JP3645363B2 - 不揮発性半導体メモリとそのビット線基準回路 - Google Patents

不揮発性半導体メモリとそのビット線基準回路 Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、選択メモリセルのしきい値電圧に応じたビット線電位とビット線基準電位とを比較してデータをアクセスする不揮発性半導体メモリに係り、また特に、そのビット線基準電位を発生するためのビット線基準回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、折り返し(folded)ビット線を形成するEEPROMとして代表的なNAND形フラッシュメモリは、選択されたメモリセル(セルトランジスタ)のしきい値電圧に応じて転移したビット線電位とビット線基準電位とを比較してデータをアクセスする。これについて図1を参照して簡単に説明する。
【0003】
図1に示すように、各ビット線BLi,BLi+1には、単位セルブロック120内のNAND構造をもつセルストリングCSi,CSi+1と、これと同じ構造をもち、ビット線に対してビット線基準電位を設定するビット線基準回路の役割を担う基準セルブロック110内の基準セルストリングDCSi,DCSi+1と、がそれぞれ接続される。セルストリングCSi,CSi+1と基準セルストリングDSi,DSi+1とは、それぞれデプレッション形トランジスタ100,103,105,106及びエンハンスメント形トランジスタ101,102,104,107を適宜直列に組合せた選択構造により、選択信号SG1,SG2,DSG1,DSG2に従ってビット線に対し交互に選択的にスイッチされる。つまり、ビット線BLiに接続のセルストリングCSi中のセルトランジスタM0〜M7のいずれかが選択の場合、ビット線BLi+1に接続のセルストリングCSi+1は非選択でビット線接続が抑止され、このときには基準セルストリングDCSi+1がビット線BLi+1に接続されて基準電位を提供する。これに従い、2つの交差接続インバータからなるデータレジスタ(ページバッファ)130が両ビット線BLi,BLi+1の電位比較からデータをラッチし、アクセスが行われる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
図1に示したような従来の折り返しビット線構造では、選択のために多数のデプレッション形トランジスタ+エンハンスメント形トランジスタの組合せを構成しなければならないので、メモリセルアレイの面積増加につながるという解決課題がある。また加えて、セルストリングと基準セルストリングとは同構造とされ、基準セルストリング内の基準セルトランジスタもフローティングゲートを有する構造になっているので、プログラムや消去の繰り返しでしきい値電圧のシフティング(shifting)が起こる可能性があり、ビット線に提供する基準電位の安定性、正確性で解決すべき課題が残っている。
【0005】
そこで本発明は、選択セルによるビット線電位とビット線基準電位との比較によりデータレジスタにデータをラッチする不揮発性半導体メモリについて、デプレッション形トランジスタ+エンハンスメント形トランジスタの組合せを用いずとも選択を行え、チップサイズを縮小できるような構造の不揮発性半導体メモリを提供する。また、このような不揮発性半導体メモリに適した新構造のビット線基準回路を提供する。そしてこれらにより、特にフラッシュEEPROMのコストダウン及びメモリ動作の安定正確性の確保を実現せんとするものである。
【0006】
【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、折り返し隣接したビット線で基準電位を得る構造ではなく、1本のビット線内で基準電位を得るオープンビット線(open bit line) 形の構造とした不揮発性半導体メモリとする。即ち、選択トランジスタ及びフローティングゲート形とした1以上のセルトランジスタを直列接続してなるセルストリングをもち、選択されたセルトランジスタのしきい値に応じたビット線電位とビット線基準電位とに従いデータレジスタにデータをラッチする不揮発性半導体メモリにおいて、1ビット線の中間にデータレジスタを設け、該データレジスタを挟んで一方を上位ビット線、他方を下位ビット線としてそれぞれセルストリングを接続し、そして、前記上位ビット線のセルストリング選択時に前記下位ビット線にビット線基準電位を設定する下位基準セルストリングを設けると共に前記下位ビット線のセルストリング選択時に前記上位ビット線にビット線基準電位を設定する上位基準セルストリングを設けることを特徴とする。
【0007】
そして、1ビット線の中間にデータレジスタを設け、該データレジスタを挟んで一方を上位ビット線、他方を下位ビット線とし、セルトランジスタの選択により前記上位、下位ビット線のいずれかを前記セルトランジスタのしきい値電圧に応じたビット線電位とする不揮発性半導体メモリのビット線基準回路として、前記下位ビット線のセルトランジスタ選択時に活性化される第1制御信号に応じて前記上位ビット線をビット線基準電位にする上位基準セルストリングと、前記上位ビット線のセルトランジスタ選択時に活性化される第2制御信号に応じて前記下位ビット線をビット線基準電位にする下位基準セルストリングと、を備えてなることを特徴とするビット線基準回路を提供する。この場合の上位基準セルストリングは、上位ビット線に接続されて第1制御信号によりゲート制御される第1上位トランジスタと、該第1上位トランジスタに直列接続されて所定の基準電圧によりゲート制御される第2上位トランジスタと、からなり、下位基準セルストリングは、下位ビット線に接続されて第2制御信号によりゲート制御される第1下位トランジスタと、該第1下位トランジスタに直列接続されて所定の基準電圧によりゲート制御される第2下位トランジスタと、からなるものとするのがよい。更に、上位基準セルストリング及び下位基準セルストリングの各トランジスタは、相互接続されたフローティングゲート及びコントロールゲートをそれぞれ有するものとするとより好ましい。
【0008】
【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説明する。
【0009】
図2に示すようにこの実施形態の不揮発性半導体メモリは、交差接続(逆向並列接続)した2つのインバータB1,B2からなるデータレジスタ(ページバッファ)250を中央に挟むことで1本のビット線を上位ビット線UBLiと下位ビット線LBLiに分け、上位ビット線UBLiには上位セルストリング200を接続し、下位ビット線LBLiには下位セルストリング240を接続する構成となっている。各上位、下位セルストリング200,240は、選択信号SSLt,SSLbにより制御されるエンハンスメント形の選択トランジスタをそれぞれ1つ備え、これにフローティングゲート形のセルトランジスタを直列接続した構成をもつ。
【0010】
ビット線基準回路は、上位ビット線UBLiに接続される上位基準セルストリング210と、下位ビット線LBLiに接続される下位基準セルストリング230と、で構成されている。上位基準セルストリング210は、データレジスタ250を構成するインバータB1の入力端へ接続する上位ビット線UBLiと接地端との間に設けられ、下位セルストリング240のセルトランジスタ選択時に活性化される第1制御信号RSLtに従い上位ビット線UBLiに基準電位を提供する。また、下位基準セルストリング230は、データレジスタ250を構成するインバータB2の入力端へ接続する下位ビット線LBLiと接地端との間に設けられ、上位セルストリング200のセルトランジスタ選択時に活性化される第2制御信号RSLbに従い下位ビット線LBLiに基準電位を提供する。
【0011】
上位基準セルストリング210は、上位ビット線UBLiにドレイン接続され、第1制御信号RSLtでゲート制御される第1上位トランジスタ106と、この第1上位トランジスタ106のソースにドレイン接続されると共にドレインが接地され、所定の基準電圧VREFでゲート制御される第2上位トランジスタ107と、から構成される。第1、第2上位トランジスタ106,107はフローティングゲート形トランジスタとされるが、そのフローティングゲートのポリシリコン層とコントロールゲートのポリシリコン層とは互いに突き合わせコンタクト(butting contact) により接続されている(図3参照)。下位基準セルストリング230は、下位ビット線LBLiにドレイン接続され、第2制御信号RSLbでゲート制御される第1下位トランジスタ202と、この第1下位トランジスタ202のソースにドレイン接続されると共にソースが接地され、基準電圧VREFでゲート制御される第2下位トランジスタ203と、から構成される。これら第1、第2下位トランジスタ202,203もフローティングゲートとコントロールゲートとを互いに突き合わせコンタクトしてある。
【0012】
即ち、各トランジスタ106,107,202,203は、上位、下位セルストリング200,240内のセルトランジスタと同構造で製造してから突き合わせコンタクトによりフローティングゲート及びコントロールゲートを接続する。これは、基準セルストリング210,230内の各トランジスタ106,107,202,203もセルストリング200,240内のセルトランジスタと共通のプロセスを使用して同じ条件にて製造したうえで、その特性は通常のエンハンスメント形トランジスタとするものである。
【0013】
第1、第2制御信号RSLt,RSLbは、選択されたセルトランジスタのコントロールゲートに入力されるワード線制御信号と同じタイミングで活性化されるようにしてある。且つ、これら第1、第2制御信号RSLt,RSLbは相補論理状態で提供される。従って、上位セルストリング200のセルトランジスタ選択時には下位基準セルストリング230の第1下位トランジスタ202がオンし、定レベルを保持するようにされた基準電圧VREFによる第2下位トランジスタ203が下位ビット線LBLiに基準電位を設定する。一方、下位セルストリング240のセルトランジスタ選択時には上位基準セルストリング210の第1上位トランジスタ106がオンし、基準電圧VREFによる第2上位トランジスタ107が上位ビット線UBLiに基準電位を設定する。そして、データレジスタ250において選択セルトランジスタによるビット線電位と基準セルストリングによるビット線基準電位とが比較されてデータがラッチされる。このとき、基準セルストリング210,230により提供されるビット線基準電位は、基準セルストリング210,230を構成する各トランジスタサイズ及びそのゲートに印加する信号電圧に応じて容易に適宜調整することが可能である。
【0014】
【発明の効果】
本発明によれば、データレジスタを中間に設けたオープンビット線形の構造を採用したことにより、セルストリングの選択に従来必須であったデプレッション形トランジスタ+エンハンスメント形トランジスタの組合せを不要とすることができ、また、各基準セルストリングを構成するトランジスタ数も従来より大幅に減らす(従来例では10個→実施形態では2個)ことが可能であり、このためセルアレイの集積性が格段に向上する。更に、基準セルストリングを構成しているトランジスタは、そのフローティングゲートとコントロールゲートとを接続し1コントロールゲートとして使用するエンハンスメント形トランジスタであるため、セル動作(読出、消去、プログラム等)による基準セルトランジスタの動作特性の変化(しきい値電圧のシフティングや飽和電流の変化等)を抑制することが可能で、ビット線基準電位の安定性、正確性を確保することができ、メモリ動作の安定化に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来技術によるNAND形不揮発性半導体メモリの要部構成を示す回路図。
【図2】本発明によるNAND形不揮発性半導体メモリの要部構成を示す回路図。
【図3】本発明による基準セルストリングのトランジスタ構造を示し、分図Aは等価回路図、分図BはX−X’断面で見たその断面図、分図CはY−Y’断面で見たその断面図。
【符号の説明】
106,107,202,203 基準セルストリングの各トランジスタ
200 上位セルストリング
210 上位基準セルストリング
230 下位基準セルストリング
240 下位セルストリング
250 データレジスタ

Claims (3)

  1. 選択トランジスタ及びフローティングゲート形1以上のセルトランジスタを直列接続してなるセルストリングをもち、選択されたセルトランジスタのしきい値に応じたビット線電位とビット線基準電位とに従いデータレジスタにデータをラッチする不揮発性半導体メモリにおいて、
    1ビット線の中間にデータレジスタを設け、該データレジスタを挟んで一方を上位ビット線、他方を下位ビット線としてそれぞれセルストリングを接続し、そして、前記上位ビット線のセルストリング選択時に前記下位ビット線にビット線基準電位を設定する下位基準セルストリングを設けると共に前記下位ビット線のセルストリング選択時に前記上位ビット線にビット線基準電位を設定する上位基準セルストリングを設け
    前記上位基準セルストリングは、前記上位ビット線に接続され、第1制御信号によりゲート制御される第1上位トランジスタと、前記第1上位トランジスタに直列接続されて所定の基準電圧によりゲート制御される第2上位トランジスタとを含み、
    前記下位基準セルストリングは、前記下位ビット線に接続され、第2制御信号によりゲート制御される第1下位トランジスタと、前記第1下位トランジスタに直列接続されて所定の基準電圧によりゲート制御される第2下位トランジスタとを含む、
    ことを特徴とする不揮発性半導体メモリ。
  2. 1ビット線の中間にデータレジスタを設け、該データレジスタを挟んで一方を上位ビット線、他方を下位ビット線とし、セルトランジスタの選択により前記上位、下位ビット線のいずれかを前記セルトランジスタのしきい値電圧に応じたビット線電位とする不揮発性半導体メモリのビット線基準回路であって、
    前記下位ビット線のセルトランジスタ選択時に活性化される第1制御信号に応じて前記上位ビット線をビット線基準電位にする上位基準セルストリングと、
    前記上位ビット線のセルトランジスタ選択時に活性化される第2制御信号に応じて前記下位ビット線をビット線基準電位にする下位基準セルストリングと、を備え
    前記上位基準セルストリングは、前記上位ビット線に接続され、第1制御信号によりゲート制御される第1上位トランジスタと、前記第1上位トランジスタに直列接続されて所定の基準電圧によりゲート制御される第2上位トランジスタとを含み、
    前記下位基準セルストリングは、前記下位ビット線に接続され、第2制御信号によりゲート制御される第1下位トランジスタと、前記第1下位トランジスタに直列接続されて所定の基準電圧によりゲート制御される第2下位トランジスタとを含む、
    ことを特徴とするビット線基準回路。
  3. 上位基準セルストリング及び下位基準セルストリングの各トランジスタは、相互接続されたフローティングゲート及びコントロールゲートをそれぞれ有する請求項記載のビット線基準回路。
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