることを特徴とする半導体記憶装置。
(付記9)
メモリセル配列から複数のページ分のデータを同時に読み出して複数のセンスアンプに記憶し選択されたページのデータを選択されたセンスアンプから読み出す半導体記憶装置であって、1つの入出力端子に対して該複数のセンスアンプが互いに隣接して配置され、該1つの入出力端子に対して設けられた該複数のセンスアンプを該1つの入出力端子に接続する配線を含むことを特徴とする半導体記憶装置。
(付記10)
複数のI/O構成からなる電気的に書き換え可能な不揮発性メモリにおいて、複数のI/Oを任意の数ごとに複数のI/O群に分割され、ワードラインは分割されたI/O群と同数に分割され、各々ワードラインドライバーを有し、読み出し時はI/O分のワードラインがすべて選択され、I/O分のデータを読み出し、プログラム時は1つ或いは複数のI/O群分のワードラインに選択的に高電圧が印加されることを特徴とする半導体記憶装置。
(付記11)
プログラム時はI/O分全てにプログラムが行なわれるまでI/O群毎にプログラムを行なうことを特徴とする付記10記載の半導体記憶装置。
(付記12)
プログラム用シーケンサを有し、I/O分のデータをプログラムする際はシーケンサにより内部で自動的にI/O群毎に連続してプログラムを行なうことを特徴とする付記11記載の半導体記憶装置。
In addition, this invention includes the invention attached to the following.
(Appendix 1)
A plurality of input / output terminals, a memory cell array composed of blocks corresponding to each of the plurality of input / output terminals, and a plurality of memory cells arranged adjacent to each of the blocks, and sense data in the memory cell array A sense amplifier, a plurality of switches corresponding to the plurality of sense amplifiers, and a signal wiring that connects the plurality of sense amplifiers to a corresponding one of the plurality of input / output terminals via the plurality of switches. A semiconductor memory device.
(Appendix 2)
The
(Appendix 3)
The semiconductor memory device according to
(Appendix 4)
4. The semiconductor memory device according to
(Appendix 5)
A semiconductor memory device that simultaneously reads out data for a plurality of pages from a memory cell array, stores the data in a plurality of sense amplifiers, and reads out data of a selected page from the selected sense amplifier. Memory cell regions corresponding to the plurality of pages are arranged adjacent to each other in the memory cell array, and the plurality of sense amplifiers are arranged adjacent to each other for the one input / output terminal. A semiconductor memory device comprising a wiring for connecting the plurality of sense amplifiers provided for an output terminal to the one input / output terminal.
(Supplementary note 6) The semiconductor memory device according to supplementary note 5, wherein the memory cell array includes flash memory cells.
(Appendix 7)
7. The semiconductor memory device according to
(Appendix 8)
A semiconductor memory device that simultaneously reads out data for a plurality of pages from a memory cell array, stores the data in a plurality of sense amplifiers, and reads out data of a selected page from the selected sense amplifier. 2. A semiconductor memory device, wherein memory cell regions corresponding to the plurality of pages are arranged adjacent to each other in the memory cell array.
(Appendix 9)
A semiconductor memory device that simultaneously reads out data for a plurality of pages from a memory cell array, stores the data in a plurality of sense amplifiers, and reads out data of a selected page from the selected sense amplifier. A semiconductor memory comprising: a plurality of sense amplifiers arranged adjacent to each other, and a wiring for connecting the plurality of sense amplifiers provided for the one input / output terminal to the one input / output terminal. apparatus.
(Appendix 10)
In an electrically rewritable nonvolatile memory having a plurality of I / O configurations, a plurality of I / Os are divided into a plurality of I / O groups every arbitrary number, and word lines are divided into I / O groups And each word line driver is selected, all I / O word lines are selected when reading, I / O data is read, and one or more I / O groups are programmed A semiconductor memory device, wherein a high voltage is selectively applied to a minute word line.
(Appendix 11)
11. The semiconductor memory device according to
(Appendix 12)
12. The semiconductor memory device according to
以上、本発明を実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の範囲内で様々な変形が可能である。 As mentioned above, although this invention was demonstrated based on the Example, this invention is not limited to the said Example, A various deformation | transformation is possible within the range as described in a claim.
10 メモリセル配列
11 入出力バッファ
12 センスアンプ
13 スイッチ
14 信号線
20 メモリセル配列
21 入出力バッファ
22 センスアンプ
23 スイッチ
24 信号線
51 消去回路
52 消去制御回路
53 アドレスバッファ
10
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