JP6102060B2 - 半導体集積回路 - Google Patents
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Description
<この発明において利用する高耐圧化技術>
この発明の実施形態では、CMOS回路において一般的に用いられている高耐圧化技術を利用する。そこで、この発明の実施形態の説明に先立ち、このCMOS回路の高耐圧化技術について説明する。
図5はこの発明の実施形態において不揮発性メモリセルとして用いられるNチャネルフローティングゲートトランジスタの構成を示す断面図である。図5に示すように、Nチャネルフローティングゲートトランジスタは、基板(図5に示す例ではPwell)に形成されたソースおよびドレイン間の領域とゲートとの間の酸化膜中にフローティングゲートFGが配置された構成となっている。
図8はこの発明の実施形態である不揮発性メモリ(フラッシュメモリ)の一部である行選択(すなわち、ワード線Wiの選択)のための行選択回路の構成例を示す図である。図8においてワード線WLi(i=0〜m)は図7に示す不揮発性メモリセルアレイに接続されている。不揮発性メモリは、図7に示す不揮発性メモリセルアレイにおけるn+1本のビット線BITj(j=0〜n)のなかから列アドレスの示す1本のビット線BITjを選択する列選択回路を有しているが、その図示は省略されている。
図9は、メインデコーダ100−pおよび選択スイッチ40−pkの構成例を示す図である。なお、図9には、メインデコーダ100−0と、このメインデコーダ100−0に接続されている4個の選択スイッチ40−0k(k=0〜3)のうちの選択スイッチ40−00および40−03の構成が示されている。図9に示すように、メインデコーダ100−pは、論理ゲート38、第1レベルシフタLS1、および第2レベルシフタLS2により構成されている。
以上が本実施形態のメインデコーダ100−pおよび選択スイッチ40−pkの構成である。
次いで、メインデコーダ100−pおよび選択スイッチ40−pkの動作を説明する。
<書き込み時(Program)の動作>
まず、データ書き込み時の動作について説明する。図10に示すように、データ書き込みの際には、VPP=10V、VD3=3V、VD5=5V、VBBM=0V、VDN=3V、BIAS1=VPP−Vthp、BIAS2=VD5−Vthp、BIAS3=0V、BIAS4=3V、BIAS5=VDN(3V)+Vthnに設定される。
データ消去を行う場合、図10に示すように、VPP=3V、VD3=3V、VD5=0V、VBBM=−5V、VDN=0V、BIAS1=VPP−Vthp(=3V−Vthp)、BIAS2=VD5−Vthp(=0V−Vthp=−Vthp)、BIAS3=−5V(=VBBM)、BIAS4=0V、BIAS5=VDN+Vthn(=0V+Vthn=Vthn)に設定される。フラッシュメモリの場合、データの消去は全ての不揮発性メモリセルのデータを一括して消去する「一括消去」である。したがって、本実施形態の不揮発性メモリにおいて、データの消去を行う場合は、全てのワード線WLiを選択し各ワード線WLiに消去レベルの電圧(本実施形態では、−5V)を印加する必要がある。
図10に示すようにデータ読み出しの際には、VPP=3V、VD3=3V、VD5=0V、VBBM=0V、VDN=3V、BIAS1=3V、BIAS2=0V、BIAS3=3V、BIAS4=3V、BIAS5=3V(=VDN=VD3)+Vthnに設定される。
次いでサブデコーダ50の構成を説明する。
サブデコーダ50は、図11に示すデコーダ部DEC1、第3レベルシフタLS3およびバッファBUF1を信号線Fk(k=0〜3)の各々に対して1組、すなわち、合計4組み有している。デコーダDEC1は論理ゲート64とインバータ63を含んでいる。論理ゲート64にはアドレスADDBが与えられる。このアドレスADDBと予め定められたアドレスとが一致する場合には、論理ゲート64の出力はLレベル(VSS=0V)となり、一致しないときはHレベル(VD3=3V)となる。図11に示すように、論理ゲート64の出力はインバータ63による論理反転を経て第3レベルシフタLS3に与えられる。
以上本発明の実施形態について説明したが、これら実施形態を以下のように変形しても良い。
(1)上記実施形態のメインデコーダ100−pは、4本のワード線WLiに対して1組の割合で第1レベルシフタLS1および第2レベルシフタLS2(以下、両者を纏めて「メインデコーダのレベルシフタ」と呼ぶ)を有していた。しかし、図9に示す構成では、メインデコーダのレベルシフタを構成する素子数が多く、メインデコーダ100−pの回路面積が大きくなる虞がある。このような不具合を回避する方策としては、メインデコーダを図13に示すように構成することが考えられる。以下、図13を参照しつつ本変形例のメインデコーダについて説明する。
Claims (13)
- 複数のワード線の何れかに各々接続された複数の不揮発性メモリセルからなる不揮発性メモリセルアレイと、行アドレスに基づいてワード線の選択を行う行選択回路と、を含む半導体集積回路において、
前記行選択回路は、
与えられた行アドレスと予め定められたアドレスとが一致するか否かに応じて第1の論理信号を出力するゲート部と、
第1の高電位側電源ノードの電圧と低電位側電源ノードの電圧の何れか一方を前記第1の論理信号に応じて選択し、第2の論理信号として出力する第1レベルシフタと、
第2の高電位側電源ノードの電圧または前記第2の高電位側電源ノードの電圧と前記低電位側電源ノードの電圧との中間の第1の中間電圧の何れか一方を前記第2の論理信号に応じて選択し、高電位側論理信号として出力するとともに、前記第2の高電位側電源ノードの電圧と前記低電位側電源ノードの電圧との中間の第2の中間電圧または前記低電位側電源ノードの電圧の何れか一方を前記第2の論理信号に応じて選択し、低電位側論理信号として出力する第2レベルシフタと、
前記高電位側論理信号および前記低電位側論理信号に基づいて第3の高電位側電源ノードと前記低電位側電源ノードの何れか一方を選択してワード線に接続する選択手段と、
を有し、
前記第1レベルシフタは、
前記第2の論理信号の出力ノードの電圧が前記第2の中間電圧を超えないように当該出力ノードを高電位側から分離する第1の分離手段、
を有し、
前記第2レベルシフタは、
前記第2の高電位側電源ノードに各々のソースが接続され、相手のドレインが各々のゲートに接続された第1および第2のPチャネルトランジスタと、
前記第1および第2のPチャネルトランジスタの各ドレインに各々のソースが接続され、各々のゲートに第1のバイアス電圧が与えられることによって、前記高電位側論理信号の出力ノードの電圧が前記第1の中間電圧を下回らないように当該出力ノードを低電位側から分離する第2の分離手段として機能する第3および第4のPチャネルトランジスタと、
前記第2の中間電圧と前記低電位側電源ノードの電圧とが電源電圧として与えられる第1および第2のインバータであって、前記第2の論理信号を反転して出力する第1のインバータおよび前記第1のインバータの出力信号を反転して出力する第2のインバータと、
前記第3のPチャネルトランジスタのドレインと前記第1のインバータの出力ノードとの間に介挿される第1のNチャネルトランジスタおよび前記第4のPチャネルトランジスタのドレインと前記第2のインバータの出力ノードとの間に介挿される第2のNチャネルトランジスタであって、各々のゲートに第2のバイアス電圧が与えられることによって、前記低電位側論理信号の出力ノードの電圧が前記第2の中間電圧を超えないように当該出力ノードを高電位側から分離する第3の分離手段として機能する第1および第2のNチャネルトランジスタと、
前記第3のPチャネルトランジスタに並列に接続された第3のNチャネルトランジスタおよび前記第4のPチャネルトランジスタに並列に接続された第4のNチャネルトランジスタであって、各々のゲートに与えられる第3のバイアス電圧によってオン/オフが切り替えられ、前記第2の分離手段によって前記高電位側論理信号の出力ノードを低電位側から分離しないときはオンとされ、逆に分離するときにはオフとされる第3および第4のNチャネルトランジスタと、
を有し、
前記第2のPチャネルトランジスタのドレイン電圧に基づいて前記高電位側論理信号を出力し、前記第2のインバータの出力信号に基づいて前記低電位側論理信号を出力する
ことを特徴とする半導体集積回路。 - 前記第2レベルシフタは、
所定の第4のバイアス電圧が各々のゲートに与えられることによって各々定電流源として動作する第5および第6のPチャネルトランジスタであって、前記第1のPチャネルトランジスタに並列に接続された第5のPチャネルトランジスタと、前記第2のPチャネルトランジスタに並列に接続された第6のPチャネルトランジスタと、
を有し、
前記第1のPチャネルトランジスタのドレイン電圧の低下を前記第5のPチャネルトランジスタの出力電流によって補償し、前記第2のPチャネルトランジスタのドレイン電圧の低下を前記第6のPチャネルトランジスタの出力電流によって補償する
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体集積回路。 - 複数のワード線の何れかに各々接続された複数の不揮発性メモリセルからなる不揮発性メモリセルアレイと、行アドレスに基づいてワード線の選択を行う行選択回路と、を含む半導体集積回路において、
前記行選択回路は、
与えられた行アドレスと予め定められたアドレスとが一致するか否かに応じて第1の論理信号を出力するゲート部と、
第1の高電位側電源ノードの電圧と低電位側電源ノードの電圧の何れか一方を前記第1の論理信号に応じて選択し、第2の論理信号として出力する第1レベルシフタと、
第2の高電位側電源ノードの電圧または前記第2の高電位側電源ノードの電圧と前記低電位側電源ノードの電圧との中間の第1の中間電圧の何れか一方を前記第2の論理信号に応じて選択し、高電位側論理信号として出力するとともに、前記第2の高電位側電源ノードの電圧と前記低電位側電源ノードの電圧との中間の第2の中間電圧または前記低電位側電源ノードの電圧の何れか一方を前記第2の論理信号に応じて選択し、低電位側論理信号として出力する第2レベルシフタと、
前記高電位側論理信号および前記低電位側論理信号に基づいて第3の高電位側電源ノードと前記低電位側電源ノードの何れか一方を選択してワード線に接続する選択手段と、
を有し、
前記第1レベルシフタは、
前記第2の論理信号の出力ノードの電圧が前記第2の中間電圧を超えないように当該出力ノードを高電位側から分離する第1の分離手段、
を有し、
前記第2レベルシフタは、
前記高電位側論理信号の出力ノードの電圧が前記第1の中間電圧を下回らないように当該出力ノードを低電位側から分離する第2の分離手段と、
前記低電位側論理信号の出力ノードの電圧が前記第2の中間電圧を超えないように当該出力ノードを高電位側から分離する第3の分離手段と、
前記第2の分離手段と並列に設けられるスイッチであって、前記第2の分離手段によって前記高電位側論理信号の出力ノードを低電位側から分離しないときはオンとされ、逆に分離するときにはオフとされるスイッチと、
を有する
ことを特徴とする半導体集積回路。 - 前記第2レベルシフタは、前記高電位側論理信号の出力ノードに対して電流を供給し、リーク電流による当該出力ノードの電圧降下を補償する補償手段をさらに有することを特徴とする請求項1または請求項3に記載の半導体集積回路。
- 前記選択手段は、
前記高電位側論理信号がゲートに与えられるPチャネルトランジスタと前記低電位側論理信号の反転信号がゲートに与えられるNチャネルトランジスタとを並列接続したCMOSスイッチと、前記低電位側論理信号がゲートに与えられるNチャネルトランジスタとを前記第3の高電位側電源ノードと前記低電位側電源ノードとの間に直列に介挿してなり、
前記低電位側論理信号がゲートに与えられるNチャネルトランジスタのドレインと前記CMOSスイッチとの共通接続点の電圧をワード線に出力する
ことを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載の半導体集積回路。 - 複数のワード線の何れかに各々接続された複数の不揮発性メモリセルからなる不揮発性メモリセルアレイと、行アドレスに基づいて前記複数のワード線のうちの1本を選択する行選択回路と、を含む半導体集積回路において、
前記行選択回路は、
与えられた行アドレスと予め定められたアドレスとが一致するか否かに応じて第1の論理信号を出力するゲート部と、
第1の高電位側電源ノードの電圧と低電位側電源ノードの電圧の何れか一方を前記ゲート部の出力信号に応じて選択し、第2の論理信号として出力する第1レベルシフタと、
第2の高電位側電源ノードの電圧または前記第2の高電位側電源ノードの電圧と前記低電位側電源ノードの電圧との中間の第1の中間電圧の何れか一方を前記第2の論理信号に応じて選択し、高電位側論理信号として出力するとともに、前記第2の高電位側電源ノードの電圧と前記低電位側電源ノードの電圧との中間の第2の中間電圧または前記低電位側電源ノードの電圧の何れか一方を前記第2の論理信号に応じて選択し、低電位側論理信号として出力する第2レベルシフタと、
前記高電位側論理信号および前記低電位側論理信号に基づいてワード線の選択を行う選択手段と、
を備え、
前記第1レベルシフタは、
前記第2の論理信号の出力ノードの電圧が前記第2の中間電圧を超えないように当該出力ノードを高電位側から分離する第1の分離手段、
を有し、
前記第2レベルシフタは、
前記高電位側論理信号の出力ノードの電圧が前記第1の中間電圧を下回らないように当該出力ノードを低電位側から分離する第2の分離手段と、
前記低電位側論理信号の出力ノードの電圧が前記第2の中間電圧を超えないように当該出力ノードを高電位側から分離する第3の分離手段と、
を有し、
前記不揮発性メモリセルへのデータの書き込みを行う場合には、前記第2の高電位側電源ノードの電圧を前記第1の高電位側電源ノードの電圧よりも高くするとともに前記第1、第2および第3の分離手段による出力ノードの分離を行い、前記不揮発性メモリセルに記憶されたデータの消去を行う場合には、前記第2の高電位側電源ノードの電圧を前記第1の高電位側電源ノードの電圧と同じにし、さらに前記低電位側電源ノードの電圧を0または負の電圧にするとともに、前記第1、第2および第3の分離手段による出力ノードの分離を行い、前記不揮発性メモリセルからのデータの読み出しを行う際には、前記第1、第2および第3の分離手段による出力ノードの分離を行わず、かつ前記第2の高電位側電源ノードの電圧を前記第1の高電位側電源ノードの電圧と同じにする
ことを特徴とする半導体集積回路。 - 前記第2レベルシフタは、
前記第2の高電位側電源ノードに各々のソースが接続され、相手のドレインが各々のゲートに接続された第1および第2のPチャネルトランジスタと、
前記第1および第2のPチャネルトランジスタの各ドレインに各々のソースが接続され、各々のゲートに第1のバイアス電圧が与えられることによって前記第2の分離手段として機能する第3および第4のPチャネルトランジスタと、
前記第2の中間電圧と前記低電位側電源ノードの電圧とが電源電圧として与えられる第1および第2のインバータであって、前記第2の論理信号を反転して出力する第1のインバータおよび前記第1のインバータの出力信号を反転して出力する第2のインバータと、
前記第3のPチャネルトランジスタのドレインと前記第1のインバータの出力ノードとの間に介挿される第1のNチャネルトランジスタおよび前記第4のPチャネルトランジスタのドレインと前記第2のインバータの出力ノードとの間に介挿される第2のNチャネルトランジスタであって、各々のゲートに第2のバイアス電圧が与えられることによって前記第3の分離手段として機能する第1および第2のNチャネルトランジスタと、
を備え、
前記第2のPチャネルトランジスタのドレイン電圧に基づいて前記高電位側論理信号を出力し、前記第2のインバータの出力信号に基づいて前記低電位側論理信号を出力する
ことを特徴とする請求項6に記載の半導体集積回路。 - 前記第2レベルシフタは、
前記第3のPチャネルトランジスタに並列に接続された第3のNチャネルトランジスタおよび前記第4のPチャネルトランジスタに並列に接続された第4のNチャネルトランジスタであって、各々のゲートに与えられる第3のバイアス電圧によってオン/オフが切り替えられ、前記第2の分離手段によって前記高電位側論理信号の出力ノードを低電位側から分離しないときはオンとされ、逆に分離するときにはオフとされる第3および第4のNチャネルトランジスタをさらに有する
ことを特徴とする請求項7に記載の半導体集積回路。 - 前記第2レベルシフタは、
所定の第4のバイアス電圧が各々のゲートに与えられることによって各々定電流源として動作する第5および第6のPチャネルトランジスタであって、前記第1のPチャネルトランジスタに並列に接続された第5のPチャネルトランジスタと、前記第2のPチャネルトランジスタに並列に接続された第6のPチャネルトランジスタと、
を有し、
前記第1のPチャネルトランジスタのドレイン電圧の低下を前記第5のPチャネルトランジスタの出力電流によって補償し、前記第2のPチャネルトランジスタのドレイン電圧の低下を前記第6のPチャネルトランジスタの出力電流によって補償する
ことを特徴とする請求項7または請求項8に記載の半導体集積回路。 - 複数のワード線の何れかに各々接続された複数の不揮発性メモリセルからなる不揮発性メモリセルアレイと、行アドレスに基づいて前記複数のワード線のうちの1本を選択する行選択回路と、を含む半導体集積回路において、
前記行選択回路は、
与えられた行アドレスと予め定められたアドレスとが一致するか否かに応じて第1の高電位側電源ノードの電圧または低電位側電源ノードの電圧の何れか一方を選択し、第1の論理信号として出力するゲート部と、
第2の高電位側電源ノードの電圧または前記第2の高電位側電源ノードの電圧と前記低電位側電源ノードの電圧との中間の第1の中間電圧の何れか一方を前記第1の論理信号に応じて選択し、高電位側論理信号として出力するとともに、前記第2の高電位側電源ノードの電圧と前記低電位側電源ノードの電圧との中間の第2の中間電圧または前記低電位側電源ノードの電圧の何れか一方を前記第1の論理信号に応じて選択し、低電位側論理信号として出力するレベルシフタと、
第3の高電位側電源ノードの電圧と前記低電位側電源ノードの電圧の何れか一方を前記高電位側論理信号および前記低電位側論理信号に応じて選択し、ワード線に印加するための電圧として出力するバッファ回路と、
を有し、
前記レベルシフタは、
前記低電位側論理信号を反転して出力する第1のインバータと、
前記高電位側論理信号の出力ノードの電圧が前記第1の中間電圧を下回らないように当該出力ノードを低電位側から分離する第1の分離手段と、
前記低電位側論理信号の出力ノードの電圧が前記第2の中間電圧を超えないように当該出力ノードを高電位側から分離する第2の分離手段と、
を有し、
前記バッファ回路は、
前記高電位側論理信号がゲートに与えられる第1のPチャネルトランジスタと前記第1のインバータの出力信号がゲートに与えられる第1のNチャネルトランジスタとを並列接続したCMOSスイッチと、前記低電位側論理信号がゲートに与えられる第2のNチャネルトランジスタと、を前記第3の高電位側電源ノードと前記低電位側電源ノードとの間に直列に介挿してなり、
前記第2のNチャネルトランジスタのドレインと前記CMOSスイッチとの共通接続点が、ワード線に印加するための電圧の出力ノードとなっており、
前記不揮発性メモリセルへのデータの書き込みを行う場合には、前記第2および第3の高電位側電源ノードの電圧を同じにしつつ前記第1の高電位側電源ノードの電圧よりも高くするとともに前記第1および第2の分離手段による出力ノードの分離を行い、前記不揮発性メモリセルに書き込んだデータの検証を行う場合には、前記第3の高電位側電源ノードの電圧をデータ書き込み時よりも引き下げるとともに前記第1および第2の分離手段による出力ノードの分離を行い、前記不揮発性メモリセルからのデータの読み出し、消去または消去後の検証を行う場合には、前記第1および第2の分離手段による出力ノードの分離を行わず、かつ前記第2および第3の高電位側電源ノードの電圧を前記第1の高電位側電源ノードの電圧と同じにする
ことを特徴とする半導体集積回路。 - 前記レベルシフタは、
前記第2の高電位側電源ノードに各々のソースが接続され、相手のドレインが各々のゲートに接続された第2および第3のPチャネルトランジスタと、
前記第2および第3のPチャネルトランジスタの各ドレインに各々のソースが接続され、各々のゲートに第1のバイアス電圧が与えられることによって前記第1の分離手段として機能する第4および第5のPチャネルトランジスタと、
前記第2の中間電圧と前記低電位側電源ノードの電圧とが電源電圧として与えられる第2および第3のインバータであって、前記第1の論理信号を反転して出力する第2のインバータおよび前記第2のインバータの出力信号を反転して出力する第3のインバータと、
前記第4のPチャネルトランジスタのドレインと前記第2のインバータの出力ノードとの間に介挿される第3のNチャネルトランジスタおよび前記第5のPチャネルトランジスタのドレインと前記第3のインバータの出力ノードとの間に介挿される第4のNチャネルトランジスタであって、各々のゲートに第2のバイアス電圧が与えられることによって前記第2の分離手段として機能する第3および第4のNチャネルトランジスタと、
を備え、
前記第2のPチャネルトランジスタのドレイン電圧に基づいて前記高電位側論理信号を出力し、前記第3のインバータの出力信号に基づいて前記低電位側論理信号を出力する
ことを特徴とする請求項10に記載の半導体集積回路。 - 前記レベルシフタは、
前記第4のPチャネルトランジスタに並列に接続された第5のNチャネルトランジスタおよび前記第5のPチャネルトランジスタに並列に接続された第6のNチャネルトランジスタであって、各々のゲートに与えられる第3のバイアス電圧によってオン/オフが切り替えられ、前記第1の分離手段によって前記高電位側論理信号の出力ノードを低電位側から分離しないときはオンとされ、逆に分離するときにはオフとされる第5および第6のNチャネルトランジスタをさらに有する
ことを特徴とする請求項11に記載の半導体集積回路。 - 前記レベルシフタは、
所定の第4のバイアス電圧が各々のゲートに与えられることによって各々定電流源として動作する第6および第7のPチャネルトランジスタであって、前記第2のPチャネルトランジスタに並列に接続された第6のPチャネルトランジスタと、
前記第3のPチャネルトランジスタに並列に接続された第7のPチャネルトランジスタと、
を有し、
前記第2のPチャネルトランジスタのドレイン電圧の低下を前記第6のPチャネルトランジスタの出力電流によって補償し、前記第3のPチャネルトランジスタのドレイン電圧の低下を前記第7のPチャネルトランジスタの出力電流によって補償する
ことを特徴とする請求項11または請求項12に記載の半導体集積回路。
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