JP3615009B2 - 半導体記憶装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体記憶装置に係り、特に不揮発性メモリセルの情報を検知する際にビット線を充電する電流とセル電流の大小で決まる電位を検知する方式の半導体メモリにおけるセンスアンプに関するもので、例えばNAND型EEPROMなどの不揮発性半導体メモリに使用される。
【0002】
【従来の技術】
EEPROMは、電源を切っても不揮発性セルのデータが消えない等の利点があり、近年大幅に需要が増大している。特に、1トランジスタでメモリセルが構成された一括消去可能なフラッシュメモリは、大容量の磁気ディスクの代替等の用途が期待されている。また、EEPROMの中で高集積化が可能なものとして、NANDセル型のEEPROMが知られている。
【0003】
図1は、一括消去可能なNANDセル型EEPROMの全体構成を示す。
このEEPROMは、複数のNAND型メモリセルがマトリクス状に配設され、縦方向にビット線BLが多数本、横方向にワード線WLが多数本配列されているメモリセルアレイ11と、外部から入力されたアドレスに基いて上記メモリセルアレイ11のワード線を選択駆動するロウデコーダ12と、上記メモリセルアレイ11のビット線に接続されているセンスアンプ(および書込みデータラッチ回路)13と、このセンスアンプ13に接続されているカラムゲート15と、外部から入力されたアドレスに基き上記カラムゲート15を制御し、対応するビット線およびセンスアンプ13を選択するカラムデコーダ14と、前記カラムゲート15に接続されているI/Oバッファ18と、書き込み動作や消去動作に必要な高電圧を供給するための昇圧回路16と、チップ外部とのインターフェースをとるための制御回路17とを具備している。
【0004】
前記ロウデコーダ12は、データの書き込み時、消去時およびデータの読み出し時にそれぞれアドレス信号に基づいて前記複数のワード線WLを選択駆動するものであり、そのワード線ドライバには、所要の電圧が供給される。
【0005】
また、データの書き込み、消去、データの読み出しに際して、ビット線BLに対して所要の電圧をそれぞれ選択的に供給するビット線ドライバ(図示せず)が設けられている。
【0006】
図2(a)は、図1中のメモリセルアレイ11のNAND型メモリセルの一例を示している。
即ち、浮遊ゲートと制御ゲートを有するNチャネルのMOSFETからなる複数個のメモリセルトランジスタM1 〜M8 が直列に接続され、一端側のドレインが選択ゲート用のNMOSトランジスタQ1 を介してビット線BLに、多端側のソースが選択ゲート用のNMOSトランジスタQ2 を介して共通ソース線CSに接続されている。
【0007】
上記各トランジスタは同一のウェルW上に形成されており、メモリセルM1 〜M8 の制御電極は行方向に連続的に配設されたワード線WL1 〜WL8 に接続されており、選択トランジスタQ1 の制御電極は選択線SL1 に、選択トランジスタQ2 の制御電極は選択線SL2 に接続されている。
【0008】
前記メモリセルトランジスタM1 〜M8 は、それぞれ保持するデータに応じた閾値を持っている。NAND型フラッシュメモリの場合は、通常、メモリセルトランジスタがディプレッション型(Dタイプ)になっている状態を“1”データの保持状態(消去状態)、メモリセルトランジスタがエンハンスメント型(Eタイプ)になっている状態を“0”データの保持状態(書き込み状態)と定義している。また、“1”データが保持されているメモリセルトランジスタの閾値を正方向にシフトさせ、“0”データを保持するようにすることを「書き込み動作」と呼び、“0”データが保持されているメモリセルトランジスタの閾値を負方向にシフトさせ“1”データを保持するようにすることを消去動作と呼ぶ。
【0009】
図2(b)は、NANDセルのメモリセルトランジスタの閾値電圧の分布の一例を示す。
次に、このようなNANDセルに対するデータの書き込み、消去、データの読み出しの動作の一例について説明する。
【0010】
NANDセルに対するデータの書き込みは、ビット線BLから遠い方のメモリセルトランジスタから順次行われる。メモリセルトランジスタが例えばnチャネルの場合を説明すると、ビット線BLにはデータ“0”の書き込み(閾値をシフトさせる場合)/“1”の保持(閾値をシフトさせない場合)に応じて例えば0V/中間電圧VM (書き込み電圧VPPと接地電位との間のほぼ中間の電圧)が印加される。
【0011】
また、選択メモリセルトランジスタの制御ゲートには、セルの閾値をシフトさせるために必要な電界を得ることが可能な昇圧された書き込み電圧VPPが印加され、この選択されたメモリセルトランジスタよりビット線側にある非選択メモリセルトランジスタの制御ゲートおよび選択トランジスタのゲートには、セルの閾値をシフトさせずにビット線BLの電圧を選択メモリセルトランジスタに転送するために必要な中間電圧VM 、選択線SL2 には0V、ウェルWには0V、共通ソース線CSには0Vが印加される。
【0012】
この結果、選択トランジスタQ1 からメモリセルM8 までのすべてのトランジスタは導通し、ビット線BLの電圧は非選択メモリセルトランジスタを転送されて選択メモリセルトランジスタのドレインまで伝わる(この場合、メモリセルトランジスタの閾値落ちは考慮しなくてよい。なぜなら、メモリセルトランジスタの書き込み前に通常は消去が行われ、メモリセルトランジスタの閾値落ちはない)。
【0013】
従って、書き込みデータが“0”の時(ビット線BLに0Vが印加された時)には、選択メモリセルトランジスタは、浮遊ゲートとチャネルおよびドレインとの間に高電界が加わり、浮遊ゲートに電子がトンネル注入され、閾値が正方向に移動する。また、書き込みデータが“1”の時(ビット線BLにVM が印加された時)には、選択メモリセルトランジスタは、浮遊ゲートとチャネルおよびドレインとの間にVM しか印加されないので、閾値の正方向のシフトは抑圧され、閾値は変化しない。このようにビット線BLにセルの閾値をシフトさせないために印加されるある値の電圧VM を書き込み禁止電圧と呼ぶ。
【0014】
NANDセルに対するデータの消去は、NANDセル内の全てのメモリセルトランジスタに対して同時に行われる。即ち、ビット線BLは開放(オープン)状態にされ、全てのメモリセルトランジスタの制御ゲートに0Vが印加され、p型ウェルWおよびn型基板に対してセルデータを消去させるために必要な昇圧された消去電圧VE 、選択線SL1 、SL2 には選択トランジスタQ1 、Q2 のゲートが破壊しないような電圧(例えばウェルWと同電位)、共通ソース線CSはウェルWと同電位(または開放状態)が印加される。これにより全てのメモリセルトランジスタにおいて浮遊ゲートの電子がゲート絶縁膜を介してp型ウェルに放出され、閾値が負方向に移動する。
【0015】
NANDセルに対するデータの読み出しは、選択メモリセルトランジスタの制御ゲートに0Vの基準電圧、それ以外のメモリセルトランジスタの制御ゲートおよび選択トランジスタのゲートには例えば電源電圧Vcc、ウェルWに0V、共通ソース線CSに0Vが印加される。こうして、選択メモリセルトランジスタに電流が流れるか否かがセンスアンプにより検出されることにより行われる。
【0016】
この場合、選択メモリセル以外のすべてのトランジスタ(非選択メモリセルを含む)がオンする。選択メモリセルトランジスタに“0”が保持されている時にはこのメモリセルは非導通状態となりビット線の電位は変化がないが、“1”が保持されている時には導通状態となるのでビット線は放電され、ビット電位が低下する。
【0017】
図3は、図1中のメモリセルアレイ11におけるビット線BLの一部(例えば5本分)に対応する回路を取り出して示している。
この回路において、MCはビット線BLに接続されたNAND型メモリセル、S/Aはビット線BLに接続されたセンスアンプ、Data Busは前記センスアンプS/Aに接続されたデータバスである。なお、Olatch、CMout 、SBL 、DCB 、BLSHF は前記センスアンプS/Aに供給される制御信号あるいは制御電圧である。
【0018】
ここで、図3の回路におけるデータを読み出す際の動作の概要を述べる。まず、各ビット線BLを電源電位にプリチャージし、特定のワード線WLi(i=1、2、…8)を選択し、この特定のワード線に接続されている複数のメモリセルトランジスタM1 〜M8 の各データに応じて各ビット線BLが放電されるか否(放電されずにプリチャージ状態の電位を保つ)かを各センスアンプS/Aによりセンス増幅する。
【0019】
図17は、図3中のセンスアンプS/Aの1個分を取り出して従来の提案例を示している。
このセンスアンプは、プリチャージ制御信号CMout に基づいてビット線BLを所定期間に充電するための定電流源用のPチャネルトランジスタM1と、前記ビット線BLに直列に挿入され、ゲートに制御電圧BLSHF が与えられるビット線電位クランプ用のNチャネルトランジスタM5と、前記PチャネルトランジスタM1とNチャネルトランジスタM5との間のビット線電位センスノードN3に読み出されたメモリセルデータをラッチするラッチ回路LTと、前記ビット線電位センスノードN3の電荷をディスチャージ制御信号DCB に基づいて所定期間に放電するためのNチャネルトランジスタM2と、前記ラッチ回路LTの第1のラッチノードN1と接地ノードとの間に接続され、ゲートが前記ビット線電位センスノードN3に接続されたビット線電位センス用のNMOSトランジスタM3と、前記ラッチ回路LTの第1のラッチノードN1と接地ノードとの間で前記NMOSトランジスタM3に直列に接続され、ゲートに所定期間印加される制御信号Olatchによりオン状態に制御されるラッチ回路強制反転制御用のNMOSトランジスタM4と、前記ビット線電位センスノードN3と前記ラッチ回路LTの第2のラッチノードN2との間に挿入され、制御信号SBL によりゲート駆動されるセンスアンプリセット用およびトランスファーゲート用のNMOSトランジスタM6とを具備する。
【0020】
前記ラッチ回路LTは、第1のCMOSインバータ回路IV1および第2のCMOSインバータ回路IV2の互いの入力ノードと出力ノードが交差接続された(逆並列接続された)フリップフロップ回路(ラッチ回路)からなる。
【0021】
この場合、第1のCMOSインバータ回路IV1の入力ノード(第1のラッチノードN1)は、強制反転制御用のNMOSトランジスタM4に接続されており、強制反転入力ノードである。また、第2のCMOSインバータ回路IV2の入力ノード(第2のラッチノードN2)は前記センスアンプリセット用のNMOSトランジスタM6に接続されるとともに前記データバスData Busが接続されており、リセットノードである。
【0022】
次に、図17のセンスアンプの読み出し、消去、書き込み動作を説明する。
EEPROMの通常の読み出し時には、まず、トランジスタM2とM6を所定期間オンさせてラッチ回路LTをリセットし、ノードN2を“L”、ノードN1を“H”にする。この後、トランジスタM1による定電流でビット線BLを充電し、定電流を流したまま、メモリセルトランジスタの閾値状態によって生じるセル電流Icellでビット線を放電させ、所定時間後にトランジスタM4をオンさせる。
【0023】
この場合、ビット線BLにNANDセルから“1”データが読み出された時には、セル電流Icellが流れるのでビット線電位が低下し、トランジスタM3はオフであり、ノードN1はラッチ回路LTのリセット状態の“H”のままとなる。逆に、ビット線BLにNANDセルから“0”データが読み出された時には、セル電流Icellは流れないのでビット線電位は“H”に保たれ、トランジスタM3がオンになり、ラッチ回路LTの記憶データが強制反転され、ノードN1は“L”、ノードN2を“H”になる。選択されたカラムに対応するラッチ回路LTのノードN2のデータは、データバスData Busに読み出される。
【0024】
EEPROMの消去時には、センスアンプは消去ベリファイ読み出し動作に使用される。この時、センスアンプは前記通常の読み出し時と同じ順序で動作し、メモリセルトランジスタが消去されていれば(“1”データの場合)、ノードN1は“H”、ノードN2は“L”となる。逆に、メモリセルトランジスタが消去できていなければ(“0”データの場合)、ノードN1は“L”、ノードN2は“H”となる。このデータをもとに、同時に動作している全てのセンスアンプS/AのノードN2が1つでも“H”となると消去不完全であるので、再度消去に入るための信号を出し再度消去する。
【0025】
EEPROMの書き込み時には、書き込み/書き込み禁止のデータを入力することにより、選択されたカラムに対応するラッチ回路LTのノードN2にデータバスData Busからデータが入力される。もし、“0”データ入力であればノードN2には“L”、“1”データ入力であればノードN2には“H”が入る。トランジスタM6がオン状態に制御されると、上記ノードN2のデータが上記トランジスタM6を通じてビット線BLに転送される。書き込み時には選択NANDセル内のチャネルは中間電位にブートされているので、ビット線BLに“L”データが印加された場合には書き込まれるが、“H”データが印加された場合には書き込みがされない。
【0026】
なお、EEPROMは、高速動作および高信頼性を得るために、書込み後のメモリセルトランジスタの閾値分布を狭く制御する必要があり、前述したように書込みを行う度に書き込まれた内容を読み出し(書き込みベリファイ読み出し)、書き込むべき内容と比較し、書き込まれた内容が不十分であればさらに書込みを続け、書き込まれた内容が書き込むべき内容と一致したことを確認すれば書込みを終了する。
【0027】
このような書き込みベリファイ読み出しに際して、ラッチ回路LTのリセット動作を行なわず、書き込みデータをセンスアンプS/Aに残したまま読み出しを行なう。この読み出し動作は、リセット動作がないこと以外は前記通常の読み出し時の動作と同じである。
【0028】
従って、書き込まないセルおよび書き込まれたセルに対応するラッチ回路LTのノードN2は“H”になり、書き込みが完了していないセルに対応するラッチ回路LTのノードN2は“L”となる。そこで、ノードN2のデータをそのまま用いて再度書き込み動作を行なうことにより、書き込み未完了のセルのみを書き込むことができる。
【0029】
また、書き込みベリファイ読み出し時には、通常の読み出し時には選択ワード線に0Vを印加するのに対して、選択ワード線にベリファイ電圧Vpvf ( >0V) を印加する。このため、0VからVpvf の間の閾値となるメモリセルトランジスタをさらに再書き込みし、書き込み閾値分布の最小値がベリファイ電圧Vpvf 以上となるまで書き込むことにより、読み出し電圧に対する書き込みばらつきのマージンをとっている。
【0030】
上記したように図17に示したセンスアンプは、読み出し時にはトランジスタM1による定電流を流したままセル電流Icellで放電するので、ビット線を充電してフローティング状態にしてからセル電流を流してビット線電位の低下をセンスする方式(例えばビット線プリチャージ・ディスチャージ方式)に比べて、読み出し時間は短く済むという特長がある。
【0031】
しかし、図17に示したセンスアンプは、読み出し時にトランジスタM1による定電流が常に流れるので、セルに記憶されているデータパターンによっては接地電位の浮きが生じる。特に、全てのセルが消去状態にある時には全てのビット線BLに大きなセル電流が流れ込む結果、NANDセルのソース側一端の拡散層などを用いた共通ソース線CSの抵抗成分の電圧降下によりソース側電位(例えば接地電位)が浮き易くなり、セル電流は減少する。さらに、この接地電位の浮きによるバックバイアス効果も加わり、セルの見かけ上の閾値が高くなる。
【0032】
ところで、EEPROMは、DRAMなどと比べて書込み/消去などの動作が遅いので、高速な書込み/読み出しを行うためにページ書込み方式やページ読み出し方式を採用したものがある。
【0033】
上記ページ書込み方式は、同一行線に接続されている複数のメモリセルのそれぞれに同時に複数の列線から書込みデータを書込む(ページ単位で書込む)方式である。また、前記ページ読み出し方式は、同一行線に接続されている複数のメモリセルからそれぞれの記憶データを同時に複数の列線に読み出してセンス増幅する(ページ単位で読みだす)方式である。
【0034】
このようなEEPROMにおいて、ページ書込みを行う際の書き込みベリファイ動作を想定して、前記共通ソース線CSの電位の浮き(以下、接地電位の浮きと称す)に起因して発生する問題を説明する。
【0035】
いま、ページサイズが例えば512カラムの場合に、書き込み前の全てのセルが消去状態にあるとし、1つだけ非常に書込み速度の速いメモリセルトランジスタが存在したと仮定する。1回目の書き込みで書き込み速度の速いセルが0V〜1V程度書き込みされ、他のセルの閾値は0V以下の状態となったとする。
【0036】
この状態でベリファイを行なうと、書き込みの速いセル以外の511カラムのセルはセル電流を流す状態であるから、NANDセルのソース側の配線(拡散層など)の寄生抵抗成分rにより電圧降下が生じ、接地電位が浮き上がる。
【0037】
この状態での書き込みの速いセルは、接地電位の浮きによってセル電流は減少するので、十分に書き込まれていなくても十分に書き込まれた(つまり、閾値電圧が実際の閾値電圧よりも高くなった)ように見えてしまう。この結果、書き込みの速いセルはベリファイ動作で書き込み完了と判断される。
【0038】
しかし、全てのセルの書き込みが完了した後のページ読み出しに際しては、かなりのセルは書き込まれているのでセル電流を流さなくなっており、接地電位の浮きが少ない状態になる。
【0039】
従って、この接地電位の浮きが少ない状態での読み出しでは、書き込みの速いセルは前記1回目の書き込み後のベリファイ動作時よりもセル電流が流れ易く見えるので、書き込みの速いセルは前記したように書き込み完了と判断されたにも拘らず書き込みが不十分であり、書き込み不良となってしまうおそれがある。
【0040】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように、不揮発性メモリセルの情報の読み出し時にビット線を充電しながらセル電流で放電してセンスする方式、複数のビット線に接続されている複数のメモリセルからそれぞれの記憶データを同時に読み出して検知する読み出し方式およびメモリセルに対する書込み後のベリファイモードを有する従来の半導体記憶装置においては、複数のメモリセルの一部に書込み速度の速いメモリセルが存在した場合に書込み後のベリファイ動作時に複数のメモリセルの共通ソース線の電位が浮き上がり、書込み不良が発生するという問題があった。
【0041】
本発明は上記問題点を解決すべくなされたもので、複数のメモリセルの一部に書込み速度の速いメモリセルが存在した場合でも、書込み後のベリファイ動作時に複数のメモリセルの共通ソース線の電位の浮き上がりを抑制でき、書込み不良の発生を防止し得る半導体記憶装置を提供することを目的とする。
【0042】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体記憶装置は、複数のビット線と、前記各ビット線に対応して設けられ、閾値が第1の範囲および第2の範囲をとることにより情報を記憶するメモリセルトランジスタを有し、同時に選択制御され、選択時には対応する前記ビット線の電荷を前記閾値に応じて放電するあるいは放電しないように制御され、放電した電荷の経路が共通に接続されている複数の不揮発性メモリセルと、前記複数の各ビット線に対応して設けられ、前記ビット線のビット線電位センスノードに読み出されたメモリセルデータを検知する複数のセンスアンプとを具備し、前記各センスアンプは、前記複数の各ビット線に対応して設けられ、対応するビット線を所定のタイミングで充電するための電流源と、相補的な第1および第2のノードを有し、前記メモリセルトランジスタにおける閾値の範囲に対応するデータをラッチするためのラッチ回路と、前記ラッチ回路の第1のノードと接地ノードとの間に接続され、前記複数のビット線のうち対応するビット線に接続されたゲートを有するビット線電位センス用のNMOSトランジスタと、前記ラッチ回路のラッチデータに基づいて、対応するビット線の充電経路をスイッチングするために挿入されたスイッチ回路と、前記ビット線のビット線電位センスノードと前記メモリセルとの間でビット線に直列に挿入されたビット線電位クランプ用のNMOSトランジスタと、前記ラッチ回路の前記第1のノードと接地ノードとの間に接続され、ゲートが前記ビット線電位センスノードに接続されたビット線電位センス用のNMOSトランジスタと、前記ラッチ回路の前記第1のノードと接地ノードとの間で前記ビット線電位センス用のNMOSトランジスタに直列に接続され、ゲートに所定期間印加される信号によりオン状態に制御されるNMOSトランジスタと、前記ビット線電位センスノードと前記ラッチ回路の前記第2のノードとの間に挿入され、前記メモリセルの読み出し時にはオフ状態に制御され、前記ラッチ回路のリセット時および前記メモリセルの書き込み時にはオン状態に制御されるセンスアンプリセット用およびトランスファーゲート用のNMOSトランジスタとを具備することを特徴とする。
【0043】
また、本発明の半導体記憶装置は、複数のビット線と、前記各ビット線に対応して設けられ、閾値が第1の範囲および第2の範囲をとることにより情報を記憶するメモリセルトランジスタを有し、同時に選択制御され、選択時には対応する前記ビット線の電荷を前記閾値に応じて放電するあるいは放電しないように制御され、放電した電荷の経路が共通に接続されている複数の不揮発性メモリセルと、前記各ビット線に対応して設けられ、前記ビット線のビット線電位センスノードに読み出されたメモリセルデータを検知する複数のセンスアンプとを具備し、前記各センスアンプは、前記各ビット線に対応して設けられ、対応するビット線を所定のタイミングで充電するための電流源と、前記メモリセルトランジスタにおける閾値の範囲に対応するデータをラッチするためのラッチ回路と、書込みベリファイ読み出し動作時には、前記ビット線充電用の電流源の電流の大きさを通常の読み出し動作時よりも小さくして、ビット線電位が変化し始めてからセンスアンプでセンスするまでのセンスアンプの読み出し時間を、通常の読み出し動作時よりも長くする制御回路とを具備することを特徴とする。
【0044】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
<実施例1>
図4は、本発明の半導体記憶装置の第1の実施の形態に係るNAND型EEPROMに適用されるビット線センスアンプの一例を示している。
【0045】
図4に示すセンスアンプは、例えば図1を参照して前述したように、複数個の不揮発性メモリセルがマトリクス状に配置されたメモリセルアレイ11からメモリセルの情報を検知する際に、電流源からビット線BLを充電するビット線負荷電流と選択セルに流れる放電電流の大小関係で決まるビット線電位センスノードの電位をセンスアンプS/Aにより検知する方式(セルの情報の読み出し時にビット線を充電しながらセル電流で放電してセンスする方式)、複数のビット線BLに接続されている複数のメモリセルからそれぞれの記憶データを同時に読み出して検知する読み出し方式およびメモリセルに対する書込み後のベリファイモードを有するNAND型EEPROMにおける各ビット線BLに対応して設けられている。
【0046】
このセンスアンプは、図17を参照して前述したセンスアンプと比較して、ビット線負荷回路用のPMOSトランジスタM1とビット線電位センスノードN3との間に、ビット線負荷電流制御用のPMOSトランジスタM7を挿入した点が異なり、その他は同じであるので同一符号を付している。
【0047】
即ち、図4中に示すセンスアンプは、プリチャージ制御信号CMout に基づいてビット線BLを所定期間に充電するための定電流源(ビット線負荷回路)用のPチャネルトランジスタM1と、前記ビット線BLに直列に挿入され、ゲートに制御電圧BLSHF が与えられるビット線電位クランプ用のNチャネルトランジスタM5と、前記PチャネルトランジスタM1とNチャネルトランジスタM5との間のビット線電位センスノードN3に読み出されたメモリセルデータをラッチするラッチ回路LTと、前記ビット線電位センスノードN3の電荷をディスチャージ制御信号DCB に基づいて所定期間に放電するためのリセット回路用のNチャネルトランジスタM2と、前記ラッチ回路LTの相補的な一対のノードのうちの第1のラッチノードN1と接地ノードとの間に接続され、ゲートが前記ビット線電位センスノードN3に接続されたビット線電位センス用のNMOSトランジスタM3と、前記ラッチ回路LTの第1のラッチノードN1と接地ノードとの間で前記NMOSトランジスタM3に直列に接続され、ゲートに所定期間印加される制御信号Olatchによりオン状態に制御される(ラッチ回路の強制反転を制御する)NMOSトランジスタM4と、前記ビット線電位センスノードN3と前記ラッチ回路LTの相補的な一対のノードのうちの第2のラッチノードN2との間に挿入され、制御信号SBL (通常読み出し時およびベリファイ読み出し時は接地電位である)によりゲート駆動され、前記メモリセルの読み出し時にはオフ状態に制御され、前記ラッチ回路LTのリセット時および前記メモリセルの書き込み時にはオン状態に制御されるセンスアンプリセット用およびトランスファーゲート用のNMOSトランジスタM6と、前記ラッチ回路LTのデータによって前記ビット線電位センスノードN3に対する充電経路をスイッチ制御するスイッチ回路としての前述したMOSトランジスタM7とを具備する。
【0048】
なお、前記定電流源用のPチャネルトランジスタM1は、前記リセット回路による放電期間の終了後に前記ビット線BLを充電するように制御される。また、ビット線BLのプリチャージ電位は電源電位Vccに限らない。
【0049】
前記ラッチ回路LTは、第1のCMOSインバータ回路IV1および第2のCMOSインバータ回路IV2の互いの入力ノードと出力ノードが交差接続された(逆並列接続された)フリップフロップ回路(ラッチ回路)からなる。
【0050】
この場合、第1のCMOSインバータ回路IV1の入力ノード(第1のラッチノードN1)は、強制反転制御用のNMOSトランジスタM4に接続されており、強制反転入力ノードである。また、第2のCMOSインバータ回路IV2の入力ノード(第2のラッチノードN2)は前記センスアンプリセット用のNMOSトランジスタM6に接続されるとともに前記データバスData Busが接続されており、リセットノードである。
【0051】
前記スイッチ回路は、前記ラッチ回路LTのノードN1が“H”であるリセット状態にはオン状態に制御され、前記ラッチ回路LTのノードN1が“L”である強制反転状態にはオフ状態に制御されるように構成されている。
【0052】
このスイッチ回路の一例は、前記定電流用のPチャネルトランジスタM1と前記ビット線電位センスノードN3との間に挿入され、ゲートが前記ラッチ回路LTの第2の記憶ノードN2(リセット状態で“L”/強制反転された状態で“H”レベルになるノード)に接続され、第2の記憶ノードN2のデータによって導通状態あるいは遮断状態になるPチャネルトランジスタM7からなる。
【0053】
次に、図4のセンスアンプの読み出し、消去、書き込み動作を説明する。このセンスアンプの動作は、図17を参照して前述したセンスアンプの動作と比べて、基本的に同様であるが、トランジスタM7の付加による動作が異なる。
【0054】
即ち、EEPROMの通常の読み出し時には、図5に示すように、まず、トランジスタM2とM6を所定期間オンさせてラッチ回路LTをリセットし、ノードN2を“L”、ノードN1を“H”にする。このリセット後、トランジスタM1による定電流でビット線BLを充電し、上記定電流を流したまま、セルトランジスタの閾値状態によって生じるセル電流Icellでビット線BLを放電させ、所定時間後にトランジスタM4をオンさせる。
【0055】
この場合、ビット線BLにNANDセルから“1”データが読み出された時には、セル電流Icellが流れるのでビット線電位が低下し、トランジスタM3はオフであり、ノードN2はセンスアンプのリセット状態の“L”のままとなる。
【0056】
逆に、ビット線BLにNANDセルから“0”データが読み出された時には、セル電流Icellは流れないのでビット線電位は“H”に保たれ、トランジスタM3がオンになり、ラッチ回路LTの記憶データを強制反転させ、ノードN1は “L”、ノードN2は“H”になる。従って、“0”データをセンスした直後にトランジスタM7がオフして充電が停止する。
【0057】
EEPROMの消去時には、センスアンプは消去ベリファイ読み出し動作に使用される。この時、センスアンプは前記通常の読み出し時と同じ順序で動作し、セルが消去されていれば(“1”データの場合)、ノードN1は“H”、ノードN2は“L”となる。逆に、セルが消去できていなければ(“0”データの場合)、ノードN1は“L”、ノードN2は“H”となる。このデータをもとに、選択カラムに対応する全てのセンスアンプのノードN2が1つでも“H”となると消去不完全であるので、再度消去に入るための信号を出し再度消去する。
【0058】
EEPROMの書き込み時には、書き込み/書き込み禁止のデータを入力することにより、データバスData Busからラッチ回路LTのノードN2にデータが入力される。もし、“0”データ入力(書き込みたい場合)であればノードN2には“L”、“1”データ入力(書き込みたくない場合)であればノードN2には
“H”が入る。
【0059】
トランジスタM6がオン状態に制御されると、上記ノードN2のデータがトランジスタM6を通じてビット線BLに転送される。書き込み時には選択NANDセル内のチャネルは中間電位にブートされているので、ビット線BLに“L”データが印加された場合には書き込まれるが、“H”データが印加された場合には書き込みがされない。
【0060】
書き込みベリファイ読み出し時には、ラッチ回路LTのリセット動作を行なわず、書き込みデータをセンスアンプに残したまま読み出しを行なう。この読み出し動作は、リセット動作がないこと以外は上記動作と同じである。
【0061】
この際、書き込みたくないセルおよび書き込まれたセルに対応するラッチ回路LTのノードN2は“H”になり、書き込みが完了していないセルに対応するラッチ回路LTのノードN2は“L”となる。従って、ノードN2のデータをそのまま用いて再度書き込み動作を行なうことにより、書き込み未完了のセルのみを書き込むことができる。
【0062】
また、この際、書き込みたくないセルおよび書き込まれたセルに対応するラッチ回路LTのノードN2の“H”レベルにより上記セルの充電経路のトランジスタM7はオフし、ビット線BLには電流が流れない。これに対して、書き込みが完了していないセルに対応するラッチ回路LTのノードN2の“L”レベルにより上記セルの充電経路のトランジスタM7はオンし、ビット線BLには定電流が流れ込むことになる。
【0063】
つまり、未書き込み状態と判定されて追加書き込みの対象とされるセルに対応するビット線BLにのみ充電するので、余計な消費電流は抑えられ、かつ、同時に選択された複数のメモリセルのソース側一端が共通に接続されている共通ソース線CSの接地電位の浮きは最小限になる。また、書き込みたくないセルを充電しないことによる影響は、ビット線電位センスノードN3が“L”になったままであり、センス入力用トランジスタM3はオフしているので、ラッチデータが壊されることはなく問題はない。
【0064】
上記したようにビット線負荷電流をラッチ回路LTのノードN2のデータに応じてスイッチさせることにより、書き込みベリファイ読み出し時に書き込みたくないセルおよび書き込み完了の2つに該当するセルのVccノードとVssノードと間の貫通電流を遮断し、不必要な電流を流すことなくベリファイをすることができる。
【0065】
この際、共通ソース線CSの接地電位の浮きを抑え、それに伴うバックバイアス効果によるセルトランジスタの閾値電圧の上昇、セル電流低下によるセルトランジスタの見かけ上の閾値変動を防止すると同時に、通常の読み出しに比べて接地電位の浮きの効果がない分だけセル電流の低下が抑えられるので、より厳しい書き込みベリファイ動作となる。特に、追加書き込みで書き込み終了のセルの貫通電流を遮断するので、追加書き込みになったセルの書き込みベリファイに対して効果が大きい。
【0066】
即ち、上記したようなセンスアンプS/Aを用いたNAND型EEPROMにおいては、ビット線充電経路をセンスアンプS/AのデータによってスイッチするトランジスタM7を挿入することにより、読み出しの不必要なビット線の充電を停止して接地電位の浮きを抑えることが可能になる。つまり、書き込みベリファイ時に書き込まないセルおよび書き込み完了のセルは、センスアンプの出力端が同電位となり(この場合、“H”レベル)、かつ、このセルについては読み出しは必要ないので、このセルに対応するビット線BLに挿入接続されているトランジスタM7をオフにすることにより、ビット線BLの充電を停止することができる。従って、書き込み未完了のセルに対して、書き込みたくないセルの余計なセル電流を遮断し、接地電位の浮きを抑えることが可能になる。また、読み出しに不必要な貫通電流を遮断するので、消費電流を低減することが可能になる。
【0067】
さらに、通常の読み出しよりも接地電位の浮きは小さくなるので、周囲のデータパターンによるセル電流の減少を抑えることが可能になる。これにより、書き込み動作途中のベリファイで起こるセル電流減少に伴う見かけ上の閾値変動をなくすることが可能になる。また、読み出しに不必要な貫通電流を遮断するので、分割書き込み(例えばバイト単位の書き込み)に際して、書き込まないアドレスに対応するカラムに電流を流さなくて済むようになり、ベリファイマージンとして従来の書き込みベリファイよりも厳しくすることが可能になる。
【0068】
一方、書き込みベリファイ読み出し時の消費電流を従来と同様に許容するものとすれば、メモリセルのソース側配線の寄生抵抗成分rの増大を許容できるようになり、通常はソース側配線の拡散層に対して一定間隔毎にコンタクトされる金属配線のコンタクト相互間の間隔を長くとることが可能になるので、パターン面積の増大を抑制することが可能になる。
【0069】
<実施例2>
図6は、図4に示したセンスアンプの変形例を示す。
このセンスアンプは、図4に示したセンスアンプと比べて、ラッチ回路LTのデータによってビット線電位センスノードN3に対する充電経路を遮断あるいは導通させるスイッチ回路が異なり、その他は同じであるので同一符号を付している。
【0070】
即ち、スイッチ回路は、定電流用のPチャネルトランジスタM1と前記ビット線電位センスノードN3との間に挿入され、ゲートがラッチ回路LTの第1の記憶ノードN1(リセット状態で“H”/強制反転された状態で“L”レベルになるノード)に接続されたNチャネルトランジスタM7からなる。
【0071】
動作自体は実施例1と同じであり、ノードN1が“L”、ノードN2が“H”の時にビット線充電電流が遮断され、不必要なセル電流が抑えられる。
<実施例3>
図7は、図6に示したセンスアンプの他の変形例を示す。
【0072】
このセンスアンプは、図6に示したセンスアンプと比べて、ラッチ回路LTのデータによってビット線電位センスノードN3に対する充電経路を遮断あるいは導通させるスイッチ回路に代えて、ラッチ回路LTのデータによってビット線電位センスノードN3とメモリセルとの間の充電経路を遮断あるいは導通させるスイッチ回路が使用されている点が異なり、その他は同じであるので同一符号を付している。
【0073】
即ち、上記スイッチ回路は、ビット線電位センスノードN3とビット線電位クランプ用トランジスタM5との間に挿入され、ゲートがラッチ回路LTの第1の記憶ノードN1に接続されたNチャネルトランジスタM7からなる。
【0074】
動作自体は実施例1と同じであり、ノードN1が“L”、ノードN2が“H”の時にビット線充電電流が遮断され、不必要なセル電流が抑えられる。
<実施例4>
図8は、図7に示したセンスアンプの変形例を示す。
【0075】
このセンスアンプは、図7に示したセンスアンプと比べて、ラッチ回路LTのデータによってビット線電位センスノードN3とメモリセルとの間の充電経路を遮断あるいは導通させるスイッチ回路が異なり、その他は同じであるので同一符号を付している。
【0076】
即ち、上記スイッチ回路は、ビット線電位センスノードN3とビット線電位クランプ用トランジスタM5との間に挿入され、ゲートがラッチ回路LTの第2の記憶ノードN2に接続されたPチャネルトランジスタM7からなる。
【0077】
動作自体は実施例1と同じであり、ノードN1が“L”、ノードN2が“H”の時にビット線充電電流が遮断され、不必要なセル電流が抑えられる。
<実施例5>
図9(a)に示すセンスアンプS/Aのビット線負荷電流制御回路20は、例えば図1を参照して前述したようにセルの情報の読み出し時にビット線を充電しながらセル電流で放電してセンスする方式、複数のビット線に接続されている複数のメモリセルからそれぞれの記憶データを同時に読み出して検知する読み出し方式およびメモリセルに対する書込みベリファイモードを有するNAND型EEPROMに設けられている。
【0078】
図9(a)において、センスアンプS/Aは、図17を参照して前述したセンスアンプS/Aと比較して、書込みベリファイ読み出し時にビット線充電用の電流源の電流(ビット線負荷電流)の大きさが通常の読み出し動作時よりも小さくなるように、例えばビット線負荷抵抗を制御するように構成されていたビット線負荷電流制御回路20を具備している点が異なる。
【0079】
なお、このようにビット線を充電しながらセル電流で放電してセンスする方式の場合、セル電流と読み出し時間とはトレードオフの関係にあり、ビット線負荷電流を小さくする場合にはセンスアンプの読み出し時間を長くするのが一般的である。逆に、高速な読み出しを行うためには大きなセル電流を必要とするので、通常のEEPROMでは、極力高速な動作を実現するためにメモリセルに流すことが可能な最大のセル電流に合わせて読み出し動作を設定する。しかし、書込みベリファイ読み出し動作の時間は書込み時間に対して十分に短いので、現実には書込みベリファイ読み出し動作の時間が多少長くなっても差支えなく、前述したようにビット線負荷電流を小さくすることは、セル電流量を抑制するうえで有効である。
【0080】
この場合、ビット線を“H”状態に充電するのに必要なビット線負荷電流と充電時間との積が一定であるとすれば、ビット線負荷電流に反比例した割合でセンスアンプの読み出し時間を長くすればよく、ビット線負荷抵抗に比例した割合でセンスアンプの読み出し時間を長くすればよい。書込みベリファイ読み出し時に、ビット線負荷電流を通常読み出し時の例えば1/2にしてページ読み出しを行うものとすれば、読み出し時間を通常読み出し時の2倍にすればよい。なお、通常読み出し時、ビット線負荷電流は、“0”データ読み出し時におけるビット線電位を速く“H”状態に充電するために極力大きく設定することが望ましいが、“1”データ読み出し時におけるビット線電位の低下速度を速くするためにメモリセルに流すことが可能な最大のセル電流に比べて小さく設定する必要がある。
【0081】
具体的に図9(a)に示すビット線負荷電流制御回路20は、VccノードとVssノードとの間に、ゲート・ドレイン相互が接続されたPチャネルトランジスタM11およびゲートにプリチャージ制御信号φ1 が印加されるNチャネルトランジスタM12が直列に接続されている。
【0082】
前記PチャネルトランジスタM11のゲートには、前記各ビット線に接続されている定電流源用(ビット線負荷回路用)のPチャネルトランジスタM1の各ゲートが接続されており、これらはカレントミラー回路を形成している。
【0083】
図9(b)は、図9(a)のビット線負荷電流制御回路20の制御信号波形およびセンスアンプS/Aの動作波形の一例を示す。
通常の読み出し時には、選択ワード線の電圧を立ち上げの開始時に一定期間だけリセットし、この後にプリチャージ制御信号φ1 を第1の電圧レベルVref1に設定してNチャネルトランジスタM12をオンさせるとともに、センス感度を高めるためにビット線電位クランプ用トランジスタM5のゲート電位BLSHF を電源電位Vccより低い一定の電圧レベルVbiasに設定する。
【0084】
これにより、メモリセルからの読み出しデータが“1”の場合にはセル電流による放電が行われるのでビット線電位VBLは変化しないが、メモリセルからの読み出しデータが“0”の場合には、ビット線の充電が開始してビット線電位VBLが徐々に上昇し、所定の読み出し時間T1後にセンスする。
【0085】
書込みベリファイ読み出し時の動作は、前記通常の読み出し時の動作と比べて、プリチャージ制御信号φ1 を第1の電圧レベルよりも低い第2の電圧レベルVref2に変更してビット線負荷抵抗を大きく制御する点と、メモリセルからの読み出しデータが“0”の場合に所定の読み出し時間T2(>T1)後にセンスする点が異なる。
【0086】
ここで、前記したようにビット線負荷電流を変化させる手段の他の例としては、(1)ビット線負荷回路用のPMOSトランジスタの電流源となるNMOSトランジスタの数を変化させる(2)ビット線負荷回路用のPMOSトランジスタの電流源となるPMOSトランジスタの数を変化させる(図11)、(3)ビット線負荷回路用のPMOSトランジスタの数を変化させる(図12)などが挙げられる。
【0087】
図10(a)、(b)は、図9(a)中のビット線負荷電流制御回路20の変形例、その制御信号波形およびセンスアンプS/Aの動作波形の一例を示す。図10(a)において、ビット線負荷電流制御回路20は、図9(a)中に示したビット線負荷電流制御回路20と比べて、ゲートにプリチャージ制御信号φ1 が印加されるNチャネルトランジスタM13に並列に、ゲートにプリチャージ制御信号φ2 が印加されるNチャネルトランジスタM14が付加されている点が異なり、その他は同じである。
【0088】
通常の読み出し時には、選択ワード線の電圧を立ち上げの開始時に一定期間だけリセットし、この後にプリチャージ制御信号φ1 、φ2 をそれぞれ第1の電圧レベルVref1に設定して対応してNチャネルトランジスタM13、M14をそれぞれオンさせるとともに、センス感度を高めるためにビット線電位クランプ用トランジスタM5のゲート電位BLSHF を電源電位Vccより低い一定の電圧レベルVbiasに設定する。
【0089】
これにより、メモリセルからの読み出しデータが“1”の場合にはセル電流による放電が行われるのでビット線電位VBLは変化しないが、メモリセルからの読み出しデータが“0”の場合には、ビット線の充電が開始してビット線電位VBLが徐々に上昇し、所定の読み出し時間T1後にセンスする。
【0090】
書込みベリファイ読み出し時の動作は、前記通常の読み出し時の動作と比べて、プリチャージ制御信号φ2 を“L”レベル(Vss)のままにしてNMOSトランジスタM14をオフにする(ビット線負荷電流を小さく制御する)点と、メモリセルからの読み出しデータが“0”の場合に所定の読み出し時間T2(>T1)後にセンスする点が異なる。
【0091】
図11(a)、(b)は、図9(a)中のビット線負荷電流制御回路20の変形例、その制御信号波形およびセンスアンプS/Aの動作波形の一例を示す。図11(a)において、ビット線負荷電流制御回路20は、図9(a)中に示したビット線負荷電流制御回路20と比べて、各ビット線に接続されているビット線負荷回路用のPMOSトランジスタM1の電流源として接続されているPMOSトランジスタを2系統設け、各系統において、電流源用のPMOSトランジスタM15あるいはM16に直列にスイッチ用のPMOSトランジスタM17あるいはM18が挿入されており、上記2系統のスイッチ用のPMOSトランジスタM17、M18のゲートに対応してプリチャージ制御信号φ2 、φ3 が印加される点が異なり、その他は同じである。
【0092】
通常の読み出し時には、選択ワード線の電圧を立ち上げの開始時に一定期間だけリセットし、この後、プリチャージ制御信号φ1 を第1の電圧レベルVref1に設定してNチャネルトランジスタM12をオンさせるとともに、センス感度を高めるためにビット線電位クランプ用トランジスタM5のゲート電位BLSHF を電源電位Vccより低い一定の電圧レベルVbiasに設定する。また、前記リセット後に、プリチャージ制御信号φ2 をVccレベルからVssレベルに低下させてNチャネルトランジスタM17をオンさせる。この時、プリチャージ制御信号φ3 はVccレベルのままにし、NチャネルトランジスタM18をオフさせる。
【0093】
これにより、メモリセルからの読み出しデータが“1”の場合にはセル電流による放電が行われるのでビット線電位VBLは変化しないが、メモリセルからの読み出しデータが“0”の場合には、ビット線の充電が開始してビット線電位VBLが徐々に上昇し、所定の読み出し時間T1後にセンスする。
【0094】
書込みベリファイ読み出し時の動作は、前記通常の読み出し時の動作と比べて、前記リセット後にプリチャージ制御信号φ3 もVccレベルからVssレベルに低下させてNチャネルトランジスタM18をオンさせることにより、NチャネルトランジスタM17、M15の経路の電流を減少させる(ビット線に接続されている定電流源用PMOSトランジスタM1の電流を小さく制御する)点と、メモリセルからの読み出しデータが“0”の場合に所定の読み出し時間T2(>T1)後にセンスする点が異なる。
【0095】
図12(a)、(b)は、図9(a)中のセンスアンプS/Aの他の変形例およびビット線負荷電流制御回路20の制御信号波形、センスアンプS/Aの動作波形の一例を示す。図12において、センスアンプS/Aは、図9(a)中に示したセンスアンプS/Aと比べて、各ビット線に接続されているビット線負荷回路用のPMOSトランジスタを2系統設け、各系統において、ビット線負荷回路用のPMOSトランジスタM21あるいはM22に直列にスイッチ用のPMOSトランジスタM23あるいはM24が挿入されており、上記2系統のスイッチ用のPMOSトランジスタM23、M24のゲートに対応してプリチャージ制御信号φ2 、φ3 が印加される点が異なり、その他は同じである。
【0096】
通常の読み出し時には、選択ワード線の電圧を立ち上げの開始時に一定期間だけリセットし、この後、プリチャージ制御信号φ1 を第1の電圧レベルVref1に設定してNチャネルトランジスタM12をオンさせるとともに、センス感度を高めるためにビット線電位クランプ用トランジスタM5のゲート電位BLSHF を電源電位Vccより低い一定の電圧レベルVbiasに設定する。また、前記リセット後に、プリチャージ制御信号φ2 、φ3 をそれぞれVccレベルからVssレベルに低下させてNチャネルトランジスタM23、M24をオンさせる。
【0097】
これにより、メモリセルからの読み出しデータが“1”の場合にはセル電流による放電が行われるのでビット線電位VBLは変化しないが、メモリセルからの読み出しデータが“0”の場合には、ビット線の充電が開始してビット線電位VBLが徐々に上昇し、所定の読み出し時間T1後にセンスする。
【0098】
書込みベリファイ読み出し時の動作は、前記通常の読み出し時の動作と比べて、前記リセット後にプリチャージ制御信号φ3 はVccレベルのままにし、NチャネルトランジスタM24をオフさせることにより、ビット線負荷電流を小さく制御する点と、メモリセルからの読み出しデータが“0”の場合に所定の読み出し時間T2(>T1)後にセンスする点が異なる。
【0099】
なお、本発明は、上記実施例のようなNAND型EEPROMに限らず、ページモードを有する他のEEPROM(NOR型EEPROM、DINOR型EEPROM、AND型EEPROMなど)にも適用可能である。
【0100】
図13(A)、(B)は、NOR型EEPROMのメモリセルアレイMAの一部のメモリセルの相異なる例を示す。
図13(A)においては、ビット線BLとこれに直交するソース線VSとの間に、選択回路を持たないメモリセルとして、制御ゲート信号線CGにより制御される1つのセルトランジスタQが接続されている。
【0101】
図13(B)は、ビット線BLとこれに直交するソース線VSとの間に、選択回路を持つメモリセルとして、選択信号線SLにより制御されるビット線側選択ゲートSGおよび制御ゲート信号線CGにより制御される1つのセルトランジスタQが直列に接続されている。
【0102】
図14(A)、(B)は、NOR型EEPROMの他の例に係るグランドアレイ型EEPROMのメモリセルアレイMAの一部のメモリセルを示す。
図14(A)においては、ビット線BLとこれに並行するソース線VSとの間に、制御ゲート信号線CGにより制御される1つのセルトランジスタQが接続されており、ビット線BLおよびソース線VSはそれぞれ固定である。
【0103】
図14(B)は、交差グランドアレイ型EEPROMのメモリセルを示しており、ビット線BLとこれに並行するソース線VSとの間に、制御ゲート信号線CGにより制御される1つのセルトランジスタQが接続されており、ビット線BLおよびソース線VSがそれぞれ切換え可能である。
【0104】
図15は、DINOR型EEPROMの一例に係るグランドアレイ型EEPROMのメモリセルアレイMAの一部のメモリセルを示す。
1つのサブビット線SBLと複数のソース線VSとの間に制御ゲート信号線CGにより制御される1つのセルトランジスタQが並列に接続されており、サブビット線SBLは選択信号線SLにより制御されるビット線側選択ゲートSGを介してビット線BLに接続されている。
【0105】
図16は、AND型EEPROMの一例に係るグランドアレイ型EEPROMのメモリセルアレイMAの一部のメモリセルを示す。
ビット線BLとソース線VSとの間に、選択信号線SLにより制御されるビット線側選択ゲートSGおよびそれぞれ制御ゲート信号線CGにより制御される互いに並列接続された複数のセルトランジスタQが直列に接続されている。
【0106】
なお、本発明は、上記したようにセルの情報の読み出し時にビット線を充電しながらセル電流で放電してセンスする方式の不揮発性半導体メモリに限らず、データ読み出し前にリードセル側のビット線・リファレンス側のビット線を一定時間プリチャージし、データ読み出し時にリードセル側のビット線・リファレンス側のビット線をディスチャージさせることにより両者間に電位差を発生させ、この電位差をセンスアンプによりセンス増幅するプリチャージ・ディスチャージ方式において、プリチャージ後におけるリファレンス側の共通ソース線の電位とリードセル側の共通ソース線の電位との不平衡をプリチャージ期間内に解消しておくためにプリチャージ終了前からディスチャージを開始する(つまり、プリチャージ期間とディスチャージ期間の一部をオーバーラップさせる)方式を採用する不揮発性半導体メモリにも適用可能である。
【0107】
【発明の効果】
上述したように本発明によれば、複数のメモリセルの一部に書込み速度の速いメモリセルが存在した場合でも、書込み後のベリファイ動作時に複数のメモリセルの共通ソース線の電位の浮き上がりを抑制でき、書込み不良の発生を防止し得る半導体記憶装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体記憶装置の第1の実施の形態に係る一括消去可能なNANDセル型EEPROMの全体構成を示すブロック図。
【図2】図1中のメモリセルアレイのNANDセルの一例を示す回路図およびセルトランジスタの閾値電圧の分布状態の一例を示す図。
【図3】図1中のメモリセルアレイにおけるビット線の一部に対応する回路を取り出して示すブロック図。
【図4】図1のNAND型EEPROMに適用される本発明に係るビット線センスアンプの一例を示す回路図。
【図5】図4のセンスアンプの通常読み出し時の動作の一例を示す波形図。
【図6】図4に示したセンスアンプの変形例を示す回路図。
【図7】図6に示したセンスアンプの変形例を示す回路図。
【図8】図7に示したセンスアンプの変形例を示す回路図。
【図9】本発明の半導体記憶装置の第2の実施の形態に係るNAND型EEPROMに適用されるビット線センスアンプの一例およびその制御信号、動作の一例を示す回路図および波形図。
【図10】図9に示したセンスアンプの変形例およびその制御信号、動作の一例を示す回路図および波形図。
【図11】図9に示したセンスアンプの他の変形例およびその制御信号、動作の一例を示す回路図および波形図。
【図12】図9に示したセンスアンプのさらに他の変形例およびその制御信号、動作の一例を示す回路図および波形図。
【図13】NOR型EEPROMのメモリセルアレイの一部のメモリセルの相異なる例を示す回路図。
【図14】NOR型EEPROMの他の例に係るグランドアレイ型EEPROMのメモリセルアレイの一部のメモリセルを示す回路図。
【図15】DINOR型EEPROMの一例に係るグランドアレイ型EEPROMのメモリセルアレイの一部のメモリセルを示す回路図。
【図16】AND型EEPROMの一例に係るグランドアレイ型EEPROMのメモリセルアレイの一部のメモリセルを示す回路図。
【図17】図3中のセンスアンプの1個分を取り出して従来の提案例を示す回路図。
【符号の説明】
BL…ビット線、
N3…ビット線電位センスノード、
M1…ビット線負荷回路用PMOSトランジスタ、
LT…ラッチ回路、
M7…スイッチ用トランジスタ。
Claims (9)
- 複数のビット線と、
前記各ビット線に対応して設けられ、閾値が第1の範囲および第2の範囲をとることにより情報を記憶するメモリセルトランジスタを有し、同時に選択制御され、選択時には対応する前記ビット線の電荷を前記閾値に応じて放電するあるいは放電しないように制御され、放電した電荷の経路が共通に接続されている複数の不揮発性メモリセルと、
前記複数の各ビット線に対応して設けられ、前記ビット線のビット線電位センスノードに読み出されたメモリセルデータを検知する複数のセンスアンプとを具備し、
前記各センスアンプは、
前記複数の各ビット線に対応して設けられ、対応するビット線を所定のタイミングで充電するための電流源と、
相補的な第1および第2のノードを有し、前記メモリセルトランジスタにおける閾値の範囲に対応するデータをラッチするためのラッチ回路と、
前記ラッチ回路の第1のノードと接地ノードとの間に接続され、前記複数のビット線のうち対応するビット線に接続されたゲートを有するビット線電位センス用のNMOSトランジスタと、
前記ラッチ回路のラッチデータに基づいて、対応するビット線の充電経路をスイッチングするために挿入されたスイッチ回路と、
前記ビット線のビット線電位センスノードと前記メモリセルとの間でビット線に直列に挿入されたビット線電位クランプ用のNMOSトランジスタと、
前記ラッチ回路の前記第1のノードと接地ノードとの間に接続され、ゲートが前記ビット線電位センスノードに接続されたビット線電位センス用のNMOSトランジスタと、
前記ラッチ回路の前記第1のノードと接地ノードとの間で前記ビット線電位センス用のNMOSトランジスタに直列に接続され、ゲートに所定期間印加される信号によりオン状態に制御されるNMOSトランジスタと、
前記ビット線電位センスノードと前記ラッチ回路の前記第2のノードとの間に挿入され、前記メモリセルの読み出し時にはオフ状態に制御され、前記ラッチ回路のリセット時および前記メモリセルの書き込み時にはオン状態に制御されるセンスアンプリセット用およびトランスファーゲート用のNMOSトランジスタ
とを具備することを特徴とする半導体記憶装置。 - 請求項1記載の半導体記憶装置において、
前記スイッチ回路は、前記ビット線のビット線電位センスノードに対する充電経路に挿入されていることを特徴とする半導体記憶装置。 - 請求項1記載の半導体記憶装置において、
前記スイッチ回路は、前記ビット線のビット線電位センスノードと前記メモリセルとの間の充電経路に挿入されていることを特徴とする半導体記憶装置。 - 請求項1記載の半導体記憶装置において、
前記スイッチ回路は、PMOSトランジスタからなり、そのゲートは、前記ラッチ回路の前記第2のノードに接続されていることを特徴とする半導体記憶装置。 - 請求項1記載の半導体記憶装置において、
前記スイッチ回路は、NMOSトランジスタからなり、そのゲートは、前記ラッチ回路の前記第1のノードに接続されていることを特徴とする半導体記憶装置。 - 複数のビット線と、
前記各ビット線に対応して設けられ、閾値が第1の範囲および第2の範囲をとることにより情報を記憶するメモリセルトランジスタを有し、同時に選択制御され、選択時には対応する前記ビット線の電荷を前記閾値に応じて放電するあるいは放電しないように制御され、放電した電荷の経路が共通に接続されている複数の不揮発性メモリセルと、
前記各ビット線に対応して設けられ、前記ビット線のビット線電位センスノードに読み出されたメモリセルデータを検知する複数のセンスアンプとを具備し、
前記各センスアンプは、
前記各ビット線に対応して設けられ、対応するビット線を所定のタイミングで充電するための電流源と、
前記メモリセルトランジスタにおける閾値の範囲に対応するデータをラッチするためのラッチ回路と、
書込みベリファイ読み出し動作時には、前記ビット線充電用の電流源の電流の大きさを通常の読み出し動作時よりも小さくして、ビット線電位が変化し始めてからセンスアンプでセンスするまでのセンスアンプの読み出し時間を、通常の読み出し動作時よりも長くする制御回路
とを具備することを特徴とする半導体記憶装置。 - 請求項6記載の半導体記憶装置において、
前記制御回路は、前記ビット線充電用の電流源の電流に反比例した割合でセンスアンプの読み出し時間を長くすることを特徴とする半導体記憶装置。 - 複数のビット線と、
前記各ビット線に対応して設けられ、閾値が第1の範囲および第2の範囲をとることにより情報を記憶するメモリセルトランジスタを有し、同時に選択制御され、選択時には対応する前記ビット線の電荷を前記閾値に応じて放電するあるいは放電しないように制御され、放電した電荷の経路が共通に接続されている複数の不揮発性メモリセルと、
前記各ビット線に対応して設けられ、前記ビット線のビット線電位センスノードに読み出されたメモリセルデータを検知する複数のセンスアンプとを具備し、
前記各センスアンプは、
前記各ビット線に対応して設けられ、対応するビット線を所定のタイミングで充電するための電流源と、
前記メモリセルトランジスタにおける閾値の範囲に対応するデータをラッチするためのラッチ回路と、
書込みベリファイ読み出し動作時には、前記ビット線の負荷抵抗を大きくして、ビット線電位が変化し始めてからセンスアンプでセンスするまでのセンスアンプの読み出しを、前記ビット線の負荷抵抗に比例した割合で通常の読み出し動作時よりも長くする制御回路
とを具備することを特徴とする半導体記憶装置。 - 請求項1乃至8のいずれか1項に記載の半導体記憶装置において、
前記不揮発性メモリセルは、電気的消去・再書き込み可能なメモリセルトランジスタが複数個直列に接続されてNANDセルを形成していることを特徴とする半導体記憶装置。
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