JPH09102197A - 半導体メモリ装置の共通ソースライン制御回路 - Google Patents

半導体メモリ装置の共通ソースライン制御回路

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JPH09102197A
JPH09102197A JP17114396A JP17114396A JPH09102197A JP H09102197 A JPH09102197 A JP H09102197A JP 17114396 A JP17114396 A JP 17114396A JP 17114396 A JP17114396 A JP 17114396A JP H09102197 A JPH09102197 A JP H09102197A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 メモリセルのバルクに印加した消去電圧のデ
ィスチャージ(消去電圧回復)に伴うノーマリオントラ
ンジスタのスナップバックブレークダウンを防止し得る
共通ソースライン制御回路を提供する。 【解決手段】 ノーマリオントランジスタ1及びノーマ
リオフトランジスタ2を直列接続してなる第1経路と、
ノーマリオントランジスタ4、抵抗R3、ノーマリオフ
トランジスタ5を直列接続してなる第2経路と、を共通
ソースラインCSLに対し並列に設ける。信号バーER
Aは消去及び消去電圧回復でVss、その他でVccと
なる。信号バーSHOFeraは、消去でVssにあ
り、消去電圧回復でVccへ遷移する。その他ではVc
cである。消去電圧回復時に第2経路がまず導通して消
去電圧をディスチャージするので、トランジスタ1のス
ナップバックブレークダウンが防止される。またこのと
き、抵抗R3により第2経路のトランジスタ4のスナッ
プバックブレークダウンも確実に防止される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体メモリ装置に
関し、特に、不揮発性メモリで広く使用される共通ソー
スライン制御回路に関する。
【0002】
【従来の技術】例えば、ストリング選択トランジスタと
接地選択トランジスタとの間に複数のメモリセルを直列
接続したNAND形メモリセルアレイを有するEEPR
OMにおける消去動作は、単位消去動作及び単位消去検
証動作の繰り返しにより遂行される。この際、単位消去
動作と単位消去検証動作との間に、20V以上にチャー
ジされたNAND形メモリセルアレイのバルクを接地電
圧レベルへディスチャージする消去電圧回復期間が存在
する。
【0003】32Mb不揮発性半導体メモリ装置の場
合、チップ消去動作時のバルクキャパシタは30nF〜
40nFになり、高密度デバイスになるにつれバルクキ
ャパシタは一層大きくなる。この30nF〜40nFの
キャパシタンスを20Vにチャージしたバルクに対し接
地レベルへのディスチャージを行う手法について、図1
Aを参照して説明する。この図1Aに示すのは、NAN
D形メモリセルアレイの共通ソースラインを制御する共
通ソースライン制御回路である。
【0004】図示の回路では、ノーマリオントランジス
タ(デプレッション形NMOSFET)1及びノーマリ
オフトランジスタ(エンハンスメント形NMOSFE
T)2の各チャネルが、メモリセルアレイのバルク3に
つながる共通ソースラインCSLと接地電圧Vssとの
間に直列に設けられている。ノーマリオントランジスタ
1のゲートに印加される信号Vabdは、ジャンクショ
ンブレークダウン(junction breakdown)電圧を高めるた
めに6V以上で消去期間に印加される。ノーマリオフト
ランジスタ2のゲートに印加される信号バーERAは、
消去期間で接地電圧とされ、消去電圧回復期間及び消去
検証期間で電源電圧Vccとされる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】通常のデプレッション
形NMOSトランジスタにおけるスナップバック(snap-
back) ブレークダウンは、ドレインとソースとの間の電
圧差Vdsが13V以上、そして、ドレイン−ソースを
通じて流れる電流が数mAになると発生する。消去期間
において、バルク3に20Vの消去電圧Veraが印加
され且つノーマリオントランジスタ1のソースが8Vに
なると、消去期間ではノーマリオントランジスタ1のV
dsが12Vになる。この状態から信号バーERAが電
源電圧Vccへ遷移すれば、バルク3にチャージされて
いる消去電圧Veraがノーマリオントランジスタ1及
びノーマリオフトランジスタ2を通じてディスチャージ
される。このときの消去電圧Vera及びノーマリオン
トランジスタ1のソース電圧Vsは、ノーマリオントラ
ンジスタ1及びノーマリオフトランジスタ2の抵抗によ
り決定される。これに関して図1Bを参照して説明す
る。
【0006】図1Bは、消去電圧回復期間における共通
ソースライン制御回路の等価回路図で、これを基に消去
電圧回復期間におけるVeraとVsとの変化を式で表
すと、Vs=Vera×〔R2/(R1+R2)〕とな
り、このVsは8V以上にはならない。
【0007】バルクキャパシタを30nFと仮定する場
合、Vera=20e-[1/[(R1+R2) 30*10-9]*t] (この
式中“10−9”は10-9を表す)となり、即ち抵抗R
2が抵抗R1より小さければ、信号バーERAが電源電
圧Vccレベルへ遷移するとき、速いディスチャージに
より電圧Vsは8V以下になる。このときに電圧Vds
は13V以上になってしまうので、ノーマリオントラン
ジスタ1のソース及びドレインをなすアクティブ領域と
基板との間でスナップバックブレークダウンが発生す
る。そして、バルク3の大きいキャパシタンスのため、
スナップバックブレークダウンは長時間発生することに
なり、結果的にノーマリオントランジスタ1が破壊され
る可能性がある。
【0008】この従来技術に鑑みて本発明は、スナップ
バックブレークダウンによるノーマリオントランジスタ
の破壊を防止し得る共通ソースライン制御回路を備えた
半導体メモリ装置を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】この目的のために本発明
では、メモリセルのバルクに印加された消去電圧を共通
ソースラインを介してディスチャージする半導体メモリ
装置の共通ソースライン制御回路において、ノーマリオ
ントランジスタ及びノーマリオフトランジスタを直列接
続してなる第1経路と、ノーマリオントランジスタ、抵
抗、ノーマリオフトランジスタを直列接続してなる第2
経路と、を共通ソースラインに対し並列に設けることを
特徴とする。この回路では、メモリセルの消去期間終了
に際して第2経路のノーマリオフトランジスタを先に導
通させて消去電圧をディスチャージするようにしておく
とよい。
【0010】具体的動作形態としては、メモリセルの消
去期間で、第1経路のノーマリオフトランジスタ及び第
2経路のノーマリオフトランジスタに接地電圧の制御信
号を印加し、その後の消去電圧回復期間で、第1経路の
ノーマリオフトランジスタの制御信号を接地電圧にする
と共に第2経路のノーマリオフトランジスタの制御信号
を電源電圧にして動作させる。またこのとき、消去電圧
回復期間の初期に、第2経路のノーマリオフトランジス
タに対する制御信号を徐々に電源電圧へ遷移させるよう
にしておくと好ましい。更に、消去期間で、各ノーマリ
オントランジスタに対し少なくとも6Vの制御信号を印
加するのがよい。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態につき添
付図面を参照して詳細に説明する。
【0012】本実施形態に適用されるNAND形メモリ
セル構造は、1988年発行のIEDM412〜415
ページに記載された「New Device Technology for 5V-o
nly4Mb EEPROM with NAND structure cell 」などに開
示されており、また、EEPROMの詳細構成や読出/
書込動作については、1993年1月13日付韓国特許
出願93−390号などに詳しい。
【0013】図2に、不揮発性半導体メモリ装置のメモ
リアレイ中の1つのサブメモリブロックの構成を示す。
本実施形態において、32Mb容量のメモリ装置が適用
されるとすれば、4096本のメモリストリングから構
成されたサブメモリブロックMCA1は、4kb(40
96b)の容量を有し、512個のサブメモリブロック
から構成されたメモリブロックで2Mbの容量を有する
ことになる。このようなメモリブロックを16個用意す
れば32Mbの容量とした不揮発性半導体メモリ装置が
提供される。
【0014】図示のサブメモリブロックMCA1では、
ストリング選択ラインSL1,SL2とワードラインW
L1〜WL16を選択する2個のローデコーダ10が、
アレイ左右に配置してある。また、2つのセンスアンプ
ページバッファブロック12,14がアレイ上下に配置
され、それぞれアレイ上半分と下半分に割り当てられて
いる。このセンスアンプページバッファブロック12,
14に、メモリセル(セルトランジスタ)から読出され
たデータを一時貯蔵する複数のページバッファと、メモ
リセルのデータを感知するための複数のセンスアンプと
が設けられ、各センスアンプ、ページバッファは、ビッ
トラインBL1〜BL4096のそれぞれに接続され
る。
【0015】直列接続されたメモリセルM1〜M16の
ソースに接地電圧を提供するための接地選択トランジス
タST2のソースは、共通ソースラインCSLを通じて
共通ソースライン制御回路11へつながれる。消去ポン
プ13の出力消去電圧Veraは、実際の回路構造で
は、共通ソースラインCSLに順方向バイアス接合(fow
ard-biased junction)を通じて印加される(図3参
照)。
【0016】このようなNAND形フラシュメモリにお
いて、メモリセルM1〜M16のソースは、不純物ドー
プしたウェル又は基板のバルクに高濃度不純物領域を形
成することで構成される。それによって、消去動作の消
去ポンプ13による消去電圧Veraは、バルクを通じ
て共通ソースラインCSL及びメモリセルのソース領域
に供給される。
【0017】図3は、NAND形メモリセルの断面構造
を示している。半導体基板30は、P形シリコン単結晶
の半導体基板である。P形ウェル領域32は、半導体基
板30の主表面から約4μmの深さで形成され、このP
形ウェル領域32を囲うようにしてN形ウェル領域31
が形成されている。P形ウェル領域32内には、N形不
純物を高濃度ドープすることによりN+ 領域33〜40
が、各チャネル領域41を介し離隔するようにして形成
される。メモリセルM1〜M16のチャネル領域41上
にはフローティングゲート及び制御ゲートが形成され、
即ちメモリセルはフローティングゲートトランジスタで
ある。
【0018】N+ 領域40は、コンタクトホール42を
通じてビットラインBLへ接続し、ストリング選択トラ
ンジスタST1のドレイン領域として用いられる。N+
領域34〜39は、ストリング選択トランジスタST
1、メモリセルM1〜M16、及び接地選択トランジス
タST2の隣接2個のトランジスタの共通ソース・ドレ
イン領域として用いられる。そして、N+ 領域33は、
接地選択トランジスタST2のソース領域であり、且つ
埋込み共通ソースラインCSLとして用いられる。ま
た、N形ウェル領域31及びP形ウェル領域32を含む
バルク3に、消去電圧Veraが印加される。
【0019】図4Aに、共通ソースライン制御回路11
の第1実施形態を示す。この共通ソースライン制御回路
11は、共通ソースラインCSLと接地電圧Vssとの
間に並列に設けた第1経路(1,2)及び第2経路
(4,5)を有する。第1経路は、共通ソースラインC
SLから接地電圧Vssへ直列接続したノーマリオント
ランジスタ1及びノーマリオフトランジスタ2からな
り、第2経路は、共通ソースラインCSLから接地電圧
Vssへ、ノーマリオントランジスタ4、抵抗R3、ノ
ーマリオフトランジスタ5を直列接続して構成される。
【0020】各ノーマリオントランジスタ1,4のゲー
トには信号Vabdが入力される。また、第1経路のノ
ーマリオフトランジスタ2のゲートは、消去期間及び消
去電圧回復期間でVssレベル、その他の期間でVcc
レベルになる信号バーERAにより制御される。そし
て、第2経路のノーマリオフトランジスタ5のゲート
は、消去期間のみVssレベルになり、その他の期間で
Vccレベルになる信号バーSHOFeraにより制御
される。
【0021】第1経路をなす各トランジスタ1,2のチ
ャネル抵抗は、読出モード、検証モードやプログラムモ
ードにおいてメモリセル電流による共通ソースラインC
SLの電圧上昇が発生してメモリセルのセンシングマー
ジンが減少しないように、小さく設計される。そして、
ノーマリオントランジスタ4、抵抗R3、ノーマリオフ
トランジスタ5よりなる第2経路は、消去電圧回復期間
においてノーマリオントランジスタ1のスナップバック
ブレークダウンを防止するために用いられる補助経路で
ある。
【0022】図4Bに、図4Aの回路の消去電圧回復動
作時の等価回路を示す。抵抗R4はノーマリオントラン
ジスタ4のチャネル抵抗、抵抗R5はノーマリオフトラ
ンジスタ5のチャネル抵抗である。また、図5は、消去
モードにおける各信号のタイミングを示している。
【0023】信号Vabdは、消去期間T1で6V以上
に設定され、その他の期間では電源電圧Vccレベルを
保持する。信号バーERAは、消去期間T1及び消去電
圧回復期間T2で接地電圧Vssレベルを保持し、その
他の期間で電源電圧Vccレベルを保持する。信号バー
SHOFeraは、消去期間T1でのみ接地電圧Vss
レベルを保持し、消去電圧回復期間T2で電源電圧Vc
cレベルへ遷移する。またその他の期間では電源電圧V
ccレベルを保持する。
【0024】即ち、消去電圧回復時に抵抗R3を設けた
第2経路がまず導通して消去電圧Veraのディスチャ
ージを行うので、ノーマリオントランジスタ1のスナッ
プバックブレークダウンが防止される。またこのとき、
抵抗R3による抵抗値が設定してあるので、第2経路の
ノーマリオントランジスタ4のスナップバックブレーク
ダウンも確実に防止される。
【0025】下記表1に、消去モード及び消去検証モー
ドにおけるメモリセルアレイの信号状態を示す。
【表1】
【0026】この表1を参照すれば、消去モード(消去
期間)では、ビットラインBL1〜BL4096はフロ
ーティング、ストリング選択トランジスタST1及び接
地選択トランジスタST2を制御するストリング選択ラ
インSL1,SL2は電源電圧Vcc、メモリセルM1
〜16の制御ゲートを制御するワードラインWL1〜W
L16は0V(接地)の各状態にされる。そして、バル
ク3は20V以上の消去電圧Veraとされ、共通ソー
スラインCSLはフローティング状態とされる。
【0027】一方の消去検証モード(図5の期間T3)
では、ビットラインBL1〜4096はフローティン
グ、ストリング選択トランジスタST1及び接地選択ト
ランジスタST2を制御するストリング選択ラインSL
1,SL2は電源電圧Vcc、メモリセルM1〜M16
の制御ゲートを制御するワードラインWL1〜WL16
は0Vの各状態になり、そして、バルク3及び共通ソー
スラインCSLは、上述のような共通ソースライン制御
回路11による消去電圧回復の結果、0Vの状態にな
る。
【0028】図6Aに、共通ソースライン制御回路11
の第2実施形態を示す。第2経路は、図4Aと同じくノ
ーマリオントランジスタ4、抵抗R3’、ノーマリオフ
トランジスタ5を直列接続したものであるが、抵抗R
3’は図4Aの抵抗R3の位置と異なり、ノーマリオン
トランジスタ4と共通ソースラインCSLとの間に接続
され、ノーマリオントランジスタ4及びノーマリオフト
ランジスタ5が直接的に接続されている。そして、図4
Aの回路同様に、トランジスタ1,2からなる第1経路
は、読出モード、プログラムモード、検証モードの期間
でメイン経路として用いられ、第2経路は、第1経路の
ノーマリオントランジスタ1のスナップバックブレーク
ダウンを防止するために、消去電圧回復期間で用いられ
る補助経路となる。
【0029】この回路においては、消去電圧回復時に信
号バーSHOFeraが論理“ハイ”レベルへ遷移する
と、抵抗R3’により電圧降下が生じることにより、第
2経路のノーマリオントランジスタ4のVdsが減少す
る。従って、ノーマリオントランジスタ4のスナップバ
ックブレークダウンが防止される。
【0030】図6Bに、図6Aの回路の消去電圧回復時
における等価回路を示す。抵抗R4はノーマリオントラ
ンジスタ4のチャネル抵抗、抵抗R5はノーマリオフト
ランジスタ5のチャネル抵抗である。この回路におい
て、抵抗R3’の抵抗値を抵抗R4及び抵抗R5よりも
大きくすることにより、スナップバックブレークダウン
を効果的に防止できる。
【0031】図7Aには、共通ソースライン制御回路1
1の第3実施形態を示す。この実施形態は、図4Aと図
6Aの構成を合体させたものである。第2経路は、図4
Aや図6Aと同じくノーマリオントランジスタ4、抵抗
R3,R3’、ノーマリオフトランジスタ5を直列接続
して構成され、即ち、共通ソースラインCSLからVs
sへ、抵抗R3’、ノーマリオントランジスタ4、抵抗
R3、ノーマリオフトランジスタ5の順に直列接続して
構成されている。
【0032】第2経路において、消去回復動作で信号バ
ーSHOFeraが論理“ハイ”レベルへ遷移したとき
に、抵抗R3’及び抵抗R3により、ノーマリオントラ
ンジスタ4のVdsが大幅に軽減される。従って、ノー
マリオントランジスタ1,4のスナップバックブレーク
ダウンが確実に防止される。
【0033】図7Bに、図7Aの回路の消去電圧回復時
における等価回路を示す。抵抗R4はノーマリオントラ
ンジスタ4のチャネル抵抗、抵抗R5はノーマリオフト
ランジスタ5のチャネル抵抗である。この回路におい
て、抵抗R3’及び抵抗R3の抵抗値を抵抗R4及び抵
抗R5よりも大きくすることにより、スナップバックブ
レークダウンを効果的に防止できる。
【0034】消去電圧回復期間におけるノーマリオント
ランジスタ4のスナップバックブレークダウンの防止に
ついて、各実施形態ごとに詳述する。
【0035】図4Bにおいて、消去電圧Vera=20
V、信号Vabd=6V、ノーマリオントランジスタ1
のしきい値電圧Vt=−2Vとすれば、Vera=20
-t /[C(R3+R4+R5)]、Vds=Vera{R4/(R3
+R4+R5)}になり、つまり、Vds=20e
-t/[C(R3+R4+R5)]×{R4/(R3+R4+R5)}と
なる。結果的に、抵抗R3の抵抗値やノーマリオフトラ
ンジスタ5のパス電流を調整することにより、ノーマリ
オントランジスタ4のVdsを13Vに達しないように
抑えると共に電流を数mAに達しないように抑え、スナ
ップバックブレークダウンの発生を防止できる。
【0036】また図6Bにおいては、Vera=20e
-t/[C(R3'+R4+R5)] 、Vds=Vera{R4/(R
3’+R4+R5)}となる。つまり、Vds=20e
-t/[C( R3'+R4+R5)] ×{R4/(R3’+R4+R
5)}である。その結果、抵抗R3’の抵抗値やノーマ
リオフトランジスタ5のパス電流を調整することによ
り、ノーマリオントランジスタ4のVdsを13Vに達
しないように抑えると共に電流を数mAに達しないよう
に抑え、スナップバックブレークダウンの発生を防止で
きる。
【0037】更に図7Bにおいては、Vera=20e
-t/[C(R3+R3'+R4+R5)]、Vds=Vera{R4/(R
3+R3’+R4+R5)}となる。つまり、Vds=
20e-t/[C(R3+R3'+R4+R5)]×{R4/(R3+R3’
+R4+R5)}である。その結果、抵抗R3及び抵抗
R3’の抵抗値やノーマリオフトランジスタ5のパス電
流を調整することにより、ノーマリオントランジスタ4
のVdsを13Vに達しないように抑えると共に電流を
数mAに達しないように抑え、スナップバックブレーク
ダウンの発生を防止できる。
【0038】以上の実施形態の回路においては、消去電
圧回復期間の初期に信号バーSHOFeraが徐々に
(数百μS以上の遷移時間)電源電圧レベルへ遷移する
ようにすれば、ノーマリオフトランジスタ5の初期抵抗
値を最初のうちに大きくできる。これにより、ノーマリ
オントランジスタ4のVdsを更に減少させることが可
能である。また、ノーマリオントランジスタ1,4に対
しては、消去期間でその抵抗値が小さくなるように6V
以上の信号Vabdが印加される。これによってもスナ
ップバックブレークダウンの発生を少なからず防止する
ようにされている。
【図面の簡単な説明】
【図1】分図Aは、従来技術による共通ソースライン制
御回路を示す回路図、分図Bは、消去電圧回復期間にお
けるその等価回路図。
【図2】本発明による共通ソースライン制御回路を適用
可能なメモリセルアレイ及び周辺回路を示すブロック
図。
【図3】図2に示したメモリセルアレイの断面図。
【図4】分図Aは、本発明による共通ソースライン制御
回路の第1実施形態を示す回路図、分図Bは、消去電圧
回復期間におけるその等価回路図。
【図5】本発明による共通ソースライン制御回路に提供
される各信号の波形図。
【図6】分図Aは、本発明による共通ソースライン制御
回路の第2実施形態を示す回路図、分図Bは、消去電圧
回復期間におけるその等価回路図。
【図7】分図Aは、本発明による共通ソースライン制御
回路の第3実施形態を示す回路図、分図Bは、消去電圧
回復期間におけるその等価回路図。
【符号の説明】
1,4 ノーマリオントランジスタ 2,5 ノーマリオフトランジスタ R3,R3’ 抵抗

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 メモリセルのバルクに印加された消去電
    圧を共通ソースラインを介してディスチャージする半導
    体メモリ装置の共通ソースライン制御回路において、 ノーマリオントランジスタ及びノーマリオフトランジス
    タを直列接続してなる第1経路と、ノーマリオントラン
    ジスタ、抵抗、ノーマリオフトランジスタを直列接続し
    てなる第2経路と、を共通ソースラインに対し並列に設
    けたことを特徴とする共通ソースライン制御回路。
  2. 【請求項2】 メモリセルの消去期間終了に際して第2
    経路のノーマリオフトランジスタを先に導通させて消去
    電圧をディスチャージする請求項1記載の共通ソースラ
    イン制御回路。
  3. 【請求項3】 メモリセルの消去期間で、第1経路のノ
    ーマリオフトランジスタ及び第2経路のノーマリオフト
    ランジスタに接地電圧の制御信号を印加し、その後の消
    去電圧回復期間で、第1経路のノーマリオフトランジス
    タの制御信号を接地電圧にすると共に第2経路のノーマ
    リオフトランジスタの制御信号を電源電圧にする請求項
    2記載の共通ソースライン制御回路。
  4. 【請求項4】 消去電圧回復期間の初期に、第2経路の
    ノーマリオフトランジスタに対する制御信号を徐々に電
    源電圧へ遷移させる請求項3記載の共通ソースライン制
    御回路。
  5. 【請求項5】 消去期間で、各ノーマリオントランジス
    タに対し少なくとも6Vの制御信号を印加する請求項3
    又は請求項4記載の共通ソースライン制御回路。
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