JP2010211899A - 半導体記憶装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】動作信頼性を向上出来る半導体記憶装置を提供すること。
【解決手段】データを保持可能なメモリセルMTと、前記メモリセルMTに電気的に接続されたビット線BL及びソース線SLと、前記ソース線SLに電圧を印加するソース線ドライバ20と、電流をセンスしてデータを読み出すセンスアンプ12と、読み出し動作及びベリファイ動作時において、オン状態または/及びオフ状態の前記メモリセルMTの数をカウントするカウント回路23と、前記読み出し動作及びベリファイ動作時において、ソース線SLの電圧が基準電圧VREF_SRCを超えたか否かを検出する検出回路21と、前記検出回路21における検出結果に応じて、前記センスアンプ12におけるセンス回数を制御し、且つ前記カウント回路23におけるカウント結果に応じて、前記ソース線ドライバ20の駆動力を制御する制御回路16とを具備する。
【選択図】図7
【解決手段】データを保持可能なメモリセルMTと、前記メモリセルMTに電気的に接続されたビット線BL及びソース線SLと、前記ソース線SLに電圧を印加するソース線ドライバ20と、電流をセンスしてデータを読み出すセンスアンプ12と、読み出し動作及びベリファイ動作時において、オン状態または/及びオフ状態の前記メモリセルMTの数をカウントするカウント回路23と、前記読み出し動作及びベリファイ動作時において、ソース線SLの電圧が基準電圧VREF_SRCを超えたか否かを検出する検出回路21と、前記検出回路21における検出結果に応じて、前記センスアンプ12におけるセンス回数を制御し、且つ前記カウント回路23におけるカウント結果に応じて、前記ソース線ドライバ20の駆動力を制御する制御回路16とを具備する。
【選択図】図7
Description
この発明は、半導体記憶装置に関する。
従来、不揮発性の半導体メモリとしてNAND型フラッシュメモリが知られている。またNAND型フラッシュメモリでは、データの読み出し方法として、電流をセンスする方法を知られている(例えば特許文献1参照)。
本手法であると、ビット線の電位を一定に保つことで、ビット線間のノイズの影響を低減している。しかしながら、ビット線の電位を一定とするために、ビット線からソース線にセル電流を流し続ける必要がある。そのため、セル電流の総計が、非常に大きくなり、製品としての信頼性を悪化させる恐れがあった。
この発明は、動作信頼性を向上出来る半導体記憶装置を提供する。
この発明の一態様に係る半導体記憶装置は、電荷蓄積層と制御ゲートとを含み、データを保持可能なメモリセルと、前記メモリセルのドレインに電気的に接続されたビット線と、前記メモリセルのソースに電気的に接続されたソース線と、前記ソース線に電圧を印加するソース線ドライバと、前記データの読み出し動作及びベリファイ動作時において、前記ビット線に流れる電流をセンスして、前記データを読み出すセンスアンプと、前記読み出し動作及びベリファイ動作時において、オン状態または/及びオフ状態の前記メモリセルの数をカウントするカウント回路と、前記読み出し動作及びベリファイ動作時において、前記ソース線の電圧が基準電圧を超えたか否かを検出する検出回路と、前記検出回路における検出結果に応じて、前記センスアンプにおけるデータのセンス回数を制御し、且つ前記カウント回路におけるカウント結果に応じて、前記ソース線ドライバの駆動力を制御する制御回路とを具備する。
本発明によれば、動作信頼性を向上出来る半導体記憶装置を提供出来る。
以下、この発明の実施形態につき図面を参照して説明する。この説明に際し、全図にわたり、共通する部分には共通する参照符号を付す。
[第1の実施形態]
この発明の第1の実施形態に係る半導体記憶装置について、NAND型フラッシュメモリを例に挙げて説明する。
この発明の第1の実施形態に係る半導体記憶装置について、NAND型フラッシュメモリを例に挙げて説明する。
<NAND型フラッシュメモリの構成>
図1は、この発明の第1の実施形態に係るNAND型フラッシュメモリのブロック図である。図示するようにNAND型フラッシュメモリ1は、メモリセルアレイ11、センスアンプ12、ロウデコーダ13、データバス14、I/Oバッファ15、制御信号発生回路16、アドレスレジスタ17、カラムデコーダ18、内部電圧発生回路19、ソース線ドライバ20、セルソースモニタ回路21、基準電圧生成回路22、及びデータパターンモニタ回路23を備えている。
図1は、この発明の第1の実施形態に係るNAND型フラッシュメモリのブロック図である。図示するようにNAND型フラッシュメモリ1は、メモリセルアレイ11、センスアンプ12、ロウデコーダ13、データバス14、I/Oバッファ15、制御信号発生回路16、アドレスレジスタ17、カラムデコーダ18、内部電圧発生回路19、ソース線ドライバ20、セルソースモニタ回路21、基準電圧生成回路22、及びデータパターンモニタ回路23を備えている。
まずメモリセルアレイ11について、図2を用いて説明する。図2は、メモリセルアレイ11、センスアンプ12、ロウデコーダ13、制御信号発生回路16、ソース線ドライバ20、及びセルソースモニタ回路21の詳細を示すブロック図である。
図示するようにメモリセルアレイ11は、複数のメモリセルユニット30を備えている。メモリセルユニット30の各々は、例えば32個のメモリセルトランジスタMT0〜MT31と、選択トランジスタST1、ST2とを含んでいる。以下、メモリセルトランジスタMT0〜MT31を区別しない場合には、一括してメモリセルトランジスタMTと呼ぶことにする。メモリセルトランジスタMTは、半導体基板上にゲート絶縁膜を介在して形成された電荷蓄積層(例えば浮遊ゲート)と、電荷蓄積層上にゲート間絶縁膜を介在して形成された制御ゲートとを有する積層ゲート構造を備えている。なお、メモリセルトランジスタMTの個数は32個に限られず、8個や16個、64個、128個、256個等であってもよく、その数は限定されるものではない。メモリセルトランジスタMTは、隣接するもの同士でソース、ドレインを共有している。そして、選択トランジスタST1、ST2間に、その電流経路が直列接続されるようにして配置されている。直列接続されたメモリセルトランジスタMTの一端側のドレインは選択トランジスタST1のソースに接続され、他端側のソースは選択トランジスタST2のドレインに接続されている。
同一行にあるメモリセルトランジスタMTの制御ゲートはワード線WL0〜WL31のいずれかに共通接続され、同一行にあるメモリセルの選択トランジスタST1、ST2のゲートは、それぞれセレクトゲート線SGD、SGSに共通接続されている。なお説明の簡単化のため、以下ではワード線WL0〜WL31を、単にワード線WLと呼ぶことがある。また、選択トランジスタST1のドレインは、ビット線BL0〜BLn(nは自然数)のいずれかに接続される。ビット線BL0〜BLnについても、単にビット線BLと呼ぶことがある。選択トランジスタST2のソースはソース線SLに共通接続される。なお、選択トランジスタST1、ST2は必ずしも両方必要ではなく、メモリセルユニット30を選択出来るのであればいずれか一方のみが設けられていても良い。
図2では、1行のメモリセルユニット30のみを図示している。しかし、メモリセルアレイ11内には複数行(図中における縦方向に複数個)のメモリセルユニット30が設けられても良い。この場合、同一列にあるメモリセルユニット30は同一のビット線BLに接続される。また、同一のワード線WLに接続された複数のメモリセルトランジスタMTには一括してデータが書き込まれ、この単位をページと呼ぶ。更に、同一行にある複数のメモリセルユニット30は一括してデータが消去され、この単位をメモリブロックと呼ぶ。
次に、上記メモリセルアレイ11の備えるメモリセルユニット30の構成について、図3を用いて説明する。図3は、メモリセルユニット30のビット線方向に沿った断面図である。
図示するように、p型半導体基板40の表面領域内にn型ウェル領域41が形成され、n型ウェル領域41の表面領域内にp型ウェル領域42が形成されている。p型ウェル領域42上にはゲート絶縁膜43が形成され、ゲート絶縁膜43上に、メモリセルトランジスタMT及び選択トランジスタST1、ST2のゲート電極が形成されている。メモリセルトランジスタMT及び選択トランジスタST1、ST2のゲート電極は、ゲート絶縁膜43上に形成された多結晶シリコン層44、多結晶シリコン層44上に形成されたゲート間絶縁膜45、及びゲート間絶縁膜45上に形成された多結晶シリコン層46を有している。ゲート間絶縁膜45は、例えばシリコン酸化膜、またはシリコン酸化膜とシリコン窒化膜との積層構造であるON膜、NO膜、またはONO膜、またはそれらを含む積層構造、またはTiO2、HfO2、Al2O3、HfAlOx、HfAlSi膜とシリコン酸化膜またはシリコン窒化膜との積層構造で形成される。またゲート絶縁膜43はトンネル絶縁膜として機能するものである。
メモリセルトランジスタMTにおいては、多結晶シリコン層44は浮遊ゲート(FG)として機能する。他方、多結晶シリコン層46は、ビット線に直交する方向で隣接するもの同士で共通接続されており、制御ゲート(ワード線WL)として機能する。選択トランジスタST1、ST2においては、多結晶シリコン層44、46はワード線方向で隣接するもの同士で共通接続されている。そして、多結晶シリコン層44、46が、セレクトゲート線SGS、SGDとして機能する。なお、多結晶シリコン層44のみがセレクトゲート線として機能しても良い。この場合、選択トランジスタST1、ST2の多結晶シリコン層46の電位は、一定の電位、またはフローティングの状態とされる。ゲート電極間に位置する半導体基板40表面内には、n+型不純物拡散層47が形成されている。不純物拡散層47は隣接するトランジスタ同士で共用されており、ソース(S)またはドレイン(D)として機能する。また、隣接するソースとドレインとの間の領域は、電子の移動領域となるチャネル領域として機能する。これらのゲート電極、不純物拡散層47、及びチャネル領域によって、メモリセルトランジスタMT及び選択トランジスタST1、ST2となるMOSトランジスタが形成されている。
半導体基板40上には、上記メモリセルトランジスタMT及び選択トランジスタST1、ST2を被覆するようにして、層間絶縁膜48が形成されている。層間絶縁膜48中には、ソース側の選択トランジスタST2の不純物拡散層(ソース)47に達するコンタクトプラグCP1が形成されている。そして層間絶縁膜48上には、コンタクトプラグCP1に接続される金属配線層49が形成されている。金属配線層49はソース線SLの一部として機能する。また層間絶縁膜48中には、ドレイン側の選択トランジスタST1の不純物拡散層(ドレイン)47に達するコンタクトプラグCP2が形成されている。そして層間絶縁膜48上に、コンタクトプラグCP2に接続される金属配線層50が形成されている。
層間絶縁膜48上には、金属配線層49、50を被覆するようにして、層間絶縁膜51が形成されている。そして層間絶縁膜51中に、金属配線層50に達するコンタクトプラグCP3が形成されている。そして、層間絶縁膜51上には、複数のコンタクトプラグCP3に共通に接続された金属配線層52が形成されている。金属配線層52はビット線BLとして機能する。
次に、上記メモリセルトランジスタMTの閾値分布について図4を用いて説明する。図4は、横軸に閾値電圧Vthをとり、縦軸にメモリセルトランジスタMTの存在確率を示したグラフである。
図示するように、各々のメモリセルトランジスタMTは2値(2-levels)のデータ(1ビットデータ)を保持出来る。すなわちメモリセルトランジスタMTは、閾値電圧Vthの低い順に“1”及び“0”の2種のデータを保持出来る。メモリセルトランジスタMTにおける“1”データの閾値電圧Vth1は負の値(Vth1<0)である。“0”データの閾値電圧Vth0は正の値(0<Vth0)である。
なお、メモリセルトランジスタMTが保持可能なデータは上記2値に限らない。例えば4値(2ビットデータ)、8値(3ビットデータ)、または16値(4ビットデータ)などであっても良い。
図1に戻って説明を続ける。センスアンプ12は、データの読み出し時及びベリファイ時には、メモリセルトランジスタMTからビット線BLに読み出されたデータをセンスして増幅する。またデータの書き込み時には、ビット線BLに書き込みデータを転送する。センスアンプ12の構成について、図5を用いて説明する。図5は、1本のビット線BLに対応するセンスアンプ12の回路図である。すなわち、図5の構成が、ビット線BL毎に設けられる。
図示するようにセンスアンプ12は、スイッチ素子60〜63、nチャネルMOSトランジスタ64〜66、pチャネルMOSトランジスタ67、キャパシタ素子68、及びラッチ回路69を備えている。MOSトランジスタ64の電流経路の一端は、スイッチ素子60を介してノードN_VDDに接続され、他端はノードN1に接続され、ゲートには信号S1が入力される。MOSトランジスタ65の電流経路の一端はノードN1に接続され、他端はビット線BL、及びスイッチ素子63を介してノードN_VSSに接続される。MOSトランジスタ65のゲートには、信号BLCLAMPが与えられる。スイッチ素子63は、ラッチ回路69の保持するデータに応じて、ビット線BLをノードN_VSSに接続する。MOSトランジスタ66の電流経路の一端はノードN1に接続され、他端はノードN2に接続され、ゲートには信号S2が与えられる。ノードN2は、スイッチ素子61を介してノードN_VDDに接続される。キャパシタ素子68の一方電極はノードN2に接続され、他方電極はノードN_VSSに接続される。MOSトランジスタ67の電流経路の一端は、スイッチ素子62を介してノードN_VDDに接続され、他端はラッチ回路69に接続され、ゲートはノードN2に接続される。
なお、ノードN_VDDはセンスアンプ12の電源電圧ノードとして機能し、電圧VDD(例えば1.5V)が与えられている。電圧VDDはフラッシュメモリ1の内部電源である。またノードN_VSSは、センスアンプ12の接地ノードとして機能し、電圧VSS(例えば接地電位(0V))である。
センスアンプ12は図2に示すように、例えばメモリセルアレイ11のビット線に沿った方向の両端に設けられている。そして、一方のセンスアンプ12に含まれる図5の回路ユニットは、例えば偶数ビット線BL0、BL2、BL4…に接続され、他方のセンスアンプ12に含まれる図5の回路ユニットは、奇数ビット線BL1、BL3、BL5…に接続される。
図1に戻って説明を続ける。ロウデコーダ13は、データの書き込み動作時、読み出し動作時、及び消去時において、メモリセルアレイ11のロウ方向を選択する。すなわちロウデコーダ13は、セレクトゲート線SGD、SGS、及びワード線WLに電圧を印加する。ロウデコーダ12は図1に示すように、例えばメモリセルアレイ11のワード線に沿った方向の両端に設けられており、それぞれに、ワード線WL、セレクトゲート線SGD、SGSの一端及び他端が接続されている。
ロウデコーダ13は、セレクトゲート線SGD、SGS、及びワード線WLの選択動作を行い、これらに必要な電圧を印加する。また、メモリセルユニット30が形成されたp型ウェル領域42に、必要な電圧を印加する。例えばデータの消去時には、全ワード線WLに0Vを印加し、ウェル領域42に正電圧(例えば20V)を印加する。これにより、電荷蓄積層44内の電子がウェル領域42に引き抜かれ、データが消去される。データのプログラム動作時、読み出し動作時、及びベリファイ動作時については、後に詳細に説明する。
ソース線ドライバ20は、ソース線SLに電圧を与える。図2に示すようにソース線ドライバ20は、nチャネルMOSトランジスタ31を備えている。MOSトランジスタ31のドレインはソース線SLに接続され、ソースは接地され、ゲートには信号G_SRCが入力される。MOSトランジスタ31がオン状態となることで、ソース線SLには接地電位が与えられる。
セルソースモニタ回路21は、ソース線SLの電位をモニタする。図2に示すように、セルソースモニタ回路21は例えばオペアンプ32を備えている。オペアンプ32の正転入力端子(+)にはソース線SLが接続され、反転入力端子(−)には基準電圧VREF_SRCが与えられる。そしてオペアンプ32は、ソース線SLの電位と基準電圧VREF_SRCとを比較・増幅し、その結果を制御信号発生回路16へ出力する。
図1に戻って説明を続ける。基準電圧生成回路22は、基準電圧VREF_SRCを生成して、これをセルソースモニタ回路21に出力する。
データパターンモニタ回路21は、データのベリファイ動作時において、センスアンプ12におけるセンス・増幅結果に基づいて、ベリファイにパス(pass)したメモリセルトランジスタMT数または/及びフェイル(fail)したメモリセルトランジスタMT数をカウントする。言い換えれば、オフ状態のメモリセルトランジスタMT数(これをオフセル数と呼ぶことがある)または/及びオン状態のメモリセルトランジスタMT数(これをオンセル数と呼ぶことがある)をカウントする。そしてそのカウント数を、制御信号発生回路16へ出力する。また同様の動作を、データの読み出し動作時において行う。
カラムデコーダ18は、メモリセルアレイ11のカラム方向を選択する。
I/Oバッファ15は、読み出し動作時には、センスアンプ12によって読み出されたデータを一時的に保持し、I/O端子から外部へ出力する。また書き込み動作時には、I/O端子を介して外部から与えられるデータを一時的に保持し、センスアンプ12へ転送する。I/Oバッファ15とセンスアンプ12との間のデータの授受は、データ線14を介して行われる。またI/Oバッファ15は、I/O端子を介して外部から与えられる信号を一時的に保持する。そして保持する信号のうち、アドレスAddをアドレスレジスタ17へ転送し、コマンドComを制御信号発生回路16へ転送する。
アドレスレジスタ17は、受け取ったアドレスAddのうち、ロウアドレスをロウデコーダ13へ転送し、カラムアドレスをカラムデコーダ18へ転送する。これらのロウアドレス及びカラムアドレスに基づいて、ロウデコーダ13及びカラムデコーダ18における選択動作が行われる。
内部電圧発生回路19は、制御信号発生回路16の命令に基づいて、読み出し動作、書き込み動作、及び消去動作に必要な電圧を発生する。すなわち内部電圧発生回路19は、例えば昇圧回路を含み、昇圧回路によって電源電圧を昇圧して、必要な電圧(VPGMやVPASS等)を発生する。そして発生した電圧を、センスアンプ12やロウデコーダ13に供給する。
制御信号発生回路16は、各種の外部制御信号を受信し、これに基づいてNAND型フラッシュメモリ1全体の動作を制御する。外部制御信号には、例えばチップイネーブル信号/CE、アドレスラッチイネーブル信号ALE、コマンドラッチイネーブル信号CLE、ライトイネーブル信号/WE、リードイネーブル信号/RE、及びコマンドComが含まれる。チップイネーブル信号/CEは、NAND型フラッシュメモリ1全体をイネーブルにする信号である。アドレスラッチイネーブル信号ALEは、アドレスAddのラッチを命令する信号である。コマンドラッチイネーブル信号CLEは、コマンドComのラッチを命令する信号である。ライトイネーブル信号/WEは、書き込み動作を命令する信号である。リードイネーブル信号/REは、読み出し動作を命令する信号である。
そしてこれらの信号に基づいて、制御信号発生回路16は、I/Oバッファ15に保持された信号がアドレスAddであるかコマンドComであるかを識別し、I/Oバッファ15に対して信号の転送を命令する。また、アドレスレジスタ17に対してロウアドレス及びカラムアドレスを、ロウデコーダ13及びカラムデコーダ18へ転送するよう、命令する。また、内部電圧発生回路19に対して、必要な電圧を発生するよう命令する。
また制御信号発生回路16は、読み出し動作時及びベリファイ動作時において、セルソースモニタ回路21から、ソース線SLの電圧と基準電圧VREF_SRCとの比較結果を受信し、データパターンモニタ回路23から、パスまたは/及びフェイルのカウント数を受信する。そして、センスアンプ12におけるデータの読み出し回数(センス回数)と、ソース線ドライバ20の駆動力とを制御する。この点については、以下で詳しく説明する。
<NAND型フラッシュメモリ1の動作>
次に、上記構成のNAND型フラッシュメモリ1の動作について説明する。
次に、上記構成のNAND型フラッシュメモリ1の動作について説明する。
<書き込み動作>
まず、データの書き込み動作について説明する。データの書き込みは、プログラム動作とベリファイ動作の繰り返しによって行われる。プログラム動作とは、ワード線WLとチャネルとの間に高電圧を印加することにより、電子を電荷蓄積層に注入して、メモリセルトランジスタMTの閾値を正方向に変化させる動作である。またベリファイ動作とは、メモリセルトランジスタMTの閾値が、プログラム動作により所望の値になっているか否か、すなわち、データが正しく書き込まれているか否かを判定する動作である。書き込み動作は、プログラム→ベリファイ→プログラム→ベリファイ→…の繰り返しによって行われる。そして、この繰り返しの度に、選択ワード線WLに印加される電圧VPGMはステップアップされる。
まず、データの書き込み動作について説明する。データの書き込みは、プログラム動作とベリファイ動作の繰り返しによって行われる。プログラム動作とは、ワード線WLとチャネルとの間に高電圧を印加することにより、電子を電荷蓄積層に注入して、メモリセルトランジスタMTの閾値を正方向に変化させる動作である。またベリファイ動作とは、メモリセルトランジスタMTの閾値が、プログラム動作により所望の値になっているか否か、すなわち、データが正しく書き込まれているか否かを判定する動作である。書き込み動作は、プログラム→ベリファイ→プログラム→ベリファイ→…の繰り返しによって行われる。そして、この繰り返しの度に、選択ワード線WLに印加される電圧VPGMはステップアップされる。
<<プログラム動作>>
まず、データのプログラム動作について、図2を参照しつつ説明する。プログラムにあたってセンスアンプ12は、ビット線BLにプログラムデータを転送する。すなわち、電荷蓄積層に電子を注入することによりメモリセルトランジスタMTの閾値を上昇させる際には、ビット線BLに書き込み電圧(例えば0V)を印加する。他方、電子を注入しない際には、書き込み禁止電圧(例えばVDD)を印加する。またソース線ドライバ20及びロウデコーダ13はそれぞれ、ソース線SL及びウェル領域42に0Vを印加する。
まず、データのプログラム動作について、図2を参照しつつ説明する。プログラムにあたってセンスアンプ12は、ビット線BLにプログラムデータを転送する。すなわち、電荷蓄積層に電子を注入することによりメモリセルトランジスタMTの閾値を上昇させる際には、ビット線BLに書き込み電圧(例えば0V)を印加する。他方、電子を注入しない際には、書き込み禁止電圧(例えばVDD)を印加する。またソース線ドライバ20及びロウデコーダ13はそれぞれ、ソース線SL及びウェル領域42に0Vを印加する。
そしてロウデコーダ13は、いずれかのワード線WLを選択し、この選択ワード線に電圧VPGMを印加する。また、残りのワード線WL(非選択ワード線WL)に、電圧VPASSを印加する。電圧VPGMは、FN(Fowler-Nordheim)トンネリングにより電荷蓄積層に電子を注入するための高電圧(例えば20V程度)であり、電圧VPASSは、保持するデータに関わらずメモリセルトランジスタMTをオン状態とする電圧である。更にロウデコーダ13は、セレクトゲート線SGSに0Vを印加し、セレクトゲート線SGDに電圧VSGDを印加する。電圧VSGDは、ビット線BLに書き込み電圧が印加されている場合には選択トランジスタST1をオンさせ、書き込み禁止電圧が印加されている場合には選択トランジスタST1をカットオフさせる電圧である。
ビット線BLに書き込み電圧(0V)が印加されているメモリセルユニット30では、選択トランジスタST1はオン状態となり、書き込み電圧がメモリセルトランジスタMTのチャネルへ転送される。すると、選択ワード線WLに接続されたメモリセルトランジスタMTでは、ゲートとチャネルとの間の電位差がほぼVPGMとなり、電荷が電荷蓄積層に注入される。その結果、メモリセルトランジスタMTの閾値電圧が上昇する。
他方、ビット線BLに書き込み禁止電圧(VDD)が印加されている場合には、選択トランジスタST1はカットオフ状態となる。従って、メモリセルユニット9内のメモリセルトランジスタMTのチャネルは電気的にフローティングの状態となる。すると、メモリセルトランジスタMTのチャネル電位は、ゲート電位(VPGM、VPASS)とのカップリングにより上昇する。そのため、選択ワード線WLに接続されたメモリセルトランジスタMTでは、ゲートとチャネルとの間の電位差が十分ではなく、電荷蓄積層に電荷が(保持データが遷移するほどには)注入されない。その結果、メモリセルトランジスタMTの閾値は変わらない。
<<ベリファイ動作>>
次に、ベリファイ動作について説明する。図6は、データの読み出し時におけるメモリセルユニット30の回路図である。以下では、ワード線WL1に接続されたメモリセルトランジスタMTに対してベリファイが行われる場合を例に説明する。
次に、ベリファイ動作について説明する。図6は、データの読み出し時におけるメモリセルユニット30の回路図である。以下では、ワード線WL1に接続されたメモリセルトランジスタMTに対してベリファイが行われる場合を例に説明する。
まずセンスアンプ12が、全ビット線BLをプリチャージする。またロウデコーダ13は、ウェル領域42に0Vを印加する。ソース線ドライバ20においては、信号G_SRC=“H”レベルとされることによりMOSトランジスタ31がオン状態とされ、ソース線SLは接地電位ノードに接続される。
更にロウデコーダ13は、ワード線WL1を選択し、選択ワード線WL1に読み出し電圧VCGRを印加する。読み出し電圧VCGRは、読み出しレベルに応じた値とされ、例えば図4の閾値分布の場合には0Vである。更にロウデコーダ13は、非選択ワード線WL0、WL2〜WL31に電圧VREADを印加する。更にロウデコーダ13は、セレクトゲート線SGD、SGSに電圧VDDを印加する。電圧VREADは、保持するデータに関わらずメモリセルトランジスタMTをオン状態とする電圧である。またセレクトゲート線SGD、SGSに印加される電圧VDDは、選択トランジスタST1、ST2をオン状態とすることの出来る電圧である。
以上の結果、非選択ワード線WL0、WL2〜WL31に接続されたメモリセルトランジスタMTはオン状態となり、チャネルが形成される。また選択トランジスタST1、ST2もオン状態とされる。そして、選択ワード線WL1に接続されたメモリセルトランジスタMTがオン状態となれば、ビット線BLとソース線SLとが電気的に導通状態となる。すなわち、ビット線BLからソース線SLへ電流が流れる。他方、オフ状態であれば、ビット線BLとソース線SLとは電気的に非導通状態となる。すなわち、ビット線BLからソース線SLへは電流は流れない。この電流を、センスアンプ12がセンス・増幅する。以上の動作により、全ビット線につき一括してデータが読み出される。
そして、センスアンプ12によってセンス・増幅された結果に基づいて、データパターンモニタ回路23は、ベリファイにパスまたは/及びフェイルしたメモリセルトランジスタMT数、すなわちオンセル数または/及びオフセル数をカウントする。そしてカウント結果を制御信号発生回路16へ出力する。また、ビット線BLがプリチャージされてからデータがセンスされるまでの期間、セルソースモニタ回路21は、オペアンプ32によって、ソース線SLの電圧VSLと基準電圧VREF_SRCとを比較する。そして比較結果を制御信号発生回路16へ出力する。
・センスアンプ12の動作について
次に、上記プリチャージからセンスまでのセンスアンプ12の動作について、図5を参照しつつ説明する。以下では、データの読み出した際にメモリセルトランジスタMTがオン状態となることを“1”読み出しと呼び、オフ状態であることを“0”読み出しと呼ぶことにする。なお、ベリファイ動作の間、信号S1、S2はそれぞれ例えば(Vt+0.9V)、(Vt+1.2V)とされる。また、信号BLCLAMPは(VTN+0.7V)とされる。VtはMOSトランジスタ64、66の閾値電圧であり、VTNはMOSトランジスタ65の閾値電圧である。
次に、上記プリチャージからセンスまでのセンスアンプ12の動作について、図5を参照しつつ説明する。以下では、データの読み出した際にメモリセルトランジスタMTがオン状態となることを“1”読み出しと呼び、オフ状態であることを“0”読み出しと呼ぶことにする。なお、ベリファイ動作の間、信号S1、S2はそれぞれ例えば(Vt+0.9V)、(Vt+1.2V)とされる。また、信号BLCLAMPは(VTN+0.7V)とされる。VtはMOSトランジスタ64、66の閾値電圧であり、VTNはMOSトランジスタ65の閾値電圧である。
まず、“1”読み出しを行う場合につき説明する。
初めに、ビット線BLのプリチャージが行われる。プリチャージにあたって、スイッチ素子60がオン状態とされる。すると、メモリセルユニット30は導通状態にあるから、スイッチ素子60、MOSトランジスタ64の電流経路、ノードN1、及びMOSトランジスタ65の電流経路を介して、ビット線BLに電流が流れる。その結果、ビット線BLの電位はプチチャージ電位VPRE(例えば0.7V)程度となる。すなわち、ビット線BLからソース線SLに電流を流しながら、ビット線BLの電位はVPREに固定される。また、スイッチ素子61がオン状態とされることで、容量素子68が充電され、ノードN2の電位は2.5V程度となる。スイッチ素子62、63はオフ状態である。
初めに、ビット線BLのプリチャージが行われる。プリチャージにあたって、スイッチ素子60がオン状態とされる。すると、メモリセルユニット30は導通状態にあるから、スイッチ素子60、MOSトランジスタ64の電流経路、ノードN1、及びMOSトランジスタ65の電流経路を介して、ビット線BLに電流が流れる。その結果、ビット線BLの電位はプチチャージ電位VPRE(例えば0.7V)程度となる。すなわち、ビット線BLからソース線SLに電流を流しながら、ビット線BLの電位はVPREに固定される。また、スイッチ素子61がオン状態とされることで、容量素子68が充電され、ノードN2の電位は2.5V程度となる。スイッチ素子62、63はオフ状態である。
次に、ノードN2のディスチャージが行われる。すなわち、スイッチ素子61がオフ状態とされる。すると、ノードN2からビット線BLに流れる電流によって、ノードN2が放電され、その電位は約0.9V程度に低下する。そして、ノードN1の電位が0.9Vよりも低下しようとすると、MOSトランジスタ64が電流を供給しはじめる。その結果、ノードN1の電位は0.9Vに維持される。
次に、データのセンスが行われる。図示するように、スイッチ素子62がオン状態とされる。また、ノードN2の電位が0.9Vであるので、MOSトランジスタ67がオン状態となる。よって、ラッチ回路69は電圧VDDを保持する。ラッチ回路69がVDDを保持することで、スイッチ素子60がオフ状態、スイッチ素子63がオン状態となる。その結果、ノードN2の電位は略0Vとなる。その結果、ラッチ回路69は電圧VDDを保持した状態(“1”データを保持した状態)で安定する。また、ビット線BLからスイッチ素子63を介してノードN_VSSに電流が流れ、ビット線BLの電位は略0Vとなる。
次に、“0”読み出しを行う場合につき説明する。この場合、ビット線BLがVPREにプリチャージされてもビット線BLに電流は流れず、その電位は略VPRE一定となる。そしてノードN2の電位は、約2.5Vを維持する。従って、MOSトランジスタ67はオフ状態となり、ラッチ回路69は0Vを保持する。これにより、スイッチ素子60がオン状態、スイッチ素子63がオフ状態となり、ノードN2の電位は2.5Vを維持し、ラッチ回路129は0Vを保持した状態(“0”データを保持した状態)で安定する。
以上のようにして、ビット線に読み出されたデータが、センスアンプ12によってセンス・増幅される。また本実施形態では、データをベリファイ時において、データの読み出し(上記のプリチャージからセンスまでの処理)が1回、または複数回(例えば2回)、行われる。2回の読み出しを行う場合には、まず1回目の読み出しにおいて、セル電流の流れやすいメモリセルトランジスタMTについて読み出しを行い、次に流れにくいメモリセルトランジスタMTについて読み出しを行う。これは、ソース線SLのノイズ(変動)の影響を抑えるためであり、2回目の読み出しでは、1回目の読み出しでオン状態となったメモリセルトランジスタMTをオフ状態とさせつつ、読み出しが行われる。センスの回数は内部電圧発生回路19の命令によって決定される。この点については以下で説明する。
・制御信号発生回路16の動作について
次に、上記ベリファイ動作時における制御信号発生回路16の動作について説明する。図7は、ベリファイ動作時における制御信号発生回路16の処理の一部を示すフローチャートである。
次に、上記ベリファイ動作時における制御信号発生回路16の動作について説明する。図7は、ベリファイ動作時における制御信号発生回路16の処理の一部を示すフローチャートである。
図示するように制御信号発生回路16は、プリチャージからデータのセンスまでの期間、またはセンス直後のタイミングにおいて、ソース線SLの電圧VSLが基準電圧VREF_SRCを超えているか否かを判断する(ステップS10)。これは、セルソースモニタ回路21から与えられる信号によって判断可能である。その結果、超えていなければ(ステップS10、NO)、制御信号発生回路16は、当該ベリファイ時におけるセンス回数を1回と決定し(S11)、その旨をセンスアンプ12やロウデコーダ13に命令する。従ってこの場合には、再度のデータの読み出しを行うことなく、VPGMをステップアップさせてプログラム動作を開始するか、または書き込み動作を終了する。
他方、電圧VSLが基準電圧VREF_SRCを超えている場合(ステップS10、YES)、制御信号発生回路16は、当該ベリファイ時におけるセンス回数を複数回(例えば2回)と決定し(ステップS12)、その旨をセンスアンプ12やロウデコーダ13に命令する。従ってこの場合には、再度、ビット線BLをプリチャージし、ワード線WLに電圧VCGR、VREADを印加し、データを読み出す。これは、ビット線BLに流れる電流量が電圧VSLの浮きにより小さくなったために、実際にはオン状態であったメモリセルトランジスタMTを、センスアンプ12が誤ってオフ状態と判断しているかもしれないからである。
また1回目のセンスの後、制御信号発生回路16は、データパターンモニタ回路23から、オンセル数及びオフセル数の情報を受信する(ステップS13)。そして制御信号発生回路16は、オンセル数が規定数を超えているか否かを判定する(ステップS14)。
オンセル数が規定数を超えている場合(ステップS14、YES)、制御信号発生回路16は、2回目の読み出し時におけるソース線ドライバ20の駆動力を、1回目の読み出し時と同じとする(ステップS16)。すなわち、MOSトランジスタ31の電流駆動力は不変である。
他方、オンセル数が規定数を超えていない場合(ステップS14、NO)、すなわち規定数以下である場合、制御信号発生回路16は、2回目の読み出し時におけるソース線ドライバ20の駆動力を、1回目の読み出し時よりも大きくする(ステップS15)。すなわち、MOSトランジスタ31の電流駆動力が上昇される。
以上のようにして、制御信号発生回路16は、読み出し回数を1回にするか複数回にするかを決定し、また2回目以降の読み出し時におけるソース線ドライバ20の駆動力を制御する。
・ベリファイ動作時における各ノードの電圧変化について
上記説明したベリファイ動作時におけるワード線WL、セレクトゲート線SGD、SGS、ビット線BL、及びソース線SLの電位について、図8を用いて説明する。図8は、これらの電位のタイミングチャートである。
上記説明したベリファイ動作時におけるワード線WL、セレクトゲート線SGD、SGS、ビット線BL、及びソース線SLの電位について、図8を用いて説明する。図8は、これらの電位のタイミングチャートである。
プログラム動作の終了後、時刻t0においてベリファイ動作が開始される。図示するように、時刻t0においてロウデコーダ13は、選択ワード線WLに電圧VCGR(=0V)を印加し、非選択ワード線WLに電圧VREADを印加する。またセレクトゲート線SGD、SGSに電圧VDDを印加する。またセンスアンプ12は、ビット線BLを電圧VPREにプリチャージする。更にソース線ドライバ20及びロウデコーダ13はそれぞれ、ソース線SL及びウェル領域42に0Vを印加する。なお、これらの電圧印加は、同時ではなく、異なるタイミングで行われても良い。
以上の結果、ビット線BLからソース線SLにセル電流が流れ、1回目のデータの読み出しが行われる。1回目の読み出しの期間、ソース線ドライバ20の駆動力は一定であるので、ソース線SLの電圧VSLは、セル電流の大きさによって変動する。
この際、電圧VSLが基準電圧VREF_SRCを超えていない場合を、図中のCASE Iとして示している。この場合には、制御信号発生回路16はセンス回数を1回と決定する。そして時刻t1においてセンスを行い、ベリファイ動作を終了する。その後は、必要であればプログラム動作を再度行うか、または書き込み動作を終了する。
1回目の読み出し時において電圧VSLが基準電圧VREF_SRCを超えている場合を、図中のCASE IIとして示している。この場合には、制御信号発生回路16はセンス回数を複数回(例えば2回)と決定する。そして時刻t1において1回目センスを行った後、2回目の読み出しを行う。
すなわち、制御信号発生回路16の命令に応答してセンスアンプ12は、1回目の読み出し時においてオフ状態と判定されたメモリセルトランジスタMTが接続されたビット線BLを再度プリチャージする。オン状態と判定されたメモリセルトランジスタMTが接続されたビット線BLは、例えば0V等の一定電位に固定される。また制御信号発生回路16は、1回目の読み出し時におけるオンセル数及びオフセル数の情報に従って、2回目の読み出し時におけるソース線ドライバ20の駆動力を制御する。以下、オンセル数が規定数を超えている場合(ステップS14、YES)をCASE IIIとし、超えていない場合(ステップS14、NO)をCASE IVとする。
CASE IIIの場合、ソース線ドライバ20の駆動力は、1回目の読み出し時と同じである。しかし、電流の流れるビット線BLの数は1回目の読み出し時に比べて少ないため、ソース線SLの電圧VSLの上昇は抑制される。他方、CASE IVの場合、ソース線ドライバ20の駆動力は、1回目の読み出し時よりも大きくされる。従って、電圧VSLの上昇は抑制される。なお図中では、便宜上、CASE IIIのVSLがCASE IVのVSLよりも大きくしている。これは視覚的に2つのケースがあることを分かりやすくするために過ぎず、場合によってはCASE IVのVSLがCASE IIIのVSLよりも大きくなり、または両者は同一となっても良い。
その後、時刻t2において、センスアンプ12は2回目のセンスを行い、ベリファイ動作を終了する。その後は、再度プログラム動作を行うか、または書き込み動作を終了する。
<読み出し動作>
データの読み出し動作は、上記ベリファイ動作と同じである。
データの読み出し動作は、上記ベリファイ動作と同じである。
<効果>
以上のように、この発明の第1の実施形態に係るNAND型フラッシュメモリであると、下記(1)の効果が得られる。
(1)NAND型フラッシュメモリの動作性能を向上出来る。
本実施形態に係るNAND型フラッシュメモリであると、データの読み出し動作時及びベリファイ動作時においてソース線SLの電圧をモニタするセルソースモニタ回路21、及びオンセル数及びオフセル数をカウントするデータパターンモニタ回路23を備えている。そして、セルソースモニタ回路21におけるモニタ結果に応じて、データの読み出し回数(センス回数)が決定される。また、読み出し回数が複数回の場合、データパターンモニタ回路23のカウント結果に応じて、2回目以降の読み出し時におけるソース線ドライバ20の能力が決定される。従って、NAND型フラッシュメモリの動作性能を向上出来る。本効果につき、以下詳細に説明する。
以上のように、この発明の第1の実施形態に係るNAND型フラッシュメモリであると、下記(1)の効果が得られる。
(1)NAND型フラッシュメモリの動作性能を向上出来る。
本実施形態に係るNAND型フラッシュメモリであると、データの読み出し動作時及びベリファイ動作時においてソース線SLの電圧をモニタするセルソースモニタ回路21、及びオンセル数及びオフセル数をカウントするデータパターンモニタ回路23を備えている。そして、セルソースモニタ回路21におけるモニタ結果に応じて、データの読み出し回数(センス回数)が決定される。また、読み出し回数が複数回の場合、データパターンモニタ回路23のカウント結果に応じて、2回目以降の読み出し時におけるソース線ドライバ20の能力が決定される。従って、NAND型フラッシュメモリの動作性能を向上出来る。本効果につき、以下詳細に説明する。
従来、電流をセンスすることによって、全ビット線につき一括してデータを読み出す方法が知られている。この方式では、読み出しの期間、隣接するビット線のノイズの影響を無くす為に、ビット線を一定電位に保つ必要がある。そのため、読み出し中は、ビット線に電流を流し続ける。すると、セル電流の総計は100mA程度の非常に大きいものとなる。そしてこの電流はソース線に流れ込むので、ソース線の電位も上昇する。
従って、データの誤読み出しを防止するためには、複数回のセンスが必要となる。つまり、セル電流の多いメモリセルトランジスタを順にふるい落として、最終的にはソース線の電位の上昇が抑えられた状態でセンスした結果を、ラッチ回路に取り込む方法をとることになる。他方、データパターンによってはセル電流総計が少ない場合もあり得る。この場合には、ソース線の電位が殆ど上昇せず、誤読み出しは生じにくいため、複数回のセンスは必要ない。
しかし、読み出し動作はワーストデータパターンを想定して行う必要がある。そのため、データパターンに関わらず、常に複数回のセンスを行う必要がある。つまり、例え1回目の読み出し時に流れるセル電流が小さく、誤読み出しが生じにくいケースだったとしても、2回目の読み出しを行っている。そのため、場合によっては無駄に複数回の読み出しを行うこととなり、NAND型フラッシュメモリの動作速度を低下させる。
しかしながら、本実施形態に係るNAND型フラッシュメモリであると、セルソースモニタ回路21が、ソース線SLの電圧VSLが基準電圧VREF_SRCを超えているか否かをモニタしている。そして、電圧VSLが基準電圧VREF_SRCを超える場合には、複数回(例えば2回、しかし2回に限定されない)の読み出しを行い、超えない場合には、読み出し回数を1回とする。すなわちセンス回数を、セル電流が大きい場合には複数回、小さい場合には1回とする。従って、データの読み出しを必要な場合にのみ複数回行い、不要な場合には1回で済ませることが可能となる。従って、NAND型フラッシュメモリの動作速度を向上出来る。
更に本実施形態に係るNAND型フラッシュメモリであると、データパターンモニタ回路23が、ベリファイ結果をモニタしている。そして、オンセル数が規定数を超えていない場合には、2回目の読み出し時におけるソース線ドライバ20の能力を上昇させる。これは、1回目のセンスの結果、オンセル数が少なかったということは、2回目のセンスにおいてオンセル数が多くなることが予想されるからである。従って、ソース線ドライバ20の能力を上昇させることで、ソース線SLの電圧VSLが上昇することを抑制し、2回目の読み出し時における誤読み出しを防止出来る。他方、1回目のセンスの結果、オンセル数が多い場合、2回目にビット線BLに流れる電流は小さいと予想される。なぜなら、これらのメモリセルトランジスタMTに接続されたビット線BLは、2回目の読み出し時には0Vに固定されるからである。従って、ソース線ドライバ20の能力をそのままとしても、ソース線SLの電圧VSLの上昇は小さく、誤読み出しの発生確率は低いからである。
以上のように、データの読み出し速度を向上することで、書き込み動作を高速化出来、且つ、誤読み出しの発生を抑制出来る結果、NAND型フラッシュメモリの動作性能を向上出来る。
[第2の実施形態]
次に、この発明の第2の実施形態に係る半導体記憶装置について説明する。本実施形態は、上記第1の実施形態において、データの読み出し動作時及びベリファイ動作時において、データの読み出し回数を、電圧VSLだけでなく、データパターンモニタ回路23におけるモニタ結果にも基づいて、決定するものである。以下では、第1の実施形態と異なる点についてのみ説明する。図9は、読み出し動作時及びベリファイ動作時における制御信号発生回路16の処理の一部を示すフローチャートである。
次に、この発明の第2の実施形態に係る半導体記憶装置について説明する。本実施形態は、上記第1の実施形態において、データの読み出し動作時及びベリファイ動作時において、データの読み出し回数を、電圧VSLだけでなく、データパターンモニタ回路23におけるモニタ結果にも基づいて、決定するものである。以下では、第1の実施形態と異なる点についてのみ説明する。図9は、読み出し動作時及びベリファイ動作時における制御信号発生回路16の処理の一部を示すフローチャートである。
図示するように制御信号発生回路16は、ステップS10において、ソース線SLの電圧VSLが基準電圧VREF_SRCを超えているか否かを判断する。その結果、電圧VSLが基準電圧VREF_SRCを超えていれば(ステップS10、YES)、読み出し回数を2回とする(ステップS12)。これは第1の実施形態と同様である。
他方、電圧VSLが基準電圧VREF_SRCを超えていなければ(ステップS10、NO)、制御信号発生回路16は、データパターンモニタ回路23から、オンセル数及びオフセル数の情報を受信する(ステップS20)。そして制御信号発生回路16は、オンセル数が規定数を超えているか否かを判定する(ステップS21)。ステップS21で用いる規定数は、ステップS14で使用する規定数と同じでも異なっていても良い。そして、オンセル数が規定数を超えていなければ(ステップS21、NO)、読み出し回数を1回とする(ステップS11)。しかし、規定数を超えていれば(ステップS21、YES)、読み出し回数を2回とする(ステップS12)。その他の動作は第1の実施形態と同様であるので、説明は省略する。
<効果>
以上のように、この発明の第2の実施形態に係るNAND型フラッシュメモリであると、第1の実施形態で説明した(1)の効果に加えて、下記(2)の効果が得られる。
(2)NAND型フラッシュメモリの動作信頼性を向上出来る。
本実施形態に係るNAND型フラッシュメモリであると、データの読み出し回数を、電圧VSLとオンセル数との両方に基づいて決定している。従って、誤読み出しの発生をより効果的に防止でき、NAND型フラッシュメモリの動作信頼性を向上出来る。本効果について、以下説明する。
以上のように、この発明の第2の実施形態に係るNAND型フラッシュメモリであると、第1の実施形態で説明した(1)の効果に加えて、下記(2)の効果が得られる。
(2)NAND型フラッシュメモリの動作信頼性を向上出来る。
本実施形態に係るNAND型フラッシュメモリであると、データの読み出し回数を、電圧VSLとオンセル数との両方に基づいて決定している。従って、誤読み出しの発生をより効果的に防止でき、NAND型フラッシュメモリの動作信頼性を向上出来る。本効果について、以下説明する。
図10は、読み出し動作時及びベリファイ動作時において、1ページ内に含まれるオンセル数と、電圧VSL(すなわちセル電流)との関係を示すグラフである。図中において、電圧VSLはオンセル数に比例しているが、必ずしも比例関係にある必要は無い。しかし、大まかには、オンセル数が増加する程、電圧VSLも大きくなる。また、電圧VSLの増加の程度には、メモリセルトランジスタMTの特性などによりばらつきがある。図中では、グラフをそのうちの一つの例として示している。
図示するように、電圧VSLが基準電圧VREF_SRCを超えた場合には、オンセル数にかかわらず、2回の読み出しが行われる。これが図中の斜線の領域A2に相当し、第1の実施形態と同様である。本実施形態では、電圧VSLが基準電圧VREF_SRCを超えなかった場合であっても、オンセル数がある一定の規定数N1を超えなかった場合には、2回の読み出しが行われる。これが図中の斜線の領域A3に相当する。読み出しが1回だけのケースは、電圧VSLが基準電圧VREF_SRCを超えず、且つオンセル数が規定数N1を超えた場合である。これは図中の白抜きの領域A1に相当する。
領域A3は、オンセル数が多かったにも関わらず、電圧VSLが基準電圧VREF_SRC以下であった場合である。オンセル数が多ければ、電圧VSLは、基準電圧VREF_SRC以下であったとしても、基準電圧VREF_SRCに近いレベルの高い電圧まで上昇している可能性が高い。つまり、電圧VSLと基準電圧VREF_SRCとの差は、非常に小さい可能性がある。従って、このような場合には、読み出しを2回行う。
このように、本実施形態によれば、ケース毎に読み出し回数を細かく設定することが可能となり、NAND型フラッシュメモリの動作信頼性を向上出来る。
[第3の実施形態]
次に、この発明の第3の実施形態に係る半導体記憶装置について説明する。本実施形態は、上記第2の実施形態と同様に、データの読み出し動作時及びベリファイ動作時における読み出し回数を、電圧VSLだけでなく、データパターンモニタ回路23におけるモニタ結果にも基づいて、決定するものである。以下では、第1の実施形態と異なる点についてのみ説明する。図11は、ベリファイ動作時における制御信号発生回路16の処理の一部を示すフローチャートである。
次に、この発明の第3の実施形態に係る半導体記憶装置について説明する。本実施形態は、上記第2の実施形態と同様に、データの読み出し動作時及びベリファイ動作時における読み出し回数を、電圧VSLだけでなく、データパターンモニタ回路23におけるモニタ結果にも基づいて、決定するものである。以下では、第1の実施形態と異なる点についてのみ説明する。図11は、ベリファイ動作時における制御信号発生回路16の処理の一部を示すフローチャートである。
図示するように制御信号発生回路16は、ステップS10において、ソース線SLの電圧VSLが基準電圧VREF_SRCを超えているか否かを判断する。その結果、電圧VSLが基準電圧VREF_SRCを超えていなければ(ステップS10、NO)、読み出し回数を1回とする(ステップS11)。これは第1の実施形態と同様である。
他方、電圧VSLが基準電圧VREF_SRCを超えていれば(ステップS10、YES)、制御信号発生回路16は、データパターンモニタ回路23から、オンセル数及びオフセル数の情報を受信する(ステップS13)。そして制御信号発生回路16は、オンセル数が規定数を超えているか否かを判定する(ステップS30)。ステップS21で用いる規定数は、ステップS14で使用する規定数と同じでも異なっていても良い。そして、オンセル数が規定値を超えていなければ(ステップS30、NO)、読み出し回数を1回とする(ステップS11)。しかし、規定数を超えていれば(ステップS30、YES)、読み出し回数を2回とする(ステップS12)。その他の動作は第1の実施形態と同様であるので、説明は省略する。
<効果>
以上のように、この発明の第3の実施形態に係るNAND型フラッシュメモリであると、第1の実施形態で説明した(1)の効果に加えて、下記(3)の効果が得られる。
以上のように、この発明の第3の実施形態に係るNAND型フラッシュメモリであると、第1の実施形態で説明した(1)の効果に加えて、下記(3)の効果が得られる。
(3)NAND型フラッシュメモリの動作速度を向上出来る。
図12は、読み出し動作時及びベリファイ動作時において、1ページ内に含まれるオンセル数と、電圧VSLとの関係を示すグラフである。図示するように、電圧VSLが基準電圧VREF_SRCを超えない場合には、オンセル数にかかわらず、読み出し回数は1回である。これが図中の白抜きの領域A4に相当し、第1の実施形態と同様である。
図12は、読み出し動作時及びベリファイ動作時において、1ページ内に含まれるオンセル数と、電圧VSLとの関係を示すグラフである。図示するように、電圧VSLが基準電圧VREF_SRCを超えない場合には、オンセル数にかかわらず、読み出し回数は1回である。これが図中の白抜きの領域A4に相当し、第1の実施形態と同様である。
本実施形態では、電圧VSLが基準電圧VREF_SRCを超えた場合であっても、オンセル数がある一定の規定数N2を超えなかった場合には、読み出し回数を1回とする。これが図中の斜線の領域A6に相当する。読み出しが2回のケースは、電圧VSLが基準電圧VREF_SRCを超え、且つオンセル数が規定数N2を超えた場合である。これは図中の斜線の領域A5に相当する。
領域A6は、電圧VSLが基準電圧VREF_SRCを超えたにも関わらず、オンセル数が少なかった場合である。オンセル数が少なければ、電圧VSLは、基準電圧VREF_SRCを超えていたとしても、基準電圧VREF_SRC近辺の値である可能性が高い。つまり、電圧VSLと基準電圧VREF_SRCとの差は、非常に小さい可能性がある。従って、このような場合には、読み出しを1回とする。
以上により、必要な場合にのみ、読み出し回数を複数回とすることが出来、NAND型フラッシュメモリの動作速度を向上出来る。
[第4の実施形態]
次に、この発明の第4の実施形態に係る半導体記憶装置について説明する。本実施形態は、上記第2、第3の実施形態を組み合わせたものである。図13は、読み出し動作時及びベリファイ動作時における制御信号発生回路16の処理の一部を示すフローチャートである。
次に、この発明の第4の実施形態に係る半導体記憶装置について説明する。本実施形態は、上記第2、第3の実施形態を組み合わせたものである。図13は、読み出し動作時及びベリファイ動作時における制御信号発生回路16の処理の一部を示すフローチャートである。
図示するように制御信号発生回路16は、まずデータパターンモニタ回路23から、オンセル数及びオフセル数の情報を受信する(ステップS13)。そして、電圧VSLが基準電圧VREF_SRCを超えていれば(ステップS10、YES)、制御信号発生回路16は、オンセル数が規定数を超えているか否かを判定する(ステップS30)。この際に用いる規定数を、規定数N2とする。勿論、規定数N2は、ステップS14で使用する規定数と同じでも異なっていても良い。そして、オンセル数が規定数N2を超えていなければ(ステップS30、NO)、読み出し回数を1回とする(ステップS11)。しかし、規定数N2を超えていれば(ステップS30、YES)、読み出し回数を2回とする(ステップS12)。
他方、ステップS10において電圧VSLが基準電圧VREF_SRCを超えていなければ(ステップS10、NO)、制御信号発生回路16は、オンセル数が規定数を超えているか否かを判定する(ステップS21)。この際に用いる規定数を、規定数N1とすると、N2<N1である。勿論、規定数N1は、ステップS14で使用する規定数と同じでも異なっていても良いが、例えば規定数N2<ステップS14で使用する規定数<規定値N1である。そして、オンセル数が規定数N1を超えていなければ(ステップS21、NO)、読み出し回数を1回とする(ステップS11)。しかし、規定数N1を超えていれば(ステップS21、YES)、読み出し回数を2回とする(ステップS12)。
<効果>
以上のように、この発明の第4の実施形態に係るNAND型フラッシュメモリであると、第1乃至第3の実施形態で説明した(1)乃至(3)の効果が得られる。
以上のように、この発明の第4の実施形態に係るNAND型フラッシュメモリであると、第1乃至第3の実施形態で説明した(1)乃至(3)の効果が得られる。
図14は、本実施形態に係るNAND型フラッシュメモリにおいて、1ページ内に含まれるオンセル数と、電圧VSLとの関係を示すグラフであり、図中ではCASE AとCASE Bの2つの場合を示している。図中において、斜線を付した領域が、読み出し回数が2回の領域であり、白抜きの領域が、1回の領域である。
図示するように、本実施形態に係る手法であると、電圧VSLが基準電圧VREF_SRC以下であったとしても、オンセル数が多ければ2回の読み出しを行う。他方、電圧VSLが基準電圧VREF_SRCを超えていたとしても、オンセル数が少なければ、読み出しを1回だけとする。これにより、NAND型フラッシュメモリの高速化と信頼性向上とを両立出来る。
[第5の実施形態]
次に、この発明の第5の実施形態に係る半導体記憶装置について説明する。本実施形態は、上記第1乃至第4の実施形態のいずれかにおいて、データの読み出し動作時及びベリファイ動作時におけるソース線ドライバ20の能力を、データパターンモニタ回路23におけるモニタ結果だけでなく、セルソースモニタ回路21における電圧VSLの検出結果にも基づいて、決定するものである。以下では、第1乃至第4の実施形態と異なる点についてのみ説明する。図15は、読み出し動作時及びベリファイ動作時における制御信号発生回路16の処理の一部を示すフローチャートであり、図7、図9、図11、図13におけるステップS14〜S16の部分の処理に相当する。
次に、この発明の第5の実施形態に係る半導体記憶装置について説明する。本実施形態は、上記第1乃至第4の実施形態のいずれかにおいて、データの読み出し動作時及びベリファイ動作時におけるソース線ドライバ20の能力を、データパターンモニタ回路23におけるモニタ結果だけでなく、セルソースモニタ回路21における電圧VSLの検出結果にも基づいて、決定するものである。以下では、第1乃至第4の実施形態と異なる点についてのみ説明する。図15は、読み出し動作時及びベリファイ動作時における制御信号発生回路16の処理の一部を示すフローチャートであり、図7、図9、図11、図13におけるステップS14〜S16の部分の処理に相当する。
図示するように制御信号発生回路16は、セルソースモニタ検出回路21の検出結果に基づき、ソース線SLの電圧VSLが基準電圧VREF_SRCを超えているか否かを判断する(ステップS40)。その結果、電圧VSLが基準電圧VREF_SRCを超えていれば(ステップS40、YES)、2回目の読み出し時におけるソース線ドライバ20の駆動力を上昇させる(ステップS15)。
他方、電圧VSLが基準電圧VREF_SRCを超えていなければ(ステップS40、NO)、ステップS14に進み、第1乃至第4の実施形態と同様の処理を行う。その他の動作は第1乃至第4の実施形態と同様であるので、説明は省略する。
<効果>
以上のように、この発明の第2の実施形態に係るNAND型フラッシュメモリであると、下記(4)の効果が更に得られる。
(4)NAND型フラッシュメモリの動作信頼性を向上出来る。
本実施形態に係るNAND型フラッシュメモリであると、2回目のデータ読み出しにおけるソース線ドライバ20の駆動力を、電圧VSLとオンセル数との両方に基づいて決定している。従って、誤読み出しの発生をより効果的に防止でき、NAND型フラッシュメモリの動作信頼性を向上出来る。
以上のように、この発明の第2の実施形態に係るNAND型フラッシュメモリであると、下記(4)の効果が更に得られる。
(4)NAND型フラッシュメモリの動作信頼性を向上出来る。
本実施形態に係るNAND型フラッシュメモリであると、2回目のデータ読み出しにおけるソース線ドライバ20の駆動力を、電圧VSLとオンセル数との両方に基づいて決定している。従って、誤読み出しの発生をより効果的に防止でき、NAND型フラッシュメモリの動作信頼性を向上出来る。
図16は、図10、図12、図14と同様に、1ページ内に含まれるオンセル数と、電圧VSLとの関係を示すグラフである。図中において、斜線を付した領域が、2回目の読み出し時において、ソース線ドライバ20の駆動力が上昇されるケースに相当する。すなわち、電圧VSLが基準電圧VREF_SRCを超えた場合には、オンセル数にかかわらず、ソース線ドライバ20の駆動力は上昇される。また本実施形態では、電圧VSLが基準電圧VREF_SRCを超えなかった場合であっても、オンセル数がある一定の規定数N3を超えなかった場合には、ソース線ドライバ20の駆動力は上昇される。これは、第1の実施形態で説明した通り、2回目の読み出しにおいて、ビット線BLに流れる電流が大きい可能性があるからである。これにより、2回目の読み出しにおける読み出し精度を向上出来る。
[第6の実施形態]
次に、この発明の第6の実施形態に係る半導体記憶装置について説明する。本実施形態は、第5の実施形態と同様に、上記第1乃至第4の実施形態のいずれかにおいて、データの読み出し動作時及びベリファイ動作時におけるソース線ドライバ20の能力を、データパターンモニタ回路23におけるモニタ結果だけでなく、セルソースモニタ回路21における電圧VSLの検出結果にも基づいて、決定するものである。以下では、第1乃至第4の実施形態と異なる点についてのみ説明する。図17は、読み出し動作時及びベリファイ動作時における制御信号発生回路16の処理の一部を示すフローチャートであり、図7、図9、図11、図13におけるステップS14〜S16の部分の処理に相当する。
次に、この発明の第6の実施形態に係る半導体記憶装置について説明する。本実施形態は、第5の実施形態と同様に、上記第1乃至第4の実施形態のいずれかにおいて、データの読み出し動作時及びベリファイ動作時におけるソース線ドライバ20の能力を、データパターンモニタ回路23におけるモニタ結果だけでなく、セルソースモニタ回路21における電圧VSLの検出結果にも基づいて、決定するものである。以下では、第1乃至第4の実施形態と異なる点についてのみ説明する。図17は、読み出し動作時及びベリファイ動作時における制御信号発生回路16の処理の一部を示すフローチャートであり、図7、図9、図11、図13におけるステップS14〜S16の部分の処理に相当する。
図示するように制御信号発生回路16は、セルソースモニタ検出回路21の検出結果に基づき、ソース線SLの電圧VSLが基準電圧VREF_SRCを超えているか否かを判断する(ステップS40)。その結果、電圧VSLが基準電圧VREF_SRCを超えていなければ(ステップS40、NO)、ソース線ドライバ20の駆動力を不変とする(ステップS16)。つまり、2回目の読み出し時におけるソース線ドライバ20の駆動力は、1回目の読み出し時と同じとされる。
他方、電圧VSLが基準電圧VREF_SRCを超えていれば(ステップS41、YES)、オンセル数が規定数を超えているか否かを判定する(ステップS41)。そして、オンセル数が規定値を超えていなければ(ステップS41、NO)、ソース線ドライバ20の駆動力を上昇させる(ステップS15)。規定数を超えていれば(ステップS41、YES)、ステップS16に進む。その他の動作は第1乃至第4の実施形態と同様であるので、説明は省略する。
<効果>
以上のように、この発明の第6の実施形態に係るNAND型フラッシュメモリであると、下記(5)の効果が更に得られる。
(5)NAND型フラッシュメモリの消費電力を低減出来る。
図18は、図16と同様に、1ページ内に含まれるオンセル数と、電圧VSLとの関係を示すグラフである。図中において、斜線を付した領域が、ソース線ドライバ20の駆動力が上昇されるケースに相当する。すなわち、電圧VSLが基準電圧VREF_SRCを超えなかった場合には、オンセル数にかかわらず、ソース線ドライバ20の駆動力は一定とされる。また本実施形態では、電圧VSLが基準電圧VREF_SRCを超えた場合であっても、オンセル数がある一定の規定数N4を超えた場合には、ソース線ドライバ20の駆動力は一定とされる。これは、第1の実施形態で説明した通り、2回目の読み出しにおいて、ビット線BLに流れる電流が小さいと考えられるからである。従って、ソース線ドライバ20の駆動力を不要に上昇させる必要が無く、NAND型フラッシュメモリの消費電力を低減出来る。
以上のように、この発明の第6の実施形態に係るNAND型フラッシュメモリであると、下記(5)の効果が更に得られる。
(5)NAND型フラッシュメモリの消費電力を低減出来る。
図18は、図16と同様に、1ページ内に含まれるオンセル数と、電圧VSLとの関係を示すグラフである。図中において、斜線を付した領域が、ソース線ドライバ20の駆動力が上昇されるケースに相当する。すなわち、電圧VSLが基準電圧VREF_SRCを超えなかった場合には、オンセル数にかかわらず、ソース線ドライバ20の駆動力は一定とされる。また本実施形態では、電圧VSLが基準電圧VREF_SRCを超えた場合であっても、オンセル数がある一定の規定数N4を超えた場合には、ソース線ドライバ20の駆動力は一定とされる。これは、第1の実施形態で説明した通り、2回目の読み出しにおいて、ビット線BLに流れる電流が小さいと考えられるからである。従って、ソース線ドライバ20の駆動力を不要に上昇させる必要が無く、NAND型フラッシュメモリの消費電力を低減出来る。
[第7の実施形態]
次に、この発明の第7の実施形態に係る半導体記憶装置について説明する。本実施形態は、上記第5、第6の実施形態を組み合わせたものである。図19は、読み出し動作時及びベリファイ動作時における制御信号発生回路16の処理の一部を示すフローチャートであり、図7、図9、図11、図13におけるステップS14〜S16の部分の処理に相当する。
次に、この発明の第7の実施形態に係る半導体記憶装置について説明する。本実施形態は、上記第5、第6の実施形態を組み合わせたものである。図19は、読み出し動作時及びベリファイ動作時における制御信号発生回路16の処理の一部を示すフローチャートであり、図7、図9、図11、図13におけるステップS14〜S16の部分の処理に相当する。
図示するように制御信号発生回路16は、電圧VSLが基準電圧VREF_SRCを超えていなければ(ステップS40、NO)、オンセル数が規定数を超えているか否かを判定する(ステップS14)。この際に用いる規定数を、規定数N3とする。そして、オンセル数が規定数N3を超えていれば(ステップS14、YES)、ソース線ドライバ20の駆動力を一定とする(ステップS16)。しかし、規定数N3を超えていなければ(ステップS14、NO)、駆動力を上昇させる(ステップS15)。
他方、ステップS40において電圧VSLが基準電圧VREF_SRCを超えていれば(ステップS40、YES)、制御信号発生回路16は、オンセル数が規定数を超えているか否かを判定する(ステップS41)。この際に用いる規定数を、規定数N4とすると、N3<N4である。そして、オンセル数が規定数N4を超えていなければ(ステップS41、NO)、駆動力を上昇させる(ステップS15)。しかし、規定数N4を超えていれば(ステップS41、YES)、駆動力を不変とする(ステップS16)。
<効果>
以上のように、この発明の第7の実施形態に係るNAND型フラッシュメモリであると、第5、第6の実施形態で説明した(4)、(5)の効果を更に得られる。
以上のように、この発明の第7の実施形態に係るNAND型フラッシュメモリであると、第5、第6の実施形態で説明した(4)、(5)の効果を更に得られる。
図20は、本実施形態に係るNAND型フラッシュメモリにおいて、1ページ内に含まれるオンセル数と、電圧VSLとの関係を示すグラフであり、図中ではCASE AとCASE Bの2つの場合を示している。図中において、斜線を付した領域が、ソース線ドライバ20の駆動力を上昇させるケースに相当する。
図示するように、本実施形態に係る手法であると、電圧VSLが基準電圧VREF_SRC以下であったとしても、オンセル数が少なければソース線ドライバ20の能力を上昇させる。他方、電圧VSLが基準電圧VREF_SRCを超えていたとしても、オンセル数が多ければ、ソース線ドライバ20の能力を不変とする。これにより、NAND型フラッシュメモリの信頼性向上と低消費電力化とを両立出来る。
[第8の実施形態]
次に、この発明の第8の実施形態に係る半導体記憶装置について説明する。本実施形態は、上記第1乃至第7の実施形態におけるソース線ドライバ20の構成と、制御信号発生回路16によるソース線ドライバ20の制御方法に関するものである。ソース線ドライバ20の構成以外は第1乃至第7の実施形態と同様であるので、説明は省略する。
次に、この発明の第8の実施形態に係る半導体記憶装置について説明する。本実施形態は、上記第1乃至第7の実施形態におけるソース線ドライバ20の構成と、制御信号発生回路16によるソース線ドライバ20の制御方法に関するものである。ソース線ドライバ20の構成以外は第1乃至第7の実施形態と同様であるので、説明は省略する。
<第1の例>
図21は、第1の例に係るソース線ドライバ20及び制御信号発生回路16のブロック図である。図示するように、制御信号発生回路16は、MOSトランジスタ31のゲートに入力される信号G_SRCの電位を制御する。
図21は、第1の例に係るソース線ドライバ20及び制御信号発生回路16のブロック図である。図示するように、制御信号発生回路16は、MOSトランジスタ31のゲートに入力される信号G_SRCの電位を制御する。
図22は、データの読み出し時及びベリファイ時におけるビット線BL及び信号G_SRCの電位を示すタイミングチャートである。図中の横軸の時刻t0〜t2は、図8と対応する。図示するように、1回目の読み出しの期間、制御信号発生回路16は、信号G_SRCの電位をVG_SRC1とする。次に2回目の読み出しの期間、オンセル数が規定数を超えていない場合(ステップS14、NO、CASE III)には、信号G_SRCをVG_SRC1のままとする。他方、オンセル数が規定数を超えている場合(ステップS14、YES、CASE IV)には、信号G_SRCをVG_SRC2(>VG_SRC1)とする。これにより、MOSトランジスタ31の電流駆動力を増大させる。
<第2の例>
図23は、第2の例に係るソース線ドライバ20及び制御信号発生回路16のブロック図である。図示するように、ソース線ドライバ20において、MOSトランジスタ31は、2つのMOSトランジスタ70、71によって構成され、更にスイッチ素子72、73を備えている。MOSトランジスタ70、71は、ゲートに信号G_SRCが与えられ、ソースが接地され、ドレインがそれぞれスイッチ素子72、73を介してソース線SLに接続されている。制御信号発生回路16は、信号CNT1、CNT2を発生し、これによりスイッチ素子72、73を制御する。
図23は、第2の例に係るソース線ドライバ20及び制御信号発生回路16のブロック図である。図示するように、ソース線ドライバ20において、MOSトランジスタ31は、2つのMOSトランジスタ70、71によって構成され、更にスイッチ素子72、73を備えている。MOSトランジスタ70、71は、ゲートに信号G_SRCが与えられ、ソースが接地され、ドレインがそれぞれスイッチ素子72、73を介してソース線SLに接続されている。制御信号発生回路16は、信号CNT1、CNT2を発生し、これによりスイッチ素子72、73を制御する。
図24は、データの読み出し時及びベリファイ時におけるビット線BL及び信号CNT1、CNT2の電位を示すタイミングチャートである。図中の横軸の時刻t0〜t2は、図8と対応する。図示するように、1回目の読み出しの期間、制御信号発生回路16は、信号CNT1、CNT2をそれぞれ“H”レベル及び“L”レベルとする。これにより、MOSトランジスタ70がソース線SLに接続され、MOSトランジスタ71は非接続とされる。次に2回目の読み出しの期間、オンセル数が規定数を超えていない場合(ステップS14、NO、CASE III)には、制御信号発生回路16は、信号CNT1、CNT2をそれぞれ“H”レベル及び“L”レベルで維持する。他方、オンセル数が規定数を超えている場合(ステップS14、YES、CASE IV)には、信号CNT1だけでなく信号CNT2も“H”レベルとし、MOSトランジスタ71をソース線SLに接続する。その結果、2つのMOSトランジスタ70、71によってソース線SLは接地され、ソース線ドライバ20の能力が増大される。
<第3の例>
図25は、第3の例に係るソース線ドライバ20及び制御信号発生回路16のブロック図である。図示するように、ソース線ドライバ20において、MOSトランジスタ31は、2つのMOSトランジスタ70、71によって構成される。MOSトランジスタ70、71は、ソースが接地され、ドレインがソース線SLに接続され、ゲートにそれぞれ信号CNT1、CNT2が入力される。制御信号発生回路16は、信号CNT1、CNT2を発生し、これによりMOSトランジスタ70、71のオン/オフを制御する。
図25は、第3の例に係るソース線ドライバ20及び制御信号発生回路16のブロック図である。図示するように、ソース線ドライバ20において、MOSトランジスタ31は、2つのMOSトランジスタ70、71によって構成される。MOSトランジスタ70、71は、ソースが接地され、ドレインがソース線SLに接続され、ゲートにそれぞれ信号CNT1、CNT2が入力される。制御信号発生回路16は、信号CNT1、CNT2を発生し、これによりMOSトランジスタ70、71のオン/オフを制御する。
データの読み出し時及びベリファイ時におけるビット線BL及び信号CNT1、CNT2の電位は、図24と同様である。すなわち、CASE IVでは、MOSトランジスタ70、71の両方がオン状態とされることで、ソース線ドライバ20の能力が増大される。
以上のように、ソース線ドライバ20の駆動力は、MOSトランジスタ31のゲート電位によって制御したり、または複数の前記MOSトランジスタのうち、前記ソース線の電位を接地電位に放電可能とされたMOSトランジスタの数によって制御したりすることが出来る。しかしながらソース線ドライバ20の構成は、制御信号発生回路16によって能力を可変な構成であれば、上記構成に限定されるものでは無い。
以上のように、この発明の第1乃至第8の実施形態に係るNAND型フラッシュメモリであると、読み出し動作及びベリファイ動作時において、オン状態または/及びオフ状態のメモリセルMTの数をカウントするカウント回路23と、読み出し動作及びベリファイ動作時において、ソース線SLの電圧VSLが基準電圧VREF_SRCを超えたか否かを検出する検出回路21とを備えている。そして制御回路16は、検出回路21における検出結果、または検出回路21における検出結果とカウント回路23におけるカウント結果とに応じて、センスアンプ12におけるデータのセンス回数を制御する。更に制御回路16は、カウント回路23におけるカウント結果、またはカウント結果と検出回路21における検出結果とに基づいて、ソース線ドライバ20の駆動力を制御する。これにより、NAND型フラッシュメモリの動作信頼性を向上出来る。
なお、上記実施形態では、セルソースモニタ回路21がソース線SLの電圧VSLを検出する場合を例に挙げて説明した。しかし、電圧ではなく電流を検出しても良い。例えば、セルソースモニタ回路21は、MOSトランジスタ31とカレントミラー回路を構成するMOSトランジスタを備え、このMOSトランジスタに流れる電流を基準電流と比較し、比較結果を制御信号発生回路16に与えても良い。また、MOSトランジスタ31のソースは、必ずしも接地されている必要は無く、ある一定の電位が与えられても良い。この電位は、例えば正の電位であり、この場合には、データの読み出し時においてワード線には読み出しレベルにこの正の電位を加えた電圧が印加される。
また、セルソースモニタ回路21は、1回目の読み出し時においてのみ、ソース線SLの電圧をモニタすれば良く、2回目以降の読み出し時には必ずしもモニタする必要は無い。このことは、データパターンモニタ回路23も同様である。
更に、制御信号発生回路16は、ベリファイ動作時と読み出し動作時のいずれか一方においてのみ、センス回数及びソース線ドライバ20の能力を制御しても良いし、両方の場合において制御しても良い。勿論、データの消去後に行う消去ベリファイ動作時にも、同様の制御を行っても良い。
更に、上記実施形態ではメモリセルトランジスタMTの電荷蓄積層44が導電物(例えば多結晶シリコン層)で形成される場合を例に説明した。しかし、電荷蓄積層44は、シリコン窒化膜等の絶縁物で形成されても良い。すなわち、所謂MONOS構造であっても良い。またメモリセルトランジスタMTは、2ビット以上のデータを保持可能とされても良い。例えば2ビットデータを保持可能なメモリセルトランジスタMTの場合、メモリセルトランジスタMTの閾値分布は、4つの状態を取りうる。そしてデータの読み出し時には、各状態間の電圧(読み出しレベル)が、電圧VCGRとして順次発生される。
更に、上記実施形態ではNAND型フラッシュメモリを例に説明したが、例えばNOR型フラッシュメモリにも適用出来、セル電流の増加によりソース線電位の上昇が問題となる半導体記憶装置全般に適用可能である。
なお、本願発明は上記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。更に、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出されうる。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出されうる。
1…フラッシュメモリ、11…メモリセルアレイ、12…センスアンプ、13…ロウデコーダ、14…データバス、15…I/Oバッファ、16…制御信号発生回路、17…アドレスレジスタ、18…カラムデコーダ、19…内部電圧発生回路、20…ソース線ドライバ、21…セルソースモニタ回路、22…基準電圧生成回路、23…データパターンモニタ回路、30…メモリセルユニット、31、64〜67、70、71…MOSトランジスタ、32…比較器、40…半導体基板、41、42…ウェル領域、43…ゲート絶縁膜、44、46…多結晶シリコン層、45…ゲート間絶縁膜、47…不純物拡散層、48、51…層間絶縁膜、49、50、52…金属配線層、60〜63、72、73…スイッチ素子、69…ラッチ回路
Claims (5)
- 電荷蓄積層と制御ゲートとを含み、データを保持可能なメモリセルと、
前記メモリセルのドレインに電気的に接続されたビット線と、
前記メモリセルのソースに電気的に接続されたソース線と、
前記ソース線に電圧を印加するソース線ドライバと、
前記データの読み出し動作及びベリファイ動作時において、前記ビット線に流れる電流をセンスして、前記データを読み出すセンスアンプと、
前記読み出し動作及びベリファイ動作時において、オン状態または/及びオフ状態の前記メモリセルの数をカウントするカウント回路と、
前記読み出し動作及びベリファイ動作時において、前記ソース線の電圧が基準電圧を超えたか否かを検出する検出回路と、
前記検出回路における検出結果に応じて、前記センスアンプにおけるデータのセンス回数を制御し、且つ前記カウント回路におけるカウント結果に応じて、前記ソース線ドライバの駆動力を制御する制御回路と
を具備することを特徴とする半導体記憶装置。 - 前記制御回路は、前記ソース線の電圧が前記基準電圧を超えた場合、前記センス回数を2回以上とし、且つ、
前記オン状態の前記メモリセルの数が規定値以下であった場合、1回目のセンス時よりも、2回目以降のセンス時における前記ソース線ドライバの駆動力を上昇させる
ことを特徴とする請求項1記載の半導体記憶装置。 - 電荷蓄積層と制御ゲートとを含み、データを保持可能なメモリセルと、
前記メモリセルのドレインに電気的に接続されたビット線と、
前記メモリセルのソースに電気的に接続されたソース線と、
前記ソース線に電圧を印加するソース線ドライバと、
前記データの読み出し動作及びベリファイ動作時において、前記ビット線に流れる電流をセンスして、前記データを読み出すセンスアンプと、
前記読み出し動作及びベリファイ動作時において、オン状態または/及びオフ状態の前記メモリセルの数をカウントするカウント回路と、
前記読み出し動作及びベリファイ動作時において、前記ソース線の電圧が基準電圧を超えたか否かを検出する検出回路と、
前記検出回路における検出結果と前記カウント回路におけるカウント結果とに応じて、前記センスアンプにおけるデータのセンス回数を制御し、且つ前記カウント回路におけるカウント結果に応じて、前記ソース線ドライバの駆動力を制御する制御回路と
を具備することを特徴とする半導体記憶装置。 - 前記制御回路は、前記ソース線の電圧が前記基準電圧を超えた場合、及び前記ソース線の電圧が前記基準電圧を超え、且つ前記オン状態の前記メモリセルの数が第1規定値を超えた場合、前記センス回数を2回以上とし、且つ
前記オン状態の前記メモリセルの数が第2規定値以下であった場合に、1回目のセンス時よりも、2回目以降のセンス時における前記ソース線ドライバの駆動力を上昇させる
ことを特徴とする請求項3記載の半導体記憶装置。 - 電荷蓄積層と制御ゲートとを含み、データを保持可能なメモリセルと、
前記メモリセルのドレインに電気的に接続されたビット線と、
前記メモリセルのソースに電気的に接続されたソース線と、
前記ソース線に電圧を印加するソース線ドライバと、
前記データの読み出し動作及びベリファイ動作時において、前記ビット線に流れる電流をセンスして、前記データを読み出すセンスアンプと、
前記読み出し動作及びベリファイ動作時において、オン状態または/及びオフ状態の前記メモリセルの数をカウントするカウント回路と、
前記読み出し動作及びベリファイ動作時において、前記ソース線の電圧が基準電圧を超えたか否かを検出する検出回路と、
前記検出回路における検出結果と前記カウント回路におけるカウント結果とに応じて、前記センスアンプにおけるデータのセンス回数、及び前記ソース線ドライバの駆動力を制御する制御回路と
を具備することを特徴とする半導体記憶装置。
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