JP3599990B2 - 半導体メモリ装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体メモリ装置に関するもので、特に書き換え可能回数が増えたり、保持時間が長くなっても確実にセル情報を読み出すことができる半導体メモリ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、FeRAM(Ferro−electric Random Access Memory )、EPROM(Erasable and Programmable Read Only Memory)、EEPROM(Electrical Erasable and Programmable Read Only Memory)などの不揮発性半導体メモリが注目されている。EPROMやEEPROMでは、浮遊ゲートに電荷を蓄積し、電荷の有無による閾値電圧の変化を制御ゲートによって検出することで、データの記憶を行わせるようになっている。また、EEPROMには、メモリチップ全体でデータの消去を行うか、あるいは、メモリセルアレイを任意のブロックに分けてその各ブロック単位でデータの消去を行うフラッシュEEPROMがある。
【0003】
フラッシュEEPROMを構成するメモリセルは、スプリットゲート型とスタックトゲート型に大きく分類される。
スプリットゲート型のフラッシュEEPROMは、WO92/18980(G11C 13/00)に開示されている。
図2に、同公報(WO92/18980)に記載されているスプリットゲート型メモリセル101の断面構造を示す。
【0004】
P型単結晶シリコン基板102上にN型のソースSおよびドレインDが形成されている。ソースSとドレインDに挟まれたチャネルCH上に、第1の絶縁膜103を介して浮遊ゲートFGが形成されている。浮遊ゲートFG上に第2の絶縁膜104を介して制御ゲートCGが形成されている。制御ゲートCGの一部は、第1の絶縁膜103を介してチャネルCH上に配置され、選択ゲート105を構成している。第2の絶縁膜104に囲まれた浮遊ゲートFGに電子を蓄えることでデータの記憶を行う。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、浮遊ゲートFGに電子を蓄えるものでは書き換え回数が多くなるとメモリセルに流れるセル電流が減少し、データの安定な書き込み及び読み出しが出来なくなるという問題がある。これは、書き換え回数が多くなると第2の絶縁膜104の劣化が生じ、浮遊ゲートFGから電子が抜けにくくなるとともに、一旦抜けた電子が第2の絶縁膜104にトラップされてから再び浮遊ゲートFGに戻るようになり、浮遊ゲートFGの電位が低下して、浮遊ゲートFG下にチャネルが形成されずらくなることが原因と思われる。
【0006】
この劣化はセルにより異なり、バラツキを持つ。極端に悪い場合には読み出しできなくなる。
この問題は、不揮発性半導体メモリ装置において顕著であるが通常の半導体メモリ装置においてもメモリセルの欠陥などによりセル情報が読み出されない場合がある。重要なデータがそのようなメモリセルに記憶されていると問題となる。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述の課題を解決するために成されたもので、同一のアドレスを有するメモリセルを備える複数のメモリセルアレイに長期間保持させたいデータや書き換え回数の多いデータを記憶させる半導体メモリ装置であって、nビットのデータを入出力するデータピンと、スペシャルセクター用のデータを入出力するスペシャルセクター用データピンと、前記スペシャルセクター用のデータが到来したことを示す制御信号が印加されるスペシャルセクター用制御ピンと、前記nビットのデータ中の1ビットのデータと前記スペシャルセクター用データピンからのデータとが印加されるスイッチを複数個備えるスイッチ群と、該スイッチ群からのnビットのデータを記憶するn枚のメモリセルアレイと、該n枚のメモリセルアレイからのnビットのデータをアンプするセンスアンプ群と、電流源トランジスタと、前記センスアンプ群からの読み出し信号がゲートに印加されソース・ドレインが前記電流源トランジスタに接続された第1のトランジスタ群と、前記nビットのデータの読み出し電流の和に応じた電圧値の中間値近傍の電圧を発生する基準電圧源と、前記電流源トランジスタと前記第1のトランジスタ群との接続点の電圧と前記基準電圧源の基準電圧とを比較する比較回路とを備え、該比較回路のレベル比較結果を読み出しデータとして出力するようにしたことを特徴とする。
【0008】
【発明の実施の形態】
本発明の半導体メモリ装置を不揮発性半導体メモリ装置を用いて説明する。本発明の不揮発性半導体メモリ装置では同一のnビットのデータ(重要データ)を各々アドレスが共通なn枚(nは正の整数)のメモリセルアレイに記憶させ、該n枚のメモリセルアレイを同時に読み出して、そのn個の読み出し電流の和に応じた電圧と基準電圧とをレベル比較し、そのレベル比較結果をメモリセルアレイの読み出しデータとして出力する。
【0009】
これにより、n個のメモリセルのフローテイングゲートに電子が注入されていなければ、読みだし時のセル電流がトータルでn倍流れる。そこで、そのn倍の電流に応じた電圧と、その中間の基準電圧とのレベル比較を行う。そのレベル比較結果を読み出し出力として導出する。
これにより、n個の読み出しセル電流の内いくつかが流れなくてもトータルでは基準電圧に対して十分な余裕を持って判別できる。
【0010】
逆に、n個のメモリセルのフローテイングゲートに電子が注入されており、セル電流が流れないとする。この状態で何らかの理由でいくつかのセル電流が流れたとしても基準値に達せなければ、電流が流れていないと判別される。
従って、読み出しの検出精度が上昇することになり、半導体メモリ装置の書き換え可能回数と保持時間を長くできる。
【0011】
例えば、8枚のメモリセルアレイを使用する場合に8I(Iは1メモリセルに応じて流れる電流)が流れるとすると、基準電圧作成には4I近傍の例えば3.9I又は4.1の電流を使用する。これにより、8個のメモリセルの内、3個が仮に動作しなくなり電流がゼロとなっても判別ができる。基準電圧の大きさは設計思想に応じて自由に変えられる。例えば、3.8Iにしてもよいし、4.2Iにしてもよい。
【0012】
図1は本発明の半導体メモリ装置の全体図を示す。図1において、200は8ビットのデータを入出力するデータピン、201はスペシャルセクター用(重要データ)の1ビットのデータを入出力するスペシャルセクター用データピン、202は前記スペシャルセクター用のデータが到来したことを示す制御信号が印加されるスペシャルセクター用制御ピン、203は前記8ビットのデータ中の1ビットのデータと前記スペシャルセクター用データピン201からのデータとが印加されるスイッチ(203A、203B、203C・・・)を複数備えるスイッチ群、204は該スイッチ群203からの8ビットのデータを記憶する8枚のメモリセルアレイ、205は該8枚のメモリセルアレイ204からの8ビットのデータをアンプするセンスアンプ群、206は該センスアンプ群205からの8ビットのデータの読み出し電流の和に応じた電圧と基準電源207の基準電圧とを比較する比較回路である。
【0013】
まず、図1の装置が通常のデータを記憶及び読み出しする場合について説明し、その後、長期間保持させたいデータや書き換え回数の多いデータを記憶させる場合について説明する。
通常のデータの入出力は、データピン200を介して行われる。今、8ビットの入力データがデータピン200に印加されたとすると、該入力データはスイッチ群203を構成するスイッチ(203A、203B、203C・・・)に並列に印加される。スイッチ群203は、スペシャルセクター用制御ピン202からの制御信号に応じて、データピン200又はスペシャルセクター用データピン201からのデータを選択出力する。
【0014】
この場合にはデータピン200からのデータが選択され8ビットのデータが入力バッファ208を介してカラムデコーダ209に印加される。
一方、アドレスラッチ210からはアドレス情報がカラムデコーダ209とロウデコーダ211に印加され、メモリセルアレイのアドレスが指定される。
メモリセルアレイM1乃至M8では各々同じアドレスが指定されカラムデコーダ209からのデータが記憶される。
【0015】
読み出し時には、やはりカラムデコーダ209とロウデコーダ211により読み出しアドレスの指定が行われ、指定されたメモリセルがカラムデコーダ209からセンスアンプ群205に接続され、センスアンプ群205によって読み出されたデータが出力バッファ212を介してデータピン200に印加される。
次に、長期間保持させたいデータや書き換え回数の多いデータを記憶させる場合には、スペシャルセクター用制御ピンからの制御信号に応じてスイッチ群203が反対に切り替わる。このような記憶を行うデータの記憶領域をスペシャルセクタと称する。
【0016】
スイッチ群203が反対に切り替わると、スペシャルセクター用データピン201からの1ビットのデータが選択されて入力バッファ208に印加される。以降の記憶動作は前述の通りであり、8個の同じデータが8枚のメモリセルアレイに記憶されることになる。
読み出し時には前述の場合と同様にセンスアンプ群205から8ビットの同じデータが発生し、比較回路206で基準電源207の基準電圧と比較される。比較回路206は、8ビットの信号の和と、その中間値近傍に設定する基準電圧とのレベル比較を行う。これにより、8個の読み出しセル電流の内いくつかが動作しなくてもトータルでは基準電圧に対して十分な余裕を持って判別できる。
【0017】
そして、その判別結果をスペシャルセクター用出力バッファ213を介してスペシャルセクター用データピン201から外部に導出する。
従って、図1の装置によれば、読み出しの検出精度が上昇することになり、半導体メモリ装置の書き換え可能回数と保持時間を長くできる。
比較回路206の具体的回路構成を図3に示す。図3では8ビットではなく3ビットの場合で説明する。尚、図1の説明ではメモリのすべてのメモリセルアレイを使用したが1部を使用してもよい。
【0018】
図3の端子301乃至303には、センスアンプ群205の出力信号が印加される。
今、読み出されるべき信号が「L」レベルであり、端子301乃至303に全て「H」レベルの信号が印加されたとすると、トランジスタ304、305、306はオンする。
【0019】
尚、メモリの読み出し時には端子307、308、309及び310に「H」レベルの信号が印加され、回路をリードイネーブル(READ ENABLE)とする。 トランジスタ304、305、306は同じトランジスタサイズで構成するので、オン抵抗は同じであり、等しい電流Ioが流れ3Ioがトランジスタ314に流れる。このため、トランジスタ315のゲートには電流3Ioとトランジスタ314のオン抵抗により定まる低い電圧が発生する。
【0020】
一方、トランジスタ311、312、313は、トランジスタ304、305、306と同じトランジスタサイズで構成される。このため、トランジスタ311には電流Ioが流れ、トランジスタ312、313には電流Io/2が流れる。このため、電流1.5Ioがトランジスタ316に流れる。そして、トランジスタ317のゲートには電流1.5Ioとトランジスタ316のオン抵抗により定まる中間電圧が発生する。
【0021】
トランジスタ315、317は差動増幅器を構成し、2つの入力電圧のレベル比較を行う。前述の状態ではトランジスタ317のゲートの方が高いので、トランジスタ317がオンし、トランジスタ315がオフする。トランジスタ318、319はオフしており、トランジスタ320、321からなる電流ミラー回路322が動作する。即ち、トランジスタ317のソース・ドレイン間に流れる電流と同一の電流がトランジスタ315のソース・ドレイン間に供給され、トランジスタ315のドレイン電圧は増加する。このため、出力端子323には「L」レベルの出力信号が得られる。
【0022】
この場合に3つのメモリセルアレイからのセル電流のいずれかが流れず、端子301乃至303に加わる信号の大きさが低下したとしても、3つの合計を利用して判別しているので判別の確実性が増加する。
又、ワード線、ビット線、デコーダの不良などにより、3つの内の1つのセル電流が完全に流れない場合には、電流2Ioがトランジスタ314に流れる。このため、トランジスタ315のゲートには電流2Ioとトランジスタ314のオン抵抗により定まる電圧が発生する。この場合でもトランジスタ317のゲートには電流1.5Ioとトランジスタ316のオン抵抗により定まる電圧が発生しているので、トランジスタ317のゲート電圧の方が高くなる。
【0023】
次に、読み出されるべき信号が「H」レベルであり、端子301乃至303に全て「L」レベルの信号が印加されたとすると、トランジスタ315のゲートには電圧VDDが印加される。すると、トランジスタ315がオンし、出力端子323には「H」レベルの出力信号が得られる。この場合もトランジスタ304乃至306のいずれかがオンしたとしても「H」レベルの出力信号が得られる。
【0024】
【発明の効果】
本発明によれば、読み出しの検出感度が上昇することになり、半導体メモリ装置の書き換え可能回数と保持時間を長くできる。
又、本発明によれば、スペシャルセクター用のデータピンと制御ピンとスイッチ群を従来のメモリ装置に追加するだけでよいので簡単に読み出しの検出精度が上昇する。
【0025】
本発明の半導体メモリ装置は、データの保持時間が重要である不揮発性半導体メモリ装置に用いて特に好適である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体メモリ装置を示すブロック図である。
【図2】スプリットゲート型メモリセルの断面図である。
【図3】本発明の半導体メモリ装置の比較回路206の具体的回路例である。
【符号の説明】
200 データピン
201 スペシャルセクター用データピン
202 スペシャルセクター用制御ピン
203 スイッチ群
204 メモリセルアレイ
206 比較回路
323 出力端子
Claims (2)
- 同一のアドレスを有するメモリセルを備える複数のメモリセルアレイに長期間保持させたいデータや書き換え回数の多いデータを記憶させる半導体メモリ装置であって、
nビットのデータを入出力するデータピンと、
スペシャルセクター用のデータを入出力するスペシャルセクター用データピンと、
前記スペシャルセクター用のデータが到来したことを示す制御信号が印加されるスペシャルセクター用制御ピンと、
前記nビットのデータ中の1ビットのデータと前記スペシャルセクター用データピンからのデータとが印加されるスイッチを複数個備えるスイッチ群と、
該スイッチ群からのnビットのデータを記憶するn枚のメモリセルアレイと、
該n枚のメモリセルアレイからのnビットのデータをアンプするセンスアンプ群と、
電流源トランジスタと、
前記センスアンプ群からの読み出し信号がゲートに印加されソース・ドレインが前記電流源トランジスタに接続された第1のトランジスタ群と、
前記nビットのデータの読み出し電流の和に応じた電圧値の中間値近傍の電圧を発生する基準電圧源と、
前記電流源トランジスタと前記第1のトランジスタ群との接続点の電圧と前記基準電圧源の基準電圧とを比較する比較回路とを備え、該比較回路のレベル比較結果を読み出しデータとして出力するようにしたことを特徴とする半導体メモリ装置。 - 前記比較回路は、ベースに前記電流源トランジスタと前記第1のトランジスタ群との接続点の電圧が印加されるトランジスタと、前記基準電圧源の基準電圧が印加されるトランジスタとを含むことを特徴とする請求項1記載の半導体メモリ装置。
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JP35747397A JP3599990B2 (ja) | 1997-12-25 | 1997-12-25 | 半導体メモリ装置 |
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JP35747397A JP3599990B2 (ja) | 1997-12-25 | 1997-12-25 | 半導体メモリ装置 |
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JPH11185487A JPH11185487A (ja) | 1999-07-09 |
JP3599990B2 true JP3599990B2 (ja) | 2004-12-08 |
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ID=18454310
Family Applications (1)
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JP35747397A Expired - Fee Related JP3599990B2 (ja) | 1997-12-25 | 1997-12-25 | 半導体メモリ装置 |
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1997
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