JP2018147530A - 半導体記憶装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】高速に動作することが可能な半導体記憶装置を提供する。【解決手段】実施形態の半導体記憶装置10は、nビットデータ(nは1以上の整数)を記憶可能な第1及び第2メモリセルと、第1及び第2メモリセルにそれぞれ接続された第1及び第2ワード線と、一端が前記第1ワード線の一端に接続された第1トランジスタと、一端が前記第2ワード線の一端及び他端にそれぞれ接続された第2及び第3トランジスタと、を備える。第1ビットデータの読み出し動作において、第1ワード線が選択された場合、第2ワード線に第1電圧が第1時間印加され、第2ワード線が選択された場合、第1ワード線に第1電圧が第1時間より短い第2時間印加される。【選択図】図6
Description
実施形態は半導体記憶装置に関する。
メモリセルが三次元に積層されたNAND型フラッシュメモリが知られている。
高速に動作することが可能な半導体記憶装置を提供する。
実施形態の半導体記憶装置は、nビットデータ(nは1以上の整数)を記憶可能な第1及び第2メモリセルと、第1及び第2メモリセルにそれぞれ接続された第1及び第2ワード線と、一端が前記第1ワード線の一端に接続された第1トランジスタと、一端が前記第2ワード線の一端及び他端にそれぞれ接続された第2及び第3トランジスタと、を備える。第1ビットデータの読み出し動作において、第1ワード線が選択された場合、第2ワード線に第1電圧が第1時間印加され、第2ワード線が選択された場合、第1ワード線に第1電圧が第1時間より短い第2時間印加される。
以下に、実施形態について図面を参照して説明する。図面は模式的なものである。尚、以下の説明において、略同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を付す。参照符号を構成する文字の後の数字、及び参照符号を構成する数字の後の文字は、同じ文字及び数字を含んだ参照符号によって参照され、且つ同様の構成を有する要素同士を区別するために用いられている。同じ文字及び数字を含んだ参照符号で示される要素を相互に区別する必要がない場合、これらの要素は同じ文字及び数字のみを含んだ参照符号により参照される。
[1]第1実施形態
以下に、第1実施形態に係る半導体記憶装置について説明する。
以下に、第1実施形態に係る半導体記憶装置について説明する。
[1−1]構成
[1−1−1]半導体記憶装置10の全体構成
まず、図1を用いて半導体記憶装置10の全体構成について説明する。図1には、半導体記憶装置10のブロック図が示されている。図1に示すように半導体記憶装置10は、メモリセルアレイ11、センスアンプモジュール12、ロウデコーダモジュール13A及び13B、入出力回路14、レジスタ15、ロジックコントローラ16、シーケンサ17、レディ/ビジー制御回路18、並びに電圧生成回路19を備えている。
[1−1−1]半導体記憶装置10の全体構成
まず、図1を用いて半導体記憶装置10の全体構成について説明する。図1には、半導体記憶装置10のブロック図が示されている。図1に示すように半導体記憶装置10は、メモリセルアレイ11、センスアンプモジュール12、ロウデコーダモジュール13A及び13B、入出力回路14、レジスタ15、ロジックコントローラ16、シーケンサ17、レディ/ビジー制御回路18、並びに電圧生成回路19を備えている。
メモリセルアレイ11は、ブロックBLK0〜BLKn(nは1以上の自然数)を備えている。ブロックBLKは、ビット線及びワード線に関連付けられた複数の不揮発性メモリセルの集合であり、例えばデータの消去単位となる。半導体記憶装置10は、例えばMLC(Multi-Level Cell)方式を適用することにより、各メモリセルに2ビット以上のデータを記憶させることが出来る。
センスアンプモジュール12は、メモリセルアレイ11から読み出したデータDATを、入出力回路14を介して外部のメモリコントローラに出力する。またセンスアンプモジュール12は、メモリコントローラから入出力回路14を介して受け取った書き込みデータDATを、メモリセルアレイ11に転送する。
ロウデコーダモジュール13は、アドレスレジスタ15Bに保持されたブロックアドレスBAに基づいて、各種動作を実行する対象のブロックBLKを選択する。そしてロウデコーダモジュール13は、電圧生成回路19から供給された電圧を、選択したブロックBLKに転送する。例えば、ロウデコーダモジュール13Aはワード線の一端から電圧を印加し、ロウデコーダモジュール13Bはワード線の他端から電圧を印加する。
入出力回路14は、例えば8ビット幅の入出力信号I/O(I/O1〜I/O8)を、メモリコントローラとの間で送受信する。例えば入出力回路14は、メモリコントローラから受信した入出力信号I/Oに含まれた書き込みデータDATを、センスアンプモジュール12に転送する。また入出力回路14は、センスアンプモジュール12から転送された読み出しデータDATを入出力信号I/Oとしてメモリコントローラに送信する。
レジスタ15は、ステータスレジスタ15A、アドレスレジスタ15B、コマンドレジスタ15Cを含む。ステータスレジスタ15Aは、例えばシーケンサ17のステータス情報STSを保持する。アドレスレジスタ15Bは、入出力回路14から転送されたアドレス情報ADDを保持する。アドレス情報ADDに含まれたカラムアドレスCA、ブロックアドレスBA、及びページアドレスPAは、それぞれセンスアンプモジュール12、ロウデコーダモジュール13、及び電圧生成回路19で使用される。コマンドレジスタ15Cは、入出力回路14から転送されたコマンドCMDを保持する。
ロジックコントローラ16は、メモリコントローラから受信した各種制御信号に基づいて、入出力回路14及びシーケンサ17を制御する。この制御信号としては、例えばチップイネーブル信号/CE、コマンドラッチイネーブル信号CLE、アドレスラッチイネーブル信号ALE、ライトイネーブル信号/WE、リードイネーブル信号/RE、及びライトプロテクト信号/WPが使用される。信号/CEは、半導体記憶装置10をイネーブルにするための信号である。信号CLEは、アサートされている信号CLEと並行して半導体記憶装置10に入力される信号がコマンドCMDであることを入出力回路14に通知する信号である。信号ALEは、アサートされている信号ALEと並行して半導体記憶装置10に入力される信号がアドレス情報ADDであることを入出力回路14に通知する信号である。信号/WE及び/REはそれぞれ、例えば入出力信号I/Oの入力及び出力を入出力回路14に対して指示する信号である。信号/WPは、例えば電源のオンオフ時に半導体記憶装置10を保護状態にするための信号である。
シーケンサ17は、コマンドレジスタ15Cに保持されたコマンドCMDに基づいて、半導体記憶装置10全体の動作を制御する。具体的には、シーケンサ17は、センスアンプモジュール12、ロウデコーダモジュール13、電圧生成回路19等を制御して、書き込み動作や読み出し動作等の各種動作を実行する。
レディ/ビジー制御回路18は、シーケンサ17の動作状態に基づいてレディ/ビジー信号RBnを生成する。信号RBnは、半導体記憶装置10がメモリコントローラからの命令を受け付けるレディ状態であるか、命令を受け付けないビジー状態であるかを、メモリコントローラに通知する信号である。
電圧生成回路19は、シーケンサ17の制御に基づいて所望の電圧を生成し、生成した電圧をメモリセルアレイ11、センスアンプモジュール12、ロウデコーダモジュール13等に供給する。例えば、電圧生成回路19は、アドレスレジスタ15Bに保持されたページアドレスPAに基づいて、選択ワード線に対応する信号線、及び非選択ワード線に対応する信号線に対してそれぞれ所望の電圧を印加する。
[1−1−2]メモリセルアレイ11の構成
次に、図2を用いてメモリセルアレイ11の回路構成について説明する。図2はメモリセルアレイ11の回路図であり、メモリセルアレイ11内の1つのブロックBLKについての詳細な回路構成を示している。図2に示すようにブロックBLKは、例えばストリングユニットSU0〜SU3を備えている。尚、ブロックBLKが含むストリングユニットSUの個数はこれに限定されず、任意の個数に設計することが出来る。
次に、図2を用いてメモリセルアレイ11の回路構成について説明する。図2はメモリセルアレイ11の回路図であり、メモリセルアレイ11内の1つのブロックBLKについての詳細な回路構成を示している。図2に示すようにブロックBLKは、例えばストリングユニットSU0〜SU3を備えている。尚、ブロックBLKが含むストリングユニットSUの個数はこれに限定されず、任意の個数に設計することが出来る。
ストリングユニットSUの各々は、複数のNANDストリングNSを含んでいる。各ストリングユニットSUに含まれた複数のNANDストリングNSは、それぞれビット線BL0〜BLm(mは1以上の自然数)に対応して設けられている。NANDストリングNSの各々は、例えば8個のメモリセルトランジスタMT(MT0〜MT7)、並びに選択トランジスタST1及びST2を含んでいる。尚、NANDストリングNSが含むメモリセルトランジスタMTの個数はこれに限定されず、任意の個数に設計することが出来る。
メモリセルトランジスタMTは、制御ゲート及び電荷蓄積層を備え、データを不揮発に保持する。メモリセルトランジスタMT0〜MT7は、選択トランジスタST1のソースと選択トランジスタST2のドレインとの間に直列接続されている。同一ブロックBLK内のメモリセルトランジスタMT0〜MT7の制御ゲートはそれぞれ、ワード線WL0〜WL7に共通接続されている。
ストリングユニットSU0〜SU3内の選択トランジスタST1のゲートはそれぞれ、セレクトゲート線SGD0〜SGD3に共通接続されている。同一ブロックBLK内で同一列にある選択トランジスタST1のドレインは、対応するビット線BLに共通接続され、さらに、同一列にある選択トランジスタST1のドレインは、対応するビット線BLによって複数のブロックBLK間で共通接続されている。同一ブロック内の選択トランジスタST2のゲートは、セレクトゲート線SGSに共通接続されている。同一ブロック内の選択トランジスタST2のソースは、ソース線SLに共通接続されている。さらに、選択トランジスタST2のソースは、ソース線SLによって複数のブロックBLK間で共通接続されている。
以下の説明では、共通のワード線WLに接続された複数のメモリセルトランジスタMTの保持する1ビットデータの集合のことを“ページ”と呼ぶ。従って、1つのメモリセルトランジスタMTに2ビットデータが記憶される場合、1本のワード線WLに接続された複数のメモリセルトランジスタMTの集合には、2ページデータが記憶される。
尚、メモリセルトランジスタMTの閾値分布は、例えば図3に示すものとなる。図3には、MLC方式を適用した場合におけるメモリセルトランジスタMTの閾値分布、割り当てられたデータ、及び読み出し動作で使用される電圧が示されている。図3の縦軸及び横軸は、それぞれメモリセルトランジスタMTの数及び閾値電圧に対応している。
図3に示すように、MLC方式を適用した場合、メモリセルトランジスタMTの閾値分布は4個に分けられる。この4個の閾値分布を、閾値電圧の低いものから順に“ER”レベル、“A”レベル、“B”レベル、“C”レベルと呼ぶ。“ER”レベルは、メモリセルトランジスタMTの消去状態に相当し、“A”レベル、“B”レベル、及び“C”レベルは、メモリセルトランジスタMTの書き込み状態に相当する。
これらの閾値分布には、それぞれ2ビットデータが割り当てられる。具体的には、“ER”レベル、“A”レベル、“B”レベル、及び“C”レベルの閾値分布にはそれぞれ、例えば“01”(“Upperビット/Lowerビット”)データ、“11”データ、“01”データ、及び“00”データが割り当てられる。
そして、読み出し動作で使用される読み出し電圧は、隣り合う閾値分布の間にそれぞれ設定される。具体的には、あるメモリセルトランジスタMTの閾値電圧が“ER”レベルであるか“A”レベル以上であるかを判定するための読み出し電圧ARは、“ER”レベルにおける最大の閾値電圧と“A”レベルにおける最小の閾値電圧との間に設定される。あるメモリセルトランジスタMTが“A”レベル以下であるか“B”レベル以上であるかを判定するための読み出し電圧BRは、“A”レベルにおける最大の閾値電圧と“B”レベルにおける最小の閾値電圧との間に設定される。読み出し電圧CRも、読み出し電圧AR及びBRと同様に設定される。そして、読み出し動作時において非選択ワード線に印加される電圧である読み出しパス電圧Vreadは、“C”レベルの閾値分布における最大の閾値電圧よりも高い電圧に設定される。つまり、制御ゲートに電圧Vreadが印加されたメモリセルトランジスタMTは、保持するデータに依らずにオン状態になる。
以上で説明したデータの割り当てを適用した場合、Lowerページデータは電圧BRを用いた読み出し結果によって確定し、Upperページデータは電圧AR及びCRを用いた読み出し結果によって確定する。つまり、Lowerページデータは1回の読み出しで確定し、Upperページデータは2回の読み出しで確定する。
[1−1−3]センスアンプモジュール12の構成
次に、図4及び図5を用いてセンスアンプモジュール12の構成について説明する。図4にはセンスアンプモジュール12のブロック図が示され、図5にはセンスアンプモジュール12の詳細な回路構成が示されている。図4に示すようにセンスアンプモジュール12は、センスアンプユニットSAU0〜SAUmを備えている。
次に、図4及び図5を用いてセンスアンプモジュール12の構成について説明する。図4にはセンスアンプモジュール12のブロック図が示され、図5にはセンスアンプモジュール12の詳細な回路構成が示されている。図4に示すようにセンスアンプモジュール12は、センスアンプユニットSAU0〜SAUmを備えている。
センスアンプユニットSAU0〜SAUmは、それぞれビット線BL0〜BLmに対応して設けられている。各センスアンプユニットSAUは、センスアンプ部SA、並びにラッチ回路SDL、LDL、UDL、及びXDLを含んでいる。各センスアンプユニットSAUにおいてセンスアンプ部SA、並びにラッチ回路SDL、LDL、UDL、及びXDLは、互いにデータを送受信可能なように接続されている。
センスアンプ部SAは、読み出し動作では、対応するビット線BLに読み出されたデータをセンスして、読み出したデータが“0”であるか“1”であるかを判定し、書き込み動作では、書き込みデータに基づいて対応するビット線BLに電圧を印加する。図5に示すようにセンスアンプ部SAは、pチャネルMOSトランジスタ20、nチャネルMOSトランジスタ21〜27、及びキャパシタ28を備えている。
トランジスタ20は、一端が電源線に接続され、ゲートがノードINVに接続されている。トランジスタ21は、一端がトランジスタ20の他端に接続され、他端がノードCOMに接続され、ゲートに制御信号BLXが入力される。トランジスタ22は、一端がノードCOMに接続され、他端が対応するビット線BLに接続され、ゲートに制御信号BLCが入力される。トランジスタ23は、一端がノードCOMに接続され、他端がノードSRCに接続され、ゲートがノードINVに接続されている。トランジスタ24は、一端がトランジスタ20の他端に接続され、他端がノードSENに接続され、ゲートに制御信号HLLが入力される。トランジスタ25は、一端がノードSENに接続され、他端がノードCOMに接続され、ゲートに制御信号XXLが入力される。トランジスタ26は、一端が接地され、ゲートがノードSENに接続されている。トランジスタ27は、一端がトランジスタ26の他端に接続され、他端がバスLBUSに接続され、ゲートに制御信号STBが入力される。キャパシタ28は、一端がノードSENに接続され、他端にクロックCLKが入力される。
ラッチ回路SDL、LDL、及びUDLは、読み出しデータ及び書き込みデータを一時的に保持する。図5に示すようにラッチ回路SDLは、インバータ30及び31、並びにnチャネルMOSトランジスタ32及び33を備えている。
インバータ30は、入力端子がノードLATに接続され、出力端子がノードINVに接続されている。インバータ31は、入力端子がノードINVに接続され、出力端子がノードLATに接続されている。トランジスタ32は、一端がノードINVに接続され、他端がバスLBUSに接続され、ゲートに制御信号STIが入力される。トランジスタ33は、一端がノードLATに接続され、他端がバスLBUSに接続され、ゲートに制御信号STLが入力される。尚、ラッチ回路LDL及びUDLの回路構成は、以上で説明したラッチ回路SDLの回路構成と同様のため、説明を省略する。
ラッチ回路XDLは、センスアンプユニットSAUと入出力回路14との間のデータの入出力に用いられる。例えば、入出力回路14から受信した書き込みデータは、ラッチ回路XDLを介してラッチ回路SDL、LDL、又はUDLに転送され、メモリセルトランジスタMTから読み出した読み出しデータは、ラッチ回路XDLを介して入出力回路14に転送される。
以上で説明したセンスアンプユニットSAUの構成において、トランジスタ20の一端に接続された電源線には、例えば半導体記憶装置10の電源電圧である電圧Vddが印加され、ノードSRCには、例えば半導体記憶装置10の接地電圧である電圧Vssが印加される。また、以上で説明した各種制御信号は、例えばシーケンサ17によって生成される。例えば、読み出し動作においてシーケンサ17が信号STBをアサートすると、センスアンプ部SAがノードSENの電圧に基づいて読み出しデータを確定する。
尚、以上で説明したセンスアンプモジュール12の構成は、これに限定されない。例えば、センスアンプユニットSAUが備えるラッチ回路の個数は、1つのメモリセルトランジスタMTが保持するデータのビット数に基づいて変更しても良い。
また、以上の説明では、センスアンプユニットSAU及びビット線BLが1対1で対応する場合を例に挙げたが、これに限定されない。例えば、複数のビット線BLが、セレクタを介して1つのセンスアンプユニットSAUに接続されても良い。
[1−1−4]ロウデコーダモジュール13の構成
次に、図6を用いてロウデコーダモジュール13の構成について説明する。図6には、ロウデコーダモジュール13の回路図が示されている。図6に示すようにロウデコーダモジュール13AはロウデコーダRDA0〜RDAnを含み、ロウデコーダモジュール13BはロウデコーダRDB0〜RDBnを含んでいる。
次に、図6を用いてロウデコーダモジュール13の構成について説明する。図6には、ロウデコーダモジュール13の回路図が示されている。図6に示すようにロウデコーダモジュール13AはロウデコーダRDA0〜RDAnを含み、ロウデコーダモジュール13BはロウデコーダRDB0〜RDBnを含んでいる。
ロウデコーダRDA0及びRDB0は、ブロックBLK0に関連付けられ、ロウデコーダRDAn及びRDBnは、ブロックBLKnに関連付けられている。つまり、1つのブロックBLKに、ロウデコーダRDA及びRDBの組が関連付けられている。以下に、ブロックBLK0に対応するロウデコーダRDA0及びRDB0に着目して、ロウデコーダRDA及びRDBの詳細な構成について説明する。
ロウデコーダRDAは、ブロックデコーダBD並びに高耐圧nチャネルMOSトランジスタTR1〜TR13を含み、ロウデコーダRDBは、高耐圧nチャネルMOSトランジスタTR14及びTR15を含んでいる。
ブロックデコーダBDは、ブロックアドレスBAをデコードして、このデコード結果に基づいて転送ゲート線TGに所定の電圧を印加する。転送ゲート線TGは、トランジスタTR1〜TR15のゲートに共通接続されている。
トランジスタTR1〜TR15は、電圧生成回路19から配線された各種信号線と、関連付けられたブロックBLKの各種配線との間に接続されている。具体的には、トランジスタTR1の一端は、信号線SGSDに接続され、トランジスタTR1の他端は、セレクトゲート線SGSに接続されている。トランジスタTR2〜TR9の一端は、それぞれ信号線CG0〜CG7に接続され、トランジスタTR2〜TR9の他端は、それぞれワード線WL0〜WL7の一端に接続されている。トランジスタTR10〜13の一端は、信号線SGDD0〜SGDD3に接続され、トランジスタTR10〜13の他端は、セレクトゲート線SGD0〜SGD3に接続されている。トランジスタTR14及びTR15の一端は、それぞれ信号線CG6及びCG7に接続され、トランジスタTR14及びTR15の他端は、それぞれワード線WL6及びWL7の他端に接続されている。
このように、ワード線WL0〜WL5は、ロウデコーダRDAによりワード線WLの片側から駆動され、ワード線WL6及びWL7は、ロウデコーダRDBによりワード線WLの両側から駆動される。以下の説明では、片側駆動に対応するワード線WL及び信号線CGのことを第1グループ(Gr.1)のワード線WL及び信号線CGと呼び、両側駆動に対応するワード線WL及び信号線CGのことを第2グループ(Gr.2)のワード線WL及び信号線CGと呼ぶ。
以上の構成によりロウデコーダモジュール13は、各種動作を実行するブロックBLKを選択することが出来る。具体的には、各種動作時において選択及び非選択ブロックBLKに対応するブロックデコーダBDは、それぞれ“H”レベル及び“L”レベルの電圧を転送ゲート線TGに印加する。“H”レベル及び“L”レベルの電圧は、nチャネルMOSトランジスタのゲートに印加されると、トランジスタがそれぞれオン状態及びオフ状態になる電圧である。例えば、ブロックBLK0が選択された場合、ロウデコーダRDA0及びRDB0に含まれたトランジスタTR1〜TR15がオン状態になり、その他のロウデコーダRDA及びRDBに含まれたトランジスタTR1〜TR15がオフ状態になる。その結果、ブロックBLK0のワード線WL並びに選択ゲート線SGD及びSGSと各種信号線との電流経路が形成され、他のブロックBLKのワード線WL並びに選択ゲート線SGD及びSGSと各種信号線との電流経路が遮断される。
[1−1−5]電圧生成回路19の構成
次に、図7を用いて電圧生成回路19の構成について説明する。図7には、電圧生成回路19のブロック図が示されている。図7に示すように電圧生成回路19は、チャージポンプ40、並びにCGドライバ41A、41B、及び41Cを備えている。
次に、図7を用いて電圧生成回路19の構成について説明する。図7には、電圧生成回路19のブロック図が示されている。図7に示すように電圧生成回路19は、チャージポンプ40、並びにCGドライバ41A、41B、及び41Cを備えている。
チャージポンプ40は、シーケンサ17の制御に基づいて所望の電圧を生成する回路である。また、チャージポンプ40は、CGドライバ41A、41B、及び41Cに対してそれぞれ異なる電圧を供給することが出来、さらにCGドライバ41毎に供給する電圧のRamp Rateを変更することが出来る。
CGドライバ41は、チャージポンプ40から供給された電圧からワード線WLに印加する電圧を生成するドライバである。CGドライバ41A、41B、及び41Cはそれぞれ、例えば選択ワード線、第1グループの非選択ワード線、及び第2グループの非選択ワード線に対応している。各CGドライバ41は、高耐圧nチャネルトランジスタ42及びレベルシフタ43を含んでいる。
トランジスタ42は、チャージポンプ40とロウデコーダモジュール13との間に接続され、ゲートがレベルシフタ43に接続されている。レベルシフタ43は、シーケンサ17の制御に基づいて、トランジスタ42のゲートに印加する電圧を制御する。つまりレベルシフタ43は、シーケンサ17の制御に基づいてトランジスタ42をオン状態にすることにより、チャージポンプ40から供給された電圧をロウデコーダモジュール13に転送する。
具体的には、CGドライバ41A、41B、及び41Cが転送した電圧は、図示せぬセレクタを介して所望の信号線CGに印加される。このセレクタは、ページアドレスPAに基づいてシーケンサ17により制御される。また、シーケンサ17は、ページアドレスPAに基づいて、CGドライバ41毎に異なるイネーブルタイミングを適用することが出来る。このイネーブルタイミングは、CGドライバ41が信号線に対して電圧の供給を開始するタイミングのことを示している。
尚、以上で説明した電圧生成回路19の構成は、これに限定されない。例えば、電圧生成回路19は、セレクトゲート線SGD及びSGSに印加する電圧を生成するSGドライバや、ソース線SLに印加する電圧を生成するSLドライバ等、その他のドライバを含んでいても良い。
[1−1−6]半導体記憶装置10の構造
次に、半導体記憶装置10の構造について説明する。第1実施形態に係る半導体記憶装置10は、ロウデコーダモジュール13がメモリセルアレイ11下部に設けられた構造を有している。第1実施形態におけるメモリセルアレイ11の平面レイアウトは、例えば図8に示すものとなる。図8には、1つのストリングユニットSUを抽出したメモリセルアレイ11の平面レイアウトの一例と、それぞれが互いに交差するX軸、Y軸、及びZ軸とが示されている。尚、Z方向は、半導体基板表面に対する鉛直方向に対応している。
次に、半導体記憶装置10の構造について説明する。第1実施形態に係る半導体記憶装置10は、ロウデコーダモジュール13がメモリセルアレイ11下部に設けられた構造を有している。第1実施形態におけるメモリセルアレイ11の平面レイアウトは、例えば図8に示すものとなる。図8には、1つのストリングユニットSUを抽出したメモリセルアレイ11の平面レイアウトの一例と、それぞれが互いに交差するX軸、Y軸、及びZ軸とが示されている。尚、Z方向は、半導体基板表面に対する鉛直方向に対応している。
図8に示すようにストリングユニットSUは、Y方向に延伸して設けられ、Y方向に沿って3つの領域(CR、HR1、HR2)に分類される。以下に、メモリセルアレイ11の領域CRにおける詳細な構造と、メモリセルアレイ11及びロウデコーダモジュール13の領域HR1及びHR2における詳細な構造について説明する。
まず、メモリセルアレイ11の領域CRにおける詳細な構造について説明する。領域CRは、複数のメモリセルが設けられる領域であり、領域HR1と領域HR2との間に配置される。具体的には、領域CRには複数の半導体ピラーMHが設けられ、1つの半導体ピラーMHが、例えば1つのNANDストリングNSに対応する。つまり領域CRは、実質的なデータ保持領域として機能する。
メモリセルアレイ11の領域CRにおける断面構造の一例が、図9に示されている。図9は、図8のIX−IX線に沿ったメモリセルアレイ11の断面図である。尚、以下の説明に用いる図面は、層間絶縁膜を省略して示している。
図9に示すようにメモリセルアレイ11には、Z方向に沿って且つ下層から上層に向かって、導電体50、導電体51、複数の導電体52、導電体53、及び導電体54が順に設けられている。導電体50〜53は、X方向及びY方向に広がった板状に設けられ、それぞれソース線SL、セレクトゲート線SGS、ワード線WL、及びセレクトゲート線SGDとして機能する。また、図9に示された8層の導電体52は、下層から順にワード線WL0〜WL7に対応している。導電体54は、X方向に延伸して設けられ、ビット線BLとして機能する。このように、領域CRにおいてストリングユニットSUは、セレクトゲート線SGS、ワード線WL0〜WL7、及びセレクトゲート線SGDのいずれかに対応する導電体と、絶縁膜とが交互に設けられた積層構造を備えている。
半導体ピラーMHは、導電体53の上面から導電体50の上面に達するように形成されている。つまり半導体ピラーMHは、Z方向に沿って導電体51〜53を通過するように設けられている。半導体ピラーMHは、ブロック絶縁膜55、絶縁膜(電荷蓄積層)56、トンネル酸化膜57、導電性の半導体材料58を含んでいる。具体的には、半導体材料58の周囲にトンネル酸化膜57が設けられ、トンネル酸化膜57の周囲に絶縁膜56が設けられ、絶縁膜56の周囲にブロック絶縁膜55が設けられている。尚、半導体材料58は、複数の材料により構成されていても良い。
このような構造において、導電体51と半導体ピラーMHとの交点部分が選択トランジスタST2として機能し、導電体52と半導体ピラーMHとの交点部分がメモリセルトランジスタMTとして機能し、導電体53と半導体ピラーMHとの交点部分が選択トランジスタST1として機能する。そして、同一のストリングユニットSUにおいて、X方向に配列する半導体ピラーMHは、それぞれ異なるビット線BLに接続される。具体的には、半導体材料58のZ方向における一端と、対応する導電体54(ビット線BL)との間に、導電性のビアコンタクトBLCが設けられる。
以上で説明したメモリセルアレイ11の積層構造が1つのストリングユニットSUに対応し、X方向に複数配列している。X方向に隣り合うストリングユニットSUの間には、絶縁体が埋め込まれたスリットが設けられ、隣り合う上記積層構造の導電体51〜53が分離されている。そして、このスリット内には、例えばコンタクトプラグLIが、導電体50上からY方向及びZ方向に広がった板状に設けられている。言い換えると、1つのストリングユニットSUは、例えばX方向に隣り合うコンタクトプラグLIの間に設けられている。
尚、以上で説明したメモリセルアレイ11の構造は、これに限定されない。例えば、上記説明においてセレクトゲート線SGS及びSGDは、それぞれ1層の導電体51及び53により構成されているが、セレクトゲート線SGS及びSGDは、複数層の導電体により構成されていても良い。また、上記説明において1つの半導体ピラーMHが通過する導電体52の個数は、これに限定されない。例えば、1つの半導体ピラーMHが通過する導電体52の個数を9個以上にすることで、1つのNANDストリングNSに含まれたメモリセルトランジスタMTの個数を9個以上にすることが出来る。
次に、メモリセルアレイ11及びロウデコーダモジュール13の領域HR1及びHR2における詳細な構造について説明する。領域HR1は、ストリングユニットSU毎に設けられた導電体51〜53とロウデコーダモジュール13Aとの間の配線を接続するための領域であり、領域HR2は、ストリングユニットSU毎に設けられた導電体51〜53とロウデコーダモジュール13Bとの間の配線を接続するための領域である。
図8に示すように、選択ゲート線SGSに対応する導電体51、ワード線WL0〜WL7に対応する導電体52、及び選択ゲート線SGDに対応する導電体53は、Y方向の一端が領域CRから領域HR1に向かう方向に引き出され、ワード線WL6及びWL7に対応する導電体52は、Y方向の他端が領域CRから領域HR2に向かう方向に引き出されている。言い換えると、領域HR1において導電体51及び52は、上層の導電体52及び53と重ならない配線引き出し部を有し、領域HR2において導電体52は、上層の導電体52及び53と重ならない配線引き出し部を有している。つまり、領域HR1における導電体51〜53の端部と、領域HR2における導電体52及び53の端部はそれぞれ、例えば階段状に設けられている。そして、領域HR1におけるワード線WL0〜WL7の配線引き出し部と、領域HR2におけるワード線WL6及びWL7の配線引き出し部とには、それぞれ導電性のビアコンタクトVCが設けられる。
メモリセルアレイ11及びロウデコーダモジュール13の領域HR1及びHR2における断面構造の一例が、図10に示されている。図10は、図8のY方向に沿ったストリングユニットSUの断面図であり、領域HR1及びHR2におけるビアコンタクトVCの断面と、領域CRおける半導体ピラーMHの断面とを含んでいる。尚、図10では、ワード線WL0及びWL7に関連する構成要素の詳細を示し、他のワード線WL等に対応する配線が省略して示されている。また、半導体ピラーMHの詳細な断面構造は、図9を用いて説明した半導体ピラーMHの構造と同様のため、省略して示されている。
図10に示すように、半導体記憶装置10の基板上には、ロウデコーダモジュール13A及び13Bが設けられている。具体的には、半導体記憶装置10の基板上には、P型ウェル領域60が設けられ、P型ウェル領域60の表面内には、複数のn+不純物拡散領域61及び62が形成されている。1組の拡散領域61及び62間、且つP型ウェル領域60上には、図示せぬゲート絶縁膜を介して導電体63が設けられている。この1組の拡散領域61及び62並びに導電体63が、図6に示されたトランジスタTRに対応している。つまり、拡散領域61及び62並びに導電体63は、それぞれトランジスタTRのソース、ドレイン、及びゲートに対応している。
領域HR1及びHR2において、上層の導電体52及び53と重ならない各導電体52の配線引き出し部の上方には、それぞれ導電体64が設けられている。具体的には、例えば導電体64は、導電体53が設けられた配線層と、導電体54が設けられた配線層との間の配線層に設けられている。尚、導電体64が設けられる配線層はこれに限定されず、例えば導電体54と同じ配線層や導電体54より上層の配線層に設けられても良い。
領域HR1においてワード線WL0に対応する導電体52の配線引き出し部は、導電性のビアコンタクトHUを介して導電体64Aに接続されている。導電体64Aは、ビアコンタクトVCを介して拡散領域61Aに接続されている。ビアコンタクトVCと、導電体50〜53との間は、絶縁膜65によって絶縁されている。尚、以下の説明において、各ビアコンタクトVCと、導電体50〜53との間は、絶縁膜65によって絶縁されているものとする。
同様に、領域HR1においてワード線WL7に対応する導電体52の配線引き出し部は、ビアコンタクトHUを介して導電体64Bに接続されている。導電体64Bは、ビアコンタクトVCを介して拡散領域61Bに接続されている。領域HR2においてワード線WL7に対応する導電体52の配線引き出し部は、ビアコンタクトHUを介して導電体64Cに接続されている。導電体64Cは、ビアコンタクトVCを介して拡散領域61Cに接続されている。
つまり、ワード線WL7に対応する導電体52において、Y方向の一端は、ビアコンタクトVC及びHU並びに導電体64Bを介してトランジスタTR9のソースに接続され、Y方向の他端は、ビアコンタクトVC及びHU並びに導電体64Cを介してトランジスタTR15のソースに接続されている。これに対して、ワード線WL0に対応する導電体52において、Y方向の一端は、ビアコンタクトVC及びHU並びに導電体64Aを介してトランジスタTR2のソースに接続され、Y方向の他端は、半導体基板上のトランジスタTRに接続されない。すなわち、ワード線WL0に対応する導電体52におけるY方向の他端には、例えば対応するビアコンタクトVC及びHU並びに導電体64が設けられず、当該他端が層間絶縁膜に覆われた状態となっている、
以上のように、第1グループのワード線WLに対応する導電体52は、領域HR1においてソース線SLより下層に設けられたロウデコーダモジュール13に接続され、第2グループのワード線WLに対応する導電体52は、領域HR1及びHR2においてそれぞれソース線SLより下層に設けられたロウデコーダモジュール13に接続される。
以上のように、第1グループのワード線WLに対応する導電体52は、領域HR1においてソース線SLより下層に設けられたロウデコーダモジュール13に接続され、第2グループのワード線WLに対応する導電体52は、領域HR1及びHR2においてそれぞれソース線SLより下層に設けられたロウデコーダモジュール13に接続される。
尚、以上の説明では、各導電体52が電気的に接続されるビアコンタクトVCが、当該導電体52を通過する場合を例に挙げたが、これに限定されない。例えば、各導電体52に対応するビアコンタクトVCは、異なる配線層の導電体52から導電体50を通過して、対応する拡散領域61に接続されるようにしても良い。
また、以上の説明では、ビアコンタクトBLC、VC、及びHUが、1段のピラーにより形成されている場合を例に説明したが、これに限定されない。例えば、これらのビアコンタクトは、2段以上のピラーを連結して形成されていても良い。また、このように2段以上のピラーを連結する場合に、異なる導電体を介していても良い。
また、以上で説明した領域HR1及びHR2では、例えば同一のストリングユニットSU且つ同一のワード線WLに対応する導電体52が、導電体64又は導電体64に接続された他の導電体を介してショートされていても良い。
[1−2]動作
[1−2−1]読み出し動作
次に、半導体記憶装置10の読み出し動作について説明する。第1実施形態に係る半導体記憶装置10の読み出し動作では、第1グループ(片側駆動)のワード線WLを選択した場合における読み出し動作の時間と、第2グループ(両側駆動)のワード線WLを選択した場合における読み出し動作の時間とが異なっている。以下では、第1グループのワード線WLを選択した読み出し動作のことを第1読み出し動作と呼び、第2グループのワード線WLを選択した読み出し動作のことを第2読み出し動作と呼ぶ。
[1−2−1]読み出し動作
次に、半導体記憶装置10の読み出し動作について説明する。第1実施形態に係る半導体記憶装置10の読み出し動作では、第1グループ(片側駆動)のワード線WLを選択した場合における読み出し動作の時間と、第2グループ(両側駆動)のワード線WLを選択した場合における読み出し動作の時間とが異なっている。以下では、第1グループのワード線WLを選択した読み出し動作のことを第1読み出し動作と呼び、第2グループのワード線WLを選択した読み出し動作のことを第2読み出し動作と呼ぶ。
まず、図11を用いて半導体記憶装置10における第1読み出し動作について説明する。図11には、MLC方式でデータが記憶されたメモリセルからUpperビットデータを読み出す場合の波形の一例が示され、第1グループの選択ワード線WLsel(Gr.1)及び非選択ワード線WLuselに印加される電圧と制御信号STBの波形とが示されている。
図11に示すように、時刻t0以前の初期状態において、ロウデコーダモジュール13は、第1グループの選択ワード線WLselと非選択ワード線WLuselとに、電圧Vssを印加している。
時刻t0において、第1グループの非選択ワード線WLusel(Gr.1)には、ロウデコーダモジュール13Aによって片側から読み出しパス電圧Vreadが印加され、第2グループの非選択ワード線WLusel(Gr.2)には、ロウデコーダモジュール13A及び13Bによって両側から読み出しパス電圧Vreadが印加される。このとき非選択ワード線WLuselは、第1グループの非選択ワード線WLusel(Gr.1)よりも、第2グループの非選択ワード線WLusel(Gr.2)の方が早く電圧Vreadまで上昇する。
時刻t1において、第1グループの選択ワード線WLsel(Gr.1)には、ロウデコーダモジュール13Aによって片側から読み出し電圧ARが印加される。ここで、第1グループの選択ワード線WLsel(Gr.1)が、電圧Vssから読み出し電圧ARまで上昇する時間のことを時間T1とする。そしてシーケンサ17は、選択ワード線WLsel(Gr.1)の電圧が読み出し電圧ARとなっている間に、制御信号STBをアサートする。すると各センスアンプユニットSAUは、制御信号STBがアサートされたタイミングで、対応するビット線BLの電圧から読み出しデータを判定し、このデータを内部のいずれかのラッチ回路に保持する。
時刻t2において、第1グループの選択ワード線WLsel(Gr.1)には、ロウデコーダモジュール13Aによって片側から読み出し電圧CRが印加される。そしてシーケンサ17は、選択ワード線WLsel(Gr.1)の電圧が読み出し電圧CRとなっている間に、制御信号STBをアサートする。すると各センスアンプユニットSAUは、制御信号STBがアサートされたタイミングで、対応するビット線BLの電圧から読み出しデータを判定し、このデータを内部のいずれかのラッチ回路に保持する。
時刻t3において、ロウデコーダモジュール13A及び13Bは、各ワード線WLに電圧Vssを印加する。このとき非選択ワード線WLuselは、第1グループの非選択ワード線WLusel(Gr.1)よりも、第2グループの非選択ワード線WLusel(Gr.2)の方が早く、電圧Vssまで下降する。また、センスアンプユニットSAUは、内部に保持されている電圧ARにおける読み出しデータと、電圧CRにおける読み出しデータとに基づいてUpperビットデータを演算する。そして、このUpperビットデータが、ラッチ回路XDLを介して外部のコントローラに転送される。
以上の説明が第1読み出し動作に対応している。この第1読み出し動作が実行されている時間のことを時間tR1とし、以下の説明に用いる。
次に、図12を用いて、半導体記憶装置10における第2読み出し動作について、第1読み出し動作と異なる点を説明する。図12には、MLC方式でデータが記憶されたメモリセルからUpperビットデータを読み出す場合の波形の一例が示され、第2グループの選択ワード線WLsel(Gr.2)及び非選択ワード線WLuselに印加される電圧と制御信号STBの波形とが示されている。図12に示すように、第2読み出し動作は、図11を用いて説明した第1読み出し動作に対して、各時刻の動作タイミングが早くなっている。
具体的には、時刻t1において、第1グループの選択ワード線WLsel(Gr.2)には、ロウデコーダモジュール13A及び13Bによって両側から読み出し電圧ARが印加される。このとき、第2グループの選択ワード線WLsel(Gr.1)が電圧Vssから読み出し電圧ARまで上昇する時間T2が、第1読み出し動作における時間T1よりも短くなる。これに伴いシーケンサ17は、第1読み出し動作よりも早いタイミングで制御信号STBをアサートし、続く時刻t2の動作に移行する。そして、時刻t2における動作タイミングも、時刻t1における動作タイミングと同様に、第1読み出し動作よりも早くなっている。つまり、第2読み出し動作が実行される時間tR2は、第1読み出し動作が実行される時間tR1よりも短くなる。
次に、図12を用いて、半導体記憶装置10における第2読み出し動作について、第1読み出し動作と異なる点を説明する。図12には、MLC方式でデータが記憶されたメモリセルからUpperビットデータを読み出す場合の波形の一例が示され、第2グループの選択ワード線WLsel(Gr.2)及び非選択ワード線WLuselに印加される電圧と制御信号STBの波形とが示されている。図12に示すように、第2読み出し動作は、図11を用いて説明した第1読み出し動作に対して、各時刻の動作タイミングが早くなっている。
具体的には、時刻t1において、第1グループの選択ワード線WLsel(Gr.2)には、ロウデコーダモジュール13A及び13Bによって両側から読み出し電圧ARが印加される。このとき、第2グループの選択ワード線WLsel(Gr.1)が電圧Vssから読み出し電圧ARまで上昇する時間T2が、第1読み出し動作における時間T1よりも短くなる。これに伴いシーケンサ17は、第1読み出し動作よりも早いタイミングで制御信号STBをアサートし、続く時刻t2の動作に移行する。そして、時刻t2における動作タイミングも、時刻t1における動作タイミングと同様に、第1読み出し動作よりも早くなっている。つまり、第2読み出し動作が実行される時間tR2は、第1読み出し動作が実行される時間tR1よりも短くなる。
尚、以上の説明において、2ビットデータを記憶するメモリセルのUpperページデータを読み出す場合を例に挙げたが、これに限定されない。例えば、Lowerページデータを読み出す場合においても同様に、第2読み出し動作の実行時間が第1読み出し動作の実行時間よりも短くなる。
[1−2−2]書き込み動作
次に、半導体記憶装置10の書き込み動作について説明する。書き込み動作ではシーケンサ17が、プログラム動作とベリファイ読み出し動作との組み合わせであるプログラムループを、プログラム電圧Vpgmをインクリメントして繰り返し実行する。
次に、半導体記憶装置10の書き込み動作について説明する。書き込み動作ではシーケンサ17が、プログラム動作とベリファイ読み出し動作との組み合わせであるプログラムループを、プログラム電圧Vpgmをインクリメントして繰り返し実行する。
プログラム動作は、選択ワード線WLselにプログラム電圧Vpgmを印加して、書き込み対象のメモリセルトランジスタMTの閾値電圧を上昇させる動作である。書き込み禁止のメモリセルトランジスタMTは、プログラム電圧印加時のセルフブースト技術等によって、閾値電圧の変動が抑制される。
ベリファイ読み出し動作は、メモリセルトランジスタMTの閾値電圧が所望の閾値電圧に達したかどうかを判定する読み出し動作である。ベリファイ読み出し動作は、[1−2−1]で説明した第1及び第2読み出し動作を適用することが可能であり、選択ワード線WLselが第2グループの場合のベリファイ時間を、選択ワード線WLが第1グループの場合のベリファイ時間よりも短くすることが出来る。
ベリファイ読み出し動作は、メモリセルトランジスタMTの閾値電圧が所望の閾値電圧に達したかどうかを判定する読み出し動作である。ベリファイ読み出し動作は、[1−2−1]で説明した第1及び第2読み出し動作を適用することが可能であり、選択ワード線WLselが第2グループの場合のベリファイ時間を、選択ワード線WLが第1グループの場合のベリファイ時間よりも短くすることが出来る。
以下に、半導体記憶装置10のプログラム動作の詳細について説明する。第1実施形態に係る半導体記憶装置10のプログラム動作では、読み出し動作と同様に、第1グループ(片側駆動)のワード線WLを選択した場合におけるプログラム動作の時間と、第2グループ(両側駆動)のワード線WLを選択した場合におけるプログラム動作の時間とが異なっている。以下では、第1グループのワード線WLを選択したプログラム動作のことを第1プログラム動作と呼び、第2グループのワード線WLを選択したプログラム動作のことを第2プログラム動作と呼ぶ。
まず、図13を用いて半導体記憶装置10における第1プログラム動作について説明する。図13には、プログラム動作時の選択及び非選択のセレクトゲート線SGDsel及びSGDusel、第1グループの選択ワード線WLsel(Gr.1)、非選択ワード線WLusel、及び書き込み対象及び書き込み禁止のビット線BLprog及びBLinhの波形の一例が示されている。
図13に示すように、時刻t0以前の初期状態において、ロウデコーダモジュール13はセレクトゲート線SGD及びワード線WLに電圧Vssを印加し、センスアンプモジュール12はビット線BLに電圧Vssを印加している。
時刻t0において、ロウデコーダモジュール13Aは、セレクトゲート線SGD_sel及びSGD_uselに電圧Vsgdhを印加し、センスアンプモジュール12は、ビット線BLinhに電圧Vddを印加する。電圧Vsgdhは、選択トランジスタST1の閾値電圧よりも高い電圧である。セレクトゲート線SGD_sel及びSGD_uselに電圧Vsgdhが印加されると、対応する選択トランジスタST1がオン状態になり、各ビット線BLと対応するNANDストリングNSとの間に電流経路が形成される。そしてビット線BLinhに電圧Vddが印加されることにより、ビット線BLinhに対応するNANDストリングNSのチャネル電位が上昇する。
時刻t1において、ロウデコーダモジュール13Aは、セレクトゲート線SGDsel及びSGDuselに電圧Vssを印加する。セレクトゲート線SGDsel及びSGDuselに電圧Vssが印加されると、選択トランジスタST1がオフ状態になり、対応するNANDストリングNSのチャネルがフローティング状態になる。このとき、書き込み禁止のビット線BLinhに対応するNANDストリングのチャネル電位は、時刻t0及びt1間に印加された電圧により上昇した状態を保っている。つまり、ビット線BLinhに対応するNANDストリングNSのチャネル電位は、ビット線BLprogに対応するNANDストリングNSのチャネル電位よりも高くなっている。
時刻t2において、ロウデコーダモジュール13Aは、セレクトゲート線SGDselに電圧Vsgdを印加する。電圧Vsgdは、選択トランジスタST1の閾値電圧よりも高く、電圧Vsgdhよりも低い電圧である。第1グループの選択及び非選択ワード線WLsel及びWLusel(Gr.1)には、ロウデコーダモジュール13A及び13Bによって両側から書き込みパス電圧Vpassが印加され、第2グループの非選択ワード線WLusel(Gr.2)には、ロウデコーダモジュール13Aによって片側から電圧Vpassが印加される。書き込みパス電圧Vpassは、電圧Vsgdよりも高い電圧である。このとき、第1グループの非選択ワード線WLusel(Gr.1)よりも、第2グループの非選択ワード線WLusel(Gr.2)の方が早く、電圧Vpassまで上昇する。セレクトゲート線SGDselに電圧Vsgdが印加され、且つビット線BLinhに電圧Vddが印加されると、選択トランジスタST1がオフ状態になり、対応するNANDストリングNSのチャネルがフローティング状態になる。そして、ワード線WLsel及びWLuselに電圧Vpassが印加されると、フローティング状態になっているNANDストリングNSのチャネル電位が、ワード線WLとのカップリングにより上昇する(セルフブースト技術)。一方で、ビット線BLprogに対応するNANDストリングのチャネル電位は、センスアンプモジュール12により印加されている電圧Vssを維持する。
時刻t3において、第1グループの選択ワード線WLsel(Gr.1)には、ロウデコーダモジュール13Aによって片側からプログラム電圧Vpgmが印加される。ここで、第1グループの選択ワード線WLsel(Gr.1)が、電圧Vssから読み出し電圧ARまで上昇する時間のことを時間T3とする。ワード線WLselに電圧Vpgmが印加されると、ワード線WLselと、ビット線BLprogに対応するNANDストリングNSのチャネルとの電位差により、書き込み対象のメモリセルの電荷蓄積層に電子が注入され、メモリセルの閾値電圧が上昇する。一方で、ワード線WLselと、ビット線BLinhに対応するNANDストリングNSのチャネルとの電位差は、セルフブーストにより小さくなっているため、書き込み禁止のメモリセルにおける閾値電圧の変動は抑制される。
時刻t4において、ロウデコーダモジュール13Aは、選択ワード線WLselに印加している電圧をVpassまで下降させる。
時刻t5において、ロウデコーダモジュール13A及び13Bは、選択ワード線WLsel及び非選択ワード線WLuselに印加している電圧をVssまで下降させ、センスアンプモジュール12はビット線BLinhに印加している電圧をVssまで下降させる。このとき、第1グループの非選択ワード線WLusel(Gr.1)よりも、第2グループの非選択ワード線WLusel(Gr.2)の方が早く、電圧Vssまで下降する。すると、フローティング状態になっているNANDストリングNSのチャネル電位が、ワード線WLの電圧の下降に伴い下降する。
時刻t6において、ロウデコーダモジュール13Aは、セレクトゲート線SGDselに印加している電圧をVssまで下降させる。すると、セレクトゲート線SGDselに対応する選択トランジスタST1がオフ状態になり、初期状態に戻る。そしてシーケンサ17は、第1プログラム動作を終了して、例えばベリファイ動作に移行する。この第1プログラム動作が実行されている時間のことを時間tP1とし、以下の説明に用いる。
次に、図14を用いて、半導体記憶装置10における第2プログラム動作について、第1プログラム動作と異なる点について説明する。図14には、プログラム動作時の選択及び非選択のセレクトゲート線SGDsel及びSGDusel、第2グループの選択ワード線WLsel(Gr.2)、非選択ワード線WLusel、及び書き込み対象及び書き込み禁止のビット線BLprog及びBLinhの波形の一例が示されている。図14に示すように、第2プログラム動作は、図13を用いて説明した第1プログラム動作に対して、各時刻における動作タイミングが早くなっている。
具体的には、時刻t2において、第1グループの選択ワード線WLsel(Gr.2)には、ロウデコーダモジュール13A及び13Bによって両側から読み出し電圧ARが印加される。このとき、第2グループの選択ワード線WLsel(Gr.2)が電圧Vssからプログラム電圧Vpgmまで上昇する時間T4が、第1プログラム動作における時間T3よりも短くなる。これに伴いシーケンサ17は、第1読み出し動作よりも早いタイミングで、続く時刻t4の動作に移行する。つまり、第2プログラム動作が実行される時間tP2は、第1プログラム動作が実行される時間tP1よりも短くなる。
具体的には、時刻t2において、第1グループの選択ワード線WLsel(Gr.2)には、ロウデコーダモジュール13A及び13Bによって両側から読み出し電圧ARが印加される。このとき、第2グループの選択ワード線WLsel(Gr.2)が電圧Vssからプログラム電圧Vpgmまで上昇する時間T4が、第1プログラム動作における時間T3よりも短くなる。これに伴いシーケンサ17は、第1読み出し動作よりも早いタイミングで、続く時刻t4の動作に移行する。つまり、第2プログラム動作が実行される時間tP2は、第1プログラム動作が実行される時間tP1よりも短くなる。
[1−3]第1実施形態の効果
以上で説明した第1実施形態に係る半導体記憶装置10によれば、読み出し動作及び書き込み動作を高速化することが出来る。以下に、本効果の詳細について説明する。
以上で説明した第1実施形態に係る半導体記憶装置10によれば、読み出し動作及び書き込み動作を高速化することが出来る。以下に、本効果の詳細について説明する。
メモリセルが三次元に積層された半導体記憶装置では、例えばメモリセルが図9に示すような半導体ピラーMHにより形成される。このような半導体ピラーMHは、例えば高アスペクト比のエッチングを実行することによって形成されるため、メモリピラーMHの径が層毎に異なることがある。半導体ピラーMHの径が変化すると、半導体ピラーMHとワード線WLとして機能する導電体52とが接触する面積と、ワード線WLとして機能する導電体52自体の面積とが変化するため、半導体ピラーMHの径に応じてメモリセルの特性が変化する。
例えば、半導体ピラーMHの径が図9に示すような上層から下層にかけて細くなる形状の場合、ワード線WL及び半導体ピラーMH間のカップリング容量が、半導体ピラーMHの下層に対応するワード線WLよりも半導体ピラーMHの上層に対応するワード線WLの方が大きくなる。さらに半導体ピラーMHが上層においてその径が大きいため、上層のワード線WLの抵抗値が下層のワード線WLの抵抗値より高くなる。このため、上層のワード線WLにおけるRC遅延が、下層のワード線WLにおけるRC遅延よりも大きくなる。このようなRC遅延を抑制する方法としては、ワード線WLの両側から駆動する方法や、ワード線WLとして機能する導電体の幅を広げる方法が考えられる。
しかし、全てのワード線WLを両側駆動にする場合、ワード線WLとして機能する配線層を引き出すための領域が大きくなるため、半導体記憶装置の回路面積が大きくなってしまう。また、ワード線WLとして機能する導電体の幅を大きくする場合も同様に、半導体記憶装置の回路面積が大きくなってしまう。
そこで、第1実施形態に係る半導体記憶装置10は、片側駆動のワード線WLと、両側駆動のワード線WLとを備えている。具体的には、第1実施形態に係る半導体記憶装置10は、ワード線WLとして機能する導電体52の一端から電圧を印加するロウデコーダモジュール13Aと、他端から電圧を印加するロウデコーダモジュール13Bとを備えている。例えば、下層のワード線WL0〜WL5が、ロウデコーダモジュール13Aによって片側から駆動され、上層のワード線WL6及びWL7が、ロウデコーダモジュール13A及び13Bによって両側から駆動される。
このように、第1実施形態に係る半導体記憶装置10は、片側駆動にした場合のRC遅延が比較的小さい下層のワード線WLを、ロウデコーダモジュール13Aによって片側から駆動し、片側駆動にした場合のRC遅延が比較的大きい上層のワード線WLを、ロウデコーダモジュール13A及び13Bによって両側から駆動する。
これにより、半導体記憶装置10は、全てのワード線WLを両側駆動にする場合と比較して、ワード線WLを両側駆動にするための配線引き出し領域を抑制することが出来るため、半導体記憶装置10の回路面積の増大を抑制することが出来る。さらに、第1実施形態に係る半導体記憶装置10は、上層のワード線WLを選択した動作を高速化することが出来るため、読み出し動作及び書き込み動作を高速化することが出来る。
また、第1実施形態に係る半導体記憶装置10では、両側駆動のワード線WLにおけるRC遅延が、片側駆動のワード線WLにおけるRC遅延よりも小さい。この場合、読み出し動作及び書き込み動作において、選択ワードWLの電圧が所望の読み出し電圧及びプログラム電圧に到達するまでの時間が、片側駆動のワード線WLよりも、両側駆動のワード線WLの方が短くなる。
そこで、第1実施形態に係る半導体記憶装置では、さらに両側駆動のワード線WLを選択した場合の動作タイミングを、片側駆動のワード線WLを選択した場合の動作タイミングよりも早くする。具体的には、例えば読み出し動作において、ロウデコーダモジュール13が読み出し電圧を印加してからシーケンサ17が制御信号STBをアサートするまでの期間や、書き込み動作において、ロウデコーダモジュール13がプログラム電圧を印加する期間等を、選択したワード線WLに応じて短くする。
これにより、第1実施形態に係る半導体記憶装置10は、両側駆動のワード線WLを選択した読み出し動作及び書き込み動作を、RC遅延が比較的小さい下層のワード線WLを選択した読み出し動作及び書き込み動作よりも高速化することが出来る。従って、第1実施形態に係る半導体記憶装置10は、読み出し動作及び書き込み動作の時間をさらに短縮することが出来る。
尚、以上の説明では、半導体ピラーMHが、上層から下層にかけて細くなる形状である場合を例に説明したが、これに限定されない。例えば、半導体ピラーMHは、中層が膨らんだような形状になることがある。また、メモリセルが三次元に積層された半導体記憶装置10では、半導体ピラーMHが縦に連結された構造とされることもある。このような場合においても半導体記憶装置10は、片側駆動とした場合のRC遅延が大きくなるワード線WLを選択的に両側駆動にすることによって、回路面積の増大を抑制しつつ、動作速度を向上することが出来る。
尚、以上で説明した半導体記憶装置10において、ワード線WLが64層積層された場合における読み出し時間と選択ワード線WLとの関係が図15に示されている。図15に示す横軸は、選択したワード線WLが対応する層の番号を示し、図15に示す縦軸は、当該ワード線WLを選択した場合の最適な読み出し時間(tR)を示している。
図15に示すように、メモリセルが三次元に積層された半導体記憶装置では、64層のうちの上層側1/3以内のワード線WLを選択した場合に、読み出し時間が遅くなる傾向が強くなる。従って半導体記憶装置10は、積層されたワード線WLのうち上層側1/3以内のワード線WLを両側駆動にすることが好ましい。この場合に半導体記憶装置10は、両側駆動により動作速度が向上する効果と、回路面積の増加とのバランスが特に優れている。
[2]第2実施形態
次に、第2実施形態に係る半導体記憶装置10について説明する。第2実施形態に係る半導体記憶装置10は、第1実施形態で説明した第2読み出し動作及び第2プログラム動作において、片側駆動の非選択ワード線WLuselに対応する信号線CGと、両側駆動の非選択ワード線WLuselに対応する信号線CGとで、Ramp Rateを変更するものである。
次に、第2実施形態に係る半導体記憶装置10について説明する。第2実施形態に係る半導体記憶装置10は、第1実施形態で説明した第2読み出し動作及び第2プログラム動作において、片側駆動の非選択ワード線WLuselに対応する信号線CGと、両側駆動の非選択ワード線WLuselに対応する信号線CGとで、Ramp Rateを変更するものである。
[2−1]動作
[2−1−1]読み出し動作
まず、図16を用いて第2実施形態に係る半導体記憶装置10の読み出し動作について説明する。図16は、第2実施形態における第2読み出し動作のタイミングチャートであり、ワード線WL及び対応する信号線CGの波形が示されている。図16に示す時刻t0〜t3における動作は、図12を用いて説明した時刻t0〜t3における動作にそれぞれ対応している。
[2−1−1]読み出し動作
まず、図16を用いて第2実施形態に係る半導体記憶装置10の読み出し動作について説明する。図16は、第2実施形態における第2読み出し動作のタイミングチャートであり、ワード線WL及び対応する信号線CGの波形が示されている。図16に示す時刻t0〜t3における動作は、図12を用いて説明した時刻t0〜t3における動作にそれぞれ対応している。
尚、以下の説明に用いるタイミングチャートは、第1グループ(片側駆動)のワード線WL及び信号線CGに対応する波形を破線で示し、第2グループ(両側駆動)のワード線WL及び信号線CGに対応する波形を実線で示している。また、以下の説明において、選択ワード線WLselに対応する信号線CGのことを選択信号線CGselと呼び、非選択ワード線WLuselに対応する信号線のことを非選択信号線CGuselと呼ぶ。また、以下では、説明を簡便にするため、トランジスタTRを介して信号線CGからワード線WLに電圧が供給される場合に、トランジスタTRによる電圧降下が生じない場合を例に説明する。
図16に示すように選択信号線CGselの波形は、選択ワード線WLselの波形と同様である。一方で、非選択信号線CGselの波形は、第1グループの非選択信号線CGuselと第2グループの非選択信号線CGuselとで異なっている。
具体的には、時刻t0において非選択信号線CGuselには、読み出しパス電圧Vreadが印加される。このときチャージポンプ40は、第2グループの非選択信号線CGuselに対応するCGドライバ41に電圧を供給するRamp Rateを、第1グループの非選択信号線CGuselに対応するCGドライバ41に電圧を供給するRamp Rateよりも低くする。つまり、第2グループの非選択信号線CGuselは、第1グループの非選択信号線CGuselよりも遅いタイミングで電圧Vreadに到達する。そして、これに対応する第1及び第2グループの非選択ワード線WLuselの波形は、例えば図12に示す第1グループの非選択ワード線WLuselの波形と同様になる。その他の動作は、第1実施形態で図12を用いて説明した第2読み出し動作と同様のため、説明を省略する。
[2−1−2]書き込み動作
次に、図17を用いて第2実施形態に係る半導体記憶装置10の書き込み動作について説明する。図17は、第2実施形態における第2プログラム動作のタイミングチャートであり、セレクトゲート線SGD、ワード線WL、及び信号線CGの波形が示されている。図17に示す第2読み出し動作の時刻t0〜t6における動作は、図14を用いて説明した第2プログラム動作の時刻t0〜t6における動作にそれぞれ対応している。
次に、図17を用いて第2実施形態に係る半導体記憶装置10の書き込み動作について説明する。図17は、第2実施形態における第2プログラム動作のタイミングチャートであり、セレクトゲート線SGD、ワード線WL、及び信号線CGの波形が示されている。図17に示す第2読み出し動作の時刻t0〜t6における動作は、図14を用いて説明した第2プログラム動作の時刻t0〜t6における動作にそれぞれ対応している。
図17に示すように選択信号線CGselの波形は、選択ワード線WLselの波形と同様である。一方で、非選択信号線CGselの波形は、第1グループの非選択信号線CGuselと第2グループの非選択信号線CGuselとで異なっている。
具体的には、時刻t2において非選択信号線CGuselには、書き込みパス電圧Vpassが印加される。このときチャージポンプ40は、第2グループの非選択信号線CGuselに対応するCGドライバ41に電圧を供給するRamp Rateを、第1グループの非選択信号線CGuselに対応するCGドライバ41に電圧を供給するRamp Rateよりも低くする。つまり、第2グループの非選択信号線CGuselは、第1グループの非選択信号線CGuselよりも遅いタイミングで電圧Vpassに到達する。そして、これに対応する第1及び第2グループの非選択ワード線WLuselの波形は、例えば図14に示す第1グループの非選択ワード線WLuselの波形と同様になる。
時刻t2における第2グループの選択信号線CGselの動作は、第2グループの非選択信号線CGuselの動作と同様にされる。つまり、第2グループの選択信号線CGselは、第1グループの非選択信号線CGuselよりも遅いタイミングで電圧Vpassに到達する。そして、時刻t3における第2グループの選択信号線CGselに印加する電圧のRamp Rateが、第1実施形態で説明した第2書き込み動作のRamp Rateよりも低くされる。その結果、第2実施形態において選択ワード線WLselの電圧がVpassからVpgmに上昇する時間は、第1実施形態において選択ワード線WLselの電圧がVpassからVpgmに到達する時間よりも長くなる。その他の動作は、第1実施形態で図14を用いて説明した第2プログラム動作と同様のため、説明を省略する。
[2−2]第2実施形態の効果
以上で説明した第2実施形態に係る半導体記憶装置10に依れば、メモリセルが記憶するデータの信頼性を向上することが出来る。以下に、本効果の詳細について説明する。
以上で説明した第2実施形態に係る半導体記憶装置10に依れば、メモリセルが記憶するデータの信頼性を向上することが出来る。以下に、本効果の詳細について説明する。
半導体記憶装置10において両側駆動のワード線WLは、片側駆動のワード線WLよりも早く所定の電圧に到達する。つまり、ロウデコーダモジュール13が片側駆動のワード線WLと両側駆動のワード線WLとに同じ期間だけ所定の電圧を印加した場合でも、実質的に所定の電圧が印加されている時間が、片側駆動のワード線WLよりも両側駆動のワード線WLの方が長くなる。
具体的には、読み出し動作において、例えば両側駆動の非選択ワード線WLuselに読み出しパス電圧Vreadが実質的に印加されている時間が、片側駆動の非選択ワード線WLuselに読み出しパス電圧Vreadが実質的に印加されている時間よりも長くなる。この場合、両側駆動の非選択ワード線WLuselの方が、片側駆動の非選択ワード線WLuselよりもリードディスターブの影響が大きくなる可能性がある。
また、書き込み動作において、例えば両側駆動の非選択ワード線WLuselに書き込みパス電圧Vpassが実質的に印加されている時間が、片側駆動の非選択ワード線WLuselに書き込みパス電圧Vpassが実質的に印加されている時間よりも長くなる。この場合、両側駆動の非選択ワード線WLuselの方が、片側駆動の非選択ワード線WLuselよりもチャネルブーストの効果が低減してしまう可能性がある。
そこで、第2実施形態に係る半導体記憶装置10は、両側駆動の非選択ワード線WLuselに対応する信号線CGと、片側駆動の非選択ワード線WLuselに対応する信号線CGとで、Ramp Rateを変更する。具体的には、チャージポンプ40が、両側駆動の非選択ワード線WLuselに対応するCGドライバ41に供給する電圧のRamp Rateを、片側駆動の非選択ワード線WLuselに対応するCGドライバ41に供給する電圧のRamp Rateよりも低くする。
つまり、第2実施形態に係る半導体記憶装置10は、両側駆動の非選択ワード線WLuselが所望の電圧に到達するタイミングを遅らせることが出来る。また、第2実施形態に係る半導体記憶装置10では、チャージポンプ40のRamp Rateを調整することによって、両側駆動の非選択ワード線WLが所望の電圧に到達するタイミングと、片側駆動の非選択ワード線が所望の電圧に到達するタイミングとを揃えることが出来る。
これにより、第2実施形態に係る半導体記憶装置10は、読み出し動作において、両側駆動の非選択ワード線WLuselに電圧Vreadが印加されている時間を短くすることが出来るため、リードディスターブの影響を抑制することが出来る。また、書き込み動作において、両側駆動の非選択ワード線WLuselに電圧Vpassが印加されるタイミングを揃えることが出来るため、チャネルブースト効果の低下によるプログラムディスターブの影響を抑制することが出来る。従って、第2実施形態に係る半導体記憶装置10は、メモリセルが記憶するデータの信頼性を向上することが出来る。
また、第2実施形態に係る半導体記憶装置10の書き込み動作では、図17に示すように両側駆動の選択ワード線WLselにプログラム電圧Vpgmを印加する際のRamp Rateも低くすることも考えられる。この場合、両側駆動の選択ワード線WLselは、プログラム電圧Vpgmが印加された際の電圧の急激な上昇が抑制される。
これにより、半導体記憶装置10は、時刻t2において非選択ワード線WLuselに書き込みパス電圧Vpassが印加された後に、チャネルが十分にブーストする時間を設けることが出来る。つまり、十分にチャネルがブーストされた状態で選択ワード線WLselがプログラム電圧Vpgmに到達することが出来るため、チャネルブースト不足によるプログラムディスターブを抑制することが出来る。従って第2実施形態に係る半導体記憶装置10は、メモリセルが記憶するデータの信頼性を向上することが出来る。
尚、以上の説明において、読み出し動作における電圧Vread、並びに書き込み動作における電圧Vpass及びVpgmを印加する場合のRamp Rateを変更する場合を例に説明したが、これに限定されない。例えば、半導体記憶装置10にこの中のいずれか1つの動作のみを適用しても良く、以上で説明した各動作は自由に組み合わせることが出来る。
[3]第3実施形態
次に、第3実施形態に係る半導体記憶装置10について説明する。第3実施形態に係る半導体記憶装置10は、第2実施形態で説明した第2読み出し動作及び第2プログラム動作を、電圧生成回路19及びロウデコーダモジュール13間に設けた抵抗素子によって実現するものである。
次に、第3実施形態に係る半導体記憶装置10について説明する。第3実施形態に係る半導体記憶装置10は、第2実施形態で説明した第2読み出し動作及び第2プログラム動作を、電圧生成回路19及びロウデコーダモジュール13間に設けた抵抗素子によって実現するものである。
[3−1]構成
以下に、図18を用いて第3実施形態に係る半導体記憶装置10の構成について、第1実施形態と異なる点を説明する。図18は、第3実施形態におけるロウデコーダモジュール13の回路図であり、第1グループ(片側駆動)のワード線WL0と第2グループ(両側駆動)のワード線WL7とに関連する構成要素を抽出して示している。
以下に、図18を用いて第3実施形態に係る半導体記憶装置10の構成について、第1実施形態と異なる点を説明する。図18は、第3実施形態におけるロウデコーダモジュール13の回路図であり、第1グループ(片側駆動)のワード線WL0と第2グループ(両側駆動)のワード線WL7とに関連する構成要素を抽出して示している。
図18に示すように第3実施形態では、第1実施形態で図6を用いて説明したロウデコーダモジュール13の回路構成に対して、第2グループの信号線CG(Gr.2)の途中に抵抗素子70が設けられている点が異なっている。言い換えると、両側駆動のワード線WLに対応する信号線CGが、抵抗素子70を介して電圧生成回路19に接続されている。
具体的には、例えば抵抗素子70の一端が、第2グループの信号線CG7(Gr.2)を介してロウデコーダRDA0のトランジスタTR9とロウデコーダRDB0のトランジスタTR15とに接続され、抵抗素子70の他端が電圧生成回路19に接続されている。
抵抗素子70としては、例えば半導体基板に形成された拡散領域を利用した拡散層抵抗が使用される。抵抗素子70の構成はこれに限定されず、例えばPolySi抵抗、WSi抵抗、配線抵抗等を用いても良い。第1グループの信号線CG(Gr.1)については、第1実施形態で図6を用いて説明した構成と同様のため、説明を省略する。
[3−2]第3実施形態の効果
以上のように第3実施形態に係る半導体記憶装置10は、両側駆動のワード線WLに対応する信号線CGに対して抵抗素子70を設けている。つまり、第2グループの信号線CGの配線抵抗が、第1グループの信号線CGの配線抵抗よりも大きくなっている。
以上のように第3実施形態に係る半導体記憶装置10は、両側駆動のワード線WLに対応する信号線CGに対して抵抗素子70を設けている。つまり、第2グループの信号線CGの配線抵抗が、第1グループの信号線CGの配線抵抗よりも大きくなっている。
例えば、CGドライバ41が信号線CGに同じ電圧を印加したものと仮定すると、第2グループの信号線CG(Gr.2)の電圧上昇率は、第1グループの信号線CG(Gr.2)の電圧上昇率よりも小さくなる。
このように第3実施形態に係る半導体記憶装置10は、第2実施形態のようにシーケンサ17がチャージポンプ40のRamp Rateを変更すること無く、第2実施形態と同様の動作を実行することが出来る。従って第3実施形態に係る半導体記憶装置10は、第2実施形態と同様にメモリセルが記憶するデータの信頼性を向上することが出来、さらに第2実施形態よりもシーケンサ17の制御を簡便にすることが出来る。
[4]第4実施形態
次に、第4実施形態に係る半導体記憶装置10について説明する。第4実施形態に係る半導体記憶装置10は、第1実施形態で説明した第2読み出し動作及び第2プログラム動作において、片側駆動の非選択ワード線WLuselに電圧を供給するCGドライバ41と、両側駆動の非選択ワード線WLuselに電圧を供給するCGドライバ41とで、イネーブルタイミングを変更したものである。
次に、第4実施形態に係る半導体記憶装置10について説明する。第4実施形態に係る半導体記憶装置10は、第1実施形態で説明した第2読み出し動作及び第2プログラム動作において、片側駆動の非選択ワード線WLuselに電圧を供給するCGドライバ41と、両側駆動の非選択ワード線WLuselに電圧を供給するCGドライバ41とで、イネーブルタイミングを変更したものである。
[4−1]動作
[4−1−1]読み出し動作
まず、図19を用いて第4実施形態に係る半導体記憶装置10の読み出し動作について説明する。図19は、第4実施形態における第2読み出し動作のタイミングチャートであり、ワード線WL及び対応する信号線CGの波形が示されている。図19に示す時刻t0〜t3における動作は、図12を用いて説明した時刻t0〜t3における動作にそれぞれ対応している。
[4−1−1]読み出し動作
まず、図19を用いて第4実施形態に係る半導体記憶装置10の読み出し動作について説明する。図19は、第4実施形態における第2読み出し動作のタイミングチャートであり、ワード線WL及び対応する信号線CGの波形が示されている。図19に示す時刻t0〜t3における動作は、図12を用いて説明した時刻t0〜t3における動作にそれぞれ対応している。
図19に示すように選択信号線CGselの波形は、選択ワード線WLselの波形と同様である。一方で、非選択信号線CGuselの波形は、第1グループ(片側駆動)の非選択信号線CGuselと第2グループ(両側駆動)の非選択信号線CGuselとで異なっている。
具体的には、時刻t0において第1グループの非選択信号線CGuselに読み出しパス電圧Vreadが印加され、続く時刻t0’において第2グループの非選択信号線CGuselに読み出しパス電圧Vreadが印加される。つまりシーケンサ17は、第1グループに対応するCGドライバ41のイネーブルタイミングに対して、第2グループに対応するCGドライバ41のイネーブルタイミングを遅らせている。
その結果、第2グループの非選択信号線CGuselは、第1グループの非選択信号線CGuselよりも遅いタイミングで電圧Vreadに到達する。そして、これに対応する第1グループの非選択ワード線WLuselの波形は、例えば図12に示す第1グループの非選択ワード線WLuselの波形と同様になり、第2グループの非選択ワード線WLuselの波形は、例えば図12に示す第2グループの非選択ワード線WLuselの波形が、時刻t0と時刻t0’との差分だけシフトしたものとなる。その他の動作は、第1実施形態で図12を用いて説明した第2読み出し動作と同様のため、説明を省略する。
[4−1−2]書き込み動作
次に、図20を用いて第4実施形態に係る半導体記憶装置10の書き込み動作について、第1実施形態と異なる点を説明する。図20は、第2実施形態における第2プログラム動作のタイミングチャートであり、セレクトゲート線SGD、ワード線WL、及び信号線CGの波形が示されている。
次に、図20を用いて第4実施形態に係る半導体記憶装置10の書き込み動作について、第1実施形態と異なる点を説明する。図20は、第2実施形態における第2プログラム動作のタイミングチャートであり、セレクトゲート線SGD、ワード線WL、及び信号線CGの波形が示されている。
図17に示すように選択信号線CGselの波形は、選択ワード線WLselの波形と同様である。一方で、非選択信号線CGselの波形は、第1グループ(片側駆動)の非選択信号線CGuselと第2グループ(両側駆動)の非選択信号線CGuselとで異なっている。
具体的には、時刻t2において第1グループの非選択信号線CGuselに書き込みパス電圧Vpassが印加され、続く時刻t2’において第2グループの非選択信号線CGuselに書き込みパス電圧Vpassが印加される。つまりシーケンサ17が、第1グループに対応するCGドライバ41のイネーブルタイミングに対して、第2グループに対応するCGドライバ41のイネーブルタイミングを遅らせている。
その結果、第2グループの非選択信号線CGuselは、第1グループの非選択信号線CGuselよりも遅いタイミングで電圧Vpassに到達する。そして、これに対応する第1グループの非選択ワード線WLuselの波形は、例えば図14に示す第1グループの非選択ワード線WLuselの波形と同様になり、第2グループの非選択ワード線WLuselの波形は、例えば図14に示す第2グループの非選択ワード線WLuselの波形が、時刻t2と時刻t2’との差分だけシフトしたものとなる。
時刻t2における第2グループの選択信号線CGselの動作は、第2グループの非選択信号線CGuselの動作と同様にされる。つまり、第2グループの選択信号線CGselは、第1グループの非選択信号線CGuselよりも遅いタイミングで電圧Vpassに到達する。その他の動作は、第1実施形態で図14を用いて説明した第2プログラム動作と同様のため、説明を省略する。
[4−2]第4実施形態の効果
以上のように第4実施形態に係る半導体記憶装置10は、両側駆動のワード線WLに対応する信号線CGと、片側駆動のワード線WLに対応する信号線CGとで、動作タイミングを変更している。
以上のように第4実施形態に係る半導体記憶装置10は、両側駆動のワード線WLに対応する信号線CGと、片側駆動のワード線WLに対応する信号線CGとで、動作タイミングを変更している。
その結果、第4実施形態に係る半導体記憶装置10における各種動作では、第2グループのワード線WLが所望の電圧に到達するタイミングを、第1グループのワード線WLが所望の電圧に到達するタイミングに揃えることが出来る。
このように第4実施形態に係る半導体記憶装置10は、第2実施形態と同様に、両側駆動のワード線WLが所望の電圧に到達するタイミングを制御することが出来る。従って第4実施形態に係る半導体記憶装置10は、第2実施形態と同様に、メモリセルが記憶するデータの信頼性を向上することが出来る。
また、第4実施形態に係る半導体記憶装置10の書き込み動作では、両側駆動の選択ワード線WLselにプログラム電圧Vpgmを印加する際の動作タイミングを、片側駆動の選択ワード線WLselにプログラム電圧Vpgmを印加する際の動作タイミングよりも遅くすることも考えられる。この場合、例えば図20を用いて説明した第2プログラム動作における時刻t3の動作タイミングが、第1実施形態で図13を用いて説明した第1プログラム動作における時刻t3の動作タイミングよりも遅く設定される。
この場合に半導体記憶装置10は、時刻t2において非選択ワード線WLuselに書き込みパス電圧Vpassが印加された後に、チャネルが十分にブーストする時間を設けることが出来る。つまり、十分にチャネルがブーストされた状態で選択ワード線WLselにプログラム電圧Vpgmを印加することが出来るため、チャネルブースト不足によるプログラムディスターブを抑制することが出来る。従って第4実施形態に係る半導体記憶装置10は、メモリセルが記憶するデータの信頼性を向上することが出来る。
尚、以上の説明において、読み出し動作における電圧Vread、並びに書き込み動作における電圧Vpass及びVpgmを印加する場合の動作タイミングを変更する場合を例に説明したが、これに限定されない。例えば、半導体記憶装置10にこの中のいずれか1つの動作のみを適用しても良く、以上で説明した各動作は自由に組み合わせることが出来る。
[5]第5実施形態
次に、第5実施形態に係る半導体記憶装置10について説明する。第5実施形態に係る半導体記憶装置10は、第1実施形態で説明した第1及び第2読み出し動作において、所定の読み出し電圧を印加する前に、Kick電圧を印加するものである。
次に、第5実施形態に係る半導体記憶装置10について説明する。第5実施形態に係る半導体記憶装置10は、第1実施形態で説明した第1及び第2読み出し動作において、所定の読み出し電圧を印加する前に、Kick電圧を印加するものである。
[5−1]動作
以下に、図21及び図22を用いて第5実施形態に係る半導体記憶装置10の読み出し動作について説明する。図21及び図22は、それぞれ第5実施形態における第1及び第2読み出し動作のタイミングチャートであり、ワード線WLの波形と制御信号STBの波形とが示されている。図21及び図22に示す時刻t0〜t3における動作は、図11及び図12を用いて説明した時刻t0〜t3における動作にそれぞれ対応している。
以下に、図21及び図22を用いて第5実施形態に係る半導体記憶装置10の読み出し動作について説明する。図21及び図22は、それぞれ第5実施形態における第1及び第2読み出し動作のタイミングチャートであり、ワード線WLの波形と制御信号STBの波形とが示されている。図21及び図22に示す時刻t0〜t3における動作は、図11及び図12を用いて説明した時刻t0〜t3における動作にそれぞれ対応している。
図21及び図22に示すように、第5実施形態における第1及び第2読み出し動作は、第1実施形態で図11及び図12を用いてそれぞれ説明した第1及び第2読み出し動作に対して、読み出し電圧を印加する前にKick電圧が印加されている点が異なっている。
Kick電圧は、読み出すレベル毎に設定され、対応する読み出し電圧よりも高い電圧に設定される。図21に示すように、第1読み出し動作においてロウデコーダモジュール13Aは、時刻t1に選択ワード線WLsel(Gr.1)に対して“A”レベルの読み出しに対応するKick電圧AR+ΔAR1を印加して、その後時刻t1’において選択ワード線WLselの電圧を読み出し電圧ARまで下降させる。同様に、ロウデコーダモジュール13Aは、時刻t2に選択ワード線WLsel(Gr.1)に対して“C”レベルの読み出しに対応するKick電圧CR+ΔCR1を印加して、その後時刻t2’において選択ワード線WLselの電圧を読み出し電圧CRまで下降させる。
一方で、第2読み出し動作では、図22に示すようにロウデコーダモジュール13A及び13Bは、時刻t1において選択ワード線WLsel(Gr.1)に対してKick電圧AR+ΔAR2を印加し、その後時刻t1’において選択ワード線WLselの電圧を読み出し電圧ARまで下降させる。同様に、ロウデコーダモジュール13A及び13Bは、時刻t2に選択ワード線WLsel(Gr.1)に対してKick電圧CR+ΔCR2を印加し、その後時刻t2’において選択ワード線WLselの電圧を読み出し電圧CRまで下降させる。
以上で説明した第1及び第2読み出し動作において、ΔAR2はΔAR1よりも小さい電圧に設定され、ΔCR2はΔCR1よりも小さい電圧に設定される。その他の動作は、第1実施形態で図11及び図12を用いて説明した第1及び第2読み出し動作と同様のため、説明を省略する。
[5−2]第5実施形態の効果
以上で説明した第5実施形態に係る半導体記憶装置10に依れば、読み出し動作を高速化することが出来る。以下に、本効果の詳細について説明する。
以上で説明した第5実施形態に係る半導体記憶装置10に依れば、読み出し動作を高速化することが出来る。以下に、本効果の詳細について説明する。
読み出し動作において、所望の読み出し電圧を印加する前に一時的に高い電圧(Kick電圧)を印加することにより、読み出し動作を高速化する方法が知られている。Kick電圧は、選択ワード線WLselにおける電圧の上昇を補助するものであり、Kick電圧を印加することによって、選択ワードWLselが所望の電圧に到達するまでの時間を短くすることが出来る。
しかし、両側駆動のワード線WLに対してKick電圧を印加した場合、片側駆動のワード線WLよりも電圧の上昇が早いことから、ワード線WLの電圧が上がりすぎてしまうことがある。その結果、例えばKick電圧が印加されたことにより上昇したワード線WLの電圧が所望の読み出し電圧まで下降する際に、ワード線WLとチャネルとのカップリングによってビット線BLの電圧が変動してしまう。読み出し動作では、ビット線BLの電圧が安定した状態で制御信号STBをアサートする必要があるため、このようにKick電圧を印加したことによるノイズがビット線BLに発生してしまった場合には、ビット線BLの電圧が安定するための放置時間を設ける必要がある。
そこで、第5実施形態に係る半導体記憶装置10では、両側駆動のワード線WLを選択した読み出し動作におけるKick電圧を、片側駆動のワード線WLを選択した読み出し動作におけるKick電圧よりも小さくする。具体的には、例えば“A”レベルを読み出す場合に、両側駆動のワード線WLを選択した場合のKick電圧AR+ΔAR2を、片側駆動のワード線WLを選択した場合のKick電圧AR+ΔAR1よりも小さくする。
これにより、第5実施形態に係る半導体記憶装置10は、両側駆動のワード線WLを選択した読み出し動作において、Kick電圧を印加することによりビット線BLに生じるノイズを抑制することが出来る。従って第5実施形態に係る半導体記憶装置10は、読み出し動作時においてビット線BLの電圧が安定するための放置時間を短縮することが出来るため、読み出し動作を高速化することが出来る。
尚、以上の説明では、第2読み出し動作において、第1読み出し動作よりも小さいKick電圧を利用する場合を例に説明したが、これに限定されない。例えば、第1読み出し動作においてKick電圧を印加し、第2読み出し動作においてKick電圧を印加しないようにしても良い。このような場合においても半導体記憶装置10は、以上で説明した第5実施形態の効果と同様の効果を得ることが出来る。
[6]第6実施形態
次に、第6実施形態に係る半導体記憶装置10について説明する。第6実施形態に係る半導体記憶装置10は、第5実施形態に係る半導体記憶装置10の変形例であり、第1及び第2読み出し動作における読み出しパス電圧Vreadに関する動作が異なる。
次に、第6実施形態に係る半導体記憶装置10について説明する。第6実施形態に係る半導体記憶装置10は、第5実施形態に係る半導体記憶装置10の変形例であり、第1及び第2読み出し動作における読み出しパス電圧Vreadに関する動作が異なる。
[6−1]動作
以下に、図23及び図24を用いて、第6実施形態に係る半導体記憶装置10の読み出し動作について説明する。図23及び図24は、それぞれ第6実施形態における第1及び第2読み出し動作のタイミングチャートであり、ワード線WLの波形と制御信号STBの波形とが示されている。図23及び図24に示す時刻t0〜t3における動作は、図11及び図12を用いて説明した時刻t0〜t3における動作にそれぞれ対応している。
以下に、図23及び図24を用いて、第6実施形態に係る半導体記憶装置10の読み出し動作について説明する。図23及び図24は、それぞれ第6実施形態における第1及び第2読み出し動作のタイミングチャートであり、ワード線WLの波形と制御信号STBの波形とが示されている。図23及び図24に示す時刻t0〜t3における動作は、図11及び図12を用いて説明した時刻t0〜t3における動作にそれぞれ対応している。
図23及び図24に示すように、第6実施形態における第1及び第2読み出し動作は、第5実施形態で図21及び図22を用いてそれぞれ説明した第1及び第2読み出し動作に対して、読み出しパス電圧Vreadを印加するタイミングが異なっている。
具体的には、第1読み出し動作において、図23に示すようにロウデコーダモジュール13Aは、時刻t0において選択ワード線WLsel(Gr.1)に読み出しパス電圧Vreadを印加し、その後時刻t0’において接地電圧Vssまで下降させる。その後の動作は、図21を用いて説明した第1読み出し動作と同様である。
同様に、第2読み出し動作では、図24に示すようにロウデコーダモジュール13A及び13Bは、時刻t0において選択ワード線WLsel(Gr.2)に読み出しパス電圧Vreadを印加し、その後時刻t0’において接地電圧Vssまで下降させる。その後の動作は、図22を用いて説明した第2読み出し動作と同様である。
以上で説明した第1及び第2読み出し動作における時刻t0’の期間は、例えば第1読み出し動作よりも、第2読み出し動作の方が短くなるように設定される。その他の動作は、第1実施形態で図11及び図12を用いて説明した第1及び第2読み出し動作と同様のため、説明を省略する。
[6−2]第6実施形態の効果
以上のように第6実施形態における第1及び第2読み出し動作では、選択ワード線WLselに対して各種読み出し電圧を印加する前に、非選択ワード線WLuselと同様に読み出しパス電圧Vreadを印加している。
以上のように第6実施形態における第1及び第2読み出し動作では、選択ワード線WLselに対して各種読み出し電圧を印加する前に、非選択ワード線WLuselと同様に読み出しパス電圧Vreadを印加している。
半導体記憶装置10は、このような読み出し動作においても、第5実施形態で説明したように第2読み出し動作におけるKick電圧を、第1読み出し動作におけるKick電圧よりも小さくすることによって、第5実施形態と同様の効果を得ることが出来る。従って第6実施形態に係る半導体記憶装置10は、第5実施形態と同様に、読み出し動作を高速化することが出来る。
尚、以上で説明した第6実施形態における第2読み出し動作の変形例としては、図25に示すようなものが考えられる。図25には、第6実施形態の変形例における第2読み出し動作のタイミングチャートが示されている。図25に示すように、変形例における第2読み出し動作は、図24を用いて説明した第2読み出し動作に対して、時刻t0’における動作が異なっている。
具体的には、時刻t0’において、図24に示すようにロウデコーダモジュール13A及び13Bが、読み出しパス電圧Vreadから直接読み出し電圧ARまで下降させている。つまり、“A”レベルの読み出し時において、Kick電圧の印加を省略している。このような場合においても半導体記憶装置10は、以上で説明した第6実施形態の効果と同様の効果を得ることが出来る。
[7]第7実施形態
次に、第7実施形態に係る半導体記憶装置10について説明する。第7実施形態に係る半導体記憶装置10は、第1〜第6実施形態における両側駆動のワード線WLを、動作に応じて片側駆動で使用するものである。
次に、第7実施形態に係る半導体記憶装置10について説明する。第7実施形態に係る半導体記憶装置10は、第1〜第6実施形態における両側駆動のワード線WLを、動作に応じて片側駆動で使用するものである。
[7−1]構成
以下に、図26を用いて第7実施形態に係る半導体記憶装置10の構成について、第1実施形態と異なる点を説明する。図26は、第7実施形態におけるロウデコーダモジュール13の回路図であり、1組のロウデコーダRDA及びRDBと、第1グループ(片側駆動)のワード線WL0と第2グループ(両側駆動)のワード線WL7とに関連する構成要素とを抽出して示している。図26に示すように第7実施形態におけるロウデコーダRDBは、パスゲートPG及び放電回路DISをさらに備えている。
以下に、図26を用いて第7実施形態に係る半導体記憶装置10の構成について、第1実施形態と異なる点を説明する。図26は、第7実施形態におけるロウデコーダモジュール13の回路図であり、1組のロウデコーダRDA及びRDBと、第1グループ(片側駆動)のワード線WL0と第2グループ(両側駆動)のワード線WL7とに関連する構成要素とを抽出して示している。図26に示すように第7実施形態におけるロウデコーダRDBは、パスゲートPG及び放電回路DISをさらに備えている。
パスゲートPGは、対応するブロックデコーダBDの転送ゲート線TGと、ロウデコーダRDB内で信号線CGに接続されたトランジスタTRのゲートとの間に接続されている。そしてパスゲートPGは、シーケンサ17の制御に基づいて、転送ゲート線TGと、ロウデコーダRDB内で信号線CGに接続されたトランジスタTRのゲートとの間の電流経路を形成又は遮断することが出来る。
放電回路DISは、ロウデコーダRDB内で信号線CGに接続されたトランジスタTRのゲートに接続されている。そして放電回路DISは、シーケンサ17の制御に基づいて当該トランジスタTRのゲートを接地させる。例えば放電回路DISは、両側から駆動させることが可能なワード線WLを片側駆動で使用する場合に、当該トランジスタTRのゲートを接地させる。
以上で説明したパスゲートPG及び放電回路DISを含むロウデコーダRDBの詳細な回路構成の一例が、図27に示されている。図27は、ロウデコーダRDBの詳細な回路図であり、ワード線WL7に関連する構成要素を抽出して示している。図27に示すように、パスゲートPGは高耐圧nチャネルトランジスタTR16を含み、放電回路DISは高耐圧nチャネルトランジスタTR17、及び低耐圧nチャネルトランジスタTR18を含んでいる。
トランジスタTR16は、一端が対応する転送ゲート線TGに接続され、他端がトランジスタTR15のゲートに接続されている。トランジスタTR17は、一端がトランジスタTR15のゲートに接続され、他端がトランジスタTR18の一端に接続されている。トランジスタTR18は、他端が接地線に接続されている。そして、トランジスタTR16〜TR18のゲートには、それぞれ制御信号CS1、CS2、及びCS3が入力される。制御信号CS1、CS2、及びCS3は、例えばシーケンサ17により生成される信号である。
[7−2]第7実施形態の効果
以上のように第6実施形態における半導体記憶装置10は、ロウデコーダRDBがそれぞれパスゲートPG及び放電回路DISを備えている。そしてシーケンサ17は、各種動作に対応して、パスゲートPG及び放電回路DISを制御する。
以上のように第6実施形態における半導体記憶装置10は、ロウデコーダRDBがそれぞれパスゲートPG及び放電回路DISを備えている。そしてシーケンサ17は、各種動作に対応して、パスゲートPG及び放電回路DISを制御する。
具体的には、シーケンサ17は、両側駆動に対応したワード線WLを両側駆動で使用する場合に、パスゲートPG内のトランジスタTR16をオン状態にして、放電回路DIS内のトランジスタTR17及びTR18をオフ状態にする。すると、転送ゲートTGの電圧が、パスゲートPGを介して例えばトランジスタTR14及びTR15のゲートに入力される。その結果、対応するワード線WLは、当該ブロックBLKが選択された場合に両側から駆動することが出来る。
一方で、シーケンサ17は、両側駆動に対応したワード線WLを片側駆動で使用する場合に、パスゲートPG内のトランジスタTR16をオフ状態にして、放電回路DIS内のトランジスタTR17及びTR18をオン状態にする。すると、パスゲートPGが転送ゲートTGとトランジスタTRとの電流経路を遮断し、放電回路DISが例えばトランジスタTR14及びTR15のゲート電圧を接地電圧Vssまで下降させる。その結果、例えばトランジスタTR14及びTR15がオフ状態になり、両側駆動に対応したワード線WLに、ロウデコーダモジュール13Bを介した電圧が供給されなくなる。つまり、両側駆動に対応したワード線WLが、ロウデコーダモジュール13Aにより片側から駆動される状態となる。
以上のように、第7実施形態に係る半導体記憶装置10は、シーケンサ17の制御によって、両側駆動に対応したワード線WLを片側駆動で使用することが出来る。これにより半導体記憶装置10は、例えば両側駆動による効果の大きい動作に対して両側駆動を適用し、両側駆動による効果の小さい動作に対して片側駆動を適用することが出来る。ワード線WLの駆動方法の使い分け方としては、例えば読み出し動作に対して両側駆動を適用し、書き込み動作に対して片側駆動を適用することが考えられる。
尚、以上の説明では、パスゲートPG及び放電回路DISが図27に示すような回路構成である場合を例に挙げたが、これに限定されない。例えば、図27に示す放電回路DISの回路構成において、トランジスタTR18が設けられなくても良い。この場合、トランジスタTR17の他端が、直接接地線に接続される。
また、以上の説明では、パスゲートPG及び放電回路DISをロウデコーダRDBが備えている場合を例に説明したが、これに限定されない。例えば、パスゲートPG及び放電回路DISは、ロウデコーダRDAに設けられていても良く、ロウデコーダRDA及びRDBのいずれかに設けられていれば良い。
[8]変形例等
実施形態の半導体記憶装置10は、nビットデータ(nは1以上の整数)を記憶可能な第1及び第2メモリセル<MT0,MT7、図6>と、第1及び第2メモリセルにそれぞれ接続された第1及び第2ワード線<WL0,WL7、図6>と、一端が前記第1ワード線の一端に接続された第1トランジスタ<RDA:TR2、図6>と、一端が前記第2ワード線の一端及び他端にそれぞれ接続された第2及び第3トランジスタ<RDA:TR9, RDB:TR15、図6>と、を備える。第1ビットデータ<Upperビット、図3>の読み出し動作において、第1ワード線が選択された場合<図11>、第2ワード線に第1電圧<Vread>が第1時間<t0〜t3、図11>印加され、第2ワード線が選択された場合<図12>、第1ワード線に第1電圧が第1時間より短い第2時間<t0〜t3、図12>印加される。
実施形態の半導体記憶装置10は、nビットデータ(nは1以上の整数)を記憶可能な第1及び第2メモリセル<MT0,MT7、図6>と、第1及び第2メモリセルにそれぞれ接続された第1及び第2ワード線<WL0,WL7、図6>と、一端が前記第1ワード線の一端に接続された第1トランジスタ<RDA:TR2、図6>と、一端が前記第2ワード線の一端及び他端にそれぞれ接続された第2及び第3トランジスタ<RDA:TR9, RDB:TR15、図6>と、を備える。第1ビットデータ<Upperビット、図3>の読み出し動作において、第1ワード線が選択された場合<図11>、第2ワード線に第1電圧<Vread>が第1時間<t0〜t3、図11>印加され、第2ワード線が選択された場合<図12>、第1ワード線に第1電圧が第1時間より短い第2時間<t0〜t3、図12>印加される。
これにより、高速に動作することが可能な半導体記憶装置を提供することが出来る。
尚、上記実施形態で説明した半導体記憶装置10の構造としては、例えば図28に示すような構造にしても良い。図28は、第1〜第7実施形態の変形例に係る半導体記憶装置10の備えるメモリセルアレイ11及びロウデコーダモジュール13の断面図であり、ストリングユニットSUA及びSUBの領域HR1における断面構造が示されている。尚、図28において、領域CR及びHR2の詳細な構造は省略して示されている。また、図28では模式的に、ストリングユニットSUA及びSUBが隣り合うように表示されている。
図28に示すようにストリングユニットSUAは、図10を用いて説明したストリングユニットSUの領域HR1における断面構造と同様である。一方でストリングユニットSUBは、図10を用いて説明したストリングユニットSUの領域HR1における断面構造を反転させ、ロウデコーダモジュール13Aに対応する構成を省略したものと同様である。具体的には、ストリングユニットSUBの領域HR1では、ストリングユニットSUAに対して、拡散領域61及び62、導電体63、ビアコンタクトVC、並びに絶縁膜65が省略されている。そして、ストリングユニットSUA及びSUBの導電体64A上にそれぞれビアコンタクトHU1が設けられ、各ビアコンタクトHU1上には導電体66が設けられている。同様に、ストリングユニットSUA及びSUBの導電体64B上にそれぞれビアコンタクトHU2が設けられ、各ビアコンタクトHU2上には導電体67が設けられている。尚、導電体66及び67が設けられる層は、同じであっても良いし、異なっていても良い。また、図28を用いて説明した半導体記憶装置10の構成はこれに限定されず、ストリングユニットSUA及びSUB間において、対応するワード線WL間が電気的に接続されていれば良い。
以上のように、第1〜第7実施形態の変形例に係る半導体記憶装置10では、ストリングユニットSU間でロウデコーダモジュール13Aが共有されている。このように、ロウデコーダモジュール13AがストリングユニットSU間で共有されている場合においても、第1〜第7実施形態で説明した構成及び動作を適用することが可能であり、同様の効果を得ることが出来る。
尚、上記実施形態において、ワード線WLに対応するトランジスタTRと、選択ゲート線SGD及びSGSに対応するトランジスタTRとは、異なる構造であっても良い。例えば、セレクトゲート線SGDに対応するトランジスタTRのゲート長と、ワード線WLに対応するトランジスタTRのゲート長とが、異なっていても良い。このように半導体記憶装置10の備えるロウデコーダモジュール13は、トランジスタTRの耐圧が、対応する配線毎に異なるように設計しても良い。
尚、上記実施形態では、ロウデコーダモジュール13Aが片側駆動及び両側駆動のワード線WLに接続され、ロウデコーダモジュール13Bが両側駆動のワード線WLに接続されている。つまり、図10に示す領域HR1及びHR2では、導電体52を通過して半導体基板上の拡散領域61に接続されるビアコンタクトVCの数が、領域HR1よりも領域HR2の方が少なくなる。
尚、上記第1〜第6実施形態において、ロウデコーダRDA及びRDBにおけるトランジスタTRの割り当ては、これに限定されない。例えば、両側駆動のワード線WLに対応するトランジスタTRがロウデコーダRDA及びRDBにそれぞれ設けられ、片側駆動のワード線WLに対応するトランジスタTRがロウデコーダRDA及びRDBのいずれか一方に設けられていれば良い。
尚、上記実施形態において、ロウデコーダモジュール13がメモリセルアレイ11下部に設けられている場合を例に説明したが、これに限定されない。例えば、メモリセルアレイ11が半導体基板上に形成され、メモリセルアレイ11を挟むようにロウデコーダモジュール13A及び13Bを配置しても良い。このような場合においても、上記実施形態で説明した動作を実行することが可能である。
尚、上記実施形態では、半導体記憶装置10がページ毎にデータを読み出す場合を例に説明したが、これに限定されない。例えば、半導体記憶装置10がメモリセルに記憶された複数ビットのデータを一括で読み出すようにしても良い。
尚、上記実施形態において、各種動作における動作タイミングは、例えばクロックCLKに基づいて決定される。例えば、上記実施形態において両側駆動のワード線WLを選択した場合における各種動作は、各時刻の動作を実行するクロックCLKのタイミングを早めることによって高速化される。
尚、第1、第5、及び第6実施形態において、各読み出し動作及び書き込み動作についてワード線WLの波形を示したタイミングチャートを用いて説明したが、このときの信号線CGの波形は、対応するワード線WLの波形と同様の波形となる。具体的には、第1、第5、及び第6実施形態で説明した各読み出し動作及び書き込み動作では、例えば片側駆動の非選択ワード線WLuselに対応する信号線CGと、両側駆動の非選択ワード線WLuselに対応する信号線CGとに対して、同じ電圧が印加されているものと仮定されている。また、第1、第5、及び第6実施形態で説明した各読み出し動作及び書き込み動作において、片側駆動及び両側駆動のワード線WLに対応する信号線CGに同じ電圧を印加した場合には、RC遅延が比較的小さい両側駆動のワード線WLの波形に近くなる。このように、第1、第5、及び第6実施形態においてワード線WLに印加される電圧及びワード線WLに電圧が印加されている期間は、対応する信号線CGの電圧を調べることにより大まかに知ることが出来る。
尚、上記実施形態において、トランジスタTRを介して信号線CGからワード線WLに電圧が供給される場合に、トランジスタTRによる電圧降下が生じない場合を例に説明したが、これに限定されない。例えば、トランジスタTRを介して信号線CGからワード線WLに電圧が供給される場合に、トランジスタTRによる電圧降下が生じていても良い。この場合、信号線CGに印加される電圧は、対応するワード線WLに印加される電圧よりも高くなる。
尚、上記実施形態で説明した書き込み動作において、1つのメモリセルに対して2ビットのデータを記憶させる場合を例に説明したが、これに限定されない。例えば、1つのメモリセルに対して1ビット又は3ビット以上のデータを記憶させても良い。このような場合においても、第1〜第7実施形態で説明した各種動作を適用することが出来る。
尚、上記実施形態において、メモリセルにMONOS膜を使用した場合を例に説明したが、これに限定されない。例えば、フローティングゲートを利用したメモリセルを使用した場合においても、上記実施形態で説明した読み出し動作及び書き込み動作を実行することで、同様の効果を得ることが出来る。
尚、上記実施形態において、メモリセルアレイ11の構成はその他の構成であってもよい。その他のメモリセルアレイ11の構成については、例えば“三次元積層不揮発性半導体メモリ”という2009年3月19日に出願された米国特許出願12/407,403号に記載されている。また、“三次元積層不揮発性半導体メモリ”という2009年3月18日に出願された米国特許出願12/406,524号、“不揮発性半導体記憶装置及びその製造方法”という2010年3月25日に出願された米国特許出願12/679,991号、“半導体メモリ及びその製造方法”という2009年3月23日に出願された米国特許出願12/532,030号に記載されている。これらの特許出願は、その全体が本願明細書において参照により援用されている。
尚、上記実施形態では、ブロックBLKがデータの消去単位である場合を例に説明したが、これに限定されない。その他の消去動作については、“不揮発性半導体記憶装置”という2011年9月18日に出願された米国特許出願13/235,389号、“不揮発性半導体記憶装置”という2010年1月27日に出願された米国特許出願12/694,690号に記載されている。これらの特許出願は、その全体が本願明細書において参照により援用されている。
尚、本明細書において“接続”とは、電気的に接続されている事を示し、例えば間に別の素子を介することを除外しない。また、本明細書において“遮断”とは、当該スイッチがオフ状態になっていることを示し、例えばトランジスタのリーク電流のような微少な電流が流れることを除外しない。
尚、上記各実施形態において、
(1)読み出し動作では、“A”レベルの読み出し動作で選択されたワード線に印加される電圧は、例えば0〜0.55Vの間である。これに限定されることなく、0.1〜0.24V、0.21〜0.31V、0.31〜0.4V、0.4〜0.5V、0.5〜0.55Vのいずれかの間にしても良い。
“B”レベルの読み出し動作で選択されたワード線に印加される電圧は、例えば1.5〜2.3Vの間である。これに限定されることなく、1.65〜1.8V、1.8〜1.95V、1.95〜2.1V、2.1〜2.3Vのいずれかの間にしても良い。
“C”レベルの読み出し動作で選択されたワード線に印加される電圧は、例えば3.0V〜4.0Vの間である。これに限定されることなく、3.0〜3.2V、3.2〜3.4V、3.4〜3.5V、3.5〜3.6V、3.6〜4.0Vのいずれかの間にしても良い。
読み出し動作の時間(tRead)としては、例えば25〜38μs、38〜70μs、70〜80μsの間にしても良い。
(1)読み出し動作では、“A”レベルの読み出し動作で選択されたワード線に印加される電圧は、例えば0〜0.55Vの間である。これに限定されることなく、0.1〜0.24V、0.21〜0.31V、0.31〜0.4V、0.4〜0.5V、0.5〜0.55Vのいずれかの間にしても良い。
“B”レベルの読み出し動作で選択されたワード線に印加される電圧は、例えば1.5〜2.3Vの間である。これに限定されることなく、1.65〜1.8V、1.8〜1.95V、1.95〜2.1V、2.1〜2.3Vのいずれかの間にしても良い。
“C”レベルの読み出し動作で選択されたワード線に印加される電圧は、例えば3.0V〜4.0Vの間である。これに限定されることなく、3.0〜3.2V、3.2〜3.4V、3.4〜3.5V、3.5〜3.6V、3.6〜4.0Vのいずれかの間にしても良い。
読み出し動作の時間(tRead)としては、例えば25〜38μs、38〜70μs、70〜80μsの間にしても良い。
(2)書き込み動作は、上述した通りプログラム動作とベリファイ動作とを含む。プログラム動作時に選択されたワード線に最初に印加される電圧は、例えば13.7〜14.3Vの間である。これに限定されることなく、例えば13.7〜14.0V、14.0〜14.6Vのいずれかの間にしても良い。プログラム動作時に非選択のワード線に印加される電圧としては、例えば6.0〜7.3Vの間としても良い。この場合に限定されることなく、例えば7.3〜8.4Vの間としても良く、6.0V以下としても良い。
書き込み動作において、奇数番目のワード線を選択した際に、選択されたワード線に最初に印加される電圧と、偶数番目のワード線を選択した際に、選択されたワード線に最初に印加される電圧とは、異なっていても良い。書き込み動作において、非選択のワード線が奇数番目のワード線であるか、偶数番目のワード線であるかで、印加するパス電圧を変えても良い。
プログラム動作をISPP方式(Incremental Step Pulse Program)とした場合における、プログラム電圧のステップアップ幅としては、例えば0.5V程度が挙げられる。
書き込み動作の時間(tProg)としては、例えば1700〜1800μs、1800〜1900μs、1900〜2000μsの間にしても良い。
書き込み動作において、奇数番目のワード線を選択した際に、選択されたワード線に最初に印加される電圧と、偶数番目のワード線を選択した際に、選択されたワード線に最初に印加される電圧とは、異なっていても良い。書き込み動作において、非選択のワード線が奇数番目のワード線であるか、偶数番目のワード線であるかで、印加するパス電圧を変えても良い。
プログラム動作をISPP方式(Incremental Step Pulse Program)とした場合における、プログラム電圧のステップアップ幅としては、例えば0.5V程度が挙げられる。
書き込み動作の時間(tProg)としては、例えば1700〜1800μs、1800〜1900μs、1900〜2000μsの間にしても良い。
(3)消去動作では、半導体基板上部に形成され、且つ上記メモリセルが上方に配置されたウェルに最初に印加する電圧は、例えば12.0〜13.6Vの間である。この場合に限定されることなく、例えば13.6〜14.8V、14.8〜19.0V、19.0〜19.8V、19.8〜21.0Vの間であっても良い。
消去動作の時間(tErase)としては、例えば3000〜4000μs、4000〜5000μs、4000〜9000μsの間にしても良い。
消去動作の時間(tErase)としては、例えば3000〜4000μs、4000〜5000μs、4000〜9000μsの間にしても良い。
(4)メモリセルの構造は、半導体基板(シリコン基板)上に、膜厚が4〜10nmのトンネル絶縁膜を介して配置された電荷蓄積層を有している。この電荷蓄積層は、膜厚が2〜3nmのSiN又はSiON等の絶縁膜と、膜厚が3〜8nmのポリシリコンとの積層構造にすることが出来る。また、ポリシリコンには、Ru等の金属が添加されていてもよい。電荷蓄積層の上には絶縁膜を有している。この絶縁膜は、例えば、膜厚が3〜10nmの下層High−k膜と、膜厚が3〜10nmの上層High−k膜とに挟まれた、膜厚が4〜10nmのシリコン酸化膜を有している。High−k膜としては、HfO等が挙げられる。また、シリコン酸化膜の膜厚は、High−k膜の膜厚よりも厚くすることが出来る。絶縁膜上には、膜厚が3〜10nmの材料を介して、膜厚が30〜70nmの制御電極が形成されている。ここで材料は、TaO等の金属酸化膜、TaN等の金属窒化膜である。制御電極には、W等を用いることができる。また、メモリセル間には、エアギャップを形成することが出来る。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことが出来る。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
10…半導体記憶装置、11…メモリセルアレイ、12…センスアンプモジュール、13…ロウデコーダモジュール、14…入出力回路、15…レジスタ、16…ロジックコントローラ、17…シーケンサ、18…レディ/ビジー制御回路、19…電圧生成回路、SGSD,CG,SGDD…信号線、RDA,RDB…ロウデコーダ、SAU…センスアンプユニット、BLK…ブロック、SU…ストリングユニット、BL…ビット線、WL…ワード線、SGD…セレクトゲート線、MT…メモリセルトランジスタ、ST1,ST2…選択トランジスタ
Claims (16)
- nビットデータ(nは1以上の整数)を記憶可能な第1及び第2メモリセルと、
前記第1及び第2メモリセルにそれぞれ接続された第1及び第2ワード線と、
前記第1ワード線の一端に接続された第1トランジスタと、
前記第2ワード線の一端及び他端にそれぞれ接続された第2及び第3トランジスタと、
を備え、
第1ビットデータの読み出し動作において、
前記第1ワード線が選択された場合、前記第2ワード線に第1電圧が第1時間印加され、
前記第2ワード線が選択された場合、前記第1ワード線に前記第1電圧が第2時間印加され、
前記第2時間は前記第1時間より短い、半導体記憶装置。 - 前記第1及び第2メモリセルに接続されたセンスアンプをさらに備え、
前記読み出し動作において、
前記第2ワード線が選択された場合に前記第2ワード線に読み出し電圧が印加されてから前記センスアンプがデータをセンスするタイミングは、前記第1ワード線が選択された場合に前記第1ワード線に前記読み出し電圧が印加されてから前記センスアンプがデータをセンスするタイミングよりも早い、
請求項1に記載の半導体記憶装置。 - 前記第1トランジスタに接続された第1信号線と、
前記第2及び第3トランジスタに接続された第2信号線と、を備え、
前記第1ワード線には、前記第1信号線の電圧が前記第1トランジスタを介して供給され、前記第2ワード線には、前記第2信号線の電圧が前記第2及び第3トランジスタを介して供給される、
請求項1又は請求項2に記載の半導体記憶装置。 - 前記読み出し動作において、
前記第1ワード線が選択された場合、前記第2信号線に第2電圧が印加され、
前記第2ワード線が選択された場合、前記第1信号線に前記第2電圧が印加され、
前記第1ワード線が選択された場合に前記第2信号線に前記第2電圧が印加される際の電圧上昇率は、前記第2ワード線が選択された場合に前記第1信号線に前記第2電圧が印加される際の電圧上昇率よりも低い、
請求項3に記載の半導体記憶装置。 - 前記第1信号線に電圧を供給する第1ドライバと、
前記第2信号線に電圧を供給する第2ドライバと、
前記第2信号線と前記第2ドライバとの間に接続された抵抗素子と、をさらに備える、
請求項4に記載の半導体記憶装置。 - 前記読み出し動作において、
前記第1ワード線が選択された場合、前記第2信号線に第2電圧が印加され、
前記第2ワード線が選択された場合、前記第1信号線に前記第2電圧が印加され、
前記第1ワード線が選択された場合に前記第2信号線に前記第2電圧が印加されるタイミングは、前記第2ワード線が選択された場合に前記第1信号線に前記第2電圧が印加されるタイミングよりも遅い、
請求項3に記載の半導体記憶装置。 - 前記読み出し動作において、
前記第1ワード線が選択された場合、前記第1ワード線に前記読み出し電圧が印加される前に第2電圧が印加され、
前記第2ワード線が選択された場合、前記第2ワード線に前記読み出し電圧が印加される前に第3電圧が印加され、
前記第2電圧は前記読み出し電圧よりも高く、
前記第3電圧は前記読み出し電圧以上前記第2電圧未満である、
請求項2に記載の半導体記憶装置。 - データを記憶可能な第1及び第2メモリセルと、
前記第1及び第2メモリセルにそれぞれ接続された第1及び第2ワード線と、
前記第1ワード線の一端に接続された第1トランジスタと、
前記第2ワード線の一端及び他端にそれぞれ接続された第2及び第3トランジスタと、
を備え、
書き込み動作は、選択されたワード線にプログラムパルスを印加するプログラム動作とベリファイ動作とを含むプログラムループを含み、
前記書き込み動作における前記プログラム動作では、
前記第1ワード線が選択された場合、前記プログラムパルスが第1時間印加され、
前記第2ワード線が選択された場合、前記プログラムパルスが第2時間印加され、
前記第2時間は前記第1時間よりも短い、半導体記憶装置。 - 前記第1トランジスタに接続された第1信号線と、
前記第2及び第3トランジスタに接続された第2信号線と、を備え、
前記第1ワード線には、前記第1信号線の電圧が前記第1トランジスタを介して供給され、前記第2ワード線には、前記第2信号線の電圧が前記第2及び第3トランジスタを介して供給される、
請求項8に記載の半導体記憶装置。 - 前記プログラム動作において、
前記第1ワード線が選択された場合、前記プログラムパルスが前記第1ワード線に印加される前に前記第2信号線に第1電圧が印加され、
前記第2ワード線が選択された場合、前記プログラムパルスが前記第2ワード線に印加される前に前記第1信号線に前記第1電圧が印加され、
前記第1ワード線が選択された場合に前記第2信号線に前記第1電圧が印加される際の電圧上昇率は、前記第2ワード線が選択された場合に前記第1信号線に前記第1電圧が印加される際の電圧上昇率よりも低い、
請求項9に記載の半導体記憶装置。 - 前記第1信号線に電圧を供給する第1ドライバと、
前記第2信号線に電圧を供給する第2ドライバと、
前記第2信号線と前記第2ドライバとの間に接続された抵抗素子と、をさらに備える、
請求項10に記載の半導体記憶装置。 - 前記プログラム動作において、
前記第1ワード線が選択された場合、前記プログラムパルスが前記第1ワード線に印加される前に前記第2信号線に第1電圧が印加され、
前記第2ワード線が選択された場合、前記プログラムパルスが前記第2ワード線に印加される前に前記第1信号線に前記第1電圧が印加され、
前記第1ワード線が選択された場合に前記第2信号線に前記第1電圧が印加されるタイミングは、前記第2ワード線が選択された場合に前記第1信号線に前記第1電圧が印加されるタイミングよりも遅い、
請求項9に記載の半導体記憶装置。 - 直列接続された複数の前記第1メモリセルと、
直列接続された複数の前記第2メモリセルと、
ビット線と、をさらに備え、
複数の前記第1メモリセルと、複数の前記第2メモリセルと、前記ビット線とは順に接続され、
前記第2メモリセルの個数は、前記第1メモリセルの個数の1/3以下である、
請求項1乃至請求項12のいずれかに記載の半導体記憶装置。 - 半導体基板の上方に順に積層された第1及び第2導電体と、前記第1及び第2導電体の一端を含む第1領域と、前記第2導電体の他端を含む第2領域と、前記第1領域と前記第2領域との間に設けられ、複数のメモリセルを含む第3領域と、を含むメモリセルアレイと、
前記半導体基板に形成された第1及び第2拡散領域を含む第1ロウデコーダと、
前記半導体基板に形成された第3拡散領域を含む第2ロウデコーダと、を備え、
前記第1領域において、
前記第1導電体の一端は、第1プラグを介して前記第1拡散領域に接続され、
前記第2導電体の一端は、第2プラグを介して前記第2拡散領域に接続され、
前記第2領域において、
前記第2導電体の他端は、第3プラグを介して記第3拡散領域に接続され、
前記第1導電体の他端は、前記半導体基板の拡散領域に接続されない、半導体記憶装置。 - 前記第1領域において前記第1及び第2導電体上にそれぞれ設けられた第4及び第5プラグと、
前記第2領域において前記第2導電体上に設けられた第6プラグと、
前記第1及び第4プラグ上に設けられた第3導電体と、
前記第2及び第5プラグ上に設けられた第4導電体と、
前記第3及び第6プラグ上に設けられた第5導電体と、を備え、
前記第1乃至第3プラグが前記第1導電体を通過している、
請求項14に記載の半導体記憶装置。 - 前記メモリセルアレイは、前記第3領域において前記第1及び第2導電体を通過する複数の半導体ピラーを備え、
前記第1及び第2導電体はそれぞれ第1及び第2ワード線として機能し、
前記第1ワード線は前記第1ロウデコーダによって片側から電圧が印加され、
前記第2ワード線は前記第1及び第2ロウデコーダによって両側から電圧が印加される、
請求項14又は請求項15に記載の半導体記憶装置。
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