JPH11260078A - プログラム動作を選択する不揮発性半導体メモリ装置 - Google Patents
プログラム動作を選択する不揮発性半導体メモリ装置Info
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Abstract
ずプログラムを行うことができ、高い電源電圧でもプロ
グラムを行うことができる不揮発性メモリ装置を提供す
ること。 【解決手段】 複数のプログラムサイクルが可能な不揮
発性半導体メモリ装置において、ビットラインとワード
ラインに連結される複数のメモリセルが形成されるメモ
リセルアレーと、複数のデータビットを受ける複数のデ
ータバッファと、前記メモリセルアレーとデータバッフ
ァの間に配列される複数の書き込み駆動回路と、電源電
圧の電流レベルに応じて前記書き込み駆動回路の制御の
ための選択信号を発生する回路とを含み、前記選択信号
は、プログラムサイクルのうち、1サイクルで、プログ
ラムされるデータビットの数を決定する。
Description
モリ装置に関するものであり、より詳しくは、プログラ
ム動作をする不揮発性半導体メモリ装置に関するもので
ある。
できる不揮発性メモリ装置のうち、フラッシュメモリ装
置は、データ処理において、動作速度が速い。フラッシ
ュメモリ装置の高速動作の長所は、携帯用コンピュータ
ー装置、セルラーフォン、又はディジタルスティルカメ
ラに非常に好適である。一般的にフラッシュメモリは、
2つに分類され、メモリセルがビットラインに直列に連
結されるナンド型(NANDtype)とメモリセルがビットラ
インに並列に連結されるノア型(NOR type)がある。
よく知られたように、ノアタイプのフラッシュメモリ
は、データ処理速度が問題であり、ノアタイプがナンド
型より高周波メモリシステムでもっと有利である。
れるフラッシュメモリセルの断面図である。
たソース3及びドレーン4が基板2に定義されるチャン
ネル領域を介して互いに外れている。フローティングゲ
ート6が100オングストローム以下の薄い絶縁膜7を
介してチャンネル領域上に形成され、O-N-O(Oxide−Ni
tride−Oxide)のような薄い絶縁膜9を介してフローテ
ィングゲート6とコントロールゲート8が分離される。
ソース3、ドレーン4、コントロールゲート8、そして
半導体基板2は、プログラム、消去、読出動作のための
電源電圧Vs(ソース電圧)、Vd(ドレーン電圧)、
Vg(ゲート電圧)、Vb(バルク電圧)に、各々連結
される。
メモリセルは、チャンネル領域とフローティングゲート
6の間のホット電子注入(hot electron injection)
によってプログラムされ、ホット電子注入は、ソース3
及び基板2が接地され、高電圧がコントロールゲート8
に印加され、ホットエレクトロンを発生させるため、ド
レーン4に5−6Vの電圧を印加することによって行わ
れる。プログラムされた後、選択されたメモリセルのス
レショルド電圧は、電子の蓄積によって増加される。プ
ログラムされたセルのデータを読出するため、ドレーン
4に約1Vの電圧を印加し、コントロールゲート8に約
4.5Vの電源電圧を印加し、ソース3を接地電圧に維
持させる。スレショルド電圧が増加されたプログラムさ
れたメモリセルは、読出動作の間、ゲート電圧の上昇を
防ぐ役割を果たし、プログラムされたセルは、6−7V
のスレショルド電圧を有するオフ−セルと見なす。
(Fowler−Nordheim)によって行われ、F−Nトンネリ
ングは、コントロールゲート8に約−10Vの負の電圧
を印加し、バルクとコントロールゲート8との間にトン
ネリングを発生させるため基板9又バルク)に約5Vの
正の高電圧を印加する。このとき、ドレーンは、高イン
ピーダンス状態(フローティング状態である。電圧バイ
アス電圧条件によってコントロールゲート8とバルク領
域との間に強い電界が形成され、そのため、電子がソー
スに放出される。一般的に、F−Nトンネリングは、1
00オングストローム以下の薄い絶縁膜によって隔離さ
れるフローティングゲートとバルク領域との間に6−7
MV/cmの電界が形成されるとき、発生される。消去さ
れたセルは、前よりスレショルド電圧がさらに低くな
り、1−3Vのスレショルド電圧を有するオン−セルに
感知される。
造において、バルク領域(又は基板)は、メモリセル活
性領域の結合であり、同一バルク領域内に形成されたメ
モリセルは同時に消去される。そのため、消去単位(例
えば、64K、以下セクタと称する)は、バルク領域の
分離数によって決定される。表1は、プログラム消去及
び読出動作時電圧レベルを示す。
件で、約5Vの電圧が印加されるドレーンで0Vが印加
されるソース端子に約400μAの電流が流れる。ホット電
子がチャンネル領域とフローティングゲートの間のトン
ネルオキサイド膜7を通してフローティングゲート6に
蓄積される。セルトランジスター当たり400μAもなる多
くの量の電流が流れることによって、多くの数のビット
を1回にプログラムできない。一般的に、殆ど全てのフ
ラッシュメモリは、バイト単位とかワードラインにプロ
グラムが行われる。バイトを単位にプログラムを行う場
合、3.2mA(400μA×8)の電流が消耗され、ワード
単位にプログラムを行う場合、6.4mA(400μA×1
6)の電流が消費される。
れる場合、電源電圧からブーストされる5Vの電圧を作
るため、複数のチャージポンブ回路が必要であり、その
ため、レイアウト面積及び電流消費が増加する。
増加の問題を解決するため、ANDの間では、96VLSI Cir
cuirsの“A 2.7only 8Mb×16 NOR Flash Memor
y”に記述したように、4回に亙って1ワードを4ビッ
トずつプログラムする方法を提案した。
装置の構成を示すブロック図である。
メモリセルアレー10、アドレスバッファ20、行デコ
ーダ30、列デコーダ40、Y−パスゲート回路50、
データ入出力ラインI/O0−I/O15に対応するデータ入
出力バッファDBF0−DBF15、そしてビットライン選択信
号S0−S3に対応する書き込み駆動回路W/D0−3乃至W/D
12−15を備えている。メモリセルアレー10は、行方向
にワードラインと、列方向にビットラインとを含む。ビ
ットラインが列デコーダから提供されるデコーディング
信号の使用によってビットラインを選択するY−パスゲ
ート回路50に連結され、ビットラインは選択信号によ
って書き込み駆動回路に供給されるビットライン駆動信
号に応じて活性化される。
個のデータビットが4ビット単位にデータバッファDBFi
に最初に貯蔵される。このとき、4ビット単位にプログ
ラムするため、4つのビットラインを同時に選択しなけ
ればならず、このため、書き込み駆動回路に同一のビッ
トライン選択信号S0−S3を印加しなければならない。
波形を示す。
イネイブルされて4サイクルに亙って4ビット単位にワ
ード(word)のためのプログラムが行われる。
動作の要求が増加することによって、low Vccとか広い
範囲(wide range)のVccにもプログラム及び消去読出
動作が要求されている傾向である。しかし上述のよう
に、フラッシュ半導体メモリ装置は、低いVccで、プロ
グラム動作を行うとき、チャージポンプ回路を通して供
給される5Vの電圧を発生するが、長い時間かかるよう
になる。そして広い範囲Vccでは、低いVccを基準として
1回できるが、プログラムビット数を分けて設計する
と、プログラム動作を行うことができるが、従前よりプ
ログラム動作回数が増加するようになる。そして相対的
に高い電圧では、低いVccを基準としてプログラム動作
を行うと、プログラムが行われるときまで、多くの量の
電流が消費される問題点が発生される。
は、上述の諸般問題点を解決するため、電源レベルと無
関係に、最大なプログラム動作を実行できる不揮発性メ
モリ装置を提供することである。
的を達成するための本発明の特徴によると、複数のプロ
グラムサイクルが可能である。不揮発性半導体メモリ装
置は、ビットラインとワードラインに連結される複数の
メモリセルが形成されるメモリセルアレーと、複数のデ
ータビットを受ける複数のデータバッファの間に配列さ
れる複数の書き込み駆動回路と、電源電圧の電流レベル
に応じて書き込み駆動回路の制御のための複数の選択信
号を発生する回路とを含む。選択信号は、プログラムサ
イクルのうち、1つでプログラムされるデータビットの
数を決定する。
係に安定的なプログラムを行うことができる。
付された図面、図5乃至9を参照して詳細に説明する。
メモリセルアレー100、アドレスバッファ110、行
デコーダ120、列デコーダ130、y−パスゲート回
路140、電源電圧検出回路150、選択制御回路16
0、データバッファDBF0−DBF15、そして書き込み駆動
回路W/D0−W/D15とを含む。メモリセルアレー100
において、ワードラインとビットラインがマトリックス
形態に配列され、セルトランジスターがビットラインと
接地電圧の間に連結され、セルトランジスターのゲート
はワードラインに連結され、セル構造をノア型セルアレ
ー(NOR type cell array)と称する。
号を受け、ワードライン及びビットラインを選択するた
めのアドレス信号を発生する。行デコーダ130は、ワ
ードラインを選択するためアドレスバッファから提供さ
れるアドレス信号をデコーディングし、列デコーダ13
0は、ビットラインを選択するためアドレスバッファ1
10から提供されるアドレス信号をデコーディングす
る。Y−パスゲート回路140、列デコーダ130から
発生されるデコーディング信号に応じて、ビットライン
を選択する。Vcc検証回路150は、基準電圧と外部Vcc
を比較した結果の検証信号Vcc_detを発生する。Vcc_d
etは、選択制御回路160に印加される。
発生される選択信号S0−S7に基づいて選択制御信号4BS0
−4BS3を発生する。データバッファDBF0−DBF15は、4
つのグループに分かれ、各グループは4つが1単位に構
成された入力/出力ラインに対応する4つのデータバッ
ファで構成される。データバッファに貯蔵された入力デ
ータは書き込み駆動回路の4つがセットで伝達され、各
セットは、4つの書き込み駆動回路に対応される。書き
込み駆動回路は、選択回路170から供給される選択信
号S0−S7に応じて、Y−パスゲート回路140を通して
ビットラインにデータを伝達する。選択回路、各々は2
つの書き込み駆動回路の制御のため設計される。
は、ノアゲートNR1を通してプログラムイネイブル信号n
PGM及びチップイネイブル信号nCEを受ける。ノアゲート
NR1の出力は、抵抗R2の一端と基板電圧(又は接地電
圧)との間に連結されるNMOSトランジスターMN1のゲー
トに連結される。抵抗R2の他端であるノードN1は、抵抗
R1を通してVccと連結される。ノードN1は、又比較器COM
1の一入力端にも連結され、比較器COMP1の他入力端は、
基準電圧Vrefに連結される。比較器COM1の出力は、イン
バータI1を通して検出信号Vcc_detになる。ノードN1で
の電圧レベルは、Vccの変化に応じる。ノードN1から分
配された電圧は、nPGM及びnCEが活性化状態として低レ
ベルに維持されるとき、決定される。Vcc_detは、ノー
ドN1の電圧がVrefより高い場合、高レベルに遷移され、
ノードN1がVrefより低い場合、低レベルに遷移される。
番目選択信号S0、S2、S4、S6を受けるナンドゲートD1−
D4を含む。ナンドゲートD1−D4の各入力は、Vcc検出回
路150から発生されるVcc_detに連結される。ナンドゲ
ートD1−D4の各入力は、インバータI2−I5を通して各々
選択制御信号4BS0−4BS3になる。図8を参照すると、選
択回路は、ナンドゲートD5、D8、D11、D14及びナンドゲ
ートと直列に連結され、偶数番目選択信号S0、S2、S4、
S6を発生するインバータI6、I8、I10、I12を含む。
7、I9、I11、I13を通してナンドゲートD6、D9、D12、D1
5の出力と共にナンドゲートD7、D10、D13、D15に認可さ
れる。ナンドゲートD7、D10、D13、D16は、奇数番目選
択信号S1、S3、S5、S7を発生する。ナンドゲートD5、D
6、D8、D9、D11、D12、D14、D15は、列デコーダ130から
それに対応するデコーディング信号DA01−DA03、DA11−
DA13、DA21−DA23、DA31−DA33、DA41−DA43、DA51−DA
53、DA61−DA63、DA71−DA73を各々受ける。
合と低い場合の、選択信号の状態を示す。
は、高レベルになり、選択制御信号4BS0−4BS3は、偶数
番目選択信号S0、S2、S4、S6のロジック状態による。S0
が第1プログラムサイクルで活性化されるとき、4BS0
は、他の選択制御信号が低レベルに維持される間、高レ
ベルになる。図8で高レベルの4BS0によってS1は、高レ
ベルになる。S0とS1が全部高レベルになることによっ
て、書き込み駆動回路W/D0−W/D3が動作し、それによっ
て、データバッファDBF0−DBF3から提供される4ビット
のデータが4つの書き込み駆動回路W/D0−W/D3を通して
対応するビットラインにアクセスされる。
は高レベルにイネイブルされ、これは高レベルのS3を形
成する。S2とS3がモード高レベルになることによって書
き込み駆動回路W/D4−W/D7が動作し、それによってデー
タバッファDBF4−DBF7から提供される4ビットのデータ
が4つの書き込み駆動回路W/D4−W/D7を通して対応する
ビットラインにアクセスされる。
ルのS4は、高レベルのS5を形成し、それによって、書き
込み駆動回路W/D8−W/D11が動作し、それによってデー
タバッファDBF8−DBF11から提供される4ビットのデータ
が4つの書き込み駆動回路W/D8−W/D11を通して対応する
ビットラインにアクセスする。第4プログラムサイクル
から、前述した方法と同一にS6とS7が高レベルになり、
4番目セットを含む書き込み駆動回路WD12−WD15が動作
し、それによってデータバッファDBF12−DBF15から提供
される4ビットのデータが4つの書き込み駆動回路W/D12
−W/D15を通して対応するビットラインにアクセスす
る。
い場合、Vcc_detは、低レベルに遷移され、それによっ
て選択制御信号4BS0−4BS3は、全部低レベルに設定され
る。そのため、図10から分かるように、コーディング
入力に対応する選択信号S0−S7が活性化される。各選択
信号が2つの書き込み駆動回路に割り当てられることに
よって、第1プログラムサイクルから、高レベルのS0
は、書き込み駆動回路W/D0及びW/D1が2ビットのビット
ラインに対応するデータバッファDBF0、DBF1から提供さ
れる2ビットデータが伝達されるようにする。
1は、書き込み駆動回路W/D2及びW/D3が2ビットのビット
ラインに対応するデータバッファDBF2、DBF3から提供さ
れる2ビットデータが伝達されるようにする。第3プログ
ラムサイクルから、高レベルのS2は、書き込み駆動回路
W/D4及びW/D5が2ビットのビットラインに対応するデー
タバッファDBF4、DBF5から提供される2ビットデータが
伝達されるようにする。第4プログラムサイクルから、
高レベルのS3は、書き込み駆動回路W/D6及びW/D7が2ビ
ットのビットラインに対応するデータバッファDBF6、DB
F7から提供される2ビットデータが伝達されるようにす
る。
4は、書き込み駆動回路W/D8及びW/D9が2ビットのビット
ラインに対応するデータバッファDBF8、DBF9から提供さ
れる2ビットデータが伝達されるようにする。第6プログ
ラムサイクルから、高レベルのS5は、書き込み駆動回路
W/D10及びW/D11が2ビットのビットラインに対応するデ
ータバッファDBF10、DBF11から提供される2ビットデー
タが伝達されるようにする。第7プログラムサイクルか
ら、高レベルのS6は、書き込み駆動回路W/D12及びW/D13
が2ビットのビットラインに対応するデータバッファDBF
12、DBF13から提供される2ビットデータが伝達されるよ
うにする。第8プログラムサイクルから、高レベルのS7
は、書き込み駆動回路W/D14及びW/D15が2ビットのビッ
トラインに対応するデータバッファDBF14、DBF15から提
供される2ビットデータが伝達されるようにする。
単位は、電源電圧の電流レベルによって限定される。本
実施形態によると、高い電源電圧は、4ビットプログラ
ム動作をイネイブルさせ、低い電源電圧は、2ビットの
プログラム動作を遂行するようにする。本発明は、高い
電源電圧でプログラムができ、チャージンプ回路なしに
低い電源電圧でもプログラムができる。
作を説明し、また図面によって図示したが、これは例を
挙げて説明したことに過ぎないし、本発明の技術的思想
を外れない範囲内で、多様な変化及び変更が可能であ
る。
電圧でチャージポンブ回路を使用せずプログラムを行う
ことができ、高い電源電圧でもプログラムを行うことが
できる。
ルの断面を示す図面である。
リセルの状態を示す図面である。
を支援すブロック図である。
を示す図面である。
示すブロック図である。
ードの間、選択信号の波形を示す図面である。
モードの間、選択信号の波形を示す図面である。
Claims (2)
- 【請求項1】 複数のプログラムサイクルが可能な不揮
発性半導体メモリ装置において、 ビットラインとワードラインに連結される複数のメモリ
セルが形成されるメモリセルアレーと、 複数のデータビットを受ける複数のデータバッファと、 前記メモリセルアレーとデータバッファの間に配列され
る複数の書き込み駆動回路と、 電源電圧の電流レベルに応じて前記書き込み駆動回路の
制御のための選択信号を発生する回路とを含み、 前記選択信号は、プログラムサイクルのうち、1サイク
ルで、プログラムされるデータビットの数を決定するこ
とを特徴とする不揮発性半導体メモリ装置。 - 【請求項2】 複数のプログラムサイクルができる不揮
発性半導体メモリ装置において、 ビットラインとワードラインに連結される複数のメモリ
セルが形成されるメモリセルアレーと、 複数のデータビットを受け、前記データビットに対応す
る複数のデータバッファと、 前記メモリセルアレーとデータバッファとの間に配列さ
れ、データバッファに対応する複数の書き込み駆動回路
と、 電源電圧の電流レベルに応じて信号を発生する検出回路
と、 前記検証回路から提供される信号に応じて、前記書き込
み駆動回路を制御するための複数の選択信号を発生する
回路とを含み、 前記選択信号は、プログラムサイクルのうち、1つで活
性化される前記書き込み駆動回路の数を決定し、 前記1つのプログラムサイクルで、データビットの数
は、選択される書き込み駆動回路の数によって決定され
ることを特徴とする不揮発性半導体メモリ装置。
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