JPH11328985A - 不揮発性半導体メモリ装置 - Google Patents
不揮発性半導体メモリ装置Info
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- JPH11328985A JPH11328985A JP435999A JP435999A JPH11328985A JP H11328985 A JPH11328985 A JP H11328985A JP 435999 A JP435999 A JP 435999A JP 435999 A JP435999 A JP 435999A JP H11328985 A JPH11328985 A JP H11328985A
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Abstract
することにより、不揮発性半導体メモリセルに書き込ま
れたデータを高速読み出しする。 【解決手段】 データが記憶される不揮発性半導体メモ
リセル1,2…と、この不揮発性半導体メモリセル1,
2…のI/Oライン10に接続され、センス信号に応じて
充放電されるコンデンサ23と、前記I/Oライン10を
センスするセンス回路(ラッチ回路25)とを備えるこ
とを特徴とする。
Description
モリ装置に関するもので、センスアンプに加える信号の
印加方法を改良することにより、不揮発性半導体メモリ
セルのデータを高速で読み出すことができる不揮発性半
導体メモリ装置に関する。
(Read Only Memory)において、マスクROM,PRO
M(Programmable ROM),EPROM(Erasable an
d Programmable ROM),EEPROM(Electrical
Erasable and Programmable ROM)等の不揮発性半導
体メモリがある。特に、EPROMやEEPROMで
は、浮遊ゲートに電荷を蓄積し、電荷の有無による閾値
電圧の変化を制御ゲートによって検出することで、デー
タの記憶を行わせるようになっている。また、EEPR
OMには、メモリチップ全体でデータの消去を行うか、
あるいは、不揮発性半導体メモリセルアレイを任意のブ
ロックに分けてその各ブロック単位でデータの消去を行
うフラッシュEEPROM(フラッシュメモリとも称
す。)がある。フラッシュEEPROMを構成する不揮
発性半導体メモリセルは、スプリットゲート型とスタッ
クトゲート型に大きく分類される。
OMは、WO92/18980(G11C 13/ 00)に開示
されている。
に記載されているスプリットゲート型不揮発性半導体メ
モリセル101の断面構造を示す。
にN型のソースSおよびドレインDが形成されている。
ソースSとドレインDに挟まれたチャネルCH上に、第
1の絶縁膜103を介して浮遊ゲートFGが形成されて
いる。浮遊ゲートFG上に第2の絶縁膜104を介して
制御ゲートCGが形成されている。制御ゲートCGの一
部は、第1の絶縁膜103を介してチャネルCH上に配
置され、選択ゲート105を構成している。第2の絶縁
膜104に囲まれた浮遊ゲートFGに電子を蓄えること
でデータの記憶を行う。
路は、図7のごとき構成を有する。
1、2…にはワードライン3が共通に配線され、ビット
ライン4,5…はそれぞれ独立に配線されており、各ビ
ットライン4,5…は、後述するI/Oライン10で共通
化され、一端が電源電圧(例えば、VDD)に接続され、
かつ他端がこのI/Oライン10に接続されたNチャネル
型MOSトランジスタ18により、所定のプリチャージ
電圧が供給される。また、ビットライン4,5…にはカ
ラムライン6,7…により駆動されるNチャネル型MO
Sトランジスタ8,9…が存在する。
10で共通化され電流ミラー回路を使用したセンスアン
プ11に接続される。センス信号(読み出し信号)に応
じてNチャネル型MOSトランジスタ12がオンすると
センスアンプ11は動作する。
択されNチャネル型MOSトランジスタ8がオンし不揮
発性半導体メモリセル1がオン状態(消去状態)である
とする。センス信号によりNチャネル型MOSトランジ
スタ12がオンし、センスアンプ11が動作し不揮発性
半導体メモリセルにバイアス電流を加えるPチャネル型
MOSトランジスタ14がオンし不揮発性半導体メモリ
セル1に電流が流れる。すると、I/Oライン10の電圧
はグランド方向に低下する。I/Oライン10の電圧が低
下すると、Nチャネル型MOSトランジスタ15がオフ
傾向となり、Pチャネル型MOSトランジスタ14がオ
フ傾向となる。その結果、Nチャネル型MOSトランジ
スタ15はオフし、Nチャネル型MOSトランジスタ1
6はオンする。
「L」レベルの信号が得られる。
状態(プログラム状態)であると、逆極性の同様の動作
が起こり出力端子17には増幅された「H」レベルの信
号が得られる。
メモリのデータを読み出しながら増幅できる。
回路ではデータの読み出しに時間がかかるという問題が
あった。即ち、図7の回路ではセンスアンプ11を構成
する差動アンプを反転させるのに必要な信号レベルを得
るには所定量の電流を不揮発性半導体メモリセルに流
し、この不揮発性半導体メモリセルに書き込まれたデー
タ内容により、I/Oライン10の電圧が変化した状態を
センスする必要があり、所定の時間を要していた。この
所定の時間は、設計者が直接には管理できず、あらゆる
セルの中で最長の時間のものが製品の規格値となるので
安定せず遅くなる。
解決するために成されたもので、データが記憶される不
揮発性半導体メモリセル1,2…と、この不揮発性半導
体メモリセル1,2…のI/ Oライン10に接続され、セ
ンス信号に応じて充放電されるコンデンサ23と、前記
I/Oライン10をセンスするセンス回路(ラッチ回路2
5)とを備えることを特徴とする。
発性半導体メモリセル1,2…と、この不揮発性半導体
メモリセル1,2…のI/Oライン10に接続され、セン
ス信号に応じて充放電されるコンデンサ23,42と、
前記I/Oライン10をセンスするセンス回路(ラッチ回
路25)とを備えることを特徴とする。
発性半導体メモリセル1,2…と、この不揮発性半導体
メモリセル1,2…のI/Oライン10に接続され、セン
ス信号に応じて充放電されるコンデンサ23,42と、
前記I/Oライン10をセンスするセンス回路(ラッチ回
路25)と、前記不揮発性半導体メモリセル1,2…の
センス信号から生成したタイミング信号S1,S2,S
3を発生するタイミング信号発生回路26とを備え、こ
のタイミング信号発生回路26からのタイミング信号S
1,S2,S3に応じて前記センス回路(ラッチ回路2
5)を駆動することを特徴とする。
て図1を参照しながら詳述する。
のデータ内容を読み出すためのセンス信号(または、se
nse信号と称す)が印加される端子、22はセンス信号
に応じてあらかじめコンデンサ23に充電していた電荷
を放電させて、I/Oライン10に印加するPチャネル型
MOSトランジスタ、24はセンス信号以外の期間にコ
ンデンサ23を充電するためにオンするPチャネル型M
OSトランジスタである。尚、前記端子20からセンス
信号は、インバータ19を通って前記Pチャネル型MO
Sトランジスタ22のゲートに入力される。
号をセンスしてからラッチするラッチ回路、26はsens
e信号の印加タイミングに応じて信号S1、S2、S3
を発生するタイミング信号発生回路、27は信号S1に
応じてI/Oライン10とラッチ回路25とを接続又は遮
断するNチャネル型MOSトランジスタ、28は信号S
1に応じてある基準電圧(本実施形態では、便宜的に例
えば、VDD/2としている。)とラッチ回路25とを接続
又は遮断するNチャネル型MOSトランジスタ、29は
バッファである。
については同一の符号を付し説明を省略する。
基本的な動作説明を行う。
体メモリセル101を用いたフラッシュEEPROM1
21の全体構成を示す。
は、複数の不揮発性半導体メモリセル101がマトリッ
クス状に配置されて構成されている。行(ロウ)方向に
配列された各不揮発性半導体メモリセル101の制御ゲ
ートCGは、共通のワードラインWLa〜WLzに接続
されている。列(カラム)方向に配列された各不揮発性
半導体メモリセル101のドレインDは、共通のビット
ラインBLa〜BLzに接続されている。全ての不揮発
性半導体メモリセル101のソースSは共通ソースライ
ンSLに接続されている。
ーダ123に接続され、各ビットラインBLa〜BLz
はカラムデコーダ124に接続されている。
ラムアドレスは、アドレスピン125に入力される。そ
のロウアドレスおよびカラムアドレスは、アドレスピン
125からアドレスバッファ126を介してアドレスラ
ッチ127へ転送される。アドレスラッチ127でラッ
チされた各アドレスのうち、ロウアドレスはロウデコー
ダ123へ転送され、カラムアドレスはカラムデコーダ
124へ転送される。
27でラッチされたロウアドレスに対応したワードライ
ンWLa〜WLZを選択し、その選択したワードライン
とゲート電圧制御回路134とを接続する。
127でラッチされたカラムアドレスに対応したビット
ラインBLa〜BLzを選択し、その選択したビットラ
インとドレイン電圧制御回路133とを接続する。
ダ123を介して接続されたワードラインの電位を、図
4に示す各動作モードに対応して制御する。ドレイン電
圧制御回路133は、カラムデコーダ124を介して接
続されたビットラインの電位を、図4に示す各動作モー
ドに対応して制御する。
路132に接続されている。ソース電圧制御回路132
は、共通ソースラインSLの電位を、図4に示す各動作
モードに対応して制御する。
128に入力される。そのデータは、データピン128
から入力バッファ129を介してカラムデコーダ124
へ転送される。カラムデコーダ124は、前記のように
選択したビットラインの電位を、そのデータに対応して
制御する。
ら読み出されたデータは、ビットラインBLa〜BLz
からカラムデコーダ124を介してセンスアンプ群13
0へ転送される。センスアンプ群130は、数個のセン
スアンプ(図示略)から構成されている。カラムデコー
ダ124は、選択したビットラインと各センスアンプと
を接続する。
は、出力バッファ131からデータピン128を介して
外部へ出力される。
動作は制御コア回路140によって制御される。
揮発性半導体メモリセル1,2…が読み出される。図1
のセンス(読み出し)動作について図5を参照しながら
説明する。図5(ロ)に示すカラムライン6に加わる
「H」レベルの信号発生前ではI/Oライン10の電圧
は、図5(ハ)に示すように+VDD/2にプリチャージさ
れている。図5(ニ)の信号S1は「H」レベルであ
り、Nチャネル型MOSトランジスタ27,28はオン
している。
は、その初期状態において、図5(イ)に示すように
「L」レベルが印加されている。
Pチャネル型MOSトランジスタ22、24に加わる
と、トランジスタ22がオフし、トランジスタ24がオ
ンする。このため、コンデンサ23には、電源電圧(例
えば、+VDD)が充電される。一方、信号S2とS3に
は、図5(ホ),(ヘ)に示すように電圧+VDD/2が発
生しており、ラッチ回路25はノードがすべて電圧+VD
D/2となり動作不能状態となっている。
ムライン6の信号が立ち上がり、このときの不揮発性半
導体メモリセル1がオン(消去状態)であったとする
と、ビットライン4に電流が流れI/Oライン10の電圧
は、図5(ハ)に示すように一時的に低下する。
直後に、図5(イ)に示すSENSE信号が立ち上がると、
前記トランジスタ22がオンし、トランジスタ24がオ
フする。このため、前述したように、予めセンス期間以
外の期間にコンデンサ23に充電された所定電圧がI/O
ライン10に供給されるため、このI/Oライン10の電
圧は、図5(ハ)に示すように一瞬、増加するが、不揮
発性半導体メモリセル1を通って直ちに放電され、低下
する。そして、このI/Oライン10の電圧低下がラッチ
回路25(センス機能を有する)が動作するのに十分な
値まで低下するのを見計らい「L」レベルの信号S1を
トランジスタ27,28に印加する。すると、トランジ
スタ27,28がオフして、I/Oライン10とラッチ回
路25が遮断される。
(ヘ)に示されるようにセンス時以外は電圧+VDD/2に
固定されている。そして、図5(ニ)の信号S1の立ち
下がり後に、信号S2は図5(ホ)に示すようにグラン
ドレベルとなり、信号S3は図5(ヘ)に示すように電
源電圧+VDDレベルとなる。トランジスタ27,28が
オフしてもI/Oライン10のデータは、ライン容量によ
り入力ラインR1に残っている。図5(ニ)の信号S1
の立ち下がりタイミングは、I/Oライン10の電圧が低
下し、電圧+VDD/2より小さくラッチ回路25が反転で
きるレベル差となってからに設定されている。このた
め、ラッチ回路25は、初めて動作可能となり正帰還動
作し、ラッチ回路25の一方の入力ラインR1は「L」
レベルにラッチされ、他方の入力ラインR2は「H」レ
ベルにラッチされる。この時、トランジスタ27がオフ
しているのでラッチ回路25は、トランジスタ27の左
側(紙面に対して)に配置されている容量性の負荷を駆
動する必要がなく、高速で反転できる。
では、センス開始時において、予めセンス期間以外の期
間に充電しておいたコンデンサ23の電荷をI/Oライン
10に供給することで、ラッチ回路25側に読み出し信
号を伝達させているので信号の伝達が早くなる。さらに
本発明によれば、信号S1乃至S3の発生タイミングを
タイミング信号発生回路26により、インバータ等を使
用した遅延回路により設計者が設定できるので読み出し
タイミングを自由に設定できるとともに短縮できる。
らの読み出し信号を高速でラッチ回路25から取り出せ
る。
ッファ29に印加され出力端子17から「L」レベルの
出力信号が得られる。
(プログラム状態)であった場合には、トランジスタ2
2がオンすると、I/Oライン10の電圧はコンデンサ2
3の電荷により+VDD/2以上のレベルに充電される。そ
して、この高いレベルの信号がラッチ回路25でラッチ
され、前述の場合と同様の動作により、高速に「H」レ
ベルの信号が出力端子17から得られる。
を参照しながら説明する。
態との相違点は、図6に示すように、前述した一実施形
態で説明した充放電回路を複数個(本実施形態では、一
実施形態の充放電回路20Aに加えて、充放電回路21
Aを設けた一例を開示している。)設けて、それらを交
互に動作させるようにしたことである。そして、その構
成は、不揮発性半導体メモリセル1,2…のデータ内容
を読み出すためのセンス1信号(または、sense1信号
と称す)が印加される端子20に加えて、不揮発性半導
体メモリセル1,2…のデータ内容を読み出すためのセ
ンス2信号(または、sense2信号と称す)が印加され
る端子21が設けられている。そして、前記充放電回路
20Aの他の構成であるインバータ19、Pチャネル型
MOSトランジスタ22、コンデンサ23及びPチャネ
ル型MOSトランジスタ24に対応するように、インバ
ータ39、Pチャネル型MOSトランジスタ40、コン
デンサ42及びPチャネル型MOSトランジスタ41が
設けられて成る充放電回路21Aが構成されている。
からのセンス信号を信号の到来ごとにsense1信号とsens
e2信号とに振り分ける理由について説明する。これはセ
ンス信号が連続して到来する場合にコンデンサ23が1
個では、その充電が間に合わなくなるのを防止する目的
で配置されている。
作している期間に(コンデンサ23に充電されていた電
圧が放電されて、I/Oライン10に供給される。)、ト
ランジスタ40をオフさせトランジスタ41をオンさせ
てコンデンサ42を充電させておく。そうすれば、次の
センス信号が到来したときにはコンデンサ23は使用せ
ず、充電されているコンデンサ42を使えるので(この
間に、コンデンサ23を充電する。)、センス信号の周
期が早くても読み出しが可能となる。コンデンサ42を
使用する場合には端子20には「L」レベルの信号が印
加され続けコンデンサ23は充電状態を維持する。端子
20には図5(イ)に示す「L」レベルから「H」レベ
ルに変化するsense1信号が印加される。
おいて、コンデンサ23,42の容量は、プロセス条件
により種々の値に設定されることになり、セルサイズに
占める面積も異なるが、その面積比を考慮した場合に
は、例えば、4M(メガ)ビットの不揮発性半導体メモ
リセルを例にとれば、2048ビットラインに対して1
28ビットライン毎にI/Oライン10を分割すると、セ
ルサイズに占める面積も小さくできる。
は、スプリットゲート型のフラッシュメモリ(EEPR
OM含む)に限らず、スタックゲート型のフラッシュメ
モリや、その他の不揮発性半導体メモリであるマスクR
OM,PROM,EPROM等にも適用されるものであ
る。
て、予めセンス期間以外の期間に充電しておいたコンデ
ンサの電荷をI/Oラインに供給するようにしたことで、
ラッチ回路側に読み出し信号を伝達させているので信号
の伝達が早くなる。
モリセルの出力ラインに接続される、充放電回路を複数
個設け、順番に使用しているので高速でデータを読み出
す際にも動作可能となる。
の発生タイミングをタイミング信号発生回路により、イ
ンバータ等を使用した遅延回路により設計者が設定でき
るので読み出しタイミングを自由に設定できるとともに
短縮できる。
置を示すブロック図である。
の断面図である。
すブロック図である。
に供するための図である。
装置を示すブロック図である。
る。
Claims (9)
- 【請求項1】 データが記憶される不揮発性半導体メモ
リセルと、 前記不揮発性半導体メモリセルの出力ラインに接続さ
れ、ある内部信号に応じて充放電されるコンデンサと、 前記出力ラインをセンスするセンス回路とを備えること
を特徴とする不揮発性半導体メモリ装置。 - 【請求項2】 データが記憶される不揮発性半導体メモ
リセルと、 前記不揮発性半導体メモリセルの出力ラインに接続さ
れ、ある内部信号に応じて充放電され前記不揮発性半導
体メモリセルのセンス期間以外の期間に充電されるコン
デンサと、 前記出力ラインをセンスするセンス回路とを備えること
を特徴とする不揮発性半導体メモリ装置。 - 【請求項3】 記憶されたデータがセンスされる不揮発
性半導体メモリセルと、 前記不揮発性半導体メモリセルの出力ラインに接続さ
れ、ある内部信号に応じて充放電されるコンデンサと、 前記コンデンサの一端と前記出力ラインとを接続もしく
は遮断するスイッチと、 前記出力ラインをセンスするセンス回路とを備えること
を特徴とする不揮発性半導体メモリ装置。 - 【請求項4】 データが記憶される不揮発性半導体メモ
リセルと、 前記不揮発性半導体メモリセルの出力ラインに接続さ
れ、第1の内部信号に応じて充放電される第1のコンデ
ンサと、 前記不揮発性半導体メモリセルの出力ラインに接続さ
れ、第2の内部信号に応じて充放電される第2のコンデ
ンサと、 前記出力ラインをセンスするセンス回路とを備え、前記
第1または第2のコンデンサを交互に動作させることを
特徴とする不揮発性半導体メモリ装置。 - 【請求項5】 データが記憶される不揮発性半導体メモ
リセルと、 前記不揮発性半導体メモリセルの出力ラインに接続さ
れ、第1の内部信号に応じて充放電され、前記不揮発性
半導体メモリセルのセンス期間以外に充電される第1の
コンデンサと、 前記不揮発性半導体メモリセルの出力ラインに接続さ
れ、第2の内部信号に応じて充放電され、前記不揮発性
半導体メモリセルのセンス期間以外に充電される第2の
コンデンサと、 前記出力ラインをセンスするセンス回路とを備え、前記
第1または第2のコンデンサを交互に動作させることを
特徴とする不揮発性半導体メモリ装置。 - 【請求項6】 データが記憶される不揮発性半導体メモ
リセルと、 前記不揮発性半導体メモリセルの出力ラインに接続さ
れ、第1の内部信号に応じて充放電される第1のコンデ
ンサと、 前記不揮発性半導体メモリセルの出力ラインに接続さ
れ、第2の内部信号に応じて充放電される第2のコンデ
ンサと、 前記出力ラインをセンスするセンス回路と、 前記第1または第2のコンデンサと前記センス回路とを
接続もしくは遮断するスイッチとを備え、前記第1また
は第2のコンデンサを交互に動作させることを特徴とす
る不揮発性半導体メモリ装置。 - 【請求項7】 データが記憶される不揮発性半導体メモ
リセルと、 前記不揮発性半導体メモリセルの出力ラインに接続さ
れ、ある内部信号に応じて充放電されるコンデンサと、 前記コンデンサの出力電圧をセンスするセンス回路と、 前記不揮発性半導体メモリセルのセンス信号を制御する
タイミング信号を発生するタイミング信号発生回路とを
備え、このタイミング信号発生回路からのタイミング信
号に応じて前記センス回路を駆動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8】 データが記憶される不揮発性半導体メモ
リセルと、 前記不揮発性半導体メモリセルの出力ラインに接続さ
れ、ある内部信号に応じて充放電され前記不揮発性半導
体メモリセルのセンス期間以外の期間に充電されるコン
デンサと、 前記出力ラインをセンスするセンス回路と、 前記不揮発性半導体メモリセルのセンス信号を制御する
タイミング信号を発生するタイミング信号発生回路とを
備え、このタイミング信号発生回路からのタイミング信
号に応じて前記センス回路を駆動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9】 データが記憶される不揮発性半導体メモ
リセルと、 前記不揮発性半導体メモリセルの出力ラインに接続さ
れ、ある内部信号に応じて充放電されるコンデンサと、 前記出力ラインをセンスするセンス回路と、 前記センス回路と前記コンデンサとを接続及び遮断する
スイッチと、 前記不揮発性半導体メモリセルのセンス信号を制御する
タイミング信号を発生するタイミング信号発生回路とを
備え、このタイミング信号発生回路からのタイミング信
号に応じて前記センス回路及び前記スイッチを駆動する
ことを特徴とする不揮発性半導体メモリ装置。
Priority Applications (4)
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