JP2590764B2 - 不揮発性半導体記憶装置 - Google Patents

不揮発性半導体記憶装置

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JP2590764B2
JP2590764B2 JP29486294A JP29486294A JP2590764B2 JP 2590764 B2 JP2590764 B2 JP 2590764B2 JP 29486294 A JP29486294 A JP 29486294A JP 29486294 A JP29486294 A JP 29486294A JP 2590764 B2 JP2590764 B2 JP 2590764B2
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和久 二宮
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Nippon Electric Co Ltd
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    • G11INFORMATION STORAGE
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    • G11C16/00Erasable programmable read-only memories
    • G11C16/02Erasable programmable read-only memories electrically programmable
    • G11C16/06Auxiliary circuits, e.g. for writing into memory
    • G11C16/10Programming or data input circuits
    • G11C16/14Circuits for erasing electrically, e.g. erase voltage switching circuits
    • G11C16/16Circuits for erasing electrically, e.g. erase voltage switching circuits for erasing blocks, e.g. arrays, words, groups

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は不揮発性半導体記憶装置
に関し、特に電気的に書込および一括消去可能な不揮発
性半導体記憶装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、この種の不揮発性半導体記憶装置
は、複数のメモリセルを行列状に配置したメモリセルア
レイを有し、それぞれのメモリセルはフローティングゲ
ートをもつ電界効果トランジスタ(以下、FAMOSと
いう)から構成されている。メモリセルアレイの各行に
はワード線が配設され、メモリセルアレイの各列にはデ
ジット線が配設されている。これらのワード線のいずれ
かが行アドレスデコーダにより選択的に活性化され、デ
ジット線のいずれかが列アドレスデコーダにより選択的
に活性化されることにより、ひとつのメモリセルが選択
される。デジット線にはセンス回路が接続され、選択さ
れたメモリセルのオフまたはオンの状態が検出される。
【0003】このメモリセルのオフ状態は、FAMOS
のフローティングゲートに電子を注入し、しきい値電圧
を上昇させる書込動作によって設定される。一方、メモ
リセルのオン状態は、FAMOSのフローティングゲー
トから蓄積電子を引き抜き、しきい値電圧を下降させる
消去動作によって設定される。
【0004】この不揮発性半導体記憶装置の消去動作に
より、複数のメモリセルが同時に一括消去される。その
際、それぞれのメモリセルを構成するFAMOSのソー
ス領域の電位は、一定時間の間、高電圧に切り換えられ
る。それぞれのFAMOSのソース領域に高電圧を加え
ると、フォーラ・ノルドハイム(Fowler−Nor
dheim)トンネリング現象により、フローティング
ゲートに蓄積された電子が引き抜かれ、FAMOSしき
い値電圧が低下する。
【0005】例えば、図5は従来の不揮発性半導体記憶
装置に用いられる消去回路の1例を示す回路図である。
【0006】図5を参照すると、消去信号ERバーを入
力信号とする消去回路2の出力は、メモリセルアレイ1
のメモリセルであるFAMOSの各ソース電極が接続さ
れた共通ソース線VSを駆動している。バッファ31及
び32は消去信号ERバーを入力としている。バッファ
32はVppレベルまで振幅する信号を出力するバッフ
ァである。ゲート電極をバッファ31の出力に接続しソ
ース電極を接地したN型MOSトランジスタMN0は、
ドレイン電極に共通ソース線VSを接続し駆動してい
る。又、ゲート電極をバッファ32の出力に接続しソー
ス電極を消去用電源Vppに接続したP型MOSトラン
ジスタMP0は、ドレイン電極に共通ソース線VSを接
続し高電圧駆動している。
【0007】次に、図5を参照して、この消去回路2の
動作を簡単に説明する。消去動作以外の期間では、消去
信号ERバーがハイレベルであり、P型MOSトランジ
スタMP0はオフしN型MOSトランジスタMN0はオ
ンしているため、共通ソース線VSは接地レベルに駆動
されている。
【0008】消去時には、消去信号ERバーがロウレベ
ルに変化しN型MOSトランジスタMN0はオフしP型
MOSトランジスタMP0はオンするため、共通ソース
線VSは消去用電源Vppに向かって駆動され、FAM
OSのソース領域が高電位になりメモリセルの消去動作
が開始する。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】この従来の不揮発性半
導体記憶装置では、メモリセルアレイの共通ソース線に
高電圧を加え、フローティングゲートの蓄積電子をソー
ス領域に引き抜くことにより、メモリセルの消去動作を
行っている。
【0010】このソース消去法では、メモリセルのソー
ス領域とフローティングゲートとの間の電位差によりメ
モリセルのソース部での空乏化が発生し、バンド間トン
ネリング現象によりメモリセルのソース領域から基板へ
のリーク電流が発生することが知られている。このメモ
リセルのソース領域から基板へのリーク電流は、メモリ
セルのソース領域とフローティングゲートとの間の電位
差が大きいほど、増大する。言い換えると、フローティ
ングゲートに電子が蓄積されているほど、すなわち、消
去すべきメモリセルしきい値が高いほど、このメモリセ
ルのソース領域から基板へのリーク電流は増大する。
【0011】従って、ソース消去型のフラッシュEEP
ROMにおけるメモリセルの共通ソース線から基板への
リーク電流は、消去の初期段階で大きく、消去が進行し
メモリセルしきい値が降下するにつれ減少する特性を有
している。そのため、従来のメモリセル共通ソース線を
高電圧駆動する消去回路では、消去の初期のメモリセル
の共通ソース線から基板へのリーク電流を制御すべく、
図5に示す高電圧駆動用のP型MOSトランジスタMP
0の電流供給能力を小さく設定している。
【0012】図6は、このメモリセル共通ソース線から
基板へのリーク電流の電圧特性が消去の進行と共に遷移
することを示した特性図の上に、図5に示す高電圧駆動
用のP型MOSトランジスタMP0の電流供給能力を負
荷線として表し、メモリセル共通ソース線の電流および
電圧の動作点が消去の進行と共に遷移することを示した
動作説明図である。
【0013】図6に示すように、メモリセル共通ソース
線から基板へのリーク電流の電圧特性が消去の進行と共
に遷移した場合には、負荷線に従ってメモリセル共通ソ
ース線の駆動電圧が上昇し、駆動電流も消去初期に設定
した電流値より減少し、メモリセルのソース領域とフロ
ーティングゲートとの間の電位差が不足し、消去時間が
長くなるという問題点がある。
【0014】しかし、常にユーザから要求されている消
去用電源電圧の低電圧化と両立させて上述の問題点を解
決することが出来なかった。
【0015】従って、本発明の目的は、メモリセルの消
去速度を加速し消去時間の短縮化を図ると同時に消去用
電源電圧の低電圧化に関する従来性能を維持する消去回
路を備えた不揮発性半導体記憶装置を提供することにあ
る。
【0016】
【課題を解決するための手段】そのため、本発明による
不揮発性半導体記憶装置は、フローティングゲート型電
界効果トランジスタからなる複数のメモリセルと、これ
らメモリセルの各ソース電極に接続された共通ソース線
を消去信号により高電圧駆動しメモリデータを消去する
消去回路とを有する不揮発性半導体記憶装置において、
前記消去回路は、ソース電極に消去用電源を接続しドレ
イン電極に前記共通ソース線を接続し高電圧駆動する複
数の電界効果トランジスタと、前記共通ソース線の駆動
電圧を基準電圧と比較しこの比較結果を示す信号および
前記消去信号を組み合わせた論理信号を出力し前記複数
の電界効果トランジスタの各ゲート電極をそれぞれ制御
する制御回路とを備えている。
【0017】
【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。
【0018】図1は、本発明の不揮発性半導体記憶装置
の1実施例を示す回路図である。
【0019】図1を参照すると、本実施例の不揮発性半
導体記憶装置において、メモリセルアレイ1のメモリセ
ルであるFAMOSの各ソース電極が接続された共通ソ
ース線VSを駆動している消去回路2は、消去信号ER
バー及び共通ソース線VSの駆動電圧を入力信号として
いる。バッファ31及び32は消去信号ERバーを入力
とし出力信号ER0バー又はER0バー(Vpp)をそ
れぞれ出力する。ゲート電極にバッファ31の出力ER
0バーを入力するN型MOSトランジスタMN0は、ソ
ース電極を接地しドレイン電極に共通ソース線VSを接
続している。
【0020】比較器35及び36は、共通ソース線VS
の駆動電圧を基準電圧Vref1又はVref2と比較
し、駆動電圧が基準電圧より大きい場合ロウレベルを出
力する。ORゲート33及び34は、比較器35又は3
6の出力信号および消去信号ERバーを入力信号とし、
信号ER1バー(Vpp)又はER2バー(Vpp)を
それぞれ出力している。バッファ32並びにORゲート
33及び34はVppレベルまで振幅する信号を出力す
る。
【0021】信号ER0バー(Vpp),ER1バー
(Vpp)又はER2バー(Vpp)をゲート電極にそ
れぞれ入力するP型MOSトランジスタMP0,MP1
及びMP2は、ソース電極に消去用電源Vppを接続し
ドレイン電極に共通ソース線VSを接続し高電圧駆動し
ている。
【0022】次に、図1を参照して、本実施例における
消去回路2の動作を説明する。
【0023】消去動作以外の期間では、消去信号ERバ
ーがハイレベルであり、信号ER0バー(Vpp),E
R1バー(Vpp)又はER2バー(Vpp)はハイレ
ベルである。P型MOSトランジスタMP0,MP1及
びMP2はオフし、N型MOSトランジスタMN0はオ
ンしているため、共通ソース線VSは接地レベルに駆動
されている。
【0024】消去時には、消去信号ERバーがロウレベ
ルに変化しN型MOSトランジスタMN0はオフしP型
MOSトランジスタMP0はオンするため、共通ソース
線VSは消去用電源Vppに向かって駆動され、FAM
OSのソース領域が高電位になりメモリセルの消去動作
が開始する。
【0025】図2は、メモリセル共通ソース線VSから
基板へのリーク電流の電圧特性が消去の進行と共に遷移
することを示した特性図の上に、図1に示す高電圧駆動
用のP型MOSトランジスタMP0,MP1及びMP2
の電流供給能力を負荷線として表し、メモリセル共通ソ
ース線の電流および電圧の動作点が消去の進行と共に遷
移することを示した動作説明図である。
【0026】図3は、メモリセル共通ソース線VSの駆
動電圧が消去動作の進行と共に変化する例を示した電圧
推移図である。
【0027】また、図4は、メモリセル共通ソース線V
Sから基板へのリーク電流が消去動作の進行と共に変化
する例を示した電流推移図である。
【0028】消去動作が開始したとき、メモリセル共通
ソース線VSの電圧及び電流の動作点は、図3及び4に
示す消去1の期間にあり、メモリセル共通ソース線VS
から基板へのリーク電流の電圧特性が消去の進行と共に
遷移するため、電圧は上昇し電流は減少する方向へ移動
する。
【0029】メモリセル共通ソース線VSの駆動電圧が
基準電圧Vref1を越えたとき、比較器35の出力は
ロウレベルに変化し、信号ER1バー(Vpp)はロウ
レベルに変化する。従って、P型MOSトランジスタM
P1はオンし、メモリセル共通ソース線VSに対する電
流供給能力は大きくなる。同時に、電流および電圧の動
作点もメモリセル共通ソース線VSから基板へのリーク
電流の電圧特性に沿って移動し、図3及び4に示す消去
2の期間になる。
【0030】同様に、メモリセル共通ソース線VSの駆
動電圧が基準電圧Vref2を越えたとき、比較器36
の出力はロウレベルに変化し、信号ER2バー(Vp
p)はロウレベルに変化する。従って、P型MOSトラ
ンジスタMP2はオンし、メモリセル共通ソース線VS
に対する電流供給能力は大きくなる。同時に、電流およ
び電圧の動作点もメモリセル共通ソース線VSから基板
へのリーク電流の電圧特性に沿って移動し、図3及び4
に示す消去3の期間になる。
【0031】仮に、メモリセルしきい値電圧Vtmが3
vに達したときを消去完了時点とすれば、メモリセル共
通ソース線VSの電流および電圧の動作点がそのときの
電流電圧特性曲線に達っしたとき、消去信号ERバーを
ハイレベルにすることにより消去動作が終了する。
【0032】なお、本実施例では、メモリセル共通ソー
ス線の駆動電圧を基準電圧と比較するとき比較器を用い
て説明したが、比較器の代わりに基準電圧と等しい論理
しきい値をもつ論理ゲートで代用することも容易であ
る。
【0033】
【発明の効果】以上説明したように、本発明による不揮
発性半導体記憶装置は、メモリセル共通ソース線を高電
圧駆動する電界効果トランジスタを複数個もち、メモリ
セル共通ソース線の駆動電圧を基準電圧と比較した信号
で導通トランジスタ数を制御し電流供給能力の減少を補
う消去回路を備えているため、メモリセル共通ソース線
の電圧上昇が加速され、メモリセルの消去速度が加速さ
れ、消去時間を短縮できる。
【0034】同時に、メモリセル共通ソース線と消去用
電源との間に並列接続された複数の電界効果トランジス
タの導通トランジスタ数を増減しメモリセル共通ソース
線に対する電流供給能力を制御しているため、消去用電
源電圧の低電圧化に関する性能は従来と同等であり、製
品開発時において電流供給能力の設計が容易になる等の
効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の不揮発性半導体記憶装置の1実施例を
示す回路図である。
【図2】図1の不揮発性半導体記憶装置における消去回
路の動作の1例を示す動作説明図である。
【図3】図1の不揮発性半導体記憶装置における消去回
路の動作の1例を示す電圧推移図である。
【図4】図1の不揮発性半導体記憶装置における消去回
路の動作の1例を示す電流推移図である。
【図5】従来の不揮発性半導体記憶装置における消去回
路の1例を示す回路図である。
【図6】図5の不揮発性半導体記憶装置における消去回
路の動作の1例を示す動作説明図である。
【符号の説明】
1 メモリセルアレイ 2 消去回路 3 制御回路 4 高電圧駆動回路 31,32 バッファ 33,34 ORゲート 35,36 比較器 MN0 N型電界効果トランジスタ MP0,MP1,MP2 P型電界効果トランジスタ M00,M01,M0m,M10,M11,M1m,M
n0,Mn1,Mnmフローティングゲート型電界効果
トランジスタ D0,D1,Dm デジット線 W0,W1,Wn ワード線 VS メモリセル共通ソース線

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 フローティングゲート型電界効果トラン
    ジスタからなる複数のメモリセルと、これらメモリセル
    の各ソース電極に接続された共通ソース線を消去信号に
    より高電圧駆動しメモリデータを消去する消去回路とを
    有する不揮発性半導体記憶装置において、 前記消去回路は、ソース電極に消去用電源を接続しドレ
    イン電極に前記共通ソース線を接続し高電圧駆動する複
    数の電界効果トランジスタと、前記共通ソース線の駆動
    電圧を基準電圧と比較しこの比較結果を示す信号および
    前記消去信号を組み合わせた論理信号を出力し前記複数
    の電界効果トランジスタの各ゲート電極をそれぞれ制御
    する制御回路とを備えたことを特徴とする不揮発性半導
    体記憶装置。
  2. 【請求項2】 前記制御回路は、前記共通ソース線の駆
    動電圧を基準電圧と比較する比較器と、この比較器の出
    力および前記消去信号を入力信号とし前記複数の電界効
    果トランジスタの各ゲート電極をそれぞれ制御する信号
    を出力する論理回路とを有する請求項1記載の不揮発性
    半導体記憶装置。
  3. 【請求項3】 前記制御回路は、前記共通ソース線の駆
    動電圧を複数の基準電圧と比較する比較器と、これらの
    比較器の出力および前記消去信号を入力信号とし前記複
    数の電界効果トランジスタの各ゲート電極をそれぞれ制
    御する信号を出力する論理回路とを有する請求項1記載
    の不揮発性半導体記憶装置。
  4. 【請求項4】 前記比較器は、前記基準電圧と等しい論
    理しきい値をもつ論理ゲートである請求項2又は3記載
    の不揮発性半導体記憶装置。
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