JP3913952B2 - 半導体記憶装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体記憶装置に関するものであり、特に電気的書き換えが可能なNANDメモリセル型のEEPROMに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来より、半導体記憶装置の一つとして、電気的書き換えを可能としたEEPROMが知られている。EEPROMのなかでも、メモリセルを複数個直列に接続してNANDメモリセル・ブロックを構成するNANDセル型のEEPROMは、高集積化ができるものとして注目されている。
【0003】
NANDセル型EEPROMの1つのメモリセルは、半導体基板上に絶縁膜を介して浮遊ゲート(電荷蓄積層)と制御ゲートが積層されたFETMOS構造を有し、複数個のメモリセルが隣接するもの同士でソース・ドレインを共用する形で直列接続されてNANDセルを構成する。このようなNANDセルがマトリクス状に配列されてメモリセルアレイが構成される。
【0004】
メモリセルアレイは、p形基板上に形成されたp形ウェル内に集積形成される。まず、p形基板上にn形ウェルが形成され、さらにn形ウェル内にメモリセルアレイを集積形成するためのp形ウェルが形成される。
【0005】
列方向に並ぶメモリセルの一端側のドレインは、それぞれ選択ゲートトランジスタを介してビット線に共通接続され、他端側のソースは選択ゲートトランジスタを介して共通ソース線(基準電位配線)に接続されている。メモリセルトランジスタの制御ゲートはワード線に共通接続され、選択ゲートトランジスタのゲートは選択ゲート線に共通接続されている。
【0006】
次に、NANDセル型EEPROMの動作について説明する。ここでは、メモリセルトランジスタとして、nチャネルのトランジスタを用いた場合を例に取る。
【0007】
データ書き込みは次のように行われる。データ書き込みでは、ビット線から最も離れた位置のメモリセルから順に、データの書き込みが行われる。選択されたメモリセルの制御ゲートには、高電圧Vpp(20V程度)が印加され、それよりビット線側にあるメモリセルの制御ゲート及び選択ゲートには中間電位VppM(10V程度)が印加される。ビット線には、データに応じて0V(例えば“1”)または中間電位(例えば“0”)が与えられる。ビット線側の選択ゲート線には電源電位が与えられ、ソース線側の選択ゲート線には接地電位が与えられる。このとき、ビット線の電位は、選択ゲートトランジスタ及び非選択メモリセルを通して選択メモリセルのドレインまで伝達される。
【0008】
ビット線に0Vが与えられたとき(書き込みデータがあるとき、すなわちデータが“1”のとき)、その電位は選択メモリセルのドレインまで伝達されて、選択メモリセルのゲートとドレインとの間に高電界がかかる。このため、ドレイン(基板)から浮遊ゲートに電子注入が生じる(電子がトンネル注入される)。これにより、選択メモリセルのしきい値は正方向にシフトする。
【0009】
一方、ビット線に中間電位が与えられたとき(書き込むべきデータがないとき、すなわちデータが“0”のとき)は、電子の注入が起こらず、従ってしきい値は変化せずに負にとどまる。
【0010】
次に、データ消去は次のように行われる。
【0011】
まず、選択されたNANDセルブロックでは、ブロック内の全てのメモリセルの制御ゲートに接地電位を与え、また非選択のNANDセルブロックではブロック内の全てのメモリセルの制御ゲート、全ての選択ゲート線、ビット線及びソース線を浮遊状態とする。そして、p形ウェル及びn形ウェルに、高電位の消去電位(20V程度)を印加する。これにより、選択されたブロック内のメモリセルの浮遊ゲートから電子がウェルに放出され、ブロック内のメモリセルのデータが消去される。
【0012】
このとき、非選択のNANDセルブロック内のメモリセルの制御ゲート、選択ゲート線、ビット線及びソース線もまた、容量結合によって消去電位近くまで電位が上昇する。例えば、選択ゲート線の場合は、選択ゲートトランジスタのゲート容量と、選択ゲート線の対接地容量との容量結合によって消去電位(20V程度)近くまで電位が上昇する。
【0013】
次に、データ読み出しは次のように行われる。
【0014】
まず、選択されたメモリセルの制御ゲートを0Vとし、それ以外のメモリセルの制御ゲート及び選択ゲート線を読み出し電位(3.5V程度)として、非選択メモリセルトランジスタ及び選択ゲートトランジスタをオンさせる。このときにビット線に流れる電流を読むことにより、“0”あるいは“1”の判別がなされる。
【0015】
以上のように、選択ゲート線、前記制御ゲートに接続されたワード線には、データ書き込み、データ消去、データ読み出しのそれぞれのモードにおいて、異なる電位が供給される。
【0016】
図22は、NANDセル(nブロック分)の選択ゲート線及びワード線に電位を供給するための回路構成を示している。
【0017】
図22において、トランジスタMN1-0〜MN1-19は、ゲート絶縁膜が厚いトランジスタであり、各ノードに高電圧を印加することができる高耐圧用トランジスタである。破線で囲まれた部分のR1〜Rnの各々は、ブロックC1〜Cnの各々の行選択手段(ローデコーダ)を示している。ブロックC1〜Cnは、各ブロック内のメモリセルアレイを示し、図22では説明を簡単にするために1つのビット線のみを記している。以下、1ブロック目の回路を用いて説明する。
【0018】
直列に接続されたメモリセルMC1〜MC16において、メモリセルMC1のドレインには選択ゲートトランジスタSD1の電流通路の一端が接続され、メモリセルMC16のソースには選択ゲートトランジスタSS1の電流通路の一端が接続されている。選択ゲートトランジスタSD1の電流通路の他端はビット線BLに接続され、選択ゲートトランジスタSS1の電流通路の他端はソース線SLに接続されている。
【0019】
前記選択ゲートトランジスタSD1のゲートは選択ゲート線SGD1に接続され、選択ゲートトランジスタSS1のゲートは選択ゲート線SGS1に接続されている。また、メモリセルMC1〜MC16のそれぞれのゲートは、ワード線WL1-1〜WL1-16にそれぞれ接続されている。
【0020】
ビット線BL側の選択ゲート線SGD1は、転送トランジスタMN1-0の電流通路の一端に接続され、この電流通路の他端は選択ゲート線SGDを介して選択ゲート線電位制御回路51に接続されている。ワード線WL1-1〜WL1-16の各々は、転送トランジスタMN1-1〜MN1-16の各々の電流通路の一端にそれぞれ接続され、これら電流通路の他端は制御ゲート線CG1〜CG16の各々を介してワード線駆動回路52−1〜52−16にそれぞれ接続されている。さらに、ソース線SL側の選択ゲート線SGS1は、転送トランジスタMN1-17の電流通路の一端に接続され、この電流通路の他端は選択ゲート線SGSを介して選択ゲート線電位制御回路53に接続されている。
【0021】
前記選択ゲート線電位制御回路51は、選択ゲート線SGD1に電位を供給するための回路である。また、ワード線駆動回路52−1〜52−16は、ワード線WL1-1〜WL1-16に電位を供給するための回路であり、選択ゲート線電位制御回路53は選択ゲート線SGS1に電位を供給するための回路である。
【0022】
また、転送トランジスタMN1-0〜MN1-17のゲートは、ゲート線G1に共通に接続され、このゲート線G1は高電圧転送回路54-1に接続されている。高電圧転送回路54-1には、高電圧源回路55から転送線LPINを介して電源電位より高い電位が供給されている。NANDゲート回路NA51-1にはアドレス信号addressが入力され、その出力はインバータIV51-1を介してアドレス信号のデコード信号DEC1として高電圧転送回路54-1に供給されている。
【0023】
トランジスタMN1-18のソースは選択ゲート線SGD1に接続され、トランジスタMN1-19のソースは選択ゲート線SGS1に接続されている。トランジスタMN1-18及びトランジスタMN1-19のドレインは、選択線SGDSを介して選択駆動回路56に接続されている。トランジスタMN1-18及びMN1-19のゲートには、NANDゲート回路NA51-1の出力で、アドレスデコード信号の反転出力が供給されている。前記選択駆動回路56は、データ消去の場合には電源電位VCCを選択ゲート線SGD1、SGS1に供給し、それ以外の場合には接地電位Vssを選択ゲート線SGD1、SGS1に供給する。
【0024】
また、高電圧転送回路54-1は、ブロックC1が選択された場合、データ書き込み、データ消去、データ読み出しのそれぞれのモードに応じて、ゲート線G1に、転送トランジスタMN1-0〜MN1-17がオンするのに十分な電源電位以上の電位を供給する。これにより、転送トランジスタMN1-0は、選択ゲート線電位制御回路51の出力電位を選択ゲート線SGD1に転送する。転送トランジスタMN1-1〜MN1-16は、ワード線駆動回路52−1〜52−16の出力電位をワード線WL1-1〜WL1-16に転送する。さらに、転送トランジスタMN1-17は、選択ゲート線電位制御回路53の出力電位を選択ゲート線SGS1に転送する。高電圧転送回路54-1は、ブロックC1が非選択の場合、ゲート線G1に接地電位を与える。これにより、転送トランジスタMN1-0〜MN1-17はカットオフされる。
【0025】
また、前記転送トランジスタMN1-0〜MN1-17、MN1-18、及びMN1-19に高耐圧用トランジスタを用いているのは、データ消去の場合に、これらトランジスタのソース(選択ゲート線あるいは非選択ブロックのワード線)が容量接合によって消去電位程度(20V程度)まで電位が持ち上がるからである。
【0026】
図23〜図25は、図22に示す回路におけるデータ書き込み、データ読み出し、及びデータ消去のそれぞれの動作を示すタイミングチャートである。
【0027】
高電圧源回路55には、データ書き込み時に20V程度、データ読み出し時に3.5V程度、データ消去時に電源電圧というように異なる電位が設定され、これら異なる電位が高電圧転送回路54-1に供給される。この高電圧転送回路54-1はアドレスデコード信号DEC1により制御されており、ブロックC1が選択された場合には高電圧転送回路54-1の出力がゲート線G1を介して転送トランジスタMN1-0〜MN1-17の各々のゲート電極に供給される。これにより、選択ゲート線電位制御回路51の出力電位が選択ゲート線SGD1に転送され、選択ゲート線電位制御回路53の出力電位が選択ゲート線SGS1に転送される。さらに、ワード線駆動回路52−1〜52−16の出力電位がワード線WL1-1〜WL1-16に転送される。
【0028】
ブロックC1が非選択の場合、高電圧転送回路54-1はゲート線G1に接地電位を供給する。これにより、転送トランジスタMN1-0〜MN1-17はカットオフされ、選択ゲート線SGD1、SGS1、及びワード線WL1-1〜WL1-16は浮遊状態になる。このとき、転送トランジスタMN1-18、MN1-19がオンされ、選択ゲート線SGD1、SGS1に選択駆動回路56からの出力電位が供給される。
【0029】
【発明が解決しようとする課題】
前述したように、図22に示す半導体記憶装置では、ブロックC1が選択された場合、データ書き込み、データ読み出し、データ消去の各モードに応じて、選択ゲート線SGD1、SGS1、及びワード線WL1-1〜WL1-16に供給される電位が異なる。転送トランジスタMN1-0〜MN1-17はこれら選択ゲート線SGD1、SGS1、ワード線WL1-1〜WL1-16へ電位を転送するためのトランジスタであり、転送トランジスタMN1-0〜MN1-17のゲート電極にはゲート線G1が共通に接続されている。このため、ブロックC1が選択された場合、データ書き込み、データ読み出し、データ消去の各モードに応じて、ゲート線G1には一律に異なる電位が供給されることになる。一方、ブロックC1が非選択の場合、ゲート線G1には接地電位が供給される。
【0030】
したがって、各モードにおいてブロックC1が選択、非選択となった場合、ゲート線G1に対して、接地電位から各モードの動作電位へ昇圧する充電と、この動作電位から接地電位へ低下させる放電とを繰り返すことになる。このため、ゲート線G1の充放電に時間がかかり、かつ電流を消費するという問題がある。また、選択ゲート線SGD1、SGS1へ電位を転送するためのトランジスタのゲート電極と、ワード線WL1-1〜WL1-16へ電位を転送するためのトランジスタのゲート電極とがゲート線G1に共通に接続されているため、選択ゲート線SGD1、SGS1に必要のない電位を供給しなければならないという問題もある。
【0031】
また、データ消去においては、基板もしくはウェルに消去電位(20V程度)を印加する。このため、浮遊状態にある選択ゲート線SGD1、SGS1の電位が容量結合により消去電位程度(20V程度)になることから、転送トランジスタMN1-0〜MN1-17には高耐圧用トランジスタ(低電流駆動トランジスタ)を用いている。データ読み出し、データ書き込みの場合には、NANDセルブロックが選択される毎に、転送トランジスタMN1-0〜MN1-17のゲートを昇圧している。しかし、前記転送トランジスタMN1-0〜MN1-17は、高耐圧用トランジスタでありサイズが大きいため、動作が遅く、これら転送トランジスタがオンするまでに時間がかかる。したがって、選択ゲート線SGD1、SGS1及びワード線WL1-1〜WL1-16に、電位を高速に転送することができないという問題がある。例えば、256MビットのNANDセル型EEPROMの場合は、データ読み出し時間が選択ゲート線に接続された転送トランジスタの抵抗、すなわちトランジスタのサイズで決まってしまう。
【0032】
また、選択ゲート線駆動回路51、53内にも前記高耐圧用トランジスタ(低電流駆動トランジスタ)を用いていること、選択ゲート線駆動回路を全ブロックのNANDセルで共通に使用しているために転送トランジスタMN1-0、MN1-17までの配線長が長く、配線遅延が大きいことなどから選択ゲート線SGD1、SGS1に電位を高速に供給できないという問題がある。
【0033】
そこでこの発明は、前記課題に鑑みてなされたものであり、消費電流を抑えると共に、選択ゲート線に高速に電位を供給でき、読み出し速度を高速化できる半導体記憶装置を提供することを目的とする。
【0034】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、この発明に係る第1の半導体記憶装置は、情報を記憶するメモリセルと、前記メモリセルに接続された選択ゲートトランジスタと、前記メモリセルを選択するための選択回路と、前記選択回路の出力信号を受け取り、この出力信号に応じて前記選択ゲートトランジスタのゲートに電位を供給するための選択ゲート駆動回路と、その電流経路の一端が前記選択ゲート駆動回路に接続され、その電流経路の他端が前記選択ゲートトランジスタのゲートに接続され、前記選択ゲート駆動回路の電位を前記選択ゲートトランジスタのゲートに転送するための第1の転送トランジスタと、前記第1の転送トランジスタのゲートに接続された第1のゲート線と、前記第1のゲート線に電位を供給して、前記第1の転送トランジスタの導通/非導通を制御する第1の電位制御回路と、前記メモリセルの制御ゲートに電位を供給するためのワード線駆動回路と、その電流経路の一端が前記ワード線駆動回路に接続され、その電流経路の他端が前記メモリセルの制御ゲートに接続され、前記ワード線駆動回路の電位を前記メモリセルの制御ゲートに転送するための第2の転送トランジスタと、前記第2の転送トランジスタのゲートに接続され、前記第1のゲート線とは切り離されて設けられた第2のゲート線と、前記選択回路の出力信号を受け取り、前記選択ゲート駆動回路から前記選択ゲートトランジスタのゲートに選択電位/非選択電位が各々供給されることに応じて、前記第2のゲート線に電位を供給して、前記第2の転送トランジスタの導通/非導通を制御する電圧供給回路と、前記電圧供給回路が前記第2のゲート線に供給する少なくとも電源電位以上の可変電位を生成するための第2の電位制御回路とを具備し、前記第1の電位制御回路は、読み出し待機状態及び読み出し状態において前記第1のゲート線に電源電位より高い所定電位を供給することを特徴とする。
【0035】
また、この発明に係る第2の半導体記憶装置は、情報を記憶するメモリセルと、前記メモリセルに接続された選択ゲートトランジスタと、前記メモリセルを選択するための選択回路と、前記選択回路の出力信号を受け取り、この出力信号に応じて前記選択ゲートトランジスタのゲートに電位を供給するための選択ゲート駆動回路と、その電流経路の一端が前記選択ゲート駆動回路に接続され、その電流経路の他端が前記選択ゲートトランジスタのゲートに接続され、前記選択ゲート駆動回路の電位を前記選択ゲートトランジスタのゲートに転送するための第1の転送トランジスタと、前記第1の転送トランジスタのゲートに接続された第1のゲート線と、前記第1のゲート線に電位を供給して、前記第1の転送トランジスタの導通/非導通を制御する第1の電位制御回路と、前記メモリセルの制御ゲートに電位を供給するためのワード線駆動回路と、その電流経路の一端が前記ワード線駆動回路に接続され、その電流経路の他端が前記メモリセルの制御ゲートに接続され、前記ワード線駆動回路の電位を前記メモリセルの制御ゲートに転送するための第2の転送トランジスタと、前記第2の転送トランジスタのゲートに接続され、前記第1のゲート線とは切り離されて設けられた第2のゲート線と、前記選択回路の出力信号を受け取り、前記選択ゲート駆動回路から前記選択ゲートトランジスタのゲートに選択電位/非選択電位が各々供給されることに応じて、前記第2のゲート線に電位を供給して、前記第2の転送トランジスタの導通/非導通を制御する電圧供給回路と、前記電圧供給回路が前記第2のゲート線に供給する少なくとも電源電位以上の可変電位を生成するための第2の電位制御回路とを具備し、前記選択ゲートトランジスタに接続されたビット線と、前記ビット線に電流通路の一端が接続され、前記ビット線の電位を検知しデータ読み出し動作を行うセンスアンプに前記電流通路の他端が接続された第3の転送トランジスタとをさらに具備し、前記第3の転送トランジスタのゲートは前記第1の転送トランジスタのゲートが接続された前記第1のゲート線に接続されていることを特徴とする。
【0036】
また、この発明に係る第3の半導体記憶装置は、情報を記憶する1個のメモリセルの両端に選択ゲートトランジスタが接続されたメモリセルユニットと、前記メモリセルユニットを選択するための選択回路と、前記選択回路の出力信号を受け取り、この出力信号に応じて前記選択ゲートトランジスタのゲートに電位を供給するための選択ゲート駆動回路と、その電流経路の一端が前記選択ゲート駆動回路に接続され、その電流経路の他端が前記選択ゲートトランジスタのゲートに接続され、前記選択ゲート駆動回路の電位を前記選択ゲートトランジスタのゲートに転送するための第1の転送トランジスタと、前記第1の転送トランジスタのゲートに接続された第1のゲート線と、前記第1のゲート線に電位を供給して、前記第1の転送トランジスタの導通/非導通を制御する第1の電位制御回路と、前記メモリセルの制御ゲートに電位を供給するためのワード線駆動回路と、その電流経路の一端が前記ワード線駆動回路に接続され、その電流経路の他端が前記メモリセルの制御ゲートに接続され、前記ワード線駆動回路の電位を前記メモリセルの制御ゲートに転送するための第2の転送トランジスタと、前記第2の転送トランジスタのゲートに接続され、前記第1のゲート線とは切り離されて設けられた第2のゲート線と、前記選択回路の出力信号を受け取り、前記選択ゲート駆動回路から前記選択ゲートトランジスタのゲートに選択電位/非選択電位が各々供給されることに応じて、前記第2のゲート線に電位を供給して、前記第2の転送トランジスタの導通/非導通を制御する電圧供給回路と、前記電圧供給回路が前記第2のゲート線に供給する少なくとも電源電位以上の可変電位を生成するための第2の電位制御回路とを具備し、前記第1の電位制御回路は、読み出し待機状態及び読み出し状態において前記第1のゲート線に電源電位より高い所定電位を供給し、前記読み出し待機状態では、前記電圧供給回路は前記第2のゲート線に電位を供給して全ての前記メモリセルユニット内の前記メモリセルの制御ゲートに接続されている前記第2の転送トランジスタを導通状態にし、前記ワード線駆動回路は全ての前記メモリセルの制御ゲートに読み出しを行うための電位を供給することを特徴とする。
【0037】
また、この発明に係る第4の半導体記憶装置は、情報を記憶するメモリセルと、前記メモリセルに接続された選択ゲートトランジスタと、前記選択ゲートトランジスタのゲートに電位を供給するための選択ゲート駆動回路と、前記選択ゲート駆動回路の電位を前記選択ゲートトランジスタのゲートに転送するための第1の転送トランジスタと、前記第1の転送トランジスタのゲートに接続された第1のゲート線と、前記第1のゲート線に電位を供給して、前記第1の転送トランジスタの導通/非導通を制御する第1の電位制御回路と、前記メモリセルの制御ゲートに電位を供給するためのワード線駆動回路と、前記ワード線駆動回路の電位を前記メモリセルの制御ゲートに転送するための第2の転送トランジスタと、前記第2の転送トランジスタのゲートに接続され、前記第1のゲート線とは切り離されて設けられた第2のゲート線と、前記第2のゲート線に電位を供給して、前記第2の転送トランジスタの導通/非導通を制御する電圧供給回路とを具備することを特徴とする。
【0038】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態の半導体記憶装置について、NANDセル型のEEPROMを例に取り以下に説明する。
【0039】
[第1の実施の形態]
図1は、この発明の第1の実施の形態の半導体記憶装置の構成を示すブロック図である。この図1は、NANDセル型のEEPROMにおけるNANDセルnブロック分のローデコーダ及びその制御回路を示している。1ブロック目のNANDセル、ローデコーダ及びその制御回路を用いて回路構成を説明する。
【0040】
図1において、トランジスタMN1-0〜MN1-17は、ゲート絶縁膜が厚いトランジスタであり、各ノードに高電圧を印加することができる高耐圧用トランジスタである。破線で囲まれた部分のR1〜Rnは各ブロックのローデコーダを示している。C1〜Cnは各ブロックのメモリセルアレイを示し、図1では説明を簡単にするために1つのビット線のみを記している。
【0041】
直列に接続されたメモリセルMC1〜MC16において、メモリセルMC1のドレインには選択ゲートトランジスタSD1が接続され、メモリセルMC16のソースには選択ゲートトランジスタSS1が接続されている。選択ゲートトランジスタSD1はビット線BLに接続され、選択ゲートトランジスタSS1はソース線SLに接続されている。
【0042】
メモリセルトランジスタMC1〜MC16のそれぞれのゲート電極には、ワード線WL1−1〜WL1−16がそれぞれ接続されている。ビット線BL側の選択ゲートトランジスタSD1のゲート電極には選択ゲート線SGD1が接続され、ソース線SL側の選択ゲートトランジスタSS1のゲート電極には選択ゲート線SGS1が接続されている。
【0043】
選択ゲート線SGD1、SGS1にそれぞれ接続された転送トランジスタMN1-0、MN1-17のゲート線Gは、NANDセルブロックC1〜Cnで共通に接続されている。すなわち、ゲート線Gは、全てのNANDセルブロックC1〜Cn内の転送トランジスタMNk-0、MNk-17(k=1、2、…、n)のゲート電極に共通に接続されている。
【0044】
さらに、ゲート線Gは、電位制御回路11を介して、この電位制御回路11に電源電位以上の所定電位を供給する昇圧電位出力回路12に接続されている。電位制御回路11は、データ消去あるいはデータロードの場合に電源電位以下の電位をゲート線Gに出力し、その他の場合には、電源電位より高い所定の昇圧電位をゲート線Gに出力する。なお、ここでのデータロードは、データ消去を行うアドレスを取り込む動作をいう。
【0045】
転送トランジスタMN1-0のソースは選択ゲート線SGD1に接続され、ドレインは電位供給線SGDIN1に接続されている。この電位供給線SGDIN1は、選択ゲート線SGD1に電位を供給するための選択ゲート線駆動回路13-1に接続されている。また、転送トランジスタMN1-17のソースは選択ゲート線SGS1に接続され、ドレインは電位供給線SGSIN1に接続されている。この電位供給線SGSIN1は、選択ゲート線SGS1に電位を供給するための選択ゲート線駆動回路14-1に接続されている。
【0046】
転送トランジスタMN1-1〜MN1-16のそれぞれのソースはワード線WL1-1〜WL1-16にそれぞれ接続されている。ワード線駆動回路15-1〜15-16は、それぞれ制御ゲート線CG1〜CG16を介して転送トランジスタMN1-1〜MN1-16のそれぞれのドレインに接続されている。前記ワード線駆動回路15-1〜15-16は、ワード線WL1-1〜WL1-16に電位を供給するための回路である。さらに、ワード線駆動回路15-1〜15-16は、同様にそれぞれ制御ゲート線CG1〜CG16を介して、ローデコーダR2〜Rn内の転送トランジスタMNk-1〜MNk-16(k=2、3、…、n)のそれぞれのドレインにも接続されている。
【0047】
転送トランジスタMN1-1〜MN1-16のそれぞれのゲート電極はゲート線G1に共通に接続されており、このゲート線G1は高電圧転送回路16-1に接続されている。高電圧転送回路16-1には、高電圧源回路17から高電位転送線LPINを介して高電位が供給されている。ブロックC1が選択された場合、高電圧転送回路16-1は、ワード線駆動回路15-1〜15-16からの供給電位がワード線WL1-1〜WL1-16に転送されるように、ゲート線G1に十分な電位を供給する。一方、ブロックC1が非選択の場合、高電圧転送回路16-1はゲート線G1に接地電位を供給する。なお、高電圧源回路17は、同様に高電位転送線LPINを介して、ローデコーダRk(k=2、3、…、n)内の高電圧転送回路16-k(k=2、3、…、n)にそれぞれ高電位を供給する。
【0048】
NANDゲート回路NA11-1にはアドレス信号addressが入力され、その出力は、インバータIV11-1を介してデコード信号DEC1として選択ゲート線駆動回路13-1、選択ゲート線駆動回路14-1、及び高電圧転送回路16-1にそれぞれ供給されている。
【0049】
次に、前記半導体記憶装置の動作について説明する。ここでは、NANDセルブロックC1〜Cnのうち、ブロックC1が選択された場合を述べる。
【0050】
前述したように、データ消去では、選択されたブロックC1内の全てのメモリセルMC1〜MC16の制御ゲートに接地電位を与え、非選択のブロックC2〜Cn内の全てのメモリセルMC1〜MC16の制御ゲートを浮遊状態にする。さらに、全てのブロックC1〜Cn内の全ての選択ゲート線SGD1〜SGDn、SGS1〜SGSn、ビット線BL及びソース線SLを浮遊状態として、p形ウェル及びn形ウェルに高電位の消去電位(20V程度)を印加する。これにより、選択されたブロックC1内のメモリセルMC1〜MC16においては、浮遊ゲートの電子がウェルに放出され、ブロックC1内のメモリセルに記憶されたデータの消去が行われる。
【0051】
このとき、全てのブロックC1〜Cn内の選択ゲート線SGD1〜SGDn、SGS1〜SGSnは、浮遊状態になっているため、容量結合によって消去電位近くまで電位が上昇する。このため、選択ゲート線SGD1〜SGDn、SGS1〜SGSnの高電位が選択ゲート線駆動回路13-1〜13-n、14-1〜14-nへ伝わらないように、前記選択ゲート線と選択ゲート線駆動回路とを分離する必要がある。そこで、ゲート線Gに電源電位以下の電位を供給し、選択ゲート線SGD1〜SGDn、SGS1〜SGSnに接続された全ての転送トランジスタMN1-0〜MNn-0、MN1-17〜MNn-17をカットオフ状態にする。なお、データ消去を行うアドレスを取り込む動作(データロード)中も、ゲート線Gに電源電位以下の電位を与える。
【0052】
また、図2に示すように、データ書き込みでは、選択されたブロックC1内の選択ゲート線駆動回路13-1から選択ゲート線SGD1に電源電位を供給し、選択ゲート線駆動回路14-1から選択ゲート線SGS1に接地電位を供給する。また、図3に示すように、データ読み出しでは、選択されたブロックC1内の選択ゲート線駆動回路13-1から選択ゲート線SGD1に読み出し電位(3.5V程度)を供給し、選択ゲート線駆動回路14-1から選択ゲート線SGS1にも読み出し電位(3.5V程度)を供給する。一方、非選択のブロックC2〜Cnでは、データ書き込み及びデータ読み出しのいずれの場合でも、選択ゲート線SGD2〜SGDn、及び選択ゲート線SGS2〜SGSnに接地電位を供給する。
【0053】
したがって、データ書き込み及びデータ読み出しの場合、全ての選択ゲート線駆動回路から全ての選択ゲート線にそれぞれ電位を転送するために、転送トランジスタMN1-0〜MNn-0、MN1-17〜MNn-17をオン状態にする必要がある。
【0054】
この第1の実施の形態では、データ書き込み及びデータ読み出しを行う場合に、選択ブロック、非選択ブロックによらず、待機状態からゲート線Gに電源電位より高い一定の昇圧電位を供給することにより、転送トランジスタMN1-0〜MNn-0及びMN1-17〜MNn-17をオン状態にしている。このため、転送トランジスタMN1-0〜MNn-0及びMN1-17〜MNn-17は、電位供給線SGDIN1〜SGDINn及びSGSIN1〜SGSINnの電位を、それぞれの選択ゲート線SGD1〜SGDn及びSGS1〜SGSnに遅延することなく転送することが可能になる。また、選択ゲート線駆動回路13-1、14-1はブロックC1に配置され、選択ゲート線駆動回路13-2、14-2はブロックC2に配置され、さらに選択ゲート線駆動回路13-k、14-k(k=3、4、…、n)のそれぞれはブロックCk(k=3、4、…、n)にそれぞれ配置されている。すなわち、選択ゲート線駆動回路及び選択ゲート線駆動回路は、1つのブロックに1組ずつ配置されているため、選択ゲート線駆動回路と選択ゲート線間の配線長を短くでき、配線遅延を低減することができる。これにより、選択ゲート線駆動回路13-1〜13-n及び14-1〜14-nから選択ゲート線SGD1〜SGDn及びSGS1〜SGSnへの電位の転送を高速に行うことができ、データ書き込み及びデータ読み出し動作の高速化が可能になる。
【0055】
図2及び図3に、データ書き込み及びデータ読み出し動作時のタイミングチャートを示す。これらの図からわかるように、データ書き込みでは、選択ゲート線SGD1が大きな遅延を生じることなく立ち上がっている。また、データ読み出しでは選択ゲート線SGD1、SGS1とも、大きな遅延を生じることなく立ち上がっている。
【0056】
図22に示す装置では、読み出し動作が、選択ゲート線SGD1、SGS1に電位を転送する転送トランジスタMN1-0〜MN1-17の抵抗、及びこれら転送トランジスタのゲート電極の電位昇圧時間で決まっていた。この第1の実施の形態では、電位制御回路11により、ゲート線Gに待機状態から電源電位より高い一定の昇圧電位を供給し、転送トランジスタMN1-0〜MNn-0、MN1-17〜MNn-17のゲート電位を待機状態から電源電位より高い一定の昇圧電位に固定することにより、これらの転送トランジスタを低抵抗状態で維持する。これにより、転送トランジスタMN1-0〜MNn-0、MN1-17〜MNn-17のゲート電極の昇圧時間が短縮でき、読み出し動作の高速化が可能となる。
【0057】
さらに、転送トランジスタMN1-0〜MNn-0、MN1-17〜MNn-17のゲート電位を電源電位以上の一定の昇圧電位に固定することにより、ゲート電位の充放電回数が減るため、昇圧電位を供給する昇圧電位出力回路12の供給電荷量を低減できる。このため、昇圧電位出力回路12の負担を低減でき、消費電流を抑えることができる。
【0058】
また、選択ゲート線に接続された転送トランジスタMN1-0〜MNn-0、MN1-17〜MNn-17のそれぞれのゲート電極は、ワード線に接続された転送トランジスタMN1-1〜MN1-16、…、MNn-1〜MNn-16のそれぞれのゲート電極と切り離されている。すなわち、ゲート線Gとゲート線G1とは、異なる配線で形成されている。これにより、ゲート線Gは、ゲート線G1が転送しなければならない高電圧VPP(20V程度)及び中間電位VPPM(10V程度)のような高電圧を転送する必要がない。例えば、図22に示す従来の装置では、データ書き込みの場合、選択ゲート線に電位を転送する転送トランジスタMN1-0〜MNn-0、MN1-17〜MNn-17のゲート電極にも、ゲート線G1〜Gnにより高電位(20V程度)を供給していたが、この第1の実施の形態では選択ゲート線に電位を転送する転送トランジスタに接続されたゲート線Gと、ワード線に電位を転送する転送トランジスタに接続されたゲート線G1とが別々に設けられているため、ゲート線Gは高電位(20V程度)を供給する必要がない。これにより、転送トランジスタMN1-0〜MNn-0、MN1-17〜MNn-17のゲート電極に、必要のない高電位(20V程度)が供給されるのをなくすことができる。このことからも、昇圧電位出力回路12の負担を低減でき、消費電流を抑えることができる。
【0059】
以上説明したようにこの第1の実施の形態によれば、全てのブロックにおける選択ゲート線に電位を転送する転送トランジスタのゲートと、ワード線に電位を転送する転送トランジスタのゲートとを別々に切り離して設けることにより、選択ゲート線に電位を転送する転送トランジスタのゲートに供給する電位を一定にでき、かつ前記転送トランジスタのゲートの充放電回数を低減できる。これにより、選択ゲート線に接続された転送トランジスタのゲートへの安定した電位供給、昇圧回路の負担の低減、消費電流の低減、及び選択ゲート線への電位の高速転送が可能になり、高速動作、特に高速な読み出し動作が可能になる。
【0060】
さらに、選択ゲート線に電位を転送するの転送トランジスタのゲート電極を全てのブロックで共通に接続し、これらの転送トランジスタにゲート電極には、読み出し待機状態、データ読み出し及びデータ書き込みの場合に、電源電圧より高い所定の昇圧電位を供給することにより、選択ゲート線に電位を転送する転送トランジスタを常に低抵抗状態に維持する。これにより、選択ゲート線駆動回路から選択ゲート線に電位を高速に転送でき、さらに読み出し動作の高速化が可能になる。
【0061】
また、選択ゲート線駆動回路を各ブロック毎に配置することにより、前記選択ゲート線駆動回路の個々の負荷を低減できると共に、選択ゲート線駆動回路と選択ゲート線間の配線長を短くできるため、配線遅延を低減できる。これにより、選択ゲート線の電位を高速転送でき、選択ゲートトランジスタを高速にオンさせることができるため、読み出し動作の高速化が可能になる。
【0062】
また、選択ゲート線に電位を転送する転送トランジスタに接続されたゲート線Gと、ワード線に電位を転送する転送トランジスタに接続されたゲート線G1とを別々に切り離して設けることにより、選択ゲート線に電位を転送する転送トランジスタのゲートの充放電回数を低減でき、昇圧電位出力回路の供給負荷の低減及び消費電流の低減が可能になる。また、図22に示す従来例と比較して、データ書き込み時において、選択ゲート線に電位を転送する転送トランジスタのゲート電位を20V程度から6V程度に低くすることが可能になる。
【0063】
なお、この第1の実施の形態では、NANDセル型のEEPROMを例として説明したが、これに限らず、選択ゲート線を有する他の不揮発性記憶装置、例えば通常のAND構造やDINOR構造のEEPROMなどにも適用することができる。
【0064】
[第2の実施の形態]
次に、この発明の第2の実施の形態の半導体記憶装置について説明する。
【0065】
図4、図5及び図8は、第2の実施の形態及びその変形例の半導体記憶装置における選択ゲート線駆動回路及びNANDセルの構成を示す回路図である。
【0066】
図4、図5及び図8に示す選択ゲート線駆動回路は、選択ゲート線に電位を高速に転送する機能を備えている。選択ゲート線に電位を高速に転送するには、高電流駆動トランジスタで回路を構成することが望ましく、この第2の実施の形態においては選択ゲート線駆動回路が高電流駆動トランジスタで構成されている。前記高電流駆動トランジスタとは、ゲート絶縁膜の膜厚が薄いトランジスタであり、接地電位から電源電圧程度までの電位の転送に用いられる。
【0067】
図4は、1ブロック分の選択ゲート線駆動回路を示し、また簡単のために、メモリセルアレイとして1つのビット線のみを示す。図4は、図2及び図3に示したデータ書き込み及びデータ読み出しの動作を実現するための実施例の1つである。
【0068】
図4に示すように、直列に接続されたメモリセルMC1〜MC16において、メモリセルMC1のドレインには選択ゲートトランジスタSDが接続され、メモリセルMC16のソースには選択ゲートトランジスタSSが接続されている。選択ゲートトランジスタSDはビット線BLに接続され、選択ゲートトランジスタSSはソース線SLに接続されている。
【0069】
メモリセルトランジスタMC1〜MC16のそれぞれのゲート電極には、ワード線WL1-1〜WL1-16がそれぞれ接続されている。ビット線BL側の選択ゲートトランジスタSDのゲート電極には選択ゲート線SGD1が接続され、ソース線SL側の選択ゲートトランジスタSSのゲート電極には選択ゲート線SGS1が接続されている。
【0070】
転送トランジスタMN0のソースは選択ゲート線SGD1に接続され、ドレインは電位供給線SGDIN1に接続されている。この電位供給線SGDIN1は、インバータIV20の出力端に接続されている。転送トランジスタMN17のソースは選択ゲート線SGS1に接続され、ドレインは電位供給線SGSIN1に接続されている。この電位供給線SGSIN1は、NORゲート回路NR20の出力端に接続されている。前記転送トランジスタMN0、MN17は、 ゲート絶縁膜の膜厚が厚い高耐圧用トランジスタである。また、転送トランジスタMN0、MN17のゲート電極は、ゲート線Gに共通に接続されている。前記ゲート線Gは、ワード線に電位を転送する転送トランジスタのゲート電極(図示していない)とは切り離されて設けられている。
【0071】
NANDゲート回路NA20にはアドレス信号addressが入力され、その出力はインバータIV20の入力端、NORゲート回路NR20の第1入力端にそれぞれ供給されている。前記NORゲート回路NR20の第2入力端には、制御信号Wが入力されている。この制御信号Wは、選択ゲート線SGS1に供給する電位を制御するための信号である。なお、図4では、選択ゲート線SGD1を駆動する選択ゲート線駆動回路は、単なる短絡回路であり、行アドレスデコード信号が直接、電位供給線SGSIN1に供給されている。前記NANDゲート回路NA20とNORゲート回路NR20により、行アドレスデコード回路及び選択ゲート線SGS1を駆動する選択ゲート線駆動回路が構成される。
【0072】
また、前記NANDゲート回路NA20、インバータIV20、NORゲート回路NR20は、全てゲート絶縁膜の膜厚が薄い、高電流駆動トランジスタで構成されている。NANDゲート回路NA20には、行アドレス信号(アドレスはAk、A(k+1)、…、Anとする)が入力され、このNANDゲート回路NA20の出力がインバータIV20、NORゲート回路NR20にそれぞれ入力されている。
【0073】
このように構成された半導体記憶装置においては、ゲート線Gに高電位が供給されると、転送トランジスタMN0がオンし、選択ゲート線SGD1に行アドレスのデコード信号が供給される。このデコード信号は、例えばブロックの選択を示すときに電源電位となり、非選択を示すときに接地電位となる。同様に、ゲート線Gに高電位が供給されて、転送トランジスタMN17がオンすると、選択ゲート線SGS1には行アドレスの前記デコード信号が出力される。ただし、データ書き込みの場合は、制御信号Wを接地電位から電源電位にすることにより、選択ゲート線SGSを常に接地電位にする。
【0074】
図4に示すこの第2の実施の形態では、前記第1の実施の形態と同様に、選択ゲート線に電位を転送する転送トランジスタのゲートと、ワード線に電位を転送する転送トランジスタのゲートとを別々に切り離して設け、前記選択ゲート線に電位を転送する転送トランジスタのゲートに電源電位より高い一定の昇圧電位を供給し、前記転送トランジスタを低抵抗で維持していることに加えて、選択ゲートトランジスタのゲートに電位を供給する選択ゲート線駆動回路を高電流駆動のトランジスタで構成しているため、選択ゲートトランジスタのゲートに電源電位あるいは接地電位を高速に転送できる。これは、特に読み出し動作の高速化に有効である。
【0075】
次に、図5を用いて、前記選択ゲート線駆動回路の変形例について説明する。
【0076】
図5は、前記選択ゲート線駆動回路の変形例及びNANDセルの構成を示す回路図である。図5は、2ブロック分の選択ゲート線駆動回路を示し、またメモリセルアレイとして1つのビット線のみを示す。図5に示す変形例は、前記図4に示す第2の実施の形態において隣接するソース線側の選択ゲート線を共有化したものである。
【0077】
直列に接続されたメモリセルMC(2m-1)-1〜メモリセルMC(2m-1)-16において、メモリセルMC(2m-1)-1のドレインには選択ゲートトランジスタSD(2m-1)が接続され、メモリセルMC(2m-1)-16のソースには選択ゲートトランジスタSS(2m-1)が接続されている。直列に接続されたメモリセルMC2m-1〜メモリセルMC2m-16において、メモリセルMC2m-16のドレインには選択ゲートトランジスタSD2mが接続され、メモリセルMC2m-1のソースには選択ゲートトランジスタSS2mが接続されている。選択ゲートトランジスタSD(2m-1)、SD2mは共通にビット線BLに接続され、選択ゲートトランジスタSS(2m-1)、SS2mは共通にソース線SLに接続されている。
【0078】
前記メモリセルトランジスタMC(2m-1)-1〜MC(2m-1)-16のそれぞれのゲート電極には、ワード線WL(2m-1)-1〜WL(2m-1)-16がそれぞれ接続されている。ビット線BL側の選択ゲートトランジスタSD(2m-1)のゲート電極には選択ゲート線SGD(2m-1)が接続され、ソース線SL側の選択ゲートトランジスタSS(2m-1)のゲート電極には選択ゲート線SGSmが接続されている。前記メモリセルトランジスタMC2m-1〜MC2m-16のそれぞれのゲート電極には、ワード線WL2m-1〜WL2m-16がそれぞれ接続されている。ビット線BL側の選択ゲートトランジスタSD2mのゲート電極には選択ゲート線SGD2mが接続され、ソース線SL側の選択ゲートトランジスタSS2mのゲート電極には、前記選択ゲート線SGSmが接続されている。
【0079】
転送トランジスタMN(2m-1)-0のソースは選択ゲート線SGD(2m-1)に接続され、そのドレインは電位供給線DEC2に接続されている。この電位供給線DEC2は、インバータIV21の出力端に接続されている。転送トランジスタMNm-17のソースは選択ゲート線SGSmに接続され、そのドレインは電位供給線SGSmINに接続されている。この電位供給線SGSmINは、NANDゲート回路NA22の出力端に接続されている。転送トランジスタMN2m-0のソースは選択ゲート線SGD2mに接続され、そのドレインは電位供給線DEC3に接続されている。この電位供給線DEC3は、インバータIV23の出力端に接続されている。また、転送トランジスタMN(2m-1)-0、MNm-17、MN2m-0のそれぞれのゲート電極は、ゲート線Gに共通に接続されている。前記転送トランジスタMN(2m-1)-0、MNm-17、MN2m-0は、ゲート絶縁膜の膜厚が厚い高耐圧用トランジスタである。
【0080】
前記NANDゲート回路NA20には、アドレス信号address(A(k+1)、A(k+2)、…、An)が入力され、その出力はインバータIV20を介してNANDゲート回路NA21、NA22、NA23のそれぞれの第1入力端に供給されている。前記NANDゲート回路NA21の第2入力端には、最下位アドレスAkがインバータIV22を介して入力され、NANDゲート回路NA23にはそのまま最下位アドレスAkが入力されている。NANDゲート回路NA22には、制御信号Wが入力されている。
【0081】
NANDゲート回路NA21の出力は、インバータIV21を介して電位供給線DEC2に供給され、NANDゲート回路NA22の出力は電位供給線SGSmINに供給されている。さらに、NANDゲート回路NA23の出力は、インバータIV23を介して電位供給線DEC3に供給されている。なお、前記NANDゲート回路NA21とインバータIV21により、選択ゲート線SGD(2m-1)を駆動する選択ゲート線駆動回路が構成され、前記NANDゲート回路NA22により、選択ゲート線SGSmを駆動する選択ゲート線駆動回路が構成される。さらに、NANDゲート回路NA23とインバータIV23により、選択ゲート線SGD2mを駆動する選択ゲート線駆動回路が構成される。
【0082】
このように構成された回路において、前記NANDゲート回路NA20〜NA23、インバータIV20〜IV23は、全てゲート絶縁膜の膜厚が薄い、高電流駆動トランジスタで構成されている。また、NANDゲート回路NA20には、最下位アドレスAkを除く行アドレス信号(A(k+1)、…、An)が入力され、インバータIV20からは最下位アドレスを除く行アドレスのデコード信号が電位供給線DEC1に供給されている。
【0083】
前記NANDゲート回路NA21の第1入力端には、前記電位供給線DEC1を介して最下位アドレスを除く行アドレスのデコード信号が入力され、その第2入力端には最下位アドレスAkがインバータIV22を介して入力される。NANDゲート回路NA21では、第1、第2入力端に入力された信号の否定論理積が取られ、その結果がインバータIV21に出力される。そして、インバータIV21からは、行アドレスのデコード信号が電位供給線DEC2に供給される。NANDゲート回路NA22の第1入力端には、前記電位供給線DEC1を介して最下位アドレスを除く行アドレスのデコード信号が入力され、その第2入力端には制御信号Wが入力される。NANDゲート回路NA22では、第1、第2入力端に入力された信号の否定論理積が取られ、その結果がNANDゲート回路NA22から電位供給線SGSmINに供給される。NANDゲート回路NA23の第1入力端には、前記電位供給線DEC1を介して最下位アドレスを除く行アドレスのデコード信号が入力され、その第2入力端には最下位アドレスAkが入力される。NANDゲート回路NA23では、第1、第2入力端に入力された信号の否定論理積が取られ、その結果がインバータIV23に出力される。そして、インバータIV23からは、行アドレスのデコード信号が電位供給線DEC3に供給される。なお、前記最下位アドレスAkは、隣接するブロックを区別する信号である。
【0084】
図5に示す変形例では、隣接するソース線側の選択ゲート線を共有化しているため、図4に示す回路に比べて、ローデコーダを構成する素子数を減らすことができる。また、図5に示す選択ゲート線駆動回路による書き込み動作、読み出し動作のタイミングチャートをそれぞれ図6、図7に示す。図6に示すように、データ書き込みにおいてブロックC2mが選択された場合、制御信号Wを電源電圧にして、NANDゲート回路NA22から電位供給線SGSmINに接地電位を供給する。その他の場合には、待機状態から制御信号Wを接地電位にして、NANDゲート回路NA22から電位供給線SGSmINに常に電源電圧を供給する。いずれの場合も、ゲート線Gには常に電源電位より高い一定の電位(6V程度)が供給されて転送トランジスタMNm-17がオン状態になっており、電位供給線SGSmINの電位が選択ゲート線SGSmに転送される。書き込み及び読み出し動作における選択ブロックでは、常時、ゲート線Gに一定の高電位(6V程度)が供給されているため、転送トランジスタMNm-17のゲートを充放電する回数が減らせるので、消費電流を低減することができる。さらに、図7に示すように、データ読み出しで選択ブロックの場合、選択ゲート線SGSmの電位が変動しないため、さらなる読み出し動作の高速化が可能である。
【0085】
すなわち、図5に示す第2の実施の形態の変形例では、隣接する選択ゲート線を共通接続することにより、回路素子数を低減でき、チップ面積の縮小が可能になる。さらに、ソース線側の選択ゲートトランジスタSS(2m-1)、SS2mのゲート電極に接続された選択ゲート線SGSmに、データ書き込みで選択ブロックの場合のみ、電源電位より低い所定の電位(例えば0V)を供給し、その他の場合には電源電位以上の所定の昇圧電位を供給することにより、データ読み出しにおいて、電位の変化する個所を減らし、読み出し動作の高速化、低電流化が可能となる。
【0086】
次に、図8を用いて、前記選択ゲート線駆動回路の別の変形例について説明する。図8は、前記選択ゲート線駆動回路の別の変形例及びNANDセルの構成を示す回路図である。
【0087】
この図8は、2ブロック分の選択ゲート線駆動回路を示し、またメモリセルアレイとして1つのビット線のみを示す。図8に示す例は、前記図5に示す例において、インバータIV20とNANDゲート回路NA21との間にレベルシフタ21を追加したものである。これにより、最下位アドレスを除く行アドレスのデコードを行った後で、電源を電源電位から電源電位以上の昇圧電位にレベルシフトしている。その他の構成は、前記図5に示した例と同様である。
【0088】
図8に示す選択ゲート線駆動回路による読み出し動作、書き込み動作のタイミングチャートをそれぞれ図9、図10に示す。図8に示す選択ゲート線駆動回路では、動作電源電圧の低い半導体記憶装置の場合でも、レベルシフタ21を用いて電圧変換を行うことによって、選択ゲートトランジスタSD(2m-1)、SS(2m-1)、SS2m、SD2mのそれぞれのゲートに高電位を転送できる。このため、選択ゲートトランジスタがより低抵抗になり、回路動作が高速化でき、特に読み出し動作の高速化が可能である。
【0089】
また、レベルシフタには高電圧が供給されているので、レベルシフタに入力される信号が高電位にシフトされる際、ノイズが発生してビット線などの電位を変化させる危険がある。しかし、本願は電位供給線DEC2や選択ゲート線SGDi、SGSiにレベルシフタが直接接続されるのではなく、電位供給線DEC1に接続されている。このため、メモリセルMCより遠ざけて設けられているので、ビット線やワード線に与えるノイズの影響を低減できる。もちろん、レベルシフタのノイズが問題とならない場合には、電位供給線DEC2や選択ゲート線SGDi、SGSiに接続して設けてもよい。
【0090】
前記第2の実施の形態によれば、選択ゲート線駆動回路を構成するトランジスタをゲート絶縁膜の膜厚が薄いトランジスタ(高電流駆動トランジスタ)で構成しているため、選択ゲート線に高速に電位を転送することができ、読み出し動作のさらなる高速化が可能になる。さらに、ローデコーダから構成されるブロック選択回路にレベルシフト回路を備えることにより、動作電源電位の低電圧化に対応でき、選択ゲート線に電源電位以上の昇圧電位を供給できることにより、選択ゲートトランジスタを低抵抗化して、メモリセルに流れる電流を増加でき、さらに読み出し動作を高速化できる。
【0091】
なお、図4、図5及び図8に示す第2の実施の形態及びその変形例では、NANDセル型のEEPROMを例として説明したが、これに限らず、選択ゲート線を有する他の不揮発性記憶装置、例えば通常のAND構造やDINOR構造のEEPROMにも適用することができる。
【0092】
[第3の実施の形態]
次に、この発明の第3の実施の形態の半導体記憶装置について説明する。
【0093】
図11は、第3の実施の形態の半導体記憶装置の基本構成を示す図である。この半導体記憶装置は、選択ゲート線及びビット線に高速に電位を転送する機能を備えている。
【0094】
図11に示すように、メモリセルアレイMCのビット線側に設けられた選択ゲートトランジスタには、選択ゲート線SGD1、SGD2、〜、SGD(2n)がそれぞれ接続されている。メモリセルアレイMCのソース線側に設けられた選択ゲートトランジスタには、選択ゲート線SGS1、SGS2、〜、SGS(2n)がそれぞれ接続されている。選択ゲート線SGD1〜SGD(2n)及びSGS1〜SGS(2n)とローデコーダ31との間には、それぞれの選択ゲート線に電位を転送する転送トランジスタ32が設けられている。
【0095】
また、全てのカラム側のビット線BL1〜BL(2m)とカラムデコーダ等(センスアンプ、ページバッファを含む)33との間には、ビット線に電位を転送する転送トランジスタ34が設けられている。
【0096】
これら転送トランジスタ32、34のゲート電極には、ゲート線G12が共通に接続されている。このゲート線G12は、電位制御回路35を介して電源電圧以上の昇圧電位を出力する昇圧電位出力回路36に接続されている。
【0097】
このように構成された半導体記憶装置において、前記電位制御回路35は、データ消去あるいはデータロードの場合に電源電位以下の電位をゲート線G12に出力し、その他の場合には待機状態から、昇圧電位出力回路36から供給される電源電位以上の昇圧電位VSGHHHをゲート線G12に出力する。
【0098】
図11に示す半導体記憶装置では、全ブロックの選択ゲート線に接続された転送トランジスタ32のゲート電極と、全カラムのビット線に接続された転送トランジスタ34のゲート電極とをゲート線G12に共通に接続することにより、ロー方向及びカラム方向の転送トランジスタのゲート電極への電位供給方法を統一することができる。これにより、回路動作を簡略化できると共に、転送トランジスタのゲート電極に電位を供給するための電位制御回路の回路面積を小さくでき、さらには半導体記憶装置のチップ面積を縮小することができる。
【0099】
なお、この第3の実施の形態では、NANDセル型のEEPROMを例として説明したが、これに限らず、選択ゲート線を有する他の不揮発性記憶装置、例えば通常のAND構造やDINOR構造のEEPROMにも適用することができる。
【0100】
[第4の実施の形態]
次に、主にNAND型フラッシュEEPROMにおいて、直列接続された複数のメモリセルトランジスタの部分が、単体のメモリセルトランジスタで構成されるデバイスに関して説明を行う。以下、このデバイスを3トランジスタNAND型フラッシュメモリと称する。3トランジスタNAND型フラッシュメモリは、直列接続されたトランジスタ数が少ないので、メモリセルの読み出し電流が大きく、高速読み出しが可能である。この第4の実施の形態は、図1に示した第1の実施の形態におけるNANDセルを複数のメモリセルトランジスタから単体のメモリセルに置き換えたものである。
【0101】
図12は、この発明の第4の実施の形態の半導体記憶装置の構成を示すブロック図である。この図12は、3トランジスタNAND型フラッシュメモリにおけるnブロック分のローデコーダ及びその制御回路を示している。1ブロック目のNANDセル、ローデコーダ及びその制御回路を用いて回路構成を説明する。
【0102】
図12において、トランジスタMN1-0、MN1-1、MN1-17は、ゲート絶縁膜が厚いトランジスタであり、各ノードに高電圧を印加することができる高耐圧用トランジスタである。破線で囲まれた部分のR1〜Rnのそれぞれは、ブロックC1〜Cnのそれぞれのローデコーダを示している。ブロックC1〜Cnのそれぞれは、各ブロック内のメモリセルアレイを示し、図12では説明を簡単にするために1つのビット線のみを記している。
【0103】
図12に示すように、メモリセルMC1のドレインには選択ゲートトランジスタSD1が接続され、メモリセルMC1のソースには選択ゲートトランジスタSS1が接続されている。選択ゲートトランジスタSD1はビット線BLに接続され、選択ゲートトランジスタSS1はソース線SLに接続されている。
【0104】
メモリセルトランジスタMC1のゲート電極には、ワード線WL1が接続されている。ビット線BL側の選択ゲートトランジスタSD1のゲート電極には選択ゲート線SGD1が接続され、ソース線SL側の選択ゲートトランジスタSS1のゲート電極には選択ゲート線SGS1が接続されている。
【0105】
選択ゲート線SGD1には、転送トランジスタMN1-0のソースが接続され、選択ゲート線SGS1には、転送トランジスタMN1-17のソースが接続されている。これら転送トランジスタMN1-0、MN1-17のゲート電極にはゲート線Gが共通に接続され、さらにゲート線Gは全てのブロックで共通に接続されている。すなわち、ゲート線Gは、全てのブロックC1〜Cnの転送トランジスタMNk-0、MNk-17(k=1、2、…、n)のゲート電極に共通に接続されている。
【0106】
さらに、ゲート線Gは、このゲート線Gに所定電位を供給する第1昇圧電位制御回路12Aに接続されている。第1昇圧電位制御回路12Aは、データ消去あるいはデータロードの場合に電源電位以下の電位をゲート線Gに出力し、その他の場合には、電源電位より高い昇圧電位をゲート線Gに出力する。
【0107】
転送トランジスタMN1-0のソースは選択ゲート線SGD1に接続され、ドレインは電位供給線SGDIN1に接続されている。この電位供給線SGDIN1は、選択ゲート線SGD1に電位を供給するための選択ゲート線駆動回路13-1に接続されている。また、転送トランジスタMN1-17のソースは選択ゲート線SGS1に接続され、ドレインは電位供給線SGSIN1に接続されている。この電位供給線SGSIN1は、選択ゲート線SGS1に電位を供給するための選択ゲート線駆動回路14-1に接続されている。
【0108】
転送トランジスタMN1-1のソースはワード線WL1に接続され、ドレインは制御ゲート線CG1を介して、ワード線WL1に電位を供給するためのワード線駆動回路15に接続されている。転送トランジスタMN1-1のゲート電極に接続されたゲート線G1は、高電圧転送回路16-1に接続されている。高電圧転送回路16-1には、第2昇圧電位制御路17Aより高電位転送線LPINを介して高電位が供給されている。選択されたブロックでは、高電圧転送回路16-1は、ゲート線G1に、転送トランジスタMN1-1がワード線駆動回路15から供給される電位をワード線WL1に転送するのに十分な電位を供給する。一方、非選択ブロックでは、高電圧転送回路16-1はゲート線G1に接地電位を供給する。
【0109】
NANDゲート回路NA11-1には、アドレス信号addressが入力され、その出力はインバータIV11-1を介してデコード信号DEC1として選択ゲート線駆動回路13-1、選択ゲート線駆動回路14-1、及び高電圧転送回路16-1にそれぞれ供給されている。
【0110】
また、前記ワード線駆動回路15は、ローデコーダR1〜Rn内の転送トランジスタMN1-1〜MNn-1にそれぞれ接続されている。また、第2昇圧電位制御路17Aは、ローデコーダR1〜Rnの高電圧転送回路16-1〜16-nにそれぞれ接続されている。
【0111】
次に、前記半導体記憶装置の動作について説明する。前記第1の実施の形態における動作と同様の部分の説明は省略するものとし、異なる動作部分のみを説明する。
【0112】
選択ゲート線SGD1、SGS1に接続された転送トランジスタMN1-0〜MNn-0、MN1-17〜MNn-17のゲート電極は、ワード線WL1に接続された転送トランジスタMN1-1〜MNn-1のゲート電極と切り離されている。このため、転送トランジスタMN1-0〜MNn-0、MN1-17〜MNn-17に接続されたゲート線Gには、転送トランジスタMN1-1〜MNn-1に接続されたゲート線G1〜Gnが転送しなければならない高電圧VPP(20V程度)及び中間電位VPPM(10V程度)のような高電圧を転送する必要がない。このことからも、第1昇圧電位制御回路12Aの負担を低減でき、消費電流を抑えることができる。
【0113】
以上説明したようにこの第4の実施の形態によれば、全てのブロック内の選択ゲート線に設けられた転送トランジスタのゲートと、ワード線に設けられた転送トランジスタのゲートとを別々に切り離して設けることにより、選択ゲート線に電位を転送する転送トランジスタのゲートに供給する電位を一定にでき、かつこれら転送トランジスタのゲートの充放電回数を低減できる。これにより、選択ゲート線に設けられた転送トランジスタのゲートへの安定した電位供給、昇圧回路の負担の低減、消費電流の低減、及び選択ゲート線への電位の高速転送が可能になり、高速動作、特に高速な読み出し動作が可能になる。
【0114】
[第5の実施の形態]
次に、さらに読み出し動作を高速化するために、図12に示した前記3トランジスタNAND型フラッシュメモリに対して、図13に示すようなプリチャージシーケンスとリカバリーシーケンスとを並行して行う読み出し方式を採用した場合について説明する。
【0115】
直列に複数のメモリセルが接続されたNAND型フラッシュメモリに対して、従来より採用されている読み出し方式では、図14に示すように、読み出しを行うブロックの各ノード(選択ゲート線、ワード線、及びビット線)を充電する期間と、実際に読み出しを行う期間と、前記各ノードを放電し読み出し前の電位に戻す期間とがそれぞれ別々に設けられている。以下、前記充電する期間をプリチャージシーケンス、読み出しを行う期間をセンスシーケンス、放電する期間をリカバリーシーケンスと称して説明を行う。NAND型フラッシュメモリに対して、従来より採用されている読み出し方式は、これらのシーケンスが一連の動作として行われている。
【0116】
これに対して、図13に示す読み出し方式では、高速読み出しを行うために、選択ブロックでのプリチャージシーケンスと非選択ブロックでのリカバリーシーケンスとが同時に並行して行われている。プリチャージシーケンスとリカバリーシーケンスを同時に行うために、この読み出し方式では、読み出しの開始を、チップ選択信号/CEが“H”から“L”に立ち下がるとき、あるいはチップ選択信号/CEが“L”でアドレスが切り替わるときとし、読み出しの終了を、チップ選択信号/CEが“L”から“H”に立ち上がるときとしている。アドレスが切り替わると、アドレス切り替わり信号ATDは“L”から“H”に立ち上がり、特定の時間が経過すると“H”から“L”に立ち下がる。このアドレス切り替わり信号ATDが“H”の期間に、プリチャージシーケンスとリカバリーシーケンスとが並行して実行される。
【0117】
このような図13に示す読み出し方式を、図12に示した3トランジスタNAND型フラッシュメモリに対して採用した場合、以下のような不具合が生じる。
【0118】
チップ選択信号/CEが“H”から“L”に立ち下がるときに読み出しを開始する場合は、読み出しを行うブロックの各ノードに対してプリチャージシーケンスが終了しているので問題はない。
【0119】
しかし、チップ選択信号/CEが“L”でアドレスが切り替わるときに読み出しを開始する場合は、選択されたブロックの各ノードに対してプリチャージシーケンスを行うと同時に、選択から非選択になったブロックの各ノードに対してリカバリーシーケンスを行わなければならないが、図12に示した3トランジスタNAND型フラッシュメモリでは、非選択ブロックのワード線WL1が浮遊状態になっているため、ワード線WL1に対してリカバリーシーケンスを行うことができない。なお、前記ワード線WL1が浮遊状態になるのは、非選択ブロックの場合、デコード信号DEC1が接地電位となり、高電圧転送回路16−1から接地電位がゲート線G1に供給されることにより、転送トランジスタMN1−1がオフするからである。
【0120】
前記非選択ブロックのワード線WL1が浮遊状態になっていると、読み出しのリカバリーシーケンスにおいてドレイン側およびソース側の選択ゲート線SGD1、SGS1の電位変化(電源電位から接地電位へ)の影響を受けて、ワード線WL1の対接地容量とワード線の隣接配線間容量との容量結合により、ワード線の電位が負電位に落ちる。この場合、転送トランジスタMN1−1のソースである拡散層(WL1)と基板とで構成されるpn接合が順方向バイアスとなり、電流を消費する。高速読み出しが必要になるにつれて、あるいはLSIの高集積化、微細化が進むにつれて、この問題は顕著になってくる。LSIの高集積化、微細化が進むにつれて、配線間距離が小さくなり、配線間容量が増加する一方で、ワード線の対接地容量は、大きく変化しない。これは、メモリセルトランジスタのトンネル酸化膜の膜厚が余り変化せず、メモリセルトランジスタのゲート容量が大きく変化しない傾向があるからである。このため、ワード線の対接地容量とワード線の隣接配線間容量との容量結合による電位変動は大きくなる。さらに、ワード線WL1の電位が負電位に大きく落ちると、ラッチアップが生じ、チップを破壊するおそれがある。
【0121】
さらに、図12に示した半導体記憶装置での読み出しにおいて、ブロックが非選択ブロックから選択ブロックになった場合、ワード線WL1の対接地容量とワード線WL1の隣接配線間容量との容量結合でワード線WL1の電位が上昇する。前述のように、非選択状態の期間中にワード線WL1の電位が変動しているので、安定するまでの待機時間がばらつき、読み出し速度がばらついてしまう。すなわち、データ読み出し開始時におけるワード線WL1の初期電位が、非選択ブロックであった期間における隣接配線の電位変動の影響を受けてばらつき、読み出し速度がばらついてしまう。そのため、読み出し動作の設計が複雑となる。
【0122】
特に、3トランジスタNAND型フラッシュメモリでは、ワード線WL1がドレイン側の選択ゲート線SGD1及びソース側の選択ゲート線SGS1に挟まれているので、両選択ゲート線の電位変動の影響を受けて、ワード線WL1の電位が変動しやすい。
【0123】
また、3トランジスタNAND型フラッシュメモリは、複数のメモリセルを持つNAND型フラッシュメモリと比較して非選択メモリセルがないので、転送トランジスタMN1−1〜MNn−1はデータ読み出し動作において、非選択メモリセルに転送していた読み出し電位(3.5V程度)を転送する必要がなく、ワード線に接地電位を転送できすればよく、ゲート線G1に6Vもの昇圧電位を供給する必要がない。
【0124】
そこで、この第5の実施の形態では、待機状態およびデータ読み出し状態において、全てのワード線に接地電位を供給することにより、両選択ゲート線の電位変動の影響を受けて、ワード線の電位が変動しないようにしている。前記待機状態とは、電源投入後における動作待ちの状態をいう。以下に、第5の実施の形態について説明する。この第5の実施の形態では、前記第4の実施の形態における構成と同様の部分には同じ符号を付してその説明は省略するものとし、異なる構成部分のみを説明する。
【0125】
図15は、この発明の第5の実施の形態の半導体記憶装置の構成を示すブロック図である。
【0126】
図15に示すように、NANDゲート回路NA11-1の出力はインバータIV11-1に出力されると共に、NANDゲート回路NA12-1の第1端子に入力される。NANDゲート回路NA12-1の第2端子には、このNANDゲート回路NA12-1の出力を制御する制御信号Xが入力される。NANDゲート回路NA12-1では、第1端子と、第2端子に入力される信号から否定論理積が取られ、デコード信号S1として出力される。
【0127】
各動作状態におけるブロックC1の高電圧転送回路16-1の入出力信号(ローデコーダR1の場合で、デコード信号S1、ゲート線G1)を図16に示す。待機状態およびデータ読み出しでは、制御信号XによりNANDゲート回路NA12-1の第2端子に接地電位を供給する。これにより、待機状態およびデータ読み出しでは、デコード信号S1は常に電源電位となる。なお、待機状態およびデータ読み出しでは、全てのブロックC1〜Cnにおけるデコード信号S1〜Snは常に電源電位となる。
【0128】
ここで、高電圧転送回路16-1は、データ書き込みで、かつブロックC1が選択された場合以外では、デコード信号S1の電位をそのままゲート線G1に出力するように構成されている。よって、データ書き込み以外では、デコード信号S1が電源電位のとき、高電圧転送回路16-1からゲート線G1に電源電位が供給される。これにより、転送トランジスタMN1-1がオンし、ワード線駆動回路15の電位、例えばデータ読み出しでは接地電位が全てのブロックC1〜Cnのワード線WL1〜WLnに供給される。
【0129】
一方、待機状態およびデータ読み出し以外の状態では、制御信号XによりNANDゲート回路NA12-1の第2端子に電源電位を供給する。これにより、デコード信号S1はアドレス信号によって決まる信号となる。データ書き込みで、デコード信号S1が選択を示す信号(電源電位)の場合、高電圧転送回路16-1は“高電圧Vpp(〜20V)よりしきい値電圧分高い電圧”以上の電圧をゲート線G1に供給する。このため、転送トランジスタMN1-1がオンとなり、ワード線WL1にはワード線駆動回路15から高電圧Vppが供給される。
【0130】
図17は、第5の実施の形態における読み出し時の動作を示すタイミングチャートである。図13と図17を比較すると明らかなように、読み出しにおいて、この第5の実施の形態では非選択ブロックのワード線は浮遊状態ではなく接地電位が供給されているので、選択状態から非選択状態になった場合でも、ワード線の電位変動は小さく、かつ変動した電位もすぐに接地電位に回復する。これにより、メモリセルのゲート電極の電位が安定し、読み出し速度のばらつきを抑制できる。
【0131】
以上説明したようにこの第5の実施の形態によれば、待機状態およびデータ読み出し状態において、メモリセルのドレイン側及びソース側の両選択ゲート線の電位変動の影響によってワード線の電位が変動しないように、全てのワード線に接地電位を供給することにより、メモリセルのゲート電極の電位が安定化され、読み出し速度のばらつきを抑制することができる。
【0132】
なお、この第5の実施の形態では、3トランジスタNAND型フラッシュメモリを例として説明したが、3トランジスタNAND型フラッシュメモリ及び複数のメモリセルを持つNANDセル型のEEPROMに限らず、選択ゲート線を有する他の不揮発性記憶装置、例えば通常のAND構造やDINOR構造のEEPROMにも適用することができる。
【0133】
[第6の実施の形態]
次に、前記第5の実施の形態の変形例である第6の実施の形態について説明する。
【0134】
図18は、第6の実施の形態の半導体記憶装置の構成を示す回路図である。図18は、2ブロック分の制御回路を示し、またメモリセルアレイとして1つのビット線のみを示す。この第6の実施の形態は、図15に示した第5の実施の形態において隣接するソース線側の選択ゲート線を共有化したものである。
【0135】
図18に示すように、メモリセルMC1のドレインには選択ゲートトランジスタSD1が接続され、メモリセルMC1のソースには選択ゲートトランジスタSS1が接続されている。メモリセルMC2のドレインには選択ゲートトランジスタSD2が接続され、メモリセルMC2のソースには選択ゲートトランジスタSS2が接続されている。選択ゲートトランジスタSD1、SD2は共通にビット線BLに接続され、選択ゲートトランジスタSS1、SS2は共通にソース線SLに接続されている。
【0136】
前記メモリセルトランジスタMC1のゲート電極には、ワード線WL1が接続されている。ビット線BL側の選択ゲートトランジスタSD1のゲート電極には、選択ゲート線SGD1が接続されている。また、前記メモリセルトランジスタMC2のゲート電極には、ワード線WL2が接続されている。ビット線BL側の選択ゲートトランジスタSD2のゲート電極には、選択ゲート線SGD2が接続されている。さらに、ソース線SL側の選択ゲートトランジスタSS1、SS2のゲート電極には、選択ゲート線SGS1が共通に接続されている。
【0137】
転送トランジスタMN1-0のソースは選択ゲート線SGD1に接続され、そのドレインは電位供給線SGDIN1線に接続されている。この電位供給線SGDIN1線は、インバータIV12-1の出力端に接続されている。転送トランジスタMN1-17のソースは選択ゲート線SGS1に接続され、そのドレインは電位供給線SGSIN1線に接続されている。この電位供給線SGSIN1線は、NANDゲート回路NA14-1の出力端に接続されている。転送トランジスタMN2-0のソースは選択ゲート線SGD2に接続され、そのドレインは電位供給線SGDIN2線に接続されている。この電位供給線SGDIN2線は、インバータIV12-2の出力端に接続されている。転送トランジスタMN1-0、MN1-17、MN2-0のそれぞれのゲート電極は、ゲート線Gに共通に接続されている。さらに、ゲート線Gは、このゲート線Gに所定電位を供給する第1昇圧電位制御回路12Aに接続されている。
【0138】
転送トランジスタMN1-1のソースはワード線WL1に接続され、ドレインは制御ゲート線CG1を介して、ワード線WL1に電位を供給するためのワード線駆動回路15に接続されている。転送トランジスタMN1-1のゲート電極にはゲート線G1が接続され、このゲート線G1は高電圧転送回路16-1に接続されている。高電圧転送回路16-1には、第2昇圧電位制御回路17Aより高電位転送線LPINを介して高電位が供給されている。
【0139】
また、転送トランジスタMN2-1のソースはワード線WL2に接続され、ドレインは制御ゲート線CG1を介して、ワード線WL2に電位を供給するためのワード線駆動回路15に接続されている。転送トランジスタMN2-1のゲート電極にはゲート線G2が接続され、このゲート線G2は高電圧転送回路16-2に接続されている。高電圧転送回路16-2には、第2昇圧電位制御回路17Aより高電位転送線LPINを介して高電位が供給されている。
【0140】
NANDゲート回路NA11-1には、アドレス信号address(A(k+1)、A(k+2)、…、An)が入力され、その出力はインバータIV11-1を介してNANDゲート回路NA13-1、NA14-1、NA13-2のそれぞれの第1入力端に供給されている。前記NANDゲート回路NA13-1の第2入力端には、インバータIV13-1を介して最下位アドレスAkが入力され、NANDゲート回路NA13-2の第2入力端にはそのまま最下位アドレスAkが入力されている。
【0141】
前記NANDゲート回路NA13-1の出力はインバータIV12-1に入力されると共に、NANDゲート回路NA12-1の第1入力端に入力される。NANDゲート回路NA12-1の第2入力端には、このNANDゲート回路NA12-1の出力を制御する制御信号Xが入力される。NANDゲート回路NA12-1では、第1入力端と、第2入力端に入力される信号から否定論理積が取られ、その演算結果が高電圧転送回路16-1に出力される。
【0142】
前記NANDゲート回路NA13-2の出力はインバータIV12-2に入力されると共に、NANDゲート回路NA12-2の第1入力端に入力される。NANDゲート回路NA12-2の第2入力端には、このNANDゲート回路NA12-2の出力を制御する前記制御信号Xが入力される。NANDゲート回路NA12-2では、第1入力端と、第2入力端に入力される信号から否定論理積が取られ、その演算結果が高電圧転送回路16-2に出力される。
【0143】
前記NANDゲート回路NA14-1の第2入力端には、このNANDゲート回路NA14-1の出力を制御する制御信号Wが入力される。NANDゲート回路NA14-1では、第1入力端と、第2入力端に入力される信号から否定論理積が取られ、その演算結果が電位供給線SGSIN1に出力される。
【0144】
なお、前記NANDゲート回路NA13-1とインバータIV12-1により、選択ゲート線SGD1を駆動する選択ゲート線駆動回路13-1が構成される。前記NANDゲート回路NA13-2とインバータIV12-2により、選択ゲート線SGD2を駆動する選択ゲート線駆動回路13-2が構成される。また、前記NANDゲート回路NA14-1により、選択ゲート線SGS1を駆動する選択ゲート線駆動回路14-1が構成される。
【0145】
前述した第5の実施の形態では、ソース線側の選択ゲート線は、読み出し動作において、非選択ブロックから選択ブロックになった場合に、接地電位から電源電位に昇圧していた。これに対し、この第6の実施の形態では、待機状態から全てのソース線側の選択ゲート線SGS1に電源電位を供給し、データ書き込みにおいて選択ブロックに係る場合のみ、ソース線側の選択ゲート線SGS1の電位を電源電位から接地電位にする。
【0146】
図19は、前記半導体記憶装置における読み出し時の動作を示すタイミングチャートである。図17と図19を比較すると明らかなように、読み出し動作における選択ブロックではソース線側の選択ゲート線SGS1に電位変化がないので、ワード線WL1の電位変動が小さくなる。これにより、メモリセルのゲート電極の電位変動が抑制され、読み出し速度が向上する。また、図18に示す第6の実施の形態では、前記第5の実施の形態と比較して、NANDゲート回路NA11-1、インバータIV11-1から構成されるアドレスデコード回路の素子数を減らすことができる。
【0147】
以上説明したようにこの第6の実施の形態によれば、待機状態およびデータ読み出し状態において、全てのワード線に接地電位を供給し、かつ待機状態から全てのソース線側の選択ゲート線に電源電位を供給して、ソース線側の選択ゲート線の電位変動の影響によってワード線の電位が変動しないようにすることにより、メモリセルのゲート電極の電位が安定化され、読み出し速度を向上させることができる。
【0148】
なお、この第6の実施の形態では、3トランジスタNAND型フラッシュメモリを例として説明したが、3トランジスタNAND型フラッシュメモリ及び複数のメモリセルを持つNANDセル型のEEPROMに限らず、選択ゲート線を有する他の不揮発性記憶装置、例えば通常のAND構造やDINOR構造のEEPROMにも適用することができる。
【0149】
[第7の実施の形態]
次に、前記第5の実施の形態の別の変形例である第7の実施の形態について説明する。
【0150】
図20は、この発明の第7の実施の形態の半導体記憶装置の構成を示す回路図である。図20は、2ブロック分の選択ゲート線駆動回路を示し、またメモリセルアレイとして1つのビット線のみを示す。この第7の実施の形態は、図18に示した第6の実施の形態において、アドレスデコード回路と選択ゲート線駆動回路および高電圧転送回路間に、すなわちインバータIV11-1とNANDゲート回路NA13-1との間にレベルシフタ21を追加したものである。これにより、最下位アドレスAkを除く行アドレスのデコードを行った後で、電源を電源電位Vddより高い昇圧電位Vsgにレベルシフトする。その他の構成は、図18に示した第6の実施の形態と同様である。
【0151】
以下に、第1ブロック部分を参照して説明する。各動作状態におけるブロックC1の高電圧転送回路16-1の入出力信号(デコード信号S1、ゲート線G1)を図21に示す。待機状態およびデータ読み出しでは、レベルシフトされたデコード信号S1(昇圧電位Vsg)が高電圧転送回路16-1からゲート線G1に供給される。これにより、転送トランジスタMN1-1のゲート電圧が電源電位Vddより大きくなり、この転送トランジスタMN1-1がより低抵抗になり、ワード線WL1に接地電位を転送する駆動力が大きくなる。その結果、データ読み出し動作において、選択ブロックのワード線の電位変動が小さくなり、ワード線の電位を高速に接地電位に回復させることができる。
【0152】
さらに、この半導体記憶装置では、動作電源電圧が低い半導体記憶装置の場合でも、転送トランジスタMN1-0、MN1-17を介して選択ゲートトランジスタSD1、SS1のゲート電極にそれぞれ高電位を転送できる。このため、選択ゲートトランジスタがより低抵抗になり、回路動作が高速化でき、特に読み出し動作の高速化が可能である。
【0153】
以上説明したようにこの第7の実施の形態によれば、アドレスデコード回路と選択ゲート線駆動回路および高電圧転送回路間にレベルシフタを設けることにより、ワード線に電位を転送するトランジスタのゲート電位を高くしてトランジスタの抵抗を下げ、データ読み出しのプリチャージシーケンス及びリカバリーシーケンスにおいて、高速にワード線を接地電位に回復させ、読み出し速度を向上することができる。さらに、待機状態およびデータ読み出し状態において、全てのワード線に接地電位を供給し、かつ待機状態から全てのソース線側の選択ゲート線に電源電位(レベルシフタを用いた場合は電源電位より高い昇圧電位)を供給して、選択ゲート線の電位変動の影響によってワード線の電位が変動しないようにしている。これにより、メモリセルのゲート電極の電位が安定化され、読み出し速度を向上させることができる。
【0154】
なお、この第7の実施の形態では、3トランジスタNAND型フラッシュメモリを例として説明したが、3トランジスタNAND型フラッシュメモリ及び複数のメモリセルを持つNANDセル型のEEPROMに限らず、選択ゲート線を有する他の不揮発性記憶装置、例えば通常のAND構造やDINOR構造のEEPROMにも適用することができる。
【0155】
また、前記第5〜第7の実施の形態の半導体記憶装置は、以下のような効果を有している。
【0156】
ワード線の電位を安定化することができ、読み出し速度を高速化、均一化できる。
【0157】
ワード線に、ソースが接続されている電位転送トランジスタにおいて、ソースの拡散層と基板で構成されるpn接合が順方向バイアスとなることで生じる基板電流を低減でき、これにより消費電流を低減できる。今後、LSIの高集積化、微細化が進むにつれて、前記基板電流は増大し、チップ破壊につながるラッチアップ耐量が減少する傾向にあるが、これら実施の形態ではラッチアップ耐量を確保することができる。
【0158】
データ読み出しの動作開始時におけるワード線の初期電位を均一化でき、読み出し動作に関連する回路の設計を容易にできる。
【0159】
以上のように、前記第5〜第7の実施の形態では、ラッチアップ耐量が確保でき、さらに低消費電流で高速読み出しが可能である。また、3トランジスタNAND型フラッシュメモリは、複数のメモリセルが直列接続されたNAND型フラッシュメモリと比較すると非選択メモリセルがないので、ワード線の転送トランジスタは、データ読み出し動作において、非選択メモリセルに転送していた読み出し電位(3.5V程度)を転送する必要がなく、ワード線に接地電位を転送できればよい。従って、ワード線の転送トランジスタのゲートには、6Vもの昇圧電位を供給する必要がなく、昇圧回路及びその制御回路を縮小することができ、回路面積を縮小することができる。
【0160】
【発明の効果】
以上述べたようにこの発明によれば、消費電流を抑えることができ、さらに選択ゲート線に高速に電位を供給できると共に、読み出し動作を高速化できる半導体記憶装置を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1の実施の形態の半導体記憶装置の構成を示すブロック図である。
【図2】前記第1の実施の形態の半導体記憶装置におけるデータ書き込み時の動作を示すタイミングチャートである。
【図3】前記第1の実施の形態の半導体記憶装置におけるデータ読み出し時の動作を示すタイミングチャートである。
【図4】この発明の第2の実施の形態の半導体記憶装置における選択ゲート線駆動回路の構成を示す回路図である。
【図5】前記第2の実施の形態の半導体記憶装置における変形例の選択ゲート線駆動回路の構成を示す回路図である。
【図6】図5に示す回路におけるデータ書き込み時の動作を示すタイミングチャートである。
【図7】図5に示す回路におけるデータ読み出し時の動作を示すタイミングチャートである。
【図8】前記第2の実施の形態の半導体記憶装置における別の変形例の選択ゲート線駆動回路の構成を示す回路図である。
【図9】図8に示す回路におけるデータ書き込み時の動作を示すタイミングチャートである。
【図10】図8に示す回路におけるデータ読み出し時の動作を示すタイミングチャートである。
【図11】この発明の第3の実施の形態の半導体記憶装置の基本構成を示す図である。
【図12】この発明の第4の実施の形態の半導体記憶装置の構成を示すブロック図である。
【図13】3トランジスタNAND型フラッシュメモリに対して、プリチャージシーケンスとリカバリーシーケンスとを並行して行う読み出し方式の動作を示すタイミングチャートである。
【図14】NAND型フラッシュメモリに対して、プリチャージシーケンス、センスシーケンス、リカバリーシーケンスを一連の動作として行う読み出し方式の動作を示すタイミングチャートである。
【図15】この発明の第5の実施の形態の半導体記憶装置の構成を示すブロック図である。
【図16】前記半導体記憶装置内の高電圧転送回路の入出力信号を示す図表である。
【図17】前記第5の実施の形態の半導体記憶装置におけるデータ読み出し時の動作を示すタイミングチャートである。
【図18】この発明の第6の実施の形態の半導体記憶装置の構成を示す回路図である。
【図19】前記第6の実施の形態の半導体記憶装置におけるデータ読み出し時の動作を示すタイミングチャートである
【図20】この発明の第7の実施の形態の半導体記憶装置の構成を示す回路図である。
【図21】前記半導体記憶装置内の高電圧転送回路の入出力信号を示す図表である。
【図22】従来におけるNANDセルの選択ゲート線及びワード線に電位を供給するための回路構成を示す図である。
【図23】図22に示す回路におけるデータ書き込みの動作を示すタイミングチャートである。
【図24】図22に示す回路におけるデータ読み出しの動作を示すタイミングチャートである。
【図25】図22に示す回路におけるデータ消去の動作を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
11…電位制御回路
12…昇圧電位出力回路
13-1〜13-n…選択ゲート線駆動回路
14-1〜14-n…選択ゲート線駆動回路
15-1〜15-16…ワード線駆動回路
16-1〜16-n…高電圧転送回路
17…高電圧源回路
BL…ビット線
C1〜Cn…メモリセルアレイ
G、G1…ゲート線
IV11-1〜IV11-n…インバータ
MC1〜MC16…メモリセル
MNk-0、MNk-17(k=1、2、…、n)…転送トランジスタ
MNk-1〜MNk-16(k=1、2、…、n)…転送トランジスタ
NA11-1〜NA11-n…NANDゲート回路
R1〜Rn…ローデコーダ
SD1、SS1…選択ゲートトランジスタ
SGD1、SGS1…選択ゲート線
SL…ソース線
WL1-1〜WL1-16…ワード線
Claims (10)
- 情報を記憶するメモリセルと、
前記メモリセルに接続された選択ゲートトランジスタと、
前記メモリセルを選択するための選択回路と、
前記選択回路の出力信号を受け取り、この出力信号に応じて前記選択ゲートトランジスタのゲートに電位を供給するための選択ゲート駆動回路と、
その電流経路の一端が前記選択ゲート駆動回路に接続され、その電流経路の他端が前記選択ゲートトランジスタのゲートに接続され、前記選択ゲート駆動回路の電位を前記選択ゲートトランジスタのゲートに転送するための第1の転送トランジスタと、
前記第1の転送トランジスタのゲートに接続された第1のゲート線と、
前記第1のゲート線に電位を供給して、前記第1の転送トランジスタの導通/非導通を制御する第1の電位制御回路と、
前記メモリセルの制御ゲートに電位を供給するためのワード線駆動回路と、
その電流経路の一端が前記ワード線駆動回路に接続され、その電流経路の他端が前記メモリセルの制御ゲートに接続され、前記ワード線駆動回路の電位を前記メモリセルの制御ゲートに転送するための第2の転送トランジスタと、
前記第2の転送トランジスタのゲートに接続され、前記第1のゲート線とは切り離されて設けられた第2のゲート線と、
前記選択回路の出力信号を受け取り、前記選択ゲート駆動回路から前記選択ゲートトランジスタのゲートに選択電位/非選択電位が各々供給されることに応じて、前記第2のゲート線に電位を供給して、前記第2の転送トランジスタの導通/非導通を制御する電圧供給回路と、
前記電圧供給回路が前記第2のゲート線に供給する少なくとも電源電位以上の可変電位を生成するための第2の電位制御回路と、
を具備し、前記第1の電位制御回路は、読み出し待機状態及び読み出し状態において前記第1のゲート線に電源電位より高い所定電位を供給することを特徴とする半導体記憶装置。 - 情報を記憶するメモリセルと、
前記メモリセルに接続された選択ゲートトランジスタと、
前記メモリセルを選択するための選択回路と、
前記選択回路の出力信号を受け取り、この出力信号に応じて前記選択ゲートトランジスタのゲートに電位を供給するための選択ゲート駆動回路と、
その電流経路の一端が前記選択ゲート駆動回路に接続され、その電流経路の他端が前記選択ゲートトランジスタのゲートに接続され、前記選択ゲート駆動回路の電位を前記選択ゲートトランジスタのゲートに転送するための第1の転送トランジスタと、
前記第1の転送トランジスタのゲートに接続された第1のゲート線と、
前記第1のゲート線に電位を供給して、前記第1の転送トランジスタの導通/非導通を制御する第1の電位制御回路と、
前記メモリセルの制御ゲートに電位を供給するためのワード線駆動回路と、
その電流経路の一端が前記ワード線駆動回路に接続され、その電流経路の他端が前記メモリセルの制御ゲートに接続され、前記ワード線駆動回路の電位を前記メモリセルの制御ゲートに転送するための第2の転送トランジスタと、
前記第2の転送トランジスタのゲートに接続され、前記第1のゲート線とは切り離されて設けられた第2のゲート線と、
前記選択回路の出力信号を受け取り、前記選択ゲート駆動回路から前記選択ゲートトランジスタのゲートに選択電位/非選択電位が各々供給されることに応じて、前記第2のゲート線に電位を供給して、前記第2の転送トランジスタの導通/非導通を制御する電圧供給回路と、
前記電圧供給回路が前記第2のゲート線に供給する少なくとも電源電位以上の可変電位を生成するための第2の電位制御回路と、
を具備し、前記選択ゲートトランジスタに接続されたビット線と、前記ビット線に電流通路の一端が接続され、前記ビット線の電位を検知しデータ読み出し動作を行うセンスアンプに前記電流通路の他端が接続された第3の転送トランジスタとをさらに具備し、前記第3の転送トランジスタのゲートは前記第1の転送トランジスタのゲートが接続された前記第1のゲート線に接続されていることを特徴とする半導体記憶装置。 - 前記選択ゲート駆動回路は、前記読み出し状態において前記選択電位として電源電位乃至電源電位より高い電位のいずれかを前記選択ゲートトランジスタのゲートに供給することを特徴とする請求項1に記載の半導体記憶装置。
- 情報を記憶する1個のメモリセルの両端に選択ゲートトランジスタが接続されたメモリセルユニットと、
前記メモリセルユニットを選択するための選択回路と、
前記選択回路の出力信号を受け取り、この出力信号に応じて前記選択ゲートトランジスタのゲートに電位を供給するための選択ゲート駆動回路と、
その電流経路の一端が前記選択ゲート駆動回路に接続され、その電流経路の他端が前記選択ゲートトランジスタのゲートに接続され、前記選択ゲート駆動回路の電位を前記選択ゲートトランジスタのゲートに転送するための第1の転送トランジスタと、
前記第1の転送トランジスタのゲートに接続された第1のゲート線と、
前記第1のゲート線に電位を供給して、前記第1の転送トランジスタの導通/非導通を制御する第1の電位制御回路と、
前記メモリセルの制御ゲートに電位を供給するためのワード線駆動回路と、
その電流経路の一端が前記ワード線駆動回路に接続され、その電流経路の他端が前記メモリセルの制御ゲートに接続され、前記ワード線駆動回路の電位を前記メモリセルの制御ゲートに転送するための第2の転送トランジスタと、
前記第2の転送トランジスタのゲートに接続され、前記第1のゲート線とは切り離されて設けられた第2のゲート線と、
前記選択回路の出力信号を受け取り、前記選択ゲート駆動回路から前記選択ゲートトランジスタのゲートに選択電位/非選択電位が各々供給されることに応じて、前記第2のゲート線に電位を供給して、前記第2の転送トランジスタの導通/非導通を制御する電圧供給回路と、
前記電圧供給回路が前記第2のゲート線に供給する少なくとも電源電位以上の可変電位を生成するための第2の電位制御回路と、
を具備し、前記第1の電位制御回路は、読み出し待機状態及び読み出し状態において前記第1のゲート線に電源電位より高い所定電位を供給し、
前記読み出し待機状態では、前記電圧供給回路は前記第2のゲート線に電位を供給して全ての前記メモリセルユニット内の前記メモリセルの制御ゲートに接続されている前記第2の転送トランジスタを導通状態にし、前記ワード線駆動回路は全ての前記メモリセルの制御ゲートに読み出しを行うための電位を供給することを特徴とする半導体記憶装置。 - 前記メモリセルユニットの一端に接続されたビット線と、
前記メモリセルユニットの他端に接続されたソース線と、
前記ソース線に接続された前記選択ゲートトランジスタのゲートに、その電流経路の一端が接続され、そのゲートが前記第1のゲート線に接続された第4の転送トランジスタと、
をさらに具備することを特徴とする請求項4に記載の半導体記憶装置。 - 前記メモリセルユニットは隣接して複数配列され、前記選択ゲートトランジスタのゲートに接続された選択ゲート線の少なくとも一方が、隣接する前記メモリセルユニット間で共通に接続されていることを特徴とする請求項5に記載の半導体記憶装置。
- 前記メモリセルが形成されているウェルに高電位の消去電位を印加することによりデータ消去が行われることを特徴とする請求項5または6に記載の半導体記憶装置。
- 前記読み出し待機状態では、前記電圧供給回路は前記第2の転送トランジスタが導通状態になる電位を前記第2のゲート線に供給することを特徴とする請求項1に記載の半導体記憶装置。
- 前記選択ゲートトランジスタに接続されたビット線と、前記ビット線に電流通路の一端が接続され、前記ビット線の電位を検知しデータ読み出し動作を行うセンスアンプに前記電流通路の他端が接続された第3の転送トランジスタとをさらに具備し、前記第3の転送トランジスタのゲートは前記第1の転送トランジスタのゲートが接続された前記第1のゲート線に接続されていることを特徴とする請求項4に記載の半導体記憶装置。
- 前記選択ゲート駆動回路は、前記読み出し状態において前記選択電位として電源電位乃至電源電位より高い電位のいずれかを前記選択ゲートトランジスタのゲートに供給することを特徴とする請求項4に記載の半導体記憶装置。
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