JP2018160295A - 半導体記憶装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】読み出し時間の短縮を図る。【解決手段】半導体記憶装置は、第1ビット線BLおよび第1ワード線WLに電気的に接続される第1メモリセルMTと、第2ビット線BLおよび前記第1ワード線に電気的に接続される第2メモリセルMTと、前記第1ワード線に電圧を印加する第1回路42と、を具備する。前記第1回路は、前記第1メモリセルの読み出しにおいて、前記第1ワード線に第1電圧VAを供給し、前記第2メモリセルの読み出しにおいて、前記第1ワード線に前記第1電圧よりも大きい第2電圧VK1を供給する。【選択図】 図7
Description
実施形態は、半導体記憶装置に関する。
半導体記憶装置としてNAND型フラッシュメモリが知られている。
読み出し時間の短縮を図る半導体記憶装置を提供する。
実施形態による半導体記憶装置は、第1ビット線および第1ワード線に電気的に接続される第1メモリセルと、第2ビット線および前記第1ワード線に電気的に接続される第2メモリセルと、前記第1ワード線に電圧を印加する第1回路と、を具備する。前記第1回路は、前記第1メモリセルの読み出しにおいて、前記第1ワード線に第1電圧を供給し、前記第2メモリセルの読み出しにおいて、前記第1ワード線に前記第1電圧よりも大きい第2電圧を供給する。
本実施形態を以下に図面を参照して説明する。図面において、同一部分には同一の参照符号を付す。
<第1実施形態>
図1乃至図12を用いて、第1実施形態に係る半導体記憶装置について説明する。以下では、半導体記憶装置として、メモリセルが半導体基板上に三次元に積層された三次元積層型NANDフラッシュメモリについて説明する。また、以下の説明において、「接続」は直接接続される場合だけではなく、任意の素子を介して接続される場合も含む。また、トランジスタの第1端子はソースまたはドレインの一方を示し、トランジスタの第2端子はソースまたはドレインの他方を示す。また、トランジスタの制御端子は、ゲートを示す。
図1乃至図12を用いて、第1実施形態に係る半導体記憶装置について説明する。以下では、半導体記憶装置として、メモリセルが半導体基板上に三次元に積層された三次元積層型NANDフラッシュメモリについて説明する。また、以下の説明において、「接続」は直接接続される場合だけではなく、任意の素子を介して接続される場合も含む。また、トランジスタの第1端子はソースまたはドレインの一方を示し、トランジスタの第2端子はソースまたはドレインの他方を示す。また、トランジスタの制御端子は、ゲートを示す。
[第1実施形態の構成例]
以下に図1乃至図6を用いて、第1実施形態における構成例について説明する。
以下に図1乃至図6を用いて、第1実施形態における構成例について説明する。
図1に示すように、半導体記憶装置100は、プレーン10A,10B、入出力回路14、ロジック制御回路15、レディー/ビジー制御回路16、レジスタ17、シーケンサ18、および電圧生成回路19を含む。
入出力回路14は、半導体記憶装置100の外部(ホストまたはメモリコントローラ)から信号IO(IO0〜IO7)を送受信する。信号IOは、コマンド、アドレス、およびデータ等を含む。入出力回路14は、外部からのコマンドおよびアドレスをレジスタ17に転送する。入出力回路14は、外部からの書き込みデータをセンスアンプ13(13A,13B)に転送し、センスアンプ13からの読み出しデータを外部に転送する。また、入出力回路14は、読み出しデータとともに外部にデータストローブ信号DQS,/DQSを送信する。読み出しデータは、信号DQS,/DQSに同期して読み出される。
ロジック制御回路15は、外部から各種制御信号を受信し、入出力回路14およびシーケンサ18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、ライトプロテクト信号/WP、およびデータストローブ信号DQS,/DQSが使用される。信号/CEは、半導体記憶装置100(半導体チップ)をイネーブルにする。信号CLE及びALEはそれぞれ、信号IOがコマンドおよびアドレスであることを入出力回路14に通知する。信号/WEは、信号IOの入力を入出力回路14に指示する。信号/REは、信号IOの出力を入出力回路14に指示する。信号/WPは、例えば電源のオンオフ時に半導体記憶装置100を保護状態にする。信号DQS,/DQSは、書き込みデータとともに受信される。書き込みデータは、信号DQS,/DQSに同期して書き込まれる。
レディー/ビジー制御回路16は、信号/RBを外部に転送して半導体記憶装置100の状態を外部に通知する。信号/RBは、半導体記憶装置100がレディー状態(外部からの命令を受け付ける状態)であるか、ビジー状態(外部からの命令を受け付けない状態)であるかを示す。
レジスタ17は、コマンドおよびアドレスを保持する。レジスタ17は、アドレスをロウデコーダ12(12A,12B)およびセンスアンプ13(13A,13B)に転送するとともに、コマンドをシーケンサ18に転送する。また、レジスタ17は、コマンドに基づいて実行されるシーケンスを制御するための各種テーブルを保持する。
シーケンサ18は、コマンドを受信し、レジスタ17の各種テーブルを参照する。そして、シーケンサ18は、各種テーブルに示される情報に従って、半導体記憶装置100の全体を制御する。
電圧生成回路19は、各種ドライバを含む。電圧生成回路19は、シーケンサ18の制御に従って、データの書き込み、読み出し、および消去等の動作に必要な電圧を生成する。電圧生成回路19は、生成した電圧をロウデコーダ12およびセンスアンプ13に供給する。
プレーン10Aは、メモリセルアレイ11A、ロウデコーダ12A、およびセンスアンプ13Aを含む。プレーン10Bは、プレーン10Aと同様の構成を有し、メモリセルアレイ11B、ロウデコーダ12B、およびセンスアンプ13Bを含む。以下では、プレーン10Bの説明は省略し、プレーン10Aについて説明する。
ロウデコーダ12Aは、レジスタ17からロウアドレスを受信し、ロウアドレスに基づいてメモリセルアレイ11A内のワード線WLを選択する。そして、ロウデコーダ12Aは、選択されたワード線WLに電圧生成回路19からの電圧を供給する。
センスアンプ13Aは、ビット線BLに電圧生成回路19からの電圧を供給することで、メモリセルアレイ11A内のビット線BLを介してメモリセルのデータを読み出したり、ビット線BLを介してメモリセルアレイ10内のメモリセルにデータを書き込んだりする。センスアンプ13Aは図示せぬデータラッチを含み、データラッチは書き込みデータおよび読み出しデータを一時的に記憶する。センスアンプ13Aは、レジスタ17からカラムアドレスを受信し、カラムアドレスに基づいてデータラッチのデータを入出力回路14に出力する。
図2に示すように、メモリセルアレイ11Aは、ロウおよびカラムに対応付けられた不揮発性のメモリセルトランジスタ(メモリセル)を含む複数のブロックBLK(BLK0,BLK1,BLK2,…)を備える。ブロックBLKは、例えば4つのストリングユニットSU(SU0〜SU3)を含む。そして、ストリングユニットSUは、複数のNANDストリング35を含む。メモリセルアレイ11A内のブロック数およびブロック内のストリングユニット数は、任意である。
図3に示すように、NANDストリング35は、n個のメモリセルトランジスタMT(MT0〜MTn−1)および選択トランジスタST1,ST2を含む。メモリセルトランジスタMTは、制御ゲートと電荷蓄積層とを備え、データを不揮発に保持する。そして、メモリセルトランジスタMTは、選択トランジスタST1の第1端子と選択トランジスタST2の第1端子との間に直列接続される。
ストリングユニットSU0〜SU3における選択トランジスタST1の制御端子は、セレクトゲート線SGD0〜SGD3に接続される。これに対し、ストリングユニットSU0〜SU3における選択トランジスタST2の制御端子は、例えばセレクトゲート線SGSに共通に接続されるが、ストリングユニット毎に異なるセレクトゲート線SGS0〜SGS3に接続されてもよい。また、同一のブロックBLK内にあるメモリセルトランジスタMT0〜MTn−1の制御端子は、ワード線WL0〜WLn−1に共通に接続される。
また、メモリセルアレイ11A内において同一列にあるNANDストリング35の選択トランジスタST1の第2端子は、ビット線BL(BL0〜BLm−1)のいずれかに共通接続される。すなわち、ビット線BLは、複数のブロックBLK間でNANDストリング35を共通に接続する。さらに、複数の選択トランジスタST2の第2端子は、ソース線SLに共通に接続される。
すなわち、ストリングユニットSUは、異なるビット線BLに接続され、かつ同一のセレクトゲート線SGDに接続されたNANDストリング35の集合体である。また、ブロックBLKは、ワード線WLを共通にする複数のストリングユニットSUの集合体である。そして、メモリセルアレイ11Aは、ビット線BLを共通にする複数のブロックBLKの集合体である。
ストリングユニットSU内のいずれかのワード線WLに接続されるメモリセルMTには、一括してデータの書き込みおよび読み出しが行われる。この単位をページと呼ぶ。
一方、データの消去は、ブロックBLK単位、またはブロックBLKよりも小さい単位で行うことができる。消去方法に関しては、例えば“NONVOLATILE SEMICONDUCTOR MEMORY DEVICE”という2011年9月18日に出願された米国特許出願13/235,389号に記載されている。また、“NON-VOLATILE SEMICONDUCTOR STORAGE DEVICE”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。さらに、“NONVOLATILE SEMICONDUCTOR MEMORY DEVICE AND DATA ERASE METHOD THEREOF”という2012年5月30日に出願された米国特許出願13/483,610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。
図4に示すように、p型ウェル領域(半導体基板)20上に、複数のNANDストリング35が設けられる。すなわち、ウェル領域20上には、セレクトゲート線SGSとして機能する例えば4層の配線層21、ワード線WL(WL0〜WLn−1)として機能するn層の配線層22、およびセレクトゲート線SGDとして機能する例えば4層の配線層23が、順次積層される。積層された配線層間には、図示せぬ絶縁層が形成される。
そして、これらの配線層21,22,23内を通過してウェル領域20に達するピラー状の導電体24が設けられる。導電体24の側面には、ゲート絶縁層25、電荷蓄積層(絶縁層または導電層)26、およびブロック絶縁層27が順次設けられる。導電体24、ゲート絶縁層25、電荷蓄積層26、およびブロック絶縁層27によって、メモリセルトランジスタMT、および選択トランジスタST1,ST2が構成される。導電体24は、NANDストリング35の電流経路として機能し、各トランジスタのチャネルが形成される領域となる。そして、導電体24の上端は、ビット線BLとして機能する金属配線層28に接続される。
ウェル領域20の表面領域内には、n+型不純物拡散層29が設けられる。拡散層29上には、コンタクトプラグ30が設けられる。コンタクトプラグ30は、ソース線SLとして機能する金属配線層31に接続される。さらに、ウェル領域20の表面領域内には、p+型不純物拡散層32が設けられる。拡散層32上には、コンタクトプラグ33が設けられる。コンタクトプラグ33は、ウェル配線CPWELLとして機能する金属配線層34に接続される。ウェル配線CPWELLは、ウェル領域20を介して導電体24に電位を印加するための配線である。
以上の構成が、図4を記載した紙面の奥行き方向に複数配列されており、奥行き方向に並ぶ複数のNANDストリング35の集合によってストリングユニットSUが構成される。
さらに、メモリセルアレイ11Aの構成についてはその他の構成であっても良い。すなわち、メモリセルアレイ11Aの構成については、例えば、“三次元積層型不揮発性半導体メモリ(THREE DIMENSIONAL STACKED NONVOLATILE SEMICONDUCTOR MEMORY)”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、“三次元積層型不揮発性半導体メモリ(THREE DIMENSIONAL STACKED NONVOLATILE SEMICONDUCTOR MEMORY)”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(NON-VOLATILE SEMICONDUCTOR STORAGE DEVICE AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME)”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(SEMICONDUCTOR MEMORY AND METHOD FOR MANUFACTURING SAME)”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。
図5では、メモリセルトランジスタMTが2ビット(4値)のデータを記憶する例を示している。
図5に示すように、メモリセルトランジスタMTの閾値電圧は、離散的な例えば4個の分布のいずれかに含まれる値を取る。この4個の分布を閾値の低い順に、Erレベル、Aレベル、Bレベル、およびCレベルと呼ぶ。
Erレベルは、例えばデータの消去状態に相当する。そして、Erレベルに含まれる閾値は、電圧VFYA未満であり、正または負の値を有する。
A〜Cレベルは、電荷蓄積層に電荷が注入されてデータが書き込まれた状態に相当する。A〜Cレベルの各分布に含まれる閾値は、例えば正の値を有する。Aレベルに含まれる閾値は、ベリファイ電圧VFYA以上であり、かつベリファイ電圧VFYB未満である。Bレベルに含まれる閾値は、ベリファイ電圧VFYB以上であり、かつベリファイ電圧VFYC未満である。Cレベルに含まれる閾値は、ベリファイ電圧VFYC以上であり、かつ読み出しパス電圧VREAD未満である。ここで、VFYA<VFYB<VFYC<VREADである。
また、読み出し電圧VAはErレベルとAレベルとの間に、読み出し電圧VBはAレベルとBレベルとの間に、読み出し電圧VCはBレベルとCレベルとの間に設定される(VA<VFYA、VB<VFYB、VC<VFYC)。読み出し電圧VA,VB,VCが印加されたメモリセルトランジスタMTは、記憶しているデータに応じてオンまたはオフし、その閾値電圧が印加した読み出し電圧に対して高いか低いかを判定することができる。読み出しパス電圧VREADは最も高い閾値電圧分布(ここではCレベル)の上限よりも高い電圧であり、読み出しパス電圧VREADが印加されたメモリセルトランジスタMTは記憶しているデータに関わらずオンする。
以上のように、各メモリセルトランジスタMTは、4個の閾値分布のいずれかを有することで、4種類の状態を取ることができる。これらの状態を、2進数表記で00〜11に割り当てることで、各メモリセルトランジスタMTは2ビットのデータを保持することができる。
なお、以下の実施形態は、3ビット以上のデータを記憶可能なメモリセルトランジスタMTにも適用することができる。また、1ビットのデータを記憶可能なメモリセルトランジスタMTにも適用することができる。
図6では、特にロウデコーダ12Aおよび電圧生成回路19について示している。
図6に示すように、ロウデコーダ12Aは、転送トランジスタ51,52(52_0〜52_n−1),53、およびブロックデコーダ54を含む。
転送トランジスタ51は、第1端子が配線SGSDに電気的に接続され、第2端子がセレクトゲート線SGSに電気的に接続される。転送トランジスタ52_0〜52_n−1は、第1端子がワード線WL0〜n−1に電気的に接続され、第2端子がコントロールゲート線CG0〜CGn−1に電気的に接続される。転送トランジスタ51は、第1端子が配線SGDDに電気的に接続され、第2端子がセレクトゲート線SGDに電気的に接続される。転送トランジスタ51,52,53の制御端子には、ブロックデコーダ54からの信号が供給される。
ブロックデコーダ54は、ブロックアドレスをデコードする。そして、ブロックデコーダ54は、ブロックアドレスのデコード結果に応じて、転送トランジスタ51,52,53がオンまたはオフする信号(電圧)を転送トランジスタ51,52,53の制御端子に供給する。より具体的には、ブロックデコーダ54は、対応するブロックが選択された場合に転送トランジスタ51,52,53がオンする電圧を供給する。一方、ブロックデコーダ54は、対応するブロックが非選択の場合に転送トランジスタ51,52,53がオフする電圧を供給する。ここで、トランジスタのオンとは、トランジスタが第1端子から第2端子に任意の電圧を転送する状態を示す。
電圧生成回路19は、SGSドライバ41、CGドライバ42(42_0〜42_n−1)、およびSGDドライバ43を含む。
SGSドライバ41は、諸動作においてセレクトゲート線SGSが必要な電圧を生成し、配線SGSDに供給する。転送トランジスタ51は、ブロックデコーダ54の制御にしたがって、SGSドライバ41からの電圧をセレクトゲート線SGSに転送する。
CGドライバ42_0〜42_n−1は、諸動作においてワード線WL0〜n−1が必要な電圧を生成し、コントロールゲート線CG0〜CGn−1に供給する。転送トランジスタ52_0〜52_n−1は、ブロックデコーダ54の制御にしたがって、CGドライバ42_0〜42_n−1からの電圧をワード線WL0〜n−1に転送する。
SGDドライバ43は、諸動作においてセレクトゲート線SGSが必要な電圧を生成し、配線SGDDに供給する。転送トランジスタ53は、ブロックデコーダ54の制御にしたがって、SGDドライバ43からの電圧をセレクトゲート線SGDに転送する。
[第1実施形態の読み出し動作]
以下に図7乃至図9を用いて、第1実施形態における読み出し動作について説明する。
図7では、読み出し動作における第1領域のカラム選択時および第2領域のカラム選択時の各種電圧のタイミングチャートを示している。また、図8では読み出し動作における第1領域のカラム選択時の図を示し、図9では読み出し動作における第2領域のカラム選択時の図を示している。
以下に図7乃至図9を用いて、第1実施形態における読み出し動作について説明する。
図7では、読み出し動作における第1領域のカラム選択時および第2領域のカラム選択時の各種電圧のタイミングチャートを示している。また、図8では読み出し動作における第1領域のカラム選択時の図を示し、図9では読み出し動作における第2領域のカラム選択時の図を示している。
図7乃至図9に示すように、本例では、メモリセルアレイ11Aがカラム単位(ビット線BL単位)で2つの領域(第1領域および第2領域)に分けられ、それぞれの領域で読み出し動作が行われる。第1領域および第2領域は、電圧生成回路19(CGドライバ42)からの距離に応じて設定される。より具体的には、第1領域はCGドライバ42から近い領域であり、第2領域はCGドライバ42から遠い領域である。ここでは、メモリセルアレイ11Aにビット線BL0〜BL15が設けられ、第1領域はビット線BL0〜BL7を含み、第2領域はビット線BL8〜BL15を含む例を示している。そして、第1領域のカラムが選択された場合と第2領域のカラムが選択された場合とで、選択ワード線WLに供給される電圧が適宜制御される。
まず、図7および図8を用いて、読み出し動作において第1領域のカラム(ビット線BL0〜BL7)が選択された場合のタイミングチャートについて説明する。
なお、図7において、Sel.WLは選択ワード線、Unsel.WLは非選択ワード線、Sel.BLは選択ビット線、Unsel.BLは非選択ビット線を示している。また、選択ワード線WLの実線は、選択ワード線WLのCGドライバ42から近い部分(例えば第1領域に位置する部分、以下第1部分と称す)の電圧波形を示している。これは、CGドライバ42が供給する電圧と実質的に同じである。一方、選択ワード線WLの破線は、選択ワード線WLのCGドライバ42から遠い部分(例えば第2領域に位置する部分、以下第2部分と称す)の電圧波形を示している。これは、選択ワード線WLのCGドライバ42から遠い部分には、その距離に応じてCGドライバ42からの電圧が遅延されて印加されるためである。ここでは、ワード線WL0が選択される例を示す。また、図7は、電圧VAによる読み出しと電圧VCによる読み出しが順に連続的に行われる例である。
図7および図8に示すように、まず、初期状態(時刻T11以前)において、各種電圧は、電圧VSSである。
そして、時刻T11において、CGドライバ42_1〜42_n−1は、非選択ワード線WL1〜WLn−1に電圧VREADを供給する。これにより、非選択ワード線WL1〜WLn−1に接続されるメモリセルトランジスタMT1〜MTn−1は、その閾値に関わらずオンする。
また、時刻T11において、SGSドライバ41はセレクトゲート線SGSに電圧VSGを供給し、SGDドライバ43はセレクトゲート線SGDに電圧VSGを供給する。電圧VSGは、選択トランジスタST1,ST2をオンする電圧である。
また、時刻T11において、選択ビット線BL0〜BL7に電圧VBL(<VREAD)が印加され、非選択ビット線BL8〜BL15に電圧VSRC(<VBL)が印加される。
さらに、時刻T11において、CGドライバ42_0は、選択ワード線WL0に電圧VAを供給する。これにより、選択ワード線WL0の第1部分には電圧VAが印加される。これにより、選択ワード線WL0に接続され、かつ選択ビット線BL0〜BL7に接続される(第1領域に位置する)メモリセルトランジスタMT0の電圧VAによる読み出しが行われる。
このとき、選択ワード線WL0の第2部分には、電圧VAよりも小さい電圧が印加される。言い換えると、選択ワード線WL0の第2部分は、遠距離による遅延のために読み出しに必要な電圧VAに達していない(電圧VAまで昇圧されていない)。しかし、選択ワード線WL0の第2部分が位置する第2領域のカラムは、非選択である。このため、選択ワード線WL0に接続され、かつ選択ビット線BL8〜BL15に接続される(第2領域に位置する)メモリセルトランジスタMT0の読み出しは、不要である。したがって、本例における読み出し動作に問題は生じない。
引き続き、時刻T13において、CGドライバ42_0は、選択ワード線WL0に電圧VCを供給する。これにより、選択ワード線WL0の第1部分には電圧VCが印加される。そして、選択ワード線WL0に接続され、かつ選択ビット線BL0〜BL7に接続される(第1領域に位置する)メモリセルトランジスタMT0の電圧VCによる読み出しが行われる。
このとき、選択ワード線WL0の第2部分には、電圧VCよりも小さい電圧が印加される。言い換えると、選択ワード線WL0の第2部分は、遠距離による遅延のために読み出しに必要な電圧VCに達していない(電圧VCまで昇圧されていない)。しかし、電圧VAによる読み出しのときと同様、本例における読み出し動作に問題は生じない。
その後、時刻T15において、各種電圧が電圧VSSになる。これにより、各トランジスタがオフし、読み出し動作が終了する。
次に、図7および図9を用いて、読み出し動作において第2領域のカラム(ビット線BL8〜BL15)が選択された場合のタイミングチャートについて説明する。
図7および図9に示すように、まず、初期状態(時刻T11以前)において、各種電圧は、電圧VSSである。
そして、時刻T11において、第1領域のカラムが選択された場合と同様、非選択ワード線WL1〜WLn−1に電圧VREADが印加され、セレクトゲート線SGSに電圧VSGが印加され、セレクトゲート線SGDに電圧VSGが印加される。また、時刻T11において、選択ビット線BL8〜BL15に電圧VBLが印加され、非選択ビット線BL0〜BL7に電圧VSRCが印加される。
さらに、時刻T11において、CGドライバ42_0は、選択ワード線WL0に電圧VK1を供給する。これにより、選択ワード線WL0の第1部分には電圧VK1が印加される。電圧VK1はCGドライバ42_0が一時的に供給する大きい電圧であり、VK1>VAである。この電圧VK1により、遅延することなく(VAが供給された場合よりも速く)、選択ワード線WL0の第2部分に電圧VAが印加される。
その後、時刻T12において、CGドライバ42_0は、選択ワード線WL0に電圧VAを供給する。これにより、選択ワード線WL0の第1部分に、電圧VAが印加される。そして、選択ワード線WL0に接続され、かつ選択ビット線BL8〜BL15に接続される(第2領域に位置する)メモリセルトランジスタMT0の電圧VAによる読み出しが行われる。
このとき、選択ワード線WL0の第1部分には、電圧VK1が印加された後に電圧VAが印加される。このため、選択ワード線WL0の第1部分は、読み出しに必要な電圧VAに安定するまでに時間を要する。しかし、選択ワード線WL0の第1部分が位置する第1領域のカラムは、非選択である。このため、選択ワード線WL0に接続され、かつ選択ビット線BL0〜BL7に接続される(第1領域に位置する)メモリセルトランジスタMT0の読み出しは、不要である。したがって、本例における読み出し動作に問題は生じない。
引き続き、時刻T13において、CGドライバ42_0は、選択ワード線WL0に電圧VK2を供給する。これにより、選択ワード線WL0の第1部分には電圧VK2が印加される。電圧VK2はCGドライバ42_0が一時的に供給する大きい電圧であり、VK2>VCである。この電圧VK2により、遅延することなく(VCが供給された場合よりも速く)、選択ワード線WL0の第2部分に電圧VCが印加される。
その後、時刻T14において、CGドライバ42_0は、選択ワード線WL0に電圧VCを供給する。これにより、選択ワード線WL0の第1部分に、電圧VCが印加される。そして、選択ワード線WL0に接続され、かつ選択ビット線BL8〜BL15に接続される(第2領域に位置する)メモリセルトランジスタMT0の電圧VCによる読み出しが行われる。
このとき、選択ワード線WL0の第1部分には、電圧VK2が印加された後に電圧VCが印加される。このため、選択ワード線WL0の第1部分は、読み出しに必要な電圧VCに安定するまでに時間を要する。しかし、電圧VAによる読み出しのときと同様、本例における読み出し動作に問題は生じない。
その後、時刻T15において、各種電圧が電圧VSSになる。これにより、各トランジスタがオフし、読み出し動作が終了する。
なお、第1領域のカラムが選択された場合においても、時刻T11,T13においてそれぞれ、CGドライバ42_0が選択ワード線WL0に一時的に大きい電圧VK1´,VK2´を供給してもよい。このとき、VK1´<VK1、VK2´<VK2である。
[第1実施形態のコマンドシーケンス]
上述した読み出し動作では、例えば8本のビット線BLを読み出し単位に設定し、第1領域または第2領域の8本のビット線BLが選択される。そして、第1領域が選択された場合、選択ワード線WLに電圧VA,VCが順に供給される。一方、第2領域が選択された場合、選択ワード線WLに電圧VK1,VA,VK2,VCが順に供給される。このような、特殊読み出しモードの設定、すなわち読み出し単位の設定および読み出し領域の選択は、受信されるコマンドに従う。
上述した読み出し動作では、例えば8本のビット線BLを読み出し単位に設定し、第1領域または第2領域の8本のビット線BLが選択される。そして、第1領域が選択された場合、選択ワード線WLに電圧VA,VCが順に供給される。一方、第2領域が選択された場合、選択ワード線WLに電圧VK1,VA,VK2,VCが順に供給される。このような、特殊読み出しモードの設定、すなわち読み出し単位の設定および読み出し領域の選択は、受信されるコマンドに従う。
以下に、図10および図11を用いて、上記読み出し動作を実行するためのコマンドシーケンスについて説明する。なお、以下の説明において、コマンド、アドレス、およびデータは、外部(メモリコントローラ)で発行され、半導体記憶装置100に受信される。また、コマンド、アドレス、およびデータは、各信号のアサートに同期して入力される。
図10に示す第1例は、特殊コマンドシーケンスによる例である。
図10に示すように、第1例では、まず、半導体記憶装置100は、コマンドCMD1を受信する。コマンドCMD1は、特殊コマンドであり、特殊読み出しモードを命令するコマンドである。ここでは、コマンドCMD1は、読み出し単位を設定するコマンドである。より具体的には、コマンドCMD1は、8本のビット線BLを読み出し単位として設定する。
次に、半導体記憶装置100は、アドレスADD1を受信する。アドレスADD1は、コマンドCMD1に伴う特殊読み出しにおいてデータを読み出す領域を指定するものである。より具体的には、アドレスADD1は、例えば、プレーン10Aおよび第1領域を指定する。
これらコマンドCMD1およびアドレスADD1により、特殊読み出しモードが設定される。すなわち、本例における読み出し単位の設定および読み出し領域の選択が実行され、選択された読み出し領域に応じて選択ワード線WLに供給される電圧が決定される。
次に、半導体記憶装置100は、コマンド/アドレス(CA)セットを受信する。CAセットは、通常、読み出しを実行するために必要なコマンドおよびアドレスのセットである。
より具体的には、まず、半導体記憶装置100は、コマンドCMD2を受信する。コマンドCMD2は、読み出しにおけるアドレスの入力を命令するコマンドである。引き続き、半導体記憶装置100は、例えば5サイクルに亘ってアドレスADD(ADD2〜ADD6)を受信する。アドレスADD2〜ADD6は、データを読み出すアドレスを指定するものであり、例えばブロック、パーシャルブロック(ストリングユニット)、ロウ(ワード線)、およびカラム(ビット線)を指定する。より具体的には、例えば、ブロックBLK0、ストリングユニットSU0、ワード線WL0、およびビット線BL0〜BL7が選択される。選択されるビット線BL0〜BL7の本数は、上述したコマンドCMD1による設定に基づく。その後、半導体記憶装置100は、コマンドCMD3を受信する。コマンドCMD3は、読み出しの実行を命令するコマンドである。
そして、半導体記憶装置100は、コマンドCMD3に応答して、ビジー状態(RB=「L」レベル)となり、読み出しを開始する。ビジー状態である期間t1において、読み出しが行われる。ここでは、8本のビット線BLを読み出し単位とし、第1領域が読み出される。したがって、選択ワード線WLに電圧VA,VCが順に供給される。その後、半導体記憶装置100は、レディー状態(RB=「H」レベル)となり、読み出しを終了する。
図11に示す第2例は、Set featureコマンドシーケンスによる例である。
図11に示すように、第2例では、まず、半導体記憶装置100は、コマンドCMD4を受信する。コマンドCMD4は、半導体記憶装置100に対してパラメータの変更を命令するコマンドである。
次に、半導体記憶装置100は、アドレスADD7を受信する。アドレスADD7は、変更したいパラメータに対応するアドレスを指定するものである。ここでは、変更したパラメータは、読み出しモードである。
次に、半導体記憶装置100は、例えば4サイクルに亘ってデータDT(DT1〜DT4)を受信する。データDTは、変更するパラメータに相当するデータである。ここでは、データDTは、例えば読み出し単位、読み出し領域、および選択ワード線WLに供給される電圧等を含む。
これにより、半導体記憶装置100は、ビジー状態となり、Set featureを開始する。ビジー状態である期間t2において、Set featureが行われ、設定のパラメータが書き換えられる。
このように、コマンドCMD4、アドレスADD7、およびデータDTによって、特殊読み出しモードが設定される。すなわち、本例における読み出し単位の設定および読み出し領域の選択が実行され、選択された読み出し領域に応じて選択ワード線WLに供給される電圧が決定される。
Set featureが終了すると、半導体記憶装置100は、特殊読み出しモードになる。したがって、半導体記憶装置100は、コマンド/アドレス(CA)セットを受信すると、ビジー状態となり、読み出しを開始する。そして、ビジー状態である期間t3において、図10の期間t1と同様の読み出しを行う。
[第1実施形態の効果]
図12に示すように、比較例では、全カラム(ビット線BL0〜BL15)が選択されて読み出し動作が行われる。そして、選択ワード線WLには、電圧VK1,VA,VK2,VCが順に供給される。すなわち、比較例では、時刻T21〜T25において、全ビット線BL0〜BL15が選択され、選択ワード線WLには上記第1実施形態における第2領域が選択された場合の電圧が供給される。
図12に示すように、比較例では、全カラム(ビット線BL0〜BL15)が選択されて読み出し動作が行われる。そして、選択ワード線WLには、電圧VK1,VA,VK2,VCが順に供給される。すなわち、比較例では、時刻T21〜T25において、全ビット線BL0〜BL15が選択され、選択ワード線WLには上記第1実施形態における第2領域が選択された場合の電圧が供給される。
このとき、選択ワード線WLに電圧VK1,VK2が供給されることで、選択ワード線WLの第2部分(CGドライバ42から遠い部分)を速く電圧VA,VCまで昇圧することができる。一方、選択ワード線WLの第1部分(CGドライバから近い部分)は電圧VK1,VK2まで昇圧されてしまうため、その後、電圧VA,VCに降圧させて安定するまでに時間を要する。その結果、特に選択ワード線WLの第1部分側のメモリセルトランジスタMTの読み出しに時間がかかってしまう。また、選択ワード線WLの第1部分に一時的に大きな電圧がかかることで、第1部分側のメモリセルトランジスタMTがオンすることがある。これにより、ワード線WLからビット線BLにノイズが生じることがあり、ビット線BLが安定するまでに時間を要し、さらに読み出しに時間がかかってしまう。
これに対し、第1実施形態では、メモリセルアレイ11Aがカラム(ビット線BL)単位で第1領域(CGドライバ42から近い領域)と第2領域(CGドライバ42から遠い領域)とに分けられ、それぞれの領域で読み出し動作が行われる。そして、第1領域のカラムが選択された場合と第2領域のカラムが選択された場合とで、選択ワード線WLに供給される電圧が適宜制御される。これにより、選択ワード線WLの第1部分または第2部分に対して読み出し電圧(VA,VC)を速く印加することができ、読み出し時間の短縮を図ることができる。
より具体的には、図7に示すように、第1領域のカラムが選択された場合、選択ワード線WLに電圧VA,VCが順に供給される。これにより、選択ワード線WLの第1部分の電圧を速く電圧VA,VCまで昇圧して安定させることができ、読み出し時間の短縮を図ることができる。一方、選択ワード線WLの第2部分は、読み出しに必要な電圧VA,VCに達さない。しかし、選択ワード線WLの第2部分が位置する第2領域のカラムは非選択であるため、第2領域のメモリセルトランジスタMTの読み出しは不要である。したがって、本例における読み出し動作に問題は生じない。
また、図7に示すように、第2領域のカラムが選択された場合、選択ワード線WLに電圧VK1,VA,VK2,VCが順に供給される。これにより、選択ワード線WLの第2部分の電圧を速く電圧VA,VCまで昇圧して安定させることができ、読み出し時間の短縮を図ることができる。一方、選択ワード線WLの第1部分は、読み出しに必要な電圧VA,VCに安定するまでに時間を要する。しかし、選択ワード線WLの第1部分が位置する第1領域のカラムは非選択であるため、第1領域のメモリセルトランジスタMTの読み出しは不要である。したがって、本例における読み出し動作に問題は生じない。
なお、第1実施形態における第2領域のカラムが選択された場合、電圧VK1,VK2を比較例よりも大きくすることも可能であり、これにより、選択ワード線WLの第2部分の電圧をさらに速く電圧VA,VCまで昇圧させることができる。
また、第1実施形態では、プレーン10におけるメモリセルアレイ11を第1領域と第2領域の2つの領域に分けたが、これに限らず、3つ以上の領域に分けてもよい。
また、第1実施形態では、半導体記憶装置として三次元積層型NANDフラッシュメモリについて説明したが、これに限らず、二次元に配列されたNANDフラッシュメモリに適用することもできる。
<第2実施形態>
図13乃至図15を用いて、第2実施形態に係る半導体記憶装置について説明する。第2実施形態では、ビット線シールド方式の読み出しが行われる。ビット線シールド方式とは、例えば奇数カラムまたは偶数カラムを選択していずれかのカラムを読み出す方式である。以下に、第2実施形態について詳説する。
図13乃至図15を用いて、第2実施形態に係る半導体記憶装置について説明する。第2実施形態では、ビット線シールド方式の読み出しが行われる。ビット線シールド方式とは、例えば奇数カラムまたは偶数カラムを選択していずれかのカラムを読み出す方式である。以下に、第2実施形態について詳説する。
なお、第2実施形態では、主に上記第1実施形態と異なる点について説明し、同様の点については省略する。
[第2実施形態の読み出し動作]
以下に図13乃至図15を用いて、第2実施形態における読み出し動作について説明する。
以下に図13乃至図15を用いて、第2実施形態における読み出し動作について説明する。
図13では、読み出し動作における第1領域の奇数カラム選択時および第2領域の奇数カラム選択時の各種電圧のタイミングチャートを示している。図14では読み出し動作における第1領域の奇数カラム選択時の図を示し、図15では読み出し動作における第2領域の奇数カラム選択時の図を示している。
図13乃至図15に示すように、本例では、メモリセルアレイ11Aがカラム単位(ビット線BL単位)で2つの領域(第1領域および第2領域)に分けられ、さらに奇数カラムおよび偶数カラムに分けられる。そして、第1領域のカラム(奇数カラムおよび偶数カラム)が選択された場合と第2領域のカラム(奇数カラムおよび偶数カラム)が選択された場合とで、選択ワード線WLに供給される電圧が適宜制御される。
なお、それぞれの領域において偶数カラムが選択された場合の制御は奇数カラムが選択された場合の制御と同じであるため、以下では奇数カラムが選択された場合を説明する。
まず、図13および図14を用いて、読み出し動作において第1領域の奇数カラム(ビット線BL1,BL3,BL5,BL7)が選択された場合のタイミングチャートについて説明する。
図13および図14に示すように、時刻T31〜T35において、第1実施形態と同様、選択ワード線WL0に電圧VA,VCが順に印加される。また、第1実施形態と同様、非選択ワード線WL1〜WLn−1に電圧VREADが印加され、セレクトゲート線SGSに電圧VSGが印加され、セレクトゲート線SGDに電圧VSGが印加される。
一方、時刻T31〜T35において、第1実施形態と異なり、選択ビット線BL1,BL3,BL5,BL7に電圧VBLが印加され、非選択ビット線BL0,BL2,BL4,BL6,BL8〜BL15に電圧VSRCが印加される。
これにより、選択ワード線WL0に接続され、かつ選択ビット線BL1,BL3,BL5,BL7に接続されるメモリセルトランジスタMT0の電圧VA,VCによる読み出しが行われる。一方、選択ワード線WL0に接続され、かつ非選択ビット線BL0,BL2,BL4,BL6,BL8〜BL15に接続されるメモリセルトランジスタMT0の電圧VA,VCによる読み出しは行われない。
このとき、第1領域における非選択ビット線BL0,BL2,BL4,BL6は、シールド線として機能する。すなわち、第1領域における非選択ビット線BL0,BL2,BL4,BL6は、第1領域における選択ビット線BL1,BL3,BL5,BL7の読み出し動作時のノイズを低減する。
次に、図13および図15を用いて、読み出し動作において第1領域の奇数カラム(ビット線BL9,BL11,BL13,BL15)が選択された場合のタイミングチャートについて説明する。
図13および図15に示すように、時刻T31〜T35において、第1実施形態と同様、選択ワード線WL0に電圧VK1,VA,VK2,VCが順に印加される。また、第1実施形態と同様、非選択ワード線WL1〜WLn−1に電圧VREADが印加され、セレクトゲート線SGSに電圧VSGが印加され、セレクトゲート線SGDに電圧VSGが印加される。
一方、時刻T31〜T35において、第1実施形態と異なり、選択ビット線BL9,BL11,BL13,BL15に電圧VBLが印加され、非選択ビット線BL0〜BL7,BL8,BL10,BL12,BL14に電圧VSRCが印加される。
これにより、選択ワード線WL0に接続され、かつ選択ビット線BL9,BL11,BL13,BL15に接続されるメモリセルトランジスタMT0の電圧VA,VCによる読み出しが行われる。一方、選択ワード線WL0に接続され、かつ非選択ビット線BL0〜BL7,BL8,BL10,BL12,BL14に接続されるメモリセルトランジスタMT0の電圧VA,VCによる読み出しは行われない。
このとき、第2領域における非選択ビット線BL8,BL10,BL12,BL14は、シールド線として機能する。すなわち、第1領域における非選択ビット線BL9,BL11,BL13,BL15は、第1領域における選択ビット線BL8,BL10,BL12,BL14の読み出し動作時のノイズを低減する。
[第2実施形態の効果]
第2実施形態では、第1領域および第2領域がそれぞれ、さらに奇数カラムおよび偶数カラムに分けられる。これにより、選択ビット線BL(例えば奇数ビット線BL)に対して、非選択ビット線BL(例えば偶数ビット線BL)がシールド線として機能する。したがって、読み出し動作時における選択ビット線BLへのノイズが低減され、選択ビット線BLの電圧を速く安定させることができ、読み出し時間の短縮を図ることができる。
第2実施形態では、第1領域および第2領域がそれぞれ、さらに奇数カラムおよび偶数カラムに分けられる。これにより、選択ビット線BL(例えば奇数ビット線BL)に対して、非選択ビット線BL(例えば偶数ビット線BL)がシールド線として機能する。したがって、読み出し動作時における選択ビット線BLへのノイズが低減され、選択ビット線BLの電圧を速く安定させることができ、読み出し時間の短縮を図ることができる。
<第3実施形態>
図16を用いて、第3実施形態に係る半導体記憶装置について説明する。第3実施形態では、読み出し動作の最初にリフレッシュ動作が行われる。そして、第3実施形態では、上記第1実施形態に示すような選択ワード線WLの充電時だけでなく、リフレッシュ動作後の選択ワード線WLの放電時において供給される電圧を適宜制御する。以下に、第3実施形態について詳説する。
図16を用いて、第3実施形態に係る半導体記憶装置について説明する。第3実施形態では、読み出し動作の最初にリフレッシュ動作が行われる。そして、第3実施形態では、上記第1実施形態に示すような選択ワード線WLの充電時だけでなく、リフレッシュ動作後の選択ワード線WLの放電時において供給される電圧を適宜制御する。以下に、第3実施形態について詳説する。
なお、第3実施形態では、主に上記第1実施形態と異なる点について説明し、同様の点については省略する。
[第3実施形態の読み出し動作]
以下に図16を用いて、第3実施形態における読み出し動作について説明する。
図16では、読み出し動作における第1領域のカラム選択時および第2領域のカラム選択時の各種電圧のタイミングチャートを示している。
以下に図16を用いて、第3実施形態における読み出し動作について説明する。
図16では、読み出し動作における第1領域のカラム選択時および第2領域のカラム選択時の各種電圧のタイミングチャートを示している。
図16に示すように、本例では、メモリセルアレイ11Aがカラム単位で2つの領域に分けられ、それぞれの領域で読み出し動作が行われる。このとき、読み出し動作の最初にリフレッシュ動作が行われる。リフレッシュ動作とは、三次元積層型NANDフラッシュメモリにおいて、諸動作の最初に導電体24内に残留した電荷を除去する動作である。そして、第1領域のカラムが選択された場合と第2領域のカラムが選択された場合とで、選択ワード線WLに供給される電圧が適宜制御される。
まず、図16を用いて、読み出し動作において第1領域のカラム(ビット線BL0〜BL7)が選択された場合のタイミングチャートについて説明する。なお、図16では、リフレッシュ動作が行われた後、電圧VAによる読み出しと電圧VCによる読み出しが順に連続的に行われる例である。
図16に示すように、まず、初期状態(時刻T41以前)において、各種電圧は、電圧VSSである。
そして、時刻T41において、CGドライバ42_1〜42_n−1は、非選択ワード線WL1〜WLn−1に電圧VREADを供給する。これにより、非選択ワード線WL1〜WLn−1に接続されるメモリセルトランジスタMT1〜MTn−1は、その閾値に関わらずオンする。
また、時刻T41において、CGドライバ42_0は、非選択ワード線WL0に電圧VREADを供給する。これにより、非選択ワード線WL0に接続されるメモリセルトランジスタMT0は、その閾値に関わらずオンする。
また、時刻T41において、SGSドライバ41はセレクトゲート線SGSに電圧VSGを供給し、SGDドライバ43はセレクトゲート線SGDに電圧VSGを供給する。これにより、選択トランジスタST1,ST2は、オンする。
また、時刻T41において、選択ビット線BL0〜BL7に電圧VBLが印加され、非選択ビット線BL8〜BL15に電圧VSRCが印加される。
これにより、リフレッシュ動作が行われる。すなわち、全メモリストリング36にリフレッシュ電流が流れ、導電体24(チャネル)内に残留した電荷が除去される。
次に、時刻T42において、CGドライバ42_0は、選択ワード線WL0に電圧VAを供給する。これにより、選択ワード線WL0の第1部分には電圧VAが印加される。そして、選択ワード線WL0に接続され、かつ選択ビット線BL0〜BL7に接続される(第1領域に位置する)メモリセルトランジスタMT0の電圧VAによる読み出しが行われる。
このとき、選択ワード線WL0の第2部分には、電圧VAよりも大きい電圧が印加される。言い換えると、選択ワード線WL0の第2部分は、遠距離による遅延のために読み出しに必要な電圧VAに達していない(電圧VAまで降圧されていない)。しかし、選択ワード線WL0の第2部分が位置する第2領域のカラムは非選択であるため、本例における読み出し動作に問題は生じない。
引き続き、時刻T44において、CGドライバ42_0は、選択ワード線WL0に電圧VCを供給する。これにより、選択ワード線WL0の第1部分には電圧VCが印加される。そして、選択ワード線WL0に接続され、かつ選択ビット線BL0〜BL7に接続される(第1領域に位置する)メモリセルトランジスタMT0の電圧VCによる読み出しが行われる。
このとき、選択ワード線WL0の第2部分には、電圧VCよりも小さい電圧が印加される。言い換えると、選択ワード線WL0の第2部分は、遠距離による遅延のために読み出しに必要な電圧VCに達していない(電圧VCまで昇圧されていない)。しかし、電圧VAによる読み出しのときと同様、本例における読み出し動作に問題は生じない。
その後、時刻T46において、各種電圧が電圧VSSになる。これにより、各トランジスタがオフし、読み出し動作が終了する。
次に、図16を用いて、読み出し動作において第2領域のカラム(ビット線BL8〜BL15)が選択された場合のタイミングチャートについて説明する。
図16に示すように、まず、初期状態(時刻T41以前)において、各種電圧は、電圧VSSである。
そして、時刻T41〜T42において、第1領域のカラムが選択された場合と同様、リフレッシュ動作が行われる。
次に、時刻T42において、CGドライバ42_0は、選択ワード線WL0に電圧VK3を供給する。これにより、選択ワード線WL0の第1部分には電圧VK3が印加される。電圧VK3はCGドライバ42_0が一時的に供給する小さい電圧であり、VK3<VAである。この電圧VK3により、遅延することなく(VAが供給された場合よりも速く)、選択ワード線WL0の第2部分に電圧VAが印加される。
その後、時刻T43において、CGドライバ42_0は、選択ワード線WL0に電圧VAを供給する。これにより、選択ワード線WL0の第1部分に、電圧VAが印加される。そして、選択ワード線WL0に接続され、かつ選択ビット線BL8〜BL15に接続される(第2領域に位置する)メモリセルトランジスタMT0の電圧VAによる読み出しが行われる。
このとき、選択ワード線WL0の第1部分には、電圧VK3が印加された後に電圧VAが印加される。このため、選択ワード線WL0の第1部分は、読み出しに必要な電圧VAに安定するまでに時間を要する。しかし、選択ワード線WL0の第1部分が位置する第1領域のカラムは非選択であるため、本例における読み出し動作に問題は生じない。
引き続き、時刻T44において、CGドライバ42_0は、選択ワード線WL0に電圧VK2を供給する。これにより、選択ワード線WL0の第1部分には電圧VK2が印加される。この電圧VK2により、遅延することなく(VCが供給された場合よりも速く)、選択ワード線WL0の第2部分に電圧VCが印加される。
その後、時刻T45において、CGドライバ42_0は、選択ワード線WL0に電圧VCを供給する。これにより、選択ワード線WL0の第1部分に、電圧VCが印加される。そして、選択ワード線WL0に接続され、かつ選択ビット線BL8〜BL15に接続される(第2領域に位置する)メモリセルトランジスタMT0の電圧VCによる読み出しが行われる。
このとき、選択ワード線WL0の第1部分には、電圧VK2が印加された後に電圧VCが印加される。このため、選択ワード線WL0の第1部分は、読み出しに必要な電圧VCに安定するまでに時間を要する。しかし、電圧VAによる読み出しのときと同様、本例における読み出し動作に問題は生じない。
その後、時刻T46において、各種電圧が電圧VSSになる。これにより、各トランジスタがオフし、読み出し動作が終了する。
[第3実施形態の効果]
第3実施形態では、読み出し動作の最初にリフレッシュ動作が行われる。そして、リフレッシュ動作後の選択ワード線WLの放電時において、第1領域のカラムが選択された場合と第2領域のカラムが選択された場合とで選択ワード線WLに供給される電圧が適宜制御される。これにより、リフレッシュ動作を行う場合であっても、選択ワード線WLの第1部分または第2部分に対して読み出し電圧を速く印加することができ、読み出し時間の短縮を図ることができる。
第3実施形態では、読み出し動作の最初にリフレッシュ動作が行われる。そして、リフレッシュ動作後の選択ワード線WLの放電時において、第1領域のカラムが選択された場合と第2領域のカラムが選択された場合とで選択ワード線WLに供給される電圧が適宜制御される。これにより、リフレッシュ動作を行う場合であっても、選択ワード線WLの第1部分または第2部分に対して読み出し電圧を速く印加することができ、読み出し時間の短縮を図ることができる。
<第4実施形態>
図17を用いて、第4実施形態に係る半導体記憶装置について説明する。第4実施形態は、上記第3実施形態の変形例であり、リフレッシュ動作後に、電圧VCによる読み出しおよび電圧VAによる読み出しが順に行われる。すなわち、読み出しの順序が反対である。以下に、第4実施形態について詳説する。
図17を用いて、第4実施形態に係る半導体記憶装置について説明する。第4実施形態は、上記第3実施形態の変形例であり、リフレッシュ動作後に、電圧VCによる読み出しおよび電圧VAによる読み出しが順に行われる。すなわち、読み出しの順序が反対である。以下に、第4実施形態について詳説する。
なお、第4実施形態では、主に上記第3実施形態と異なる点について説明し、同様の点については省略する。
[第4実施形態の読み出し動作]
以下に図17を用いて、第4実施形態における読み出し動作について説明する。
以下に図17を用いて、第4実施形態における読み出し動作について説明する。
まず、図17を用いて、読み出し動作において第1領域のカラム(ビット線BL0〜BL7)が選択された場合のタイミングチャートについて説明する。なお、図17では、リフレッシュ動作が行われた後、電圧VCによる読み出しおよび電圧VAによる読み出しが順に連続的に行われる例である。
図17に示すように、時刻T51〜T52において、第3実施形態と同様、リフレッシュ動作が行われる。
次に、時刻T52において、CGドライバ42_0は、選択ワード線WL0に電圧VCを供給する。これにより、選択ワード線WL0の第1部分には電圧VCが印加される。そして、選択ワード線WL0に接続され、かつ選択ビット線BL0〜BL7に接続される(第1領域に位置する)メモリセルトランジスタMT0の電圧VCによる読み出しが行われる。
このとき、選択ワード線WL0の第2部分には、電圧VCよりも大きい電圧が印加される。言い換えると、選択ワード線WL0の第2部分は、遠距離による遅延のために読み出しに必要な電圧VCに達していない(電圧VCまで降圧されていない)。しかし、選択ワード線WL0の第2部分が位置する第2領域のカラムは非選択であるため、本例における読み出し動作に問題は生じない。
引き続き、時刻T54において、CGドライバ42_0は、選択ワード線WL0に電圧VAを供給する。これにより、選択ワード線WL0の第1部分には電圧VAが印加される。そして、選択ワード線WL0に接続され、かつ選択ビット線BL0〜BL7に接続される(第1領域に位置する)メモリセルトランジスタMT0の電圧VAによる読み出しが行われる。
このとき、選択ワード線WL0の第2部分には、電圧VAよりも大きい電圧が印加される。言い換えると、選択ワード線WL0の第2部分は、遠距離による遅延のために読み出しに必要な電圧VAに達していない(電圧VAまで降圧されていない)。しかし、電圧VCによる読み出しのときと同様、本例における読み出し動作に問題は生じない。
その後、時刻T56において、各種電圧が電圧VSSになる。これにより、各トランジスタがオフし、読み出し動作が終了する。
次に、図17を用いて、読み出し動作において第2領域のカラム(ビット線BL8〜BL15)が選択された場合のタイミングチャートについて説明する。
図17に示すように、時刻T51〜T52において、第1領域のカラムが選択された場合と同様、リフレッシュ動作が行われる。
次に、時刻T52において、CGドライバ42_0は、選択ワード線WL0に電圧VK4を供給する。これにより、選択ワード線WL0の第1部分には電圧VK4(<VC)が印加される。この電圧VK4により、遅延することなく(VCが供給された場合よりも速く)、選択ワード線WL0の第2部分に電圧VCが印加される。
その後、時刻T53において、CGドライバ42_0は、選択ワード線WL0に電圧VCを供給する。これにより、選択ワード線WL0の第1部分に、電圧VCが印加される。そして、選択ワード線WL0に接続され、かつ選択ビット線BL8〜BL15に接続される(第2領域に位置する)メモリセルトランジスタMT0の電圧VCによる読み出しが行われる。
このとき、選択ワード線WL0の第1部分には、電圧VK4が印加された後に電圧VCが印加される。このため、選択ワード線WL0の第1部分は、読み出しに必要な電圧VCに安定するまでに時間を要する。しかし、選択ワード線WL0の第1部分が位置する第1領域のカラムは非選択であるため、本例における読み出し動作に問題は生じない。
引き続き、時刻T54において、CGドライバ42_0は、選択ワード線WL0に電圧VK5(<VA)を供給する。これにより、選択ワード線WL0の第1部分には電圧VK5が印加される。この電圧VK5により、遅延することなく(VAが供給された場合よりも速く)、選択ワード線WL0の第2部分に電圧VAが印加される。
その後、時刻T55において、CGドライバ42_0は、選択ワード線WL0に電圧VAを供給する。これにより、選択ワード線WL0の第1部分に、電圧VAが印加される。そして、選択ワード線WL0に接続され、かつ選択ビット線BL8〜BL15に接続される(第2領域に位置する)メモリセルトランジスタMT0の電圧VAによる読み出しが行われる。
このとき、選択ワード線WL0の第1部分には、電圧VK5が印加された後に電圧VAが印加される。このため、選択ワード線WL0の第1部分は、読み出しに必要な電圧VAに安定するまでに時間を要する。しかし、電圧VCによる読み出しのときと同様、本例における読み出し動作に問題は生じない。
その後、時刻T56において、各種電圧が電圧VSSになる。これにより、各トランジスタがオフし、読み出し動作が終了する。
[第4実施形態の効果]
第4実施形態では、リフレッシュ動作後に電圧VCによる読み出しおよび電圧VAによる読み出しが順に行われる。すなわち、読み出し電圧を降圧させて読み出しが順に行われる。そして、リフレッシュ動作後の選択ワード線WLの放電時、および電圧VCによる読み出し後の放電時において、第1領域のカラムが選択された場合と第2領域のカラムが選択された場合とで選択ワード線WLに供給される電圧が適宜制御される。これにより、リフレッシュ動作を行い、かつ読み出し電圧を降圧させて読み出しが行われる場合であっても、選択ワード線WLの第1部分または第2部分に対して読み出し電圧を速く印加することができ、読み出し時間の短縮を図ることができる。
第4実施形態では、リフレッシュ動作後に電圧VCによる読み出しおよび電圧VAによる読み出しが順に行われる。すなわち、読み出し電圧を降圧させて読み出しが順に行われる。そして、リフレッシュ動作後の選択ワード線WLの放電時、および電圧VCによる読み出し後の放電時において、第1領域のカラムが選択された場合と第2領域のカラムが選択された場合とで選択ワード線WLに供給される電圧が適宜制御される。これにより、リフレッシュ動作を行い、かつ読み出し電圧を降圧させて読み出しが行われる場合であっても、選択ワード線WLの第1部分または第2部分に対して読み出し電圧を速く印加することができ、読み出し時間の短縮を図ることができる。
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、変更を実行することができる。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ともに、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。
BL…ビット線、WL…ワード線、MT…メモリセルトランジスタ、42…CGドライバ。
Claims (16)
- 第1ビット線および第1ワード線に電気的に接続される第1メモリセルと、
第2ビット線および前記第1ワード線に電気的に接続される第2メモリセルと、
前記第1ワード線に電圧を印加する第1回路と、
を具備し、
前記第1回路は、
前記第1メモリセルの読み出しにおいて、前記第1ワード線に第1電圧を供給し、
前記第2メモリセルの読み出しにおいて、前記第1ワード線に前記第1電圧よりも大きい第2電圧を供給する
半導体記憶装置。 - 前記第1回路から前記第1メモリセルまでの距離は、前記第1回路から前記第2メモリセルまでの距離より近い請求項1の半導体記憶装置。
- 前記第1回路は、前記第2メモリセルの読み出しにおいて、前記第1ワード線に前記第2電圧を供給した後に前記第1ワード線に前記第1電圧を供給する請求項1の半導体記憶装置。
- 前記第1回路は、
前記第1メモリセルの読み出しにおいて、前記第1電圧を供給した後に前記第1電圧よりも大きい第3電圧を供給し、
前記第2メモリセルの読み出しにおいて、前記第1電圧を供給した後に前記第3電圧よりも大きい第4電圧を供給する
請求項3の半導体記憶装置。 - 前記第1回路は、前記第2メモリセルの読み出しにおいて、前記第1ワード線に前記第4電圧を供給した後に前記第1ワード線に前記第3電圧を供給する請求項4の半導体記憶装置。
- 前記第1ビット線に隣り合う第3ビット線および前記第1ワード線に電気的に接続される第3メモリセルをさらに具備し、
前記第1回路は、
前記第1メモリセルの読み出しにおいて、前記第1ビット線に第5電圧が印加され、前記第2ビット線および前記第3ビット線に前記第5電圧より小さい第6電圧が印加される
請求項1の半導体記憶装置。 - 前記第2ビット線に隣り合う第4ビット線および前記第1ワード線に電気的に接続される第4メモリセルをさらに具備し、
前記第1回路は、
前記第2メモリセルの読み出しにおいて、前記第2ビット線に第5電圧が印加され、前記第1ビット線および前記第4ビット線に前記第5電圧より小さい第6電圧が印加される
請求項1の半導体記憶装置。 - 第1ビット線および第1ワード線に電気的に接続される第1メモリセルと、
第2ビット線および前記第1ワード線に電気的に接続される第2メモリセルと、
前記第1ワード線に電圧を印加する第1回路と、
を具備し、
前記第1回路は、
前記第1メモリセルの読み出しにおいて、前記第1ワード線に第1電圧を供給し、前記第1電圧を供給した後に前記第1電圧よりも小さい第2電圧を供給し、
前記第2メモリセルの読み出しにおいて、前記第1ワード線に前記第1電圧を供給し、前記第1電圧を供給した後に前記第2電圧よりも小さい第3電圧を供給する
半導体記憶装置。 - 前記第1回路から前記第1メモリセルまでの距離は、前記第1回路から前記第2メモリセルまでの距離より近い請求項8の半導体記憶装置。
- 前記第1回路は、前記第2メモリセルの読み出しにおいて、前記第1ワード線に前記第3電圧を供給した後に前記第1ワード線に前記第2電圧を供給する請求項8の半導体記憶装置。
- 前記第1回路は、
前記第1メモリセルの読み出しにおいて、前記第2電圧を供給した後に前記第2電圧よりも大きい第4電圧を供給し、
前記第2メモリセルの読み出しにおいて、前記第2電圧を供給した後に前記第4電圧よりも大きい第5電圧を供給する
請求項10の半導体記憶装置。 - 前記第1回路は、前記第2メモリセルの読み出しにおいて、前記第1ワード線に前記第5電圧を供給した後に前記第1ワード線に前記第4電圧を供給する請求項11の半導体記憶装置。
- 前記第1回路は、
前記第1メモリセルの読み出しにおいて、前記第2電圧を供給した後に前記第2電圧よりも小さい第6電圧を供給し、
前記第2メモリセルの読み出しにおいて、前記第2電圧を供給した後に前記第6電圧よりも小さい第7電圧を供給する
請求項10の半導体記憶装置。 - 前記第1回路は、前記第2メモリセルの読み出しにおいて、前記第1ワード線に前記第7電圧を供給した後に前記第1ワード線に前記第6電圧を供給する請求項13の半導体記憶装置。
- 前記第1ビット線に隣り合う第3ビット線および前記第1ワード線に電気的に接続される第3メモリセルをさらに具備し、
前記第1回路は、
前記第1メモリセルの読み出しにおいて、前記第1ビット線に第8電圧が印加され、前記第2ビット線および前記第3ビット線に前記第8電圧より小さい第9電圧が印加される
請求項8の半導体記憶装置。 - 前記第2ビット線に隣り合う第4ビット線および前記第1ワード線に電気的に接続される第4メモリセルをさらに具備し、
前記第1回路は、
前記第2メモリセルの読み出しにおいて、前記第2ビット線に第8電圧が印加され、前記第1ビット線および前記第4ビット線に前記第8電圧より小さい第9電圧が印加される
請求項8の半導体記憶装置。
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