JP3098189B2 - 不揮発性半導体メモリのデータ読出回路 - Google Patents

不揮発性半導体メモリのデータ読出回路

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JP3098189B2
JP3098189B2 JP13201996A JP13201996A JP3098189B2 JP 3098189 B2 JP3098189 B2 JP 3098189B2 JP 13201996 A JP13201996 A JP 13201996A JP 13201996 A JP13201996 A JP 13201996A JP 3098189 B2 JP3098189 B2 JP 3098189B2
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    • G11C5/14Power supply arrangements, e.g. power down, chip selection or deselection, layout of wirings or power grids, or multiple supply levels
    • G11C5/147Voltage reference generators, voltage or current regulators; Internally lowered supply levels; Compensation for voltage drops

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、不揮発性半導体メ
モリのデータ読出回路に関し、特に、メモリセルの記憶
データを感知してデータラッチに貯蔵する電気的消去可
能でプログラム可能な不揮発性半導体メモリ(EEPR
OM)のデータ読出回路に関する。
【0002】
【従来の技術】EEPROMでは、メモリ容量を増加さ
せるためにNAND構造のメモリセル(NANDセルユ
ニット)が開発されている。図1に示すように1個のN
ANDセルユニットNUは、第1選択トランジスタST
1及び第2選択トランジスタST2と、この第1選択ト
ランジスタST1のソースと第2選択トランジスタST
2のドレインとの間にドレイン・ソース通路を直列接続
したメモリトランジスタM1〜M16と、から構成され
る。メモリトランジスタM1〜M16のそれぞれは、チ
ャネルを介し相互に離隔したドレインとソースを有し、
そしてチャネル上にトンネル酸化膜を介して形成された
フローティングゲートと、このフローティングゲート上
に中間絶縁膜を介して形成された制御ゲートと、を有す
る。第1選択トランジスタST1のドレインはビットラ
インBLと接続され、第2選択トランジスタST2のソ
ースは読出動作中接地される共通ソースラインに接続さ
れる。このようなNANDセルユニットとすることによ
り、メモリトランジスタとビットラインを接続するコン
タクト数を減少させられるので、大容量のメモリ容量を
得やすい。
【0003】このEEPROMでは、プログラム動作前
にメモリトランジスタのM1〜M16の消去動作が行わ
れる。この消去動作は、半導体基板に例えば20Vの消
去電圧を印加し、そして、メモリトランジスタM1〜M
16の制御ゲートに接続されたワードラインWL1〜W
L16に0Vを印加することにより行われる。すると、
Fowler-Nordheim トンネリングにより電子がメモリトラ
ンジスタM1〜M16のフローティングゲートから放出
され、メモリトランジスタM1〜M16はデプレッショ
ンモードのトランジスタに変わる。この消去メモリトラ
ンジスタが例えば論理“0”のデータ記憶となる。
【0004】消去後にはプログラム(又は書込)動作が
行われる。例えば、メモリトランジスタM1がプログラ
ムされると仮定すると、まず、ビットラインBLに接続
されたデータラッチから0VがビットラインBLへ提供
される。そして、第1選択ラインSG1に電源供給電圧
Vcc、選択ワードラインWL1に例えば18Vのプロ
グラム電圧、非選択ワードラインWL2〜WL16に例
えば10Vのパス電圧、半導体基板に0Vの接地電位が
それぞれ印加される。すると、メモリトランジスタM1
のフローティングゲートへF−Nトンネリングにより電
子が注入され、メモリトランジスタM1はエンハンスメ
ントモードのトランジスタに変わる。このプログラムメ
モリトランジスタが例えば論理“1”のデータ記憶とな
る。
【0005】メモリトランジスタの記憶データを読出す
には、例えばメモリトランジスタM2の読出を行うとす
ると、選択ワードラインWL2に0Vを印加し、且つ、
第1選択ラインSG1、第2選択ラインSG2、非選択
ワードラインWL1,WL3〜WL16に電源供給電圧
Vccを印加し、そして、ビットラインBLに電流を供
給する。これにより、選択メモリトランジスタM2が論
理“0”記憶であればオン状態になってビットラインB
Lは0Vに放電される。一方、選択メモリトランジスタ
M2が論理“1”記憶であればオフ状態になり、ビット
ラインBLは所定の電圧に充電される。このビットライ
ンBLの充電又は放電に従って、ビットラインBLに接
続されたデータラッチがデータを貯蔵する。
【0006】上記のような消去、プログラム、読出動作
については、韓国特許出願第93−390号に開示され
ている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】従来の読出動作は、ビ
ットラインに所定の電流、例えば4μA程度の電流を供
給しながら選択メモリトランジスタに読出電圧を印加し
て、選択メモリトランジスタ従ったビットラインの放電
又は充電によりデータを感知し、そしてデータラッチが
感知されたデータをラッチすることで遂行される。従っ
て、データ感知動作に約2μsecの時間を要してい
る。メモリ容量が更に増加してビットラインに接続され
るNANDセルユニットつまりセルストリング数が増え
ると、これによりビットラインも長くなるのでビットラ
インの寄生容量Cblが大きくなり、ビットラインの充
電や放電に更に長時間を要する結果となる。従って、デ
ータの読出速度がますます遅くなるという解決課題があ
る。
【0008】即ち、本発明の目的は、たとえビットライ
ンが長くなっても高速にデータ感知を行える不揮発性半
導体メモリのデータ読出回路を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】この目的のために本発明
では、メモリトランジスタを接続したビットライン用に
備えられる不揮発性半導体メモリのデータ読出回路にお
いて、ビットラインに対応して設けられ、ビットライン
よりも寄生容量を小さくしたデータ感知ラインと、該デ
ータ感知ラインとビットラインとの間に接続されたエン
ハンスメントモードのMOSトランジスタ(しきい値V
th)及び該トランジスタのゲートに基準電圧(Vp)
を提供する基準電圧発生回路からなるプリチャージ設定
回路と、カレントミラー回路を用いて構成され、該カレ
ントミラーの電流をプリチャージ制御信号に応じて増減
させることで、前記データ感知ラインを通してビットラ
インへ、プリチャージ時にプリチャージ電流を供給する
とともにプリチャージ後はそのプリチャージ電流よりも
少量の感知電流を供給する電流供給回路と、プリチャー
ジ後の前記データ感知ラインの電圧変化に従いデータを
感知してラッチするセンスアンプと、を備え、前記プリ
チャージ電流により、前記データ感知ラインのプリチャ
ージ電圧を電源供給電圧のレベルとし且つビットライン
のプリチャージ電圧をVp−Vth以下のレベルにする
ことを特徴とする。
【0010】このときのプリチャージ設定回路は、ビッ
トラインとデータ感知ラインとの間に接続したトランジ
スタと、このトランジスタのゲートに基準電圧を提供す
る基準電圧発生回路と、から構成されるものとするとよ
い。この場合、ビットラインのプリチャージ電圧が基準
電圧発生回路による基準電圧以下に設定されるようにし
ておくとよく、また、基準電圧発生回路による基準電圧
は、センスアンプのトリップ電圧と等しくなるようにし
ておくとよい。ビットラインとデータ感知ラインとの間
に接続するトランジスタとしてはN形トランジスタを用
いておけばよい。
【0011】更に本発明の場合、ビットラインのプリチ
ャージ電圧は、電源供給電圧の1/3以下に設定される
ようにしておくと好ましい。
【0012】加えて、電流供給回路は、入力アドレスの
ラッチ終了を示すアドレスラッチ終了信号に基づき発生
されるプリチャージ制御信号に応じてプリチャージ電流
と感知電流を供給するようにしておくとよく、そして、
その構成はカレントミラーを用いたものとしておくとよ
い。
【0013】また、本発明によれば、直列接続されたメ
モリトランジスタからなるNANDセルユニットを接続
した多数のビットライン用に備えられる不揮発性半導体
メモリのデータ読出回路において、ビットラインよりも
寄生容量を小さくした多数のデータ感知ラインと、各ビ
ットラインと前記各データ感知ラインとの間にそれぞれ
チャネルが接続された多数のトランジスタと、これらト
ランジスタのゲートに電源供給電圧より低い基準電圧
(Vp)を供給する基準電圧発生回路と、前記各ビット
ラインが前記基準電圧より低いプリチャージ電圧(Vp
−Vth)にプリチャージされ且つ前記各データ感知ラ
インが電源供給電圧のレベルにプリチャージされるよう
に前記各データ感知ラインを通してプリチャージ電流を
供給し、このプリチャージ後、前記各ビットラインに接
続されたNANDセルユニット内のメモリトランジスタ
に記憶のデータに従う前記各ビットラインにおける電圧
変化が増幅して前記各データ感知ラインにおける電圧変
化として現れるように前記プリチャージ電流より少ない
感知電流を供給する電流供給回路と、該データ感知ライ
ンの電圧変化に従いデータを感知してラッチするセンス
アンプと、を有することを特徴とする。この場合の基準
電圧発生回路は、各ビットラインのプリチャージ電圧が
電源供給電圧の1/3以下に設定されるように基準電圧
を供給するものとしておくとよい。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態につき添
付図面を参照して詳細に説明する。なお、図中の同じ部
分には同じ符号を使用するものとする。
【0015】本実施形態のEEPROMは、1チップ上
にCMOS製造技術を使用して作成され、−2〜−3V
のしきい値電圧を有するデプレッションモードのNチャ
ネルMOSトランジスタ(D形トランジスタ)と、0.
7〜1Vのしきい値電圧を有するエンハンスメントモー
ドのNチャネルMOSトランジスタ(N形トランジス
タ)と、−0.8〜−1Vのしきい値電圧を有するPチ
ャネルMOSトランジスタ(P形トランジスタ)と、を
使用している。
【0016】図2は、例えば図1のようなNAND構造
のメモリセルアレイにおけるビットラインBLに接続さ
れるデータ読出回路の回路図を示している。
【0017】ビットラインBLの高電圧伝送を防止する
ために、ビットラインBLにドレインを接続してD形ト
ランジスタ18が設けられ、そのゲートには電源供給電
圧Vccを印加してある。このD形トランジスタ18の
ソースは、読出動作におけるビットラインBLのプリチ
ャージ電圧レベルを設定するためのN形トランジスタ1
6のドレインと接続される。このN形トランジスタ16
のゲートは、ビットラインBLのプリチャージ電圧レベ
ルを制御するプリチャージ制御信号BLSHを発生する
基準電圧発生回路10と接続される。この基準電圧発生
回路10は、読出動作制御信号ROPに応じて、ビット
ラインBLのプリチャージ電圧レベルを電源供給電圧V
ccの1/3以下に制御する基準電圧Vpのプリチャー
ジレベル制御信号BLSHを発生する。この基準電圧発
生回路10とN形トランジスタ16とからプリチャージ
設定回路が構成される。
【0018】N形トランジスタ16のソースは、メモリ
トランジスタの記憶データを感知してラッチするデータ
感知及びラッチ回路、即ちセンスアンプ14と接続され
る。センスアンプ14は、ノード20とノード22との
間にドレイン・ソース通路を接続したN形トランジスタ
28と、ノード20と接地電圧Vssとの間にドレイン
・ソース通路を設けたN形トランジスタ30と、ノード
22とノード24との間に並列対向接続したインバータ
32,34と、ノード24と接地電圧Vssとの間にド
レイン・ソース通路を直列に設けたN形トランジスタ3
6,38と、から構成される。2つのインバータ32,
34でデータラッチ回路33が提供され、直列接続した
N形トランジスタ36,38とデータ感知ライン26と
でデータ感知回路が提供される。N形トランジスタ30
のゲートは初期化制御信号φDCBで制御される。N形ト
ランジスタ28のゲートは分離制御信号φSBL で制御さ
れ、これに従ってN形トランジスタ28がノード20と
ノード22との間を分離する。これらN形トランジスタ
28,30により、分離制御信号φSBL 及び初期化制御
信号φDCB に応じてノード24が論理“H”レベルに初
期化される。N形トランジスタ36のゲートは、データ
感知ライン26を通じてノード20へ接続され、N形ト
ランジスタ38のゲートはデータラッチ制御信号φlat
で制御される。
【0019】カレントミラー形の電流供給回路12は、
ノード20に接続され、ビットラインBL及びデータ感
知ライン26をプリチャージするプリチャージ電流と、
ビットラインBLに接続されたメモリトランジスタのデ
ータを感知するための感知電流と、を供給する。この電
流供給回路12は、電源供給電圧Vccとノード20と
の間にソース・ドレイン通路を設けたP形トランジスタ
40を有し、また、電源供給電圧Vccと接地電圧Vs
sとの間に、P形トランジスタ42のソース・ドレイン
通路と、並列接続されたP形トランジスタ44,46の
ソース・ドレイン通路と、N形トランジスタ48のドレ
イン・ソース通路と、N形トランジスタ50のドレイン
・ソース通路と、が直列接続されている。P形トランジ
スタ40,44のゲートどうしはライン54を通じて接
続されており、このライン54と接地電圧Vssとの間
にN形トランジスタ52のドレイン・ソース通路が設け
られている。N形トランジスタ52及びP形トランジス
タ42は、ゲートにプリチャージ制御信号φpre を受け
て制御される。P形トランジスタ44のゲートとドレイ
ンは互いに接続されている。N形トランジスタ48のゲ
ートは定電圧Vrefで制御され、P形トランジスタ4
6及びN形トランジスタ50のゲートは感知制御信号φ
sae で制御される。
【0020】N形トランジスタ52は、プリチャージ制
御信号φpre に応じてライン54を接地電圧Vssへプ
ルダウンし、これによりP形トランジスタ40がオン状
態になる。このP形トランジスタ40のオンによりビッ
トラインBLがプリチャージされる。このときのP形ト
ランジスタ40はかなり強いターンオン状態になるの
で、ビットラインBLは迅速にプリチャージされる。プ
リチャージ後のライン54は、感知制御信号φsae に応
じて所定の電圧レベルとなり、これに従いP形トランジ
スタ40が弱いターンオン状態となって微小電流をデー
タ感知ライン26へ供給する。
【0021】インバータ32,34のデータラッチ回路
33に貯蔵されたデータは、読出制御信号φread及びそ
の相補信号バーφreadに応答するトライステートインバ
ータ58を通じてライン56へ出力される。このライン
56が列選択回路(図示略)を通じてデータ出力バッフ
ァと接続される。点線で示すCsoはデータ感知ライン
26の寄生容量である。
【0022】図3は、図2に示した基準電圧発生回路1
0の要部回路図である。この基準電圧発生回路10は、
電源供給電圧Vccと接地電圧Vssとの間に直列に設
けた抵抗R1,R2、N形トランジスタ60,62を有
している。そして、抵抗R2とN形トランジスタ60の
ドレインとの接続ノード72に、P形トランジスタ64
のゲート及びソースが共通に接続される。このP形トラ
ンジスタ64のドレインとN形トランジスタ60のゲー
トとは、抵抗R1及び抵抗R2の接続ノード74へ共通
に接続される。P形トランジスタとN形トランジスタと
の並列接続からなる伝送ゲート68が接続ノード74に
接続され、そしてこの伝送ゲート68を介してD形トラ
ンジスタ70のドレインが接続されている。伝送ゲート
68のP形トランジスタのゲートにはインバータ66で
反転した読出動作制御信号ROPが印加され、伝送ゲー
ト68のN形トランジスタのゲートには読出動作制御信
号ROPが印加される。この読出動作制御信号ROPは
N形トランジスタ62も制御する。
【0023】このように構成された基準電圧発生回路1
0は、読出動作制御信号ROPに応じて所定の基準電圧
Vpを発生する。この基準電圧Vpは、センスアンプ1
4のトリップ(trip)電圧をもって発生する。即ち例え
ば、電源供給電圧Vccが3.3Vであれば基準電圧V
pは2V程度とする。
【0024】図4〜図8は、上記データ読出回路で使用
される各制御信号を発生する制御信号発生回路の回路図
を示し、図9に、その各制御信号のタイミングを示して
ある。アドレス入力ピンを通じてアドレス信号が入力さ
れ、このアドレス信号がアドレス入力バッファ(図示せ
ず)にラッチされれば、論理“L”レベルの短パルスで
アドレスラッチ終了信号バーALEend が発生する。こ
のようなアドレスラッチ終了信号バーALEend を発生
する回路は、1994年10月1日付出願の韓国特許出
願第94−25243号に開示されている。
【0025】図4の読出動作制御信号発生回路80は、
インバータ82,83とNORゲート84,85とを用
いて構成される。2つのNORゲート84,85は、フ
リップフロップ回路を形成するよう交差接続されてい
る。この読出動作制御信号発生回路80は、アドレスラ
ッチ終了信号バーALEend の論理“L”レベルへの遷
移に応じて論理“L”レベルから論理“H”レベルへ遷
移する読出動作制御信号ROPを発生し、読出終了制御
信号φsfinの論理“H”レベルへの遷移に応じて論理
“H”レベルから論理“L”レベルへ読出動作制御信号
ROPをディスエーブルさせる。
【0026】図5の制御信号発生回路90は、インバー
タ91〜99と、遅延回路100,101と、NAND
ゲート102,103と、を用いて構成される。この制
御信号発生回路90は、読出動作制御信号発生回路80
による読出動作制御信号ROPに応じて分離制御信号φ
SBL 、初期化制御信号φDCB 、及びプリチャージ制御信
号φpre を発生する。インバータ91,92と遅延回路
100とNANDゲート102とから構成されるクロッ
ク発生回路104は、読出動作制御信号ROPの論理
“H”レベルへの遷移に応じて、その遅延回路100の
遅延時間に従う論理“H”レベルのクロックを発生す
る。これに応答してインバータ94,96から、論理
“H”レベルのクロックとなる分離制御信号φSBL 及び
初期化制御信号φDCB が出力される。インバータ97〜
99と遅延回路101とNANDゲート103とから構
成されるクロック発生回路105は、クロック発生回路
104によるクロックの論理“L”レベルへの遷移に応
じて、遅延回路101の遅延時間に従う論理“H”レベ
ルのクロック、即ちプリチャージ制御信号φpre を発生
する。
【0027】図6の制御信号発生回路110は、プリチ
ャージ制御信号φpre に応じて感知制御信号φSae 及び
ラッチ制御信号φlat を発生する感知及びラッチ制御信
号発生回路110である。インバータ111〜115と
遅延回路117〜119とNANDゲート120とから
構成される感知制御信号発生回路122は、プリチャー
ジ制御信号φpre の論理“H”レベルへの遷移に応じ
て、遅延回路117〜119の遅延時間に従うパルス幅
を有する論理“H”レベルのクロック、即ち感知制御信
号φsae を発生する。インバータ112,116と遅延
回路118とNANDゲート121とからなるラッチ制
御信号発生回路123は、インバータ111及び遅延回
路117を通じたプリチャージ制御信号φpre に応じ
て、遅延回路118の時間遅延に従うパルス幅を有する
論理“H”レベルのクロック、即ちラッチ制御信号φ
lat を発生する。
【0028】図7の制御信号発生回路130は、感知制
御信号発生回路122による感知制御信号φsae 及びア
ドレスラッチ終了信号バーALEend に応じて読出制御
信号φread及びその相補信号バーφreadを発生する読出
制御信号発生回路130である。この読出制御信号発生
回路130は、インバータ131〜138と遅延回路1
39とNANDゲート140とNORゲート141〜1
43とからなる。NORゲート142,143からなる
フリップフロップ回路145は、読出動作の開始前に、
アドレスラッチ終了信号バーALEend の論理“L”レ
ベルに応じて論理“H”レベルに初期化される。そし
て、感知制御信号発生回路122による感知制御信号φ
sae の論理“L”レベルへの遷移に応じて、フリップフ
ロップ回路145は論理“H”レベルから論理“L”レ
ベルへ遷移する信号を発生し、これにより、読出制御信
号φreadが論理“L”レベルから論理“H”レベルへ遷
移する。NORゲート141に供給される感知制御信号
φsae は、感知終了時に論理“L”レベルへ遷移するこ
とで読出制御信号φreadを論理“H”レベルへ確実に遷
移させる。
【0029】図8の制御信号発生回路150は、読出制
御信号φreadに応じて読出終了制御信号φsfinを発生す
る読出終了制御信号発生回路150である。この読出終
了制御信号発生回路150は、インバータ151〜15
4と遅延回路155,156とNANDゲート157と
から構成される。インバータ151,152と遅延回路
155とNANDゲート157とからなるクロック発生
回路158は、読出制御信号φreadの論理“H”レベル
への遷移を検出し、論理“H”レベルの短パルスを発生
する。このクロック発生回路158による短パルスは、
遅延回路156を通じた遅延後に読出終了制御信号φ
sfinとして出力される。
【0030】図9及び図10を参照して、図1のような
メモリセルから図2の様なデータ読出回路を通じて行わ
れる読出動作について説明する。
【0031】読出動作モードを示す読出命令の入力後、
列アドレス信号及び行アドレス信号がアドレスバッファ
にラッチされ、その結果、アドレスラッチ終了信号バー
ALEend が短期間の論理“L”レベルで発生すると、
読出動作を行うための制御信号発生回路80による読出
動作制御信号ROPが、時点t1 で論理“L”レベルか
ら論理“H”レベルへ遷移する。この読出動作制御信号
ROPの論理“H”レベルへの遷移に応じて、基準電圧
発生回路10は、ビットラインBLのプリチャージ電圧
レベルを設定するためのプリチャージレベル制御信号B
LSHを基準電圧Vp(例えば電源供給電圧Vccが
3.3Vのとき2V)で発生する。また、制御信号発生
回路90は、読出動作制御信号ROPの論理“H”レベ
ルへの遷移に応じて、論理“L”レベルから論理“H”
レベルへ遷移する分離制御信号φSB L 及び初期化制御信
号φDCB を発生する。その結果、N形トランジスタ2
8,30がオンし、オン状態のN形トランジスタ16及
びD形トランジスタ18を通じてビットラインBLが接
地電圧Vssへつながれる。同時にノード22も接地電
圧Vssとされ、これによりノード24が論理“H”レ
ベルに初期化される。このときの初期化制御信号φDCB
は、ビットラインBLの電圧が十分に接地電圧Vssへ
引かれるように論理“H”レベルを維持する。
【0032】初期化終了で分離制御信号φSBL 及び初期
化制御信号φDCB は論理“L”レベルに遷移し、N形ト
ランジスタ28,30がオフになる。その後、時点t2
でプリチャージ制御信号発生回路105が論理“L”レ
ベルから論理“H”レベルへ遷移するプリチャージ制御
信号φpre を発生し、これにより、N形トランジスタ5
2がオン状態になってライン54が論理“L”レベルへ
遷移する。その結果、P形トランジスタ40が完全ター
ンオン状態になり、多量のプリチャージ電流がデータ感
知ライン26を通してビットラインBLへ供給される。
これに従ってビットラインBLは、基準電圧発生回路1
0によるプリチャージレベル制御信号BLSHの基準電
圧Vpよりも低い電圧レベル、即ち、Vp−Vth(V
thはN形トランジスタ16のしきい値電圧)の電圧レ
ベルに迅速にプリチャージされる。つまり、ビットライ
ンBLの寄生容量Cblを急速に充電するに足る多量の
プリチャージ電流が電流供給回路12から供給され、ビ
ットラインBLはVp−Vthの電圧レベルに、データ
感知ライン26は電源供給電圧Vccのレベルに迅速に
プリチャージされる。
【0033】その後、時点t3 でプリチャージ制御信号
φpre が論理“L”レベルへ遷移してビットラインBL
のプリチャージ動作は終了し、そして、選択メモリトラ
ンジスタに記憶されたデータの感知動作が開始される。
即ち、論理“L”レベルに遷移したプリチャージ制御信
号φpre に応じてN形トランジスタ52がオフ、P形ト
ランジスタ42がオン状態になる。更に、N形トランジ
スタ48,50が、それぞれ定電圧Vref及び論理
“H”レベルの感知制御信号φsae によりオン状態にな
り、これに従ってライン54は、P形トランジスタ40
から微小な感知電流Isen、例えば4μAほどの感知
電流が供給されるように、所定の電圧に設定される。即
ち例えば、3.3Vの電源供給電圧Vccが使用される
場合、このライン54に設定される所定の電圧は2Vほ
どである。
【0034】図1に示したメモリトランジスタM1の記
憶データ“0”を読出すと仮定する。この場合、ワード
ラインWL1には例えば接地電圧Vssの読出電圧が印
加され、残りの第1選択ラインSG1、第2選択ライン
SG2、ワードラインWL2〜WL16には電源供給電
圧Vccが印加される。すると、メモリトランジスタM
1はデプレッションモードにあるのでオン状態になる。
このときに、時点t3後、即ち図10のデータ感知期間
においてメモリトランジスタM1を通じて接地へ流れる
電流は、電流供給回路12による感知電流Isenの供
給量よりも多くなる。従って、ビットラインBLの寄生
容量Cblを充電していたプリチャージ電圧が低くな
る。ビットラインBLの寄生容量Cblの値はデータ感
知ライン26の寄生容量Csoの値よりかなり大きいの
で、曲線166,162から分るように、ビットライン
BLにおけるプリチャージ電圧Vp−Vthからの小変
化に対してデータ感知ライン26におけるプリチャージ
電圧Vccからの変化が大きく現れる。つまり、ビット
ラインBLの電圧変化が増幅されてデータ感知ライン2
6へ現れて大きく変化し、曲線162のように、データ
感知ライン26の電圧は短時間でセンスアンプ14のト
リップ電圧Vtr以下に降下する。その結果、短期間で
データ感知動作が実行される。このように、センスアン
プ14の増幅率は、ビットライン寄生容量Cblとデー
タ感知ライン寄生容量Csoとの比に応じて決定される
ので、この比が大きいほど感知速度が高速になる。
【0035】一方、メモリトランジスタM1の記憶デー
タが論理“1”である場合は、メモリトランジスタM1
はエンハンスメントモードにあるのでオフ状態になる。
従って、プリチャージされたビットラインBLの電圧レ
ベルは、曲線164から分かるように変化せず、これに
従ってデータ感知ライン26は、曲線160から分るよ
うにプリチャージ電圧Vccを維持する。
【0036】図9の時点t3 から時点t4 までのデータ
感知期間中で選択メモリトランジスタの記憶データに従
いデータ感知ライン26の電圧レベルが決定されると、
時点t4 で、ラッチ制御信号φlat が論理“L”レベル
から論理“H”レベルへ活性化される。これに従ってN
形トランジスタ38がオンし、読出データに従うデータ
感知ライン26の電圧レベルをもってデータラッチ回路
33がラッチ動作を行う。即ち、論理“0”データを記
憶したメモリトランジスタの場合は、データ感知ライン
26の電圧レベルがセンスアンプ14のトリップ電圧V
trよりも低くなるのでN形トランジスタ36がオフ状
態になり、従ってデータラッチ回路33は、時間t1
2 の初期化によるノード22の貯蔵論理“0”を維持
する。一方、論理“1”データを記憶したメモリトラン
ジスタの場合は、データ感知ライン26の電圧レベルが
プリチャージ電圧Vccに維持されるのでN形トランジ
スタ36がオン状態になり、従ってデータラッチ回路3
3は、初期化によるノード22の貯蔵論理“0”を論理
“1”に変更してラッチする。このデータラッチ回路3
3のデータラッチ動作後、ラッチ制御信号φlat が論理
“L”レベルへ遷移するとN形トランジスタ38がオフ
し、データ感知回路は非活性化される。
【0037】次いで時点t5 で読出制御信号φreadが論
理“H”レベルへ遷移すると、これに応じてトライステ
ートインバータ58が活性化され、データラッチ回路3
3に貯蔵されたデータがデータ出力バッファ(図示略)
へ出力される。その後、時点t6 で読出終了制御信号φ
sfinが論理“H”レベルへ遷移すると、これに応じて制
御信号発生回路80が読出動作制御信号ROPを論理
“L”レベルへ遷移させ、データ読出動作の終了とな
る。また、基準電圧発生回路10は、論理“L”レベル
に遷移する読出動作制御信号ROPに応じて、ビットラ
インBLのプリチャージ電圧を決定するビットラインレ
ベル制御信号BLSHを電源供給電圧Vccとする(図
示略)。
【0038】以上、1本のビットラインBLと関連して
データ読出動作を説明してきたが、図11に示すよう
に、多数のビットラインBL1〜BLnと関連したデー
タ読出も上記同様の読出動作にて遂行される。異なる点
は、1本の選択されたワードラインに接続された全メモ
リトランジスタからデータが一括して読出されるという
ことである。即ち、ページ読出である点を除いては、各
ビットラインBL1〜BLnのプリチャージと、そし
て、選択された複数のメモリトランジスタの記憶データ
に対する感知及びラッチ動作は、上記動作と同じであ
る。図中、符号200で示すのは行デコーダであり、ペ
ージ読出動作と関連した該行デコーダ200の動作及び
構成は韓国特許出願第93−390号に詳しい。
【0039】本実施形態例では、NANDセルユニット
に接続されたビットラインについて説明してきたが、こ
のようなメモリセルの形態に限られるわけではない。例
えば、各ビットラインと接地電圧との間に直列に設けた
1個の選択トランジスタと1個のメモリトランジスタと
からなる多数のメモリセルが並列接続されるものでも、
多数のスプリットゲートチャネル(split-gate channe
l)形メモリセルが接続されるものでも適用可能であ
る。
【0040】
【発明の効果】本発明によれば、ビットラインと該ビッ
トラインより寄生容量の小さいデータ感知ラインとの間
に設置され、ビットラインに電源供給電圧レベルより低
いプリチャージ電圧を設定する手段と、データ感知ライ
ンを通してプリチャージ期間で大電流を供給し且つデー
タ感知期間で微小電流を供給する電流供給回路と、を設
けたので、ビットラインの読出充電を迅速に行い得る。
また、データ感知動作でビットラインの小電圧変化に応
じデータ感知ラインが大電圧変化して増幅が行われるの
で、データ感知速度が向上する。更に、データ感知動作
でビットラインには微小電流が供給されるので、ビット
ラインのノイズ特性が向上するという長所がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】ビットラインに接続されたNANDセルユニッ
トの回路図。
【図2】本発明によるデータ読出回路を示す回路図。
【図3】図2に示した基準電圧発生回路10の要部回路
図。
【図4】読出動作制御信号ROPを発生する回路の回路
図。
【図5】分離制御信号φSBL 、初期化制御信号φDCB
プリチャージ制御信号φpre を発生する回路の回路図。
【図6】感知制御信号φsae 及びラッチ制御信号φlat
を発生する回路の回路図。
【図7】読出制御信号φreadを発生する回路の回路図。
【図8】読出終了制御信号φsfinを発生する回路の回路
図。
【図9】図2に示したデータ読出回路で使用する各制御
信号の波形図。
【図10】プリチャージ期間及びデータ感知期間におけ
るビットラインとデータ感知ラインの電圧変化を示す波
形図。
【図11】本発明によるデータ読出回路の他の例を示す
回路図。
【符号の説明】
10,16 プリチャージ設定回路 12 電流供給回路 14 センスアンプ

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 メモリトランジスタを接続したビットラ
    イン用に備えられる不揮発性半導体メモリ装置のデータ
    読出回路において、 ビットラインに対応して設けられ、ビットラインよりも
    寄生容量を小さくしたデータ感知ラインと、該データ感
    知ラインとビットラインとの間に接続されたエンハンス
    メントモードのMOSトランジスタ(しきい値Vth)
    及び該トランジスタのゲートに基準電圧(Vp)を提供
    する基準電圧発生回路からなるプリチャージ設定回路
    と、カレントミラー回路を用いて構成され、該カレント
    ミラーの電流をプリチャージ制御信号に応じて増減させ
    ることで、前記データ感知ラインを通してビットライン
    へ、プリチャージ時にプリチャージ電流を供給するとと
    もにプリチャージ後はそのプリチャージ電流よりも少量
    の感知電流を供給する電流供給回路と、プリチャージ後
    の前記データ感知ラインの電圧変化に従いデータを感知
    してラッチするセンスアンプと、を備え、前記プリチャ
    ージ電流により、前記データ感知ラインのプリチャージ
    電圧を電源供給電圧のレベルとし且つビットラインのプ
    リチャージ電圧をVp−Vth以下のレベルにすること
    を特徴とするデータ読出回路。
  2. 【請求項2】 ビットラインのプリチャージ電圧が電源
    供給電圧の1/3以下になるようにしてある請求項1記
    載のデータ読出回路。
  3. 【請求項3】 基準電圧発生回路による基準電圧は、セ
    ンスアンプのトリップ電圧と等しくされる請求項1又は
    請求項2記載のデータ読出回路。
  4. 【請求項4】 電流供給回路は、プリチャージ制御信号
    でゲート制御されて電源供給電圧を入力する第1のMO
    Sトランジスタと、該第1のMOSトランジスタに直列
    接続され、感知制御信号でゲート制御される第2のMO
    Sトランジスタと、該第2のMOSトランジスタに並列
    接続され、ゲートがダイオード接続された第3のMOS
    トランジスタと、前記第2及び第3のMOSトランジス
    タに直列接続され、定電圧でゲート制御される第4のM
    OSトランジスタと、該第4のMOSトランジスタに直
    列接続され、前記感知制御信号でゲート制御される第5
    のMOSトランジスタと、電源供給電圧とデータ感知ラ
    インとの間に設けられ、ゲートが前記第3のMOSトラ
    ンジスタのゲートに接続された第6のMOSトランジス
    タと、前記プリチャージ制御信号でゲート制御されて前
    記第6のMOSトランジスタのゲートをオン電圧にする
    第7のトランジスタと、を備えてなる請求項1〜3のい
    ずれか1項に記載のデータ読出回路。
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