JP2010049772A - 不揮発性記憶装置及び不揮発性記憶装置からのデータ読み出し方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】データを記憶可能な不揮発性のメモリセル11及びメモリセル11に第1、第2ビット線GBLX、GBLZを介して接続されて、メモリセル11に記憶されたデータを読み出すための読出回路を備える不揮発性記憶装置である。読出回路は、第1、第2ビット線GBLX、GBLZに、メモリセル11にデータが記憶されているか否かにより電流値が変化する第1、第2ロード電流を流すためのロード電流供給部12と、第1、第2ロード電流を、これらよりも大きく電流値が変化する第1、第2データバス電流に変換して第1、第2データバスRDBX、RDBZに流すための電流−電流変換部13と、電流−電流変換部13に第1、第2データバスRDBX、RDBZを介して接続されて、第1、第2データバス電流の差電圧を増幅して出力するセンスアンプ15と、を備えている。
【選択図】図1
Description
メモリコアが複数ある場合には、コラム選択スイッチの導通、非導通状態を制御することにより、どのメモリコアのグローバルビット線にもデータバスが接続できるようになっている。
データバス対は、読出回路と書込回路とのいずれか一方をコラム選択スイッチに接続するための読出/書込切換スイッチを備える。
グローバルビット線対及びローカルビット線対は、電流電圧変換回路によって、メモリコアの外部電圧(例えば1.8V)よりも低い電圧(例えば1.4V)に電圧制限される。ドレインディスターブ(チャージロス)によりグローバルビット線対を共有した隣接するメモリセルの記憶データの誤変換が考慮されるからである。
メモリセルからはロード電流によりデータの読み出しが行われる。ロード電流は微少電流である。グローバルビット線対及びデータバス対は長配線であるために寄生素子の影響が大きい。このようなことから、寄生素子によりロード電流にノイズの影響が出やすくなり、メモリセルからのデータの読み出し時の誤動作の原因になる。
前記電流−電流変換部は、例えば、前記可変抵抗器と前記データバスとの間にコラム選択スイッチを有している。この場合、コラム選択スイッチは、前記メモリセルからの前記データの読み出しのときに導通状態になる。そのために、データの読み出しのときのみデータバス電流がデータバスに流れる。
また、前記データバス電流供給部は、例えば、前記データバスに接続されて前記所定の第1電圧を前記データバスに印加するための第2データバススイッチを更に備えていてもよい。この場合、第2データバススイッチは、前記コラム選択スイッチが非導通状態になると、一時的に導通状態になって前記所定の第1電圧を前記データバスに印加する。このような構成では、連続してデータの読み出しを行うときに一つのデータの読み出しが終わってすぐに次のデータの読み出しが可能になるので、読み出しの高速化が図れる。
前記変換部は、前記一方のビット線に流れる前記第1ロード電流を変換して一方のデータバスに第1データバス電流を流すとともに、前記他方のビット線に流れる前記第2ロード電流を変換して他方のデータバスに第2データバス電流を流し、前記センスアンプは、前記第1データバス電流に応じた電圧と前記第2データバス電流に応じた電圧との差電圧を増幅して出力する。
前記ロード電流供給部は、前記一方のビット線に前記所定の第2電圧を印加するための第3ロードスイッチと、前記他方のビット線に前記所定の第2電圧を印加するための第4ロードスイッチと、を備えていてもよい。前記第3ロードスイッチは、前記第1ロードスイッチが非導通状態のときに、導通状態になって前記所定の第2電圧を前記一方のビット線に印加し、前記第4ロードスイッチは、前記第2ロードスイッチが非導通状態のときに、導通状態になって前記所定の第2電圧を前記他方のビット線に印加する。
また、本発明の不揮発性装置は、前記メモリセル及び前記ロード電流供給部を含んだメモリコアを複数備えていてもよい。この場合、読み出すデータが記憶されたアドレスの先頭コラムアドレスに応じて、所定のメモリコアを活性化して、データの読み出しを行う。また、例えば、電流−電流変換部と読出回路との間にスイッチ設けておき、先頭コラムアドレスに応じて当該スイッチを切り替えることにより、読出回路側の構成素子を活性化してもよい。このような構成では、従来よりも消費電力を抑え、且つ高速なデータ読み出しを実現することができる。
不揮発性記憶装置1は、メモリセル11を有するメモリセクタ10と、メモリセル11に記憶されたデータを読み出すための読出回路となるロード電流供給部12、電流−電流変換部13、データバス電流供給部14、及びセンスアンプ15と、メモリセル11にデータを書き込むための書込回路16と、各種スイッチSW1〜SW7とを備えている。不揮発性記憶装置1のこれらの構成要素が図外の制御装置により制御されて、メモリセル11へのデータの書き込み、読み出し、及び消去が行われる。そのために不揮発性記憶装置1には、制御装置から、各種スイッチSW1〜SW7の導通状態及び非導通状態を制御するための各種制御信号が入力される。メモリセクタ10、ロード電流供給部12、電流−電流変換部13、及び書込回路16は、グローバルビット線対である第1グローバルビット線GBLX及び第2グローバルビット線GBLZに接続される。不揮発性記憶装置1は、データバス対である第1データバスRDBX及び第2データバスRDBZに接続される。第1グローバルビット線GBLXは、第1データバスRDBXに接続され、第2グローバルビット線GBLZは第2データバスに接続される。
データバス電流供給部14及びセンスアンプ15は、第1データバスRDBX及び第2データバスRDBZに接続される。電流−電流変換部13を境にして、第1、第2データバスRDBX、RDBZに接続される構成要素はメモリコア外に設けられ、他の構成要素はメモリコア内に設けられる。
メモリセクタ10は、図1では1個しか図示されていないが、第1、第2グローバルビット線GBLX、GBLZ上に複数設けられる。
書込回路16は、第1グローバルビット線GBLXに第3読出/書込切換スイッチSW6を介して接続され、第2グローバルビット線GBLZに第4読出/書込切換スイッチSW7を介して接続される。書込回路16は、メモリセル11にデータを書き込むときに、第1グローバルビット線GBLX及び第2グローバルビット線GBLZを介して、所定の電圧を当該メモリセル11に印加する。
メモリセル11、第1〜第3セクタ選択スイッチSW1〜SW3、第1〜第4読出/書込切換スイッチSW4〜SW7、及び書込回路16は、メモリセル11へのデータの書き込み及び消去のときに、高電圧が印加される。そのために、これらの構成には高耐圧素子を用いる必要がある。
ロード電流供給部12、電流−電流変換部13、データバス電流供給部14、及びセンスアンプ15は、メモリセル11からのデータの読み出しのときに用いられるために、書き込みのときよりもはるかに低い電圧が印加される。そのために、これらは低耐圧素子を用いて構成される。低耐圧素子で構成されるために、各素子のスイッチング速度などが高速になり、読み出し動作を従来よりも高速に行うことができる。読み出しのときには、センスアンプ15側の動作電圧として電源電圧VCC(例えば、1.8V)を用い、メモリセクタ10側の動作電圧として電源電圧VCC未満の電圧を用いる。不揮発性のメモリセルは、高電圧によりデータが書き込み及び消去される。しかし、読み出しのときには、ドレインディスターブによるメモリセルのチャージロス防止のために、低電圧が印加される。高耐圧素子としては、例えば閾値電圧が0.7Vで5V耐圧のトランジスタが用いられ、低耐圧素子としては、例えば閾値電圧が0.5Vで1.8V耐圧のトランジスタが用いられる。
第1グローバルビット線GBLXには、メモリセル11が接続されないので、ロード電流供給部12内部で生じる第1ロード電流が流れる。第2グローバルビット線GBLZには、ロード電流供給部12からメモリセクタ10を介して接地線VSSの間で生じる第2ロード電流が流れる。
第1ロード電流及び第2ロード電流は、電流−電流変換部13に入力される。電流−電流変換部13及びデータバス電流供給部14は、第1ロード電流に応じた第1データバス電流を第1データバスRDBXに流し、第2ロード電流に応じた第2データバス電流を第2データバスRDBZに接続に流す。第1データバス電流により生じる第1ロード電圧と、第2データバス電流により生じる第2ロード電圧とが、センスアンプ15にラッチされる。
センスアンプ15では、ラッチした第1ロード電圧と第2ロード電圧との差電圧を増幅する。増幅結果をメモリセル11から読み出されたデータとして出力する。このようにして、メモリセル11に記憶されたデータが読み出される。
図2は、図1の不揮発性記憶装置1の構成を一部具体化した回路構成図の一例である。
図2の不揮発性記憶装置1では、ロード電流供給部12、電流−電流変換部13、及びデータバス電流供給部14の回路構成を具体化している。また、第1〜第4読出/書込切換スイッチSW4〜SW7に用いる具体的なスイッチ素子として、MOSトランジスタを用いている。さらに、メモリセル11の具体例として、トランジスタを用いている。第1実施例では、メモリセル11が電荷蓄積層の両端に電荷を蓄積可能である。そのために、メモリセル11には、2ビットのデータが記憶可能である。メモリセル11のソース電極とドレイン電極に印加する電圧を入れ替えることで、2ビットのデータの読み出しが可能である。
第1、第2コラム選択スイッチ132、134は、コラム選択制御信号RCLが論理「1」のときに導通状態になる。コラム選択制御信号RCLは、例えば、外部から読出コマンドが不揮発性記憶装置1に入力されると、論理「1」になる。
第1データバススイッチ141及び第2データバススイッチ142は、図2ではP型のMOSトランジスタである。第1データバススイッチ141及び第2データバススイッチ142には、第2ロード制御信号LD2Xが印加される。第2ロード制御信号LD2Xが論理「0」のときに、第1データバススイッチ141及び第2データバススイッチ142は導通状態になる。第1データバススイッチ141が導通状態になると電圧VCCが第1データバスRDBXに印加され、第2データバススイッチ142が導通状態になると電圧VCCが第2データバスRDBZに印加される。
他方、電圧VCCから接地電圧へ、第1ロードスイッチ121から第1〜第3リファレンスセル123〜125を介した経路が形成される。これにより、第1グローバルビット線GBLXに第1ロード電流が生じる。
第2ロード電流により、第2グローバルビット線GBLZには20mVの電圧降下が生じる。そのために第1グローバルビット線GBLXと第2グローバルビット線GBLZとの間に20mVの差電圧が生じる。20mVの差電圧は、第1リファレンスビット線RGBLXと第2リファレンスビット線RGBLZとの間にも生じる。
センスアンプ15は、第1ロード電流に応じた第1ロード電圧と、第2ロード電流に応じた第2ロード電圧とをラッチする。ラッチ後に、第1ロード電圧と第2ロード電圧との差電圧を増幅して出力する。
図4は、図2の不揮発性記憶装置1のデータバス電流供給部14の変形例を示す回路構成図である。
図4のデータバス電流供給部14は、第1、第2データバススイッチ141、142の他に、電圧VCCを第1データバスRDBXに印加するためのスイッチ素子である第3データバススイッチ143と、電圧VCCを第2データバスRDBZに印加するためのスイッチ素子である第4データバススイッチ144とを備える。
第3データバススイッチ143及び第4データバススイッチ144は、図4ではP型のMOSトランジスタである。第3データバススイッチ143及び第4データバススイッチ144には、第3ロード制御信号LD3Xが印加される。第3ロード制御信号LD3Xが論理「0」のときに、第3データバススイッチ143及び第4データバススイッチ144は導通状態になる。第3データバススイッチ143が導通状態になると電圧VCCが第1データバスRDBXに印加され、第4データバススイッチ144が導通状態になると電圧VCCが第2データバスRDBZに印加される。
第1リファレンスビット線RGBLXと第2リファレンスビット線RGBLZとの間の差電圧が、第1実施例のときよりも大きくなるので、第1データバスRDBXと第2データバスRDBZとの間の差電圧も大きくなる。例えば、最大200mVの差電圧になる。そのために、センスアンプ13による差電圧の増幅の差異に動作マージンが大きくなる。
この信号生成回路は読出コマンド或いはバースト読出コマンドが入力されるOR回路21と、OR回路21から出力される信号を伸長するための遅延回路22及びRS−FF(Reset Set FLIP-FLOP)回路23と、RS−FF回路23から出力される信号を検出してパルス信号を出力するための第1、第2インバータ24、26及び変位検出器25と、RS−FF回路23から出力される信号及び第2インバータ26から出力される信号をAND演算するAND回路27と、AND回路27によるAND演算結果を表す信号及びコラムアドレスを表すコラムアドレス信号からコラム選択制御信号RCLを生成して出力するコラムデコーダ28と、を備える。コラムデコーダ28は、例えばAND演算結果を表す信号及びコラムアドレスを表すコラムアドレス信号をAND演算することにより、コラム選択制御信号RCLを生成する。第2インバータ26から出力されるデータは、第3ロード制御信号LD3Xとなる。
図5では、データの読み出しを開始して所定期間が経過した後且つ読み出しが完了する前に、コラム選択制御信号RCLが一旦論理「0」になる(時刻t3の直前)。また、次のデータの読み出しを開始するタイミングに合わせるように、読出コマンド及び第3ロード制御信号LD3Xが生成される。読出コマンド及び第3ロード制御信号LD3Xにより、コラム選択制御信号RCLが、論理「0」から論理「1」になる。このような動作により、複数のメモリセル11からデータの読み出しが順次続けて行われ、その読み出すタイミングが順次制御される。
これにより、コラム制御信号RCLが論理「1」にリカバリする時間を短縮できる。1つのデータの読み出しを完了するとすぐに、つぎのデータの読み出しを開始できる。また、大きな差電流(例えば80mV以上)によるセンスアンプ動作のマージンを確保しつつ、読み出しアクセス時間を高速にすることができる。
図7は、図1の不揮発性記憶装置1の構成を一部具体化した回路構成図の別の例である。図2の回路図とは、データバス電流供給部14及びロード電流供給部12の構成が異なる。データバス電流供給部14の構成は、図4のデータバス電流供給部14と同じなので説明を省略する。図7のロード電流供給部12は、第1、第2ロードスイッチ121、122に加えて、第3、第4ロードスイッチ126、127を設けた点で図2のロード電流供給部12と異なる。
第3、第4ロードスイッチ126、127は、図7ではP型のMOSトランジスタである。第3ロードスイッチ126及び第4ロードスイッチ127には、第4ロード制御信号LD4Xが印加される。第4ロード制御信号LD4Xが論理「0」のときに、第3ロードスイッチ126及び第4ロードスイッチ127は導通状態になる。
そのために、第1リファレンスビット線RGBLXには、第1ロードスイッチ121又は第3ロードスイッチ126から電圧VCCが常に印加される。第2リファレンスビット線RGBLZには、第2ロードスイッチ122又は第4ロードスイッチ127から電圧VCCが常に印加される。第1、第2リファレンスビット線RGBLX、RGBLZに常に電圧VCCが印加されるので、読み出し時には、常に、第1グローバルビット線GBLXと第2グローバルビット線GBLZとの間に一定の差電圧が生じる。
図9は、メモリコア2を複数設けた場合の不揮発性記憶装置1の回路構成図である。電流−電流変換部13及びデータバス電流供給部14については、図2の構成、図4の構成のいずれでもよい。メモリコア2は、図7の構成と同じである。各メモリコア2に入力される各種制御信号は図8と同様である。
Claims (10)
- 少なくとも2値を取り得るデータを記憶可能な不揮発性のメモリセルを有するメモリセクタと、
前記メモリセルにビット線を介して接続されて、前記メモリセルに記憶された前記データを読み出すための読出回路と、を備えており、
前記読出回路は、
前記ビット線に、前記メモリセルに記憶されるデータの値により電流値が変化するロード電流を流すためのロード電流供給部と、
前記データを読み出すときに、前記ロード電流を、前記ロード電流よりも大きく電流値が変化するデータバス電流に変換してデータバスに流すための変換部と、
前記変換部に前記データバスを介して接続されて、前記データバス電流に応じた電圧を増幅して出力するセンスアンプと、を備えている、
不揮発性記憶装置。 - 前記変換部は、
前記ロード電流の電流値の変化に応じて抵抗値が変化する可変抵抗器を有する前記電流−電流変換部と、前記データバスに所定の第1電圧を印加するためのデータバス電流供給部と、を備えており、
前記所定の第1電圧と前記可変抵抗器の抵抗値とにより前記データバス電流の電流値が決まる、
請求項1記載の不揮発性記憶装置。 - 前記電流−電流変換部は、前記可変抵抗器と前記データバスとの間にコラム選択スイッチを有しており、このコラム選択スイッチは、前記メモリセルからの前記データの読み出しのときに導通状態になる、
請求項2記載の不揮発性記憶装置。 - 前記データバス電流供給部は、前記データバスに接続される第1データバススイッチを有しており、この第1データバススイッチが導通状態のときに前記所定の第1電圧が前記データバスに印加される、
請求項2又は3記載の不揮発性記憶装置。 - 前記データバス電流供給部は、前記データバスに接続されて前記所定の第1電圧を前記データバスに印加するための第2データバススイッチを備えており、この第2データバススイッチは、前記コラム選択スイッチが非導通状態になると、一時的に導通状態になって前記所定の第1電圧を前記データバスに印加する、
請求項4記載の不揮発性記憶装置。 - 前記ビット線は、2本の異なるビット線からなり、前記データバスは、2本の異なるデータバスからなり、
前記ロード電流供給部は、一方のビット線に第1ロード電流を流すための所定の第2電圧を印加可能な第1ロードスイッチと、前記一方のビット線と接地との間に接続されるリファレンス素子と、他方のビット線に第2ロード電流を流すための前記所定の第2電圧を印加可能な第2ロードスイッチと、を備えており、
前記リファレンス素子は、前記メモリセルから前記データを読み出すときに、前記第1ロード電流が前記第2ロード電流の半分の量になるように構成されており、
前記変換部は、前記一方のビット線に流れる前記第1ロード電流を変換して一方のデータバスに第1データバス電流を流すとともに、前記他方のビット線に流れる前記第2ロード電流を変換して他方のデータバスに第2データバス電流を流し、
前記センスアンプは、前記第1データバス電流に応じた電圧と前記第2データバス電流に応じた電圧との差電圧を増幅して出力する、
請求項1〜5のいずれか1項に記載の不揮発性記憶装置。 - 前記ロード電流供給部は、前記一方のビット線に前記所定の第2電圧を印加するための第3ロードスイッチと、前記他方のビット線に前記所定の第2電圧を印加するための第4ロードスイッチと、を備えており、
前記第3ロードスイッチは、前記第1ロードスイッチが非導通状態のときに、導通状態になって前記所定の第2電圧を前記一方のビット線に印加し、
前記第4ロードスイッチは、前記第2ロードスイッチが非導通状態のときに、導通状態になって前記所定の第2電圧を前記他方のビット線に印加する、
請求項6記載の不揮発性記憶装置。 - 前記メモリセル及び前記ロード電流供給部を含んだメモリコアを複数備えており、
読み出すデータが記憶されたアドレスの先頭コラムアドレスに応じて、所定のメモリコアを活性化する、
請求項7記載の不揮発性記憶装置。 - 前記ビット線はスイッチを備えて、前記メモリセクタと前記読出回路とが前記スイッチを介して接続されており、
前記スイッチを境に、前記読出回路側の構成素子は、前記メモリセクタ側の構成素子よりも耐圧の低い素子である、
請求項1〜5のいずれか1項に記載の不揮発性記憶装置。 - 少なくとも2値を取り得るデータを記憶可能なメモリセルを有するメモリセクタと、前記メモリセルにビット線を介して接続されており、前記メモリセルに記憶された前記データを読み出すための読出回路と、を備えた不揮発性記憶装置から前記メモリセルに記憶されたデータを読み出す方法であって、
前記読出回路が、
前記ビット線に、前記メモリセルに記憶されるデータの値により電流値が変化するロード電流を流す段階と、
前記データを読み出すときにのみ、前記ロード電流を前記ロード電流よりも大きく電流値が変化するデータバス電流に変換する段階と、
前記データバス電流に応じた電圧を増幅して出力する段階と、を含む、
不揮発性記憶装置からのデータ読み出し方法。
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