JPH06314497A - 半導体メモリ - Google Patents
半導体メモリInfo
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- JPH06314497A JPH06314497A JP10461993A JP10461993A JPH06314497A JP H06314497 A JPH06314497 A JP H06314497A JP 10461993 A JP10461993 A JP 10461993A JP 10461993 A JP10461993 A JP 10461993A JP H06314497 A JPH06314497 A JP H06314497A
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- G—PHYSICS
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- G11C—STATIC STORES
- G11C16/00—Erasable programmable read-only memories
- G11C16/02—Erasable programmable read-only memories electrically programmable
- G11C16/06—Auxiliary circuits, e.g. for writing into memory
- G11C16/24—Bit-line control circuits
Abstract
来に比べて少なくすることができ、かつ安定して読出す
ことのできる不揮発性半導体メモリおよびその読出し方
法を提供する。 【構成】 各列線を充電するためのトランジスタ31〜
34と列線BL1〜BL4との間にゲート電位により列
線の電位を制御することのできる列線電位制御トランジ
スタ41〜44が挿入されており、この列線電位制御ト
ランジスタにより列線が充電される電位を低い値に抑え
ることにより列線のプリチャージによる瞬時電流を小さ
な値に抑え、プリチャージ終了後の読出しサイクルにお
いては列線電位制御トランジスタのゲートの電位をプリ
チャージの時より低い電位に下げて、列線同士の容量結
合による列線の電位の低下が生じても列線の電位検出点
の電位が変動しないようにして誤動作発生を防止した。
Description
もので、特にデータ読出しを改善したNAND構成メモ
リセルを有するEEPROMに関するものである。
の構成を図8に示す。p型半導体基板1の表面にそれぞ
れ高濃度n型不純物拡散領域であるソース領域2および
ドレイン領域3が形成され、これらの間にはチャネル4
が形成されている。チャネルの上方にはゲート絶縁膜5
を介して浮遊ゲート(FG)6およびさらにその上方に
制御ゲート(CG)7がそれぞれ形成されており、通常
ゲート絶縁膜5はトンネル効果が起こる程度に極めて薄
く形成されている。
タ書き込みは次のようにして行われる。2進データの一
方は、制御ゲート7を0Vに設定し、基板1を高電圧に
することで浮遊ゲート6から基板1に電子を放出するこ
とにより書き込まれる。2進データの他方の書き込み
は、基板1、ソース2、ドレイン3をそれぞれ0ボルト
にして制御ゲート7を高電圧にすることで基板1から浮
遊ゲート6に電子を注入することにより行われる。
状に接続し、集積回路化したものの一部を図8に示す。
Mのメモリセルがマトリクス状に配置されたメモリセル
アレイ11〜2nを有しており、直列接続された各メモ
リセル列は列線(ビット線)BL1〜BL2と各メモリ
セル列との間に設けられた選択トランジスタS1、S2
により列線に選択接続されるようになっており、メモリ
セル列に基準電位を与えるためのトランジスタP1、P
2もメモリセル列の他端に接続されている。このため、
選択トランジスタS1、S2のゲートには共通の選択線
が接続され、選択信号SLが与えられるようになってお
り、トランジスタP1、P2のゲートも共通に接続さ
れ、信号φによって制御される。また、メモリセルの同
一行に属するトランジスタのゲートは共通の行線(ワー
ド線)WL1〜WLnに接続されている。
ノードの電圧波形を示す波形図である図10を参照して
説明する。
は、まず制御ゲート7に接続されている全ての行線WL
1〜WLnを0Vにし、基板1を高電圧にして全てのメ
モリセルの浮遊ゲートから基板に電子を放出する。次に
データを書き込むべきメモリセルの選択トランジスタの
ゲートを高電位の選択信号に設定する。同時に信号φを
0Vにし、トランジスタP1、P2をオフさせ、メモリ
セルを基準電位から切り離す。
注入する場合は、対応する行線WLを高電位V1に設定
し、対応する列線BLを0Vに設定する。このとき浮遊
ゲートと基板との間の電位差がトンネルを起こすのに十
分な値となり、基板から浮遊ゲートに電子が注入され
る。
2の電位に設定する。このとき列線の電位が0Vであっ
たとしてもV2の電位が低いため浮遊ゲートと基板との
間の電位差がトンネルを起こすのに十分な値とならず、
浮遊ゲートに電子は注入されない。行線WLが高電位V
1に設定されていたとしても列線BLが電位V3に設定
されていると、このときも浮遊ゲートと基板との間の電
位差がトンネルを起こすのに十分な値とならず、浮遊ゲ
ートに電子は注入されない。すなわち、時刻T1ではメ
モリセル2nの浮遊ゲートに電子が注入され、メモリセ
ル1nの浮遊ゲートには電子の注入は起こらない。同様
に時刻T2ではメモリセル11の浮遊ゲートに電子が注
入され、メモリセル21の浮遊ゲートには電子の注入は
起こらない。
ゲートから電子を放出し、続いてメモリセルの閾電圧を
負の値にすることにより2進データの一方を書き込み、
その後選択的に浮遊ゲートに電子を注入することによ
り、他方のデータを書き込む。
された行線を論理“0”、例えば、0Vとし、非選択と
された行線を論理“1”、例えば5Vに設定する。非選
択となっている行線に接続されているメモリセルは、そ
のゲートである行線が論理“1”であるため、メモリセ
ルの浮遊ゲートに電子が注入されて閾電圧が正であって
も、あるいはメモリセルの浮遊ゲートがら電子が放出さ
れてメモリセルの閾電圧が負であってもオンとなる。し
かし、選択された行線は0Vであるため、この選択され
たメモリセルは閾電圧が正のものはオフとなり、閾電圧
が負のものはオンとなる。したがって、選択されたメモ
リセルがオンとなるかオフとなるかでメモリセルに記憶
されているデータが論理“1”か論理“0”であるかを
検出することが可能である。
子が注入されているメモリセルの閾電圧は、そのメモリ
セルが非選択の時にはオンし、選択されたときにはオフ
するように設定されなければならないため、電子の注入
量については注意を要する。
この電子の注入量をチェックするための読出しを繰り返
し行い、適当な注入量になったときに電子の注入を止め
るようにしている。しかしながら、極めて薄いゲート絶
縁膜を通して電子の注入を行っているため、製造工程に
起因して、ゲート絶縁膜の厚さのばらつきや欠陥等が生
じるため、浮遊ゲートへの電子の注入量はメモリセル間
でばらつく。
リセルの閾電圧はある幅をもってばらつく。よって、最
も閾電圧の低いメモリセルと最も閾電圧の高いメモリセ
ルとの閾電圧の差はメモリセルを流れる電流の差とな
り、選択されたメモリセルからのデータの読出し速度が
メモリセルによって異なることになる。すなわち、直列
に接続された非選択なメモリセルを通して流れる電流に
より、データが検出されるため、非選択なメモリセルの
閾電圧のばらつきはそのままメモリセルに流れる電流の
ばらつきとなり、さらにデータ読出し速度のばらつきと
なる。
リセルに流れる電流は多いほど良いが、電子の注入され
たメモリセルの閾電圧は正の値でなければならないた
め、最も閾電圧が低いメモリセルの閾電圧を0Vよりわ
ずかに高い値に設定したとしてもメモリセルの閾電圧の
分布のばらつきにより最も閾電圧の高いメモリセルの閾
電圧の値は0Vよりもはるかに高い値になってしまう。
これにより、メモリセルに流れる電流は小さな値になっ
てしまい、データを読出すのに時間がかかることにな
る。
Lに接続されているメモリセルの全てから一度にデータ
を読出してこのデータをラッチしておき、このラッチさ
れたデータを順次読出すようにすることが提案されてい
る。このようにすることで、選択された最初のメモリセ
ルからの読出しには時間がかかるが、連続したアドレス
ではその次のメモリセルからのデータの読出しは短時間
で出来るのでデータの読出し時間は短くて済み、高速で
データを読出すことができるようになる。
流れる電流が極めて少ないことから、各列線をプリチャ
ージしてその後メモリセルにより列線が放電されるか、
放電されず充電されたままでいるかを検出することによ
ってデータの読出しを行っていた。この場合、プリチャ
ージした後は列線への充電経路がなくなるため、メモリ
セルに流れる電流が少なくてもDCレベルを十分出すこ
とができる。
っていたため、全ての列線を充電するのに必要な電流は
瞬時的に極めて大きなものとなっていた。すなわち読出
し速度を速くするためには短時間にプリチャージする事
が必要であり、このためプリチャージを行うときの瞬時
ピーク電流はきわめて大きなものとなっていた。
と共に列線同士の間隔が益々小さくなって来、列線同士
の容量結合も無視できなくなってきた。上記のような従
来のプリチャージ方式では、プリチャージが終了した後
は充電経路はない。このため、選択されたメモリセルが
オフのままであるメモリセルが接続された列線はプリチ
ャージ終了後は電気的に浮遊状態となる。一方、選択さ
れたメモリセルがオンの状態であるメモリセルが接続さ
れた列線はこのオン状態のメモリセルによって放電さ
れ、列線の電位は徐々に降下する。オン状態のメモリセ
ルが接続された列線と、オフ状態のメモリセルが接続さ
れて電気的に浮遊状態にある列線とが隣同士にあると、
相互間の容量結合によりオン状態のメモリセルに接続さ
れた列線の電位降下に引っ張られてオフ状態のメモリセ
ルの接続された列線の電位も降下する。微細化の進歩と
共に列線同士の結合容量は益々大きくなり、電気的に浮
遊状態にある列線の電位降下も益々大きくなってきた。
このためプリチャージした時の電位が下がり、誤動作も
生じるようになっている。
な事情に鑑みてなされたもので、各列線をプリチャージ
するのに必要な電流を従来に比べて少なくすることがで
き、かつ安定して読出すことのできるプリチャージ手段
を備えた不揮発性半導体メモリおよびその読出し方法を
提供することを目的とする。
モリによれば、マトリクス状に配列されたメモリセルを
有するメモリセルアレイと、同一行に属する前記メモリ
セルに接続される行線と、同一列に属する前記メモリセ
ルに接続される列線と、前記列線をプリチャージするた
めのプリチャージ手段と、このプリチャージ手段と前記
列線との間に設けられ、前記列線のプリチャージが終了
したときの電位を所定の値に設定する列線電位設定トラ
ンジスタと、この列線電位設定トランジスタと前記プリ
チャージ手段との接続点の電位を検知して選択された前
記メモリセルに記憶されているデータを検出するデータ
検出手段と、前記プリチャージ終了後の前記列線電位設
定トランジスタのゲートの電位をプリチャージ期間のゲ
ートの電位よりも低い値に設定するゲート電位設定手段
とを具備したことを特徴とする。
スメント型であるとよい。
タを記憶する記憶手段をさらに備えるとよい。
チ回路を構成することが好ましい。
いに異なると良い。
は、各列線を充電するためのトランジスタと列線との間
にゲート電位により列線の電位を制御することのできる
列線電位制御トランジスタが挿入されており、列線が充
電される電位を低い値に抑えることにより列線のプリチ
ャージによる瞬時電流を小さな値に抑え、プリチャージ
終了後の読出しサイクルにおいては列線電位制御トラン
ジスタのゲートの電位をプリチャージの時より低い電位
に下げて、列線同士の容量結合による列線の電位の低下
が生じても列線の電位検出点の電位が変動しないように
して誤動作発生を防止している。
る。図7は本願発明が適用されるメモリセルアレイの構
成を示す回路図である。この回路はメモリセルがn行4
列のマトリクス状に配設された3つのメモリセルブロッ
ク(111〜1n4、211〜2n4、311〜3n
4)を有した構成となっている。各メモリブロックにお
いて同一列のメモリセルは直列接続され、選択トランジ
スタS11〜S14、S21〜S24、S31〜S34
を介して対応する列線BL1,BL2,BL3,BL4
に接続される。また、同一行に属するメモリセルのゲー
トは行線WL11〜WL14、WL21〜WL24、W
L31〜WL34により共通接続されている。このよう
に、メモリセルの構成は図9に示したものと本質的に同
じであるが、メモリセルトランジスタと基準電位との間
のトランジスタ1を省略して示している。
3、BL4に接続される各列線を充電するための構成を
示す回路図である。
ネル型エンハンスメント型トランジスタ31〜34とこ
れに信号φ2により制御されるNチャネルエンハンスメ
ント型トランジスタ41〜44の直列接続回路により電
源Vcに接続されている。Pチャネル型エンハンスメン
ト型トランジスタ31〜34は列線を充電するためのも
ので信号φ1が論理“0”の時にオンし列線を充電す
る。また、Nチャネルエンハンスメント型トランジスタ
41〜44は信号φ2が論理“1”の時にオンし列線B
Lをそのゲート電位からその閾電圧を引いた電位まで充
電する。したがって、列線の充電電位は信号φ2の電位
あるいはトランジスタ41〜44の閾電圧によって任意
の値に決めることができる。
1〜44の接続点であるBL1’〜BL4’は信号φ3
により制御されるNチャネルエンハンスメント型トラン
ジスタ51〜54を介してラッチ回路61〜64に接続
されている。
出しのためのもので図9の信号φとは無関係な信号であ
る。また、信号φ1、φ2、φ3は制御信号発生手段7
0で発生される。
形を示す波形図であり、以下、これを参照して図1にお
ける動作を説明する。
“0”に、信号φ2を論理“1”にする。このようにす
ることにより、例えば列線BL1は前述したようにトラ
ンジスタ41のゲートの電位からその閾電圧を引いた電
位まで充電され、トランジスタ41とトランジスタ31
の接続点BL1’は電源電圧VCまで充電される。この
接続点BL1’は寄生容量が小さいため急速に充電され
るが、列線BL1は多くのメモリセルが接続されている
ために寄生容量は大きく、充電は緩慢なものとなる。プ
リチャージ終了後信号φ1を論理“1”にしてトランジ
スタ31をオフ状態とする。一方、信号φ2は論理
“1”のままであるが、図2に示すようにプリチャージ
の時よりその電位を所定の値だけ下げる。これにより、
トランジスタ41のゲート電位から閾電圧を引いた値は
列線の電位よりも小さな値となるため、トランジスタ4
1もオフ状態となる。
が、例えば電源電圧VCに接続された負荷となるトラン
ジスタと基準電位との間に、トランジスタ41と同等の
閾電圧を持ちゲートとドレインとが接続されたトランジ
スタを2個直列に接続したような構成の回路を用い各ト
ランジスタの導通抵抗値を適宜設定すれば、信号φ2の
論理“1”としてトランジスタ41の閾電圧の2倍の電
圧値を持つ信号が得られるので、列線はトランジスタ4
1の閾電圧と同等の電圧値にプリチャージされる。そし
て上記ゲートとドレインとが接続されたトランジスタと
負荷となるトランジスタとの接続点と、基準電位との間
に、上記ゲートとドレインとが接続された2個直列のト
ランジスタに並列にトランジスタを接続するようにし
て、プリチャージ終了後にオンするようにすれば、信号
φ2として上記負荷となるトランジスタと、上記並列に
接続されたトランジスタとの導通抵抗の比で決まる、所
定電圧だけ低下した論理“1”の信号が得られる。
れたメモリセルがオフ状態、列線BL2に接続されてい
る選択されたメモリセルがオン状態となっているとす
る。列線BL1及びBL1’は放電経路がないためにプ
リチャージされた時の電位を保持するが、列線BL2及
びBL2’はメモリセルによって放電される。まず列線
BL2の電位が徐々に放電される。BL2の電位がトラ
ンジスタ42のゲート電位から閾電圧を引いた値以下に
なるとトランジスタ42はオン状態になってBL2’も
放電される。その後信号φ3を論理“1”とするとNチ
ャンネルエンハンスメント型トランジスタ51、52が
オン状態となる。したがってラッチ回路61、62は列
線BL1’、BL2’の電位を検出することにより列線
BL1に接続されている選択されたメモリセルがオフ状
態、列線BL2に接続されている選択されたメモリセル
がオン状態となっていることを検出し、この検出結果を
記憶する。
スタ41〜44により低い電位に抑えているため、プリ
チャージの時の瞬時ピーク電流を小さくできる。またプ
リチャージが終了した後信号φ2の電位を所定の値だけ
下げてトランジスタ41〜44をオフさせているため、
列線同士の容量結合により列線が下がったとしても、こ
の所定の値より大きく下がらなければトランジスタ41
〜44がオンすることはない。したがって、ラッチ回路
61〜64によって検知されるメモリセルのデータが実
質的に読み出されるBL’の電位に影響はなく、誤動作
の発生が防止される。
プリチャージ用トランジスタと列線電位制御トランジス
タの接続点での電位振幅は列線の電位の影響を受けなく
なるため、大きくすることができるので、データ検知の
マージンも大きくなる。
3およびその各部の信号波形を示す波形図である図4を
参照して説明する。図3においては図1と同じ構成要素
には同じ参照番号を付してその詳細な説明は省略する。
2をφ21、φ22の二つの系統に分けている。同様に
信号φ3をφ31、φ32の二つの系統に分けている。
これらの信号は隣接する列線ごとに交互にトランジスタ
41〜44および51〜54のゲートに入力されてお
り、隣接する列線は異なる信号で制御されることにな
る。例えば、列線BL1は信号φ21、φ31で、列線
BL2は信号φ22、φ32で制御されている。このた
めプリチャージされデータが読出される列線に隣接する
列線ではデータの読出しが行われない。したがって、隣
接する列線同士が干渉することはなく、従来のように隣
接する列線による容量結合に基づく誤動作は発生しな
い。
実施例を示すもので、図5は回路構成図、図6はその各
部の信号波形を示す波形図である。この実施例では図3
に示した実施例と同様に、図1の信号φ3をφ31、φ
32の二つの系統に分けているとともに、隣接する列線
で一つのラッチ回路を共用するようにしている。
つの系統に分けて隣接列線に対して供給しているので、
隣接列線に関するトランジスタ51,52がオンする時
期がずれて、メモリセルのデータをラッチ回路が検知す
る時間を異ならせることができ、ラッチ回路を隣接列線
で共通に使用することが可能となる。この実施例ではラ
ッチ回路の数を減少させることができ、スペース効率が
向上する。
ば0Vにしておき、列線の充電が完了した後、非選択な
行線を論理“1”にしても良いし、行線は所定の論理レ
ベルに設定しておき、選択トランジスタを列線の充電完
了後にオンする用にしても良い。もちろん最初から行線
及び選択トランジスタを所定の論理レベルに設定し、そ
の後列線のプリチャージを行うようにしても良く、種々
の応用が可能である。
SトランジスタをメモリセルとするNAND型の不揮発
性半導体メモリで説明したが、本発明は列線をプリチャ
ージする時のデータの読み出し方法であり、これはこれ
に限らず列線をプリチャージするものであれば、どのよ
うなメモリにも本発明を適用することができる。
プリチャージするためのトランジスタと列線の間に列線
の電位を制御するトランジスタを設けたため、プリチャ
ージの時のピーク電流を小さくでき、またこのトランジ
スタによりプリチャージ終了後列線の電位を所定の値に
抑えているので、列線同士の容量結合による誤動作も防
止することができる。
幅を大きくすることができるため、データ検知のマージ
ンも大きくなる。
例の構成を示す回路図である。
施例の構成を示す回路図である。
他の実施例の構成を示す回路図である。
示す回路図である。
ルの構成を示す断面図である。
の構成を示す回路図である。
形図である。
モリセル WL11〜WL14、WL21〜WL24、WL31〜
WL34 行線 BL1〜BL4 列線
Claims (5)
- 【請求項1】マトリクス状に配列されたメモリセルを有
するメモリセルアレイと、 同一行に属する前記メモリセルに接続される行線と、 同一列に属する前記メモリセルに接続される列線と、 前記列線をプリチャージするためのプリチャージ手段
と、 このプリチャージ手段と前記列線との間に設けられ、前
記列線のプリチャージが終了したときの電位を所定の値
に設定する列線電位設定トランジスタと、 この列線電位設定トランジスタと前記プリチャージ手段
との接続点の電位を検知して選択された前記メモリセル
に記憶されているデータを検出するデータ検出手段と、 前記プリチャージ終了後の前記列線電位設定トランジス
タトランジスタのゲートの電位を前記プリチャージ期間
のゲートの電位よりも低い値に設定するゲート電位設定
手段とを具備した半導体メモリ。 - 【請求項2】前記列線電位設定トランジスタはエンハン
スメント型であることを特徴とする請求項1に記載の半
導体メモリ。 - 【請求項3】前記データ検出手段により検出されたデー
タを記憶する記憶手段をさらに備えた請求項1に記載の
半導体メモリ。 - 【請求項4】前記データ検出手段および記憶手段はラッ
チ回路を構成することを特徴とする請求項3に記載の不
揮発性半導体メモリ。 - 【請求項5】隣接する列線は前記プリチャージ期間が互
いに異なることを特徴とする請求項1に記載の不揮発性
半導体メモリ。
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