JP3132637B2 - 不揮発性半導体記憶装置 - Google Patents
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Description
に関し、特にダミーセルにより読出し用の基準電圧を発
生する手段を備えた不揮発性半導体記憶装置に関する。
タなどのような、電気的にしきい値電圧を設定してデー
タの消去,書込みが可能な電界効果トランジスタでメモ
リセルを形成し(以下、メモリセルトランジスタとい
う)、このメモリセルトランジスタを複数個、行方向,
列方向にマトリクス状に配置した不揮発性半導体記憶装
置においては、これらメモリセルトランジスタの読出し
電圧を、これらメモリセルトランジスタとはオン抵抗の
みが異なり他の特性がこれらメモリセルトランジスタと
同一のダミーセルを含む基準電圧発生回路による基準電
圧と比較し、これらメモリセルトランジスタの記憶デー
タの“1”レベル,“0”レベルを検出する場合が多
い。
的な一例(第1の例)を図4に示す。
列方向にマトリクス状に配置され電気的にデータの書込
み及び消去が可能な複数のメモリセルトランジスタMC
11〜MCmnを含むメモリセルアレイ1と、複数のメ
モリセルトランジスタMC11〜MCmnの各行それぞ
れと対応して設けられ対応する行のメモリセルトランジ
スタそれぞれの制御ゲートと接続する複数のワード線W
L1〜WLmと、複数のメモリセルトランジスタMC1
1〜MCmnの各列それぞれと対応して設けられ対応す
る列のメモリセルトランジスタそれぞれのドレインと接
続する複数のビット線BL1〜BLnと、書込み動作,
消去動作,読出し動作を含む各動作時に行アドレス信号
ADrに従って複数のワード線WL1〜WLmのうちの
所定のワード線を選択して伝達された電圧を供給する行
デコーダ2と、複数のビット線BL1〜BLnそれぞれ
と対応接続する複数のトランジスタQ41〜Q4nを含
み上記各動作時に列アドレス信号ADcに従ってこれら
トランジスタをオン,オフし複数のビット線BL1〜B
Lnのうちの所定のビット線を選択して伝達された電圧
を供給し、かつこのビット線の信号を伝達する列選択回
路の列デコーダ3及びビット線選択回路4と、選択され
たビット線に電源電圧Vccレベルの電圧を供給する負
荷回路5と、上記各動作時(制御信号PE,EE,R
E)にそれぞれ所定の電圧を発生して行デコーダ2,列
デコーダ3,ビット線選択回路4に伝達する各種電圧発
生回路7xと、メモリセルトランジスタMC11〜MC
mnとオン抵抗が異なる以外は同一の特性をもち制御ゲ
ートに電源電圧Vccを受けるダミーセルDMC、この
ダミーセルDMCと接続しゲートに電源電圧Vccを受
けてトランジスタQ41〜Q4nと同一特性のトランジ
スタQ61及びこのトランジスタQ61と接続し電源電
圧Vccを供給する負荷回路61を備えメモリセルトラ
ンジスタMC11〜MCmnのオン状態及びオフ状態の
読出しレベルの中間のレベルの基準電圧Vrefを発生
する基準電圧発生回路6xと、読出し動作時に選択され
たビット線の信号レベル(Vrd)と基準電圧Vref
とを比較する比較回路8とを有する構成となっている。
MCmnのソースは接地されているので、各種電圧発生
回路7xはソース用の電圧は発生していない。また、比
較回路8は、図5に示されたように、トランジスタQ8
1〜Q85を含み、読出し制御信号REが活性化レベル
のとき活性化して選択ビット線の信号レベル(Vrd)
と基準電圧Vrefとを比較する、カレントミラー型負
荷回路を備えた構成となっている。
ついて説明する。
み動作時には、各種電圧発生回路7xにより書込み用の
各種電圧を発生し、行デコーダ2によって選択されたワ
ード線と列デコーダ3及びビット線選択回路4によって
選択されたビット線とに与えられ、これら選択されたワ
ード線及びビット線の交差位置のメモリセルトランジス
タの制御ゲート及びドレイン間に高電圧を与え、このメ
モリセルトランジスタの浮遊ゲートからトンネル効果に
より電子を引き抜き、書込み状態とする。この状態で
は、しきい値電圧が低くなり、制御ゲートに読出し用の
電圧を与えたとき、オン状態(オンセル状態)となる。
作時には、各種電圧発生回路7xにより消去用の各種電
圧を発生し、行デコーダ2によって選択されたワード線
と列デコーダ3及びビット線選択回路4によって選択さ
れたビット線とに与えられ、これら選択されたワード線
及びビット線の交差位置のメモリセルトランジスタの制
御ゲート及びドレイン間に書込み動作時とは逆の高電圧
を与え、このメモリセルトランジスタの浮遊ゲートにト
ンネル効果により電子を注入し消去状態とする。この状
態では、しきい値電圧が高くなり、制御ゲートに読出し
用の電圧を印加したとき、オフ状態(オフセル状態)と
なる。
し動作時には、各種電圧発生回路7xにより読出し用の
電圧を発生して行デコーダ2によって選択されたワード
線に与え、列デコーダ3及びビット線選択回路4によっ
て選択されたビット線には負荷回路5を介して電源電圧
Vccレベルを与える。一方、基準電圧発生回路6xの
ダミーセルDMCの制御ゲート、トランジスタQ61の
ゲートには読出し動作時の選択レベルの電圧(電源電圧
Vcc)が与えられてダミーセルDMCは常に選択状
態、読出し状態となっており、また、これらトランジス
タQ61及びダミーセルDMCには負荷回路61を介し
て電源電圧Vccが与えられ、基準電圧発生回路6xか
らは基準電圧Vrefが出力されている。この基準電圧
Vrefは、メモリセルトランジスタがオンセル状態の
ときのビット線の電圧と、オフセル状態のときのビット
線の電圧との中間の電圧となっている。選択されたメモ
リセルトランジスタがオンセル状態であれば、選択され
たビット線の電圧は接地電位レベルまで低下し、オフセ
ル状態であれば電源電圧Vccレベルまで上昇するの
で、この選択されたビット線の電圧Vrdを基準電圧V
refと比較することにより、選択されたメモリセルト
ランジスタの記憶内容(データ)を判別することができ
る。
mn)は、書込み・消去動作をくり返すうちに、これら
動作時に制御ゲート・ドレイン間に印加される高電圧に
よってその特性が劣化し、特にオンセル状態のときの読
出し電圧Vonの劣化(上昇)が大きくなる。一方、ダ
ミーセルDMCの制御ゲートには常に一定の電源電圧V
ccレベルの電圧が印加されているので、その特性の劣
化はなく、従って基準電圧Vrefは常に一定となる。
ときの読出し電圧Von及びオフセル状態のときの読出
し電圧Voffの書込み・消去回数に対する変化を基準
電圧Vrefと共に図6に示す。
と、オン状態のときの読出し電圧Vonが基準電圧Vr
efより大きくなってしまい、もはやオン状態かオフ状
態かの判別がつかなくなってしまう。
ーセルDMCにもメモリセルトランジスタ(MC11〜
MCmn)と同様な劣化を与えて基準電圧Vrefを書
込み・消去回数に応じて変化させるようにした例がある
(例えば、特開平6−203585号公報参照)。
(第2の例)を図7に示す。
発生した書込み動作時及び消去動作時の各種電圧を、メ
モリセルトランジスタMC11〜MCmnに与えるだけ
でなく、基準電圧発生回路6のダミーセルDMCにも与
えるようにしたものである。こうすることにより、ダミ
ーセルDMCの特性も劣化して図8に示された曲線
(a)のように基準電圧Vrefが変化し、メモリセル
トランジスタMC11〜MCmnのオンセル状態及びオ
フセル状態の判別が可能な書込み・消去回数を大きくす
ることができる(長寿命化)。
11〜MCmnに対する書込み・消去動作が行なわれる
ようになっているが、1回の書込み・消去動作にメモリ
セルトランジスタMC11〜MCmn全てが選択される
ものではないので、これらメモリセルトランジスタの書
込み・消去動作の回数に比べてダミーセルDMCに対す
る書込み・消去動作回数が多くなり、図8に示された曲
線(b)のようにダミーセルDMCの方の劣化が早く進
むことにより、やはり、オンセル状態,オフセル状態の
判別ができなくなるまでの書込み・消去回数が少なくな
ってしまう。
示すように、1回の消去動作に対して複数のメモリセル
トランジスタに対する書込み動作が順次行なわれるの
で、図7に示された例では、各メモリセルトランジスタ
に対する書込み動作ごとにダミーセルDMCに書込み動
作が行なわれ、同様にオンセル状態,オフセル状態の判
別ができなくなるまでの書込み・消去回数が少なくな
る。
特開平6−203585号公報記載の発明では、書込み
・消去動作の回数をカウントするカウンタを設け、メモ
リセルトランジスタの劣化を予め予想し、この予想に基
ずいてダミーセルDMCに対する書込み・消去動作の回
数を減少させるようにしている(第3の例)。
ゲート・ドレイン間に高電圧を印加して書込み,消去を
行う構成となっているが、制御ゲート・ソース間に高電
圧を印加して書込み,消去を行う場合もある。
性半導体記憶装置は、第1の例では、メモリセルトラン
ジスタMC11〜MCmnに対する書込み・消去動作に
関係なく基準電圧発生回路6xのダミーセルDMCの制
御ゲートには常に一定の読出し用の電圧(電源電圧Vc
c)が印加されていて常に一定の基準電圧Vrefを発
生するようになっているのに対し、メモリセルトランジ
スタMC11〜MCmnは書込み・消去回数が多くなる
とその特性が劣化して読出し動作時にオンセル状態かオ
フセル状態かの判別ができなくなるという問題点があ
り、第2の例では、メモリセルトランジスタMC11〜
MCmnに対する書込み動作(複数の書込み用電圧の印
加動作を含む)及び消去動作ごとにダミーセルDMCに
書込み動作(複数の書込み用電圧の印加動作を含む)及
び消去動作を行うようになっているので、ダミーセルD
MCの特性もメモリセルトランジスタMC11〜MCm
nと同様に劣化するものの、これらメモリセルトランジ
スタの中には選択されないものもあり、かえってダミー
セルDMCの特性の方の劣化が早くなり、やはりメモリ
セルトランジスタの読出し動作時のオンセル状態,オフ
セル状態の判別可能な書込み・消去回数が少なくなると
いう問題点があり、第3の例では、書込み・消去動作の
回数をカウントしてメモリセルトランジスタの劣化を予
め予想してこの予想に基ずいてダミーセルDMCに対す
る書込み・消去動作の回数を減少させるようになってい
るので、第2の例のような問題点は緩和されるものの、
その予想には極めて長期の検証期間が必要となり、かつ
製造プロセス等でばらつきが生じるので、予想が困難で
あるという問題点がある。
とダミーセルとの劣化の程度をより一層、かつ容易に近
ずけることができ、長寿命化をはかることができる不揮
発性半導体記憶装置を提供することにある。
記憶装置は、行方向,列方向にマトリクス状に配置され
電気的にデータの書込み及び消去が可能な複数のメモリ
セルトランジスタと、これら複数のメモリセルトランジ
スタの各行それぞれと対応して設けられ対応する行のメ
モリセルトランジスタそれぞれの制御ゲートと接続する
複数のワード線と、前記複数のメモリセルトランジスタ
の各列それぞれと対応して設けられ対応する列のメモリ
セルトランジスタそれぞれのドレインと接続する複数の
ビット線と、前記複数のメモリセルトランジスタそれぞ
れのソースと接続するソース線と、書込み動作,消去動
作,読出し動作を含む各動作時に前記複数のワード線の
うちの所定のワード線を選択して伝達された電圧を供給
する行デコーダと、前記複数のビット線それぞれと対応
接続する複数の第1のトランジスタを含みこれら第1の
トランジスタをオン,オフして前記各動作時に前記複数
のビット線のうちの所定のビット線を選択して伝達され
た電圧を供給しかつこのビット線の信号を伝達する列選
択回路と、前記各動作時にそれぞれ所定の電圧を発生し
て前記行デコーダ,列選択回路及びソース線に伝達する
第1の各種電圧発生回路と、前記複数のメモリセルトラ
ンジスタとオン抵抗が異なる以外は同一特性のダミーセ
ル及びこのダミーセルと接続し前記複数の第1のトラン
ジスタと同一特性の第2のトランジスタを備え前記各動
作時に前記ダミーセルの制御ゲート及び前記第2のトラ
ンジスタのゲートそれぞれに伝達された電圧を受け前記
読出し動作時には前記複数のメモリセルトランジスタの
オン状態及びオフ状態の読出しレベルの中間のレベルの
基準電圧を発生する基準電圧発生回路と、前記消去動作
時には消去用の電圧を発生しこの消去用の電圧発生後の
書込み動作時にこの消去用の電圧発生1回に対し1回の
割合で書込み用の電圧を発生し読出し動作時には読出し
用の電圧を発生してこれら各電圧を前記基準電圧発生回
路に伝達する第2の各種電圧発生回路と、読出し動作時
に選択されたビット線の信号レベルと前記基準電圧とを
比較する比較回路とを有している。
動作時の消去用電圧発生後の書込み動作時に複数の書込
み用の電圧が順次出力され、第2の各種電圧発生回路か
らは、前記複数の書込み用の電圧のうちの最初の書込み
用の電圧のみと対応して書込み用の電圧を発生するよう
にして構成され、更にまた、第2の各種電圧発生回路
を、書込み用の電圧の発生は消去用の電圧発生それぞれ
の直後の1回のみとして構成される。
各動作時の各種電圧を供給する第1の各種電圧発生回路
とは別に、ダミーセルに対して各種電圧を供給する第2
の各種電圧発生回路を設け、ダミーセルには、メモリセ
ルトランジスタに対する消去動作が実行されたときのみ
消去動作を1回の書込み動作を実行するように制御する
構成としたので、単純な構成で、メモリセルトランジス
タ及びダミーセルの劣化の程度をより一層近ずけること
ができ、長寿命化をはかることができる。
説明する。
る。
性半導体記憶装置と相違する点は、書込み制御信号P
E,消去制御信号EE及び読出し制御信号REそれぞれ
に同期してメモリセルトランジスタ用の書込み制御信号
MPE,消去制御信号MEE及び読出し制御信号MRE
を発生し、かつ消去制御信号EE及び読出し制御信号R
Eに同期してダミーセル用の消去制御信号DEE及び読
出し制御信号DREと、消去制御信号EEの後の書込み
制御信号PEのうちの最初の書込み制御信号にのみ同期
してダミーセル用の書込み制御信号DPEを発生する制
御回路9を設け、各種電圧発生回路7yに代えて、メモ
リセルトランジスタ用の書込み制御信号MPE,消去制
御信号MEE及び読出し制御信号MREに従ってこれら
制御信号による各動作時の各種電圧を発生し行デコーダ
2,列デコーダ3及びビット線選択回路4に伝達する第
1の各種電圧発生回路7aと、ダミーセル用の書込み制
御信号DPE,消去制御信号DEE及び読出し制御信号
DREに従ってこれら制御信号による各動作時の各種電
圧を発生し基準電圧発生回路6に伝達する第2の各種電
圧発生回路7bとを設けた点にある。
1〜MCmnに対する各種電圧の供給制御と、ダミーセ
ルDMCに対する各種電圧の供給制御とを別々に行うよ
うにしている。
図2はこの実施例の動作を説明するための各制御信号の
タイミング図である。
えられると、これに同期して制御回路9からメモリセル
トランジスタ用の消去制御信号MEEとダミーセル用の
消去制御信号DEEが出力され、それぞれ第1及び第2
の各種電圧発生回路7a,7bに対応して供給される。
bはこれを受けて消去動作時の各種電圧を発生し行デコ
ーダ2,列デコーダ3及びビット線選択回路4、並びに
基準電圧発生回路6に伝達し、メモリセルトランジスタ
MC11〜MCmn及びダミーセルDMCの消去動作が
行なわれる。
制御回路9に与えられると、制御回路9から、書込み制
御信号PEに同期してメモリセルトランジスタ用の書込
み制御信号MPEが第1の各種電圧発生回路7aに供給
される。これを受けて第1の各種電圧発生回路7aは、
書込み制御信号MPEそれぞれに同期して書込み動作時
の各種電圧を発生し行デコーダ2,列デコーダ3及びビ
ット線選択回路4に伝達し、メモリセルトランジスタM
C11〜MCmnの書込み動作が行なわれる。1回の書
込み動作で、1メモリセルへの書込みが完了する。
の最初の書込み制御信号にのみ同期して1つのダミーセ
ル用の書込み制御信号DPEを発生し、第2の各種電圧
発生回路7bに供給する。これを受けて第2の各種電圧
発生回路7bは、この1つの書込み制御信号DPEに従
って書込み動作時の各種電圧を発生し基準電圧発生回路
6に伝達し、ダミーセルDMCの書込み動作が行なわれ
る。すなわち、消去動作後の2回目以降の書込み制御信
号には、ダミーセルDMCに対する書込み動作は行なわ
れない。
動作,消去動作の回数をメモリセルトランジスタMC1
1〜MCmnのそれとほぼ同じにすることができてこれ
らダミーセル及びメモリセルトランジスタの劣化の進行
状態をより一層近ずけることができ、図3に示すよう
に、オンセル状態の読出し電圧Von及びオフセル状態
の読出し電圧Voffの交点に基準電圧Vrefを近ず
けることができ、長寿命化をはかることができる。
用の書込み制御信号DPEを、消去動作後の最初の書込
み制御信号PEに同期して発生させるようにしているが
(図2の実線)、消去制御信号EE,MEE,DEE発
生直後に、書込み制御信号PE,MPEの発生とは関係
なく発生させることもできる(図2の破線(a))。
ルに対する各動作時の各種電圧の供給制御を、メモリセ
ルトランジスタのそれとは別に行い消去動作が行なわれ
たときのみその消去動作1回に対し書込み動作を1回行
う構成としたので、単純な構成で容易にメモリセルトラ
ンジスタ及びダミーセルの劣化の進行状態をより一層近
ずけることができ、長寿命化をはかることができる効果
がある。
各制御信号のタイミング図である。
るための書込み・消去回数に対する読出し電圧の特性図
である。
路図である。
回路部分の具体例を示す回路図である。
及び課題を説明するための書込み・消去回数に対する読
出し電圧の特性図である。
路図である。
及び課題を説明するための書込み・消去回数に対する読
出し電圧の特性図である。
を説明するための各制御信号のタイミング図である。
スタ WL1〜WLm ワード線
Claims (3)
- 【請求項1】 行方向,列方向にマトリクス状に配置さ
れ電気的にデータの書込み及び消去が可能な複数のメモ
リセルトランジスタと、これら複数のメモリセルトラン
ジスタの各行それぞれと対応して設けられ対応する行の
メモリセルトランジスタそれぞれの制御ゲートと接続す
る複数のワード線と、前記複数のメモリセルトランジス
タの各列それぞれと対応して設けられ対応する列のメモ
リセルトランジスタそれぞれのドレインと接続する複数
のビット線と、前記複数のメモリセルトランジスタそれ
ぞれのソースは接地され、書込み動作,消去動作,読出
し動作を含む各動作時に前記複数のワード線のうちの所
定のワード線を選択して伝達された電圧を供給する行デ
コーダと、前記複数のビット線それぞれと対応接続する
複数の第1のトランジスタを含みこれら第1のトランジ
スタをオン,オフして前記各動作時に前記複数のビット
線のうちの所定のビット線を選択して伝達された電圧を
供給しかつこのビット線の信号を伝達する列選択回路
と、前記各動作時にそれぞれ所定の電圧を発生して前記
行デコーダ,前記列選択回路及び前記複数のビット線に
伝達する第1の各種電圧発生回路と、前記複数のメモリ
セルトランジスタとオン抵抗が異なる以外は同一特性の
ダミーセル及びこのダミーセルと接続し前記複数の第1
のトランジスタと同一特性の第2のトランジスタを備え
前記各動作時に前記ダミーセルの制御ゲート及び前記第
2のトランジスタのゲートそれぞれに伝達された電圧を
受け前記読出し動作時には前記複数のメモリセルトラン
ジスタのオン状態及びオフ状態の読出しレベルの中間の
レベルの基準電圧を発生する基準電圧発生回路と、前記
消去動作時には消去用の電圧を発生しこの消去用の電圧
発生後の書込み動作時にこの消去用の電圧発生1回に対
し1回の割合で書込み用の電圧を発生し読出し動作時に
は読出し用の電圧を発生してこれら各電圧を前記基準電
圧発生回路に伝達する第2の各種電圧発生回路と、読出
し動作時に選択されたビット線の信号レベルと前記基準
電圧とを比較する比較回路とを有することを特徴とする
不揮発性半導体記憶装置。 - 【請求項2】 第1の各種電圧発生回路から、消去動作
時の消去用電圧発生後の書込み動作時に複数の書込み用
の電圧が順次出力され、第2の各種電圧発生回路から
は、前記複数の書込み用の電圧のうちの最初の書込み用
の電圧のみと対応して書込み用の電圧を発生するように
した請求項1記載の不揮発性半導体記憶装置。 - 【請求項3】 第2の各種電圧発生回路を、書込み用の
電圧の発生は消去用の電圧発生それぞれの直後の1回の
みとした請求項1記載の不揮発性半導体記憶装置。
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