JP5519837B2 - Semiconductor memory - Google Patents

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本発明は、不揮発性の半導体メモリに関する。   The present invention relates to a nonvolatile semiconductor memory.

フラッシュメモリ等の不揮発性半導体メモリにおいて、メモリセルにローカルビット線を接続し、複数のローカルビット線を共通のグローバルビット線に接続することが知られている(例えば、特許文献1−3参照。)。この種の半導体メモリでは、ローカルビット線にセンスアンプを接続し、リファレンスセルを用いないでメモリセルに保持されているデータの論理が読み出される。例えば、読み出し動作では、ビット線をプリチャージした後、アクセスするメモリセルに流れるセル電流によりビット線の電圧を変化させ、電圧の変化をセンスアンプにより検出することでデータが読み出される(例えば、特許文献4−5参照。)。   In a nonvolatile semiconductor memory such as a flash memory, it is known to connect a local bit line to a memory cell and connect a plurality of local bit lines to a common global bit line (see, for example, Patent Documents 1-3). ). In this type of semiconductor memory, a sense amplifier is connected to the local bit line, and the logic of data held in the memory cell is read without using a reference cell. For example, in a read operation, after precharging a bit line, the voltage of the bit line is changed by a cell current flowing in a memory cell to be accessed, and data is read by detecting the change in voltage with a sense amplifier (for example, patent Reference 4-5).

読み出し動作におけるセンスアンプの活性化タイミングを、動作モードに応じて変更する不揮発性半導体メモリが知られている(例えば、特許文献6参照。)。また、読み出し動作において、リファレンスメモリセルに流れる電流によりリファレンスビット線の電圧を変化させ、センスアンプの活性化タイミングを生成する不揮発性半導体メモリが知られている(例えば、特許文献7参照。)。   A nonvolatile semiconductor memory that changes the activation timing of a sense amplifier in a read operation in accordance with an operation mode is known (see, for example, Patent Document 6). In addition, a nonvolatile semiconductor memory is known that generates a sense amplifier activation timing by changing a voltage of a reference bit line by a current flowing in a reference memory cell in a read operation (see, for example, Patent Document 7).

ビット線のそれぞれを接地線に接続するスイッチを設け、メモリセルからデータが読み出されるビット線に隣接するビット線をスイッチを介して接地線に接続する不揮発性半導体メモリが知られている(例えば、特許文献8−10参照。)。   A nonvolatile semiconductor memory is known in which a switch for connecting each bit line to a ground line is provided, and a bit line adjacent to a bit line from which data is read from a memory cell is connected to the ground line via the switch (for example, (See Patent Literature 8-10.)

国際公開WO2002/082460号公報International Publication WO2002 / 082460 特開2003−36203号公報JP 2003-36203 A 特開2004−318941号公報JP 2004-318941 A 特開平10−275489号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-275489 特開2001−160297号公報JP 2001-160297 A 特開2002−367390号公報JP 2002-367390 A 特開2007−87512号公報JP 2007-87512 A 特開平9−293389号公報JP-A-9-293389 特開2001−325797号公報JP 2001-325797 A 特開2004−158111号公報JP 2004-158111 A

半導体メモリに形成されるトランジスタの数を削減し、半導体メモリのチップサイズを削減する。   The number of transistors formed in the semiconductor memory is reduced, and the chip size of the semiconductor memory is reduced.

本発明の一形態における半導体メモリは、コントロールゲートとフローティングゲートとを含むセルトランジスタを有する複数の不揮発性のメモリセルと、セルトランジスタにそれぞれ接続される複数のビット線と、コントロールゲートに共通に接続されるワード線と、ビット線にそれぞれ接続され、ビット線を共通ノードに接続する選択スイッチと、共通ノードをプリチャージ線に接続するプリチャージスイッチと、各ビット線を介して各メモリセルから共通ノードに読み出されるデータの論理を判定するセンスアンプと、共通ノードを接地線に接続するリセットスイッチと、読み出し動作において、オンしている全ての選択スイッチのうちデータを読み出さないメモリセルに対応する選択スイッチと、オンしているリセットスイッチとをオフした後、プリチャージスイッチを一時的にオンし、ワード線を活性化する動作制御回路とを有する。   In one embodiment of the present invention, a semiconductor memory includes a plurality of nonvolatile memory cells each having a cell transistor including a control gate and a floating gate, a plurality of bit lines connected to the cell transistors, and a common connection to the control gate. Common to each memory cell via each bit line, a selection switch that is connected to each word line, a bit line, a selection switch that connects the bit line to a common node, a precharge switch that connects the common node to a precharge line A sense amplifier that determines the logic of data read to the node, a reset switch that connects the common node to the ground line, and a selection corresponding to a memory cell that does not read data among all the selection switches that are turned on in the read operation Switch and the reset switch that is on. After full temporarily turns on the precharge switch, and a operation control circuit for activating a word line.

ビット線を接地電圧にリセットする動作を、データの読み書きに使用する選択スイッチと共通のリセットスイッチとを用いて実施することで、半導体メモリに形成されるトランジスタの数を削減でき、半導体メモリのチップサイズを削減できる。   By performing the operation of resetting the bit line to the ground voltage using a selection switch used for reading and writing data and a common reset switch, the number of transistors formed in the semiconductor memory can be reduced, and the chip of the semiconductor memory The size can be reduced.

一実施形態における半導体メモリの例を示している。1 illustrates an example of a semiconductor memory in one embodiment. 別の実施形態における半導体メモリの例を示している。The example of the semiconductor memory in another embodiment is shown. 図2に示したモニタ電圧生成部およびタイミング生成部の例を示している。3 shows an example of the monitor voltage generator and the timing generator shown in FIG. 図2に示したメモリセルアレイの例を示している。3 shows an example of the memory cell array shown in FIG. 図4に示したメモリセルアレイのレイアウトの例を示している。5 shows an example of the layout of the memory cell array shown in FIG. 図4に示したリアルセルトランジスタの構造の例を示している。5 shows an example of the structure of the real cell transistor shown in FIG. 通常のトランジスタの構造の例を示している。An example of the structure of a normal transistor is shown. 図2に示したレプリカ部のレイアウトの例を示している。3 shows an example of the layout of the replica unit shown in FIG. 図8からフローティングゲートのパターンを除いたレプリカ部のレイアウトの例を示している。FIG. 9 shows an example of the layout of the replica portion excluding the floating gate pattern from FIG. 8. 図3および図8に示したレプリカセルトランジスタの構造の例を示している。9 shows an example of the structure of the replica cell transistor shown in FIGS. 図2に示したメモリセルアレイおよびY制御回路に形成されるバッファ回路の例を示している。3 shows an example of a buffer circuit formed in the memory cell array and the Y control circuit shown in FIG. 図2に示した半導体メモリの消去ベリファイ動作および読み出し動作(論理1読み出し)の例を示している。3 shows an example of erase verify operation and read operation (logic 1 read) of the semiconductor memory shown in FIG. 図2に示した半導体メモリのプログラムベリファイ動作および読み出し動作(論理0読み出し)の例を示している。3 shows an example of a program verify operation and a read operation (logic 0 read) of the semiconductor memory shown in FIG. 図2に示した半導体メモリの読み出し動作の例を示している。3 shows an example of a read operation of the semiconductor memory shown in FIG. 図2に示した半導体メモリの書き込み動作の例を示している。3 shows an example of a write operation of the semiconductor memory shown in FIG. 上述した半導体メモリが搭載されるシステムの例を示している。An example of a system in which the above-described semiconductor memory is mounted is shown.

以下、実施形態を図面を用いて説明する。図中の二重の四角印は、外部端子を示している。外部端子は、例えば、半導体チップ上のパッド、あるいは半導体チップが収納されるパッケージのリードである。外部端子を介して供給される信号には、端子名と同じ符号を使用する。   Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings. Double square marks in the figure indicate external terminals. The external terminal is, for example, a pad on a semiconductor chip or a lead of a package in which the semiconductor chip is stored. For the signal supplied via the external terminal, the same symbol as the terminal name is used.

図1は、一実施形態における半導体メモリMEMの例を示している。例えば、半導体メモリMEMは、フラッシュメモリ等の不揮発性半導体メモリである。半導体メモリMEMは、メモリセルMC、プリチャージトランジスタPT、センスアンプSAおよびタイミング生成部TGENを有している。メモリセルMCは、フローティングゲートFGとコントロールゲートCGを含むリアルセルトランジスタCTを有している。コントロールゲートCGは、ワード線WLに接続されている。例えば、リアルセルトランジスタCTのドレインはビット線BLに接続され、リアルセルトランジスタCTのソースはソース線SLに接続されている。   FIG. 1 shows an example of a semiconductor memory MEM in one embodiment. For example, the semiconductor memory MEM is a nonvolatile semiconductor memory such as a flash memory. The semiconductor memory MEM includes a memory cell MC, a precharge transistor PT, a sense amplifier SA, and a timing generation unit TGEN. The memory cell MC has a real cell transistor CT including a floating gate FG and a control gate CG. The control gate CG is connected to the word line WL. For example, the drain of the real cell transistor CT is connected to the bit line BL, and the source of the real cell transistor CT is connected to the source line SL.

なお、図2に示すように、半導体メモリMEMはメモリセルアレイ32を有していてもよい。このとき、センスアンプSAは、複数のビット線BLに対応してそれぞれ形成される。ビット線が階層構造を有するとき、センスアンプSAは、所定数のビット線BLに対応して形成されるグローバルビット線毎に形成されてもよい。   As shown in FIG. 2, the semiconductor memory MEM may have a memory cell array 32. At this time, the sense amplifiers SA are formed corresponding to the plurality of bit lines BL, respectively. When the bit line has a hierarchical structure, the sense amplifier SA may be formed for each global bit line formed corresponding to a predetermined number of bit lines BL.

プリチャージトランジスタPTは、例えば、pMOSトランジスタであり、ゲートで低レベルのプリチャージ信号PREXを受けているときにオンし、ビット線BLに電源電圧VDDより低いプリチャージ電圧VPRを供給する。例えば、電源電圧VDDは1.2Vであり、プリチャージ電圧VPRは、0.9Vである。センスアンプSAは、読み出し動作において、センスアンプイネーブル信号SAEの活性化に応答して動作し、ビット線BLの電圧に応じてメモリセルMCに保持されている論理を判定する。センスアンプSAは、判定した論理を示すデータ信号DTを出力する。   The precharge transistor PT is, for example, a pMOS transistor, and is turned on when a low level precharge signal PREX is received at the gate to supply a precharge voltage VPR lower than the power supply voltage VDD to the bit line BL. For example, the power supply voltage VDD is 1.2V, and the precharge voltage VPR is 0.9V. In the read operation, the sense amplifier SA operates in response to the activation of the sense amplifier enable signal SAE, and determines the logic held in the memory cell MC according to the voltage of the bit line BL. The sense amplifier SA outputs a data signal DT indicating the determined logic.

タイミング生成部TGENは、直列に接続されたCMOSインバータIV1、IV2と、CMOSインバータIV1の出力ノードN01および接地線VSSの間に接続された容量C1とを有している。CMOSインバータIV1の入力は、読み出し動作時に高レベルに活性化される動作イネーブル信号RDENを受けている。CMOSインバータIV1は、pMOSトランジスタPMとnMOSトランジスタNMの間に配置されたレプリカセルトランジスタRCTを有している。すなわち、pMOSトランジスタPMのドレインは、レプリカセルトランジスタRCTを介してnMOSトランジスタNMのドレインに接続されている。nMOSトランジスタNMは、動作イネーブル信号RDENが高レベルに活性化されているときに、レプリカセルトランジスタRCTのソースを接地線VSSに接続するスイッチトランジスタとして動作する。CMOSインバータIV2は、出力ノードN01の高レベルから低レベルへの変化に応答して、電源電圧VDDと等しい高レベルを有するセンスアンプイネーブル信号SAEを生成するバッファ回路として動作する。   The timing generation unit TGEN includes CMOS inverters IV1 and IV2 connected in series, and a capacitor C1 connected between the output node N01 of the CMOS inverter IV1 and the ground line VSS. The input of the CMOS inverter IV1 receives an operation enable signal RDEN that is activated to a high level during a read operation. The CMOS inverter IV1 has a replica cell transistor RCT arranged between the pMOS transistor PM and the nMOS transistor NM. That is, the drain of the pMOS transistor PM is connected to the drain of the nMOS transistor NM via the replica cell transistor RCT. The nMOS transistor NM operates as a switch transistor that connects the source of the replica cell transistor RCT to the ground line VSS when the operation enable signal RDEN is activated to a high level. The CMOS inverter IV2 operates as a buffer circuit that generates the sense amplifier enable signal SAE having a high level equal to the power supply voltage VDD in response to the change of the output node N01 from the high level to the low level.

レプリカセルトランジスタRCTは、コントロールゲートとフローティングゲートとが互いに接続されている。レプリカセルトランジスタRCTの構造の例は図10に示す。レプリカセルトランジスタRCTは、コントロールゲートで受ける制御電圧VSAに応じてソース、ドレイン間抵抗が変化する高抵抗として機能する。制御電圧VSAは、定電圧であり、半導体メモリMEMの動作に拘わりなくレプリカセルトランジスタRCTのコントロールゲートCGに供給される。容量C1は、ビット線BLの負荷容量に対応する容量値を有している。   In the replica cell transistor RCT, a control gate and a floating gate are connected to each other. An example of the structure of the replica cell transistor RCT is shown in FIG. Replica cell transistor RCT functions as a high resistance whose resistance between source and drain changes according to control voltage VSA received at the control gate. The control voltage VSA is a constant voltage and is supplied to the control gate CG of the replica cell transistor RCT regardless of the operation of the semiconductor memory MEM. The capacitor C1 has a capacitance value corresponding to the load capacitance of the bit line BL.

この実施形態では、読み出し動作において、ワード線WLが高レベルに活性化され、プリチャージ信号PREXが高レベルに非活性化される。プリチャージ信号PREXの非活性化により、ビット線BLのプリチャージ動作は停止する。リアルセルトランジスタCTの閾値電圧が低いとき(例えば、論理1を保持)、ワード線WLの活性化に応答して、リアルセルトランジスタCTを介してビット線BLからソース線SLにセル電流が流れ、ビット線BLの電圧は徐々に下がる。リアルセルトランジスタCTの閾値電圧が高いとき(例えば、論理0を保持)、セル電流は流れず、ビット線BLの電圧はプリチャージされた電圧を維持する。   In this embodiment, in the read operation, the word line WL is activated to a high level, and the precharge signal PREX is deactivated to a high level. The precharge operation of the bit line BL is stopped by deactivation of the precharge signal PREX. When the threshold voltage of the real cell transistor CT is low (for example, holding logic 1), a cell current flows from the bit line BL to the source line SL via the real cell transistor CT in response to the activation of the word line WL. The voltage of the bit line BL gradually decreases. When the threshold voltage of the real cell transistor CT is high (for example, maintains logic 0), the cell current does not flow, and the voltage of the bit line BL maintains the precharged voltage.

一方、動作イネーブル信号RDENは、ワード線WLの活性化タイミングまたはプリチャージ信号PREXの非活性化タイミングのうち遅いタイミングに合わせて高レベルに活性化される。動作イネーブル信号RDENの活性化により、pMOSトランジスタPMによるノードN01のプリチャージ動作が停止し、nMOSトランジスタNMはオンする。nMOSトランジスタNMのオンにより、ノードN01は、レプリカセルトランジスタRCTを介して接地線VSSに接続され、ノードN01の電圧は徐々に下がる。この際、制御電圧VSAは、コントロールゲートCGだけでなくフローティングゲートFGにも供給されている。このため、レプリカセルトランジスタRCTの動作を、通常のトランジスタと同等の精度で制御できる。反対に、フローティングゲートFGが介在するとき、フローティングゲートFGは容量して作用するため、コントロールゲートCGの電圧によりチャネル領域の状態を制御することは難しい。   On the other hand, the operation enable signal RDEN is activated to a high level in accordance with the later timing of the activation timing of the word line WL or the deactivation timing of the precharge signal PREX. The activation of the operation enable signal RDEN stops the precharge operation of the node N01 by the pMOS transistor PM, and the nMOS transistor NM is turned on. When the nMOS transistor NM is turned on, the node N01 is connected to the ground line VSS via the replica cell transistor RCT, and the voltage of the node N01 gradually decreases. At this time, the control voltage VSA is supplied not only to the control gate CG but also to the floating gate FG. Therefore, the operation of the replica cell transistor RCT can be controlled with the same accuracy as a normal transistor. On the other hand, when the floating gate FG is interposed, the floating gate FG acts as a capacitor, so that it is difficult to control the state of the channel region by the voltage of the control gate CG.

さらに、ノードN01の負荷容量をビット線BLの負荷容量に合わせているため、ノードN01の低下速度をビット線BLの低下速度に合わせることができる。また、ノードN01のプリチャージ電圧を電源電圧VDDにしているため、インバータIV2に電源電圧VDDを供給でき、レベルシフタ等を介在させることなくセンスアンプイネーブル信号SAEを生成できる。一方、ノードN01をビット線BLと同じプリチャージ電圧VPRに設定するとき、インバータIV2の電源リークを防止するために、電源電圧VDDの代わりにプリチャージ電圧VPRを供給する必要がある。この結果、センスアンプイネーブル信号SAEの高レベルをプリチャージ電圧VPRから電源電圧VDDに変換するためのレベルシフタが必要になり、センスアンプイネーブル信号SAEの活性化タイミングのばらつきを抑えることが困難になる。以上より、本実施形態では、センスアンプイネーブル信号SAEの活性化タイミングを高い精度で制御できる。   Furthermore, since the load capacity of the node N01 is matched with the load capacity of the bit line BL, the decrease speed of the node N01 can be matched with the decrease speed of the bit line BL. Further, since the precharge voltage of the node N01 is set to the power supply voltage VDD, the power supply voltage VDD can be supplied to the inverter IV2, and the sense amplifier enable signal SAE can be generated without interposing a level shifter or the like. On the other hand, when the node N01 is set to the same precharge voltage VPR as that of the bit line BL, it is necessary to supply the precharge voltage VPR instead of the power supply voltage VDD in order to prevent power leakage of the inverter IV2. As a result, a level shifter for converting the high level of the sense amplifier enable signal SAE from the precharge voltage VPR to the power supply voltage VDD is required, and it becomes difficult to suppress variations in the activation timing of the sense amplifier enable signal SAE. As described above, in this embodiment, the activation timing of the sense amplifier enable signal SAE can be controlled with high accuracy.

タイミング生成部TGENは、ノードND01が高レベルから低レベルに変化するときに、センスアンプイネーブル信号SAEを高レベルに活性化する。センスアンプSAは、センスアンプイネーブル信号SAEの活性化に応答して動作し、ビット線BL上に現れた論理レベルを反転し、データ線DTに出力する。そして、読み出し動作が完了する。なお、半導体メモリMEMは、書き込み動作時のプログラムベリファイ動作および消去動作時の消去ベリファイ動作において、上述した読み出し動作と同じ動作を実施する。すなわち、プログラムベリファイ動作および消去ベリファイ動作は、読み出し動作の一種である。   The timing generation unit TGEN activates the sense amplifier enable signal SAE to a high level when the node ND01 changes from a high level to a low level. The sense amplifier SA operates in response to the activation of the sense amplifier enable signal SAE, inverts the logic level appearing on the bit line BL, and outputs it to the data line DT. Then, the read operation is completed. The semiconductor memory MEM performs the same operation as the read operation described above in the program verify operation during the write operation and the erase verify operation during the erase operation. That is, the program verify operation and the erase verify operation are a kind of read operation.

以上、この実施形態では、半導体メモリMEMの製造条件の変動に拘わりなく、センスアンプイネーブル信号SAEの活性化タイミングを常に最適に生成できる。特に、レプリカセルトランジスタRCTのフローティングゲートFGをコントロールゲートCGとショートすることで、センスアンプイネーブル信号SAEの活性化タイミングを高い精度で制御できる。この結果、半導体メモリMEMの読み出しマージンを向上できる。   As described above, in this embodiment, the activation timing of the sense amplifier enable signal SAE can always be optimally generated regardless of the variation in the manufacturing conditions of the semiconductor memory MEM. In particular, the activation timing of the sense amplifier enable signal SAE can be controlled with high accuracy by short-circuiting the floating gate FG of the replica cell transistor RCT with the control gate CG. As a result, the read margin of the semiconductor memory MEM can be improved.

図2は、別の実施形態における半導体メモリMEMの例を示している。例えば、半導体メモリMEMは、フラッシュメモリ等の不揮発性半導体メモリである。半導体メモリMEMは、コマンド生成回路10、テストモード制御回路12、データ入出力回路14、内部電圧生成回路16、CAMアクセス制御回路18、CAM(Content Addressable Memory)、動作制御回路22、内部アドレス生成回路24、アドレス選択回路26、メモリコア28およびバス制御回路30を有している。   FIG. 2 shows an example of a semiconductor memory MEM in another embodiment. For example, the semiconductor memory MEM is a nonvolatile semiconductor memory such as a flash memory. The semiconductor memory MEM includes a command generation circuit 10, a test mode control circuit 12, a data input / output circuit 14, an internal voltage generation circuit 16, a CAM access control circuit 18, a CAM (Content Addressable Memory), an operation control circuit 22, and an internal address generation circuit. 24, an address selection circuit 26, a memory core 28, and a bus control circuit 30.

コマンド生成回路10は、クロック信号CLKに同期して、チップイネーブル信号CEX、ライトイネーブル信号WEXおよびデータ信号DIN00−15等をコマンド信号として受ける。なお、半導体メモリMEMは、クロック信号CLKに非同期で動作してもよい。コマンド信号が読み出しコマンドを示すとき、コマンド生成回路10は、読み出し動作を実行するために読み出し制御信号RDを出力する。コマンド信号が書き込みコマンドを示すとき、コマンド生成回路10は、書き込み動作を実行するためにプログラム制御信号PGMを出力する。コマンド信号が消去コマンドを示すとき、コマンド生成回路10は、消去動作を実行するために消去制御信号ERSを出力する。コマンド信号がテストコマンドを示すとき、コマンド生成回路10はテストモード信号TMを出力する。   The command generation circuit 10 receives the chip enable signal CEX, the write enable signal WEX, the data signal DIN00-15, and the like as command signals in synchronization with the clock signal CLK. Note that the semiconductor memory MEM may operate asynchronously with the clock signal CLK. When the command signal indicates a read command, the command generation circuit 10 outputs a read control signal RD to execute a read operation. When the command signal indicates a write command, the command generation circuit 10 outputs a program control signal PGM in order to execute a write operation. When the command signal indicates an erase command, the command generation circuit 10 outputs an erase control signal ERS in order to execute an erase operation. When the command signal indicates a test command, the command generation circuit 10 outputs a test mode signal TM.

テストモード制御回路12は、テストコマンドとともに供給されるアドレス信号FA(FA00−FA20)に応じて、半導体メモリMEMの内部状態(初期値)を設定するために複数のテスト制御信号TCNTを出力する。例えば、テスト制御信号TCNTにより、CAMに保持される値が変更され、内部電圧生成回路16により生成される内部電圧の値が変更される。   The test mode control circuit 12 outputs a plurality of test control signals TCNT in order to set the internal state (initial value) of the semiconductor memory MEM according to the address signal FA (FA00 to FA20) supplied together with the test command. For example, the value held in the CAM is changed by the test control signal TCNT, and the value of the internal voltage generated by the internal voltage generation circuit 16 is changed.

データ入出力回路14は、書き込み動作時にデータ入力端子DIN(DIN00−DIN15)を介して書き込みデータを受け、受けたデータを入力データ線DTINに出力する。データ入出力回路14は、読み出し動作時に出力データ線DTOUTを介してメモリコア28からの読み出しデータを受け、受けたデータをデータ出力端子DO(DO00−DO15)に出力する。なお、データ入力端子DINおよびデータ出力端子DOは、16ビットに限定されない。また、データ入力端子DINとデータ出力端子DOのビット数が相違してもよい。例えば、データ出力端子DOのビット数をデータ入力端子DINのビット数の4倍にしてもよい。   The data input / output circuit 14 receives write data via the data input terminals DIN (DIN00 to DIN15) during the write operation, and outputs the received data to the input data line DTIN. The data input / output circuit 14 receives read data from the memory core 28 via the output data line DTOUT during a read operation, and outputs the received data to the data output terminals DO (DO00 to DO15). The data input terminal DIN and the data output terminal DO are not limited to 16 bits. Further, the number of bits of the data input terminal DIN and the data output terminal DO may be different. For example, the number of bits of the data output terminal DO may be four times the number of bits of the data input terminal DIN.

内部電圧生成回路16は、電源電圧VDDおよび接地電圧VSSに基づいて内部電圧HV1、HV2、HV3、VPR、NV等を生成する。内部電圧HV1、HV2、HV3は、電源電圧VDDより高く、それらの値はHV1>HV2>HV3である。内部電圧VPRは電源電圧VDDより低い正の値であり、内部電圧VNは負電圧である。以降の説明では、内部電圧HV1、HV2、HV3およびVPRを、それぞれ高電圧HV1、HV2、HV3およびプリチャージ電圧VPRとも称する。例えば、高電圧HV1は、書き込み動作時にワード線WL(図4および図11等に示す)の高レベル電圧(プログラム電圧)に使用される。高電圧HV2は、読み出し動作時に、ワード線WLの高レベル電圧(読み出し電圧)に使用される。高電圧HV3は、書き込み動作中の書き込みベリファイ動作時および消去動作中の消去ベリファイ動作時に、ワード線WLの高レベル電圧(ベリファイ電圧)に使用される。プリチャージ電圧VPRは、図11に示すローカルビット線BLおよびグローバルビット線GBLをプリチャージするために使用される。負電圧NVは、消去動作時にワード線WLの低レベル電圧(消去電圧)に使用される。   The internal voltage generation circuit 16 generates internal voltages HV1, HV2, HV3, VPR, NV and the like based on the power supply voltage VDD and the ground voltage VSS. The internal voltages HV1, HV2, and HV3 are higher than the power supply voltage VDD, and their values are HV1> HV2> HV3. The internal voltage VPR is a positive value lower than the power supply voltage VDD, and the internal voltage VN is a negative voltage. In the following description, the internal voltages HV1, HV2, HV3 and VPR are also referred to as high voltages HV1, HV2, HV3 and precharge voltage VPR, respectively. For example, the high voltage HV1 is used as a high level voltage (program voltage) of the word line WL (shown in FIGS. 4 and 11, etc.) during a write operation. The high voltage HV2 is used as a high level voltage (read voltage) of the word line WL during a read operation. The high voltage HV3 is used as a high level voltage (verify voltage) of the word line WL during a write verify operation during a write operation and an erase verify operation during an erase operation. Precharge voltage VPR is used to precharge local bit line BL and global bit line GBL shown in FIG. The negative voltage NV is used as a low level voltage (erase voltage) of the word line WL during the erase operation.

また、内部電圧生成回路16は、タイミング生成部TGENに供給する制御電圧VSAEV、VSARDを生成するモニタ電圧生成部MVGENを有している。制御電圧VSAEV、VSARDは、図11に示すセンスアンプSAの動作タイミングを決めるために使用される。モニタ電圧生成部MVGENの例は図3に示す。内部電圧生成回路16により生成される制御電圧VSAEV、VSARDの値は、テスト制御信号TCNT(トリミング信号)またはCAMから読み出される設定情報SINFに応じて変更可能である。なお、電源電圧VDDは、半導体メモリMEMの他の回路にも供給される。電源電圧VDDがチップ温度等により変動することが想定されるとき、電源電圧VDDの変動に追従しない一定の電源電圧を、電源電圧VDDを用いて内部電圧生成回路16により生成してもよい。   The internal voltage generation circuit 16 includes a monitor voltage generation unit MVGEN that generates control voltages VSAEV and VSARD supplied to the timing generation unit TGEN. The control voltages VSAEV and VSARD are used to determine the operation timing of the sense amplifier SA shown in FIG. An example of the monitor voltage generator MVGEN is shown in FIG. The values of the control voltages VSAEV and VSARD generated by the internal voltage generation circuit 16 can be changed according to the setting information SINF read from the test control signal TCNT (trimming signal) or CAM. The power supply voltage VDD is also supplied to other circuits in the semiconductor memory MEM. When the power supply voltage VDD is assumed to fluctuate due to the chip temperature or the like, a constant power supply voltage that does not follow the fluctuation of the power supply voltage VDD may be generated by the internal voltage generation circuit 16 using the power supply voltage VDD.

CAMアクセス制御回路18は、制御電圧VSAEV、VSARDの値を設定するための設定情報SINFをCAMに書き込むために、テスト制御信号TCNTに応じて、CAM書き込みコマンドをCAMに出力する。CAMは、図4に示すメモリセルアレイ32と同様に、フローティングゲートを有する複数の不揮発性のメモリセルを有しており、設定情報SINFを記憶する。CAMは、コマンド生成回路10からの読み出し要求に応答して、メモリセルに記憶している設定情報SINFを内部電圧生成回路16に出力する。内部電圧生成回路16は、CAMからの設定情報SINFをラッチし、設定情報SINFに応じた制御電圧VSAEV、VSARDを生成する。   The CAM access control circuit 18 outputs a CAM write command to the CAM in response to the test control signal TCNT in order to write the setting information SINF for setting the values of the control voltages VSAEV and VSARD to the CAM. Similar to the memory cell array 32 shown in FIG. 4, the CAM has a plurality of nonvolatile memory cells having floating gates, and stores setting information SINF. In response to the read request from the command generation circuit 10, the CAM outputs setting information SINF stored in the memory cell to the internal voltage generation circuit 16. The internal voltage generation circuit 16 latches the setting information SINF from the CAM and generates control voltages VSAEV and VSARD according to the setting information SINF.

この実施形態では、半導体メモリMEMの製造工程において、テスト制御信号TCNTが内部電圧生成回路16に供給され、半導体メモリMEMのテストが制御電圧VSAEV、VSARDの値を変更しながら実施される。そして、最適な制御電圧VSAEV、VSARDの値が判明する。最適な制御電圧VSAEV、VSARDの値を示す設定情報SINFは、テスト制御信号TCNTとしてCAMアクセス制御回路18に供給され、CAMに書き込まれる。この際、アドレス端子FAから供給されるアドレスは、設定情報SINFを書き込む位置を示す。CAMへの設定情報SINFの書き込みにより、モニタ電圧生成部MVGENは、各半導体メモリチップMEMの動作マージンを大きくするために、半導体メモリチップMEM毎に最適な制御電圧VSAEV、VSARDを生成する。そして、半導体メモリMEMは出荷される。   In this embodiment, in the manufacturing process of the semiconductor memory MEM, the test control signal TCNT is supplied to the internal voltage generation circuit 16, and the test of the semiconductor memory MEM is performed while changing the values of the control voltages VSAEV and VSARD. Then, the optimum values of the control voltages VSAEV and VSARD are found. The setting information SINF indicating the optimum values of the control voltages VSAEV and VSARD is supplied to the CAM access control circuit 18 as the test control signal TCNT and written into the CAM. At this time, the address supplied from the address terminal FA indicates a position where the setting information SINF is written. By writing the setting information SINF to the CAM, the monitor voltage generation unit MVGEN generates optimal control voltages VSAEV and VSARD for each semiconductor memory chip MEM in order to increase the operation margin of each semiconductor memory chip MEM. Then, the semiconductor memory MEM is shipped.

この後、システムSYS(図16)等に搭載された半導体メモリMEMは、システムSYSのパワーオンシーケンス中に初期設定コマンドを受ける。コマンド生成回路10は、初期設定コマンドに応答してCAMに読み出し要求を出力する。そして、CAMに保持されている設定情報SINFに基づいて、制御電圧VSAEV、VSARDは最適な値に設定される。   Thereafter, the semiconductor memory MEM mounted in the system SYS (FIG. 16) receives an initial setting command during the power-on sequence of the system SYS. The command generation circuit 10 outputs a read request to the CAM in response to the initial setting command. Based on the setting information SINF stored in the CAM, the control voltages VSAEV and VSARD are set to optimum values.

動作制御回路22は、コマンド生成回路10からの読み出し制御信号RD、プログラム制御信号PGMおよび消去制御信号ERSに応じてメモリコア28を動作させるための複数の動作制御信号(タイミング信号)を出力する。動作制御回路22は、タイミング生成部TGENを有している。タイミング生成部TGENは、読み出し動作時に、制御電圧VSARDを用いてセンスアンプSA(図11)の活性化タイミングを生成する。また、タイミング生成部TGENは、書き込み動作中のプログラムベリファイ動作時および消去動作中の消去ベリファイ動作時に、制御電圧VSAEVを用いてセンスアンプSAの活性化タイミングを生成する。タイミング生成部TGENの例は図3に示す。   The operation control circuit 22 outputs a plurality of operation control signals (timing signals) for operating the memory core 28 in response to the read control signal RD, the program control signal PGM, and the erase control signal ERS from the command generation circuit 10. The operation control circuit 22 includes a timing generation unit TGEN. The timing generation unit TGEN generates the activation timing of the sense amplifier SA (FIG. 11) using the control voltage VSARD during the read operation. The timing generation unit TGEN generates the activation timing of the sense amplifier SA using the control voltage VSAEV during a program verify operation during a write operation and an erase verify operation during an erase operation. An example of the timing generation unit TGEN is shown in FIG.

内部アドレス生成回路24は、消去動作中の消去ベリファイ動作時に、複数のグローバルビット線GBLを選択するための内部アドレス信号IA(コラムアドレス信号)を順次に生成する。アドレス選択回路26は、アドレス端子(FA00−FA20)を介して供給されるアドレス信号または内部アドレス信号IAを、ロウアドレス信号RAおよびコラムアドレス信号CAとして出力する。ロウアドレス信号RAは、セクタSECの選択および選択されたセクタSEC内のワード線WLの選択に使用される。コラムアドレス信号CAは、選択されたセクタSEC内のビット線BL(図4および図11等)の選択に使用される。なお、この例では、21ビットのアドレス信号FA00−20が半導体メモリMEMに供給されるが、アドレス信号FAのビット数は21ビットに限定されない。   The internal address generation circuit 24 sequentially generates internal address signals IA (column address signals) for selecting a plurality of global bit lines GBL during the erase verify operation during the erase operation. The address selection circuit 26 outputs an address signal or an internal address signal IA supplied via the address terminals (FA00 to FA20) as a row address signal RA and a column address signal CA. The row address signal RA is used to select a sector SEC and a word line WL in the selected sector SEC. The column address signal CA is used for selecting the bit line BL (FIG. 4 and FIG. 11 etc.) in the selected sector SEC. In this example, the 21-bit address signal FA00-20 is supplied to the semiconductor memory MEM, but the number of bits of the address signal FA is not limited to 21 bits.

メモリコア28は、メモリセルアレイ32、X制御回路34、Y制御回路36、レプリカ部REP、リードアンプRAおよびライトアンプWAを有している。メモリセルアレイ32は、複数のセクタSEC(例えば、16個)を有している。各セクタSECは、セクタアドレスが異なることを除き同じ構成である。セクタSECの例は、図4および図11に示す。レプリカ部REPは、メモリセルアレイ32内に形成されるメモリセルのリアルセルトランジスタと同じ素子構造を有するレプリカセルトランジスタRCT(図10)を有している。図2では、レプリカ部REPは、メモリセルアレイ32に隣接して形成されているが、メモリセルアレイ32から離れた位置に形成されてもよい。レプリカ部REPの例は、図8−図10に示す。   The memory core 28 includes a memory cell array 32, an X control circuit 34, a Y control circuit 36, a replica unit REP, a read amplifier RA, and a write amplifier WA. The memory cell array 32 has a plurality of sectors SEC (for example, 16). Each sector SEC has the same configuration except that the sector address is different. An example of the sector SEC is shown in FIG. 4 and FIG. The replica unit REP has a replica cell transistor RCT (FIG. 10) having the same element structure as the real cell transistor of the memory cell formed in the memory cell array 32. In FIG. 2, the replica portion REP is formed adjacent to the memory cell array 32, but may be formed at a position away from the memory cell array 32. Examples of the replica unit REP are shown in FIGS.

X制御回路34は、動作制御回路22からの動作制御信号およびロウアドレス信号RAを受け、図4および図11に示すワード線WLおよびソース線SLを所定の電圧に設定する。X制御回路34により生成される信号の例は、図11に示す。Y制御回路46は、動作制御回路22からの動作制御信号およびコラムアドレス信号CAを受け、図4および図11に示すビット線BLを選択するための選択信号SECYを生成するデコーダYDECを有している。また、Y制御回路46は、コラムアドレス信号CAが示すグローバルビット線GBLをリードアンプRAに接続する読み出しコラムスイッチRCSW(図11)を有している。さらに、Y制御回路46は、コラムアドレス信号CAが示すグローバルビット線GBLをライトアンプWAに接続する書き込みコラムスイッチWCSW(図11)を有している。   X control circuit 34 receives the operation control signal and row address signal RA from operation control circuit 22, and sets word line WL and source line SL shown in FIGS. 4 and 11 to a predetermined voltage. An example of a signal generated by the X control circuit 34 is shown in FIG. The Y control circuit 46 has a decoder YDEC that receives the operation control signal and the column address signal CA from the operation control circuit 22 and generates a selection signal SECY for selecting the bit line BL shown in FIGS. Yes. The Y control circuit 46 has a read column switch RCSW (FIG. 11) that connects the global bit line GBL indicated by the column address signal CA to the read amplifier RA. Further, the Y control circuit 46 has a write column switch WCSW (FIG. 11) for connecting the global bit line GBL indicated by the column address signal CA to the write amplifier WA.

リードアンプRAは、読み出し動作時に動作し、グローバルビット線GBLを介して受ける読み出しデータを共通データバスCDBに出力する。ライトアンプWAは、書き込み動作時に動作し、共通データバスCDBを介して受ける書き込みデータをグローバルビット線GBLのいずれかに出力する。バス制御回路30は、読み出し動作時に共通データバスCDBを介して受ける読み出しデータを出力データ線DTOUTに出力する。バス制御回路30は、書き込み動作時に、入力データ線DTINを介して受ける書き込みデータを共通データバスCDBに出力する。   The read amplifier RA operates during a read operation, and outputs read data received via the global bit line GBL to the common data bus CDB. The write amplifier WA operates during a write operation and outputs write data received via the common data bus CDB to any of the global bit lines GBL. The bus control circuit 30 outputs the read data received through the common data bus CDB during the read operation to the output data line DTOUT. The bus control circuit 30 outputs write data received via the input data line DTIN to the common data bus CDB during the write operation.

図3は、図2に示したモニタ電圧生成部MVGENおよびタイミング生成部TGENの例を示している。モニタ電圧生成部MVGENは、電圧線HVDDと接地線VSSの間に直列に接続されたpMOSトランジスタPM1および抵抗R1−R4と、pMOSトランジスタPM1のゲートに接続されたコンパレータCMPとを有している。電圧HVDDは、内部電圧生成回路16により生成され、電源電圧VDDより高い。モニタ電圧生成部MVGENは、抵抗R1、R2の接続ノードから、読み出し動作で使用される制御電圧VSARDを生成する。モニタ電圧生成部MVGENは、抵抗R2、R3の接続ノードからプログラムベリファイ動作および消去ベリファイ動作で使用される制御電圧VSAEVを生成する。制御電圧VSAEVは、制御電圧VSARDより低い。例えば、制御電圧VSARD、VSAEVは、半導体メモリMEMに電源電圧VDDが供給されている間で、スリープモード等にエントリーしていない間は、常に生成される。   FIG. 3 illustrates an example of the monitor voltage generation unit MVGEN and the timing generation unit TGEN illustrated in FIG. The monitor voltage generation unit MVGEN includes a pMOS transistor PM1 and resistors R1-R4 connected in series between the voltage line HVDD and the ground line VSS, and a comparator CMP connected to the gate of the pMOS transistor PM1. The voltage HVDD is generated by the internal voltage generation circuit 16 and is higher than the power supply voltage VDD. The monitor voltage generator MVGEN generates a control voltage VSARD used in the read operation from the connection node of the resistors R1 and R2. The monitor voltage generator MVGEN generates a control voltage VSAEV used in the program verify operation and the erase verify operation from the connection node of the resistors R2 and R3. The control voltage VSAEV is lower than the control voltage VSARD. For example, the control voltages VSARD and VSAEV are always generated while the power supply voltage VDD is supplied to the semiconductor memory MEM and not entered in the sleep mode or the like.

コンパレータCMPは、抵抗R3、R4の接続ノードND1に生成される分圧電圧VND1と参照電圧VREFとを比較し、pMOSトランジスタPM1のゲートに供給する制御電圧を生成する。例えば、参照電圧VREFは、図2に示した内部電圧生成回路16により生成される。コンパレータCMPは、分圧電圧VND1が参照電圧VREFより低いとき制御電圧を下げる。これにより、pMOSトランジスタPM1のソース、ドレイン間抵抗は下がり、電圧VND1は上がる。コンパレータCMPは、電圧VND1が参照電圧VREFより高いとき制御電圧を上げる。これにより、pMOSトランジスタPM1のソース、ドレイン間抵抗は上がり、電圧VND1は下がる。以上の動作により、制御電圧VSARD、VSAEVは、それぞれ一定の値に保持される。   The comparator CMP compares the divided voltage VND1 generated at the connection node ND1 of the resistors R3 and R4 with the reference voltage VREF, and generates a control voltage supplied to the gate of the pMOS transistor PM1. For example, the reference voltage VREF is generated by the internal voltage generation circuit 16 shown in FIG. The comparator CMP decreases the control voltage when the divided voltage VND1 is lower than the reference voltage VREF. As a result, the resistance between the source and drain of the pMOS transistor PM1 decreases and the voltage VND1 increases. The comparator CMP increases the control voltage when the voltage VND1 is higher than the reference voltage VREF. As a result, the resistance between the source and drain of the pMOS transistor PM1 is increased, and the voltage VND1 is decreased. With the above operation, the control voltages VSARD and VSAEV are held at constant values.

なお、上述したように、制御電圧VSARD、VSAEVはトリミング可能である。このため、実際の回路では、抵抗R1は、直列に接続された多数のサブ抵抗を含み、設定情報SINFに応じて選択された1つのサブ抵抗対の接続ノードから制御電圧VSARDが生成される。同様に、抵抗R3は、直列に接続された多数のサブ抵抗を含み、設定情報SINFに応じて選択された1つのサブ抵抗対の接続ノードから制御電圧VSAEVが生成される。   As described above, the control voltages VSARD and VSAEV can be trimmed. Therefore, in an actual circuit, the resistor R1 includes a large number of sub-resistors connected in series, and the control voltage VSARD is generated from the connection node of one sub-resistance pair selected according to the setting information SINF. Similarly, the resistor R3 includes a large number of sub resistors connected in series, and the control voltage VSAEV is generated from the connection node of one sub resistor pair selected according to the setting information SINF.

タイミング生成部TGENは、読み出し動作時に使用される第1生成部TGEN1と、プログラムベリファイ動作時および消去ベリファイ動作時に使用される第2生成部TGEN2と、OR回路とを有している。タイミング生成部TGENは、電源電圧VDDを受けて動作する。第1生成部TGEN1および第2生成部TGEN2は、互いに同じ回路であるため、主に第1生成部TGEN1について説明する。   The timing generation unit TGEN includes a first generation unit TGEN1 used during a read operation, a second generation unit TGEN2 used during a program verify operation and an erase verify operation, and an OR circuit. The timing generation unit TGEN receives the power supply voltage VDD and operates. Since the first generation unit TGEN1 and the second generation unit TGEN2 are the same circuit, the first generation unit TGEN1 will be mainly described.

第1生成部TGEN1は、直列に接続されたCMOSインバータIV1(R)、IV2(R)と、CMOSインバータIV1(R)の出力ノードN01(R)および接地線VSSの間に接続された容量C1(R)とを有している。CMOSインバータIV1(R)の入力は、読み出し動作時に高レベルに活性化される動作イネーブル信号RDENを受けている。動作イネーブル信号RDENは、図2に示した動作制御回路22により生成される。CMOSインバータIV1(R)において、pMOSトランジスタPM2のドレインは、レプリカセルトランジスタRCT(R)を介してnMOSトランジスタNM2のドレインに接続されている。レプリカセルトランジスタRCT(R)は、コントロールゲートとフローティングゲートとが互いに接続されており、図2に示したレプリカ部REPに形成されている。レプリカセルトランジスタRCT(R)の構造の例は図10に示す。レプリカセルトランジスタRCT(R)は、コントロールゲートで受ける制御電圧VSARDに応じてソース、ドレイン間抵抗が変化する高抵抗として機能する。   The first generation unit TGEN1 includes a capacitor C1 connected between the CMOS inverters IV1 (R) and IV2 (R) connected in series and the output node N01 (R) of the CMOS inverter IV1 (R) and the ground line VSS. (R). The input of the CMOS inverter IV1 (R) receives an operation enable signal RDEN that is activated to a high level during a read operation. The operation enable signal RDEN is generated by the operation control circuit 22 shown in FIG. In the CMOS inverter IV1 (R), the drain of the pMOS transistor PM2 is connected to the drain of the nMOS transistor NM2 via the replica cell transistor RCT (R). In the replica cell transistor RCT (R), the control gate and the floating gate are connected to each other, and are formed in the replica portion REP shown in FIG. An example of the structure of the replica cell transistor RCT (R) is shown in FIG. Replica cell transistor RCT (R) functions as a high resistance whose resistance between source and drain changes according to control voltage VSARD received at the control gate.

第1生成部TGEN1は、動作イネーブル信号RDENが低レベルに非活性化されている期間に、pMOSトランジスタPM2を介して容量C1(R)を充電する。また、第1生成部TGEN1は、動作イネーブル信号RDENの高レベルへの変化に応答して、レプリカセルトランジスタRCT(R)およびnMOSトランジスタNM2を介して容量C1(R)を放電する。そして、第1生成部TGEN1は、出力ノードN01(R)が放電により低レベルに変化したときに、出力信号OUT(R)を高レベルに設定する。すなわち、出力信号OUT(R)は、動作イネーブル信号RDENの高レベルへの変化から所定の遅延時間後に高レベルに変化する。   The first generation unit TGEN1 charges the capacitor C1 (R) via the pMOS transistor PM2 while the operation enable signal RDEN is inactivated to a low level. The first generation unit TGEN1 discharges the capacitor C1 (R) via the replica cell transistor RCT (R) and the nMOS transistor NM2 in response to the change of the operation enable signal RDEN to the high level. The first generation unit TGEN1 sets the output signal OUT (R) to a high level when the output node N01 (R) changes to a low level due to discharge. That is, the output signal OUT (R) changes to a high level after a predetermined delay time from the change of the operation enable signal RDEN to a high level.

第2生成部TGEN2は、CMOSインバータIV1の入力でプログラムベリファイ動作時および消去ベリファイ動作時に高レベルに変化する動作イネーブル信号EVENを受けている。動作イネーブル信号EVENは、図2に示した動作制御回路22により生成される。レプリカセルトランジスタRCT(EV)は、コントロールゲートとフローティングゲートとが互いに接続されており、図2に示したレプリカ部REPに形成されている。レプリカセルトランジスタRCT(EV)の構造の例は図10に示す。レプリカセルトランジスタRCT(EV)は、レプリカセルトランジスタRCT(R)と同様に、コントロールゲートで受ける制御電圧VSAEVに応じてソース、ドレイン間抵抗が変化する高抵抗として機能する。   The second generation unit TGEN2 receives the operation enable signal EVEN that changes to a high level during the program verify operation and the erase verify operation at the input of the CMOS inverter IV1. The operation enable signal EVEN is generated by the operation control circuit 22 shown in FIG. In the replica cell transistor RCT (EV), a control gate and a floating gate are connected to each other, and are formed in the replica portion REP shown in FIG. An example of the structure of the replica cell transistor RCT (EV) is shown in FIG. Similar to replica cell transistor RCT (R), replica cell transistor RCT (EV) functions as a high resistance whose resistance between source and drain changes according to control voltage VSAEV received at the control gate.

第2生成部TGEN2は、第1生成部TGEN1と同様に、動作イネーブル信号EVENの非活性化中に容量C1(EV)を充電し、動作イネーブル信号EVENの高レベルへの活性化に応答して容量C1(EV)を放電する。そして、第2生成部TGEN2は、動作イネーブル信号EVENの高レベルへの変化から所定の遅延時間後に、出力信号OUT(EV)を高レベルに変化する。OR回路は、出力信号OUT(R)または出力信号OUT(EV)をセンスアンプイネーブル信号SAEとして出力する。   Similar to the first generation unit TGEN1, the second generation unit TGEN2 charges the capacitor C1 (EV) during the deactivation of the operation enable signal EVEN, and responds to the activation of the operation enable signal EVEN to a high level. The capacitor C1 (EV) is discharged. The second generation unit TGEN2 changes the output signal OUT (EV) to a high level after a predetermined delay time from the change of the operation enable signal EVEN to a high level. The OR circuit outputs the output signal OUT (R) or the output signal OUT (EV) as the sense amplifier enable signal SAE.

図4は、図2に示したメモリセルアレイ32の例を示している。図4は、メモリセルアレイ32内のセクタSECの一部の領域を示している。メモリセルアレイ32は、マトリックス状に配置されたメモリセルMC(その1つを太い一点鎖線の枠で示す)、図4の横方向に配線されたワード線WLおよびソース線SL、および図4の縦方向に配線されたビット線BLを有している。各メモリセルMCは、フローティングゲートFGとコントロールゲートCGを含むリアルセルトランジスタCTを有している。   FIG. 4 shows an example of the memory cell array 32 shown in FIG. FIG. 4 shows a partial area of the sector SEC in the memory cell array 32. The memory cell array 32 includes memory cells MC (one of which is indicated by a thick dashed-dotted frame) arranged in a matrix, word lines WL and source lines SL wired in the horizontal direction in FIG. 4, and vertical cells in FIG. It has bit lines BL wired in the direction. Each memory cell MC has a real cell transistor CT including a floating gate FG and a control gate CG.

各ワード線WLは、図4の横方向に並ぶリアルセルトランジスタCTのコントロールゲートCGに共通に接続されている。以降の説明では、ワード線WLをコントロールゲート線CGとも称する。各ソース線SLは、図4の横方向に並ぶリアルセルトランジスタCTのソース、ドレインの一方に共通に接続されている。各ビット線BLは、図4の縦方向に並ぶリアルセルトランジスタCTのソース、ドレインの他方に共通に接続されている。このように、メモリセルアレイ32は、いわゆるNOR型のフラッシュメモリと同様の構造を有している。   Each word line WL is commonly connected to the control gate CG of the real cell transistors CT arranged in the horizontal direction in FIG. In the following description, the word line WL is also referred to as a control gate line CG. Each source line SL is commonly connected to one of the source and drain of the real cell transistors CT arranged in the horizontal direction in FIG. Each bit line BL is commonly connected to the other of the source and drain of the real cell transistors CT arranged in the vertical direction in FIG. Thus, the memory cell array 32 has the same structure as a so-called NOR type flash memory.

図5は、図4に示したメモリセルアレイ32のレイアウトの例を示している。図5に示した範囲は、図4に示した範囲と同じである。図5において、太い一点鎖線の枠は、1つのメモリセルMCが形成される領域を示している。破線のパターンは、拡散層DLを示している。網掛けのパターンは、メモリセルMCのフローティングゲートFGが形成される第1ポリシリコン配線層P1を示している。二点鎖線のパターンは、ワード線WLおよびメモリセルMCのコントロールゲートCGが形成される第2ポリシリコン配線層P2を示している。細い実線のパターンは、ソース線SL等が形成される第1金属配線層M1を示している。太い実線のパターンは、第1金属配線層M1の上方(半導体基板から遠い側)に形成され、ビット線BL等が形成される第2金属配線層M2を示している。   FIG. 5 shows an example of the layout of the memory cell array 32 shown in FIG. The range shown in FIG. 5 is the same as the range shown in FIG. In FIG. 5, a thick dashed-dotted frame indicates a region where one memory cell MC is formed. A broken line pattern indicates the diffusion layer DL. The shaded pattern indicates the first polysilicon wiring layer P1 in which the floating gate FG of the memory cell MC is formed. The two-dot chain line pattern shows the second polysilicon wiring layer P2 in which the word line WL and the control gate CG of the memory cell MC are formed. The thin solid line pattern indicates the first metal wiring layer M1 in which the source line SL and the like are formed. The thick solid line pattern is formed above the first metal wiring layer M1 (on the side far from the semiconductor substrate) and indicates the second metal wiring layer M2 where the bit lines BL and the like are formed.

X印を付けた四角は、配線層間または配線層と拡散層DLの間を接続するコンタクト領域を示している。ソース線SL上のコンタクト領域は、第1金属配線層M1を拡散層DLに接続する。ビット線BL上に形成されソース線SL上から外れたコンタクト領域は、第2金属配線層M2(ビット線BL)を拡散層DLに接続する。なお、図5では、線が重なることを防止し見やすくするために、拡散層DLの幅を第2金属配線層M2の幅より大きくしている。   Squares marked with X indicate contact regions connecting the wiring layers or between the wiring layer and the diffusion layer DL. A contact region on the source line SL connects the first metal wiring layer M1 to the diffusion layer DL. The contact region formed on the bit line BL and off the source line SL connects the second metal wiring layer M2 (bit line BL) to the diffusion layer DL. In FIG. 5, the width of the diffusion layer DL is made larger than the width of the second metal wiring layer M <b> 2 in order to prevent the lines from overlapping and make it easy to see.

図6は、図4に示したリアルセルトランジスタCTの構造の例を示している。リアルセルトランジスタCTは、半導体基板SS上に第1絶縁膜INS1、フローティングゲートFG、第2絶縁膜INS2およびコントロールゲートCGを積層して形成されている。半導体基板SSは、p形ウエル領域PWELL(p−)と、p形ウエル領域PWELL(p−)の表面に選択的に形成されたn形拡散層領域DL(n+)を有している。フローティングゲートFGに対向するp形ウエル領域PWELL(p−)は、リアルセルトランジスタCTのチャネル領域として機能する。2つのn形拡散層領域DL(n+)は、リアルセルトランジスタCTのソース領域およびドレイン領域として機能する。   FIG. 6 shows an example of the structure of the real cell transistor CT shown in FIG. The real cell transistor CT is formed by stacking a first insulating film INS1, a floating gate FG, a second insulating film INS2, and a control gate CG on the semiconductor substrate SS. The semiconductor substrate SS has a p-type well region PWELL (p−) and an n-type diffusion layer region DL (n +) selectively formed on the surface of the p-type well region PWELL (p−). The p-type well region PWELL (p−) facing the floating gate FG functions as a channel region of the real cell transistor CT. The two n-type diffusion layer regions DL (n +) function as a source region and a drain region of the real cell transistor CT.

図7は、通常のトランジスタの構造の例を示している。通常のトランジスタは、図3に示したnMOSトランジスタNM2等である。半導体基板SSは、図6と同様である。通常のトランジスタは、絶縁膜INSと、ポリシリコン配線層PLを用いて形成されたゲート配線G1とを半導体基板SS上に積層している。   FIG. 7 shows an example of the structure of a normal transistor. A normal transistor is the nMOS transistor NM2 or the like shown in FIG. The semiconductor substrate SS is the same as in FIG. In a normal transistor, an insulating film INS and a gate wiring G1 formed using a polysilicon wiring layer PL are stacked on a semiconductor substrate SS.

図8は、図2に示したレプリカ部REPのレイアウトの例を示している。図8は、図3に示したレプリカセルトランジスタRCT(EV)を形成するためのレイアウトを示している。レプリカセルトランジスタRCT(R)を形成するためのレイアウトは、制御電圧VSAEVのパターンの代わりに制御電圧VSARDのパターンが形成されることを除き、図8と同様である。各レイアウトパターンを識別するための線の種類は、図5と同じである。   FIG. 8 shows an example of the layout of the replica unit REP shown in FIG. FIG. 8 shows a layout for forming the replica cell transistor RCT (EV) shown in FIG. The layout for forming the replica cell transistor RCT (R) is the same as that of FIG. 8 except that the pattern of the control voltage VSARD is formed instead of the pattern of the control voltage VSAEV. The types of lines for identifying each layout pattern are the same as in FIG.

レプリカ部REPは、図5に示したメモリセルアレイ32と同様のレイアウトを有している。レプリカ部REPとメモリセルアレイ32との違いは、レプリカセルトランジスタRCTを除いてソース線SLにコンタクトが形成されないこと、フローティングゲートFGが図5に示したコントロールゲート線CGと同様に細長いパターンであること、およびレプリカビット線RBLが蛇行していることである。   The replica unit REP has a layout similar to that of the memory cell array 32 shown in FIG. The difference between the replica part REP and the memory cell array 32 is that no contact is formed on the source line SL except for the replica cell transistor RCT, and that the floating gate FG has a long and narrow pattern like the control gate line CG shown in FIG. And the replica bit line RBL meanders.

例えば、レプリカ部REPが形成される半導体基板上に繰り返し配置されるソース領域、ドレイン領域およびチャネル領域のサイズは、メモリセルアレイ32が形成される半導体基板上に繰り返し配置されるソース領域、ドレイン領域およびチャネル領域のサイズとそれぞれ同じである。これにより、半導体メモリMEMの製造条件の変動によりリアルセルトランジスタCTの電気的特性が変化するとき、レプリカセルトランジスタRCTの電気的特性も同様に変化させることができる。また、半導体メモリMEMの温度の変動によりリアルセルトランジスタCTの電気的特性が変化するとき、レプリカセルトランジスタRCTの電気的特性も同様に変化させることができる。   For example, the sizes of the source region, the drain region, and the channel region that are repeatedly arranged on the semiconductor substrate on which the replica portion REP is formed are the same as the size of the source region, the drain region, and The size of each channel region is the same. As a result, when the electrical characteristics of the real cell transistor CT change due to fluctuations in the manufacturing conditions of the semiconductor memory MEM, the electrical characteristics of the replica cell transistor RCT can be changed as well. Further, when the electrical characteristics of the real cell transistor CT change due to the temperature variation of the semiconductor memory MEM, the electrical characteristics of the replica cell transistor RCT can be changed in the same manner.

蛇行しているレプリカビット線RBLの負荷容量は、図3に示した容量C1(EV)に対応する。蛇行しているレプリカビット線RBLの配線幅および長さは、各セクタSEC内に配線される1本のビット線BL(図4)の配線幅および長さと同じに設定される。また、蛇行しているレプリカビット線RBLに形成されるコンタクトの間隔は、各セクタSEC内に配線される1本のビット線BLに形成されるコンタクトの間隔と等しい。これにより、蛇行しているレプリカビット線RBLの負荷容量は、各セクタSEC内に配線される1本のビット線BLの負荷容量と同じに設定される。以上より、半導体メモリMEMの製造時に、レプリカビット線RBLとビット線BLとの配線幅等の変動を互いに同じにでき、負荷容量の変動を互いに同じにできる。したがって、レプリカビット線RBLおよびビット線BLの電気的特性を、製造条件の変動に拘わりなくほぼ同じにできる。蛇行しているレプリカビット線RBLに挟まれているビット線BLは、ダミーの対抗電極線として機能する。図8の上側と下側のフローティングゲートFGのパターンは、半導体メモリMEMを製造するときのハレーション等の影響を防ぐために太く形成されている。   The load capacity of the meandering replica bit line RBL corresponds to the capacity C1 (EV) shown in FIG. The wiring width and length of the meandering replica bit line RBL are set to be the same as the wiring width and length of one bit line BL (FIG. 4) wired in each sector SEC. The interval between contacts formed on the meandering replica bit line RBL is equal to the interval between contacts formed on one bit line BL wired in each sector SEC. As a result, the load capacity of the meandering replica bit line RBL is set to be the same as the load capacity of one bit line BL wired in each sector SEC. As described above, when the semiconductor memory MEM is manufactured, fluctuations in the wiring width and the like of the replica bit line RBL and the bit line BL can be made the same, and fluctuations in the load capacitance can be made the same. Therefore, the electrical characteristics of the replica bit line RBL and the bit line BL can be made substantially the same regardless of variations in manufacturing conditions. The bit line BL sandwiched between the meandering replica bit lines RBL functions as a dummy counter electrode line. The patterns of the upper and lower floating gates FG in FIG. 8 are formed thick in order to prevent the influence of halation or the like when the semiconductor memory MEM is manufactured.

なお、レプリカセルトランジスタRCTのフローティングゲートFGは、パターン長が長いため、抵抗および負荷容量が大きい。しかし、レプリカセルトランジスタRCTのフローティングゲートFGに供給される制御電圧VSAEVは、半導体メモリMEMに電源電圧VDDが供給されている間、一定値に維持される。このため、フローティングゲートFGのパターンが長くなることによる遅延時間は考慮する必要がない。   Since the floating gate FG of the replica cell transistor RCT has a long pattern length, the resistance and the load capacitance are large. However, the control voltage VSAEV supplied to the floating gate FG of the replica cell transistor RCT is maintained at a constant value while the power supply voltage VDD is supplied to the semiconductor memory MEM. For this reason, it is not necessary to consider the delay time due to the longer pattern of the floating gate FG.

太い一点鎖線の枠で示すレプリカセルトランジスタRCTは、レプリカ部REPのほぼ中央に形成される。レプリカセルトランジスタRCTのフローティングゲートFGは、制御電圧線VSAEVの接続領域CNAまで延びている。フローティングゲートFGは、接続領域CNAでコンタクトを介して制御電圧線VSAEV(第1金属配線層M1)に接続されている。また、制御電圧線VSAEVは、コンタクトを介してコントロールゲート線CG(第2ポリシリコン層P2)に接続されている。すなわち、レプリカセルトランジスタRCTのフローティングゲートFGとコントロールゲートCGは互いに接続されている。フローティングゲートFGとコントロールゲートCGとをレプリカセルトランジスタRCTから離れた場所で接続することにより、レプリカセルトランジスタRCTの形状をリアルセルトランジスタCTの形状とほぼ同じにできる。この結果、レプリカセルトランジスタRCTの電気的特性をリアルセルトランジスタCTの電気的特性とほぼ同じにできる。   The replica cell transistor RCT indicated by a thick dashed-dotted frame is formed at substantially the center of the replica portion REP. Floating gate FG of replica cell transistor RCT extends to connection region CNA of control voltage line VSAEV. The floating gate FG is connected to the control voltage line VSAEV (first metal wiring layer M1) through a contact in the connection region CNA. The control voltage line VSAEV is connected to the control gate line CG (second polysilicon layer P2) through a contact. That is, the floating gate FG and the control gate CG of the replica cell transistor RCT are connected to each other. By connecting the floating gate FG and the control gate CG away from the replica cell transistor RCT, the shape of the replica cell transistor RCT can be made substantially the same as that of the real cell transistor CT. As a result, the electrical characteristics of the replica cell transistor RCT can be made substantially the same as the electrical characteristics of the real cell transistor CT.

図9は、図8からフローティングゲートFGのパターンを除いたレプリカ部REPのレイアウトの例を示している。図9では、フローティングゲートFGに接続されるコンタクトも削除している。コントロールゲート線CGのパターンは、図5に示したメモリセルアレイ32のワード線WLのパターンと同様に形成されている。   FIG. 9 shows an example of the layout of the replica portion REP excluding the pattern of the floating gate FG from FIG. In FIG. 9, the contact connected to the floating gate FG is also deleted. The pattern of the control gate line CG is formed similarly to the pattern of the word line WL of the memory cell array 32 shown in FIG.

図10は、図3および図8に示したレプリカセルトランジスタRCT(RCT(R)、RCT(EV))の構造の例を示している。レプリカセルトランジスタRCTの構造は、フローティングゲートFGおよび第1絶縁膜INS1がコントロールゲートCGとともに長く形成されることを除き、図6に示したリアルセルトランジスタCTの構造と同じである。これにより、レプリカセルトランジスタRCTのソース、ドレイン間を流れるセル電流の電気的特性を、リアルセルトランジスタCTのソース、ドレイン間に流れるセル電流の電気的特性と同じにできる。例えば、半導体メモリMEMの製造条件の変動により、リアルセルトランジスタCTの閾値電圧が標準値に比べて高くなるとき、レプリカセルトランジスタRCTの閾値電圧も同様に高くなる。   FIG. 10 shows an example of the structure of the replica cell transistor RCT (RCT (R), RCT (EV)) shown in FIG. 3 and FIG. The structure of the replica cell transistor RCT is the same as that of the real cell transistor CT shown in FIG. 6 except that the floating gate FG and the first insulating film INS1 are formed long together with the control gate CG. Thereby, the electrical characteristics of the cell current flowing between the source and the drain of the replica cell transistor RCT can be made the same as the electrical characteristics of the cell current flowing between the source and the drain of the real cell transistor CT. For example, when the threshold voltage of the real cell transistor CT becomes higher than the standard value due to a change in manufacturing conditions of the semiconductor memory MEM, the threshold voltage of the replica cell transistor RCT also becomes high.

一般に、閾値電圧が高くなると、トランジスタを流れる電流は少なくなる。メモリセルMCに流れるセル電流が少なくなると、セル電流の大きさをセンスアンプSA(図11)で検出するまでの時間を長くする必要がある。この実施形態では、レプリカセルトランジスタRCTに流れるセル電流は、メモリセルMCに流れるセル電流の変化と同様に変化する。したがって、図12および図13で説明するように、センスアンプSAの活性化タイミングを、製造条件の変動によるメモリセルMCのセル電流のばらつきに合わせて、常に最適に設定できる。   In general, as the threshold voltage increases, the current flowing through the transistor decreases. When the cell current flowing through the memory cell MC decreases, it is necessary to lengthen the time until the magnitude of the cell current is detected by the sense amplifier SA (FIG. 11). In this embodiment, the cell current flowing through the replica cell transistor RCT changes similarly to the change in the cell current flowing through the memory cell MC. Therefore, as will be described with reference to FIGS. 12 and 13, the activation timing of the sense amplifier SA can always be optimally set in accordance with the variation in the cell current of the memory cell MC due to the change in the manufacturing conditions.

図11は、図2に示したメモリセルアレイ32およびY制御回路36に形成されるバッファ回路BUF、読み出しコラムスイッチRCSW、書き込みコラムスイッチWCSWの例を示している。図11では、セクタSEC0内の2つのワード線WL0−WL1および8つのビット線BL0−BL7に接続されたメモリセルMCにアクセスするための回路を示している。選択信号SECY(選択信号SECY0−SECY7)は、図2に示したY制御回路36により生成される。プリチャージ信号PR(PR0−PR1)、PREX、読み出し信号RD(RD0−RD1)、リセット信号RST、センスアンプイネーブル信号SAEおよびワード線信号WLの活性化期間は、図2に示した動作制御回路22により生成されるタイミング信号に応じて設定される。   FIG. 11 shows an example of the buffer circuit BUF, the read column switch RCSW, and the write column switch WCSW formed in the memory cell array 32 and the Y control circuit 36 shown in FIG. FIG. 11 shows a circuit for accessing the memory cells MC connected to the two word lines WL0 to WL1 and the eight bit lines BL0 to BL7 in the sector SEC0. The selection signal SECY (selection signals SECY0 to SECY7) is generated by the Y control circuit 36 shown in FIG. The precharge signals PR (PR0 to PR1), PREX, the read signal RD (RD0 to RD1), the reset signal RST, the sense amplifier enable signal SAE, and the activation period of the word line signal WL are the operation control circuit 22 shown in FIG. Is set according to the timing signal generated by.

選択信号SECY0−SECY7をゲートで受けるnMOSトランジスタは、ビット線BL0−BL7のいずれかを選択するための選択スイッチSSWとして動作する。プリチャージ信号PREXをゲートで受けるpMOSトランジスタは、グローバルビット線GBLをプリチャージ電圧VPRにプリチャージするプリチャージ回路として動作する。プリチャージ信号PREXを受けるpMOSトランジスタは、プリチャージ信号PREXが低レベルのときにオンする。なお、プリチャージ信号PREXを受けるプリチャージ回路は、セクタSEC0の外側に配置されてもよい。プリチャージ信号PR0−PR1をゲートで受けるnMOSトランジスタは、グローバルビット線GBLをビット線BL0−BL7に接続し、プリチャージトランジスタまたは書き込みトランジスタとして動作する。nMOSトランジスタがプリチャージトランジスタとして動作するとき、グローバルビット線GBLは、プリチャージ信号PREXを受けるプリチャージ回路を介してプリチャージ電圧VPRにプリチャージされている。nMOSトランジスタが書き込みトランジスタとして動作するとき、グローバルビット線GBLは、ライトアンプWAおよび書き込みコラムスイッチWCSWを介して書き込みデータの論理を示す電圧に設定されている。   An nMOS transistor that receives selection signals SECY0 to SECY7 at its gate operates as a selection switch SSW for selecting any one of bit lines BL0 to BL7. The pMOS transistor that receives the precharge signal PREX at its gate operates as a precharge circuit that precharges the global bit line GBL to the precharge voltage VPR. The pMOS transistor that receives the precharge signal PREX is turned on when the precharge signal PREX is at a low level. Note that the precharge circuit that receives the precharge signal PREX may be arranged outside the sector SEC0. The nMOS transistors that receive the precharge signals PR0 to PR1 at their gates connect the global bit line GBL to the bit lines BL0 to BL7, and operate as precharge transistors or write transistors. When the nMOS transistor operates as a precharge transistor, the global bit line GBL is precharged to the precharge voltage VPR via a precharge circuit that receives the precharge signal PREX. When the nMOS transistor operates as a write transistor, the global bit line GBL is set to a voltage indicating the logic of write data via the write amplifier WA and the write column switch WCSW.

読み出し信号RD0−RD1をゲートで受けるnMOSトランジスタは、メモリセルMCに保持されているデータの論理を読み出すときにオンする読み出しスイッチとして動作する。読み出しスイッチは、読み出し動作時、プログラムベリファイ動作時および消去ベリファイ動作時にオンする。リセット信号RSTをゲートで受けるnMOSトランジスタは、半導体メモリMEMがアクセスされないスタンバイ期間に、共通ノードCOMを接地線VSSに接続するリセットスイッチとして動作する。リセットスイッチにより、ビット線BL0−BL7は、スタンバイ期間に低レベル(VSS)にクランプされる。   The nMOS transistors that receive the read signals RD0 to RD1 at their gates operate as read switches that are turned on when reading the logic of data held in the memory cells MC. The read switch is turned on during a read operation, a program verify operation, and an erase verify operation. The nMOS transistor that receives the reset signal RST at its gate operates as a reset switch that connects the common node COM to the ground line VSS during a standby period in which the semiconductor memory MEM is not accessed. The bit lines BL0 to BL7 are clamped to a low level (VSS) during the standby period by the reset switch.

共通ノードCOMがゲートに接続されているnMOSトランジスタNM3は、メモリセルMCの記憶状態により変化する共通ノードCOMの電圧に応じて、ドレイン電圧を生成するセンスアンプSAとして動作する。すなわち、センスアンプSAは、ビット線BL0−7のいずれかを介してメモリセルMCから共通ノードCOMに読み出されるデータの論理を判定する。センスアンプネーブル信号SAEをゲートで受けるnMOSトランジスタNM4は、センスアンプSAによる増幅結果をグローバルビット線GBLに伝達する。この例では、センスアンプ領域SAAは、2つのメモリセル部MCUの間に配置される。しかし、センスアンプ領域SAAは、セクタSEC0の一端(図11のセクタSEC0の左端または右端)に配置してもよい。   The nMOS transistor NM3 having the common node COM connected to the gate operates as a sense amplifier SA that generates a drain voltage according to the voltage of the common node COM that changes depending on the storage state of the memory cell MC. That is, the sense amplifier SA determines the logic of data read from the memory cell MC to the common node COM via any of the bit lines BL0-7. The nMOS transistor NM4 that receives the sense amplifier enable signal SAE at its gate transmits the result of amplification by the sense amplifier SA to the global bit line GBL. In this example, the sense amplifier area SAA is arranged between two memory cell units MCU. However, the sense amplifier area SAA may be arranged at one end of the sector SEC0 (the left end or the right end of the sector SEC0 in FIG. 11).

バッファ回路BUFは、読み出しデータ線RDATAとデータ線DTの間に直列に接続されたCMOS伝達ゲートTG、ラッチ回路LTCおよびインバータIV3を有している。ラッチ回路LTCおよびインバータIV3は、電源電圧VDDを受けて動作する。CMOS伝達ゲートTGは、ラッチ信号LTが低レベルのときに、グローバルビット線GBLを読み出しデータ線RDATAに接続する。ラッチ信号LTXは、ラッチ信号LTと逆論理の信号である。ラッチ回路LTCは、ラッチ信号LTが低レベルのときにインバータとして動作し、ラッチ信号LTの立ち上がりエッジに同期してグローバルビット線GBLの電圧に対応する論理レベルをラッチする。インバータIV3は、ラッチ回路LTCの入力に供給され、ラッチ回路LTCに保持されている論理レベルをデータ線DTに出力する。   The buffer circuit BUF includes a CMOS transmission gate TG, a latch circuit LTC, and an inverter IV3 connected in series between the read data line RDATA and the data line DT. Latch circuit LTC and inverter IV3 operate in response to power supply voltage VDD. The CMOS transmission gate TG connects the global bit line GBL to the read data line RDATA when the latch signal LT is at a low level. The latch signal LTX is a signal having a logic opposite to that of the latch signal LT. The latch circuit LTC operates as an inverter when the latch signal LT is at a low level, and latches a logic level corresponding to the voltage of the global bit line GBL in synchronization with the rising edge of the latch signal LT. The inverter IV3 is supplied to the input of the latch circuit LTC and outputs the logic level held in the latch circuit LTC to the data line DT.

読み出しコラムスイッチRCSWは、高レベルの読み出しコラム選択信号RYSEL0をゲートで受けているときにオンし、グローバルビット線GBLをバッファ回路BUFの読み出しデータ線RDATAに接続するnMOSトランジスタである。書き込みコラムスイッチWCSWは、高レベルの書き込みコラム選択信号WYSEL0を受けているときにオンし、ライトアンプWAからの書き込みデータWDATAをグローバルビット線GBLに供給するCMOS伝達ゲートを有している。   The read column switch RCSW is an nMOS transistor that is turned on when a high level read column selection signal RYSEL0 is received at the gate and connects the global bit line GBL to the read data line RDATA of the buffer circuit BUF. The write column switch WCSW is turned on when receiving a high level write column selection signal WYSEL0, and has a CMOS transmission gate that supplies write data WDATA from the write amplifier WA to the global bit line GBL.

なお、図11は、1つのグローバルビット線GBLに対応する回路を示している。例えば、メモリセルアレイ32が128本のグローバルビット線GBLを有するとき、図11に示した回路が128個形成される。そして、グローバルビット線GBLは、コラムアドレス信号CAに応じてオンする読み出しコラムスイッチRCSWまたは書き込みコラムスイッチWCSWにより選択される。   FIG. 11 shows a circuit corresponding to one global bit line GBL. For example, when the memory cell array 32 has 128 global bit lines GBL, 128 circuits shown in FIG. 11 are formed. The global bit line GBL is selected by the read column switch RCSW or the write column switch WCSW that is turned on in response to the column address signal CA.

図12は、図2に示した半導体メモリMEMの消去ベリファイ動作および読み出し動作(論理1読み出し)の例を示している。消去ベリファイ動作と読み出し動作の波形が異なるとき、読み出し動作の波形は破線で示している。読み出し動作では、データの読み出しを高速に実施するために、ワード線WLの活性化電圧は、消去ベリファイ動作時より高くされる。これにより、リアルセルトランジスタCTに流れる電流は増すことができ、センスアンプイネーブル信号SAEおよびラッチ信号LTの活性化タイミングを早くできる。この結果、読み出しデータをデータ出力端子DOに早く出力でき、アクセス時間を短縮できる。   FIG. 12 shows an example of the erase verify operation and read operation (logic 1 read) of the semiconductor memory MEM shown in FIG. When the erase verify operation and the read operation have different waveforms, the read operation waveform is indicated by a broken line. In the read operation, in order to read data at high speed, the activation voltage of the word line WL is set higher than that in the erase verify operation. Thereby, the current flowing through the real cell transistor CT can be increased, and the activation timing of the sense amplifier enable signal SAE and the latch signal LT can be advanced. As a result, read data can be output to the data output terminal DO quickly, and the access time can be shortened.

この例では、図11に示したセクタSEC0のワード線WL0とビット線BL1に接続されたメモリセルMCがアクセスされる。このため、図12の右上に示すように、アクセスされるメモリセルMCに対応する選択信号SECY1は高レベルVDD(例えば、1.2V)に維持される。アクセスされるメモリセルMCに接続されたワード線WL0に接続されていないメモリセルMCに対応する選択信号SECY4−7も高レベルVDDに維持される。なお、選択信号SECY0−7の高論理レベルの電圧は、電源電圧VDDに限定されない。アクセスされるメモリセルMCに関係する読み出し信号RD0は高レベルVDDに維持され、アクセスされるメモリセルMCに関係ないワード線WL1およびプリチャージ信号PR1は低レベルVSSに維持される。なお、読み出し信号RDの高論理レベルの電圧は、電源電圧VDDに限定されない。ソース線SL0−SL1は低レベルVSSに設定される。図11に示した読み出しコラム選択信号RYSEL0は高レベルに設定され、書き込みコラム選択信号WYSEL0は低レベルに設定される。   In this example, the memory cell MC connected to the word line WL0 and the bit line BL1 of the sector SEC0 shown in FIG. 11 is accessed. For this reason, as shown in the upper right of FIG. 12, the selection signal SECY1 corresponding to the memory cell MC to be accessed is maintained at the high level VDD (for example, 1.2 V). The selection signals SECY4-7 corresponding to the memory cells MC not connected to the word line WL0 connected to the memory cell MC to be accessed are also maintained at the high level VDD. Note that the high logic level voltage of the selection signals SECY0-7 is not limited to the power supply voltage VDD. The read signal RD0 related to the accessed memory cell MC is maintained at the high level VDD, and the word line WL1 and the precharge signal PR1 not related to the accessed memory cell MC are maintained at the low level VSS. Note that the high logic level voltage of the read signal RD is not limited to the power supply voltage VDD. Source lines SL0-SL1 are set to low level VSS. The read column selection signal RYSEL0 shown in FIG. 11 is set to a high level, and the write column selection signal WYSEL0 is set to a low level.

まず、消去ベリファイ動作または読み出し動作が開始される前のスタンバイ期間STBYでは、リセット信号RST、読み出し信号RD0−1および選択信号SECY0−7は高レベルVDDに維持され、図11に示したリセットスイッチ、読み出しスイッチおよびビット線BL0−7に接続された選択スイッチSSWはオンする(図12(a))。全ての選択信号SECY0−7が高レベルに活性化されるため、ビット線BL0−BL7は、リセットスイッチ、読み出しスイッチおよび選択スイッチSSWを介して低レベルVSSにクランプされる。   First, in the standby period STBY before the erase verify operation or the read operation is started, the reset signal RST, the read signal RD0-1 and the selection signal SECY0-7 are maintained at the high level VDD, and the reset switch shown in FIG. The read switch and the selection switch SSW connected to the bit lines BL0-7 are turned on (FIG. 12 (a)). Since all the selection signals SECY0-7 are activated to the high level, the bit lines BL0-BL7 are clamped to the low level VSS via the reset switch, the read switch, and the selection switch SSW.

グローバルビット線GBLは、スタンバイ期間STBYに低レベルに活性化されるプリチャージ信号PREXにより高レベルVPR(例えば、0.9V)にプリチャージされている(図12(b))。動作イネーブル信号EVEN、RDENは、低レベルに非活性化されている。このため、図3に示したタイミング生成部TGENのノードN01(EV)、N01(R)は、高レベルVDDに設定され、出力信号OUT(EV)、OUT(R)は低レベルVSSに設定されている(図12(c))。図11に示したバッファ回路BUFの出力DTは、グローバルビット線GBLの高レベルVPRを受けて、高レベルVDDに設定されている(図12(d))。   The global bit line GBL is precharged to a high level VPR (for example, 0.9 V) by a precharge signal PREX that is activated to a low level during the standby period STBY (FIG. 12B). The operation enable signals EVEN and RDEN are deactivated to a low level. Therefore, the nodes N01 (EV) and N01 (R) of the timing generation unit TGEN shown in FIG. 3 are set to the high level VDD, and the output signals OUT (EV) and OUT (R) are set to the low level VSS. (FIG. 12C). The output DT of the buffer circuit BUF shown in FIG. 11 is set to the high level VDD in response to the high level VPR of the global bit line GBL (FIG. 12 (d)).

次に、リセット信号RST、読み出し信号RD1および選択信号SECY0、2−3は低レベルVSSに非活性化され、ビット線BL1のみが共通ノードCOMに接続される。(図12(e))。次に、プリチャージ信号PR0が高レベルVDDに活性化され、ビット線BL1のみがグローバルビット線GBLを介してプリチャージされる(図12(f、g))。プリチャージ信号PR0が低レベルVSSに非活性化される前に、ワード線WL0が高レベルに活性化される(図12(h))。   Next, the reset signal RST, the read signal RD1, and the selection signals SECY0 and 2-3 are deactivated to the low level VSS, and only the bit line BL1 is connected to the common node COM. (FIG. 12 (e)). Next, the precharge signal PR0 is activated to the high level VDD, and only the bit line BL1 is precharged via the global bit line GBL (FIG. 12 (f, g)). Before the precharge signal PR0 is deactivated to the low level VSS, the word line WL0 is activated to the high level (FIG. 12 (h)).

ワード線WL0が活性化された後、プリチャージ信号PR0が非活性化され、ビット線BL1はプリチャージされた状態でフローティング状態に設定される(図12(i))。消去対象または読み出し対象のメモリセルMCの閾値電圧が低いとき、リアルセルトランジスタCTにセル電流が流れるため、ビット線BL1の電圧は低レベルVSSまで低下する。   After the word line WL0 is activated, the precharge signal PR0 is deactivated, and the bit line BL1 is set in a floating state in a precharged state (FIG. 12 (i)). When the threshold voltage of the memory cell MC to be erased or read is low, the cell current flows through the real cell transistor CT, so that the voltage of the bit line BL1 is lowered to the low level VSS.

また、プリチャージ信号PR0の非活性化に応答して動作イネーブル信号EVENまたはRDENが高レベルに活性化される(図12(j))。なお、図2に示した動作制御回路22は、ワード線WL0を活性化するタイミング信号を、プリチャージ信号PR0を非活性化した後に生成してもよい。このとき、動作イネーブル信号EVENまたはRDENは、ワード線WL0の活性化に応答して活性化される。すなわち、動作イネーブル信号EVENまたはRDENは、プリチャージ信号PR0の非活性化タイミングおよびワード線WL0の活性化タイミングのうち、おそいタイミングに応答して活性化される。   In response to the deactivation of the precharge signal PR0, the operation enable signal EVEN or RDEN is activated to a high level (FIG. 12 (j)). Note that the operation control circuit 22 shown in FIG. 2 may generate the timing signal for activating the word line WL0 after deactivating the precharge signal PR0. At this time, the operation enable signal EVEN or RDEN is activated in response to the activation of the word line WL0. That is, the operation enable signal EVEN or RDEN is activated in response to a slow timing among the deactivation timing of the precharge signal PR0 and the activation timing of the word line WL0.

図3に示したタイミング生成部TGENは、動作イネーブル信号EVENまたはRDENの活性化に応答して、ノードN01(EV)またはN01(R)をレプリカセルトランジスタRCT(EV)またはRCT(R)を介して接地線VSSに接続する。これにより、ノードN01(EV)またはN01(R)の電荷は、レプリカセルトランジスタRCT(EV)またはRCT(R)を介して放電される。すなわち、レプリカセルトランジスタRCT(EV)またはRCT(R)はレプリカセル電流を流す。   In response to the activation of the operation enable signal EVEN or RDEN, the timing generation unit TGEN illustrated in FIG. 3 passes the node N01 (EV) or N01 (R) via the replica cell transistor RCT (EV) or RCT (R). Connected to the ground line VSS. Thereby, the charge of the node N01 (EV) or N01 (R) is discharged through the replica cell transistor RCT (EV) or RCT (R). That is, the replica cell transistor RCT (EV) or RCT (R) flows a replica cell current.

ノードN01(EV)またはN01(R)の電圧の低下により、出力信号OUT(EV)またはOUT(R)が高レベルVDDに変化し、センスアンプイネーブル信号SAEが高レベルVDDに活性化される(図12(k、l、m))。レプリカセルトランジスタRCT(EV)およびRCT(R)は、リアルセルトランジスタCTと同じ製造条件を用いて形成される。このため、リアルセルトランジスタCTに流れるセル電流の分布が製造条件の変動によりシフトするとき、レプリカセル電流は同じ向きにシフトする。したがって、セル電流が相対的に少なく、ビット線BL1の低下速度が低い半導体メモリチップMEMでは、センスアンプイネーブル信号SAEの活性化タイミングも遅くなる。セル電流が相対的に多く、ビット線BL1の低下速度が高い半導体メモリチップMEMでは、センスアンプイネーブル信号SAEの活性化タイミングも早くなる。この結果、半導体メモリMEMの製造条件の変動に拘わりなく、センスアンプイネーブル信号SAEの活性化タイミングを常に最適に生成できる。   As the voltage of the node N01 (EV) or N01 (R) is decreased, the output signal OUT (EV) or OUT (R) changes to the high level VDD, and the sense amplifier enable signal SAE is activated to the high level VDD ( FIG. 12 (k, l, m)). Replica cell transistors RCT (EV) and RCT (R) are formed using the same manufacturing conditions as those of real cell transistor CT. For this reason, when the distribution of the cell current flowing through the real cell transistor CT shifts due to variations in manufacturing conditions, the replica cell current shifts in the same direction. Therefore, in the semiconductor memory chip MEM in which the cell current is relatively small and the decrease rate of the bit line BL1 is low, the activation timing of the sense amplifier enable signal SAE is also delayed. In the semiconductor memory chip MEM in which the cell current is relatively large and the decrease rate of the bit line BL1 is high, the activation timing of the sense amplifier enable signal SAE is also advanced. As a result, the activation timing of the sense amplifier enable signal SAE can always be optimally generated regardless of variations in the manufacturing conditions of the semiconductor memory MEM.

この実施形態では、レプリカセルトランジスタRCT(EV)およびRCT(R)のコントロールゲートCGとフローティングゲートFGとは互いに接続されている。このため、レプリカセルトランジスタRCT(EV)およびRCT(R)のチャネル領域の状態を、コントロールゲートCGの電圧だけでなく、フローティングゲートFGの電圧により制御できる。フローティングゲートFGをコントロールゲートCGに接続しないとき、図10に示した絶縁膜INS2およびフローティングゲートFGは容量として作用する。このとき、コントロールゲートCGの電圧によりチャネル領域の状態を制御することは難しい。さらに、コントロールゲートCGとフローティングゲートFGとがショートされているため、半導体メモリMEMが長期間使用されても、フローティングゲートFGに電荷が蓄積されることはない。以上より、レプリカセルトランジスタRCT(EV)およびRCT(R)の動作を、通常のトランジスタと同等の精度で制御できる。換言すれば、センスアンプイネーブル信号SAEの活性化タイミングを高い精度で制御できる。   In this embodiment, the control gate CG and the floating gate FG of the replica cell transistors RCT (EV) and RCT (R) are connected to each other. For this reason, the state of the channel region of the replica cell transistors RCT (EV) and RCT (R) can be controlled not only by the voltage of the control gate CG but also by the voltage of the floating gate FG. When the floating gate FG is not connected to the control gate CG, the insulating film INS2 and the floating gate FG shown in FIG. 10 act as a capacitor. At this time, it is difficult to control the state of the channel region by the voltage of the control gate CG. Furthermore, since the control gate CG and the floating gate FG are short-circuited, no charge is accumulated in the floating gate FG even when the semiconductor memory MEM is used for a long time. As described above, the operations of the replica cell transistors RCT (EV) and RCT (R) can be controlled with the same accuracy as a normal transistor. In other words, the activation timing of the sense amplifier enable signal SAE can be controlled with high accuracy.

センスアンプイネーブル信号SAEの活性化により、図11に示したnMOSトランジスタNM4は、増幅トランジスタNM3をグローバルビット線GBLに接続する。しかし、増幅トランジスタNM3は、ビット線BL0の低レベルをゲートで受けてオフしているため、グローバルビット線GBLの電圧は変化しない(図12(n))。この後、ラッチ信号LTが高レベルに活性化され、データ線DTの論理レベル(VDD)が確定する(図12(o、p))。   The activation of the sense amplifier enable signal SAE causes the nMOS transistor NM4 shown in FIG. 11 to connect the amplification transistor NM3 to the global bit line GBL. However, since the amplification transistor NM3 receives the low level of the bit line BL0 at the gate and is turned off, the voltage of the global bit line GBL does not change (FIG. 12 (n)). Thereafter, the latch signal LT is activated to a high level, and the logic level (VDD) of the data line DT is determined (FIG. 12 (o, p)).

消去ベリファイ動作では、データ線DTの高レベルVDDにより、消去対象のメモリトランジスタCTの閾値電圧が、消去状態まで下がったと判断される。メモリセルMCが消去状態になっていないとき、メモリトランジスタCTの閾値電圧は高く、十分なセル電流が流れない。このため、図12に一点鎖線で示したように、ビット線BL1の電圧は下がりにくい(図12(q))。これにより、増幅トランジスタNM3がオンし、グローバルビット線GBLの電圧は低レベルVSSに変化し、データ線DTは低レベルVSSに設定される。このとき、消去動作と消去ベリファイ動作が再度実施される。   In the erase verify operation, it is determined that the threshold voltage of the memory transistor CT to be erased has been lowered to the erased state due to the high level VDD of the data line DT. When the memory cell MC is not in the erased state, the threshold voltage of the memory transistor CT is high and sufficient cell current does not flow. For this reason, as indicated by the alternate long and short dash line in FIG. 12, the voltage of the bit line BL1 is difficult to decrease (FIG. 12 (q)). As a result, the amplification transistor NM3 is turned on, the voltage of the global bit line GBL is changed to the low level VSS, and the data line DT is set to the low level VSS. At this time, the erase operation and erase verify operation are performed again.

ラッチ信号LTの活性化後、センスアンプイネーブル信号SAEおよびワード線WL0は順次に非活性化され、リセット信号RST、読み出し信号RD1および選択信号SECY1は活性化される(図12(r、s))。リセット信号RSTの非活性化に応答して、半導体メモリMEMはスタンバイ期間STBYになり、動作イネーブル信号EVENまたはRDENが非活性化される(図12(t))。動作イネーブル信号EVENまたはRDENの非活性化により、ノードN01(EV)、N01(R)は高レベルに変化し、出力信号OUT(EV)、OUT(R)は低レベルVSSに変化する。そして、消去ベリファイ動作または読み出し動作が完了する(図12(u、v))。   After the activation of the latch signal LT, the sense amplifier enable signal SAE and the word line WL0 are sequentially inactivated, and the reset signal RST, the read signal RD1, and the selection signal SECY1 are activated (FIG. 12 (r, s)). . In response to the deactivation of the reset signal RST, the semiconductor memory MEM enters the standby period STBY, and the operation enable signal EVEN or RDEN is deactivated (FIG. 12 (t)). Due to the deactivation of the operation enable signal EVEN or RDEN, the nodes N01 (EV) and N01 (R) change to a high level, and the output signals OUT (EV) and OUT (R) change to a low level VSS. Then, the erase verify operation or the read operation is completed (FIG. 12 (u, v)).

図13は、図2に示した半導体メモリのプログラムベリファイ動作および読み出し動作(論理0読み出し)の例を示している。図12と同じ動作については、詳細な説明は省略する。プログラムベリファイ動作と読み出し動作の波形が異なるとき、読み出し動作の波形は破線で示している。図13では、図12と同様に、セクタSEC0のワード線WL0とビット線BL1に接続されたメモリセルMCがアクセスされる。ビット線BL1、グローバルビット線GBL、データ線DTの波形以外は、図12と同様である。   FIG. 13 shows an example of the program verify operation and read operation (logic 0 read) of the semiconductor memory shown in FIG. Detailed descriptions of the same operations as those in FIG. 12 are omitted. When the program verify operation and the read operation have different waveforms, the read operation waveform is indicated by a broken line. In FIG. 13, similarly to FIG. 12, the memory cell MC connected to the word line WL0 and the bit line BL1 of the sector SEC0 is accessed. Except for the waveforms of the bit line BL1, the global bit line GBL, and the data line DT, they are the same as in FIG.

プログラムベリファイ動作および論理0の読み出し動作では、アクセスされるリアルセルトランジスタCTの閾値電圧は高い。このため、セル電流は流れず、ビット線BL1はプリチャージ電圧に保持される(図13(a))。図11に示した増幅トランジスタNM3(すなわち、センスアンプSA)は、ビット線BL1の高レベルを受ける。このため、センスアンプイネーブル信号SAEが活性化されると、グローバルビット線GBLは、接地線VSSに接続され、低レベルに変化する(図13(b))。図11に示したバッファ回路BUFは、グローバルビット線GBLの低レベルの変化に応答して、データ線DTに低レベルを出力する(図13(c))。そして、グローバルビット線GBLの低レベルは、ラッチ信号LTに同期してラッチされる(図13(d))。   In the program verify operation and the logic 0 read operation, the threshold voltage of the accessed real cell transistor CT is high. Therefore, no cell current flows and the bit line BL1 is held at the precharge voltage (FIG. 13A). The amplification transistor NM3 (that is, the sense amplifier SA) shown in FIG. 11 receives the high level of the bit line BL1. Therefore, when the sense amplifier enable signal SAE is activated, the global bit line GBL is connected to the ground line VSS and changes to a low level (FIG. 13B). The buffer circuit BUF shown in FIG. 11 outputs a low level to the data line DT in response to the low level change of the global bit line GBL (FIG. 13 (c)). The low level of the global bit line GBL is latched in synchronization with the latch signal LT (FIG. 13 (d)).

この後、リセット信号RSTの活性化に応答して、図11に示したプリチャージ信号PREXが低レベルに活性化され、グローバルビット線GBLは、スタンバイ期間STBYにプリチャージ電圧VPRに設定される(図13(e))。バッファ回路BUFは、ラッチ信号LTの非活性化に応答して、グローバルビット線GBLの低レベルを取り込み、データ線DTに高レベルを出力する(図13(f))。   Thereafter, in response to the activation of the reset signal RST, the precharge signal PREX shown in FIG. 11 is activated to a low level, and the global bit line GBL is set to the precharge voltage VPR in the standby period STBY ( FIG. 13 (e)). In response to the deactivation of the latch signal LT, the buffer circuit BUF takes in the low level of the global bit line GBL and outputs the high level to the data line DT (FIG. 13 (f)).

図14は、図2に示した半導体メモリMEMの読み出し動作RDOPの例を示している。ここで、読み出し動作RDOPは、読み出しコマンドに伴う読み出し動作だけでなく、プログラム動作時のプログラムベリファイ動作および消去動作時の消去ベリファイ動作を含む。図14では、図13に示した読み出し動作において、アクセスされるメモリセルMCに接続されたビット線BL1以外のビット線BL0、BL2−7の波形を示している。図14では、図13に示していないプリチャージ信号PREX、読み出しコラム選択信号RYSEL0および読み出しデータRDATAの波形も示している。なお、図14に示した電圧は一例であり、これらの値に限定されるものではない。   FIG. 14 shows an example of the read operation RDOP of the semiconductor memory MEM shown in FIG. Here, the read operation RDOP includes not only a read operation associated with a read command but also a program verify operation during a program operation and an erase verify operation during an erase operation. FIG. 14 shows waveforms of bit lines BL0 and BL2-7 other than the bit line BL1 connected to the memory cell MC to be accessed in the read operation shown in FIG. FIG. 14 also shows waveforms of the precharge signal PREX, the read column selection signal RYSEL0, and the read data RDATA not shown in FIG. Note that the voltages shown in FIG. 14 are merely examples, and are not limited to these values.

読み出し動作RDOPでは、ワード線WL0の活性化に応答してプリチャージ信号PREXが高レベルに非活性化され、グローバルビット線GBLとプリチャージ電圧線VPRの接続が解除される(図14(a))。読み出しコラム選択信号RYSEL0は、リセット信号RSTの非活性化に応答して活性化され、リセット信号RSTの活性化された後に非活性化される(図14(b))。全ての選択信号SECY0−7は、スタンバイ期間STBYに高レベルに活性化されている(図14(c))。このとき、全てのビット線BL0−7は、選択スイッチSSWおよび共通のリセットスイッチを介して接地線VSSに接続されている。データの読み書きに使用する選択スイッチSSWを利用し、共通のリセットスイッチを用いてビット線BL0−7を接地電圧VSSに設定することで、ビット線BL0−7をリセットするために半導体メモリMEMに形成されるトランジスタの数を削減できる。これにより、回路サイズを削減でき、半導体メモリMEMのチップサイズを削減できる。   In the read operation RDOP, the precharge signal PREX is deactivated to a high level in response to the activation of the word line WL0, and the connection between the global bit line GBL and the precharge voltage line VPR is released (FIG. 14A). ). The read column selection signal RYSEL0 is activated in response to the deactivation of the reset signal RST, and deactivated after the reset signal RST is activated (FIG. 14 (b)). All the selection signals SECY0-7 are activated to a high level during the standby period STBY (FIG. 14 (c)). At this time, all the bit lines BL0-7 are connected to the ground line VSS via the selection switch SSW and the common reset switch. Using the selection switch SSW used for reading and writing data and setting the bit lines BL0-7 to the ground voltage VSS by using a common reset switch, the semiconductor memory MEM is formed to reset the bit lines BL0-7. The number of transistors to be used can be reduced. Thereby, the circuit size can be reduced and the chip size of the semiconductor memory MEM can be reduced.

データを読み出すメモリセルMCを含むメモリセル部MCUに対応する選択信号SECY0−3のうち、データを読み出さないメモリセルMCに対応する選択信号SECY0、2−3は、リセット信号RSTの非活性化に応答して非活性化される(図14(d))。これにより、ビット線BL0、2−3は、低レベルのフローティング状態に設定される(図14(e))。選択信号SECY0、2−3の非活性化期間は、図2に示した動作制御回路22により生成されるタイミング信号に応じて設定される。   Among the selection signals SECY0-3 corresponding to the memory cell units MCU including the memory cells MC from which data is read, the selection signals SECY0, 2-3 corresponding to the memory cells MC from which data is not read out are used to deactivate the reset signal RST. It is deactivated in response (FIG. 14 (d)). Thereby, the bit lines BL0 and 2-3 are set in a low level floating state (FIG. 14E). The inactivation period of the selection signals SECY0 and 2-3 is set according to the timing signal generated by the operation control circuit 22 shown in FIG.

この後、図13と同様に、プリチャージ信号PR0の活性化に応答して、ビット線BL1がプリチャージされ、読み出し動作が実行される(図14(f))。このとき、ビット線BL1に隣接するビット線BL0、BL2は、低レベルに維持されている。隣接するビット線BL0、BL2の電圧が変化しないため、ビット線BL1の電圧は、カップリングノイズ等の影響を受けない。この結果、半導体メモリMEMが読み出し動作中に誤動作することを防止できる。   Thereafter, similarly to FIG. 13, in response to the activation of the precharge signal PR0, the bit line BL1 is precharged and the read operation is executed (FIG. 14 (f)). At this time, the bit lines BL0 and BL2 adjacent to the bit line BL1 are maintained at a low level. Since the voltages of the adjacent bit lines BL0 and BL2 do not change, the voltage of the bit line BL1 is not affected by coupling noise or the like. As a result, it is possible to prevent the semiconductor memory MEM from malfunctioning during the read operation.

図15は、図2に示した半導体メモリMEMの書き込み動作WROPの例を示している。この例では、図12−図14と同様に、セクタSEC0のワード線WL0とビット線BL1に接続されたメモリセルMCがアクセスされ、論理0が書き込まれる。なお、図15に示した電圧は一例であり、これらの値に限定されるものではない。   FIG. 15 shows an example of the write operation WROP of the semiconductor memory MEM shown in FIG. In this example, similarly to FIGS. 12 to 14, the memory cell MC connected to the word line WL0 and the bit line BL1 of the sector SEC0 is accessed, and logic 0 is written. Note that the voltages shown in FIG. 15 are merely examples, and are not limited to these values.

書き込み動作WROPでは、まず、データを書き込むメモリセルMCを含むメモリセル部MCUに対応する選択信号SECY0−7が、低レベルに非活性化される(図15(a))。次に、ワード線WL0が活性化され、プリチャージ信号PREXおよびリセット信号RSTが非活性化され、プリチャージ信号PR0が活性化され、書き込みコラム選択信号WYSEL0が活性化される(図15(b、c、d、e、f))。さらに、データを書き込むメモリセルMCに対応する選択信号SECY1が活性化される(図15(g))。   In the write operation WROP, first, the selection signals SECY0-7 corresponding to the memory cell units MCU including the memory cells MC into which data is written are deactivated to a low level (FIG. 15A). Next, the word line WL0 is activated, the precharge signal PREX and the reset signal RST are deactivated, the precharge signal PR0 is activated, and the write column selection signal WYSEL0 is activated (FIG. 15 (b, c, d, e, f)). Further, the selection signal SECY1 corresponding to the memory cell MC into which data is written is activated (FIG. 15 (g)).

ここで、プリチャージ信号PR0は、グローバルビット線GBL上の書き込みデータをビット線BL1に伝達するために活性化され、プリチャージ信号PR0をゲートで受けるnMOSトランジスタは書き込みトランジスタとして動作する。書き込みトランジスタのオンにより、グローバルビット線GBLは、低レベルのビット線BL1に接続され、グローバルビット線GBLの電圧は低下する(図15(h))。   Here, the precharge signal PR0 is activated to transmit write data on the global bit line GBL to the bit line BL1, and the nMOS transistor receiving the precharge signal PR0 at the gate operates as a write transistor. When the write transistor is turned on, the global bit line GBL is connected to the low-level bit line BL1, and the voltage of the global bit line GBL decreases (FIG. 15 (h)).

次に、書き込みデータWDATAが書き込みコラムスイッチWCSWを介してグローバルビット線GBLに伝達され、さらにビット線BL1に伝達される(図15(i、j、k))。これにより、ビット線BL1に接続されたセルトランジスタCTのフローティングゲートFGに電子が注入され、セルトランジスタCTの閾値電圧が上昇する。すなわち、論理0の書き込みが実施される。   Next, the write data WDATA is transmitted to the global bit line GBL via the write column switch WCSW and further transmitted to the bit line BL1 (FIG. 15 (i, j, k)). As a result, electrons are injected into the floating gate FG of the cell transistor CT connected to the bit line BL1, and the threshold voltage of the cell transistor CT increases. That is, writing of logic 0 is performed.

この後、ライトアンプWAからの書き込みデータの供給が停止され、グローバルビット線GBLおよびビット線BL1の電圧は下がる(図15(l、m、n))。次に、ワード線WL0が非活性化され、プリチャージ信号PREXおよびリセット信号RSTが活性化され、プリチャージ信号PR0が非活性化され、書き込みコラム選択信号WYSEL0が非活性化され、選択信号SECY1が非活性化される(図15(o、p、q、r、s、t))。プリチャージ信号PREXの活性化により、グローバルビット線GBLはプリチャージ電圧VPRに設定される(図15(u))。この後、選択信号SECY0−7が活性化されて、ビット線BL0−7が低レベルにリセットされ、書き込み動作WROPは終了する(図15(v))。   Thereafter, the supply of write data from the write amplifier WA is stopped, and the voltages of the global bit line GBL and the bit line BL1 are lowered (FIG. 15 (l, m, n)). Next, the word line WL0 is deactivated, the precharge signal PREX and the reset signal RST are activated, the precharge signal PR0 is deactivated, the write column selection signal WYSEL0 is deactivated, and the selection signal SECY1 is It is deactivated (FIG. 15 (o, p, q, r, s, t)). As the precharge signal PREX is activated, the global bit line GBL is set to the precharge voltage VPR (FIG. 15 (u)). Thereafter, the selection signals SECY0-7 are activated, the bit lines BL0-7 are reset to a low level, and the write operation WROP ends (FIG. 15 (v)).

以上、この実施形態においても上述した実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、メモリセルアレイ32と同様の素子が形成されるレプリカ部REPにレプリカセルトランジスタRCTを形成することで、リアルセルトランジスタCTとレプリカセルトランジスタRCTの電気的特性の変動の傾向を同じにできる。フローティングゲートFGとコントロールゲートCGとをレプリカセルトランジスタRCTから離れた場所で接続することにより、レプリカセルトランジスタRCTの電気的特性をリアルセルトランジスタCTの電気的特性とほぼ同じにできる。   As described above, also in this embodiment, the same effect as that of the above-described embodiment can be obtained. Furthermore, by forming the replica cell transistor RCT in the replica portion REP in which the same element as that of the memory cell array 32 is formed, the tendency of variation in the electrical characteristics of the real cell transistor CT and the replica cell transistor RCT can be made the same. By connecting the floating gate FG and the control gate CG away from the replica cell transistor RCT, the electrical characteristics of the replica cell transistor RCT can be made substantially the same as the electrical characteristics of the real cell transistor CT.

タイミング生成部TGENに形成される容量C1をビット線BLの負荷容量に合わせているため、ノードND01の低下速度をビット線BLの低下速度に合わせることができる。ノードN01のプリチャージ電圧を電源電圧VDDにしているため、レベルシフタを介在させることなくセンスアンプイネーブル信号SAEを生成できる。   Since the capacitance C1 formed in the timing generation unit TGEN is matched with the load capacitance of the bit line BL, the decrease rate of the node ND01 can be matched with the decrease rate of the bit line BL. Since the precharge voltage of the node N01 is set to the power supply voltage VDD, the sense amplifier enable signal SAE can be generated without interposing a level shifter.

ビット線BL0−7を接地電圧VSSにリセットする動作を、データの読み書きに使用する選択スイッチSSWと共通のリセットスイッチとを用いて実施することで、半導体メモリMEMに形成されるトランジスタの数を削減でき、半導体メモリMEMのチップサイズを削減できる。   The number of transistors formed in the semiconductor memory MEM is reduced by performing the operation of resetting the bit lines BL0-7 to the ground voltage VSS by using the selection switch SSW used for reading and writing data and the common reset switch. The chip size of the semiconductor memory MEM can be reduced.

図16は、上述した半導体メモリMEMが搭載されるシステムの例を示している。システムSYS(ユーザシステム)は、例えば、携帯機器等のマイクロコンピュータシステムの少なくとも一部を構成する。システムSYSは、シリコン基板上に複数のマクロが集積されたシステムオンチップSoCを有している。あるいは、システムSYSは、パッケージ基板上に複数のチップが積層されたマルチチップパッケージMCPを有している。あるいは、システムSYSは、リードフレーム等のパッケージ基板上に複数のチップが搭載されたシステムインパッケージSiPを有している。さらに、システムSYSは、チップオンチップCoCあるいはパッケージオンパッケージPoPの形態で構成されてもよい。   FIG. 16 shows an example of a system in which the above-described semiconductor memory MEM is mounted. The system SYS (user system) constitutes at least a part of a microcomputer system such as a portable device. The system SYS has a system-on-chip SoC in which a plurality of macros are integrated on a silicon substrate. Alternatively, the system SYS has a multi-chip package MCP in which a plurality of chips are stacked on a package substrate. Alternatively, the system SYS has a system-in-package SiP in which a plurality of chips are mounted on a package substrate such as a lead frame. Furthermore, the system SYS may be configured in the form of chip-on-chip CoC or package-on-package PoP.

例えば、システムSYSは、CPU、ROM、RAM、メモリ制御回路MCNTおよび図1または図2に示した半導体メモリMEMを有している。CPU、ROM、RAMおよびメモリ制御回路MCNTは、システムバスSBUSにより互いに接続されている。メモリ制御回路MCNTと半導体メモリMEMとは専用バスにより互いに接続されている。なお、メモリ制御回路MCNTの機能をCPUに持たせて、メモリ制御回路MCNTを介することなくCPUにより半導体メモリMEMを直接アクセスしてもよい。   For example, the system SYS has a CPU, a ROM, a RAM, a memory control circuit MCNT, and the semiconductor memory MEM shown in FIG. 1 or FIG. The CPU, ROM, RAM, and memory control circuit MCNT are connected to each other by a system bus SBUS. The memory control circuit MCNT and the semiconductor memory MEM are connected to each other by a dedicated bus. Note that the CPU may have the function of the memory control circuit MCNT and the semiconductor memory MEM may be directly accessed by the CPU without using the memory control circuit MCNT.

CPUは、ROM、RAMにアクセスするとともに、メモリ制御回路MCNTを介して半導体メモリMEMにアクセスし、システム全体の動作を制御する。半導体メモリMEMは、CPUからの指示により動作するメモリ制御回路MCNTからのアクセス要求に応じて、書き込み動作、読み出し動作および消去動作を実行する。   The CPU accesses the ROM and RAM, and also accesses the semiconductor memory MEM via the memory control circuit MCNT to control the operation of the entire system. The semiconductor memory MEM performs a write operation, a read operation, and an erase operation in response to an access request from the memory control circuit MCNT that operates according to an instruction from the CPU.

以上の詳細な説明により、実施形態の特徴点および利点は明らかになるであろう。これは、特許請求の範囲がその精神および権利範囲を逸脱しない範囲で前述のような実施形態の特徴点および利点にまで及ぶことを意図するものである。また、当該技術分野において通常の知識を有する者であれば、あらゆる改良および変更に容易に想到できるはずであり、発明性を有する実施形態の範囲を前述したものに限定する意図はなく、実施形態に開示された範囲に含まれる適当な改良物および均等物に拠ることも可能である。   From the above detailed description, features and advantages of the embodiments will become apparent. This is intended to cover the features and advantages of the embodiments described above without departing from the spirit and scope of the claims. Further, any person having ordinary knowledge in the technical field should be able to easily come up with any improvements and modifications, and there is no intention to limit the scope of the embodiments having the invention to those described above. It is also possible to rely on suitable improvements and equivalents within the scope disclosed in.

10‥コマンド生成回路;12‥テストモード制御回路;14‥データ入出力回路;16‥内部電圧生成回路;18‥CAMアクセス制御回路;22‥動作制御回路;24‥内部アドレス生成回路;26‥アドレス選択回路;28‥メモリコア;30‥バス制御回路;32‥メモリセルアレイ;34‥X制御回路;46‥Y制御回路;BL‥ビット線;CG‥コントロールゲート;CMP‥コンパレータ;CNA‥接続領域;CT‥リアルセルトランジスタ;DT‥データ信号;FG‥フローティングゲート;GBL‥グローバルビット線;IV1、IV2‥CMOSインバータ;MC‥メモリセル;MEM‥半導体メモリ;MVGEN‥モニタ電圧生成部;PT‥プリチャージトランジスタ;RA‥リードアンプ;RBL‥レプリカビット線;RCSW‥読み出しコラムスイッチ;RCT‥レプリカセルトランジスタ;RDEN‥イネーブル信号;REP‥レプリカ部;SA‥センスアンプ;SAE‥センスアンプイネーブル信号;SECY‥選択信号;SL‥ソース線;SS‥半導体基板;TGEN‥タイミング生成部;TGEN1‥第1生成部;TGEN2‥第2生成部;VSAEV‥制御電圧;VSARD‥制御電圧;WA‥ライトアンプ;WCSW‥書き込みコラムスイッチ;WL‥ワード線;YDEC‥デコーダ   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Command generation circuit; 12 ... Test mode control circuit; 14 ... Data input / output circuit; 16 ... Internal voltage generation circuit; 18 ... CAM access control circuit; 22 ... Operation control circuit; 28. Memory core; 30 ... Bus control circuit; 32 ... Memory cell array; 34 ... X control circuit; 46 ... Y control circuit; BL ... Bit line; CG ... Control gate; CT: Real cell transistor; DT: Data signal; FG: Floating gate; GBL: Global bit line; IV1, IV2: CMOS inverter; MC: Memory cell: MEM: Semiconductor memory: MVGEN: Monitor voltage generation unit: PT: Precharge Transistor: RA Read amplifier; RBL Replica bit RCSW Read column switch RCT Replica cell transistor RDEN Enable signal REP Replica part SA Sense amplifier SAE Sense amplifier enable signal SECY Select signal SL Source line SS Semiconductor substrate TGEN... Timing generation unit; TGEN1... First generation unit; TGEN2... Second generation unit; VSAEV... Control voltage; VSARD... Control voltage; WA... Write amplifier;

Claims (2)

コントロールゲートとフローティングゲートとを含むセルトランジスタを有する複数の不揮発性のメモリセルと、
前記セルトランジスタにそれぞれ接続される複数のビット線と、
前記コントロールゲートに共通に接続されるワード線と、
前記ビット線にそれぞれ接続され、前記ビット線を共通ノードに接続する選択スイッチと、
前記共通ノードをプリチャージ線に接続するプリチャージスイッチと、
前記各ビット線を介して前記各メモリセルから共通ノードに読み出されるデータの論理を判定するセンスアンプと、
前記共通ノードを接地線に接続するリセットスイッチと、
読み出し動作において、オンしている全ての前記選択スイッチのうちデータを読み出さないメモリセルに対応する選択スイッチと、オンしている前記リセットスイッチとをオフした後、プリチャージスイッチを一時的にオンし、前記ワード線を活性化する動作制御回路と
を備えていることを特徴とする半導体メモリ。
A plurality of nonvolatile memory cells having cell transistors including a control gate and a floating gate;
A plurality of bit lines respectively connected to the cell transistors;
A word line commonly connected to the control gate;
A selection switch connected to each of the bit lines and connecting the bit lines to a common node;
A precharge switch for connecting the common node to a precharge line;
A sense amplifier for determining the logic of data read from each memory cell to each common node via each bit line;
A reset switch for connecting the common node to a ground line;
In a read operation, the precharge switch is temporarily turned on after turning off the selection switch corresponding to the memory cell that does not read data among all the selection switches that are turned on and the reset switch that is turned on. And an operation control circuit for activating the word line.
全ての前記選択スイッチと前記リセットスイッチとは、スタンバイ期間にオンしており、
前記動作制御回路は、書き込み動作において、全ての前記選択スイッチをオフした後、前記リセットスイッチをオフし、前記共通ノードに供給される書き込みデータを前記メモリセルのいずれかに書き込むために、データを書き込むメモリセルに対応する選択スイッチをオンすること
を特徴とする請求項1に記載の半導体メモリ。
All the selection switches and the reset switches are on during the standby period,
In the write operation, the operation control circuit turns off all the selection switches, then turns off the reset switch, and writes data to write to one of the memory cells the write data supplied to the common node. 2. The semiconductor memory according to claim 1, wherein a selection switch corresponding to a memory cell to be written is turned on.
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