JP4040232B2 - 不揮発性半導体記憶装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、電気的書き換え可能な不揮発性半導体記憶装置(EEPROM)に係り、特に不良セル救済のため冗長回路方式を採用したEEPROMにおける書き込みデータを保持するラッチ回路のリセット状態の制御方式に関する。
【0002】
【従来の技術】
NAND型EEPROMでは通常、ページ単位(例えば、512バイト)を同時に読み出してシリアル出力し、また1ページ分のデータをシリアル入力した後、ページ単位でデータ書き込みを行う。このため、1ページ分の書き換え/読み出し回路が設けられ、各書き換え/読み出し回路内にラッチ回路が設けられる。ラッチ回路は、書き込み動作時は書き込みデータを一時保持し、読み出し動作時はページ単位でメモリセルアレイから読み出されたデータをシリアルにI/O端子に読み出すまで一時保持する。
【0003】
またEEPROMにおいては、DRAM、SRAM等の他の大規模半導体メモリと同様に、メモリセルアレイに対して冗長セルアレイを配置しておき、欠陥による不良ロウや不良カラムを冗長セルアレイで置換する冗長回路方式が一般に用いられている。不良アドレスの置換は、フューズを用いた不良アドレス記憶回路をプログラミングすることにより制御される。例えば不良カラムに対して読み出しや書き込みがあった場合、不良アドレス記憶回路によって、不良カラムに代わって冗長カラムに対して読み出し又は書き込みが行われる。
【0004】
この冗長回路方式を採用した場合、不良カラムは本来動作する必要がないため、そのビット線はフローティングにすることが望ましい。しかし、実際には、書き換え/読み出し回路がビット線のピッチの整数倍で決まる狭い領域に組み込まれるため、面積の制約から、不良ビット線を切り離したり、不良カラムの書き換え/読み出し回路だけを非活性状態にすることは難しい。このため、不良カラム部においても、正常なカラム部と同様に動作させているのが現状である。この場合、不良カラムに起因してチップの動作に悪影響のないように配慮することが必要になる。この点を以下に、書き込み方式との関係で具体的に説明する。
【0005】
NAND型EEPROMでは例えば、メモリセルの浮遊ゲートに電子を注入したしきい値電圧が正の状態を0”データ状態とし、メモリセルの浮遊ゲートの電子が放出されたしきい値電圧が負の状態を“1”データ状態と定義する。データ書き込みの前には、ブロック単位のデータ消去が行われる。データ消去後のデータ書き込み動作では、ビット線に“0”データ,“1”データ(書き込み禁止)に応じて書き換え/読み出し回路内のラッチ回路から“L”,“H”が与えられ、これによりNANDセルユニットのチャネルが充電される。その後、選択ワード線に昇圧された書き込み電圧Vpgmを与えることにより、“0”データが与えられた選択メモリセルでは0Vのチャネルから電子注入が生じ、“1”データが与えられた非選択メモリセルではチャネルが中間電圧になることから電子注入が生ぜず、“1”状態を保持することになる。
【0006】
上の書き込み動作において、“1”データが与えられるビット線に接続されるNANDセルユニットのチャネルを中間電圧に設定するには、二つの手法がある。
第1の方法は、書き換え/読み出し回路からビット線に転送する“H”レベル電圧を昇圧回路で昇圧された8V程度の中間電圧として、これをそのままNANDセルユニットのチャネルまで転送する方法である。この場合、8Vを転送する経路上のNMOSトランジスタのゲート、NANDセルユニットの選択ゲート線、及び非選択ワード線には8V以上の昇圧電圧を与えることが必要になる。
第2の方法は、ビット線に与える“H”レベル電圧を電源電圧VCCとして、NANDセルユニットの選択ゲート線にもVCCを与えてNANDセルユニットのチャネルをVCC−Vthにプリチャージした後、選択ゲートトランジスタがオフすることにより、チャネルをフローティング状態に設定する方式である。非選択ワード線には書き込み電圧と電源電圧の中間にあるパス電圧が与えられる。この方式は、セルフブースト方式と呼ばれ、非選択メモリセルでは制御ゲートからの容量結合によりチャネル電位が8V程度まで上昇することを利用して、電子注入(即ち、“0”書き込み)を防止する。
【0007】
上述のような書き込み動作との関係で、冗長カラムに置き換えられた不良カラムでの振る舞いを説明すると、次のようになる。
まず、ビット線が接地電位VSSにショートした不良カラムの場合、図20(a)に示すように、書き換え/読み出し回路1から“H”レベルをビット線BLに転送する場合、抵抗を介してリーク電流が流れ続ける。一方、ビット線がVDDその他の中間電圧にショートした不良カラムでは、図20(b)に示すように、書き換え/読み出し回路1から“L”レベルをビット線に転送する場合に、VDDから書き換え/読み出し回路1に抵抗を介して電流が流れ続ける。
データ書き込み時、前述のように、書き換え/読み出し回路からビット線にデータを転送する際には、1ページ分の全ビット線(約4000本)を同時に充電することになるため、上記のリーク電流があると、より大きな電力を消費することになる。
【0008】
また、前述した第1の方法で昇圧電圧をビット線に転送する場合には、不良カラムがVSSショートのとき、転送する昇圧電圧が大きく低下する可能性がある。昇圧電源は電流供給能力が低く、高インピーダンス電源である為、大きな負荷電流が流れると出力電圧が大きく低下するからである。この対策としては、書き込み前にビット線リークを調べる読み出し動作(疑似読み出し動作)を行い、その結果をラッチしてこれを書き換え/読み出し回路のリセットに利用する方法が用いられている。
【0009】
即ち、書き込み前の消去により選択されたNANDブロックのメモリセルは全て“1”データ状態にあるから、このブロックについてメモリセルを全非選択状態にして読み出しを行うと、正常なビット線と、VDDショートの不良カラムのビット線は、ビット線のプリチャージ電位が低下せず、センスすると“H”が読み出され、書き換え/読み出し回路のラッチ回路は、“H”状態(“1”データ状態)にリセットされる。一方、VSSシートのビット線では、プリチャージ電位がリークにより放電されるため、センスすると“L”が読み出され、書き換え/読み出し回路のラッチ回路は、“L”状態(“0”データ状態)にリセットされる。
【0010】
この様に疑似読み出しによって、不良のモードに応じてラッチ回路のリセット状態を変えると、上述したリーク電流を低減することができる。即ち書き込み動作が始まって書き換え/読み出し回路から書き込みデータをビット線に転送する際、VSSショートのビット線では“L”が、VDDショートのビット線では“H”が転送されることになるため、図20(a)(b)で説明した不良カラムでのリーク電流はなくなる。
しかしながら、書き込み動作の前にこの様な疑似読み出しによるラッチ回路リセット動作を入れるには、数μsecオーダーの読み出し時間が余分にかかることになり、高速のデータ書き換えを難しくする。
【0011】
一方、前述した第2の方法(セルフブースト)を用いる場合には、“1”データの“H”レベルが外部供給電源電圧VCC(或いはその降圧電源電圧VDD)が書き換え/読み出し回路を介してビット線に供給されるため、VSSショートの不良カラムでの電圧低下は、第1の方法の場合に比べて小さい。そこで、書き込みデータを書き換え/読み出し回路のラッチ回路にシリアルにロードする前に、不良カラムを含む全ラッチ回路を“1”データ側にリセットすることが行われる。しかし、全てのビット線に書き込みデータを転送する場合には非常に大きな電流が書き換え/読み出し回路の電源から供給されるため、無駄なリーク電流を更に低減することが好ましい。全ラッチ回路を“1”データ側にリセットするのは、ページデータの中で“0”書き込みデータが含まれる範囲までのデータである。
【0012】
具体的に上述の“H”リセットを行ったときの、引き続く書き込み動作でのリーク電流の様子を示すと、図21のようになる。なお具体的な書き込み動作では、所定パルス幅の順次ステップアップされる書き込みパルス電圧を印加する動作とベリファイ読み出し動作を繰り返す。
【0013】
図21(a)は、書き込みの第1ループでの不良カラムの様子である。全ての書き換え/読み出し回路1は、ビット線側ノードが“H”に初期化され、不良カラムではデータロードでは冗長セル置換により選択されないからそのまま“H”にリセットされている。この状態では、VSSショートの不良カラムでは、図示のような書き換え/読み出し回路1からリーク電流が流れる。VDDショートの不良カラムでは、書き換え/読み出し回路1からリーク電流は流れない。この状態で選択ワード線に書き込み電圧を印加して、1回目の書き込みが行われる。
【0014】
図21(b)は、第1ループの書き込みパルス印加動作後のベリファイ読み出し動作での不良カラムの様子である。書き換え/読み出し回路1のノードは、VSSショートの不良カラムでは放電により“L”、VDDショートの不良カラムでは充電により“H”になるが、ビット線センス後のセンスノードの再充電が行われる結果、書き換え/読み出し回路1のノードは、VSSショート、VDDショートに拘わらず、再度“H”状態にリセットされる。
【0015】
図21(c)は、書き込みの第2ループでの不良カラムの様子である。図21(b)のベリファイ読み出しの機能により、VSSショートの不良カラムでは、再び図示のような書き換え/読み出し回路1からのリーク電流が流れる。結局、VSSショートの不良カラムでは書き込みサイクル毎にリーク電流が流れることが避けられない。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように従来の冗長回路方式のNAND型フラッシュEEPROMでは、不良カラムでのリーク電流を低減するために、書き換え/読み出し回路をリセットすることが行われる。しかし、疑似読み出し動作により書き換え/読み出し回路をビット線リーク状態に応じてリセットする方式では、高速のデータ書き換えが難しくなり、また書き換え/読み出し回路を全て“H”状態にリセットする方式では、リーク電流低減の効果が十分ではない、という問題がある。
【0017】
この発明は、高速性能を損なうことなく、不良セルアレイでのリーク電流をより効果的に低減することを可能とした書き換え/読み出し回路のリセット方式を採用したEEPROMを提供することを目的としている。
【0018】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る不揮発性半導体記憶装置は、電気的書き換え可能な不揮発性メモリセルが配列されたメモリセルアレイと、このメモリセルアレイの不良メモリセルを置換する冗長セルアレイを備えた不良救済回路と、前記メモリセルアレイに同時に書き込むべきデータを一時保持するラッチ回路を備えた複数ビット分の書き換え/読み出し回路と、前記メモリセルアレイのデータ書き換え動作、データ書き換えの確認読み出し動作及びデータ読み出し動作を制御する制御回路と、前記確認読み出し動作において前記複数ビット分の書き換え/読み出し回路の保持データに基づいてパス/フェイルの一括判定を行うための一括判定信号線と、この一括判定信号線と前記各書き換え/読み出し回路の間に設けられて不良カラムの書き換え/読み出し回路を前記一括判定信号線から切り離すための不良カラム非検出スイッチ回路と、この不良カラム非検出スイッチ回路の導通状態に応じて前記各書き換え/読み出し回路のリセット状態を制御するリセット制御回路とを有し、前記書き換え/読み出し回路は、前記メモリセルアレイのビット線に第1の転送スイッチ素子を介して接続されるセンスノードと、このセンスノードを選択的に前記ラッチ回路のデータ保持ノードに接続するための第2の転送スイッチ素子と、前記データ保持ノードに第3の転送スイッチ素子を介して接続されて前記データ保持ノードのデータを転送して一時記憶するための一時記憶ノードと、この一時記憶ノードの電位により制御されて各カラムに共通に配設された共通信号線を選択的に前記センスノードに接続するための第4の転送スイッチ素子とを有することを特徴とする。
【0019】
この発明において、データ書き換え/読み出し回路は、例えば(a)データ書き込みに際して、書き込むべきデータをロードする前に、正常カラムでは前記メモリセルアレイ側のデータ保持ノードが“H”レベルに、不良カラムでは“L”レベルにそれぞれ同時にリセットされるか或いは、(b)データ書き込みに際して、書き込むべきデータをロードした後に、不良カラムについてのみ前記メモリセルアレイ側のデータ保持ノードが“L”レベルにリセットされるものとする。
【0020】
この発明によると、EEPROMにおいて、各カラムの書き換え/読み出し回路に対応してスイッチ回路が設けられた場合に、その導通状態に応じて書き換え/読み出し回路のラッチ回路をリセットすることによって、書き込み動作において書き換え/読み出し回路からメモリセルアレイに流れ込むリーク電流を低減することが可能になる。
【0021】
この発明に係る不揮発性半導体記憶装置は、更に、電気的書き換え可能な不揮発性メモリセルが配列されたメモリセルアレイと、このメモリセルアレイの不良メモリセルを置換する冗長セルアレイを備えた不良救済回路と、前記メモリセルアレイに同時に書き込むべきデータを一時保持するラッチ回路を備えた複数ビット分の書き換え/読み出し回路と、前記メモリセルアレイのデータ書き換え動作、データ書き換えの確認読み出し動作及びデータ読み出し動作を制御する制御回路と、前記確認読み出し動作において前記複数ビット分の書き換え/読み出し回路の保持データに基づいてパス/フェイルの一括判定を行うための一括判定信号線と、この一括判定信号線と前記各書き換え/読み出し回路の間に設けられて不良カラムの書き換え/読み出し回路を前記一括判定信号線から切り離すための不良カラム非検出スイッチ回路と、この不良カラム非検出スイッチ回路の導通状態に応じて前記各書き換え/読み出し回路のリセット状態を制御するリセット制御回路とを有し、前記各不良カラム非検出スイッチ回路は、一端が前記一括判定信号線に共通接続され、他端がそれぞれ電源スイッチ素子を介して電源に接続され、前記各書き換え/読み出し回路のデータを保持するデータ保持ノードに選択的に接続される各カラムに共通に配設された共通信号線が各カラムの前記電源スイッチ素子の制御端子に接続され、前記リセット制御回路は、出力ノードが前記共通信号線に接続され、前記電源スイッチ素子と不良カラム非検出スイッチ回路の接続ノードの電位により出力が制御されるスイッチ素子を有することを特徴とする。
【0022】
この発明によると、冗長回路方式を採用したEEPROMであって、各カラムに、ベリファイ読み出し動作の一括判定のための不良カラム非検出スイッチ回路がある場合に、このスイッチ回路の状態に応じて、書き換え/読み出し回路のラッチ回路のリセット状態を制御することにより、書き込み動作において書き換え/読み出し回路からメモリセルアレイに流れ込むリーク電流を低減することが可能になる。
【0024】
前記データ保持ノードには、例えば前記一時記憶ノードを介して所定電位にプリチャージすることができるが、これとは別に、データ保持ノードに直接接続されるプリチャージ回路を設けてもよい。
【0025】
またこの発明において、例えば、前記各不良カラム非検出スイッチ回路は、一端が前記一括判定信号線に共通接続され、他端がそれぞれ電源スイッチ素子を介して電源に接続され、前記各書き換え/読み出し回路のデータを保持するデータ保持ノードに選択的に接続される各カラムに共通に配設された共通信号線が各カラムの前記電源スイッチ素子の制御端子に接続されているものとする。
【0026】
更にこの発明において、好ましくは、前記リセット制御回路は、出力ノードが前記共通信号線に接続され、前記電源スイッチ素子と不良カラム非検出スイッチ回路の接続ノードの電位により活性、非活性が制御されるクロックト・インバータを有するものとする。
【0027】
更にこの発明において、不良カラム非検出スイッチ回路としては、不良カラムで溶断されるフューズが用いられる。或いは不良カラム非検出スイッチ回路は、MOSトランジスタと、このMOSトランジスタのオンオフを制御するためのデータがプログラムされたROM回路とを備えて構成することもできる。
【0028】
この発明において好ましくは、メモリセルアレイは、NANDセルユニットが配列されたNAND型EEPROMセルアレイである。この場合、NAND型EEPROMセルアレイの1ワード線により選択される範囲が1ページであって、書き換え/読み出し回路は、1ページ分のメモリセル数だけ設けられて、ページ単位のデータ書き込み及び読み出しに供されるページバッファを構成する。
【0029】
この発明はまた、電気的書き換え可能な不揮発性メモリセルが配列されたメモリセルアレイと、このメモリセルアレイの不良メモリセルを置換する冗長セルアレイを備えた不良救済回路と、前記メモリセルアレイに同時に書き込むべき複数ビット分のデータをそれぞれ一時保持するラッチ回路を備えたページバッファと、前記メモリセルアレイのデータ書き換え動作、データ書き換えの確認読み出し動作及びデータ読み出し動作を制御する制御回路とを備え、前記ページバッファは、データ書き込み動作の前に、(a)全てのラッチ回路のデータ保持ノードが第1論理レベルに初期リセットされ、(b)複数ビット分の書き込むべきデータが供給されることにより、前記各ラッチ回路のデータ保持ノードが選択的に第1論理レベルから第2論理レベルに設定され、且つ(c)前記不良救済回路の作用によりデータが供給されない不良箇所のラッチ回路についてそのデータ保持ノードが第1論理レベルから第2論理レベルに再リセットされることを特徴とする。
【0030】
ここで、不良個所のラッチ回路の再リセットは、例えば書き込むべきデータがページバッファにロードされる前のアドレス入力時に行う。この様にすると、不良個所でのリーク低減のためのラッチ回路を再リセットする動作がそのための専用の時間を必要とせず、従って高速性能を損なうことなく、リーク低減を図ることが可能になる。
或いは、不良個所のラッチ回路の再リセットは、書き込むべきデータがページバッファにロードされた後、書き込み動作の前に不良個所のみデータを反転させる形で行うようにしてもよい。この様にすると、内部昇圧回路の出力が既に安定化した後の再リセット動作になるため、確実に再リセットが行われる。
【0031】
【発明の実施の形態】
[実施の形態1]
図1は、この発明の実施の形態によるNAND型フラッシュEEPROMの全体構成を示すブロック図である。メモリセルアレイ11は、図2に示すように、複数個(図の例では16個)のスタックト・ゲート構造の電気的書き換え可能な不揮発性メモリセルMC0〜MC15を直列接続してNANDセルユニットNU(NU0,NU1, …)が構成される。各NANDセルユニットNUは、ドレイン側が選択ゲートトランジスタSG1を介してビット線BLに接続され、ソース側が選択ゲートトランジスタSG2を介して共通ソース線SLに接続される。ロウ方向に並ぶメモリセルMCの制御ゲートは共通にワード線WLに接続され、選択ゲートトランジスタSG1.SG2のゲート電極はワード線WLと平行して配設される選択ゲート線SGD,SGSに接続される。
【0032】
一本のワード線WLにより選択されるメモリセルの範囲が書き込み及び読み出しの単位となる1ページである。カラム方向には、一つのNANDセルユニットNUの範囲でデータ消去の単位である1ブロックとなる。
メモリセルアレイ11には、カラム、ロウ方向にそれぞれ隣接して、不良救済のための冗長カラムセルアレイ12aおよび冗長ロウセルアレイ12bが設けられる。書き換え/読み出し回路13は、ページ単位のデータ書き込み及び読み出しを行うために、ビット線毎に設けられたセンスアンプ回路(SA)兼ラッチ回路(DL)を含み、通常ページバッファと呼ばれる。
【0033】
メモリセルアレイ11のワード線WL及びビット線BLの選択を行うために、それぞれロウデコーダ15及びカラムデコーダ14が設けられている。制御回路16により制御される高電圧発生回路25は、データ書き換え、消去、読み出しに用いられる昇圧された高電圧や中間電圧を発生する。
【0034】
入出力バッファ17は、データの入出力及びアドレス信号の入力に用いられる。即ち、入出力バッファ17を介して、I/O端子I/O0〜I/O8とデータ書き換え/読み出し回路13の間でデータの転送が行われる。I/O端子から入力されるアドレス信号は、アドレスレジスタ18に保持され、ロウデコーダ15及びカラムデコーダ14に送られる。
【0035】
I/O端子からは動作制御のコマンドも入力される。入力されたコマンドはデコードされてコマンドレジスタ19に保持され、これにより制御回路16が制御される。制御回路16は、データ書き込み、読み出し、消去の制御を行う。チップイネーブル信号CEB、コマンドラッチイネーブルCLE、アドレスラッチイネーブル信号ALE、書き込みイネーブル信号WEB、読み出しイネーブル信号REB等の外部制御信号は動作ロジックコントロール回路20に取り込まれ、動作モードに応じて内部制御信号が発生される。内部制御信号は、入出力バッファ17でのデータラッチ、転送等の制御に用いられ、また制御回路16に送られて、動作制御が行われる。
【0036】
状態レジスタ21は、チップが書き込み、読み出し、消去のどの状態にあるかを保持するもので、入力されたコマンドに応じて制御回路16により状態設定されて、動作ロジックコントロール回路20を制御する。レディ/ビジーレジスタ22は、チップがレディ状態にあるか、ビジー状態にあるかを外部に知らせる。
【0037】
フューズ回路23は、不良アドレス記憶回路であり、ウェハテストの結果に基づいて不良のロウ、カラムアドレスがプログラミングされる。そして、入力されるアドレスが不良アドレスであるか否かが比較回路24により検知され、入力されたアドレスが不良アドレスである場合には、冗長セルに置き換えるべく、ロウデコーダ15,カラムデコーダ14が制御される。
【0038】
図3は、書き換え/読み出し回路13の構成を1ビット線について示している。同様の回路が各ビット線毎に設けられる。書き換え/読み出し回路13の要部は、読み出し時のセンスデータ及び書き込み時の書き込みデータを保持するラッチ回路31である。ラッチ回路31は、クロックト・インバータCI1,CI2を逆並列接続して構成されている。メモリセルアレイ11のビット線BLは、転送スイッチ素子であるNMOSトランジスタQN1,QN2を介してセンスノードNSに接続され、センスノードNSは転送スイッチ素子であるNMOSトランジスタQN4を介してラッチ回路31のデータ保持ノードNに接続されている。センスノードNSには、プリチャージ用NMOSトランジスタQN3が設けられている。
【0039】
ラッチ回路31のビット線側ノードN及び反対側のノードはそれぞれ、カラム選択信号CSLにより制御されるカラムゲートNMOSトランジスタQN9,QN10を介して、データバッファ17につながるデータ線Ioi,Ioibに接続されている。ノードNには、これをVDDに充電するためのプリチャージ用PMOSトランジスタQPが接続されている。ノードNは、転送スイッチ素子であるNMOSトランジスタQN8を介してノードNのデータを一時記憶するための記憶ノードNCに接続されている。この記憶ノードNCには、VDDをプリチャージするためのNMOSトランジスタQN7も接続されている。ノードNCにはレベル保持のためのキャパシタCbが接続されている。キャパシタCbの一端は、必要に応じてノードNCを昇圧するBOOT端子としているが、通常BOOT端子は接地状態とされる。
【0040】
図3の共通信号線COMiは、1バイト分の書き換え/読み出し回路13に共通に配設されるものである。共通信号線COMiは、ノードNCにより制御される転送スイッチ素子であるNMOSトランジスタQN6と、制御信号RGjにより制御される転送スイッチ素子であるNMOSトランジスタQN5を介して、センスノードNSに接続されている。この共通信号線COMiは、VDD電源線として、また書き込み・消去のベリファイ動作においてはパス/フェイル判定を行うための信号線として用いられる。
【0041】
この実施の形態において、メモリセルのしきい値分布は、図4に示すように、“1”データセルではしきい値電圧が負、“0”データセルではしきい値電圧が正のそれぞれ所定範囲に入るように制御される。このとき、書き換え/読み出し回路13には、書き込むべきデータがロードされて、ラッチ回路31のノードNが、“1”データ書き込み(即ち書き込み禁止)のカラムでは“H”レベルに、“0”データ書き込みのカラムでは“L”レベルに設定される。これらのノードNのレベルが書き込み動作時、トランジスタQN1,QN2,QN4を介してビット線BLに転送される。また読み出し動作時は、プリチャージされたセンスノードNSがトランジスタQN1,QN2を介してビット線に接続され、選択メモリセルのデータに応じてセンスノードNSが“L”又は“H”となり、これがラッチ回路31に転送されて、カラムゲートトランジスタQN9,QN10を介してデータ線Ioi,Ioibに取り出されることになる。
【0042】
書き込み時、選択ワード線に対して書き込み電圧パルスVpgmの波形は、図5のようになる。各書き込みループLoopの書き込み時間とベリファイ時間は予め定められ、書き込みパルス電圧Vpgmは低い電圧からスタートして、書き込みループ毎にΔVpgmずつ高くなる電圧が用いられる。
【0043】
図6及び図7は、それぞれ“0”データ書き込みと“1”書き込みの場合の主要部の電位関係を示している。データ書き込みに際してはまず、書き換え/読み出し回路13のラッチ回路31は、ノードNが“H”の状態に初期化される。そして、1ページ分の“0”データ及び“1”データ(即ち書き込み禁止)がそれぞれ、対応する書き換え/読み出し回路13のラッチ回路31のノードNに“L”,“H”としてロードされる。このノードNの“L”,“H”はビット線BLに転送されて、NANDセルユニットのチャネルに転送された後、選択ワード線に15Vから20V程度の書き込み電圧Vpgmを印加する書き込みパルス印加動作が行われる。書き込みパルス印加動作の間、ノードNの電位はそのまま保持される。
【0044】
ベリファイ読み出し動作が開始されると、プリチャージ用NMOSトランジスタQN3からQN1,QN2を介したビット線プリチャージの後、選択ワード線にベリファイ電圧0.5Vを印加し、ビット線を所定の時間放電した後に、ビット線の電位がセンスされる。より具体的には、ビット線プリチャージの後、ノードNの電位“L”又は“H”は、制御信号TRAN2を“H”とすることによりMOSトランジスタQN8を介してノードNCに転送され、その後ラッチ回路31を非活性状態としてビット線センス動作が行われる。このとき、ノードNCの“H”,“L”は、共通信号線COMiをセンスノードNSに接続するためNMOSトランジスタQN6のオンオフを決定する。
【0045】
ノードNCに書き込みデータを保持する理由は、具体的に説明すれば、次の通りである。“1”データ書き込みのカラムでは、ビット線データセンスの結果に拘わらず、ラッチ回路31が再び“H”を保持する必要がある。このために、ノードNCに保持する“H”レベルにより、共通信号線COMiによるセンスノードNSの充電経路のNMOSトランジスタQN6をオンにする。これにより、強制的にセンスノードNCを“H”レベルに充電する。一方、“0”データ書き込みのカラムでは、書き込みベリファイ読み出しによるセンスノードNSの“L”(Fail),“H”(Pass)に応じて、ラッチ回路31のデータを“L”,“H”にする必要がある。そのために、NMOSトランジスタQN6はオフに保つ必要があるが、これはノードNの“0”データ(=“L”)をノードNCに記憶させることにより可能になる。
【0046】
図6に示すように、“0”書き込みが十分であれば、センスノードNSは“H”となり、“0”書き込み不十分の場合はセンスノードNSは“L”となり、このセンス結果がラッチ回路31に転送されてラッチされる。即ち、“0”書き込みがなされた場合に、ラッチ回路31の保持データは反転され、書き込み不十分の場合には再度“L”を保持することになる。
“1”書き込み側では、ビット線センスの結果に拘わらず、共通信号線COMiからのセンスノードNSの再充電が行われ、ラッチ回路31のノードNは“H”をラッチする(図7)。これらのラッチ回路31の状態は、後に詳細を説明するように、共通信号線COMiにより検知されてベリファイ判定に供される。
【0047】
図8は、書き換え/読み出し回路13のベリファイ読み出しデータのラッチ状態に基づいて、1ページ分の一括検知によりベリファイ判定を行う部分の構成を示している。図示のように各カラムの1バイト分の書き換え/読み出し回路13に共通に、カラムデコード回路の出力線であるカラム選択線CSLと平行に共通信号線COMiが設けられる。この共通信号線COMiの端部は、電源スイッチ素子としてのPMOSトランジスタQPiのゲートに接続されている。PMOSトランジスタQPiのソースは電源VDDに接続され、ドレインはそれぞれフューズFを介して、一致検知信号線LSENに接続されている。フューズFは、不良カラムの不定データによりベリファイ読み出しが終了しなくなるのを防止するための、即ちベリファイ判定に不良カラムを参加させないための不良カラム非検出スイッチである。一致検知信号線LSENは、プリチャージ用NMOSトランジスタQN11を介して接地VSSに接続されている。不良カラム(図8の例ではカラムColumn2)のフューズは切断され、これにより一致検知信号線LSENLへの充電経路が切断される。
【0048】
図8の構成において特徴的な点は、各カラムに、共通信号線COMiをプリチャージする機能を含んで、書き換え/読み出し回路13のラッチ回路31のリセット状態を制御するためのリセット制御回路81が設けられていることである。従来このリセット制御回路81の部分には、共通信号線COMiに対するプリチャージ回路のみが設けられていた。この実施の形態ではこのリセット制御回路81により、不良カラムと正常カラムとを区別して、フューズFの切断、非切断の状態に応じて書き換え/読み出し回路13のリセット状態を制御し、書き換え/読み出し回路13での無用なリークを低減する。その詳細は後述する。
【0049】
図9は、リセット制御回路81の具体的構成を示している。ここではColumn1,Column2の2カラムについてのみ示すが、全て同じである。リセット制御回路81は、クロックト・インバータ91を主体として構成されている。クロックト・インバータ91のPMOSトランジスタQP81とNMOSトランジスタQN81のゲートは、フューズFの端子FUiにより制御される。出力段のPMOSトランジスタQP82とNMOSトランジスタQN82はそれぞれ、プリチャージ用制御信号COMPRE,セット信号SETによりゲートが制御され、その共通ドレインである出力端子が共通信号線COMiに接続されている。共通信号線COMiをリセットするためのリセット用NMOSトランジスタQN83も設けられている。
【0050】
512バイトの一括書き込みにおいて、個々の書き換え/読み出し回路は、ビット毎のベリファイに対応している。前述のように、“0”書き込みの書き換え/読み出し回路13では、図5に示した書き込みサイクルの中で、ベリファイ読み出しの結果、書き込み不十分の間は、ノードNが“L”レベル、書き込みが終了するとノードNが“H”になる(図6参照)。一方、“1”書き込みの書き換え/読み出し回路13では、図7に示すように、ベリファイ読み出しのビット線電位センスの結果を無視して、強制的に“H”をラッチする制御が行われる。
【0051】
このとき、512バイトのデータ書き込みのパス/フェイルの一括判定は、共通信号線COMiと一括検知線LSENを用いて、基本的に従来と同様に行われる。即ち、ベリファイ読み出し後に、或いは書き込み動作中に、図10のタイミングで一括検知が行われる。時刻T0までに、書き換え/読み出し回路13のノードNCは予め制御信号V2を“H”としてVDDにプリチャージされる。またベリファイ制御信号VERIFYを“L”にして、一括検知信号線LSENを“L”にプリチャージし、時刻T1で制御信号VERIFYを“H”にして一括判定信号線LSENをフローティングにする。またその間、リセット制御回路81においてプリチャージ制御信号COMPREを“L”とすると、PMOSトランジスタQP81,QP82を介して共通信号線COMiがVDDにプリチャージされる。
【0052】
一括判定信号線LSENをフローティングにすると同時に、制御信号COMPREを“H”にして共通信号線COMiを“H”レベルのフローティングとし、時刻T2から共通信号線COMiをラッチ回路31に接続するための制御信号RGjを順次“H”にする。図10では、図8における正常なカラムColumn1と不良カラムColumn2の共通信号線COM1,COM2の変化の様子を示している。Column1の最初の書き換え/読み出し回路13のノードNが“H”(パス)であれば、最初の制御信号RG1=“H”により、共通信号信号線COM1は放電せず、“H”を保つ。Column1の次の書き換え/読み出し回路のノードNが“L”(フェイル)であるとすると、時刻T3で制御信号RG2が“H”になることにより、Column1の共通信号線COM1は放電されて、“L”になる。この共通信号線COM1の電位変化により、Column1ではPMOSトランジスタQP1がオンとなり、フューズFを介して一致検知信号線LSENが“H”(=VDD)に充電される。これは、Column1の書き込みが未完了であることを示す。
【0053】
制御信号RGiの全てを入力した後にも共通信号線COM1が放電されず“H”を保持すれば、一括判定信号線LSENの充電はない。従って全カラムで共通信号線COMiが“H”を保持すれば、一括判定信号線LSENLは“L”のままであり、これが書き込みの終了判定となる。1ビットでも書き込み不十分のセルがあると、一括判定信号線LSENLが“H”となり、書き込みは終了しない。
不良カラムColumn2では、書き換え/読み出し回路13−0のノードNがビット線のVSSショートに対応して“L”を保持している場合、最初の制御信号RG1が“H”になると、共通信号線COM2は“L”に放電する。しかし、この不良カラムColumn2では、フューズFが切断されているため、共通信号線COM2の電位変化は一致検知には反映されない。
【0054】
前述のように、NANDセルユニットのチャネルに昇圧された電圧を与えて書き込み行う方法において、不良カラムでの書き換え/読み出し回路のラッチデータにより流れるリーク電流を低減するためには、書き換え/読み出し回路のラッチ回路を疑似読み出し等により強制リセットしたが、疑似読み出しを行うことは余分な時間がかかる。また、セルフブースト方式の書き込みの場合に、全カラムのラッチ回路を“1”データ状態に強制リセットする方法ではリーク低減が十分ではない。
そこでこの実施の形態では、リセット制御回路81と共通信号線COMiとを利用して、不良カラムと正常カラムを区別するフューズFのデータを書き換え/読み出し回路13のラッチ回路31に取り込む制御を行う。即ち、共通信号線COMiは、上述した一致検出動作以外では、VDD電源として扱われるから、この実施の形態においては、この共通信号線COMiを性質を有効利用する。
【0055】
図11は、この実施の形態において、書き換え/読み出し回路13のラッチ回路31のリセットを行う動作タイミングを示している。従来と同様に、書き込みデータを各書き換え/読み出し回路13のラッチ回路31にシリアル入力する前に、ラッチ回路31のリセットを行う。このとき、データロードコマンド、書き込みページアドレス、書き込みデータ(最大512バイト)の順で入力されるので、データロードコマンドを受け付けてから、図11のリセット動作を行う。
【0056】
この場合も、カラムColumn2が不良であり、そのフューズFが切断されているものとする。まず、データロードコマンドを受け付けた後、時刻T1で、S=“L”、LT=“L”、SB=“H”、LTB=“H”として、ラッチ回路31を高インピーダンス(HiZ)状態に設定する。同時に、ベリファイ信号VERIFYを“H”にして、一致検知信号線LSENをフローティングにする。同時に、リセット制御回路81では、リセット信号COMRSTを“H”として、NMOSトランジスタQN83をオンさせることにより、共通信号線COMiを“L”にする。
【0057】
これにより、PMOSトランジスタQPiがオンして、フューズの切断、非切断によらず、フューズ端子FUiが“H”に充電される。その後、時刻T3でリセット信号COMRSTを“L”にし、続いて時刻T4でベリファイ信号VERIFYを“L”にすると、一致検知信号線LSENは“L”に放電される。正常カラムColumn1では、フューズ端子FU1も同時にフューズFを介して“L”になるが、不良カラムColumn2ではフューズ端子FU2は放電されず、“H”を保つ。
【0058】
その間に、時刻T2でプリチャージ信号COMPREが“L”となっている。従って、正常カラムColumn1では、時刻T4で共通信号線COM1が“H”に充電される。不良カラムColumn2ではフューズ端子FU2が“H”であるために、PMOSトランジスタQP81がオンせず、共通信号線COM2は“L”を保つ。そして、時刻T5でリセット制御回路81のセット信号SETを“H”にすると、各カラムのクロックトインバータ91とPMOSトランジスタが共通信号線COMiのデータをラッチした状態になり、共通信号線COMiのデータが、その間に初期化されている書き換え/読み出し回路13のラッチ回路31にラッチされる。
【0059】
具体的に書き換え/読み出し回路13においては、時刻T2でプリチャージ信号NPRが“L”、転送制御信号TRAN1,TRAN2が“H”になり、ノードN,NC,NSが“H”(=VDD)にプリチャージされる。このとき、TRAN1,TRAN2には、VDD+Vth(Vth:NMOSトランジスタQN4,QN8のしきい値電圧)以上の電圧を用いることが望ましく、この場合、ノードN,NC,NSが全てVDDとなる。
【0060】
そして、時刻T5でTRAN2を“L”として、ノードNCとNを切り離して、時刻T6から制御信号RGiを全て“H”にし、同時にラッチ回路31のクロックト・インバータCI1,CI2を順次オンにすると、共通信号線COMiの状態がNMOSトランジスタQN6,QN5,QN4を介してノードNに転送される。そして、S=“H”、LT=“H”、SB=“L”、LTB=“L”とし(時刻T7)、制御信号TRAN1を“L”としてNMOSトランジスタQN4をオフにすることにより(時刻T8)、共通信号線COMiの状態がラッチ回路31にラッチされる。このリセット動作では、各書き換え/読み出し回路13のノードNを“H”プリチャージして、その電荷が共通信号線COMiに抜けるか否かという動作を行うため、1バイト分の書き換え/読み出し回路でRGiを同時に制御してリセットすることが可能である。
【0061】
これにより、正常カラムColumn1では、共通信号線COM1の“H”レベル状態がノードNにラッチされ、不良カラムColumn2では、共通信号線COM2の“L”レベル状態がノードNにラッチされる。図8では、正常カラムColumn1の書き換え/読み出し回路13でノードN(N11,N12)に“H”がラッチされ、不良カラムColumn2の書き換え/読み出し回路13でノードN(N21,N22)に“L”がラッチされる様子を示している。
【0062】
以上のようにこの実施の形態によると、正常カラムでは、データロード前に書き換え/読み出し回路13が“1”データ状態(書き込み禁止)にリセットされ、不良カラムでは書き換え/読み出し回路13が“0”データ状態にリセットされる。従って、書き込み動作において、ビット線から切り離されていない不良カラムでの書き換え/読み出し回路13からビット線に無用なリーク電流が流れないようにすることができる。この結果、昇圧回路から発生される書き込み電圧の低下が防止される。
【0063】
その後、正常カラムでは、シリアル入力によりデータ線Ioi,Ioibからカラムゲートトランジスタを介して個々の書き込みデータがラッチ回路31に取り込まれる。不良カラムでは、冗長セルアレイに置き換えられているため、ラッチ回路31にデータが入力されることはなく、“0”データ状態が保持される。
【0064】
この実施の形態での書き換え/読み出し回路のリセット動作は、図11に示すように、書き込みデータをロードするコマンドが受け付けられた後、書き込みを行うカラムアドレスCol.Ad、ロウアドレスRow.Adの入力を行い、書き込みデータが書き換え/読み出し回路13に入力されるまでの間、アドレス入力の期間中に行うことができる。従って、従来例のようなリーク低減のための疑似読み出し動作を行う場合のようなリセット時間を特に必要としない。
【0065】
[実施の形態2]
図12は、別の実施の形態による書き換え/読み出し回路13を示している。この実施の形態では、先の図3において、ノードNをVDDにプリチャージするために設けられていたPMOSトランジスタQPを省いている。このトランジスタQPを省略しても、制御信号V2,TRAN2により制御されるNMOSトランジスタQN7,QN8により、ノードNのプリチャージが可能である。
【0066】
この実施の形態の場合のラッチ回路リセット動作のタイミング図を、図11に対応させて図13に示す。書き換え/読み出し回路の内部ノードのプリチャージの動作が変わることを除いて、ほぼ先の実施の形態と同様である。即ち、時刻T1で制御信号V2を“H”、時刻T2で制御信号TRAN1,TRAN2を“H”にすることにより、ノードNS,NをVDDにプリチャージする。このとき、制御信号V2,TRAN1,TRAN2には、これらにより制御されるNMOSトランジスタのしきい値電圧をVtnとして、VDD+Vtn以上の昇圧された電圧を印加することが好ましい。これにより、ノードNをVDDにプリチャージすることができる。
【0067】
この場合、制御信号V2,TRAN1,TRAN2に昇圧された電圧を用いることは必須ではない。ノードNがVDDにプリチャージできなくても、クロックト・インバータCI1,CI2の反転しきい値以上の電圧が転送できれば、動作可能である。但し、反転しきい値近傍の電圧では、クロックト・インバータCI1がオンし、クロックト・インバータCI2がオンするまでの間、貫通電流が流れることになる。
【0068】
ここまでの実施の形態において、データロードコマンドが入力され、書き込みデータがシリアル入力されるまでの間に、書き換え/読み出し回路13のラッチ回路31を、正常カラムでは“1”データ状態、不良カラムでは“0”データ状態にリセットする例を説明した。この場合、NMOSトランジスタを用いて“H”レベルの電圧(VDD)を転送する動作があり、望ましくは、NMOSトランジスタのゲートに昇圧された電圧を与える必要があった。
【0069】
これは、スタンバイ状態で、アクティブ直後の動作に備えて、VDD+Vtn(Vtn:NMOSトランジスタのしきい値電圧)以上の電圧を発生できる電圧源を備えるメモリである場合には、特に問題はない。また最近では、メモリセル等の微細化に伴ってゲート酸化膜厚を薄膜化し、トランジスタの動作電圧を下げるための降圧回路を用いることが多くなっている。降圧電圧をNMOSトランジスタのソースフォロアを利用して発生させるNMOS型降圧回路の場合には、そのNMOSトランジスタのゲート電圧がVDD+Vtnであるため、この電圧を利用することが可能である。
また、外部電源電圧VCCと降圧電圧VDDとにVth程度の差がある場合には、実施の形態2で説明したように昇圧電圧を用いなくても、転送トランジスタのゲートにVCCを与えることにより、書き換え/読み出し回路のラッチ回路にクロックト・インバータの反転しきい値電圧より十分高い電圧を転送することが可能である。
【0070】
しかし、これらの電圧では動作的に不安定であったり、不可能な場合がある。通常の昇圧回路はチャージポンプにより電源電圧を昇圧するために、安定出力が得られるまでに一定の時間がかかる。スタンバイ状態からアクティブ状態に遷移した直後に、VDD+Vtnという昇圧電圧を安定して発生できない場合には、前述のデータ入力前のラッチ回路リセット動作は難しくなる。この様な場合には、データロード後、書き込み動作に入る直前に、正常なカラムにロードされたデータを破壊することなく、不良カラムについてのみ“0”データ状態にリセットするというリセット制御を行うことが好ましい。
【0071】
[実施の形態3]
データロード後に書き換え/読み出し回路13のリセットを行うようにした実施の形態を、次に説明する。この様なリセット制御は、実施の形態1の回路構成を変更することなく実施することができる。この場合、図8に対応して、各書き換え/読み出し回路13のラッチ回路のリセットの様子を示すと、図14のようになる。実施の形態1と同様に、Column1が正常、Column2が不良であるとする。図14の場合、正常なカラムColumn1では、データロードにより、二つの書き換え/読み出し回路13−0,13−1でそれぞれ、ノードN(N11,N12)に“1”データ(=“H”),“0”データ(=“L”)がラッチされた場合を示している。不良のカラムColumn2では、二つの書き換え/読み出し回路13−0,13−1のラッチ回路に、データロード前の従来のリセット動作により“H”がラッチされた様子を示している。この場合の従来のリセット動作とは、データロードコマンド入力から書き込みデータをロードするまでの間に、全てのラッチ回路のノードNを“H”にリセットする動作のことである。
そして、その後のデータ書き込み動作の直前に、不良カラムColumn2についてのみ、ラッチされているデータが“H”から“L”にリセットされる。正常カラムColumn1では、ロードされたデータがそのままラッチされている。
【0072】
この様なリセット制御を行うタイミングを図15に示す。図15では、データロードが終了し、書き込みコマンドが入力された直後のタイミング図を示している。共通信号線COMiにフューズFの接続状態を反映したプリチャージを行う一連の動作は、実施の形態1と同様である。即ち、正常なカラムColumn1では、共通信号線COM1が“H”になり、不良カラムColumn2ではフューズFが切断されていることから、共通信号線COM2が“L”となり(時刻T4)、これらがそれぞれ書き換え/読み出し回路13のラッチ回路31にラッチされる。
【0073】
その間に、個々の書き換え/読み出し回路13では、ラッチ回路31が活性の状態で制御信号TRAN1,TRAN2をVDDを転送できるVDD+Vtn以上に設定しておくことにより(時刻T2)、ノードNC,NSにノードNの電圧が転送される。この場合、チップがスタンバイ状態からアクティブ状態に遷移してから、データロードコマンド入力、アドレス入力、データ入力、プログラムコマンド入力の時間が経過しているので、VDDより高い電圧を発生してこれを供給することが容易である。
【0074】
図14においては、Column1の最初の書き換え/読み出し回路13−0では、ノードN(=N11)に“H”がラッチされているので、ノードNC(=NC11),NS(=NS11)も“H”になり、次の書き換え/読み出し回路13−1では、ノードN(=N12)に“L”がラッチされているので、ノードNC(=NC12),NS(=NS12)も“L”になることを示している。
また、不良カラムColumn2では、ノードN(=N21,N22,…)に“H”がラッチされているので、ノードNC(=NC21,NC22,…),NS(=NS21,NS22,…)も“H”になる。
【0075】
その後、制御信号TRAN2を“L”にすると(時刻T5)、NMOSトランジスタQN8がオフになり、ノードNCはキャパシタCbで保持された“H”のフローティング状態になる。また、ラッチ回路31を非活性にすると(時刻T5)、ノードN,NSをフローティング状態に保持する。その後、制御信号RGiを同時に“H”=VDDにする(時刻T6)。
【0076】
このとき、カラムColumn1の最初の書き換え/読み出し回路13−0では、ノードN11,NS11がVDD、制御信号RG1とノードNC11がVDD、共通信号線COM1がVDDであるので、制御信号RG1とノードNC11により制御されるNMOSトランジスタQN5,QN6がオフであり、ノードN11の“H”は保持される。従って、クロックト・インバータCI1,CI2を順次活性化すると(時刻T7,T8)、ノードN11に“H”が保持される。
同じカラムColumn1の次の書き換え/読み出し回路13−1では、ノードNC12がVSS=0Vであるので、これにより制御されるNMOSトランジスタQN6がオフであり、やはりノードN12の“L”は保持される。従って、クロックト・インバータCI1,CI2を順次活性化するとことにより、ノードN12に“L”が保持される。
【0077】
以上により、正常カラムColumn1では、図14に示すように、ラッチ回路31のラッチデータがそのまま保持される。
一方、不良カラムColumn2では、最初の書き換え/読み出し回路13−0では、ノードN21,NS21がVDD、制御信号RG1とノードNC21がVDD、共通信号線COM2がVSS=0Vの“L”であるので、制御信号RG1とノードNC21により制御されるNMOSトランジスタQN5,QN6がオンであり、ノードN21の電位は共通信号線COM2に放電されて“L”になる。従って、クロックト・インバータCI1,CI2を順次活性化すると(時刻T7,T8)、ノードN21に“L”が保持される。
即ち、不良カラムColumn2では、図14に示すように、データロード前の初期リセットで書き換え/読み出し回路13のラッチ回路31のノードNは“H”にリセットされるが、データロード後にこれが“L”に再リセットされることになる。
【0078】
以上のようにこの実施の形態によると、正常カラムではデータロードされたラッチ回路のデータを破壊することなく、不良カラムのラッチ回路のデータを“0”データ状態にリセットすることが可能になる。このリセット動作に要する時間は、従来例の疑似読み出しを伴うリセットの場合の数μsecオーダーに対し、数百nsecオーダーであり、高速化が図られる。
【0079】
ここまでの実施の形態1−3では、先に従来技術で説明した二つの書き込み方法のうち第1の方法、即ち書き込み時に“1”データ(書き込み禁止)のカラムについては、昇圧回路で昇圧した“H”レベルを書き換え/読み出し回路を介しビット線を介してNANDセルユニットのチャネルに転送する方法の場合に有効であることを示した。しかし、セルフブースト方式で不良カラムを含む全カラムのラッチ回路を“1”データ状態にリセットする従来の方法に対する効果も明らかである。この点を、図16を参照して説明する。
【0080】
図16は、実施の形態1−3に説明したように、フューズに切断状態に対応して、不良カラムの書き換え/読み出し回路のラッチ回路を“0”データ状態(“L”)にリセットしたときの書き込み時の不良カラムの振る舞いを、従来の図21に対応させて示している。図16(a)は、第1ループの書き込みパルス印加動作時の不良カラムの様子である。書き換え/読み出し回路13のノードNが“L”であるから、図21(a)と逆に、VSSショートの不良カラムでリークが流れず、VDDショートの不良カラムではVDDからのリークが流れる。
【0081】
第1ループの書き込みパルス印加動作後のベリファイ読み出しでは、最初のリセットが従来と異なり“L”であるため、図16(b)に示すように、ビット線センス結果がそのまま書き換え/読み出し回路13にラッチされる。即ち、VSSショートの不良カラムでは“L”に、VDDショートの不良カラムでは“H”になる。これは、先に図6の動作説明で述べたように、図3におけるノードNCに転送された書き込みデータにより、NMOSトランジスタQN6がオフとなり、従来のように“1”リセットした不良カラムとは異なり、共通線COMiからのセンスノードNSの再充電がないためである。
【0082】
そうすると、第2ループの書き込みパルス印加動作時では、図16(c)に示すように、第1ループの書き込みとは条件が異なり、VSSショートの場合もVDDショートの場合もリーク電流は流れない。以下の各サイクルの書き込みも同様である。
以上のように、従来は図21で説明したように、書き込みサイクル毎にリーク電流が流れたのに対して、この実施の形態の場合には第1ループの書き込みパルス印加動作においてVDDショートのカラムでリーク電流が流れる他、第2ループ以降にはリーク電流が流れない。これにより、リーク電流の低減が図られることになる。従来のリセット動作でノードNを“L”にリセットすると良いように思われるが、この場合リセット状態がオール“0”の書き込み状態となってしまうため、常に1ページ分のデータをロードしなければならず、デメリットが大きい。
【0083】
[実施の形態4]
上記実施の形態では、不良カラムをベリファイ判定の一致検出動作から除外するために一括判定信号線LSENに接続される不良カラム非検出スイッチ素子として、フューズFを用いたが、このフューズFの部分は図17に示すように他の不良カラム非検出スイッチ回路101で置き換えることが可能である。
【0084】
図18は、不良カラム非検出スイッチ回路101の一つの構成例である。この例では、不良カラム非検出スイッチ回路101は、CMOS転送トランジスタ181と、これを制御するためのラッチ回路182、ROMデータをラッチ回路182に転送するときに活性化されるクロックトインバータ184及び、不良カラムを不揮発に記憶するROM回路183により構成されている。ROM回路183は、具体的には不揮発性メモリセルMと、負荷PMOSトランジスタQP181及びデータ書き込み回路185を有する。
【0085】
メモリセルMは、図4に示したような“0”,“1”データ状態をとりうるものとする。そしてウェハテストの結果により不良カラムについてはこのメモリセルMにデータ“0”を書き込む。このROM回路183のデータ読み出しは、メモリチップのパワーオン時の自動初期化動作の中で一度だけ行われる。このとき不良カラムについては、メモリセルMがオフであるから、ラッチ回路182には、ノードN11=“L”,N12=“H”なるデータが取り込まれる。これにより、以後CMOS転送トランジスタ181はオフ、即ち不良カラムが一括判定信号線LSENから切り離されることになる。
【0086】
図19は、不良カラム非検出スイッチ回路101の別の構成例である。図18と同様に、CMOS転送トランジスタ181とこれを制御するラッチ回路182を有するが、ROM回路を持たない。ラッチ回路182には、転送ゲートトランジスタQN191を介して、例えば図1に示したフューズ回路23から得られる不良カラムであることを示すフューズデータがFi0から与えられる。これにより、図18と同様に、不良カラムのラッチ回路182には、ノードN11=“L”,N12=“H”なるデータがラッチされる。以後、リセット用NMOSトランジスタQN192によりリセットされるまで、CMOS転送トランジスタ181はオフ、即ち不良カラムが一括判定信号線LSENから切り離されることになる。
【0087】
【発明の効果】
以上述べたようにこの発明によれば、高速性能を損なうことなく、不良セルアレイでのリーク電流をより効果的に低減することを可能とした書き換え/読み出し回路のリセット方式を採用したEEPROMを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施の形態1によるEEPROMの全体構成を示す図である。
【図2】同実施の形態1のメモリセルアレイの等価回路である。
【図3】同実施の形態1の書き換え/読み出し回路を示す図である。
【図4】同実施の形態1のメモリセルのデータとしきい値分布を示す図である。
【図5】同実施の形態1の書き込みサイクルの電圧波形を示す図である。
【図6】同実施の形態1での“0”書き込み動作の各部電位関係を示す図である。
【図7】同実施の形態1での“1”書き込み動作の各部電位関係を示す図である。
【図8】同実施の形態1のベリファイ判定を行う回路部の構成を示す図である。
【図9】図8におけるリセット制御回路の構成を示す図である。
【図10】同実施の形態1のベリファイ判定動作のタイミング図である。
【図11】同実施の形態1での書き換え/読み出し回路のリセット動作のタイミング図である。
【図12】他の実施の形態2による書き換え/読み出し回路の構成を示す図である。
【図13】同実施の形態2での書き換え/読み出し回路のリセット動作のタイミング図である。
【図14】他の実施の形態3での書き換え/読み出し回路のリセット動作を説明するための図である。
【図15】同実施の形態3での書き換え/読み出し回路のリセット動作のタイミング図である。
【図16】実施の形態1−3の効果を説明するための図である。
【図17】他の実施の形態4のベリファイ判定を行う回路部の構成を示す図である。
【図18】図17における不良カラム非検出スイッチ回路101の構成例である。
【図19】図17における不良カラム非検出スイッチ回路101の他の構成例である。
【図20】NAND型EEPROMの書き込み動作における不良カラムでのリーク電流の流れる様子を示す図である。
【図21】NAND型EEPROMの書き込み動作における不良カラムでのリーク電流の流れる様子を示す図である。
【符号の説明】
11…メモリセルアレイ、12a,12b…冗長セルアレイ、13…書き換え/読み出し回路、14…カラムデコーダ、15…ロウデコーダ、16…制御回路、17…入出力バッファ、18…アドレスレジスタ、19…コマンドレジスタ、20…動作ロジックコントロール回路、21…状態レジスタ、22…レディ/ビジーレジスタ、23…フューズ回路、24…比較回路、31…ラッチ回路、81…リセット制御回路、LSENL…一括判定信号線、COMi…共通信号線、F…フューズ(不良カラム非検出スイッチ)、101…不良カラム非検出スイッチ回路。
Claims (4)
- 電気的書き換え可能な不揮発性メモリセルが配列されたメモリセルアレイと、
このメモリセルアレイの不良メモリセルを置換する冗長セルアレイを備えた不良救済回路と、
前記メモリセルアレイに同時に書き込むべきデータを一時保持するラッチ回路を備えた複数ビット分の書き換え/読み出し回路と、
前記メモリセルアレイのデータ書き換え動作、データ書き換えの確認読み出し動作及びデータ読み出し動作を制御する制御回路と、
前記確認読み出し動作において前記複数ビット分の書き換え/読み出し回路の保持データに基づいてパス/フェイルの一括判定を行うための一括判定信号線と、
この一括判定信号線と前記各書き換え/読み出し回路の間に設けられて不良カラムの書き換え/読み出し回路を前記一括判定信号線から切り離すための不良カラム非検出スイッチ回路と、
この不良カラム非検出スイッチ回路の導通状態に応じて前記各書き換え/読み出し回路のリセット状態を制御するリセット制御回路と
を有し、
前記書き換え/読み出し回路は、
前記メモリセルアレイのビット線に第1の転送スイッチ素子を介して接続されるセンスノードと、
このセンスノードを選択的に前記ラッチ回路のデータ保持ノードに接続するための第2の転送スイッチ素子と、
前記データ保持ノードに第3の転送スイッチ素子を介して接続されて前記データ保持ノードのデータを転送して一時記憶するための一時記憶ノードと、
この一時記憶ノードの電位により制御されて各カラムに共通に配設された共通信号線を選択的に前記センスノードに接続するための第4の転送スイッチ素子と
を有することを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。 - 前記データ保持ノードを所定電位に設定するためのプリチャージ回路を有することを特徴とする請求項1記載の不揮発性半導体記憶装置。
- 電気的書き換え可能な不揮発性メモリセルが配列されたメモリセルアレイと、
このメモリセルアレイの不良メモリセルを置換する冗長セルアレイを備えた不良救済回路と、
前記メモリセルアレイに同時に書き込むべきデータを一時保持するラッチ回路を備えた複数ビット分の書き換え/読み出し回路と、
前記メモリセルアレイのデータ書き換え動作、データ書き換えの確認読み出し動作及びデータ読み出し動作を制御する制御回路と、
前記確認読み出し動作において前記複数ビット分の書き換え/読み出し回路の保持データに基づいてパス/フェイルの一括判定を行うための一括判定信号線と、
この一括判定信号線と前記各書き換え/読み出し回路の間に設けられて不良カラムの書き換え/読み出し回路を前記一括判定信号線から切り離すための不良カラム非検出スイッチ回路と、
この不良カラム非検出スイッチ回路の導通状態に応じて前記各書き換え/読み出し回路のリセット状態を制御するリセット制御回路と
を有し、
前記各不良カラム非検出スイッチ回路は、一端が前記一括判定信号線に共通接続され、他端がそれぞれ電源スイッチ素子を介して電源に接続され、
前記各書き換え/読み出し回路のデータを保持するデータ保持ノードに選択的に接続される各カラムに共通に配設された共通信号線が各カラムの前記電源スイッチ素子の制御端子に接続され、
前記リセット制御回路は、出力ノードが前記共通信号線に接続され、前記電源スイッチ素子と不良カラム非検出スイッチ回路の接続ノードの電位により出力が制御されるスイッチ素子を有する
ことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。 - 前記不良カラム非検出スイッチ回路は、MOSトランジスタと、このMOSトランジスタのオンオフを制御するためのデータがプログラムされたROM回路とを有することを特徴とする請求項1記載の不揮発性半導体記憶装置。
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