JP4843193B2 - フラッシュメモリ装置およびその装置のコラム選択トランジスタのストレステスト方法 - Google Patents

フラッシュメモリ装置およびその装置のコラム選択トランジスタのストレステスト方法 Download PDF

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Description

本発明はフラッシュメモリ装置に関するものであり、特に、全てのコラム選択トランジスタを選択することができるコラムプリデコーダを有するフラッシュメモリ装置とそのストレステスト方法に関するものである。
不揮発性メモリ装置のうちフラッシュメモリ装置は、オンボード(on board)上で書き込みと消去動作が可能な高密度の情報貯蔵装置である。フラッシュメモリセルは選択ゲート、フローティングゲート、ソース及びドレインを含む一つのFET(Field Effect Transistor)で構成される。情報はフラッシュメモリセルのしきい値電圧(threshold voltage)Vtの変化により発生するフローティングゲート上のチャージ量の変動によりフラッシュメモリセルに貯蔵される。フラッシュメモリ装置は大きく分けてNANDフラッシュメモリ装置とNORフラッシュメモリ装置の2つがある。NANDフラッシュメモリ装置は大容量情報貯蔵装置として使用され、NORフラッシュメモリ装置は高速データ処理のための情報貯蔵装置として使用される。
NORフラッシュメモリセルは一般的に、二つの状態、すなわち“プログラムされた”と“消去された”状態を有する。NORフラッシュメモリセルがプログラムされれば、余剰電子がフローティングゲート上にトラップされ、しきい値電圧Vtが上がって、選択されたフラッシュメモリセルはドレイン−ソース電流が流れない。フラッシュメモリセルがプログラムされた状態をロジック“0”という。フラッシュメモリセルが消去されれば、フローティングゲート上に余剰電子が少ないとか無くて、フラッシュメモリセルは多くのソース−ドレイン電流が流れる。フラッシュメモリセルが消去された状態をロジック“1”という。
図1は一般的なNORフラッシュメモリ装置を示す図である。これを参照すると、NORフラッシュメモリ装置100は、アドレスバッファ110、ロウプリデコーダ120、ロウデコーダ130、セルアレイ140、コラムプリデコーダ150、コラムデコーダ160、及びセンスアンプ170を含む。セルアレイ140において、ワードラインWLiとビットラインBLiの交差点にはフラッシュメモリセルが配列される。アドレスバッファ110はフラッシュメモリセルをプログラムまたは消去するために外部からアドレス信号ADDRを入力して、ロウアドレスRowAddとコラムアドレスColAddを出力する。ロウプリデコーダ120は入力されるロウアドレスRowAddをデコーディングしてロウ選択信号RowSelを発生する。ロウデコーダ130はロウ選択信号RowSelに応答して所定のワードラインWLiをイネーブルさせ、フラッシュメモリ装置100の動作モードに従ってワードラインWLiを所定の電圧レベルに駆動する。ワードラインWLiはプログラムモードである時に10V程度の電圧レベルに、消去モードである時に−10V程度の電圧レベルに、そして読み出しモードである時に4.5V程度の電圧レベルに駆動される。
コラムプリデコーダ150は、入力されるコラムアドレスColAddをデコーディングして、コラム選択信号ColSel1[m:0]、ColSel2[n:0]を発生する。コラムデコーダ160はコラム選択信号ColSel1[m:0]、ColSel2[n:0])に応答して所定のビットラインBLiを選択し、選択されたビットラインBLiをデータラインDLiを通じてセンスアンプ170と連結させる。説明の便宜のために、16本のビットライン(BLi、 i=0〜15)が例として記述される。一つの第1コラム選択信号ColSel1[m:0]は4本のビットラインBLiを選択し、一つの第2コラム選択信号ColSel2[n:0])は第1コラム選択信号ColSel1[m:0]により選択された4本のビットラインBLiのうち一つを選択してデータラインDLiと連結させる。
図2はコラムプリデコーダ150の具体的な回路図を示す図である。これを参照すると、コラムプリデコーダ150はコラムアドレスColAdd[3:0]を入力して第1 コラム選択信号ColSel1[3:0]と第2コラム選択信号ColSel2[3:0]を選択的に発生する。第1及び第2コラムアドレスColAdd[0]、ColAdd[1]はデコーディングブロック200を通じてデコーディングされて、一つのレベルシフト202、204、206、208を駆動する。レベルシフト202、204、206、208は図3のように構成され、ローレベルの入力信号INに応答して出力OUTに10V程度の高電圧HVを発生する。レベルシフト202、204、206、208の出力である高電圧HVの第1コラム選択信号ColSel1[0]、ColSel1[1]、ColSel1[2]、ColSel1[3]の各々は、ビットラインBLiと連結される第1段のトランジスタ(図1の161)のうち4個のトランジスタをターンオンさせる。一方、第3及び第4コラムアドレスColAdd[2]、 ColAdd[3]はデコーディングブロック210とレベルシフト212、214、216、218を通じて高電圧HVの第2コラム選択信号ColSel2[0]、ColSel2[1]、ColSel2[2]、ColSel2[3]を発生する。高電圧の第2コラム選択信号ColSel2[0]、ColSel2[1]、ColSel2[2]、ColSel2[3]は第2群のトランジスタ(図1の162)を制御して、第1コラム選択信号ColSel1[0]、ColSel1[1]、ColSel1[2]、ColSel1[3]によりターンオンされた4個のトランジスタと連結される4本のビットライン(図1のBLi)のうち一つを選択して一つのデータラインDLiと連結させる。
さて、フラッシュメモリ装置(図1の100)がプログラムモードである時に、プログラムタイプに従って選択されるメモリセルのビットラインに5V乃至0V程度の電圧が印加され、非選択のメモリセルのビットラインに0Vが印加される。この時に、非選択のメモリセルのビットラインと連結される第1段のトランジスタ161内のトランジスタMFのバイアス状態は、図4に示すように、第1コラム選択信号ColSel1[0]が連結されるゲートに10V程度の高電圧HVが、そしてビットラインBL0が連結されるソースに0V電圧が印加される。これによって、MFトランジスタのゲートとソースとの間に10Vの電圧がかかるようになる。また、非選択のメモリセルと連結されるデータラインDL0に0Vの電圧が印加されるので、第2段トランジスタ162内のトランジスタMSのバイアス状態は、図5に示すように、第2コラム選択信号ColSel2[0]が連結されるゲートに10V程度の高電圧が印加され、データラインDL0が連結されるドレインに0Vが印加される。この状態はプログラムが終了するまで続いて維持され、MFトランジスタとMSトランジスタのゲート酸化膜ストレスを発生させる。
また、消去モードである時には、バルク(bulk)に9V程度の電圧が印加されてビットラインにカップリングされる。この時に、第1及び第2コラム選択信号ColSel1[m:0]、ColSel2[n:0]は0Vに印加される。これによって、第1段トランジスタ161のゲートに0V 電圧が、そしてソースに9Vのカップリング電圧が印加されて、第1段トランジスタ161のゲート酸化膜ストレスが生じる。
このようなゲート酸化膜のストレスはプログラム動作と消去動作を繰り返して実行する間、ゲート酸化膜を劣化させてトランジスタ不良を誘発する。これは最終的にフラッシュメモリ装置の不良を意味する。このようなゲート酸化膜劣化により発生するトランジスタ不良を初期に発生させることができる方案が求められる。
ところで、図2のコラムプリデコーダ150により発生される第1及び第2コラム選択信号ColSel1[m:0]、ColSel2[n:0]は1回に一度ずつ高電圧を印加するので、コラムデコーダ(図1の160)内の第1段及び第2段トランジスタ161,162にストレスを加えてトランジスタ不良を発生させるには、テスト時間があまりにも多く所要される問題点がある。
したがって、ストレステスト時間を減らすことができるコラムプリデコーダを有するフラッシュメモリ装置が求められる。
本発明の目的は、ストレステスト時間を減らすことができるコラムプリデコーダを有するフラッシュメモリ装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、前記フラッシュメモリ装置のストレステスト方法を提供することにある。
上述の目的を達成するために、本発明は、フラッシュメモリセルと連結される複数本のビットラインのうち所定のビットラインを選択するコラム選択トランジスタを制御するコラムプリデコーダを有するフラッシュメモリ装置において、コラムプリデコーダは、全コラム選択信号を入力するバッファ部と、バッファ部の出力とコラムアドレスをデコーディングするデコーダ部と、デコーダ部の出力に応答してコラム選択トランジスタのゲートに印加されるコラム選択信号の電圧レベルを可変させるレベルシフトとを含む。ストレステスト時、コラム選択信号全部に10V以上の高電圧を印加して、ビットライン電圧レベルが一定の電圧、例えば、接地電圧レベルであるコラム選択トランジスタに対してストレステストが実施される。
バッファ部は、望ましくは、全コラム選択信号を入力するインバータで構成され、デコーダ部の各々はバッファ部の出力とコラムアドレスを入力するNANDゲートで構成される。レベルシフトは、高電圧にソースが連結され、ゲートが相手ドレインに各々交差連結される第1及び第2PMOSトランジスタと、デコーダ部の出力を入力するインバータと、第1PMOSトランジスタのドレインと接地電圧との間に連結され、インバータの出力でゲーティングされる第1NMOSトランジスタと、第2PMOSトランジスタのドレインと接地電圧との間に連結され、デコーダ部の出力でゲーティングされ、第2PMOSトランジスタのドレインと連結されたドレインからコラム選択信号を発生する第2NMOSトランジスタとを含む。
さらに、フラッシュメモリ装置は、コラム選択トランジスタを所定の段に分けるコラムデコーダをさらに含み、コラムデコーダは、一群のコラム選択信号に応答してビットラインのうち少なくとも二つ以上のビットラインを選択する第1段のコラム選択トランジスタと、他の一群のコラム選択信号に応答して第1段のコラム選択トランジスタにより選択されたビットラインのうち所定のビットラインを選択してデータラインに連結させる第2段のコラム選択トランジスタとを含む。
上述の他の目的を達成するために、本発明は、フラッシュメモリセルと連結される複数本のビットラインのうち所定のビットラインを選択するコラム選択トランジスタを有するフラッシュメモリ装置のストレステスト方法において、全コラム選択信号を活性化させる段階と、全コラム選択信号の活性化に応答してコラム選択トランジスタのゲートに10V以上の高電圧を印加する段階と、全コラム選択信号の非活性化に応答して入力されるコラムアドレスをデコーディングして、コラム選択トランジスタを選択的にターンオンさせる段階とを含む。望ましくは、一定の電圧、例えば接地電圧レベルであるビットラインと連結されるコラム選択トランジスタに対してストレステストが実施される。
本発明のコラムプリデコーダによると、コラム選択トランジスタを全部選択し、そのゲートに高電圧を印加してストレステストを実行することができるので、ストレステスト時間を減らすことができる。
以下、本発明の実施の形態を図6及び図7を参照して具体的に説明する。
図6は本発明の一実施の形態によるフラッシュメモリ装置を示す図である。これを参照すると、フラッシュメモリ装置500は図1のフラッシュメモリ装置100と比較してコラムプリデコーダ510のみに差があり、残りの構成要素はほとんど同一である。同一部分は同一符号を付してその説明を省略する。コラムプリデコーダ510はコラムアドレスColAddと全コラム選択信号AllColSelに応答して選択的に、または全てのコラム選択信号ColSel1[m:0]、ColSel2[n:0]を発生する。コラムプリデコーダ510は図7に具体的に示す。
図7を参照すると、コラムプリデコーダ510はバッファ部610、デコーダ部620、630、及びレベルシフト202、204、206、208、212、214、216、218を含む。レベルシフト202、204、206、208、212、214、216、218の詳細は図3のレベルシフトと同一である。すなわち、レベルシフトは、高電圧HVにソースが連結され、ゲートが相手ドレインに各々交差連結される第1及び第2PMOSトランジスタ31,32と、前記デコーダ部620,630の出力を入力するインバータ33と、前記第1PMOSトランジスタ31のドレインと接地電圧との間に連結され、前記インバータ33の出力でゲーティングされる第1NMOSトランジスタ34と、前記第2PMOSトランジスタ32のドレインと前記接地電圧との間に連結され、前記デコーダ部620,630の出力でゲーティングされ、前記第2PMOSトランジスタ32のドレインと連結されたドレインから前記コラム選択信号を発生する第2NMOSトランジスタ35とを具備してなる。
バッファ部610は全コラム選択信号AllCoSelを入力するインバータで構成される。全コラム選択信号AllCoSelがハイレベルに活性化されれば、バッファ部610の出力はローレベルになる。デコーダ部620、630は複数のNANDゲートでなり、コラムアドレスColAdd[0]、ColAdd[1]、ColAdd[2]、ColAdd[3]とバッファ部610の出力とを組み合わせる。デコーダ部620、630の出力はレベルシフト202、204、206、208、212、214、216、218を通じて第1及び第2コラム選択信号ColSel1[0]、ColSel1[1]、ColSel1[2]、ColSel1[3]、ColSel2[0]、 ColSel2[1]、ColSel2[2]、ColSel2[3]として出力される。
バッファ部610の出力がローレベルであれば、デコーダ部620、630の出力が全部ローレベルになり、レベルシフト202、204、206、208、212、214、216、218の出力に高電圧HVの第1及び第2コラム選択信号ColSel1[0]、ColSel1[1]、ColSel1[2]、ColSel1[3]、ColSel2[0]、ColSel2[1]、ColSel2[2]、ColSel2[3]が発生される。高電圧の第1及び第2コラム選択信号ColSel1[0]、ColSel1[1]、ColSel1[2]、ColSel1[3]、ColSel2[0]、ColSel2[1]、ColSel2[2]、ColSel2[3]は、以後、図6のコラムデコーダ160内のコラム選択トランジスタ161、162のゲートに印加されてコラム選択トランジスタ161、162をターンオンさせる。コラム選択トランジスタ161、162は望ましくはNMOSトランジスタで構成され、高電圧は電源電圧以上の電圧レベルで外部から直接供給することができる。これはコラム選択トランジスタ161、162の全部に対してストレス印加テストを1回に実行することができるということを意味する。但し、この時、0VのビットラインBLiと連結されるコラム選択トランジスタに対してストレステストが実施される。
一方、全コラム選択信号AllCoSelがローレベルに非活性化されれば、バッファ部610の出力はハイレベルになる。バッファ部610の出力がハイレベルになると、デコーダ部620、630は図2のデコーダ部(デコーディングブロック200、210)と同一に動作する。その結果、第1及び第2コラムアドレスColAdd[0]、ColAdd[1]はデコーダ部620を通じてデコーディングされて、一つのレベルシフト202、204、206、208を駆動する。レベルシフト202、204、206、208は10V程度の高電圧HVを発生する。レベルシフト202、204、206、208の出力である高電圧HVの第1コラム選択信号ColSel1[0]、ColSel1[1]、ColSel1[2]、ColSel1[3]の各々は、ビットラインBLiと連結される第1段のコラム選択トランジスタ(図6の161)のうち4個のトランジスタをターンオンさせる。また、第3及び第4コラムアドレスColAdd[2]、ColAdd[3]はデコーダ部630とレベルシフト212、214、216、218を通じて高電圧HVの第2コラム選択信号ColSel2[0]、ColSel2[1]、ColSel2[2]、ColSel2[3]を発生する。高電圧の第2コラム選択信号ColSel2[0]、ColSel2[1]、ColSel2[2]、ColSel2[3]は、第1コラム選択信号ColSel1[0]、ColSel1[1]、ColSel1[2]、ColSel1[3]によりターンオンされた4個のコラム選択トランジスタと連結される4本のビットライン(図6のBLi)のうち一つを選択して一つのデータラインDLiと連結させる。
ここで、コラム選択信号として印加される高電圧は外部から直接印加することもでき、その電圧レベルは可変的とすることができる。
したがって、本発明のコラムプリデコーダによると、コラム選択トランジスタを同時に全部選択して、ストレステストを実行することができるので、ストレステスト時間を減らすことができる。
以上、本発明の実施の形態を記述したが、これは例示的なものに過ぎず、本発明の技術的思想及び範囲を制限または限定するものではない。本実施の形態では10V程度のコラム選択信号と0V程度のビットラインに連結されるコラム選択トランジスタに対してストレステストが実施される場合に対して記述しているが、一定の電圧レベルが印加されるコラム選択トランジスタに対して多様にストレステストをすることができることは勿論である。本発明の思想と範囲を逸脱しない限度内で多様な変化及び変更が可能であることは勿論である。
一般的なフラッシュメモリ装置を示す図である。 図1のコラムプリデコーダを具体的に示す図である。 レベルシフトを具体的に示す図である。 コラム選択トランジスタMFのストレス形態を示す図である。 コラム選択トランジスタMSのストレス形態を示す図である。 本発明の一実施の形態によるフラッシュメモリ装置を示す図である。 本発明の一実施の形態による図6のコラムプリデコーダを具体的に示す図である。
符号の説明
140 フラッシュメモリセルアレイ
160 コラムデ コーダ
161,162 コラム選択トランジスタ
500 フラッシュメモリ装置
510 コラムプリデコーダ
610 バッファ部
620 デコーダ部
202,204,206,208,212,214,216,218 レベルシフト

Claims (12)

  1. フラッシュメモリセルと連結される複数本のビットラインのうち所定のビットラインを選択するコラム選択トランジスタを制御するコラムプリデコーダを有するフラッシュメモリ装置において、前記コラムプリデコーダは、
    ストレステスト時には活性化され、非テスト時には非活性化される全コラム選択信号を入力するバッファ部と、
    前記バッファ部の出力とコラムアドレスとを入力し、前記コラムアドレスをデコーディングするデコーダ部と、
    前記デコーダ部の出力に応答して選択された前記コラム選択トランジスタのゲートに高電圧を印加するようにコラム選択信号の電圧レベルを可変させるレベルシフトとを具備し、
    前記コラム選択トランジスタの前記ストレステスト時、活性化された前記全コラム選択信号に応答して前記コラム選択信号の全部に高電圧を印加し、
    このとき、前記複数本のビットラインは接地電圧レベルに設定されることを特徴とするフラッシュメモリ装置。
  2. 前記バッファ部は、
    前記全コラム選択信号を入力するインバータで構成されることを特徴とする請求項1に記載のフラッシュメモリ装置。
  3. 前記デコーダ部の各々は、
    前記バッファ部の出力と前記コラムアドレスを入力するNANDゲートで構成されることを特徴とする請求項1に記載のフラッシュメモリ装置。
  4. 前記レベルシフトは、
    高電圧にソースが連結され、ゲートが相手ドレインに各々交差連結される第1及び第2PMOSトランジスタと、
    前記デコーダ部の出力を入力するインバータと、
    前記第1PMOSトランジスタのドレインと接地電圧との間に連結され、前記インバータの出力でゲーティングされる第1NMOSトランジスタと、
    前記第2PMOSトランジスタのドレインと前記接地電圧との間に連結され、前記デコーダ部の出力でゲーティングされ、前記第2PMOSトランジスタのドレインと連結されたドレインから前記コラム選択信号を発生する第2NMOSトランジスタとを具備することを特徴とする請求項1に記載のフラッシュメモリ装置。
  5. 前記フラッシュメモリ装置は、
    前記コラム選択トランジスタを所定の段に分けるコラムデコーダをさらに具備し、
    前記コラムデコーダは、
    一群の前記コラム選択信号に応答して前記ビットラインのうち少なくとも二つ以上のビットラインを選択する第1段のコラム選択トランジスタと、
    他の一群の前記コラム選択信号に応答して前記第1段のコラム選択トランジスタにより選択されたビットラインのうち所定のビットラインを選択してデータラインに連結させる第2段のコラム選択トランジスタとを具備することを特徴とする請求項1に記載のフラッシュメモリ装置。
  6. 前記コラム選択トランジスタは、
    NMOSトランジスタであることを特徴とする請求項5に記載のフラッシュメモリ装置。
  7. 前記コラム選択信号の高電圧は、
    外部から直接供給されることを特徴とする請求項1に記載のフラッシュメモリ装置。
  8. 前記コラム選択信号の高電圧は、
    電源電圧以上の電圧レベルであることを特徴とする請求項1に記載のフラッシュメモリ装置。
  9. フラッシュメモリセルと連結される複数本のビットラインのうち所定のビットラインを選択するコラム選択トランジスタを有するフラッシュメモリ装置の前記コラム選択トランジスタのストレステスト方法において、ストレステスト時には、
    全コラム選択信号を活性化させる段階と、
    前記全コラム選択信号の活性化に応答して前記コラム選択トランジスタのゲートに印加されるコラム選択信号の全部に高電圧を印加し、前記コラム選択トランジスタの全てをターンオンさせ同時に前記複数本のビットラインを接地電圧レベルに設定する段階とを備え、通常動作時には、
    前記全コラム選択信号の非活性化に応答して入力されるコラムアドレスをデコーディングして、前記コラム選択トランジスタを選択的にターンオンさせ選択されたビットラインのみを接地電圧レベルに設定する段階とを具備することを特徴とするフラッシュメモリ装置のコラム選択トランジスタのストレステスト方法。
  10. 前記コラム選択信号の高電圧は、
    外部から直接印加されることを特徴とする請求項9に記載のフラッシュメモリ装置のコラム選択トランジスタのストレステスト方法。
  11. 前記コラム選択信号の高電圧は、
    電源電圧以上の電圧レベルであることを特徴とする請求項10に記載のフラッシュメモリ装置のコラム選択トランジスタのストレステスト方法。
  12. 前記コラム選択トランジスタは、
    NMOSトランジスタであることを特徴とする請求項9に記載のフラッシュメモリ装置のコラム選択トランジスタのストレステスト方法。
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