JP4859294B2 - 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】
本発明は、一般に半導体記憶装置に関し、詳しくは仮想接地メモリアレイを有する不揮発性半導体記憶装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
フラッシュメモリの仮想接地メモリアレイにおいては、ビット線が拡散層で形成されており、2本のビット線に対応する拡散層をグランド電位と電源電位の何れに設定するかで、ソース側とドレイン側とを入れ替えることが出来る。
【0003】
図1は、仮想接地メモリアレイの一部を示す図である。
【0004】
図1の仮想接地メモリアレイは、メモリセル10−1乃至10−7、選択トランジスタ11−1乃至11−8、サブビット線BL1乃至BL8、選択線SL0乃至SL3を含む。メモリセル10−2を選択する場合には、ワード線WLを活性化してワード線WLに接続される全てのメモリセルを選択し、更に選択線SL1及びSL3を活性化して選択トランジスタ11−2及び11−3を導通状態にする。これによって、サブビット線BL2及びBL3の一方をHIGHに接続してドレインとし、他方をLOWに接続してソースとすることで、メモリセル10−2のデータを読み出す。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようにして選択メモリセルのデータを読み出す場合、例えばサブビット線BL3がHIGH電位側であるとすると、サブビット線BL3から非選択のメモリセル10−3にリーク電流が流れてしまう。これによって、短時間で選択メモリセルの電圧を充分に高くすることが出来なくなり、センスマージンが低下し、読み出し効率が悪くなるという問題がある。
【0006】
以上を鑑みて、本発明は、仮想接地メモリアレイにおいてリーク電流を防ぐ構成を備えた不揮発性半導体記憶装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明による不揮発性半導体記憶装置は、複数の不揮発性メモリセルと該不揮発性メモリセルに接続される複数のサブビット線とを含む仮想接地メモリアレイと、第1及び第2の選択線と、該第1の選択線を活性化することにより導通される第1及び第2の選択トランジスタと、該第2の選択線を活性化することにより導通される第3の選択トランジスタと、該第1の選択トランジスタを介して選択メモリセルのドレイン側であるサブビット線に接続されドレイン電位を供給する第1のメインビット線と、該第2の選択トランジスタを介して該選択メモリセルのソース側であるサブビット線に接続されソース電位を供給する第2のメインビット線と、該第3の選択トランジスタを介して該選択メモリセルのドレイン側である該サブビット線の隣のサブビット線に接続され該ドレイン電位と実質同電位に設定される第3のメインビット線
を含むことを特徴とする。
【0008】
上記発明においては、選択メモリセルのデータを読み出す際に、第1のメインビット線から第1の選択トランジスタを介してドレイン電位を供給し、第2のメインビット線から第2の選択トランジスタを介してソース電位を供給し、第3のメインビット線から第3の選択トランジスタを介してドレインの隣のサブビット線にドレイン電位と実質同電位の電位を供給する。従って、ドレインのサブビット線と非選択のメモリセル側のサブビット線とは略同電位となり、ドレインであるサブビット線から非選択のメモリセルにリーク電流が流れることはない。
【0009】
また上記発明においては、第1乃至第3のメインビット線からの各電位の供給を、2本の選択線を活性化するだけで実行可能であり、従来技術の構成と比較して、選択線の数や選択トランジスタの数を増やすことなく本発明を実現することが出来る。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施例を添付の図面を用いて詳細に説明する。
【0011】
図2は、本発明による仮想接地メモリアレイの構成を示す図である。
【0012】
図2の仮想接地メモリアレイは、メモリセル20−1乃至20−7、選択トランジスタ21−1乃至21−8、サブビット線BL1乃至BL8、メインビット線ML1乃至ML3、及び選択線SL0乃至SL3を含む。メモリセル20−4を選択する場合には、ワード線WLを活性化してワード線WLに接続される全てのメモリセルを選択し、更に選択線SL1を活性化して選択トランジスタ21−4及び21−6を導通状態にする。これによって、サブビット線BL4及びBL5の一方をHIGHに接続してドレインとし、他方をLOWに接続してソースとすることで、メモリセル20−4のデータを読み出す。
【0013】
この時、例えばサブビット線BL5がHIGH側であるとすると、サブビット線BL5からメモリセル20−5にリーク電流が流れないように、サブビット線BL6をHIGH電位に設定する。これを実現するために、図2の仮想接地メモリアレイにおいては、メモリセル20−4を選択する際に、選択線SL3を更に活性化して選択トランジスタ21−5を導通状態にする。これによってサブビット線BL6を、選択トランジスタ21−5を介してメインビット線ML2に接続することで、HIGH電位に設定する。この結果、サブビット線BL5とサブビット線BL6とは同電位となり、サブビット線BL5からメモリセル20−5にリーク電流が流れることはない。
【0014】
図1の従来の構成では、例えばサブビット線BL2及びBL3をそれぞれLOW及びHIGHに設定してメモリセル10−2を読み出す際に、サブビット線BL4はLOW電位であるサブビット線BL2と共通のメインビット線に繋がっているので、サブビット線BL4をHIGH電位に設定することは不可能である。これに対して本発明においては、メモリセル、サブビット線、選択トランジスタ、及びメインビット線を図2のように配置することで、選択メモリセルのドレイン側HIGH電位のサブビット線に対して、その隣にあるサブビット線をHIGH電位に設定して、リーク電流を防ぐことが可能になる。
【0015】
図3は、本発明による仮想接地メモリアレイ及び周辺回路を示す図である。
【0016】
図3の回路は、ワード線WL0乃至WL3、縦横に配列される複数のメモリセル20、各メモリセルに接続されるサブビット線B0乃至B63、選択トランジスタ25−0乃至25−63、選択線SEL0乃至SEL3、選択トランジスタを介してサブビット線に接続されるメインビット線M0乃至M31、コラム選択トランジスタ30−0乃至30−31、電位選択ユニット31−0乃至31−31、センスアンプ(S/A)32、グランド電位生成回路(GND)33、及びプリチャージ回路(PRC)34を含む。
【0017】
メモリセルアレイ内で、丸で囲んで示す一つのメモリセル20を選択して読み出す際の動作を、以下に説明する。
【0018】
まずワード線WL2を選択活性化して、ワード線WL2に接続される全てのメモリセルを選択する。更に、コラム選択信号CS5をHIGHにしてコラム選択トランジスタ30−5を導通させると共に、選択線SEL1を活性化して選択トランジスタ25−10を導通させる。これによってサブビット線B10が選択トランジスタ25−10、メインビット線M5、及びコラム選択トランジスタ30−5を介して電位選択ユニット31−5に接続される。
【0019】
同様に、コラム選択信号CS3をHIGHにしてコラム選択トランジスタ30−3を導通させる。選択線SEL1は活性化されているので、選択トランジスタ25−9は導通状態である。これによってサブビット線B9が選択トランジスタ25−9、メインビット線M3、及びコラム選択トランジスタ30−3を介して電位選択ユニット31−3に接続される。
【0020】
ここで、電位選択ユニット31−0乃至31−31の各々は、ドレイン選択信号D、ソース選択信号SO、及びプリチャージ選択信号Pの何れかをHIGHにすることによって、センスアンプ(S/A)32、グランド電位生成回路(GND)33、及びプリチャージ回路(PRC)34の何れかをメインワード線側に接続する。なおドレイン選択信号D、ソース選択信号SO、及びプリチャージ選択信号Pは、それぞれが32ビットの信号(31:0)であり、電位選択ユニット31−0乃至31−31の各々を、別々の選択状態に設定することが可能である。
【0021】
この例では、例えば電位選択ユニット31−5のドレイン選択信号DをHIGHにすることで、センスアンプ32をメインビット線M5側に接続する。これによって、サブビット線B10が、選択トランジスタ25−10、メインビット線M5、コラム選択トランジスタ30−5、及び電位選択ユニット31−5を介してセンスアンプ32に接続される。また電位選択ユニット31−3のソース選択信号SOをHIGHにすることで、グランド電位生成回路33をメインビット線M3側に接続する。これによって、サブビット線B9が、選択トランジスタ25−9、メインビット線M3、コラム選択トランジスタ30−3、及び電位選択ユニット31−3を介してグランド電位生成回路33に接続される。
【0022】
従って、サブビット線B10及びB9をそれぞれドレイン及びソースとして、丸で囲まれたメモリセル20のデータを読み出すことが出来る。この時、サブビット線B10からサブビット線B11側へのリーク電流を防ぐために、以下のようにして、サブビット線B11の電位をHIGHに設定する。
【0023】
コラム選択信号CS4をHIGHにしてコラム選択トランジスタ30−4を導通させると共に、選択線SEL3を活性化して選択トランジスタ25−11を導通させる。これによってサブビット線B11が選択トランジスタ25−11、メインビット線M4、及びコラム選択トランジスタ30−4を介して電位選択ユニット31−4に接続される。電位選択ユニット31−4においては、プリチャージ選択信号PをHIGHにすることで、メインワード線M4側をプリチャージ回路34に接続する。これによって、サブビット線B11が、選択トランジスタ25−11、メインビット線M4、コラム選択トランジスタ30−4、及び電位選択ユニット31−4を介してプリチャージ回路34に接続される。プリチャージ回路34は、ドレイン電圧と実質的に同一の電位を生成して、サブビット線B11に供給する。
【0024】
従って、サブビット線B10とサブビット線B11とが同電位となり、サブビット線B10からメモリセルを介してサブビット線B11へのリーク電流を防ぐことが出来る。
【0025】
なお例えば、サブビット線B10及びB9をそれぞれソース及びドレインとして丸で囲まれたメモリセル20のデータを読み出す際には、サブビット線B9からサブビット線B8側へのリーク電流を防ぐために、上記と同様にしてサブビット線B8をプリチャージ回路34に接続して、その電位をHIGHに設定すればよい。
【0026】
図4は、電位選択ユニットの回路構成を示す回路図である。電位選択ユニット31−0乃至31−31はそれぞれ同じ構成であり、図4に示される構成を有する。
【0027】
図4の電位選択ユニットは、NMOSトランジスタ41及び42、PMOSトランジスタ43、NMOSトランジスタ44、及びインバータ45を含む。ドレイン選択信号DをHIGHにすると、NMOSトランジスタ41が導通して、センスアンプ(S/A)32がメインビット線MBLに接続される。またソース選択信号SOをHIGHにすると、NMOSトランジスタ42及びPMOSトランジスタ43が導通し、グランド電位生成回路(GND)33がメインビット線MBLに接続される。またプリチャージ選択信号PをHIGHにすると、NMOSトランジスタ44が導通し、プリチャージ回路(PRC)34がメインビット線MBLに接続される。なおPMOSトランジスタ43は、イレーズ動作時にGNDに負の電位を印加する必要があり、この際にNMOSトランジスタ42がNMOSトランジスタの特性として導通しなくなるので、導通経路を確保するために設けられるものであり、本発明の本質とは無関係である。
【0028】
図5は、本発明を適用するフラッシュメモリの構成を示す構成図である。
【0029】
図5のフラッシュメモリは、制御回路120、入出力バッファ121、アドレスバッファ122、Xデコーダ123、Yデコーダ124、メモリセルアレイ125、Yゲート126、データラッチ127、アドレスラッチ128、書き込み回路129、及び消去回路130を含む。
【0030】
制御回路120は、外部から受け取る制御信号に基づいてステートマシンとして動作し、フラッシュメモリの各部の動作を制御する。
【0031】
アドレスバッファ122は、外部から供給されるアドレス信号を受け取り、このアドレス信号をアドレスラッチ128に供給する。アドレスラッチ128は、供給されるアドレス信号をラッチし、Xデコーダ123及びYデコーダ124に供給する。Xデコーダ123は、アドレスラッチ128から供給されたアドレスをデコードして、メモリセルアレイ125に設けられたワード線をデコード結果に応じて活性化させる。Yデコーダ124は、アドレスラッチ128から供給されたアドレスをデコードし、デコード結果に基づいてYゲート126を駆動する。Yゲート126は、メモリセルアレイ125のビット線を選択的にデータラッチ127に接続する。これによってメモリセルアレイ125に対するデータの読み出し/書き込み経路が確立される。
【0032】
メモリセルアレイ125は、図3に示される構成と同様に、メモリセルの配列、ワード線、サブビット線、メインビット線、選択トランジスタ等を含み、各メモリセルに情報を記憶する。データ読み出し時には、活性化ワード線及びサブビット線で指定されるメモリセルからのデータが、Yゲート126を介してデータラッチ127に供給される。プログラム或いはイレーズ時には、制御回路120の制御の下に書き込み回路129或いは消去回路130が所定の書き込み電圧或いは消去電圧を発生して、メモリセルアレイ125のワード線及びサブビット線をそれぞれの動作に応じた適当な電位に設定する。これによって、メモリセルに対する電荷注入或いは電荷抜き取りの動作を実行する。
【0033】
データラッチ127は、Yゲート126を介してメモリセルアレイ125から供給されたデータのレベルを、読み出し基準レベルと比較することで、データが0であるか1であるかの判定を行う。判定結果は読み出しデータとして、入出力バッファ121から装置外部に供給される。またプログラム動作及びイレーズ動作に伴うベリファイ動作は、Yゲート126を介してメモリセルアレイ125から供給されたデータのレベルを、夫々に応じた基準レベルと比較することで行われる。
【0034】
Yゲート126が図3のコラム選択トランジスタ30−0乃至30−31に対応し、データラッチ127が、センスアンプ32及びその周辺の回路である電位選択ユニット31−0乃至31−31、グランド電位生成回路33、プリチャージ回路34等に対応する。
【0035】
以下に、電荷捕獲層として窒化膜を使用したMNOS(Metal Nitride Oxide Semiconductor)の構成について説明する。
【0036】
本発明は、電荷捕獲層として窒化膜を使用したMNOSに適用することが出来る。
【0037】
仮想接地メモリアレイ(バーチャルグランドアレイ)構造を使用したMNOSとは、電荷捕獲層として窒化膜を使用し、物理的に1つのメモリセルトランジスタに2ビットの情報を格納可能とする不揮発性半導体記憶装置である。このような不揮発性半導体記憶装置では、ビットライン間に存在する単一の窒化膜の両端を、2つの独立したメモリセルとして取り扱い、それぞれにホットエレクトロンを注入するか否かに応じて、合計2ビットのデータを格納することが出来る。これは、この場合の電荷捕獲層である窒化膜内では、電荷が移動しないという特性により可能となる。
【0038】
図6は、MNOSセルアレイの部分断面図である。
【0039】
図6の構成は、埋め込み拡散層110、ワード線111、電荷捕獲層112、ビットラインオキサイド113を含む。電荷捕獲層112は、電荷蓄積膜である窒化膜114及び酸化膜115を含むONO(Oxide Nitride Oxide)構成となっている。これによって、電荷捕獲層112にホットエレクトロンを格納可能なメモリセルトランジスタが形成される。ワード線111がメモリセルトランジスタのゲートに対応し、埋め込み拡散層110がメモリセルトランジスタのソース及びドレインに対応することになる。
【0040】
あるメモリセルトランジスタに対応する2つの埋め込み拡散層110のうち、一方をドレインとして高電圧(例えば5V)を印加して、他方をソースとして基準電位(例えば電源グランドVSS)に接続する。更にこのメモリセルトランジスタに対応するワード線111に高電圧(例えば9V)を印加すると、ドレイン側(高電圧が印加されている側)の埋め込み拡散層110の付近にホットエレクトロンが発生し、電荷eが電荷蓄積膜114に注入される。この際、電荷蓄積膜114内で電荷eが蓄えられる位置は、ドレインとして高電圧が印加されている埋め込み拡散層110に近い側である。
【0041】
次に、上記のドレイン側を今回はソース側として基準電位に接続し、上記のソース側を今回はドレイン側として高電圧を印加することで、電荷蓄積膜114の逆側の位置に電荷eを格納することが出来る。このようにして、電荷捕獲層112の両端にそれぞれ電荷eを注入することで、1つのメモリセルトランジスタに対して2ビットを格納することが可能になる。これは、電荷蓄積膜114の電荷捕獲材料である窒化膜114内では、電荷が移動しないという特性による。
【0042】
注入された電荷(電子)の情報を読み出す場合には、書き込み時にドレイン側であった埋め込み拡散層110を基準電位とし、書き込み時にソース側であった埋め込み拡散層110に読み出し電圧(例えば1.5V)を印加する。また更に、ワード線111に対して読み出しゲート電圧(例えば5V)を印加する。このようにして、読み出し動作が実行される。
【0043】
このとき従来の構成では、ドレイン側として読み出し電圧を印加する埋め込み拡散層110から、読み出し対象でない隣接するメモリセルトランジスタへリーク電流か発生してしまう。これに対して本発明においては、前述したように、リーク先である隣の埋め込み拡散層110(サブビット線)をHIGH電位に設定することで、リーク電流の発生を防ぐことが出来る。
【0044】
本発明は、仮想接地メモリアレイを使用する構成であれば、EEPROM、フラッシュメモリ、MNOS等、種々の不揮発性半導体記憶装置に適用可能である。
【0045】
以上、本発明を実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の範囲内で様々な変形が可能である。
【0046】
【発明の効果】
本発明においては、ドレインに対して非選択のメモリセル側にあるサブビット線にHIGH電位を印加するので、ドレインのサブビット線と非選択のメモリセル側のサブビット線とは略同電位となり、ドレインであるサブビット線から非選択のメモリセルにリーク電流が流れるのを防ぐことが出来る。従って、短時間で選択メモリセルの電圧を充分に高くすることが可能となり、センスマージンが低下して読み出し効率が悪くなるという問題を回避することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】仮想接地メモリアレイの一部を示す図である。
【図2】本発明による仮想接地メモリアレイの構成を示す図である。
【図3】本発明による仮想接地メモリアレイ及び周辺回路を示す図である。
【図4】電位選択ユニットの回路構成を示す回路図である。
【図5】本発明を適用するフラッシュメモリの構成を示す構成図である。
【図6】NROMセルアレイの部分断面図である。
【符号の説明】
120 制御回路
121 入出力バッファ
122 アドレスバッファ
123 Xデコーダ
124 Yデコーダ
125 メモリセルアレイ
126 Yゲート
127 データラッチ
128 アドレスラッチ
129 書き込み回路
130 消去回路
Claims (10)
- 複数の不揮発性メモリセルと該不揮発性メモリセルに接続される複数のサブビット線とを含む仮想接地メモリアレイと、
第1及び第2の選択線と、
該第1の選択線を活性化することにより導通される第1及び第2の選択トランジスタと、
該第2の選択線を活性化することにより導通される第3の選択トランジスタと、
該第1の選択トランジスタを介して選択メモリセルのドレイン側であるサブビット線に接続されドレイン電位を供給する第1のメインビット線と、
該第2の選択トランジスタを介して該選択メモリセルのソース側であるサブビット線に接続されソース電位を供給する第2のメインビット線と、
該第3の選択トランジスタを介して該選択メモリセルのドレイン側である該サブビット線の隣のサブビット線に接続され該ドレイン電位と実質同電位に設定される第3のメインビット線
を含むことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。 - 該第1のメインビット線、該第2のメインビット線、及び該第3のメインビット線にそれぞれ接続される第1乃至第3の電位選択ユニットを更に含み、該電位選択ユニットは、該ドレイン電位、該ソース電位、及び該ドレイン電位と実質同電位である電位の何れか一つを選択可能であ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。
- 該ドレイン電位、該ソース電位、及び該ドレイン電位と実質同電位である電位をそれぞれ生成する独立の回路を更に含む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。
- 該不揮発性メモリセルは一つのメモリセルに2ビットの情報が格納可能であ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。
- 複数の不揮発性メモリセルと該不揮発性メモリセルに接続される複数のサブビット線とを含む仮想接地メモリアレイと、
第1乃至第3の選択線と、
該第1の選択線を活性化することにより導通される第1及び第2の選択トランジスタと、
該第2の選択線を活性化することにより導通される第3の選択トランジスタと、
該第3の選択線を活性化することにより導通される第4の選択トランジスタと、
該第1の選択トランジスタを介して第1のサブビット線に接続される第1のメインビット線と、
該第2の選択トランジスタを介して該第1のサブビット線の一方の側に隣り合う第2のサブビット線に接続される第2のメインビット線と、
該第3の選択トランジスタを介して該第1のサブビット線の他方の側に隣り合う第3のサブビット線に接続されると共に、該第4の選択トランジスタを介して該第2のサブビット線に隣り合う第4のサブビット線に接続される第3のメインビット線
を含むことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。 - 該第1のメインビット線、該第2のメインビット線、及び該第3のメインビット線にそれぞれ接続される第1乃至第3の電位選択ユニットを更に含み、該電位選択ユニットは、ドレイン電位、ソース電位、及び該ドレイン電位と実質同電位である電位の何れか一つを選択可能であり、ソース側と反対側でドレインに隣り合うサブビット線に該ドレイン電位と実質同電位である電位を印加することを特徴とする請求項5記載の不揮発性半導体記憶装置。
- 該ドレイン電位、該ソース電位、及び該ドレイン電位と実質同電位である電位をそれぞれ生成する独立の回路を更に含むことを特徴とする請求項6記載の不揮発性半導体記憶装置。
- 複数の不揮発性メモリセルと該不揮発性メモリセルに接続される複数のサブビット線とを含む仮想接地メモリアレイと、
隣り合う2本のサブビット線にそれぞれ接続され同一の選択信号で導通される2つの選択トランジスタと、
該2本のサブビット線の一方に該2つの選択トランジスタの一方を介して接続される第1のメインビット線と、
該2本のサブビット線の他方に該2つの選択トランジスタの他方を介して接続される第2のメインビット線
を含み、ソース側と反対側でドレインに隣り合うサブビット線にドレイン電位と実質同電位である電位を印加する第3のメインビット線を含むことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。 - 複数の不揮発性メモリセルと該不揮発性メモリセルに接続される複数のサブビット線とを含む仮想接地メモリアレイと、
複数のメインビット線と、
該複数のサブビット線と該複数のメインビット線とを接続する複数の選択トランジスタと、
該複数の選択トランジスタのゲートに接続され活性化時に選択トランジスタを導通させる複数の選択線
を含み、該選択線のうち2本だけを活性化することにより、ドレインであるサブビット線に第1のメインビット線からドレイン電位を供給し、ソースであるサブビット線に第2のメインビット線からソース電位を供給し、及びソース側と反対側で該ドレインに隣り合うサブビット線に第3のメインビット線から該ドレイン電位と実質同電位である電位を供給することを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。 - 該複数のメインビット線にそれぞれ接続される複数の電位選択ユニットを更に含み、該複数の電位選択ユニットの各々は、該ドレイン電位、該ソース電位、及び該ドレイン電位と実質同電位である電位の何れか一つを選択可能であることを特徴とする請求項9記載の不揮発性半導体記憶装置。
Priority Applications (2)
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