JP2019519059A - 改善されたフラッシュメモリセル及び関連するデコーダ - Google Patents

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Abstract

本発明は、4つの端子だけを備えたフラッシュメモリセル及びそのようなフラッシュメモリセルのアレイを操作するためのデコーダ回路構成に関する。本発明は、先行技術と比較して、フラッシュメモリセルごとの端子を少なくすることを可能にし、その結果、デコーダ回路構成の単純化及びフラッシュメモリセルごとに必要な全体的なダイスペースの簡素化が実現される。本発明はまた、先行技術のフラッシュメモリセルと比較して、端子の数が少ないにも拘わらず、4つの端子のうちの1つ以上に対して高電圧を使用して、読み出し、消去、及びプログラミング動作を可能にする。

Description

本発明は、4つの端子だけを備えたフラッシュメモリセル及びそのようなフラッシュメモリセルのアレイを操作するためのデコーダ回路構成に関する。本発明は、先行技術と比較して、フラッシュメモリセルごとの端子を少なくすることを可能にし、その結果、デコーダ回路構成の単純化及びフラッシュメモリセルごとに必要な全体的なダイスペースの簡素化が実現される。本発明はまた、先行技術のフラッシュメモリセルと比較して、端子の数が少ないにも拘わらず、4つの端子のうちの1つ以上に対して高電圧を使用して、読み出し、消去、及びプログラミング動作を可能にする。
(関連出願の相互参照)
本出願は、2016年5月18日に出願された米国特許出願第15/158,460号の利益を主張する。
不揮発性メモリセルは、当該技術分野において周知である。5つの端子を備える、ある先行技術の不揮発性分割ゲート型メモリセル10を図1に示す。メモリセル10は、P型などの第1の導電型の半導体基板12を備える。基板12は、その上にN型などの第2の導電型の第1の領域14(ソース線SLとしても知られる)が形成されている表面を有する。N型の第2の領域16(ドレイン線としても知られる)もまた、基板12の表面に形成される。第1の領域14と第2の領域16との間は、チャネル領域18である。ビット線BL20が第2の領域16に接続されている。ワード線WL22は、チャネル領域18の第1の部分の上方に位置付けられ、そこから絶縁される。ワード線22は、第2の領域16とほとんど又は全く重ならない。浮遊ゲートFG24は、チャネル領域18の他の部分の上方にある。浮遊ゲート24は、そこから絶縁され、ワード線22に隣接する。浮遊ゲート24はまた、第1の領域14にも隣接する。浮遊ゲート24は、第1の領域14に重なり、第1の領域14から浮遊ゲート24への結合を提供することができる。結合ゲートCG(制御ゲートとしても知られる)26は、浮遊ゲート24の上方にあり、そこから絶縁される。消去ゲートEG28は、第1の領域14の上方にあり、浮遊ゲート24及び結合ゲート26に隣接し、そこから絶縁される。浮遊ゲート24の上隅部は、消去効率を高めるために、T字形状の消去ゲート28の入隅部の方を向いていてもよい。消去ゲート28は、第1の領域14からも絶縁される。メモリセル10は、米国特許第7,868,375号においてより詳細に説明されている。この文献の開示内容は、その全体が参照により本明細書に援用されている。
先行技術の不揮発性メモリセル10の消去及びプログラムのための1つの例示的な操作は、次のとおりである。メモリセル10は、消去ゲート28に高電圧を印加し、他の端子が0ボルトに等しくなることによって、ファウラーノルドハイムトンネリングメカニズムによって消去される。電子が浮遊ゲート24から消去ゲート28にトンネリングすることにより、浮遊ゲート24が陽電荷を帯び、読み出し状態のセル10がオンになる。その結果生じるセルの消去状態は、「1」状態として知られる。
メモリセル10は、結合ゲート26に高電圧を印加し、ソース線14に高電圧を印加し、消去ゲート28に中電圧を印加し、ビット線20にプログラミング電流を印加することにより、ソース側ホットエレクトロンプログラミングメカニズムによってプログラムされる。ワード線22と浮遊ゲート24との間の隙間を横切って流れる電子の一部は、浮遊ゲート24の中へ注入するための十分なエネルギーを得ることにより、浮遊ゲート24が陰電荷を帯び、読み出し状態のセル10をオフにする。その結果生じるセルのプログラミングされた状態は、「0」状態として知られる。
メモリセル10は、電流感知モードにおいて以下のように読み出す。バイアス電圧をビット線20上に印加し、バイアス電圧をワード線22上に印加し、バイアス電圧を結合ゲート26上に印加し、バイアス又はゼロ電圧を消去ゲート28上に印加し、接地をソース線14上に印加する。消去状態では、ビット線20からソース線14に流れるセル電流が存在し、プログラム状態では、ビット線20からソース線14へのわずかな又はゼロのセル電流のフローが存在する。代替的に、メモリセル10を逆電流感知モードで読み出すことができる。このモードでは、ビット線20を接地して、バイアス電圧をソース線24上に印加する。このモードでは、電流はソース線14からビット線20へと逆方向に進む。
メモリセル10は代替的に以下のようにして電圧感知モードで読み出すことができる。(接地への)バイアス電流をビット線20上に印加し、バイアス電圧をワード線22上に印加し、バイアス電圧を結合ゲート26上に印加し、バイアス電圧を消去ゲート28上に印加し、バイアス電圧をソース線14上に印加する。消去状態では、ビット線20上にセル出力電圧(大幅に>0V)が存在し、プログラム状態では、ビット線20上にわずかな又はゼロに近い出力電圧が存在する。代替的に、メモリセル10を逆電圧感知モードで読み出すことができる。このモードでは、ビット線20をバイアス電圧にバイアスして、バイアス電流(接地への)をソース線14上に印加する。このモードでは、メモリセル10の出力電圧は、ビット線20の代わりにソース線14上にある。
先行技術では、正又はゼロ電圧の種々の組み合わせをワード線22、結合ゲート26、及び浮遊ゲート24に印加して、読み出し、プログラム、及び消去動作を行なっていた。
読み出し、消去、又はプログラムコマンドに応答して、論理回路270(図2)は、選択メモリセル10及び非選択メモリセル10の両方の様々な部分に、適時に、ディスターブが最も少ない方法で様々な電圧を供給させる。
選択及び非選択メモリセル10に対し、印加される電圧及び電流は以下のとおりである。以下に使用されるように、次の略語、つまり、ソース線又は第1の領域14(SL)、ビット線20(BL)、ワード線22(WL)、結合ゲート26(CG)が使用される。
表1:PEO(正の消去動作)表
本出願人による最近の出願である(参照により援用されている)米国特許出願第14/602,262号(2015年1月21日に出願)において、本出願人が開示した発明により、読み出し、プログラム、及び/又は消去動作の間に、負電圧をワード線22及び/又は結合ゲート26に印加することができた。この実施形態では、電圧及び電流は選択及び非選択のメモリセル10に、以下のように印加された。
表2:PEO(正の消去動作)表
米国特許出願第14/602,262号の別の実施形態では、読み出し、消去、及びプログラム動作の間にメモリセル10が非選択であるときに負電圧をワード線22に印加することができ、消去動作の間に負電圧を結合ゲート26に印加することができて、以下の電圧が印加されるようになっている。
表3:PNEO(正負の消去動作)表
前述で列記したCGINH信号は、抑止信号であり、選択セルと消去ゲート28を共有する非選択セルの結合ゲート26に印加される。
図2に示すのは、ダイ200を含むフラッシュメモリシステムに対するアーキテクチャの、出願人によって最近開発された実施形態である。ダイ200は、データを記憶するためのメモリアレイ215及びメモリアレイ220であって、以前に図1においてメモリセル10として説明された型のメモリセルの行及び列を備える、メモリアレイ215及び220と、ダイ200の他の構成要素と、典型的には、次にピン(図示せず)に接続するワイヤボンド(図示せず)又はパッケージ化されたチップの外側から集積回路にアクセスするために使用されるパッケージバンプ又はSOC(システムオンチップ)上の他のマクロと相互接続するためのマクロインターフェースピン(図示せず)との間の電気通信を可能にするためのパッド240及びパッド280と、正及び負電圧源をシステムに提供するために使用される高電圧回路275と、冗長性及び組み込み自己試験機能などの様々な制御機能を提供するための制御論理270と、アナログ回路265と、メモリアレイ215及びメモリアレイ220からデータをそれぞれ読み出すために用いられる感知回路260及び261と、メモリアレイ215及びメモリアレイ220の行にそれぞれアクセスして、読み出し及び書き込みを行なうために使用される行デコーダ回路245及び行デコーダ回路246と、メモリアレイ215及びメモリアレイ220のバイトにそれぞれアクセスして、読み出し及び書き込みを行なうために使用される列デコーダ回路255及び列デコーダ回路256と、プログラム及び消去動作のための増加した電圧をメモリアレイ215及びメモリアレイ220にそれぞれ提供するために使用されるチャージポンプ回路250及びチャージポンプ回路251と、読み出し及び書き込み動作のためにメモリアレイ215及びメモリアレイ220によって共有される負電圧ドライバ回路230と、読み出し及び書き込み動作中にメモリアレイ215によって使用される高電圧ドライバ回路225並びに読み出し及び書き込み動作中にメモリアレイ220によって使用される高電圧ドライバ回路226と、を備える。
フラッシュメモリシステムは、コンピューティング装置及び電子装置全体という意味においてユビキタスになりつつある一方、メモリセルごとに必要とされるダイスペースの大きさを削減するデザインを生成すること及びフラッシュメモリシステムに使用されるデコーダの全体的な煩雑さを軽減することがますます重要になっている。従来技術よりも少ない端子を利用するフラッシュメモリセルの設計及びその設計を踏襲するフラッシュメモリセルを動作させるための単純化された回路構成が必要とされている。
本発明は、4つの端子だけを備えたフラッシュメモリセル及びそのようなフラッシュメモリセルのアレイを操作するためのデコーダ回路構成に関する。本発明は、先行技術と比較して、フラッシュメモリセルごとの端子を少なくすることを可能にし、その結果、デコーダ回路構成の単純化及びフラッシュメモリセルごとに必要な全体的なダイスペースの簡素化が実現される。本発明はまた、先行技術のフラッシュメモリセルと比較して、端子の数が少ないにも拘わらず、4つの端子のうちの1つ以上に対して高電圧を使用して、読み出し、消去、及びプログラミング動作を可能にする。
本発明の方法を適用することができる先行技術の不揮発性メモリセルの断面図である。 図1に示される先行技術の不揮発性メモリセルを使用した不揮発性メモリ装置のブロック図である。 不揮発性メモリセルの実施形態のブロック図である。 図3の不揮発性メモリセルの概略図である。 図3の不揮発性メモリセルを使用した不揮発性メモリ装置のブロック図である。 請求項5のメモリ装置と共に使用するための行デコーダの実施形態を示す図である。 請求項5のメモリ装置と共に使用するデコーダ回路構成のブロック図である。 請求項5のメモリ装置と共に使用するための消去ゲートデコーダの実施形態を示す図である。 請求項5のメモリ装置と共に使用するための消去ゲートデコーダの実施形態を示す図である。 請求項5のメモリ装置と共に使用するための消去ゲートデコーダの実施形態を示す図である。 請求項5のメモリ装置と共に使用するためのソース線デコーダの実施形態を示す図である。 請求項5のメモリ装置と共に使用するためのソース線デコーダの実施形態を示す図である。 請求項5のメモリ装置と共に使用するためのソース線デコーダの実施形態を示す図である。 請求項5のメモリ装置と共に使用するためのソース線デコーダの実施形態を示す図である。 ソース線を選択的に低電圧にプルダウン又は接地するためのダミーフラッシュメモリセルを備えたソース線デコーダの実施形態を示す図である。 選択されたフラッシュメモリセルに結合されたソース線を選択的に低電圧にプルダウン又は接地するためのダミーフラッシュメモリセルの実施形態を示す図である。 請求項1のメモリセルを使用するメモリ装置と共に使用するための制御ゲートデコーダの実施形態を示す図である。 請求項1のメモリセルを使用するメモリ装置と共に使用するための制御ゲートデコーダの実施形態を示す図である。 請求項1のメモリセルを使用するメモリ装置と共に使用するゲートデコーダの実施形態を示す図である。 請求項5のメモリ装置と共に使用するためのラッチ電圧レベルシフタの実施形態を示す図である。 請求項5のメモリ装置と共に使用するためのラッチ電圧レベルシフタの実施形態を示す図である。 請求項5のメモリ装置と共に使用するための高電圧電流リミッタの実施形態を示す図である。 請求項5のメモリ装置と共に使用するためのラッチ電圧レベルシフタの実施形態を示す図である。 選択されたソース線を選択的に低電圧にプルダウン又は接地するためのダミーメモリセルの列を有するフラッシュメモリセルのアレイの実施形態を示す図である。
図3は、改良されたフラッシュメモリセル300の実施形態を示す。従来のフラッシュメモリセル10と同様に、フラッシュメモリセル300は、基板12と、第1の領域(ソース線)14と、第2の領域16と、チャネル領域18と、ビット線20と、ワード線22と、浮遊ゲート24と、消去ゲート28と、を備える。従来のフラッシュメモリセル10とは異なり、フラッシュメモリセル300は、結合ゲート又は制御ゲートを含まず、4つの端子のみ、つまり、ビット線20と、ワード線22と、消去ゲート28と、ソース線14と、だけを含む。この結果、フラッシュメモリセルのアレイを作動させるために必要とされるデコーダ回路構成等のような回路構成の複雑さが大幅に低減される。
消去動作(消去ゲートを介した消去)及び読み出し動作は、制御ゲートバイアスがない点を除いて、図1と同様である。プログラミング動作はまた、制御ゲートバイアスなしで行われるので、ソース線上のプログラム電圧が高くなって、制御ゲートバイアスの不足を補償することができる。
表4は、読み出し、消去、プログラム動作を行なうための4つの端子に適用可能な典型的な電圧範囲を示す。
表4:4端子型フラッシュデバイス動作表
図4は、フラッシュメモリセル300のシンボル図400を示す。シンボル図400は、フラッシュメモリセル300の4つの端子、すなわち、ビット線20、ワード線22、消去ゲート28、及びソース線14に関するシンボルを含む。
図5は、ダイ500を備えるフラッシュメモリシステムのためのアーキテクチャの実施形態を示す。ダイ500は、データを格納するためのメモリアレイ501、511、521、及び531を含み、メモリアレイ501、511、521、及び531のそれぞれは、図3のフラッシュメモリセル300として前述したタイプのメモリセルの行及び列を含む。ダイ500は、メモリアレイ501、511、521、及び531からデータを読み出すために使用される感知回路543と、メモリアレイ501及び511の選択された行にアクセスするために使用される行デコーダ回路541及びメモリアレイ521の選択された行にアクセスし、読み出し又は書き込みを行なうために使用される行デコーダ回路542と、メモリアレイ501、511、521、及び531内のバイトにそれぞれアクセスして、読み出し又は書き込みを行なうために使用される列デコーダ回路503、513、523、及び533と、実行されている動作に応じて、メモリアレイ501、511、521、及び531内の選択されたメモリセルの1つ以上の端子に高電圧を供給するために使用される高電圧行デコーダWSHDR502、512、522、及び532と、を更に備える。
ダイ500は、以下の機能的構造及びサブシステム、つまり、SOC(システムオンチップ)上の他のマクロに相互接続するためのマクロインターフェースピンITFCピン548と、メモリアレイ501、511、521、及び531に対するプログラム及び消去動作に対する電圧を増加させるために使用される低電圧発生(低電圧チャージポンプ回路を含む)回路547及び高電圧発生(高電圧チャージポンプ回路を含む)回路546と、ダイ500上のアナログ回路構成により使用されるアナログ回路544と、ダイ500上のデジタル回路構成により使用されるデジタル論理回路545と、を更に備える。
図6は、メモリアレイ(メモリアレイ501、511、521、及び531など)内のセクタの8つのワード線用の行デコーダ600を示す。行デコーダ600は、ダイ500の行デコーダ回路541及び542の一部であってもよい。行デコーダ600は、メモリアレイ内のセクタを選択する、ラインXPA、XPB、XPC、及びXPDとしてここでは示されるプリデコードされたアドレス信号を受けるNANDゲート601を備える。XPA、XPB、XPC、及びXPDが全て「high」のとき、NANDゲート601の出力は「low」となり、本特定セクタが選択されることとなる。
行デコーダ600は、インバータ602と、ワード線WL0を生成するデコーダ回路610と、WL7を生成するデコーダ回路620と、ワード線WL1、WL2、WL3、WL4、WL5、及びWL6を生成する付加的なデコーダ回路(図示せず)と、を更に備える。
デコーダ回路610は、図示のように構成された、PMOSトランジスタ611、612、及び614と、NMOSトランジスタ613及び615と、を備える。デコーダ回路610は、NANDゲート601の出力と、インバータ602の出力と、プリデコードされたアドレス信号XPZB0と、を受信する。この特定セクタが選択され、XPZB0が「low」のとき、「WL0」がアサートされることとなる。XPZB0が「high」のとき、「WL0」はアサートされない。
同様に、デコーダ回路620は、図示のように構成された、PMOSトランジスタ621、622、及び624と、NMOSトランジスタ623及び625とを、備える。デコーダ回路620は、NANDゲート601の出力と、インバータ602の出力と、プリデコードされたアドレス信号XPZ70と、を受信する。この特定セクタが選択され、XPZB7が「low」のとき、「WL7」がアサートされる。XPZB7が「high」のとき、「WL7」はアサートされない。
WL1、WL2、及びWL3、WL4、WL5、及びWL6用のデコーダ回路(図示せず)は、デコーダ回路610及び620と同じデザインを踏襲することとなるが、例外は、これらのデコーダ回路がXPZB0又はXPZB7に代わって、入力XPZB1、XPZB2、XPZB3、XPZB4、XPZB5、及びXPZB6をそれぞれ受信することであることを理解されたい。
このセクタが選択されWL0がアサートされることが望まれる状況において、NANDゲート601の出力は、「low」となり、インバータの出力は、「high」となる。PMOSトランジスタ611は、オンされ、PMOSトランジスタ612とNMOSトランジスタ613との間のノードは、ワード線WL0がアサートされるときに「low」となるXPZB0の値を受信することとなる。これにより、PMOSトランジスタ614をオンし、その結果、アサート状態を示すWL0「high」をZVDDにプルすることとなる。この場合、XPZB7は「high」であり、WL7はアサートされないことを意味するが、PMOSトランジスタ622とNMOSトランジスタ623との間のノードを(「high」である)XPZB7の値にプルすることになる。その後、NMOSトランジスタ624をオンし、その結果、WLは非アサート状態を示す「low」となる。このように、ワード線WL0〜WL7のうちの1つを、このセクタが選択されたときに、選択することができる。
図7は、高電圧行デコーダ700を示す。本発明の実施形態において、高電圧信号(例えば、プログラミング動作中にソース線に対して7〜9V)がフラッシュメモリセルにおける結合ゲートの不足分を補うために必要とされることを想起されたい。高電圧デコーダ700は、高電圧レベルシフトイネーブル回路710と、消去ゲートデコーダ720と、ソース線デコーダ730と、を備える。
高電圧レベルシフトイネーブル回路710は、高電圧レベルシフト711と、低電圧ラッチ712と、を備える。低電圧ラッチ712は、ワード線(WL)、イネーブル(EN)、及びリセット(RST)を入力信号として受信し、イネーブル信号(SECEN)及びセクタイネーブル信号バー(SECEN_N)を出力する。セクタイネーブル信号(SECEN)は、高電圧レベルシフト回路711への入力として提供され、高電圧レベルシフト回路711は、セクタイネーブル信号高電圧(Nセクタ用のSECEN_HV0...SECEN_HVN)及びセクタイネーブル信号高電圧バー(Nセクタ用のSECEN_HV0_N...SECEN_HVN_N)を出力する。
消去ゲートデコーダ720は、セクタの行0のための消去ゲートデコーダ721と、セクタの行1...Nのための同様の消去ゲートデコーダ(図示しない)と、を含む。ここで、消去ゲートデコーダ721は、高電圧レベルシフト回路711からのセクタイネーブル信号高電圧(SECEN_HV0)と、その補体(SECEN_HV0_N)と、電圧消去ゲート供給(VEGSUP)と、低電圧消去ゲート供給(VEGSUP_LOW)と、セクタイネーブル信号(SECEN)と、その補体(SECEN_N)と、を受信する。これにより、消去ゲートデコーダ721の出力EG0は、3つの異なる電圧レベル、つまり、SECEN_HV0(高電圧)、VEGSUP(通常電圧)、又はVEGSUP_LOW(低電圧)のうちの1つであり得る。
同様に、ソース線デコーダ730は、セクタの行0のためのソース線デコーダ721と、セクタの行1...Nのための同様のソース線デコーダ(図示しない)と、を含む。ここで、ソース線デコーダ731は、高電圧レベルシフト回路711からのセクタイネーブル信号高電圧(SECEN_HV0)と、その補体(SECEN_HV0_N)と、電圧ソース線供給(VSLSUP)と、低電圧ソース線供給(VSLSUP_LOW)と、セクタイネーブル信号(SECEN)と、その補体(SECEN_N)と、を受信する。これにより、ソース線デコーダ730の出力SL0は、3つの異なる電圧レベル、つまり、SECEN_HV0(高電圧)、VSLSUP(通常電圧)、又はVSLSUP_LOW(低電圧)のうちの1つであり得る。
図8は、消去ゲートデコーダ720の実施形態である消去ゲートデコーダ800を示す。消去ゲートデコーダ800は、図示のように構成される、NMOSトランジスタ801と、PMOSトランジスタ802及び803と、を備える。PMOSトランジスタ803は、電流ミラーバイアスレベルとしてEGHV_BIASを有する電流リミッタである。この消去ゲート信号(EG)がアサートされる場合、EN_HV_Nは、PMOSトランジスタ802をオンにし、NMOSトランジスタ801をオフにする「low」(例えば、0V又は1.2V又は2.5V)となり、その結果、消去ゲート(EG)は、「high」(つまり、=VEGSUP、例えば11.5V)になる。この消去ゲート信号(EG)がアサートされない場合、EN_HV_Nは、PMOSトランジスタ802をオフにし、NMOSトランジスタ801オンにする「high」となり、その結果、消去ゲート(EG)は「low」(つまり、=VEGSUP_LOWレベル、例えば、0v又は1.2V又は2.5V)になる。
図9は、消去ゲートデコーダ720の別の実施形態である消去ゲートデコーダ900を示す。消去ゲートデコーダ900は、NMOSトランジスタ901と、PMOSトランジスタ902と、を備える。この例において、消去ゲートデコーダ900には、電流リミッタが含まれていない。この消去ゲート信号(EG)がアサートされる場合、EN_HV_Nは、PMOSトランジスタ902をオンにし、NMOSトランジスタ901をオフにする「low」(例えば、0V又は1.2V)となり、その結果、消去ゲート(EG)は「high」になる。この消去ゲート信号(EG)がアサートされない場合、EN_HV_Nは、PMOSトランジスタ902をオフにし、NMOSトランジスタ901をオンにする「high」となり、その結果、消去ゲート(EG)は「low」(例えば、0V又は1.2V又は2.5V)になる。
図10は、PMOSトランジスタのみを使用する消去ゲートデコーダ720の別の実施形態である消去ゲートデコーダ1000を示す。消去ゲートデコーダ1000は、共通のウェルを共有するPMOSトランジスタ1001及び1002を備える。この例において、消去ゲートデコーダ1000には、電流リミッタが含まれていない。この消去ゲート信号(EG)がアサートされる場合、EN_HV_Nは、「low」、EN_HVは、「high」となり、PMOSトランジスタ1002をオンにし、PMOSトランジスタ1001をオフにし、その結果、消去ゲート(EG)は「high」になる。この消去ゲート信号(EG)がアサートされない場合、EN_HV_Nは、「low」、EN_HVは、「high」となり、PMOSトランジスタ1002をオフにし、PMOSトランジスタ1001をオンにし、その結果、消去ゲート(EG)は「low」(例えば、0V又は1.2V又は2.5V)になる。
図11は、ソース線デコーダ730の一実施形態であるソース線デコーダ1100を示す。ソース線デコーダ1100は、図示のように構成されたNMOSトランジスタ1101、1102、1103、及び1104を備える。NMOSトランジスタ1101は、SLRD_EN信号に応答して、読み出し動作時に、ソース線(SL)を「low」にプルする。NMOSトランジスタ1102は、SLP_EN信号に応答して、プログラミング動作時に、ソース線(SL)を「low」にプルする。NMOSトランジスタ1103は、出力VSLMONを介して、監視機能としての役割を果たす。NMOSトランジスタ1104は、EN_HV信号に応答して、電圧をソース線(SL)に提供する。
図12は、ソース線デコーダ730の別の実施形態であるソース線デコーダ1200を示す。ソース線デコーダ1200は、図示のように構成されたNMOSトランジスタ1201、1202、及び1203を備える。NMOSトランジスタ1201は、SLP_EN信号に応答して、プログラミング動作時に、ソース線(SL)を「low」にプルする。NMOSトランジスタ1202は、出力VSLMONを介して、監視機能としての役割を果たす。NMOSトランジスタ1203は、EN_HV信号に応答して、電圧をソース線(SL)に提供する。
図13は、ソース線デコーダ730の別の実施形態であるソース線デコーダ1300を示す。ソース線デコーダ730は、図示のように構成されたNMOSトランジスタ1301及び1302を備える。NMOSトランジスタ1301は、SLP_EN信号に応答して、プログラミング動作時に、ソース線(SL)を「low」にプルする。NMOSトランジスタ1302は、EN_HV信号に応答して、電圧をソース線(SL)に提供する。
図14は、PMOSトランジスタのみを使用するソース線デコーダ730の別の実施形態であるソース線デコーダ1400を示す。ソース線デコーダ1400は、図示のように構成されたPMOSトランジスタ1401、1402、及び1403を備える。PMOSトランジスタ1401は、EN_HV信号に応答して、プログラミング動作時に、ソース線(SL)をlowにプルする。PMOSトランジスタ1402は、出力VSLMONを介して、監視機能としての役割を果たす。PMOSトランジスタ1403は、EN_HV_N信号に応答して、電圧をソース線(SL)に提供する。
図15は、図14のソース線デコーダ1400の変形例であるソース線デコーダ730の別の実施形態であるソース線デコーダ1500を示す。ソース線デコーダは、ソース線デコーダ1400を含む。ソース線デコーダ1400のソース線(SL)は、読み出し動作時に、選択されたメモリセル1620のソース線1620及びダミーメモリセル1510のソース線1520に接続される。ダミーメモリセル1510は、データを記憶するためには使用されないことを除いて、メモリセル300の設計に基づくことができる、選択されたメモリセル1610と同じ構成を踏襲する。
図16は、選択されたメモリセル1620及びダミーメモリセル1520に関する追加の詳細を示す。選択されたメモリセル1620が読み出しモード又は消去モードであるときに、ソース線1620及びソース線1520は、ダミーメモリセル1510及び接地に結合されたダミービット線1526を通って接地に結合される。ダミーメモリセル1510は、読み出し動作の前に消去されることが必要である。これにより、ソース線1520及びソース線1620を接地にプルする。
選択されたメモリセル1610がプログラムモードであるときに、ビット線1526は、VDDなどの抑制電圧に結合される。この結果、ダミーメモリセル1510は、ダミーメモリセル1520を消去状態に維持することとなるプログラム抑制モードになる。ダミーメモリセル1510など複数のダミーセルをソース線を介してメモリセル1610に接続して、ソース線1620を接地するプルダウンを強化できる。
図17は、図1、図2の従来技術の設計で使用できる制御ゲートデコーダであるが、図3〜図16の実施形態では不要である制御ゲートデコーダ1700を示す。制御ゲートデコーダ1700は、NMOSトランジスタ1701と、PMOSトランジスタ1702と、を備える。NMOSトランジスタ1701は、信号EN_HV_Nに応答して、制御ゲート信号(CG)をプルダウンする。PMOSトランジスタ1702は、信号EN_HV_Nに応答して、制御ゲート信号(CG)をプルアップする。
図18は、図1、図2の従来技術の設計で使用できる制御ゲートデコーダの別の実施形態であるが、図3〜図16の実施形態では必要ないPMOSトランジスタのみを使用する制御ゲートデコーダ1800を示す。制御ゲートデコーダ1800は、PMOSトランジスタ1801及び1802を備える。PMOSトランジスタ1801は、信号EN_HVに応答して、制御ゲート信号(CG)をプルダウンする。PMOSトランジスタ1802は、信号EN_HV_Nに応答して、制御ゲート信号(CG)をプルアップする。
図19は、図1、図2の従来技術の設計及び図3〜図16の実施形態で使用できるEG/CG/SLゲートデコーダ1900を示し、それ故に、本発明によって保存されるスペースの大きさが示される。ゲートデコーダ1900は、PMOSトランジスタ1901を備える。PMOSトランジスタ1901は、信号EN_HV_Nに応答して、低いゲート信号(EG/CG/SL)を「high」にプルする。EN_HV_Nがアサートされない場合、EG/CG/SLの値は、フロートする。EG/CG/SLゲートは、高電圧レベルにイネーブルされる前に、まず、低バイアスレベルにプリチャージされる。
図20は、適応高電圧VH及び低VL供給を有するラッチ電圧レベルシフタ2000を示す。ラッチ電圧レベルシフタは、図示する構成において、インバータ2001及び2002と、NMOSトランジスタ2003、2004、2005、2006、及び2007と、を含む、ラッチを備える。ラッチ電圧レベルシフタは、イネーブルを意味する、リセットするための入力2012(入力RST_SECDEC)及びセットするための入力2010(入力WL0及びET_SECDEC)を受け、出力2020及び2022を生成する。ラッチ電圧レベルシフタは、「high」の電圧又は「low」の電圧の大きさを適応的に変更して、電圧ストレスを最小にする。ラッチインバータ2001及び2002は、電源高VH及び電源低VLを受信していた。当初、入力2010/2012によりイネーブルする際、VHはVdd、例えば1.2Vであり、VLはgndである。その後、VHは、中間VHレベル、例えば、5Vまで増加し始める。このVHレベルにおいて、VLは、その後、中間VLレベル、例えば、2.5Vに増加する。VLが中間VLレベルに達した後、VHは、その後、最終高電圧供給VHVSUPレベル、例えば、11.5Vに増加する。この時点で、インバータの両端電圧は、11.5V−2.5V=9Vに過ぎず、したがって、両者の間の電圧ストレスを低減することができる。
図21は、ラッチ電圧シフタ2100を示す。ラッチ電圧シフタ2100は、図示する構成において、低電圧ラッチインバータ2109と、NMOSトランジスタ2103、2104、2107、及び2108と、PMOSトランジスタ2101、2102、2105、及び2106と、を含む。ラッチ電圧シフタ2100は、入力としてEN_SECを受信し、EN_SEC及び接地よりも大きな電圧スイングを有するEN_HV及びEN_HV_Nを出力する。
図22は、VEGSUP_LOCを受信し、(電流バイアスの役目を果たす)限定された電流を有するVEGSUPを出力するPMOSトランジスタを備える高電圧電流リミッタ2200を示す。この回路は、電流を制限するための図9、図10、図17、図18、図19のようなローカルな電流リミッタを有さない回路と共に使用できる。
図23は、読み出し動作用の電流リミッタを有するラッチ電圧シフタ2300を示す。ラッチ電圧シフタ2300は、図21からのラッチ電圧シフタ2100を含む。また、PMOSトランジスタ2301と、電流源2302と、を含む、電流リミッタ2310を備える。電流リミッタ2310は、スイッチ2303を介して、電流リミッタ2310に接続されている。ラッチ電圧シフタ2100はまた、スイッチ2304を介して、信号HVSUP_GLBに接続されている。読み出し動作時に、ラッチ電圧レベルシフタ2100は、スイッチ2303を介して電流リミッタ2310に接続されることとなる。ラッチ電圧レベルシフタ2100の出力(例えば、Vdd2.5Vを下回るおよそ1つのVt閾値電圧)は、図8、図9、図10、図17、図18、図19のようなEGデコーダ及びCGデコーダのゲートを制御する。読み出し動作をしないときに、ラッチ電圧レベルシフタ2100は、スイッチ2304を介して、HVSUP_GLBに接続されることとなる。
図24は、図15及び図16の設計を利用したソース線プルダウンを有するアレイ2400を示す。ソース線プルダウンを有するアレイ2400は、行(ワード線WL0...WL7で示す)と列(ビット線BL0...BL31で示す)とに編成された複数のメモリセルを備える。例示的なメモリセル対は、ワード線2402(WL0)に結合された1つのセルと、ワード線2404(WL1)に結合された別のセルと、を含むメモリセル対2401である。2つのセルは、消去ゲート2403(EG0)及びソース線2406(SL0)を共有する。ここでは、ビット線BL_PWDN1に取り付けられるように示されるダミーメモリセルの列もまた存在する。例示的なダミーメモリセル対は、ワード線2402(WL0)に結合された1つのセルと、ワード線2404(WL1)に結合された別のセルと、を有する、ダミーメモリセル対2407である。2つのセルは、消去ゲート2403(EG0)及びソース線2406(SL0)を共有する。選択されたメモリセル及びダミーメモリセルは、図15及び図16について前述した読み出し動作時に構成することができる。

Claims (63)

  1. 不揮発性メモリ装置であって、
    行及び列に編成されたフラッシュメモリセルのアレイであって、各フラッシュメモリセルは、ビット線端子と、ワード線端子と、消去ゲート端子と、ソース線端子と、を含み、他の端子は含まない、フラッシュメモリセルのアレイと、
    行アドレス信号を受信し、前記行アドレス信号に基づいて、読み出し、プログラム、又は消去動作のために前記フラッシュメモリセルのアレイ内の行を選択するための行デコーダと、
    消去ゲート選択信号を受信し、複数の異なる電圧のうちの1つを選択して、消去ゲート電圧を生成し、前記アレイの複数のフラッシュメモリセルの消去ゲート端子に接続された消去ゲート線に対して前記消去ゲート電圧を印加するための消去ゲートデコーダと、
    ソース線選択信号を受信し、前記複数の異なる電圧のうちの1つを選択して、ソース線電圧を生成し、前記アレイの複数のフラッシュメモリセルのソース線端子に接続されたソース線に対して前記ソース線電圧を印加するためのソース線デコーダと、
    前記複数の異なる電圧のうちの1つを生成するための電圧シフタと、を備える、不揮発性メモリ装置。
  2. 前記行デコーダは、前記アレイのセクタごとに行デコーダ回路を含み、各セクタは、前記アレイのフラッシュメモリセルのうちの2行を備える、請求項1に記載のメモリ装置。
  3. 前記消去ゲートデコーダは、前記消去ゲート電圧を前記消去ゲート線に前記印加することにより生成された前記電流を制限するための電流リミッタを備える、請求項1に記載のメモリ装置。
  4. 前記消去ゲートデコーダは、前記消去ゲート選択信号に応答して、前記消去ゲートデコーダの前記出力を低電圧にプルするための選択解除回路を備える、請求項1に記載のメモリ装置。
  5. 前記消去ゲートデコーダは、PMOSトランジスタを備え、NMOSトランジスタを備えない、請求項1に記載のメモリ装置。
  6. 前記ソース線デコーダは、前記ソース線デコーダの前記出力を含むモニタ線を提供するためのモニタ回路を備える、請求項1に記載のメモリ装置。
  7. 前記ソース線デコーダは、前記ソース線デコーダの前記出力を、読み出し動作時に低電圧にプルするための読み出し選択解除回路を備える、請求項1に記載のメモリ装置。
  8. 前記ソース線デコーダは、前記ソース線デコーダの前記出力を、プログラミング動作時に低電圧にプルするためのプログラミング選択解除回路を備える、請求項1に記載のメモリ装置。
  9. 前記ソース線デコーダは、NMOSトランジスタを備え、PMOSトランジスタを備えない、請求項1に記載のメモリ装置。
  10. 前記ソース線デコーダは、PMOSトランジスタを備え、NMOSトランジスタを備えない、請求項1に記載のメモリ装置。
  11. 前記電圧シフタは、ラッチを備える、請求項1に記載のメモリ装置。
  12. 前記電圧シフタは、前記アレイの複数のセクタに結合され、各セクタは、前記アレイのフラッシュメモリセルのうちの2行を備える、請求項1に記載のメモリ装置。
  13. 前記電圧シフタは、消去又はプログラミング動作時に前記複数のセクタから選択されたセクタのために使用される電流リミッタを備える、請求項12に記載のメモリ装置。
  14. 前記電圧シフタは、前記複数のセクタから前記選択されたセクタのために読み出し動作時又は動作が実行されていない場合に使用される電流リミッタを備える、請求項12に記載のメモリ装置。
  15. 前記電圧シフタは、NMOSトランジスタを備え、PMOSトランジスタを備えない、請求項1に記載のメモリ装置。
  16. 前記電圧シフタは、PMOSトランジスタを備え、NMOSトランジスタを備えない、請求項1に記載のメモリ装置。
  17. 不揮発性メモリ装置であって、
    行及び列に編成されたフラッシュメモリセルのアレイであって、各フラッシュメモリセルは、ビット線端子と、ワード線端子と、消去ゲート端子と、ソース線端子と、を含み、他の端子は含まない、フラッシュメモリセルのアレイと、
    行アドレス信号を受信し、前記行アドレス信号に基づいて、読み出し、プログラム、又は消去動作のために前記フラッシュメモリセルのアレイ内の行を選択するための行デコーダと、
    消去ゲート選択信号を受信し、複数の異なる電圧のうちの1つを選択して、消去ゲート電圧を生成し、前記アレイの複数のフラッシュメモリセルの消去ゲート端子に接続された消去ゲート線に対して前記消去ゲート電圧を印加するための消去ゲートデコーダと、
    ソース線選択信号を受信し、前記複数の異なる電圧のうちの1つを選択して、ソース線電圧を生成し、前記アレイの複数のフラッシュメモリセルのソース線端子に接続されたソース線に対して前記ソース線電圧を印加するためのソース線デコーダと、
    前記複数の異なる電圧のうちの1つを生成するための電圧シフタと、
    ダミーフラッシュメモリセルの列であって、各ダミーフラッシュメモリセルは、データを記憶するためには使用されず、前記ダミーフラッシュメモリセルのうちの1つ以上は、読み出し又は消去動作中に、ソース線に結合されて、前記ソース線を低電圧又は接地にプルダウンし、各ソース線は、前記アレイのフラッシュメモリセルのうちの2行の前記ソース線端子に結合される、ダミーフラッシュメモリセルの列と、を備える、不揮発性メモリ装置。
  18. 前記行デコーダは、前記アレイのセクタごとに行デコーダ回路を含み、各セクタは、前記アレイのフラッシュメモリセルのうちの2行を備える、請求項17に記載のメモリ装置。
  19. 前記消去ゲートデコーダは、前記消去ゲート電圧を前記消去ゲート線に前記印加することにより生成された前記電流を制限するための電流リミッタを備える、請求項17に記載のメモリ装置。
  20. 前記消去ゲートデコーダは、前記消去ゲート選択信号に応答して、前記消去ゲートデコーダの前記出力を低電圧にプルするための選択解除回路を備える、請求項17に記載のメモリ装置。
  21. 前記消去ゲートデコーダは、PMOSトランジスタを備え、NMOSトランジスタを備えない、請求項17に記載のメモリ装置。
  22. 前記ソース線デコーダは、前記ソース線デコーダの前記出力を含むモニタ線を提供するためのモニタ回路を備える、請求項17に記載のメモリ装置。
  23. 前記ソース線デコーダは、前記ソース線デコーダの前記出力を、読み出し動作時に低電圧にプルするための読み出し選択解除回路を備える、請求項17に記載のメモリ装置。
  24. 前記ソース線デコーダは、前記ソース線デコーダの前記出力をプログラミング動作時に低電圧にプルするためのプログラミング選択解除回路を備える、請求項17に記載のメモリ装置。
  25. 前記ソース線デコーダは、NMOSトランジスタを備え、PMOSトランジスタを備えない、請求項17に記載のメモリ装置。
  26. 前記ソース線デコーダは、PMOSトランジスタを備え、NMOSトランジスタを備えない、請求項17に記載のメモリ装置。
  27. 前記電圧シフタは、ラッチを備える、請求項17に記載のメモリ装置。
  28. 前記電圧シフタは、前記アレイの複数のセクタに結合され、各セクタは、前記アレイのフラッシュメモリセルのうちの2行を備える、請求項17に記載のメモリ装置。
  29. 前記電圧シフタは、消去又はプログラミング動作時に前記複数のセクタから選択されたセクタのために使用される電流リミッタを備える、請求項28に記載のメモリ装置。
  30. 前記電圧シフタは、前記複数のセクタから前記選択されたセクタのために読み出し動作時又は動作が実行されていない場合に使用される電流リミッタを備える、請求項28に記載のメモリ装置。
  31. 前記電圧シフタは、NMOSトランジスタを備え、PMOSトランジスタを備えない、請求項17に記載のメモリ装置。
  32. 前記電圧シフタは、PMOSトランジスタを備え、NMOSトランジスタを備えない、請求項17に記載のメモリ装置。
  33. 不揮発性メモリ装置であって、
    行及び列に編成されたフラッシュメモリセルのアレイであって、各フラッシュメモリセルは、ビット線端子と、ワード線端子と、消去ゲート端子と、ソース線端子と、を含む、フラッシュメモリセルのアレイと、
    選択信号を受信し、前記複数の異なる電圧のうちの1つを選択して、印加電圧を生成し、前記アレイ内の複数のフラッシュメモリセルの端子に前記印加電圧を印加するための高電圧行デコーダと、を備え、
    前記高電圧行デコーダは、PMOS型のみのトランジスタを備える、不揮発性メモリ装置。
  34. 適応型高電圧ラッチレベルシフタを更に備える、請求項33に記載の不揮発性メモリ装置。
  35. 前記PMOS型のみのトランジスタを含む消去ゲートデコーダを更に備える、請求項33に記載の不揮発性メモリ装置。
  36. 前記消去ゲートデコーダは、単一のPMOSトランジスタだけを備える、請求項35に記載の不揮発性メモリ装置。
  37. 電流リミッタを更に備える、請求項33に記載の不揮発性メモリ装置。
  38. 前記PMOS型のみのトランジスタを含むソース線デコーダを更に備える、請求項33に記載の不揮発性メモリ装置。
  39. 前記PMOS型のみのトランジスタを含む制御ゲートデコーダを更に備える、請求項33に記載の不揮発性メモリ装置。
  40. 前記フラッシュメモリセルは、ソース側注入先端部消去メモリセルである、請求項33に記載の不揮発性メモリ装置。
  41. 不揮発性メモリ装置であって、
    行及び列に編成されたフラッシュメモリセルのアレイであって、各フラッシュメモリセルは、ビット線端子と、ワード線端子と、消去ゲート端子と、ソース線端子と、を含み、他の端子は含まない、フラッシュメモリセルのアレイと、
    選択信号を受信し、前記複数の異なる電圧のうちの1つを選択して、印加電圧を生成し、前記アレイ内の複数のフラッシュメモリセルの端子に前記印加電圧を印加するための高電圧行デコーダと、
    読み出し動作時に1つ以上のソース線をプルダウンするために配置された前記アレイ内の複数のダミーメモリセルと、を備える、不揮発性メモリ装置。
  42. 前記行デコーダは、前記アレイのセクタごとに行デコーダ回路を含み、各セクタは、前記アレイのフラッシュメモリセルのうちの2行を備える、請求項41に記載のメモリ装置。
  43. 前記消去ゲートデコーダは、前記消去ゲート電圧を前記消去ゲート線に前記印加することにより生成された前記電流を制限するための電流リミッタを備える、請求項41に記載のメモリ装置。
  44. 前記消去ゲートデコーダは、前記消去ゲート選択信号に応答して、前記消去ゲートデコーダの前記出力を低電圧にプルするための選択解除回路を備える、請求項41に記載のメモリ装置。
  45. 前記消去ゲートデコーダは、PMOSトランジスタを備え、NMOSトランジスタを備えない、請求項41に記載のメモリ装置。
  46. 前記ソース線デコーダは、前記ソース線デコーダの前記出力を含むモニタ線を提供するためのモニタ回路を備える、請求項41に記載のメモリ装置。
  47. 前記ソース線デコーダは、前記ソース線デコーダの前記出力を、読み出し動作時に低電圧にプルするための読み出し選択解除回路を備える、請求項41に記載のメモリ装置。
  48. 前記ソース線デコーダは、前記ソース線デコーダの前記出力をプログラミング動作時に低電圧にプルするためのプログラミング選択解除回路を備える、請求項41に記載のメモリ装置。
  49. 前記ソース線デコーダは、NMOSトランジスタを備え、PMOSトランジスタを備えない、請求項41に記載のメモリ装置。
  50. 前記ソース線デコーダは、PMOSトランジスタを備え、NMOSトランジスタを備えない、請求項41に記載のメモリ装置。
  51. 前記電圧シフタは、ラッチを備える、請求項41に記載のメモリ装置。
  52. 前記電圧シフタは、前記アレイの複数のセクタに結合され、各セクタは、前記アレイのフラッシュメモリセルのうちの2行を備える、請求項41に記載のメモリ装置。
  53. 前記電圧シフタは、消去又はプログラミング動作時に前記複数のセクタから選択されたセクタのために使用される電流リミッタを備える、請求項52に記載のメモリ装置。
  54. 前記電圧シフタは、前記複数のセクタから前記選択されたセクタのために読み出し動作時又は動作が実行されていない場合に使用される電流リミッタを備える、請求項52に記載のメモリ装置。
  55. 前記電圧シフタは、NMOSトランジスタを備え、PMOSトランジスタを備えない、請求項41に記載のメモリ装置。
  56. 前記電圧シフタは、PMOSトランジスタを備え、NMOSトランジスタを備えない、請求項41に記載のメモリ装置。
  57. 適応型高電圧ラッチレベルシフタを更に備える、請求項41に記載の不揮発性メモリ装置。
  58. 前記PMOS型のみのトランジスタを含む消去ゲートデコーダを更に備える、請求項41に記載の不揮発性メモリ装置。
  59. 前記消去ゲートデコーダは、単一のPMOSトランジスタだけを備える、請求項58に記載の不揮発性メモリ装置。
  60. 電流リミッタを更に備える、請求項41に記載の不揮発性メモリ装置。
  61. 前記PMOS型のみのトランジスタを含むソース線デコーダを更に備える、請求項41に記載の不揮発性メモリ装置。
  62. 前記PMOS型のみのトランジスタを含む制御ゲートデコーダを更に備える、請求項41に記載の不揮発性メモリ装置。
  63. 前記フラッシュメモリセルは、ソース側注入先端部消去メモリセルである、請求項41に記載の不揮発性メモリ装置。
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