JPWO2015022742A1 - 半導体装置 - Google Patents
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Abstract
メモリアレイ(101)は、閾値電圧の相違によって2値データを保持し、それぞれが電気的に書換え可能な第1記憶素子(102)と第2記憶素子(103)とからなるツインセル(104)を複数個含む。電源制御回路(105)は、ツインセルデータの消去要求を受けたときに、第1記憶素子(102)と第2記憶素子(103)の閾値電圧をともに増加させるプレライトの後の消去パルス印加時に、第1記憶素子(102)と接続される第1のビット線BLの電圧と、第2記憶素子(103)と接続される第2のビット線/BLの電圧とが相違するように設定する。
Description
本発明は、半導体装置に関し、たとえば相補的なデータを保持する2つの不揮発性メモリセルを含む半導体装置に関する。
相補的なデータを保持する2つの不揮発性メモリ(MC1、MC2)において、データの消去によって、2つの不揮発性メモリ(MC1、MC2)の閾値電圧をともに小さい状態にする。この際に、データ消去前の書込み状態における2つの不揮発性メモリの閾値電圧の差が、データ消去後も残る可能性が想定される。そのため、データを消去したにも関わらず、データ消去前の書込みデータが読み出され、セキュリティ上問題となる可能性がある。
これに対して、従来から、消去された不揮発性メモリセルの閾値電圧を均一に制御する技術が知られている。
たとえば、特開2001−307492号公報(特許文献1)の消去方法は、セクタの全てのセルトランジスタが、プログラム状態に対応する第1閾値電圧分布の最下限より高閾値電圧を有するかを判別する。もしそうなら、セクタの全てのセルトランジスタが同時に消去される。次に、消去されたセルトランジスタのうち、消去状態に対応する第2閾値電圧分布の最上限と第1閾値電圧分布の最下限の間に存在する検出電圧レベルより低閾値電圧を有するセルトランジスタが検出される。検出されたセルトランジスタが個別的にプログラムされた後、セクタの全てのセルトランジスタが同時に消去される。
しかしながら、特開2001−307492号公報は、セキュリティを確保することを目的としたものではない。つまり、データを消去したにも関わらず、データ消去前の書込みデータが読み出されるという問題を解決することができない。
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかであろう。
本発明の一実施形態によれば、電源制御回路は、ツインセルデータの消去要求を受けたときに、第1記憶素子と第2記憶素子の閾値電圧をともに増加させるプレライトの後の消去パルス印加時に、第1記憶素子と接続される第1のビット線の電圧と、第2記憶素子と接続される第2のビット線の電圧とが相違するように設定する。
本発明の一実施形態によれば、データを消去したにも関わらず、データ消去前の書込みデータが読み出されることを防止できる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
[第1の実施形態]
図1は、第1の実施形態の半導体装置の構成を表わす図である。
[第1の実施形態]
図1は、第1の実施形態の半導体装置の構成を表わす図である。
この半導体装置100は、メモリアレイ101と、電圧制御回路105とを備える。
メモリアレイ101は、複数個のツインセル104を含む。ツインセル104は、閾値電圧Vthの相違によって2値データ(ツインセルデータ)を保持し、それぞれが電気的に書換え可能な第1記憶素子102と第2記憶素子103とからなる。
メモリアレイ101は、複数個のツインセル104を含む。ツインセル104は、閾値電圧Vthの相違によって2値データ(ツインセルデータ)を保持し、それぞれが電気的に書換え可能な第1記憶素子102と第2記憶素子103とからなる。
電圧制御回路105は、ツインセル104のデータ消去要求を受けたときに、第1記憶素子102と第2記憶素子103の閾値電圧をともに増加させるプレライトの後の消去パルス印加時に第1記憶素子102と接続される第1のビット線BLの電圧と、第2記憶素子103と接続される第2のビット線/BLの電圧とが相違するように設定する。
図2は、第1の実施形態の半導体装置におけるメモリアレイ101からのツインセルデータの消去処理の手順を表わすフローチャートである。
まず、電圧制御回路105は、消去要求信号ERQを受信する(ステップS101)。
次に、電圧制御回路105は、第1記憶素子102と第2記憶素子103の閾値電圧をともに増加させるプレライトのための電圧制御を実施する(ステップS102)。
次に、電圧制御回路105は、第1記憶素子102と第2記憶素子103の閾値電圧をともに増加させるプレライトのための電圧制御を実施する(ステップS102)。
次に、電圧制御回路105は、第1記憶素子102と接続される第1のビット線BLの電圧をV1に供給し、第2記憶素子103と接続される第2のビット線/BLの電圧をV1と相違する電圧V2に設定する(ステップS103)。
次に、電圧制御回路105は、第1記憶素子102と第2記憶素子103に共通の所定のメモリゲートMGの電圧、コントロールゲートCGの電圧、ソース線SLの電圧を消去パルス印加用の電圧に設定する(ステップS104)。
以上のように、ツインセルのデータの消去パルス印加時に、第1記憶素子に接続されるビット線と第2記憶素子に接続されるビット線の電圧を相違させることによって、ツインセルデータ消去前の第1記憶素子と第2記憶素子の閾値電圧の大小関係が、ツインセルデータ消去後に維持されないようにすることができる。また、特許文献1に記載されたようなツインセルデータ消去のために、特定のメモリセルをプログラムする必要がないため、消去に要する時間を短くすることができる。
[第2の実施形態]
本実施の形態の半導体装置は、マイクロコンピュータである。
(マイクロコンピュータ)
図3は、第2の実施形態のマイクロコンピュータ1の構成を表わす図である。
本実施の形態の半導体装置は、マイクロコンピュータである。
(マイクロコンピュータ)
図3は、第2の実施形態のマイクロコンピュータ1の構成を表わす図である。
図3に示されるマイクロコンピュータ(MCU)1は、たとえば相補型MOS集積回路製造技術などによって、単結晶シリコンのような1個の半導体チップに形成される。
マイクロコンピュータ1は、特に制限されないが、高速バスHBUSと周辺バスPBUSを有する。高速バスHBUSと周辺バスPBUSは、特に制限されないが、それぞれデータバス、アドレスバスおよびコントロールバスを有する。2個のバスを設けることによって、共通バスに全ての回路を共通接続する場合に比べてバスの負荷を軽くし、高速アクセス動作を保証することができる。
高速バスHBUSには、命令制御部と実行部を備えて命令を実行する中央処理装置(CPU)2、ダイレクトメモリアクセスコントローラ(DMAC)3、高速バスHBUSと周辺バスPBUSとのバスインタフェース制御若しくはバスブリッジ制御を行うバスインタフェース回路(BIF)4が接続される。
高速バスHBUSには、さらに、中央処理装置2のワーク領域などに利用されるランダムアクセスメモリ(RAM)5、およびデータやプログラムを格納する不揮発性メモリモジュールとしてのフラッシュメモリモジュール(FMDL)6が接続される。
周辺バスPBUSには、フラッシュメモリモジュール(FMDL)6に対するコマンドアクセス制御を行うフラッシュシーケンサ(FSQC)7、外部入出力ポート(PRT)8,9、タイマ(TMR)10、およびマイクロコンピュータ1を制御するための内部のクロックCLKを生成するクロックパルスジェネレータ(CPG)11が接続される。
さらに、マイクロコンピュータ1は、XTAL/EXTALに発振子が接続され、または外部クロックが供給されるクロック端子、スタンバイ状態を指示する外部ハードウェアスタンバイ端子STB、リセットを指示する外部リセット端子RES、外部電源端子VCC、外部接地端子Vssを備える。
ここでは、ロジック回路としてのフラッシュシーケンサ7と、アレイ構成のフラッシュメモリモジュール6は、別CADツールを用いて設計されているため、便宜上別々の回路ブロックとして図示されているが、双方併せて一つのフラッシュメモリを構成する。フラッシュメモリモジュール6は、読出し専用の高速アクセスポート(HACSP)を介して高速バスHBUSに接続される。CPU2またはDMAC3は、高速バスHBUSから高速アクセスポートを介してフラッシュメモリモジュール6をリードアクセスすることができる。CPU2またはDMAC3は、フラッシュメモリモジュール6に対して書込みおよび初期化のアクセスを行うときは、バスインタフェース4を介して周辺バスPBUS経由でフラッシュシーケンサ7にコマンドを発行し、これによってフラッシュシーケンサ7が周辺バスPBUSから低速アクセスポート(LACSP)を通じてフラッシュメモリモジュールの初期化や書込み動作の制御を行う。
(フラッシュメモリモジュール)
図4は、フラッシュメモリモジュール6の構成を表わす図である。
図4は、フラッシュメモリモジュール6の構成を表わす図である。
フラッシュメモリモジュール6は、1ビットの情報の記憶を2個の不揮発性メモリセルを用いて行う。すなわち、メモリアレイ(MARY)19は、夫々書換え可能な2個の不揮発性メモリセルMC1,MC2を1ビットのツインセルとして複数個備える。図4には、代表的に1対だけ図示されている。本明細書では、メモリセルMC1をポジティブセル、メモリセルMC2をネガティブセルと呼ぶ。
揮発性メモリセルMC1,MC2は、たとえば、図5(a)に例示されるスプリットゲート型フラッシュメモリ素子である。このメモリ素子は、ソース・ドレイン領域の間のチャネル形成領域の上にゲート絶縁膜を介して配置されたコントロールゲートCGとメモリゲートMGを有する。メモリゲートMGとゲート絶縁膜の間にはシリコンナイトライドなどの電荷トラップ領域(SiN)が配置される。選択ゲート側のソースまたはドレイン領域は、ビット線BLに接続され、メモリゲート側のソースまたはドレイン領域はソース線SLに接続される。
メモリセルの閾値電圧Vthを下げるには、BL=VF(消去速度を速くする場合)、またはVS(消去速度を遅くする場合)、CG=0V、MG=−10V、SL=6V、WELL=0Vとし、ウェル領域(WELL)とメモリゲートMG間の高電界によって電荷トラップ領域(SiN)からウェル領域(WELL)に電子が引き抜かれる。この処理単位はメモリゲートを共有する複数メモリセルとされる。ここで、VF<VSである。この理由については、後述する。
メモリセルの閾値電圧Vthを上げるにはBL=0V、CG=1.5V、MG=10V、SL=6、WELL=0Vとし、ソース線SLからビット線に書込み電流を流し、それによってコントロールゲートとメモリゲートの境界部分で発生するホットエレクトロンが電荷トラップ領域(SiN)に注入される。電子の注入はビット線電流を流すか否かによって決まるからこの処理はビット単位で制御される。
読出しはBL=1.5V、CG=1.5V,MG=0V、SL=0V、WELL=0Vで行われる。メモリセルの閾値電圧Vthが低ければメモリセルはオン状態にされ、閾値電圧Vthが高ければオフ状態にされる。
メモリ素子はスプリットゲート型フラッシュメモリ素子に限定されず、,図5(b),図5(c)に例示されるスタックド・ゲート型フラッシュメモリ素子であってよい。このメモリ素子はソース・ドレイン領域の間のチャネル形成領域の上にゲート絶縁膜を介してフローティングゲートFGとコントロールゲートWLがスタックされて構成される。図5(b)は、ホットキャリア書込み方式によって閾値電圧Vthを上げ、ウェル領域WELLへの電子の放出によって閾値電圧Vthを下げる。図5(c)はFNトンネル書込み方式によって閾値電圧Vthを上げ、ビット線BLへの電子の放出によって閾値電圧Vthを下げる。
上述のメモリゲートMG、コントロールゲートCG、ソース線SL、WELL、ビット線BLへ与える電圧は、フラッシュシーケンサ7の制御によって、電源回路(VPG)31で生成されて供給される。
以下の説明では、メモリ素子がスプリットゲート型フラッシュメモリ素子であるとして説明する。
不揮発性メモリセルMC1,MC2から成る一つのツインセルによる情報記憶は不揮発性メモリセルMC1,MC2に相補データを格納することによって行う。
すなわち、メモリセルMC1,MC2のそれぞれは、セルデータ“1”(低閾値電圧状態;閾値電圧が消去ベリファイレベルよりも小さい状態)またはセルデータ“0”(高閾値電圧状態;閾値電圧が消去ベリファイレベル以上の状態)を保持することができる。
図6(a)に示すように、ツインセルデータ“0”は、ポジティブセルMC1がセルデータ“0”、ネガティブセルMC2がセルデータ“1”を保持する状態である。図6(b)に示すように、ツインセルデータ“1”はポジティブセルMC1がセルデータ“1”、ネガティブセルMC2がセルデータ“0”を保持する状態である。図6(c)に示すように、ツインセルのポジティブセルMC1およびネガティブセルMC2が共にセルデータ“1”を保持する状態はイニシャライズ状態であり、ツインセルデータは不定になる。
ツインセルデータ“0”の状態およびツインセルデータ“1”の状態からイニシャライズ状態にすることをツインセルデータの消去という。ツインセルデータの消去時には、一旦、ポジティブセルMC1とネガティブセルMC2の両方のセルデータを“0”にする処理(プレライトと呼ぶ)を行なってから、消去パルスを印加して両方のセルデータを“1”にする処理が行なわれる。弱い書込み(以降、プレライト)を行う。プレライトとは、ポジティブセルMC1とネガティブセルMC2の両方に対して弱い書込み(閾値電圧をある程度増加させる)を行なうものである。プレライトを実施する目的は、ポジティブセルMC1とネガティブセルMC2の間の消去ストレスのばらつきを小さくし、リテンション特性悪化を抑制するためである。プレライトによるストレスが、通常の書込みによるストレスよりも大きくならないよう、プレライト時には、図5に示した一般的な通常の書込み(Vthを上げる)のときの電圧より小さい電圧が与えられる。
図7(a)は、ツインセルデータ“0”を消去する際のシーケンスを表わす図である。
図7(a)に示すように、ツインセルデータ“0”の消去を実行する場合に、両方のセルが共にセルデータ“1”を保持するイニシャル状態となるが、消去前はポジティブセルMC1の閾値電圧Vthの方がネガティブセルMC2の閾値電圧Vthよりも大きいため、消去後でもこの関係が維持される可能性が想定される。この関係が状態で読み出しを実施すると、イニシャル状態にも関わらずポジティブセルMC1とネガティブセルMC2の閾値電圧Vthに差があるために、不定値ではなく実質的に直前のツインセルデータ“0”と等しいデータ“0”を読み出してしまう可能性がある。
図7(a)に示すように、ツインセルデータ“0”の消去を実行する場合に、両方のセルが共にセルデータ“1”を保持するイニシャル状態となるが、消去前はポジティブセルMC1の閾値電圧Vthの方がネガティブセルMC2の閾値電圧Vthよりも大きいため、消去後でもこの関係が維持される可能性が想定される。この関係が状態で読み出しを実施すると、イニシャル状態にも関わらずポジティブセルMC1とネガティブセルMC2の閾値電圧Vthに差があるために、不定値ではなく実質的に直前のツインセルデータ“0”と等しいデータ“0”を読み出してしまう可能性がある。
図7(b)は、ツインセルデータ“1”を消去する際のシーケンスを表わす図である。
図7(b)に示すように、ツインセルデータ“1”の消去を実行する場合に、両方のセルが共にセルデータ“1”を保持するイニシャル状態となるが、消去前はネガティブセルMC2の閾値電圧Vthの方がポジティブセルMC1の閾値電圧Vthよりも大きいため、消去後でもこの関係が維持される可能性が想定される。この直前のツインセルデータ状態で読み出しを実施すると、イニシャル状態にも関わらず、ポジティブセルMC1とネガティブセルMC2の閾値電圧Vthに差があるために、不定値ではなく実質的に直前のツインセルデータ“1”と等しいデータ“1”を読み出してしまう可能性がある。
図7(b)に示すように、ツインセルデータ“1”の消去を実行する場合に、両方のセルが共にセルデータ“1”を保持するイニシャル状態となるが、消去前はネガティブセルMC2の閾値電圧Vthの方がポジティブセルMC1の閾値電圧Vthよりも大きいため、消去後でもこの関係が維持される可能性が想定される。この直前のツインセルデータ状態で読み出しを実施すると、イニシャル状態にも関わらず、ポジティブセルMC1とネガティブセルMC2の閾値電圧Vthに差があるために、不定値ではなく実質的に直前のツインセルデータ“1”と等しいデータ“1”を読み出してしまう可能性がある。
このように消去したにも関わらず、読む度にデータが定まらないような不定値ではなく、高い確率で直前のツインセルデータと等しいデータが読み出せてしまうとしたら、セキュリティ上問題となる可能性がある。本願の発明者らは、このような可能性のある問題を解決することを目的として、消去パルス印加時(閾値電圧Vthを下げる)際のビット線BLに与える電圧と消去速度との関係を調べる実験を行なった。その結果、ビット線BLに与える電圧に応じて、閾値電圧Vthが減少する速度が相違するという結果が得られた。発明者らは、この現象は、セルの微細化に伴い、ドレイン側の電界がメモリゲートMGの下の電界に影響を与えているためと推測している。
実験結果の一例として、図8に示すように、ビット線BLに与える電圧が小さいほど、閾値電圧Vthが減少する速度が速くなるという結果が得られた。
図9(a)は、ポジティブセルMC1に接続されるビット線BLの電圧をネガティブセルMC2に接続されるビット線BLに与える電圧よりも小さくした場合の、ツインセルデータ“0”を消去する際のシーケンスを表わす図である。
図9(a)に示すように、ツインセルデータ“0”の消去を実行する場合に、両方のセルが共にセルデータ“1”を保持するイニシャル状態となる。ツインセルデータ消去前は、ポジティブセルMC1の閾値電圧Vthの方がネガティブセルMC2の閾値電圧Vthよりも大きい。しかし、ポジティブセルMC1の方がネガティブセルMC2よりも消去速度(つまり、閾値電圧Vthが減少する速度)が速いため、消去後は、この関係が逆転する。この状態で読み出しを実施すると、直前のツインセルデータ“0”と異なる“1”が読み出される。
図9(b)は、ポジティブセルMC1に接続されるビット線BLの電圧をネガティブセルMC2に接続されるビット線BLに与える電圧よりも小さくした場合の、ツインセルデータ“1”を消去する際のシーケンスを表わす図である。
図9(b)に示すように、ツインセルデータ“1”の消去を実行する場合に、両方のセルが共にセルデータ“1”を保持するイニシャル状態となる。データ消去前はネガティブセルMC2の閾値電圧Vthの方がポジティブセルMC1の閾値電圧Vthよりも大きい。
ポジティブセルMC1の方がネガティブセルMC2よりも消去速度(つまり、閾値電圧Vthが減少する速度)が速いため、消去後でもこの関係が維持され、この状態で読み出しを実施すると、直前のツインセルデータ“1”を読み出される。
ポジティブセルMC1の方がネガティブセルMC2よりも消去速度(つまり、閾値電圧Vthが減少する速度)が速いため、消去後でもこの関係が維持され、この状態で読み出しを実施すると、直前のツインセルデータ“1”を読み出される。
このように、ツインセルデータが“0”のときも“1”のときも、ツインセルデータ消去後に“1”が読み出されることになり、保持されているツインセルデータを特定することができないようにすることができる。
図4に代表的に示されたツインセルのメモリセルMC1,MC2において、メモリゲートMGは、共通のメモリゲート選択線MGLに接続され、コントロールゲートCGは、共通のワード線WLに接続される。実際には多数のツインセルがマトリクス配置され、行方向の配列単位で対応するメモリゲート選択線MGLおよびワード線WLに接続される。
メモリセルMC1,MC2は、列単位で副ビット線SBLに接続され、副ビット線セレクタ20を介して書込み系主ビット線WMBLに接続する。それぞれ書込み系主ビット線WMBLには、複数の副ビット線SBLが副ビット線セレクタ20によって階層化されて接続されている。副ビット線SBLに階層化された単位をメモリマットと称する。ソース線SLは接地電圧Vssに接続される。メモリセルMC1の副ビット線SBLは、メモリマット毎に読出し列セレクタ22を介して、階層センスアンプSAの一方の入力端子に接続される。メモリセルMC2の副ビット線SBLは、メモリマット毎に読出し列セレクタ22を介して階層センスアンプSAの他方の入力端子に接続される。
ワード線WLは、第1行デコーダ(RDEC1)24によって選択される。メモリゲート選択線MGLおよび副ビット線セレクタ20は、第2行デコーダ(RDEC2)25によって選択される。第1行デコーダ24および第2行デコーダ25による選択動作は、読出しアクセスではHACSPに供給されるアドレス情報などに従い、データの書込み動作および初期化動作ではLACSPに供給されるアドレス情報などに従う。階層センスアンプSAの出力は、出力バッファ(OBUF)26を介して高速バスHBUSのデータバスHBUS_Dに接続される。
書込み系主ビット線WMBLは、主ビット線電圧制御回路51のラッチデータに従って選択的に書込み電流が流れるように設定される。主ビット線電圧制御回路51は、書換え列セレクタ28で選択される。書換え列セレクタ28で選択された書き換え系主ビット線WMBLは、ベリファイセンスアンプVSAに接続される。ベリファイセンスアンプVSAの出力および主ビット線電圧制御回路51は、周辺バスPBUSのデータバス(PBUS_D)にインタフェースされる入出力回路(IOBUF)29に接続する。
書換え列セレクタ28は、列デコーダ(CDEC)30によって選択される。列デコーダ30の選択動作は、LACSPに供給されるアドレス情報などに従う。
電源回路(VPG)31は、読出し、書込み、初期化に必要な各種動作電圧を生成する。生成される複数の電圧のうち、電源電圧VDDは、半導体装置内における、本明細書で特に除外したものを除くMOS回路の電源電圧(つまり、PMOSトランジスタのソースに供給される電圧およびNMOSトランジスタのドレインに供給される電圧)である。
タイミングジェネレータ(TMG)32は、CPU2等からHACSPに供給されるアクセスストローブ信号、FSQC7からLACSPに供給されるアクセスコマンド等に従って、内部動作タイミングを規定する内部制御信号を生成する。
フラッシュメモリの制御部は、FSQC7とタイミングジェネレータ32によって構成される。
(ツインセルデータの読出し)
図10は、第2の実施形態のツインセルデータの読出し系、書込み系、消去系の詳細な回路構成を表わす図である。書込み系の主ビット線としてWMBL_0P〜WMBL_3P、WMBL_0N〜WMBL_3Nの8本が例示され、そこに接続するメモリマットとして1個のメモリマットが例示される。特に制限されないが、副ビット線としてSBL_0P〜SBL_7P、SBL_0N〜SBL_7Nが配置され、1本の書込み系主ビット線WMBLに対して2本の副ビット線SBLが割り当てられる。
図10は、第2の実施形態のツインセルデータの読出し系、書込み系、消去系の詳細な回路構成を表わす図である。書込み系の主ビット線としてWMBL_0P〜WMBL_3P、WMBL_0N〜WMBL_3Nの8本が例示され、そこに接続するメモリマットとして1個のメモリマットが例示される。特に制限されないが、副ビット線としてSBL_0P〜SBL_7P、SBL_0N〜SBL_7Nが配置され、1本の書込み系主ビット線WMBLに対して2本の副ビット線SBLが割り当てられる。
メモリセルMC1,MC2については図示を省略してある副ビット線SBLに付された参照符号における数字のサフィックスはツインセルの列番号を意味する。アルファベットのサフィックスPはツインセルの一方のメモリセルMC1(ポジティブセル)に接続する副ビット線であることを意味し、サフィックスNはツインセルの他方のメモリセルMC2(ネガティブセル)に接続する副ビット線であることを意味する。書込み主ビット線WMBLに付された参照符号におけるアルファベットのサフィックスPはツインセルのポジティブセルMC1に接続する書込み主ビット線であることを意味し、サフィックスNはツインセルのネガティブセルMC2に接続する書込み主ビット線であることを意味し、数字のサフィックスは対応するツインセルの列番号のうち若い方の列番号を意味する。
読出し列セレクタ22をスイッチ制御する選択信号YR0N〜YR7Nは、ツインセルの列番号が等しい一対の副ビット線SBLを選択し、選択したポジティブセル側の副ビット線SBL_iPとネガティブセル側の副ビット線SBL_iNとを階層センスアンプSAの差動入力端子に接続する。階層センスアンプSAは、差動入力端子に夫々電流源トランジスタ(図示せず)を有し、読出し動作において電流源トランジスタが活性化される。読出し動作においてワード線によってツインセルが選択されると、選択されたツインセルのポジティブセルとネガティブセルMC2は、記憶しているツインセルデータに従って相補的にスイッチ動作し、それによって階層センスアンプSAの差動入力端子に電位差が形成される。この電位差を階層センスアンプSAが増幅することによって読出し系主ビット線RMBLにそのツインセルのツインセルデータを出力する。
上記ツインセルの列番号配置と読出し列セレクタ22による副ビット線の選択形態により、読出し列セレクタ22で選択される一対の副ビット線の間にはそのとき非選択にされる別の副ビット線が配置されるようになっている。
読出し系ディスチャージ回路40は、ディスチャージ信号DCR0、DCR1によって副ビット線SBLを選択的に接地電圧Vssに接続する回路であり、副ビット線セレクタ20により非選択とされる副ビット線SBLを接地電圧Vssに接続する。
(ツインセルデータの書込み)
主ビット線電圧制御回路51Pi,51Niは、書込みパルスWPLSのパルス幅に応じて書込み電流を流す。
主ビット線電圧制御回路51Pi,51Niは、書込みパルスWPLSのパルス幅に応じて書込み電流を流す。
ポジティブセルに割り当てられる主ビット線WMBL_iP(i=0〜3)に対応する主ビット線電圧制御回路51Piには、データバスPBUS_Dから非反転信号線PSLに供給された書込みデータが書換え列セレクタ28で選択されて供給される。
ネガティブセルMC2に割り当てられる主ビット線WMBL_iN(i=0〜3)に対応する主ビット線電圧制御回路51Niには、データバスPBUS_Dから反転信号線NSLに供給された反転書込みデータが書換え列セレクタ28で選択されて供給される。ENDTは信号線PSL,NSLへの書込みデータの入力ゲート信号である。
ポジティブセルに割り当てられる主ビット線WMBL_iP(i=0〜3)は、書換え列セレクタ28を介して非反転ベリファイ信号線PVSLに共通接続される。ネガティブセルMC2に割り当てられる主ビット線WMBL_iN(i=0〜3)は、書換え列セレクタ28を介して反転ベリファイ信号線NVSLに共通接続される。
書換え列セレクタ28をスイッチ制御するライト選択信号YW0〜YW3は、ツインセルの列番号が等しい一対の主ビット線WMBL_jP,WMBL_jN(j=0〜3のいずれか)を信号線PSL,NSLに接続し、また、それに対応する主ビット線電圧制御回路51Pj,51Njを信号線PSL,NSLに接続する。
書込み動作において、データバスPBUS_Dから入力された書込みデータは、相補データとして信号線PSL,NSLに入力され、書換え列セレクタ28で選択される一対の主ビット線電圧制御回路51Pj,51Njにラッチされる。主ビット線電圧制御回路51Pj,51Njの一方はデータ“1”、他方はデータ“0”をラッチする。ラッチデータ“1”に対応する主ビット線WMBLにはソース線SLからの書込み電流が流れず、ラッチデータ“0”に対応する主ビット線WMBLにはソース線SLからの書込み電流が流れ、これによって、選択されたツインセルの一方のメモリセルにはセルデータ“0”が書込まれ(つまり閾値電圧Vthが増加)、他方のメモリセルにはセルデータ“1”が書込まれる(つまり、閾値電圧Vthが変化しない)。
書込みベリファイにおいては、書込み動作が選択されたツインセルの記憶情報を対応する一対の主ビット線WMBL_jP,WMBL_jN(j=0〜3のいずれか)に読出して書換え列セレクタ28でベリファイ信号線PVSL,NVSLに伝達し、シングルエンドで反転増幅出力を得るベリファイセンスアンプVSA_P,VSA_Nで増幅する。また、書込み動作において書込みデータが格納された主ビット線電圧制御回路51Pj,51Njの保持データを同じく書換え列セレクタ28で信号線PSDL,NSLに伝達する。ベリファイセンスアンプVSA_Pの出力と信号線PSLの非反転書込みデータの一致を排他的論理和ゲートEXOR_Pで調べることによってポジティブセルのデータ書込み状態を検証することができる。同様に、ベリファイセンスアンプVSA_Nの出力と反転信号線NSLの反転書込みデータの一致を排他的論理和ゲートEXOR_Nで調べることによってネガティブセルMC2のデータ書込み状態を検証することができる。排他的論理和ゲートEXPR_P,EXOR_Nの出力に対してアンドゲートANDで論理積を採り、その論理積の結果が1ビットの書込みデータに対する書込みベリファイ結果VRSLTになる。書込みデータが複数ビットの場合には複数ビット分の排他的論理和ゲートの全ての出力に対して論理積を採ってベリファイ結果を得ることになる。ベリファイ結果VRSLTはフラッシュシーケンサ7に供給される。
また、ベリファイセンスアンプVSA_P,VSA_Nの出力はデータセレクタSELを介して選択的に周辺データバスPBUS_Dに出力可能になっている。この読出し経路は、ツインセルに記憶されたネガティブセルMC2の記憶情報またはポジティブセルMC1の記憶情報をシングルエンド増幅して周辺データバスPBUS_Dに出力する読出し経路になる。
書込み系ディスチャージ回路41は、ディスチャージ信号DCW0、DCW1によって主ビット線WMBLを選択的に接地電圧Vssに接続する回路であり、書換え列セレクタ28により非選択とされる主ビット線WBMLを接地電圧Vssに接続する。
主ビット線電圧制御回路51P0〜51P3は、ツインセルデータの書込み時(プレライトも含む)だけでなく、ツインセルデータの消去パルス印加時においても主ビット線WMBL_0P〜WMBL_3Pの電圧を制御する。主ビット線電圧制御回路51N0〜51N3は、ツインセルデータの書込み時(プレライドを含む)だけでなく、ツインセルデータの消去パルス印加時において、主ビット線WMBL_0N〜WMBL_3Nの電圧を制御する。
(主ビット線電圧制御回路)
図11は、第2の実施形態の主ビット線電圧制御回路51Pi(i=0〜3)の構成を表わす図である。図11に示すように、主ビット線電圧制御回路51Piは、セット部81と、データ入力部82と、データ保持部83と、設定部84と、インバータIV4とを備える。
図11は、第2の実施形態の主ビット線電圧制御回路51Pi(i=0〜3)の構成を表わす図である。図11に示すように、主ビット線電圧制御回路51Piは、セット部81と、データ入力部82と、データ保持部83と、設定部84と、インバータIV4とを備える。
セット部81は、PチャネルMOSトランジスタP1と、NチャネルMOSトランジスタN1とを含む。PチャネルMOSトランジスタP1は、電源電圧VDDのラインとノードNDP1の間に設けられる。PチャネルMOSトランジスタP1のゲートは、反転ラッチセットハイ信号/LSHを受ける。NチャネルMOSトランジスタN1は、ノードNDP1と接地電圧Vssのラインとの間に設けられる。NチャネルMOSトランジスタN1のゲートは、ポジティブラッチセットロウ信号PLSLを受ける。
データ入力部82は、インバータIV1と、スイッチSW1とを含む。インバータIV1は、ラッチスイッチ信号LSWを受ける。スイッチSW1は、非反転信号線PSLを通じて伝送される非反転データを受け、ラッチスイッチ信号LSWおよびインバータIV1の出力(つまり、ラッチスイッチ信号LSWの反転信号)によって制御される。スイッチSW1は、ラッチスイッチ信号LSWが“H”レベルのときに、非反転信号線PSLを通じて伝送される非反転データをノードNDP1に伝える。
データ保持部83は、交互接続されるインバータIV2とインバータIV3とを含む。
インバータIV2の入力およびインバータIV3の出力がノードNDP1に接続され、インバータIV2の出力およびインバータIV3の入力がノードNDP2に接続される。
インバータIV2の入力およびインバータIV3の出力がノードNDP1に接続され、インバータIV2の出力およびインバータIV3の入力がノードNDP2に接続される。
インバータIV4の入力は、ノードNDP2に接続される。
設定部84は、電源電圧VDDのラインと接地電圧Vssのラインとの間に設けられたPチャネルMOSトランジスタP2,P3、NチャネルMOSトランジスタN2,N3,N4と、インバータIV5を含む。インバータIV5は、プログラムパルス有効信号PPEを受ける。PチャネルMOSトランジスタP2のゲートは、インバータIV5の出力と接続される。PチャネルMOSトランジスタP3のゲートおよびNチャネルMOSトランジスタN2のゲートは、ノードNDP2に接続される。NチャネルMOSトランジスタN3のゲートは、プログラムパルス有効信号PPEを受ける。NチャネルMOSトランジスタN4のゲートは、書込みパルスWPLSを受ける。PチャネルMOSトランジスタP3とNチャネルMOSトランジスタN2との間のノードNDP3が主ビット線WMBL_iPに接続される。
設定部84は、電源電圧VDDのラインと接地電圧Vssのラインとの間に設けられたPチャネルMOSトランジスタP2,P3、NチャネルMOSトランジスタN2,N3,N4と、インバータIV5を含む。インバータIV5は、プログラムパルス有効信号PPEを受ける。PチャネルMOSトランジスタP2のゲートは、インバータIV5の出力と接続される。PチャネルMOSトランジスタP3のゲートおよびNチャネルMOSトランジスタN2のゲートは、ノードNDP2に接続される。NチャネルMOSトランジスタN3のゲートは、プログラムパルス有効信号PPEを受ける。NチャネルMOSトランジスタN4のゲートは、書込みパルスWPLSを受ける。PチャネルMOSトランジスタP3とNチャネルMOSトランジスタN2との間のノードNDP3が主ビット線WMBL_iPに接続される。
ツインセルデータ“1”の書込み時には、非反転信号線PSLを通じて“H”レベルが送られてきて、ノードNDP1のデータ、すなわち書込みラッチデータが“H”レベルとなり、主ビット線WMBL_iPの電圧がVDDとなる。
一方、ツインセルデータ“0”の書込み時には、非反転信号線PSLを通じて“L”レベルが送られてきて、ノードNDP1のデータ、すなわち書込みラッチデータが“L”レベルとなり、書込みパルスWPLSが活性化された期間、主ビット線WMBL_iPが接地電圧Vssと接続し、主ビット線WMBL_iPに書込み電流が流れる。
プレライト時には、ポジティブラッチセットロウ信号PLSLが「H」レベル、反転ラッチセットハイ信号/LSHが「H」レベルに設定されることによって、ノードNDP1のデータ、すなわち書込みラッチデータが“L”レベルとなる。そして、書込みパルスWPLSが活性化された期間、主ビット線WMBL_iPが接地電圧Vssと接続し、主ビット線WMBL_iPに書込み電流が流れる。
図12は、第2の実施形態の主ビット線電圧制御回路51Ni(i=0〜3)の構成を表わす図である。図12に示すように、主ビット線電圧制御回路51Niは、セット部91と、データ入力部92と、データ保持部93と、設定部94と、インバータIV9とを備える。
セット部91は、PチャネルMOSトランジスタP4と、NチャネルMOSトランジスタN5とを含む。PチャネルMOSトランジスタP4は、電源電圧VDDのラインとノードNDN1の間に設けられる。PチャネルMOSトランジスタP4のゲートは、反転ラッチセットハイ信号/LSHを受ける。NチャネルMOSトランジスタN5は、ノードNDN1と接地電圧Vssのラインとの間に設けられる。NチャネルMOSトランジスタN5のゲートは、ネガティブラッチセットロウ信号NLSLを受ける。
データ入力部92は、インバータIV6と、スイッチSW2とを含む。インバータIV6は、ラッチスイッチ信号LSWを受ける。スイッチSW2は、反転信号線NSLを通じて伝送される反転データを受け、ラッチスイッチ信号LSWおよびインバータIV6の出力(つまり、ラッチスイッチ信号LSWの反転信号)によって制御される。スイッチSW2は、ラッチスイッチ信号LSWが“H”レベルのときに、反転信号線NSLを通じて伝送される反転データをノードNDN1に伝える。
データ保持部93は、交互接続されるインバータIV7とインバータIV8とを含む。
インバータIV7の入力およびインバータIV8の出力がノードNDN1に接続され、インバータIV7の出力およびインバータIV8の入力がノードNDN2に接続される。
インバータIV7の入力およびインバータIV8の出力がノードNDN1に接続され、インバータIV7の出力およびインバータIV8の入力がノードNDN2に接続される。
インバータIV9の入力は、ノードNDN2に接続される。
設定部94は、電源電圧VDDのラインと接地電圧Vssのラインとの間に設けられたPチャネルMOSトランジスタP5,P6、NチャネルMOSトランジスタN6,N7,N8と、インバータIV10を含む。インバータIV10は、プログラムパルス有効信号PPEを受ける。PチャネルMOSトランジスタP5のゲートは、インバータIV10の出力と接続される。PチャネルMOSトランジスタP6のゲートおよびNチャネルMOSトランジスタN6のゲートは、ノードNDN2に接続される。NチャネルMOSトランジスタN7のゲートは、プログラムパルス有効信号PPEを受ける。NチャネルMOSトランジスタN8のゲートは、書込みパルスWPLSを受ける。PチャネルMOSトランジスタP6とNチャネルMOSトランジスタN6との間のノードNDN3が主ビット線WMBL_iNに接続される。
設定部94は、電源電圧VDDのラインと接地電圧Vssのラインとの間に設けられたPチャネルMOSトランジスタP5,P6、NチャネルMOSトランジスタN6,N7,N8と、インバータIV10を含む。インバータIV10は、プログラムパルス有効信号PPEを受ける。PチャネルMOSトランジスタP5のゲートは、インバータIV10の出力と接続される。PチャネルMOSトランジスタP6のゲートおよびNチャネルMOSトランジスタN6のゲートは、ノードNDN2に接続される。NチャネルMOSトランジスタN7のゲートは、プログラムパルス有効信号PPEを受ける。NチャネルMOSトランジスタN8のゲートは、書込みパルスWPLSを受ける。PチャネルMOSトランジスタP6とNチャネルMOSトランジスタN6との間のノードNDN3が主ビット線WMBL_iNに接続される。
ツインセルデータ“1”の書込み時には、反転信号線NSLを通じて“L”レベルが送られてきて、ノードNDN1のデータ、すなわち書込みラッチデータが“L”レベルとなり、書込みパルスWPLSが活性化された期間、主ビット線WMBL_iNが接地電圧Vssと接続し、主ビット線WMBL_iNに書込み電流が流れる。
一方、ツインセルデータ“0”の書込み時には、反転信号線NSLを通じて“H”レベルが送られてきて、ノードNDN1のデータ、すなわち書込みラッチデータが“H”レベルとなり、主ビット線WMBL_iNの電圧がVDDとなる。
プレライト時には、ネガティブラッチセットロウ信号NLSLが「H」レベル、反転ラッチセットハイ信号/LSHが「H」レベルに設定されることによって、ノードNDN1のデータ、すなわち書込みラッチデータが“L”レベルとなる。そして、書込みパルスWPLSが活性化された期間、主ビット線WMBL_iNが接地電圧Vssと接続し、主ビット線WMBL_iNに書込み電流が流れる。
(動作タイミング)
図13は、第2の実施形態のツインセルデータの消去パルス印加時の動作タイミングを表わす図である。
図13は、第2の実施形態のツインセルデータの消去パルス印加時の動作タイミングを表わす図である。
フラッシュシーケンサ7が、ZMOS選択信号Z0,Z1を“L”レベルに設定し、ディスチャージ信号DCR0,DCR1を“H”レベルに設定する。これによって、副ビット線SBL_0P〜SBL_7P,SBL_0N〜SBL_7Nが接地電圧Vssのラインと接続される。
フラッシュシーケンサ7が、プログラムパルス有効信号PPEを“H”レベルに設定し、書込みパルスWPLSを“H”レベルに設定し、ラッチセットハイ信号LSHを一旦“L”レベルに設定し、その後“H”レベルに設定する。その後、フラッシュシーケンサ7が、ポジティブラッチセットロウ信号PLSLを一旦“H”レベルに設定し、その後“L”レベルに設定し、ネガティブラッチセットロウ信号NLSLを“L”レベルに維持させ、ラッチスイッチ信号LSWを“L”レベルに維持させる。
これによって、主ビット線電圧制御回路51P0〜51P3では、ノードNDP1のラッチデータPDataが“L”レベル、ノードNDP2が“H”レベル、NチャネルMOSトランジスタN2,N3,N4がオン、PチャネルMOSトランジスタP3がオフ、ノードNDP3が“L”レベルとなる。その結果、主ビット線WMBL_0P〜WMBL_3Pの電圧が接地電圧Vssとなる。
また、主ビット線電圧制御回路51N0〜51N3では、ノードNDN1のラッチデータNDataが“H”レベル、ノードNDN2が“L”レベル、NチャネルMOSトランジスタN6がオフ、PチャネルMOSトランジスタP5,P6がオン、ノードNDN3が“H”レベルとなる。その結果、主ビット線WMBL_0N〜WMBL_3Nの電圧がVDDとなる。
次に、フラッシュシーケンサ7が、ディスチャージ信号DCR0,DCR1を“L”レベルに設定する。これによって、副ビット線SBL_0P〜SBL_7P,SBL_0N〜SBL_7Nが接地電圧Vssのラインと非接続にされる。
また、フラッシュシーケンサ7が、ZMOS選択信号Z0,Z1を“H”レベルに設定する。これによって、主ビット線WMBL_iP(i=0〜3)が副ビット線SBL_iPおよびSBL_i+4Pと接続し、副ビット線SBL_iPおよびSBL_i+4Pの電圧が接地電圧Vssを維持する。また、主ビット線WMBL_iN(i=0〜3)が副ビット線SBL_iNおよびSBL_i+4Nと接続し、副ビット線SBL_iNおよびSBL_i+4Nの電圧がVDDとなる。
次に、フラッシュシーケンサ7が、メモリゲートMGの電圧を消去パルス印加用の電圧(−10V)に設定し、ソース線SLの電圧を消去パルス印加用の電圧(6V)に設定し、コントロールゲートCGの電圧を0Vのまま維持させる。
これによって、メモリセルMC1,MC2に消去パルスが印加され、BTBT(Band To Band Tunneling)消去が開始される。ポジティブセルMC1に接続される副ビット線SBL_0P〜SBL_7Pの電圧が接地電圧Vssで、ネガティブセルMC2に接続される副ビット線SBL_0N〜SBL_7Nの電圧がVDDのため、ポジティブセルMC1の消去速度がネガティブセルMC2の消去速度よりも速くなる。消去速度の差により、消去後のツインセルMC1,MC2の閾値電圧Vthの差は、消去前のツインセルデータに依存性しない差となる。
次に、フラッシュシーケンサ7が、ソース線SLの電圧を非選択状態の(0V)に戻す。これによって、メモリセルMC1,MC2への消去パルスの印加が終了し、BTBT消去が終了する。また、フラッシュシーケンサ7が、メモリゲートMGの電圧を非選択電圧の(0V)に戻す。
次に、フラッシュシーケンサ7が、ディスチャージ信号DCR0,DCR1を“H”レベルに設定し、ZMOS選択信号Z0,Z1を“L”レベルに設定する。
これによって、主ビット線WMBL_iP(i=0〜3)が副ビット線SBL_iPおよびSBL_i+4Pと非接続となる。また、主ビット線WMBL_iN(i=0〜3)が副ビット線SBL_iNおよびSBL_i+4Nと非接続となる。また、副ビット線SBL_0P〜SBL_7P,SBL_0N〜SBL_7Nが接地電圧Vssのラインと接続されて、副ビット線SBL_0N〜SBL_7Nの電圧が接地電圧Vssに戻る。
以上のように、本実施の形態では、主ビット線電圧制御回路によって、ツインセルデータの消去パルス印加時に、ポジティブセルに接続されるビット線の電圧をVss、ネガティブセルに接続されるビット線の電圧をVDDに設定し、ポジティブセルの消去速度(閾値電圧Vthの減少速度)をネガティブセルの消去速度よりも速くする。これによって、消去前のツインセルデータが消去後に読み出されないようにすることができる。
なお、本実施の形態では、ラッチセットロウ信号をポジティブ用とネガティブ用に分離したが、これに限定するものではない。ラッチセットハイ信号をポジティブ用とネガティブ用に分離した構成でも、同様のラッチデータのセットが可能である。
[第3の実施形態]
図14は、第3の実施形態におけるツインセルデータの読出し、書込みおよび消去に関する詳細な回路構成を表わす図である。図10の回路構成における主ビット線電圧制御回路51P0〜51P3,51N0〜51N3が、図14の回路構成では、主ビット線電圧制御回路52P0〜52P3,52N0〜52N3に置き換えられている。
図14は、第3の実施形態におけるツインセルデータの読出し、書込みおよび消去に関する詳細な回路構成を表わす図である。図10の回路構成における主ビット線電圧制御回路51P0〜51P3,51N0〜51N3が、図14の回路構成では、主ビット線電圧制御回路52P0〜52P3,52N0〜52N3に置き換えられている。
図15は、第3の実施形態の主ビット線電圧制御回路52Pi(i=0〜3)の構成を表わす図である。図15の主ビット線電圧制御回路52Piが、図11の主ビット線電圧制御回路51Piと相違する点は、以下である。
図11のセット部81がNチャネルMOSトランジスタN1を備えるのに対して、図15のセット部281がNチャネルMOSトランジスタN21を備える。NチャネルMOSトランジスタN21は、NチャネルMOSトランジスタN1と同様に、ノードNDP1と接地電圧Vssのラインとの間に設けられる。NチャネルMOSトランジスタN21のゲートは、ポジティブ側とネガティブ側で共通のラッチセットロウ信号LSLを受ける。
また、図11の設定部84がPチャネルMOSトランジスタP2を備えるのに対して、図15の設定部284が、PチャネルMOSトランジスタP22を備える。PチャネルMOSトランジスタP2が電源電圧VDDのラインに接続されるのに対して、PチャネルMOSトランジスタP22は、ポジティブ用のチャージ電圧線PGCVに接続される。ここで、チャージ電圧線PGCVに与えられる電圧は、通常はVDDであるが、消去パルスを印加する期間およびその前後においてVa(≠Vb(チャージ電圧線NGCVに与えられる電圧))に設定される。本実施の形態ではVa<Vbとして説明する。
図16は、第3の実施形態の主ビット線電圧制御回路52Ni(i=0〜3)の構成を表わす図である。図16の主ビット線電圧制御回路52Niが、図12の主ビット線電圧制御回路51Niと相違する点は、以下である。
図12のセット部91がNチャネルMOSトランジスタN5を備えるのに対して、図16のセット部291がNチャネルMOSトランジスタN25を備える。NチャネルMOSトランジスタN25は、NチャネルMOSトランジスタN2と同様に、ノードNDN1と接地電圧Vssのラインとの間に設けられる。NチャネルMOSトランジスタN21のゲートは、ポジティブとネガティブで共通のラッチセットロウ信号LSLを受ける。
また、図12の設定部94がPチャネルMOSトランジスタP5を備えるのに対して、図16の設定部294が、PチャネルMOSトランジスタP25を備える。PチャネルMOSトランジスタP5が電源電圧VDDのラインに接続されるのに対して、PチャネルMOSトランジスタP25は、ネガティブ用のチャージ電圧線NGCVに接続される。ここで、チャージ電圧線NGCVに与えられる電圧はVbである。本実施の形態ではVb=VDDとして説明する。
(動作タイミング)
図17は、第3の実施形態のツインセルデータの消去パルス印加時の動作タイミングを表わす図である。
図17は、第3の実施形態のツインセルデータの消去パルス印加時の動作タイミングを表わす図である。
フラッシュシーケンサ7が、ZMOS選択信号Z0,Z1を“L”レベルに設定し、ディスチャージ信号DCR0,DCR1を“H”レベルに設定する。これによって、副ビット線SBL_0P〜SBL_7P,SBL_0N〜SBL_7Nが接地電圧Vssのラインと接続される。
フラッシュシーケンサ7が、プログラムパルス有効信号PPEを“H”レベルに設定し、書込みパルスWPLSを“L”レベルに維持させ、ラッチセットハイ信号LSHを一旦“L”レベルに設定し、その後“H”レベルに設定する。その後、フラッシュシーケンサ7が、ラッチセットロウ信号LSLを“L”レベルに維持させ、ラッチスイッチ信号LSWを“L”レベルに維持させる。
さらに、フラッシュシーケンサ7が、ポジティブ用のチャージ電圧線PGCVに与える電圧をVDDからVa(0<Va<VDD)に変化させ、ネガティブ用のチャージ電圧線NGCVに与える電圧をVDDに維持させる。
これによって、主ビット線電圧制御回路52P0〜52P3では、ノードNDP1のラッチデータPDataが“H”レベル、ノードNDP2が“L”レベル、NチャネルMOSトランジスタN2がオフ、PチャネルMOSトランジスタP22,P3がオン、ノードNDP3が“H”レベルとなる。その結果、主ビット線WMBL_0P〜WMBL_3Pの電圧がVaとなる。
また、主ビット線電圧制御回路52N0〜52N3では、ノードNDN1のラッチデータNDataが“H”レベル、ノードNDN2が“L”レベル、NチャネルMOSトランジスタN6がオフ、PチャネルMOSトランジスタP25,P6がオン、ノードNDN3が“H”レベルとなる。その結果、主ビット線WMBL_0N〜WMBL_3Nの電圧がVDDとなる。
次に、フラッシュシーケンサ7が、ディスチャージ信号DCR0,DCR1を“L”レベルに設定する。これによって、副ビット線SBL_0P〜SBL_7P,SBL_0N〜SBL_7Nが接地電圧Vssのラインと非接続にされる。
また、フラッシュシーケンサ7が、ZMOS選択信号Z0,Z1を“H”レベルに設定する。これによって、主ビット線WMBL_iP(i=0〜3)が副ビット線SBL_iPおよびSBL_i+4Pと接続し、副ビット線SBL_iPおよびSBL_i+4Pの電圧がVa(0<Va<VDD)となる。また、主ビット線WMBL_iN(i=0〜3)が副ビット線SBL_iNおよびSBL_i+4Nと接続し、副ビット線SBL_iNおよびSBL_i+4Nの電圧がVDDとなる。
次に、フラッシュシーケンサ7が、メモリゲートMGの電圧を消去パルス印加用の電圧(−10V)に設定し、ソース線SLの電圧を消去パルス印加用の電圧(6V)に設定し、コントロールゲートCGの電圧を0Vのまま維持させる。
これによって、メモリセルMC1,MC2に消去パルスが印加され、BTBT消去が開始される。ポジティブセルMC1に接続される副ビット線SBL_0P〜SBL_7Pの電圧がVa(0<Va<VDD)で、ネガティブセルMC2に接続される副ビット線SBL_0N〜SBL_7Nの電圧がVDDのため、ポジティブセルMC1の消去速度がネガティブセルMC2の消去速度よりも速くなる。消去速度の差により、消去後のツインセルMC1,MC2の閾値電圧Vthの差は、消去前のツインセルデータに依存性しない差となる。
次に、フラッシュシーケンサ7が、ソース線SLの電圧を非選択状態の(0V)に戻す。これによって、メモリセルMC1,MC2への消去パルスの印加が終了し、BTBT消去が終了する。また、フラッシュシーケンサ7が、メモリゲートMGの電圧を非選択電圧の(0V)に戻す。
次に、フラッシュシーケンサ7が、ディスチャージ信号DCR0,DCR1を“H”レベルに設定し、ZMOS選択信号Z0,Z1を“L”レベルに設定する。
これによって、主ビット線WMBL_iP(i=0〜3)が副ビット線SBL_iPおよびSBL_i+4Pと非接続となる。また、主ビット線WMBL_iN(i=0〜3)が副ビット線SBL_iNおよびSBL_i+4Nと非接続となる。また、副ビット線SBL_0P〜SBL_7P,SBL_0N〜SBL_7Nが接地電圧Vssのラインと接続されて、副ビット線SBL_0P〜SBL_7P、副ビット線SBL_0N〜SBL_7Nの電圧が接地電圧Vssに戻る。
その後、フラッシュシーケンサ7が、ポジティブ用のチャージ電圧線PGCVに与える電圧をVaからVDDに戻す。
以上のように、本実施の形態では、主ビット線電圧制御回路によって、ツインセルデータの消去パルス印加時に、ポジティブセルに接続されるビット線の電圧をVa、ネガティブセルに接続されるビット線の電圧をVb(=VDD)に設定し、ポジティブセルの消去速度(閾値電圧Vthの減少速度)をネガティブセルの消去速度よりも速くする。これによって、消去前のツインセルデータが消去後に読み出されないようにすることができる。
[第4の実施形態]
図18は、第4の実施形態におけるツインセルデータの読出し、書込みおよび消去に関する詳細な回路構成を表わす図である。図10の回路構成における主ビット線電圧制御回路51P0〜51P3,51N0〜51N3が、図18の回路構成では、主ビット線電圧制御回路53P0〜53P3,53N0〜53N3に置き換えられている。
図18は、第4の実施形態におけるツインセルデータの読出し、書込みおよび消去に関する詳細な回路構成を表わす図である。図10の回路構成における主ビット線電圧制御回路51P0〜51P3,51N0〜51N3が、図18の回路構成では、主ビット線電圧制御回路53P0〜53P3,53N0〜53N3に置き換えられている。
図19は、第4の実施形態の主ビット線電圧制御回路53Pi(i=0〜3)の構成を表わす図である。図19の主ビット線電圧制御回路53Piが、図11の主ビット線電圧制御回路51Piと相違する点は、以下である。
また、図11の設定部84がPチャネルMOSトランジスタP2を備えるのに対して、図19の設定部384が、PチャネルMOSトランジスタP32を備える。PチャネルMOSトランジスタP2が電源電圧VDDのラインに接続されるのに対して、PチャネルMOSトランジスタP32は、ポジティブ側とネガティブ側で共通のチャージ電圧線GCVに接続される。ここで、チャージ電圧線GCVに与えられる電圧は、通常はVDDであるが、消去パルスを印加する期間およびその前後においてVa(≠VDD)に設定される。
図20は、第4の実施形態の主ビット線電圧制御回路53Ni(i=0〜3)の構成を表わす図である。図20の主ビット線電圧制御回路53Niが、図12の主ビット線電圧制御回路51Niと相違する点は、以下である。
また、図12の設定部94がPチャネルMOSトランジスタP5を備えるのに対して、図20の設定部394が、PチャネルMOSトランジスタP35を備える。PチャネルMOSトランジスタP5が電源電圧VDDのラインに接続されるのに対して、PチャネルMOSトランジスタP35は、チャージ電圧線GCVに接続される。ここで、チャージ電圧線GCVに与えられる電圧は、通常はVDDであるが、消去パルスを印加する期間およびその前後においてVa(≠VDD)に設定される。
(動作タイミング)
図21は、第4の実施形態のツインセルデータの消去パルス印加時の動作タイミングを表わす図である。
図21は、第4の実施形態のツインセルデータの消去パルス印加時の動作タイミングを表わす図である。
フラッシュシーケンサ7が、ZMOS選択信号Z0,Z1を“L”レベルに設定し、ディスチャージ信号DCR0,DCR1を“H”レベルに設定する。これによって、副ビット線SBL_0P〜SBL_7P,SBL_0N〜SBL_7Nが接地電圧Vssのラインと接続される。
フラッシュシーケンサ7が、プログラムパルス有効信号PPEを“H”レベルに設定し、書込みパルスWPLSを“H”レベルに設定し、ラッチセットハイ信号LSHを一旦“L”レベルに設定し、その後“H”レベルに設定する。その後、フラッシュシーケンサ7が、ポジティブラッチセットロウ信号PLSLを一旦“H”レベルに設定し、その後“L”レベルに設定し、ネガティブラッチセットロウ信号NLSLを“L”レベルに維持させ、ラッチスイッチ信号LSWを“L”レベルに維持させる。
さらに、フラッシュシーケンサ7が、PチャネルMOSトランジスタP32およびP35に接続されるチャージ電圧線GCVに与える電圧をVDDからVa(0<Va<VDD)に変化させる。
これによって、主ビット線電圧制御回路53P0〜53P3では、ノードNDP1のラッチデータPDataが“L”レベル、ノードNDP2が“H”レベル、NチャネルMOSトランジスタN2,N3,N4がオン、PチャネルMOSトランジスタP3がオフ、ノードNDP3が“L”レベルとなる。その結果、主ビット線WMBL_0P〜WMBL_3Pの電圧が接地電圧Vssとなる。
また、主ビット線電圧制御回路53N0〜53N3では、ノードNDN1のラッチデータNDataが“H”レベル、ノードNDN2が“L”レベル、NチャネルMOSトランジスタN6がオフ、PチャネルMOSトランジスタP35,P6がオン、ノードNDN3が“H”レベルとなる。その結果、主ビット線WMBL_0N〜WMBL_3Nの電圧がVaとなる。
次に、フラッシュシーケンサ7が、ディスチャージ信号DCR0,DCR1を“L”レベルに設定する。これによって、副ビット線SBL_0P〜SBL_7P,SBL_0N〜SBL_7Nが接地電圧Vssのラインと非接続にされる。
また、フラッシュシーケンサ7が、ZMOS選択信号Z0,Z1を“H”レベルに設定する。これによって、主ビット線WMBL_iP(i=0〜3)が副ビット線SBL_iPおよびSBL_i+4Pと接続し、副ビット線SBL_iPおよびSBL_i+4Pの電圧が接地電圧Vssとなる。また、主ビット線WMBL_iN(i=0〜3)が副ビット線SBL_iNおよびSBL_i+4Nと接続し、副ビット線SBL_iNおよびSBL_i+4Nの電圧がVaとなる。
次に、フラッシュシーケンサ7が、メモリゲートMGの電圧を消去パルス印加用の電圧VNN(−10V)に設定し、ソース線SLの電圧を消去パルス印加用の電圧(6V)に設定し、コントロールゲートCGの電圧を0Vのまま維持させる。
これによって、メモリセルMC1,MC2に消去パルスが印加され、BTBT消去が開始される。ポジティブセルMC1に接続される副ビット線SBL_0P〜SBL_7Pの電圧が接地電圧Vssで、ネガティブセルMC2に接続される副ビット線SBL_0N〜SBL_7Nの電圧がVaのため、ポジティブセルMC1の消去速度がネガティブセルMC2の消去速度よりも速くなる。消去速度の差により、消去後のツインセルMC1,MC2の閾値電圧Vthの差は、消去前のツインセルデータに依存性しない差となる。
次に、フラッシュシーケンサ7が、ソース線SLの電圧を非選択状態の(0V)に戻す。これによって、メモリセルMC1,MC2への消去パルスの印加が終了し、BTBT消去が終了する。また、フラッシュシーケンサ7が、メモリゲートMGの電圧を非選択電圧の(0V)に戻す。
次に、フラッシュシーケンサ7が、ディスチャージ信号DCR0,DCR1を“H”レベルに設定し、ZMOS選択信号Z0,Z1を“L”レベルに設定する。
これによって、主ビット線WMBL_iP(i=0〜3)が副ビット線SBL_iPおよびSBL_i+4Pと非接続となる。また、主ビット線WMBL_iN(i=0〜3)が副ビット線SBL_iNおよびSBL_i+4Nと非接続となる。また、副ビット線SBL_0P〜SBL_7P,SBL_0N〜SBL_7Nが接地電圧Vssのラインと接続されて、副ビット線SBL_0N〜SBL_7Nの電圧が接地電圧Vssに戻る。
その後、フラッシュシーケンサ7が、チャージ電圧線GCVに与える電圧をVaからVDDに戻す。
以上のように、本実施の形態では、主ビット線電圧制御回路によって、ツインセルデータの消去パルス印加時に、ポジティブセルに接続されるビット線の電圧をVss、ネガティブセルに接続されるビット線の電圧をVa(0<Va<VDD)に設定し、ポジティブセルの消去速度(閾値電圧Vthの減少速度)をネガティブセルの消去速度よりも速くする。これによって、消去前のツインセルデータが消去後に読み出されないようにすることができる。
[第5の実施形態]
図22は、第5の実施形態におけるツインセルデータの読出し、書込みおよび消去に関する詳細な回路構成を表わす図である。図10の回路構成における主ビット線電圧制御回路51P0〜51P3,51N0〜51N3が、図22の回路構成では、主ビット線電圧制御回路54P0〜54P3,54N0〜54N3に置き換えられている。
図22は、第5の実施形態におけるツインセルデータの読出し、書込みおよび消去に関する詳細な回路構成を表わす図である。図10の回路構成における主ビット線電圧制御回路51P0〜51P3,51N0〜51N3が、図22の回路構成では、主ビット線電圧制御回路54P0〜54P3,54N0〜54N3に置き換えられている。
図23は、第5の実施形態の主ビット線電圧制御回路54Pi(i=0〜3)の構成を表わす図である。図23の主ビット線電圧制御回路54Piが、図11の主ビット線電圧制御回路51Piと相違する点は、以下である。
図11のセット部81がNチャネルMOSトランジスタN1を備えるのに対して、図23のセット部281がNチャネルMOSトランジスタN21を備える。NチャネルMOSトランジスタN21は、NチャネルMOSトランジスタN1と同様に、ノードNDP1と接地電圧Vssのラインとの間に設けられる。NチャネルMOSトランジスタN21のゲートは、ポジティブ側とネガティブ側で共通のラッチセットロウ信号LSLを受ける。
図24は、第5の実施形態の主ビット線電圧制御回路54Ni(i=0〜3)の構成を表わす図である。図24の主ビット線電圧制御回路54Niが、図12の主ビット線電圧制御回路51Niと相違する点は、以下である。
図12のセット部91がNチャネルMOSトランジスタN5を備えるのに対して、図24のセット部291がNチャネルMOSトランジスタN25を備える。NチャネルMOSトランジスタN25は、NチャネルMOSトランジスタN2と同様に、ノードNDN1と接地電圧Vssのラインとの間に設けられる。NチャネルMOSトランジスタN21のゲートは、ポジティブとネガティブで共通のラッチセットロウ信号LSLを受ける。
(動作タイミング)
図25は、第5の実施形態のツインセルデータの消去パルス印加時の動作タイミングを表わす図である。
図25は、第5の実施形態のツインセルデータの消去パルス印加時の動作タイミングを表わす図である。
フラッシュシーケンサ7が、ZMOS選択信号Z0,Z1を“L”レベルに設定し、ディスチャージ信号DCR0,DCR1を“H”レベルに設定する。これによって、副ビット線SBL_0P〜SBL_7P,SBL_0N〜SBL_7Nが接地電圧Vssのラインと接続される。
フラッシュシーケンサ7が、プログラムパルス有効信号PPEを“H”レベルに設定し、書込みパルスWPLSを“H”レベルに設定し、ラッチセットハイ信号LSHを“H”レベルに維持させ、ラッチセットロウ信号LSLを“L”レベルに維持させる。
さらに、フラッシュシーケンサ7が、ラッチスイッチ信号LSWを一旦“H”レベルに設定する。さらに、フラッシュシーケンサ7が、データバスPBUS_Dに“L”レベルのデータを出力することによって、非反転信号線PSLを通じて、“L”レベルが主ビット線電圧制御回路54P0〜54P3に送られ、反転信号線NSLを通じて、“H”レベルが主ビット線電圧制御回路54N0〜54N3に送られる。
これにより、主ビット線電圧制御回路54P0〜54P3では、スイッチSW1がオンし、ノードNDP1のラッチデータPDataが“L”レベル、ノードNDP2が“H”レベル、NチャネルMOSトランジスタN2,N3,N4がオン、PチャネルMOSトランジスタP3がオフ、ノードNDP3が“L”レベルとなる。その結果、主ビット線WMBL_0P〜WMBL_3Pの電圧が接地電圧Vssとなる。
また、主ビット線電圧制御回路51N0〜51N3では、スイッチSW2がオン、ノードNDN1のラッチデータNDataが“H”レベル、ノードNDN2が“L”レベル、NチャネルMOSトランジスタN6がオフ、PチャネルMOSトランジスタP5,P6がオン、ノードNDN3が“H”レベルとなる。その結果、主ビット線WMBL_0N〜WMBL_3Nの電圧がVDDとなる。
以降の動作は、第2の実施形態と同様であるため、説明を繰り返さない。
以上のように、本実施の形態によれば、第2の実施形態と同様に、消去前のツインセルデータが消去後に読み出されないようにすることができる。
以上のように、本実施の形態によれば、第2の実施形態と同様に、消去前のツインセルデータが消去後に読み出されないようにすることができる。
[第6の実施形態]
図26は、第6の実施形態におけるツインセルデータの読出し、書込みおよび消去に関する詳細な回路構成を表わす図である。
図26は、第6の実施形態におけるツインセルデータの読出し、書込みおよび消去に関する詳細な回路構成を表わす図である。
図22の回路構成における読出し系ディスチャージ回路40が、図26の回路構成では、副ビット線電圧制御回路75P0〜75P3,75N0〜75N3に置き換えられている。
副ビット線電圧制御回路75Piは、ツインセルデータの読出し時および消去パルス印加時において、副ビット線SBL_iPと副ビット線SBL_i+4Pの電圧を制御する。副ビット線電圧制御回路75Niは、ツインセルデータの読出し時および消去パルス印加時において、副ビット線SBL_iNと副ビット線SBL_i+4Nの電圧を制御する。
図27は、第6の実施形態の副ビット線電圧制御回路75Pi(i=0〜3)の構成を表わす図である。副ビット線電圧制御回路75Piは、チャージ回路88と、ディスチャージ回路89とを備える。
チャージ回路88は、PチャネルMOSトランジスタPM1,PM2を備える。PチャネルMOSトランジスタPM1は、電源電圧VDDのラインと、副ビット線SBL_iPの間に設けられる。PチャネルMOSトランジスタPM1のゲートは、ポジティブチャージ信号PCR0を受ける。PチャネルMOSトランジスタPM2は、電源電圧VDDのラインと、副ビット線SBL_i+4Pの間に設けられる。PチャネルMOSトランジスタPM2のゲートは、ポジティブチャージ信号PCR1を受ける。
ディスチャージ回路89は、NチャネルMOSトランジスタNM1,NM2を備える。NチャネルMOSトランジスタNM1は、副ビット線SBL_iPと接地電圧Vssのラインとの間に設けられる。NチャネルMOSトランジスタNM1のゲートは、ポジティブディスチャージ信号PDCR0を受ける。NチャネルMOSトランジスタNM2は、副ビット線SBL_i+4Pと接地電圧Vssのラインとの間に設けられる。NチャネルMOSトランジスタNM2のゲートは、ポジディブディスチャージ信号PDCR1を受ける。
ツインセルデータの読み出し時には、副ビット線電圧制御回路75Piは、ポジティブディスチャージ信号PDCR0、PDCR1によって、副ビット線セレクタ20により非選択とされる副ビット線SBL_iPおよび/またはSBL_i+4Pを選択的に接地電圧Vssに接続する。
図28は、第6の実施形態の副ビット線電圧制御回路75Ni(i=0〜3)の構成を表わす図である。副ビット線電圧制御回路75Niは、チャージ回路86と、ディスチャージ回路87とを備える。
チャージ回路86は、PチャネルMOSトランジスタPM3,PM4を備える。PチャネルMOSトランジスタPM3は、電源電圧VDDのラインと、副ビット線SBL_iNの間に設けられる。PチャネルMOSトランジスタPM3のゲートは、ネガティブチャージ信号NCR0を受ける。PチャネルMOSトランジスタPM4は、電源電圧VDDのラインと、副ビット線SBL_i+4Nの間に設けられる。PチャネルMOSトランジスタPM4のゲートは、ネガティブチャージ信号NCR1を受ける。
ディスチャージ回路87は、NチャネルMOSトランジスタNM3,NM4を備える。NチャネルMOSトランジスタNM3は、副ビット線SBL_iNと接地電圧Vssのラインとの間に設けられる。NチャネルMOSトランジスタNM3のゲートは、ネガティブディスチャージ信号NDCR0を受ける。NチャネルMOSトランジスタNM4は、副ビット線SBL_i+4Nと接地電圧Vssのラインとの間に設けられる。NチャネルMOSトランジスタNM4のゲートは、ネガティブディスチャージ信号NDCR1を受ける。
ツインセルデータの読み出し時には、副ビット線電圧制御回路75Niは、ネガティブディスチャージ信号NDCR0、NDCR1によって、副ビット線セレクタ20により非選択とされる副ビット線SBL_iNおよび/またはSBL_i+4Nを選択的に接地電圧Vssに接続する。
(動作タイミング)
図29は、第6の実施形態のツインセルデータの消去パルス印加時の動作タイミングを表わす図である。
(動作タイミング)
図29は、第6の実施形態のツインセルデータの消去パルス印加時の動作タイミングを表わす図である。
フラッシュシーケンサ7が、プログラムパルス有効信号PPEを“L”レベルに設定し、書込みパルスWPLSを“H”レベルに設定し、ラッチセットハイ信号LSHを“H”レベルに維持させ、ラッチセットロウ信号LSLを“L”レベルに維持させ、ラッチスイッチ信号LSWを“L”レベルに維持させ、ZMOS選択信号Z0,Z1を“L”レベルに維持させる。
フラッシュシーケンサ7は、ポジティブチャージ信号PCR0,PCR1を“H”レベルに維持させ、ネガティブチャージ信号NCR0,NCR1を“L”レベルに設定する。また、フラッシュシーケンサ7は、ポジティブディスチャージ信号PDCR0,PDCR1を“H”レベルに維持させ、ネガティブディスチャージ信号NDCR0,NDCR1を“L”レベルに設定する。
これにより、副ビット線電圧制御回路75P0〜75P3では、PチャネルMOSトランジスタPM1,PM2がオフ、NチャネルMOSトランジスタNM1,NM2がオフとなる。その結果、副ビット線SBL_iPおよびSBL_i+4Pの電圧が接地電圧Vssとなる。
また、副ビット線電圧制御回路75N0〜75N3では、PチャネルMOSトランジスタPM3,PM4がオン、NチャネルMOSトランジスタNM3,NM4がオフとなる。その結果、副ビット線SBL_iNおよびSBL_i+4Nの電圧がVDDとなる。
次に、フラッシュシーケンサ7が、メモリゲートMGの電圧を消去パルス印加用の電圧(−10V)に設定し、ソース線SLの電圧を消去パルス印加用の電圧(6V)に設定し、コントロールゲートCGの電圧を0Vのまま維持させる。
これによって、メモリセルMC1,MC2に消去パルスが印加され、BTBT消去が開始される。ポジティブセルMC1に接続される副ビット線SBL_0P〜SBL_7Pの電圧が接地電圧Vssで、ネガティブセルMC2に接続される副ビット線SBL_0N〜SBL_7Nの電圧がVDDのため、ポジティブセルMC1の消去速度がネガティブセルMC2の消去速度よりも速くなる。消去速度の差により、消去後のツインセルMC1,MC2の閾値電圧Vthの差は、消去前のツインセルデータに依存性しない差となる。
次に、フラッシュシーケンサ7が、ソース線SLの電圧を非選択状態の(0V)に戻す。これによって、メモリセルMC1,MC2への消去パルスの印加が終了し、BTBT消去が終了する。また、フラッシュシーケンサ7が、メモリゲートMGの電圧を非選択電圧の(0V)に戻す。
次に、フラッシュシーケンサ7が、ネガティブチャージ信号NCR0,NCR1を“H”レベルに戻し、ネガティブディスチャージ信号NDCR0,NDCR1を“H”レベルに戻す。これにより、副ビット線SBL_0P〜SBL_7P,SBL_0N〜SBL_7Nが接地電圧Vssのラインと接続されて、副ビット線SBL_0N〜SBL_7Nの電圧が接地電圧Vssに戻る。
以上のように、本実施の形態では、副ビット線電圧制御回路によって、ツインセルデータの消去パルス印加時に、ポジティブセルに接続されるビット線の電圧をVss、ネガティブセルに接続されるビット線の電圧をVDDに設定し、ポジティブセルの消去速度(閾値電圧Vthの減少速度)をネガティブセルの消去速度よりも速くする。これによって、消去前のツインセルデータが消去後に読み出されないようにすることができる。
[第7の実施形態]
図30は、第7の実施形態における、ツインセルデータの読出し、書込みおよび消去に関する詳細な回路構成を表わす図である。図26の副ビット線電圧制御回路75P0〜75P3,75N0〜75N3が、図30の回路構成では、副ビット線電圧制御回路76P0〜76P3,76N0〜76N3に置き換えられている。
図30は、第7の実施形態における、ツインセルデータの読出し、書込みおよび消去に関する詳細な回路構成を表わす図である。図26の副ビット線電圧制御回路75P0〜75P3,75N0〜75N3が、図30の回路構成では、副ビット線電圧制御回路76P0〜76P3,76N0〜76N3に置き換えられている。
図31は、第7の実施形態の副ビット線電圧制御回路76Pi(i=0〜3)の構成を表わす図である。副ビット線電圧制御回路76Piは、チャージ回路288と、ディスチャージ回路289とを備える。
チャージ回路288は、PチャネルMOSトランジスタPM21,PM22を備える。PチャネルMOSトランジスタPM21は、ポジティブ用のチャージ電圧線PBCVと、副ビット線SBL_iPの間に設けられる。PチャネルMOSトランジスタPM21のゲートは、ポジティブとネガティブで共通のチャージ信号CR0を受ける。PチャネルMOSトランジスタPM22は、ポジティブ用のチャージ電圧線PBCVと、副ビット線SBL_i+4Pの間に設けられる。PチャネルMOSトランジスタPM22のゲートは、ポジティブとネガティブで共通のチャージ信号CR1を受ける。ここで、チャージ電圧線PBCVに与えられる電圧は、通常はVDDであるが、消去パルスを印加する期間およびその前後においてVa(≠VDD)に設定される。
ディスチャージ回路289は、NチャネルMOSトランジスタNM21,NM22を備える。NチャネルMOSトランジスタNM21は、副ビット線SBL_iPと接地電圧Vssのラインとの間に設けられる。NチャネルMOSトランジスタNM21のゲートは、ポジティブとネガティブで共通のディスチャージ信号DCR0を受ける。NチャネルMOSトランジスタNM22は、副ビット線SBL_i+4Pと接地電圧Vssのラインとの間に設けられる。NチャネルMOSトランジスタNM22のゲートは、ポジディブとネガティブで共通のディスチャージ信号DCR1を受ける。
図32は、第7の実施形態の副ビット線電圧制御回路76Ni(i=0〜3)の構成を表わす図である。副ビット線電圧制御回路76Niは、チャージ回路286と、ディスチャージ回路287とを備える。
チャージ回路286は、PチャネルMOSトランジスタPM23,PM24を備える。PチャネルMOSトランジスタPM23は、ネガティブ用のチャージ電圧線NBCVと、副ビット線SBL_iNの間に設けられる。PチャネルMOSトランジスタPM23のゲートは、ポジティブとネガティブで共通のチャージ信号CR0を受ける。PチャネルMOSトランジスタPM24は、ネガティブ用のチャージ電圧線NBCVと、副ビット線SBL_i+4Nの間に設けられる。PチャネルMOSトランジスタPM24のゲートは、ポジティブとネガティブで共通のチャージ信号CR1を受ける。ここで、チャージ電圧線NBCVに与えられる電圧は、Vbである。本実施の形態ではVb=VDDとして説明する。
ディスチャージ回路287は、NチャネルMOSトランジスタNM23,NM24を備える。NチャネルMOSトランジスタNM23は、副ビット線SBL_iNと接地電圧Vssのラインとの間に設けられる。NチャネルMOSトランジスタNM23のゲートは、ポジティブとネガティブで共通のディスチャージ信号DCR0を受ける。NチャネルMOSトランジスタNM24は、副ビット線SBL_i+4Nと接地電圧Vssのラインとの間に設けられる。NチャネルMOSトランジスタNM24のゲートは、ポジディブとネガティブで共通のディスチャージ信号DCR1を受ける。
(動作タイミング)
図33は、第7の実施形態のツインセルデータの消去パルス印加時の動作タイミングを表わす図である。
(動作タイミング)
図33は、第7の実施形態のツインセルデータの消去パルス印加時の動作タイミングを表わす図である。
フラッシュシーケンサ7が、プログラムパルス有効信号PPEを“L”レベルに設定し、書込みパルスWPLSを“L”レベルに維持し、ラッチセットハイ信号LSHを“H”レベルに維持させ、ラッチセットロウ信号LSLを“L”レベルに維持させ、ラッチスイッチ信号LSWを“L”レベルに維持させ、ZMOS選択信号Z0,Z1を“L”レベルに維持させる。
フラッシュシーケンサ7が、ポジティブ用のチャージ電圧線PBCVに与える電圧をVDDからVa(0<Va<VDD)に変化させ、ネガティブ用のチャージ電圧線NBCVに与える電圧をVDDに維持させる。
その後、フラッシュシーケンサ7は、ポジティブチャージ信号PCR0,PCR1を“L”レベルに設定し、ネガティブチャージ信号NCR0,NCR1を“L”レベルに設定する。また、フラッシュシーケンサ7は、ポジティブディスチャージ信号PDCR0,PDCR1を“L”レベルに設定し、ネガティブディスチャージ信号NDCR0,NDCR1を“L”レベルに設定する。
これにより、副ビット線電圧制御回路76P0〜76P3では、PチャネルMOSトランジスタPM21,PM22がオン、NチャネルMOSトランジスタNM21,NM22がオフとなる。その結果、副ビット線SBL_iPおよびSBL_i+4Pの電圧がVaとなる。
また、副ビット線電圧制御回路76N0〜76N3では、PチャネルMOSトランジスタPM23,PM24がオン、NチャネルMOSトランジスタNM23,NM24がオフとなる。その結果、副ビット線SBL_iNおよびSBL_i+4Nの電圧がVDDとなる。
次に、フラッシュシーケンサ7が、メモリゲートMGの電圧を消去パルス印加用の電圧VNN(−10V)に設定し、ソース線SLの電圧を消去パルス印加用の電圧(6V)に設定し、コントロールゲートCGの電圧を0Vのまま維持させる。
これによって、メモリセルMC1,MC2に消去パルスが印加され、BTBT消去が開始される。ポジティブセルMC1に接続される副ビット線SBL_0P〜SBL_7Pの電圧がVaで、ネガティブセルMC2に接続される副ビット線SBL_0N〜SBL_7Nの電圧がVDDのため、ポジティブセルMC1の消去速度がネガティブセルMC2の消去速度よりも速くなる。消去速度の差により、消去後のツインセルMC1,MC2の閾値電圧Vthの差は、消去前のツインセルデータに依存性しない差となる。
次に、フラッシュシーケンサ7が、ソース線SLの電圧を非選択状態の(0V)に戻す。これによって、メモリセルMC1,MC2への消去パルスの印加が終了し、BTBT消去が終了する。また、フラッシュシーケンサ7が、メモリゲートMGの電圧を非選択電圧の(0V)に戻す。
次に、フラッシュシーケンサ7が、ポジティブチャージ信号PCR0,PCR1とネガティブチャージ信号NCR0,NCR1を“H”レベルに戻し、ポジティブディスチャージ信号PDCR0,PDCR1とネガティブディスチャージ信号NDCR0,NDCR1を“H”レベルに戻す。これにより、副ビット線SBL_0P〜SBL_7P,SBL_0N〜SBL_7Nが接地電圧Vssのラインと接続されて、副ビット線SBL_0N〜SBL_7Nの電圧が接地電圧Vssに戻る。
その後、フラッシュシーケンサ7が、ポジティブ用のチャージ電圧線PBCVに与える電圧をVaからVDDに戻す。
以上のように、本実施の形態では、副ビット線電圧制御回路によって、ツインセルデータの消去パルス印加時に、ポジティブセルに接続されるビット線の電圧をVa(0<Va<VDD)、ネガティブセルに接続されるビット線の電圧をVDDに設定し、ポジティブセルの消去速度(閾値電圧Vthの減少速度)をネガティブセルの消去速度よりも速くする。これによって、消去前のツインセルデータが消去後に読み出されないようにすることができる。
[第8の実施形態]
図34は、第8の実施形態における、ツインセルデータの読出し、書込みおよび消去に関する詳細な回路構成を表わす図である。
図34は、第8の実施形態における、ツインセルデータの読出し、書込みおよび消去に関する詳細な回路構成を表わす図である。
図26の副ビット線電圧制御回路75P0〜75P3,75N0〜75N3が、図34の回路構成では、の副ビット線電圧制御回路77P0〜77P3,77N0〜77N3に置き換えられている。
図35は、第8の実施形態の副ビット線電圧制御回路77Pi(i=0〜3)の構成を表わす図である。図35の副ビット線電圧制御回路77Piが、図27の副ビット線電圧制御回路75Piと相違する点は、以下である。
図27のチャージ回路88がPチャネルMOSトランジスタPM1,PM2を備えたのに対して、図35のチャージ回路388は、PチャネルMOSトランジスタPM31,PM32を備える。PチャネルMOSトランジスタPM31は、ポジティブとネガティブで共通のチャージ電圧線BCVと、副ビット線SBL_iPの間に設けられる。PチャネルMOSトランジスタPM31のゲートは、ポジティブチャージ信号PCR0を受ける。PチャネルMOSトランジスタPM32は、ポジティブとネガティブで共通のチャージ電圧線BCVと、副ビット線SBL_i+4Pの間に設けられる。PチャネルMOSトランジスタPM32のゲートは、ポジティブチャージ信号PCR1を受ける。ここで、チャージ電圧線BCVに与えられる電圧は、通常はVDDであるが、消去パルスを印加する期間およびその前後においてVa(0<Va<VDD)に設定される。
図36は、第8の実施形態の副ビット線電圧制御回路77Ni(i=0〜3)の構成を表わす図である。図36の副ビット線電圧制御回路77Niが、図28の副ビット線電圧制御回路75Niと相違する点は、以下である。
図28のチャージ回路86が、PチャネルMOSトランジスタPM3,PM4を備えたのに対して、図36のチャージ回路383は、PチャネルMOSトランジスタPM33,PM34を備える。PチャネルMOSトランジスタPM33は、ポジティブとネガティブで共通のチャージ電圧線BCVと、副ビット線SBL_iNの間に設けられる。PチャネルMOSトランジスタPM33のゲートは、ネガティブチャージ信号NCR0を受ける。PチャネルMOSトランジスタPM34は、ポジティブとネガティブで共通のチャージ電圧線BCVと、副ビット線SBL_i+4Nの間に設けられる。PチャネルMOSトランジスタPM34のゲートは、ネガティブチャージ信号NCR1を受ける。
(動作タイミング)
図37は、第8の実施形態のツインセルデータの消去パルス印加時の動作タイミングを表わす図である。
(動作タイミング)
図37は、第8の実施形態のツインセルデータの消去パルス印加時の動作タイミングを表わす図である。
フラッシュシーケンサ7が、プログラムパルス有効信号PPEを“L”レベルに設定し、書込みパルスWPLSを“L”レベルに維持し、ラッチセットハイ信号LSHを“H”レベルに維持させ、ラッチセットロウ信号LSLを“L”レベルに維持させ、ラッチスイッチ信号LSWを“L”レベルに維持させ、ZMOS選択信号Z0,Z1を“L”レベルに維持させる。
次に、フラッシュシーケンサ7が、PチャネルMOSトランジスタPM31,PM32,PM33,PM34およびP35に接続されるチャージ電圧線BCVに与える電圧をVDDからVa(0<Va<VDD)に変化させる。
その後、フラッシュシーケンサ7は、ポジティブチャージ信号PCR0,PCR1を“H”レベルに維持させ、ネガティブチャージ信号NCR0,NCR1を“L”レベルに設定する。また、フラッシュシーケンサ7は、ポジティブディスチャージ信号PDCR0,PDCR1を“H”レベルに維持させ、ネガティブディスチャージ信号NDCR0,NDCR1を“L”レベルに設定する。
これにより、副ビット線電圧制御回路77P0〜77P3では、PチャネルMOSトランジスタPM31,PM32がオフ、NチャネルMOSトランジスタNM1,NM2がオフとなる。その結果、副ビット線SBL_iPおよびSBL_i+4Pの電圧が接地電圧Vssとなる。
また、副ビット線電圧制御回路77N0〜77N3では、PチャネルMOSトランジスタPM33,PM34がオン、NチャネルMOSトランジスタNM3,NM4がオフとなる。その結果、副ビット線SBL_iNおよびSBL_i+4Nの電圧がVaとなる。
次に、フラッシュシーケンサ7が、メモリゲートMGの電圧を消去パルス印加用の電圧VNN(−10V)に設定し、ソース線SLの電圧を消去パルス印加用の電圧(6V)に設定し、コントロールゲートCGの電圧を0Vのまま維持させる。
これによって、メモリセルMC1,MC2に消去パルスが印加され、BTBT消去が開始される。ポジティブセルMC1に接続される副ビット線SBL_0P〜SBL_7Pの電圧が接地電圧Vssで、ネガティブセルMC2に接続される副ビット線SBL_0N〜SBL_7Nの電圧がVa(0<Va<VDD)のため、ポジティブセルMC1の消去速度がネガティブセルMC2の消去速度よりも速くなる。消去速度の差により、消去後のツインセルMC1,MC2の閾値電圧Vthの差は、消去前のツインセルデータに依存性しない差となる。
次に、フラッシュシーケンサ7が、ソース線SLの電圧を非選択状態の(0V)に戻す。これによって、メモリセルMC1,MC2への消去パルスの印加が終了し、BTBT消去が終了する。また、フラッシュシーケンサ7が、メモリゲートMGの電圧を非選択電圧の(0V)に戻す。
次に、フラッシュシーケンサ7が、ネガティブチャージ信号NCR0,NCR1を“H”レベルに戻し、ネガティブディスチャージ信号NDCR0,NDCR1を“H”レベルに戻す。これにより、副ビット線SBL_0P〜SBL_7P,SBL_0N〜SBL_7Nが接地電圧Vssのラインと接続されて、副ビット線SBL_0N〜SBL_7Nの電圧が接地電圧Vssに戻る。
その後、フラッシュシーケンサ7が、チャージ電圧線BCVに与える電圧をVaからVDDに戻す。
以上のように、本実施の形態では、副ビット線電圧制御回路によって、ツインセルデータの消去パルス印加時に、ポジティブセルに接続されるビット線の電圧をVss、ネガティブセルに接続されるビット線の電圧をVa(0<Va<VDD)に設定し、ポジティブセルの消去速度(閾値電圧Vthの減少速度)をネガティブセルの消去速度よりも速くする。これによって、消去前のツインセルデータが消去後に読み出されないようにすることができる。
[第9の実施形態]
第1〜第8の実施形態では、消去パルス印加時にコントロールゲートCGの電圧を0Vにしたが、本実施の形態では、消去パルス印加時に、コントロールゲートCGの電圧をVb(0<Vb<VDD)に設定する。
第1〜第8の実施形態では、消去パルス印加時にコントロールゲートCGの電圧を0Vにしたが、本実施の形態では、消去パルス印加時に、コントロールゲートCGの電圧をVb(0<Vb<VDD)に設定する。
本実施の形態では、コントロールゲートCGにVb(0V<Vb<VDD)を与える。消去パルス印加時に、コントロールゲートCGが弱くオンし、ビット線SBLの電圧が効果的にメモリゲートMGの下に伝わる。その結果、副ビット線SBL_iPとSBL_iNの電位差が、メモリセルMC1,MC2間の消去速度の差に与える影響を大きくすることができる。
(動作タイミング)
図38は、第9の実施形態のツインセルデータの消去パルス印加時の動作タイミングを表わす図である。第2の実施形態の変形例として説明するが、他の実施形態でも同様の変形を施すことが可能である。
図38は、第9の実施形態のツインセルデータの消去パルス印加時の動作タイミングを表わす図である。第2の実施形態の変形例として説明するが、他の実施形態でも同様の変形を施すことが可能である。
図38が、図13の第2の実施形態の動作タイミングと相違する点は、図38では、消去パルス期間において、フラッシュシーケンサ7が、コントロールゲートCGの電圧をVb(0<Vb<VDD)に設定することである。これによって、上記のように、メモリセルMC1,MC2間の消去速度の差を大きくすることができ、セキュリティを高めることができる。
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、たとえば以下のような変形例も含まれる。
(1)切替制御
本発明の実施の形態では、ツインセルデータの消去要求を受けたときに、ポジティブセルMC1と接続される副ビット線SBL_iPの電圧と、ネガティブセルMC2と接続される副ビット線SBL_iNの電圧とが相違するように設定した。本発明は、上記のツインセルデータの消去処理に限定されるものではない。
本発明の実施の形態では、ツインセルデータの消去要求を受けたときに、ポジティブセルMC1と接続される副ビット線SBL_iPの電圧と、ネガティブセルMC2と接続される副ビット線SBL_iNの電圧とが相違するように設定した。本発明は、上記のツインセルデータの消去処理に限定されるものではない。
たとえば、半導体装置が、ツインセルデータの消去要求を受けたときに、上記のように副ビット線SBL_iPの電圧と、ネガティブセルMC2と接続される副ビット線SBL_iNの電圧とが相違するようにする機能と、副ビット線SBL_iPの電圧と、ネガティブセルMC2と接続される副ビット線SBL_iNの電圧とが同一となるようにする機能の両方を備え、いずれの機能を実行するかを切り替えることができるものとしてもよい。
(2)ビット線に与える電圧
本実施の形態では、ポジティブセルMC1に接続される副ビット線に与える電圧をネガティブセルMC2に接続される副ビット線に与える電圧よりも小さくし、ポジティブセルMC1の消去速度がネガティブセルMC2の消去速度よりも速くなるようにしたが、これに限定するものではない。
本実施の形態では、ポジティブセルMC1に接続される副ビット線に与える電圧をネガティブセルMC2に接続される副ビット線に与える電圧よりも小さくし、ポジティブセルMC1の消去速度がネガティブセルMC2の消去速度よりも速くなるようにしたが、これに限定するものではない。
図39(a)は、ポジティブセルMC1に接続されるビット線BLの電圧をネガティブセルMC2に接続されるビット線BLに与える電圧よりも大きくした場合の、ツインセルデータ“0”を消去する際のシーケンスを表わす図である。
図39(a)に示すように、ツインセルデータ“0”の消去を実行する場合に、両方のセルが共にセルデータ“1”を保持するイニシャル状態となる。ツインセルデータ消去前は、ポジティブセルMC1の閾値電圧Vthの方がネガティブセルMC2の閾値電圧Vthよりも大きい。ネガティブセルMC2の方がポジティブセルMC1の方よりも消去速度(つまり、閾値電圧Vthが減少する速度)が速いため、消去後でもこの関係が維持され、この状態で読み出しを実施すると、直前のツインセルデータ“0”を読み出される。
図39(b)は、ポジティブセルMC1に接続されるビット線BLの電圧をネガティブセルMC2に接続されるビット線BLに与える電圧よりも大きくした場合の、ツインセルデータ“1”を消去する際のシーケンスを表わす図である。
図39(b)に示すように、ツインセルデータ“1”の消去を実行する場合に、両方のセルが共にセルデータ“1”を保持するイニシャル状態となる。データ消去前はネガティブセルMC2の閾値電圧Vthの方がポジティブセルMC1の閾値電圧Vthよりも大きい。しかし、ネガティブセルMC2の方がポジティブセルMC1の方がよりも消去速度(つまり、閾値電圧Vthが減少する速度)が速いため、消去後は、この関係が逆転する。この状態で読み出しを実施すると、直前のツインセルデータ“1”と異なる“0”が読み出される。
このように、ツインセルデータが“0”のときも“1”のときも、ツインセルデータ消去後に“0”が読み出されることになり、保持されているツインセルデータを特定することができないようにすることができる。
したがって、消去パルス印加時に、ポジティブセルMC1に接続される副ビット線SBL_iPに与える電圧とネガティブセルMC2に接続される副ビット線SBL_iNに与える電圧とを異なるようにすれば、副ビット線SBL_iPと副ビット線SBL_iNのどちらの電圧が大きいかに係わらず、消去直前のツインセルデータのセキュリティを確保することができる。また、副ビット線SBL_iPと副ビット線SBL_iNのどちらの電圧を大きくするかは固定ではなく、ランダムに設定することとしてもよい。複数のツインセルのペアごとにどちらを大きくするかを固定またはランダムで設定することとしてもよい。
さらに、本発明の実施形態は、図8に示すように、ビット線BLに与える電圧が小さいほど、閾値電圧Vthが減少する速度が速くなるという観測結果に基づくものである。しかし、ビット線BLに与える電圧が大きいほど、閾値電圧Vthが減少する速度が速くなるという結果が仮に得られたとしても、本発明の実施の形態で説明したツインセルデータを消去する構成および方法は有効である。なぜなら、本発明の実施の形態のツインセルデータを消去する構成および方法は、副ビット線SBL_iPと副ビット線SBL_iNのどちらの電圧が大きいかに係わらず、単に異なるようにすれば、消去直前のツインセルデータのセキュリティを確保することができるからである。
(3)CMOSスイッチ構成
図15において、Vaの電圧設定がPチャネルMOSトランジスタP22よびP3の閾値電圧|Vthp|よりも小さい場合、PチャネルMOSトランジスタP22とP3は、図40に示すCMOSスイッチ構成に置き換えられる。すなわち、PチャネルMOSトランジスタP22に代えて、CMOSトランスファゲート522が用いられ、PチャネルMOSトランジスタP3に代えて、CMOSトランスファゲート503が用いられる。
図15において、Vaの電圧設定がPチャネルMOSトランジスタP22よびP3の閾値電圧|Vthp|よりも小さい場合、PチャネルMOSトランジスタP22とP3は、図40に示すCMOSスイッチ構成に置き換えられる。すなわち、PチャネルMOSトランジスタP22に代えて、CMOSトランスファゲート522が用いられ、PチャネルMOSトランジスタP3に代えて、CMOSトランスファゲート503が用いられる。
CMOSトランスファゲート522を構成するPチャネルMOSトランジスタのゲートは、インバータIV5の出力を受け、CMOSトランスファゲート522を構成するNチャネルMOSトランジスタのゲートは、プログラムパルス有効信号PPEを受ける。
CMOSトランスファゲート503を構成するPチャネルMOSトランジスタのゲートは、ノードNDP2の電圧を受け、CMOSトランスファゲート503を構成するNチャネルMOSトランジスタのゲートは、ノードNDP2の電圧を反転するインバータIV501の出力を受ける。
同様に、図16において、Vbの電圧設定がPチャネルMOSトランジスタP25とP6の閾値電圧|Vthp|よりも小さい場合、PチャネルMOSトランジスタP25とP6は、CMOSスイッチ構成に置き換えられる。
同様に、図19において、Vaの電圧設定がPチャネルMOSトランジスタP32とP3の閾値電圧|Vthp|よりも小さい場合、PチャネルMOSトランジスタP32とP3は、CMOSスイッチ構成に置き換えられる。
同様に、図20において、Vaの電圧設定がPチャネルMOSトランジスタP35とP6の閾値電圧|Vthp|よりも小さい場合、PチャネルMOSトランジスタP35とP6は、CMOSスイッチ構成に置き換えられる。
同様に、図31において、Vaの電圧設定がPチャネルMOSトランジスタPM21とPM22の閾値電圧|Vthp|よりも小さい場合、PチャネルMOSトランジスタPM21とPM22は、CMOSスイッチ構成に置き換えられる。
同様に、図32において、Vbの電圧設定がPチャネルMOSトランジスタPM23とPM24の閾値電圧|Vthp|よりも小さい場合、PチャネルMOSトランジスタPM23とPM24のスイッチは、CMOSスイッチ構成に置き換えられる。
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
1 マイクロコンピュータ(MCU)、2 中央処理装置(CPU)、3 ダイレクトメモリアクセスコントローラ(DMAC)、4 バスインタフェース回路(BIF)、5 ランダムアクセスメモリ(RAM)、6 フラッシュメモリモジュール(FMDL)、7 フラッシュシーケンサ(FSQC)、8,9 外部入出力ポート(PRT)、10 タイマ(TMR)、11 クロックパルスジェネレータ(CPG)、19,100 メモリアレイ(MARY)、20 副ビット線セレクタ、22 読出し列セレクタ、24 第1行デコーダ(RDEC1)、25 第2行デコーダ(RDEC2)、28 書換え列セレクタ、29 入出力回路(IOBUF)、30 列デコーダ(CDEC)、31 電源回路(VPG)、32,タイミングジェネレータ(TMG)、40 読出し系ディスチャージ回路、41 書込み系ディスチャージ回路、81,91,281,291 セット部、82,92 データ入力部、83,93 データ保持部、84,94,284,294,384,394 設定部、86,88,286,288,386,388 チャージ回路、87,89,287,289 ディスチャージ回路、100 半導体装置、101 メモリアレイ、102 第1記憶素子、103 第2記憶素子、104 ツインセル、105 電圧制御回路、51Pi,51Ni,52Pi,52Ni,53Pi,53Ni,54Pi,54Ni 主ビット線電圧制御回路、75Pi,75Ni,76Pi,76Ni,77Pi,77Ni 副ビット線電圧制御回路、P1〜P6,P22,P25,P32,P35,PM1〜PM4,PM21〜PM24,PM31〜PM34 PチャネルMOSトランジスタ、N1〜N8,N21,N25,NM1〜NM4,NM21〜NM24 NチャネルMOSトランジスタ、IV1〜IV10,IV501 インバータ、SW1,SW2 スイッチ、VSA_P,VSA_N ベリファイセンスアンプ、PVSL,NVSL ベリファイ信号線、PSL,NSL 信号線、HACSP 高速アクセスポート、LACSP 低速アクセスポート、MC1,MC2 不揮発性メモリセル、WMBL 書込み用の主ビット線、WMBL_0P〜WMBL_3P ポジティブセル側の主ビット線、WMBL_0N〜WMBL_3N ネガティブセル側の主ビット線、SBL 副ビット線、SBL_0P〜SBL_7P ポジティブセル側の副ビット線、SBL_0N〜SBL_7N ネガティブセル側の副ビット線、WL ワード線、MGL メモリゲート選択線、HBUS 高速バス、HBUS_D 高速データバス、PBUS 周辺バス、PBUS_D 周辺データバス、503,531 CMOSトランスファゲート。
本発明の一実施形態によれば、電圧制御回路は、ツインセルデータの消去要求を受けたときに、第1記憶素子と第2記憶素子の閾値電圧をともに増加させるプレライトの後の消去パルス印加時に、第1記憶素子と接続される第1のビット線の電圧と、第2記憶素子と接続される第2のビット線の電圧とが相違するように設定する。
さらに、マイクロコンピュータ1は、XTAL/EXTALに発振子が接続され、または外部クロックが供給されるクロック端子、スタンバイ状態を指示する外部ハードウェアスタンバイ端子STBY、リセットを指示する外部リセット端子RES、外部電源端子VCC、外部接地端子Vssを備える。
ここでは、ロジック回路としてのフラッシュシーケンサ7と、アレイ構成のフラッシュメモリモジュール6は、別CADツールを用いて設計されているため、便宜上別々の回路ブロックとして図示されているが、双方併せて一つのフラッシュメモリを構成する。フラッシュメモリモジュール6は、読出し専用の高速アクセスポート(HACSP)を介して高速バスHBUSに接続される。CPU2またはDMAC3は、高速バスHBUSから高速アクセスポートを介してフラッシュメモリモジュール6をリードアクセスすることができる。CPU2またはDMAC3は、フラッシュメモリモジュール6に対して書込みおよび初期化のアクセスを行うときは、バスインタフェース回路4を介して周辺バスPBUS経由でフラッシュシーケンサ7にコマンドを発行し、これによってフラッシュシーケンサ7が周辺バスPBUSから低速アクセスポート(LACSP)を通じてフラッシュメモリモジュールの初期化や書込み動作の制御を行う。
不揮発性メモリセルMC1,MC2は、たとえば、図5(a)に例示されるスプリットゲート型フラッシュメモリ素子である。このメモリ素子は、ソース・ドレイン領域の間のチャネル形成領域の上にゲート絶縁膜を介して配置されたコントロールゲートCGとメモリゲートMGを有する。メモリゲートMGとゲート絶縁膜の間にはシリコンナイトライドなどの電荷トラップ領域(SiN)が配置される。選択ゲート側のソースまたはドレイン領域は、ビット線BLに接続され、メモリゲート側のソースまたはドレイン領域はソース線SLに接続される。
図12のセット部91がNチャネルMOSトランジスタN5を備えるのに対して、図16のセット部291がNチャネルMOSトランジスタN25を備える。NチャネルMOSトランジスタN25は、NチャネルMOSトランジスタN2と同様に、ノードNDN1と接地電圧Vssのラインとの間に設けられる。NチャネルMOSトランジスタN25のゲートは、ポジティブとネガティブで共通のラッチセットロウ信号LSLを受ける。
また、主ビット線電圧制御回路54N0〜54N3では、スイッチSW2がオン、ノードNDN1のラッチデータNDataが“H”レベル、ノードNDN2が“L”レベル、NチャネルMOSトランジスタN6がオフ、PチャネルMOSトランジスタP5,P6がオン、ノードNDN3が“H”レベルとなる。その結果、主ビット線WMBL_0N〜WMBL_3Nの電圧がVDDとなる。
Claims (12)
- 閾値電圧の相違によって2値データを保持し、それぞれが電気的に書換え可能な第1記憶素子と第2記憶素子とからなるツインセルを複数個含むメモリアレイと、
前記ツインセルデータの消去要求を受けたときに、前記第1記憶素子と前記第2記憶素子の閾値電圧をともに増加させるプレライトの後の消去パルス印加時に、前記第1記憶素子と接続される第1のビット線の電圧と、前記第2記憶素子と接続される第2のビット線の電圧とが相違するように設定する電圧制御回路とを備えた、半導体装置。 - 前記電圧制御回路は、
前記ツインセルデータの書込み時において、外部から与えられる書込みデータをラッチし、ラッチした値に基づいて、前記第1記憶素子の閾値電圧を変化させるための書込み電流を前記第1のビット線に供給する第1のビット線電圧制御回路と、
前記ツインセルデータの書込み時において、外部から与えられる反転書込みデータをラッチし、ラッチした値に基づいて、前記第2記憶素子の閾値電圧を変化させるための書込み電流を前記2のビット線に供給する第2のビット線電圧制御回路とを含み、
前記第1のビット線電圧制御回路は、前記消去パルス印加時において、前記第1のビット線の電圧を接地電圧に設定し、
前記第2のビット線電圧制御回路は、前記消去パルス印加時において、前記第2のビット線の電圧を電源電圧VDDに設定する、請求項1記載の半導体装置。 - 前記半導体装置は、
複数の前記第1のビット線と接続される第1の主ビット線と、
複数の前記第2のビット線と接続される第2の主ビット線とをさらに備え、
前記第1のビット線電圧制御回路は、
第1のラッチセット信号を受ける第1のセット部と、
前記第1のラッチセット信号のレベルに応じたレベルを保持する第1の保持部と、
前記第1の保持部内で保持されたレベルに基づいて、前記第1の主ビット線の電圧を前記電源電圧VDDまたは前記接地電圧に設定する第1の設定部とを含み、
前記第1のラッチセット信号は、前記消去パルス印加時において、前記第1の主ビット線の電圧が前記接地電圧に設定されるようなレベルであり、
前記第2のビット線電圧制御回路は、
第2のラッチセット信号を受ける第2のセット部と、
前記第2のラッチセット信号に応じたレベルを保持する第2の保持部と、
前記第2の保持部内で保持されたレベルに基づいて、前記第2の主ビット線の電圧を前記電源電圧VDDまたは前記接地電圧に設定する第2の設定部とを含み、
前記第2のラッチセット信号は、前記消去パルス印加時において、前記第2の主ビット線の電圧が前記電源電圧VDDに設定されるようなレベルである、請求項2記載の半導体装置。 - 前記半導体装置は、
複数の記第1のビット線と接続される第1の主ビット線と、
複数の前記第2のビット線と接続される第2の主ビット線とをさらに備え、
前記第1のビット線電圧制御回路は、
第1のデータが入力され、前記入力された第1のデータのレベルに応じたレベルを保持する第1の保持部と、
前記第1の保持部内で保持されたレベルに基づいて、前記第1の主ビット線の電圧を前記電源電圧VDDまたは前記接地電圧に設定する第1の設定部とを含み、
前記第1のデータは、前記消去パルス印加時において、前記第1の主ビット線の電圧が前記接地電圧に設定されるようなレベルであり、
前記第2のビット線電圧制御回路は、
前記第1のデータのレベルを反転したレベルを有する第2のデータが入力され、前記入力された第2のデータのレベルに応じたレベルを保持する第2の保持部と、
前記第2の保持部内で保持されたレベルに基づいて、前記第2の主ビット線の電圧を前記電源電圧VDDまたは前記接地電圧に設定する第2の設定部とを含み、
前記第2のデータは、前記消去パルス印加時において、前記第2の主ビット線の電圧が前記電源電圧VDDに設定されるようなレベルである、請求項2記載の半導体装置。 - 前記電圧制御回路は、
前記ツインセルデータの書込み時において、外部から与えられる書込みデータをラッチし、ラッチした値に基づいて、前記第1記憶素子の閾値電圧を変化させるための書込み電流を前記第1のビット線に供給する第1のビット線電圧制御回路と、
前記ツインセルデータの書込み時において、外部から与えられる反転書込みデータをラッチし、ラッチした値に基づいて、前記第2記憶素子の閾値電圧を変化させるための書込み電流を前記2のビット線に供給する第2のビット線電圧制御回路とを含み、
前記第1のビット線電圧制御回路は、前記消去パルス印加時において、前記第1のビット線の電圧を電源電圧VDDよりも小さく、かつ接地電圧よりも大きい第1の電圧に設定し、
前記第2のビット線電圧制御回路は、前記消去パルス印加時において、前記第2のビット線の電圧を前記電源電圧VDDに設定する、請求項1記載の半導体装置。 - 前記半導体装置は、
複数の前記第1のビット線と接続される第1の主ビット線と、
複数の前記第2のビット線と接続される第2の主ビット線とを含み、
前記第1のビット線電圧制御回路は、
ラッチセット信号を受ける第1のセット部と、
前記ラッチセット信号のレベルに応じたレベルを保持する第1の保持部と、
前記第1の保持部内で保持されたレベルに基づいて、前記第1の主ビット線の電圧を前記接地電圧または前記第1の電圧に設定する第1の設定部とを含み、
前記第2のビット線電圧制御回路は、
前記ラッチセット信号を受ける第2のセット部と、
前記ラッチセット信号のレベルに応じたレベルを保持する第2の保持部と、
前記第2の保持部内で保持されたレベルに基づいて、前記第2の主ビット線の電圧を前記接地電圧または前記電源電圧VDDに設定する第2の設定部とを含み、
前記ラッチセット信号は、前記消去パルス印加時において、前記第1の主ビット線の電圧が前記第1の電圧に設定され、前記第2の主ビット線の電圧が前記電源電圧VDDに設定されるようなレベルである、請求項5記載の半導体装置。 - 前記電圧制御回路は、
前記ツインセルデータの書込み時において、外部から与えられる書込みデータをラッチし、ラッチした値に基づいて、前記第1記憶素子の閾値電圧を変化させるための書込み電流を前記第1のビット線に供給する第1のビット線電圧制御回路と、
前記ツインセルデータの書込み時において、外部から与えられる反転書込みデータをラッチし、ラッチした値に基づいて、前記第2記憶素子の閾値電圧を変化させるための書込み電流を前記2のビット線に供給する第2のビット線電圧制御回路とを含み、
前記第1のビット線電圧制御回路は、前記消去パルス印加時において、前記第1のビット線の電圧を接地電圧に設定し、
前記第2のビット線電圧制御回路は、前記消去パルス印加時において、前記第2のビット線の電圧を電源電圧VDDよりも小さく、かつ接地電圧よりも大きい第1の電圧に設定する、請求項1記載の半導体装置。 - 前記半導体装置は、
複数の前記第1のビット線と接続される第1の主ビット線と、
複数の前記第2のビット線と接続される第2の主ビット線とをさらに備え、
前記第1のビット線電圧制御回路は、
第1のラッチセット信号を受ける第1のセット部と、
前記第1のラッチセット信号のレベルに応じたレベルを保持する第1の保持部と、
前記第1の保持部内で保持されたレベルに基づいて、前記第1の主ビット線の電圧を前記第1の電圧または前記接地電圧に設定する第1の設定部とを含み、
前記第1のラッチセット信号は、前記消去パルス印加時において、前記第1の主ビット線の電圧が前記接地電圧に設定されるようなレベルであり、
前記第2のビット線電圧制御回路は、
第2のラッチセット信号を受ける第2のセット部と、
前記第2のラッチセット信号に応じたレベルを保持する第2の保持部と、
前記第2の保持部内で保持されたレベルに基づいて、前記第2の主ビット線の電圧を前記第1の電圧または前記接地電圧に設定する第2の設定部とを含み、
前記第2のラッチセット信号は、前記消去パルス印加時において、前記第2の主ビット線の電圧が前記第1の電圧に設定されるようなレベルである、請求項7記載の半導体装置。 - 前記電圧制御回路は、
前記ツインセルデータの読出し時に、非選択の前記第1のビット線を接地電圧に設定する第1のビット線電圧制御回路と、
前記ツインセルデータの読出し時に、非選択の前記第2のビット線を接地電圧に設定する第2のビット線電圧制御回路とを含み、
前記第1のビット線電圧制御回路は、前記消去パルス印加時において、前記第1のビット線の電圧を接地電圧に設定し、
前記第2のビット線電圧制御回路は、前記消去パルス印加時において、前記第2のビット線の電圧を電源電圧VDDに設定する、請求項1記載の半導体装置。 - 前記電圧制御回路は、
前記ツインセルデータ読出し時に、非選択の前記第1のビット線を接地電圧に設定する第1のビット線電圧制御回路と、
前記ツインセルデータ読出し時に、非選択の前記第2のビット線を接地電圧に設定する第2のビット線電圧制御回路とを含み、
前記第1のビット線電圧制御回路は、前記消去パルス印加時において、前記第1のビット線の電圧を電源電圧VDDよりも小さく、かつ接地電圧よりも大きい第1の電圧に設定し、
前記第2のビット線電圧制御回路は、前記消去パルス印加時において、前記第2のビット線の電圧を前記電源電圧VDDに設定する、請求項1記載の半導体装置。 - 前記ツインセルデータ読出し時に、非選択の前記第1のビット線を接地電圧に設定する第1のビット線電圧制御回路と、
前記ツインセルデータ読出し時に、非選択の前記第2のビット線を接地電圧に設定する第2のビット線電圧制御回路とを備え、
前記第1のビット線電圧制御回路は、前記消去パルス印加時において、前記第1のビット線の電圧を接地電圧に設定し、
前記第2のビット線電圧制御回路は、前記消去パルス印加時において、前記第1のビット線の電圧を電源電圧VDDよりも小さく、かつ接地電圧とよりも大きい第1の電圧に設定する、請求項1記載の半導体装置。 - 前記半導体装置は、
前記第1記憶素子および前記第2記憶素子のメモリゲート、コントロールゲート、
ソース線へ電圧を供給する電源回路をさらに備え、
前記電源回路は、前記消去パルス印加時において、前記コントロールゲートへ接地電圧よりも大きく、かつ電源電圧VDDよりも小さい電圧を供給する、請求項1記載の半導体装置。
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