JP5314943B2 - Semiconductor device and data reading method - Google Patents
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Description
本発明は、半導体メモリを備えた半導体装置に関し、特に、半導体メモリからデータを読み出すための機構を備えた半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device including a semiconductor memory, and more particularly to a semiconductor device including a mechanism for reading data from the semiconductor memory.
半導体メモリには、メモリセルに書き込まれたデータを読み出すために電流センスを行うものがある。そのために、半導体メモリは、メモリセルに接続されるビット線に電圧を印加するとともにビット線を流れる電流の電流−電圧変換を行うカスコード回路と、センスアンプと、を備えている。 Some semiconductor memories perform current sensing to read data written in memory cells. For this purpose, the semiconductor memory includes a cascode circuit that applies a voltage to a bit line connected to the memory cell and performs current-voltage conversion of a current flowing through the bit line, and a sense amplifier.
半導体メモリの一種であるNOR型の不揮発性メモリの場合、ビット線によりメモリセルのドレイン端子に所定の電圧が印加され、ソース端子が接地され、ワード線によりゲート端子にハイレベルの電圧が印加されると、メモリセルに書き込まれたデータに応じてビット線に電流が流れる。ビット線を流れる電流は、カスコード回路で電流−電圧変換された後に、センスアンプで所定の比較電圧と比較される。比較電圧よりも高電圧か低電圧かによりメモリセルに書き込まれたデータの値(「0」又は「1」)を検知する。 In the case of a NOR type nonvolatile memory which is a kind of semiconductor memory, a predetermined voltage is applied to the drain terminal of the memory cell by the bit line, the source terminal is grounded, and a high level voltage is applied to the gate terminal by the word line. Then, a current flows through the bit line according to the data written in the memory cell. The current flowing through the bit line is subjected to current-voltage conversion by the cascode circuit and then compared with a predetermined comparison voltage by the sense amplifier. The value (“0” or “1”) of data written in the memory cell is detected depending on whether the voltage is higher or lower than the comparison voltage.
カスコード回路は、ビット線に電圧を印加するセンス電圧印加回路とビット線に流れる電流を電圧に変換する電流−電圧変換回路とを備える。センス電圧印加回路は、オペアンプとトランジスタとで構成される。トランジスタのソース端子には電源電圧が印加され、ドレイン端子がビット線に接続される。ゲート端子には、オペアンプの出力端子が接続される。オペアンプは正入力端子がビット線に接続され、負入力端子に読み出しに必要な基準電圧と同じ電圧が入力される。このような構成により、基準電圧がビット線に印加される。 The cascode circuit includes a sense voltage application circuit that applies a voltage to the bit line and a current-voltage conversion circuit that converts a current flowing through the bit line into a voltage. The sense voltage application circuit includes an operational amplifier and a transistor. A power supply voltage is applied to the source terminal of the transistor, and the drain terminal is connected to the bit line. The output terminal of the operational amplifier is connected to the gate terminal. In the operational amplifier, the positive input terminal is connected to the bit line, and the same voltage as the reference voltage necessary for reading is input to the negative input terminal. With such a configuration, the reference voltage is applied to the bit line.
ビット線の電圧は、センス電圧印加回路のトランジスタとメモリセルとの電流比が反映されるために、基準電圧よりも若干低下する。従来は、ワード線によりメモリセルのゲート端子にハイレベルの電圧が印加されるまでビット線に電流が流れないために、ビット線は、センス電圧印加回路のトランジスタにより基準電圧まで充電される。 Since the current ratio between the transistor and the memory cell in the sense voltage application circuit is reflected, the bit line voltage is slightly lower than the reference voltage. Conventionally, since no current flows through the bit line until a high level voltage is applied to the gate terminal of the memory cell by the word line, the bit line is charged to the reference voltage by the transistor of the sense voltage application circuit.
1つのメモリセルからデータを読み出すときに、当該メモリセルに関連しないビット線は、フローティングになる。フローティングなビット線は、当該メモリセルに関連するビット線との間で、カップリングにより干渉を受ける。データの読み出し時には、センスアンプで検知中に、フローティングなビット線が他のビット線に干渉を与える。これにより当該ビット線にノイズが発生する。センスアンプは、ノイズによりセンシング動作に誤動作が発生することがあるために、ノイズがなくなるまで待つ必要がある。そのために、高速に読み出し動作を行うことができない。
読み出し速度を高速に行うために、特許文献1、2のような発明が提案されている。
When data is read from one memory cell, bit lines not related to the memory cell are in a floating state. The floating bit line is interfered by coupling with the bit line related to the memory cell. At the time of reading data, the floating bit line interferes with other bit lines during detection by the sense amplifier. As a result, noise is generated in the bit line. Since the sense amplifier may malfunction in the sensing operation due to noise, it is necessary to wait until the noise disappears. For this reason, the read operation cannot be performed at high speed.
In order to perform the reading speed at high speed, inventions such as
特許文献1には、ビット線をメモリセル側とセンスアンプ側に分けるスイッチを備えた半導体メモリが記載されている。読み出し時に、メモリセル側のビット線にセンスアンプ側のビット線よりも低い電圧を印加する。スイッチが閉状態になって、メモリセル側とセンスアンプ側との各ビット線が接続されると、ディスチャージが高速に行われる。これによりメモリセルからのデータの読み出しを高速にする。
特許文献2には、読み出し前にビット線に予め第2の電流を流し、読み出し時に第2の電流よりも大きい第1の電流を流すことが記載されている。これにより高速な読み出し動作を実現している。
特許文献1、2では、上記のようなビット線に発生するノイズについての考慮が為されていない。そのために、特許文献1、2では上記の問題の解決にならない。
また、センス電圧印加回路のトランジスタは、例えばオペアンプからの帰還電圧の応答の遅れにより、いわゆるオーバーシュートが発生して基準電圧以上の電圧をビット線に印加してしまうことがある。この場合、メモリセルのゲート端子にハイレベルの電圧が印加されるまで、ビット線に印加される電圧が基準電圧に戻らない。特に、オペアンプがメモリセルアレイの外側に配置される場合、配線長が長く時定数の大きなビット線との距離が大きくなり、オーバーシュートが大きくなる。このような現象も、読み出し動作の高速化を妨げる要因になる。
In addition, the transistor of the sense voltage application circuit may generate a so-called overshoot due to a delay in the response of the feedback voltage from the operational amplifier, for example, and may apply a voltage higher than the reference voltage to the bit line. In this case, the voltage applied to the bit line does not return to the reference voltage until a high level voltage is applied to the gate terminal of the memory cell. In particular, when the operational amplifier is arranged outside the memory cell array, the distance to the bit line having a long wiring length and a large time constant is increased, and the overshoot is increased. Such a phenomenon also becomes a factor that hinders the speeding up of the read operation.
本発明は、このような問題に鑑みて、ビット線に発生するノイズに関係なく高速にメモリセルからのデータの読み出しが可能なセンシング技術を提供することを主たる課題とする。 In view of such a problem, it is a main object of the present invention to provide a sensing technique capable of reading data from a memory cell at high speed regardless of noise generated in a bit line.
以上の課題を解決する本発明の半導体装置は、少なくとも2値を取り得るデータが記録されたメモリセルと、前記メモリセルに接続されるビット線に、前記データの読み出しに必要な基準電圧と前記基準電圧未満の第1電圧とのいずれかを印加するセンス電圧印加回路と、読み出し時に前記ビット線を流れる電流を電圧に変換する電流−電圧変換回路と、前記電流−電圧変換回路で変換された電圧を所定の比較電圧と比較して、前記メモリセルに記録されたデータの値を判定するセンス回路と、を備えている。前記センス電圧印加回路は、前記センス回路による前記比較に先だって前記第1電圧を前記ビット線に印加し、前記比較の間、前記第1電圧に代えて前記基準電圧を前記ビット線に印加する。 A semiconductor device of the present invention that solves the above problems includes a memory cell in which at least binary data is recorded, a bit line connected to the memory cell, a reference voltage necessary for reading the data, and the A sense voltage application circuit that applies any one of a first voltage lower than a reference voltage, a current-voltage conversion circuit that converts a current flowing through the bit line into a voltage during reading, and a current-voltage conversion circuit A sense circuit that compares the voltage with a predetermined comparison voltage to determine the value of the data recorded in the memory cell. The sense voltage application circuit applies the first voltage to the bit line prior to the comparison by the sense circuit, and applies the reference voltage to the bit line instead of the first voltage during the comparison.
本発明の半導体装置は、読み出しに先だって、読み出しに必要な基準電圧未満の第1電圧がビット線に印加される。予め第1電圧を印加するために、基準電圧に代わった場合のフローティングなビット線からの干渉が少なく済む。そのために、読み出すメモリセルが接続されたビット線に発生するノイズが抑制される。また、オーバーシュートが抑制されるためにビット線に基準電圧以上の電圧が印加されることもない。これにより、ノイズが収まるのを待つことなくセンシング動作を行えるので、読み出し動作を高速化できる。
なお、メモリセルは、不揮発性、揮発性、或いは書き換えが可能か否かを問わないが電流センスによりデータが読み出されるようになっている。
また、前記センス電圧印加回路は、例えば、前記メモリセルがアレイ状に構成されたメモリセルアレイの外に配置される。
In the semiconductor device of the present invention, a first voltage lower than a reference voltage necessary for reading is applied to the bit line prior to reading. Since the first voltage is applied in advance, there is less interference from the floating bit line when the reference voltage is used. Therefore, noise generated on the bit line to which the memory cell to be read is connected is suppressed. Further, since overshoot is suppressed, a voltage higher than the reference voltage is not applied to the bit line. As a result, the sensing operation can be performed without waiting for the noise to settle, so that the read operation can be speeded up.
Note that data is read from the memory cell by current sensing regardless of whether it is nonvolatile, volatile, or rewritable.
In addition, the sense voltage application circuit is disposed, for example, outside a memory cell array in which the memory cells are configured in an array.
本発明の半導体装置は、例えば、前記センス電圧印加回路に前記第1電圧を出力させるための第1制御信号及び前記基準電圧を出力させるための第2制御信号を生成する制御部を更に備えていてもよい。この場合、前記センス電圧印加回路は、例えば、前記第1制御信号が入力されると前記第1電圧を出力し、前記第2制御信号が入力されると前記基準電圧を出力する電圧生成部を有する。
前記電圧生成部は、例えば、入力される電圧と同じ電圧を出力可能な定電圧源と、前記第1制御信号により前記第1電圧を前記定電圧源に入力し、前記第2制御信号により前記基準電圧を前記定電圧源に入力する切替器とを有する構成であってもよい。
また、前記電圧生成部は、例えば、前記第1電圧を出力可能な第1定電圧源と、前記基準電圧を出力可能な第2定電圧源と、を備えた構成であってもよい。このような構成では、例えば、前記第1制御信号により前記第1定電圧源が活性化され、前記第2制御信号により前記第2定電圧源が活性化されて、活性化された方から前記ビット線に電圧が印加される。なお、前記第1電圧を出力可能な第1定電圧源を電圧生成部の外に設けた構成であってもよい。このような構成では、前記電圧生成部が、例えば、前記第1制御信号が入力されると、前記第1定電圧源から前記第1電圧を取得してこれを出力し、前記第2制御信号が入力されると、前記第2定電圧源から前記基準電圧を出力する。
The semiconductor device of the present invention further includes, for example, a control unit that generates a first control signal for causing the sense voltage application circuit to output the first voltage and a second control signal for outputting the reference voltage. May be. In this case, the sense voltage application circuit includes, for example, a voltage generation unit that outputs the first voltage when the first control signal is input and outputs the reference voltage when the second control signal is input. Have.
The voltage generation unit, for example, inputs a constant voltage source capable of outputting the same voltage as the input voltage, the first voltage to the constant voltage source by the first control signal, and the second control signal The switch may have a switch that inputs a reference voltage to the constant voltage source.
The voltage generation unit may include, for example, a first constant voltage source that can output the first voltage and a second constant voltage source that can output the reference voltage. In such a configuration, for example, the first constant voltage source is activated by the first control signal, and the second constant voltage source is activated by the second control signal. A voltage is applied to the bit line. The first constant voltage source capable of outputting the first voltage may be provided outside the voltage generator. In such a configuration, for example, when the first control signal is input, the voltage generation unit acquires the first voltage from the first constant voltage source, outputs the first voltage, and outputs the second control signal. Is input, the reference voltage is output from the second constant voltage source.
本発明のデータの読み出し方法は、少なくとも2値を取り得るデータが記録されたメモリセルと、このメモリセルから前記データを読み出す読出回路と、を備えた装置により実行される方法である。前記読出回路が、前記メモリセルに接続されたビット線に、読み出しに先立って、読み出しに必要な基準電圧未満の第1電圧を印加する段階と、読み出し時に、前記ビット線に、前記第1電圧に代えて前記基準電圧を印加する段階と、前記基準電圧を印加しているときの前記ビット線に流れる電流を用いて電圧を生成する段階と、前記ビット線を流れる電流から生成された前記電圧を、所定の比較電圧と比較して、前記メモリセルに記録されたデータの値を判定する段階と、を含む。
第1電圧は、例えば前記装置の起動時または前記装置起動後の所定間欠動作時に前記第1電圧を印加される。
基準電圧は、例えば前記装置の外部アクセスコマンドであるリードコマンド入力時に前記基準電圧を印加される。この場合、第1電圧は、前記装置の外部アクセスコマンドであるアクティブコマンド入力時に、前記リードコマンドと連動して印加される。
The data reading method of the present invention is a method executed by a device including a memory cell in which data that can take at least two values is recorded, and a reading circuit that reads the data from the memory cell. The reading circuit applies a first voltage lower than a reference voltage required for reading to the bit line connected to the memory cell prior to reading, and the first voltage is applied to the bit line during reading. Instead of applying the reference voltage, generating a voltage using the current flowing through the bit line when the reference voltage is applied, and the voltage generated from the current flowing through the bit line Comparing with a predetermined comparison voltage to determine a value of data recorded in the memory cell.
The first voltage is applied to the first voltage, for example, when the device is activated or during a predetermined intermittent operation after the device is activated.
For example, the reference voltage is applied when a read command that is an external access command of the device is input. In this case, the first voltage is applied in conjunction with the read command when an active command that is an external access command of the device is input.
以上のような本発明により、読み出しに先立って第1電圧をビット線に印加するために、読み出し時に基準電圧をビット線に印加してもフローティングなビット線からのノイズの影響を抑制することができる。そのために、ノイズが収まるのを待つことなくセンシング動作を行えるので、読み出し動作を高速化できる。更に、オーバーシュートを抑制できるので、読み出し動作を高速化できる。また、オーバーシュートを抑制することにより、不揮発性メモリセルのビット線に与えられる電圧によるドレインディスターブ現象を抑制し、メモリセルに書き込まれたデータの変化(劣化)を抑制できる。 According to the present invention as described above, since the first voltage is applied to the bit line prior to reading, the influence of noise from the floating bit line can be suppressed even if the reference voltage is applied to the bit line during reading. it can. Therefore, since the sensing operation can be performed without waiting for the noise to settle, the reading operation can be speeded up. Furthermore, since overshoot can be suppressed, the read operation can be speeded up. Further, by suppressing overshoot, the drain disturb phenomenon due to the voltage applied to the bit line of the nonvolatile memory cell can be suppressed, and the change (deterioration) of data written in the memory cell can be suppressed.
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の半導体装置の一実施形態である半導体メモリ装置の構成図である。
この半導体メモリ装置1は、アレイ状に配置されたメモリセル11を有するメモリセルアレイ10と、メモリセル11からデータを読み出すための読出回路20とを備えている。読出回路20は、メモリセルアレイ10の外側に配置される。メモリセルアレイ10と読出回路20とは、データバスBで接続されている。読出回路20により読み出されたデータは、半導体メモリ装置1外部の図示しない外部装置に出力される。なお、半導体メモリ装置1は、メモリセル11にデータを書き込むための書込回路などの周辺回路を備えているが、本発明に直接関連するものではないので、その図示及び説明を省略する。
FIG. 1 is a configuration diagram of a semiconductor memory device according to an embodiment of the semiconductor device of the present invention.
The
メモリセルアレイ10は、この実施形態ではNOR型不揮発性メモリであり、ビット線間にメモリセルがラダー接続されて、バーチャルグラウンド方式でメモリアクセスされる。各メモリセル11には、「1」及び「0」の少なくとも2値を取り得るデータが書き込み及び読み出し可能になっているメモリセル11が縦横に並んで配置される。行方向に並んだメモリセル11のゲート端子が共通のワード線WLで接続され、列方向に並んだメモリセル11のソース端子及びドレイン端子がそれぞれ共通のビット線BLで接続される。ワード線WL及びビット線BLに印加される電圧により、メモリセル11にデータの書き込み及び読み出しが行われる。ワード線WLには、図示しないロウデコーダなどの周辺回路から電圧が印加される。ビット線BLには、読出回路20から、データバスBを介して電圧が印加される。
例えば、メモリセル11からデータを読み出すときには、当該メモリセル11に接続されたワード線WLにハイレベルの電圧が印加され、当該メモリセル11に接続される2本のビット線の一方にハイレベルの電圧、他方に接地電圧が印加される。
In this embodiment, the
For example, when data is read from the memory cell 11, a high level voltage is applied to the word line WL connected to the memory cell 11, and a high level voltage is applied to one of the two bit lines connected to the memory cell 11. Voltage and the ground voltage is applied to the other.
ビット線BLは、複数設けられるが、読み出し及び書き込み時には、対象となるメモリセル11に接続されるビット線BLがデータバスBに接続され、それ以外のビット線BLはフローティングになる。そのために、ビット線BLとデータバスBとの間には、図示しないスイッチ素子が設けられる。 A plurality of bit lines BL are provided, but at the time of reading and writing, the bit line BL connected to the target memory cell 11 is connected to the data bus B, and the other bit lines BL are in a floating state. Therefore, a switch element (not shown) is provided between the bit line BL and the data bus B.
なお、メモリセルアレイ10は、NOR型不揮発性メモリに限らず、電流センスによりデータが読み出される半導体メモリであれば、揮発性、不揮発性、書き換えの可否を問わない。
The
読出回路20は、基準電圧生成回路21、カスコード回路22、制御回路23、及びセンスアンプ24を備えている。
The
基準電圧生成回路21は、データバスBを介してビット線BLに印加される電圧を生成する。基準電圧生成回路21では、メモリセル11からデータを読み出すのに必要な基準電圧Vrefと、基準電圧Vrefよりも低い第1電圧V1とを生成する。これらの電圧は、カスコード回路22に送られる。また、基準電圧生成回路21では、センスアンプ24で用いられる比較電圧VCも生成する。
The reference voltage generation circuit 21 generates a voltage applied to the bit line BL via the data bus B. The reference voltage generation circuit 21 generates a reference voltage Vref necessary for reading data from the memory cell 11 and a first voltage V1 lower than the reference voltage Vref. These voltages are sent to the
カスコード回路22は、基準電圧生成回路21で生成された基準電圧Vref及び第1電圧V1をデータバスBを介してビット線BLに印加するためのセンス電圧印加回路を備える。また、カスコード回路22はメモリセルアレイ10の外側に配置され、基準電圧Vrefが印加される、非常に長く寄生時定数の大きなビット線BLから遠く離れている。カスコード回路22は、読み出しに先だって第1電圧V1をビット線BLに印加し、読み出し時に、第1電圧V1に代えて基準電圧Vrefを印加する。
また、カスコード回路22は、メモリセル11からのデータの読み出し時に、ビット線BLを流れる電流を電圧に変換する電流−電圧変換回路を備えている。
The
The
制御回路23は、第1電圧V1を出力させるための第1制御信号C1及び基準電圧Vrefを出力させるための第2制御信号C2をカスコード回路22に入力する。
The
センスアンプ24は、カスコード回路22の電流−電圧変換回路でビット線BLを流れる電流から変換された電圧を、基準電圧生成回路21から送られる比較電圧VCと比較して、メモリセル11に書き込まれたデータの値を判定する。判定結果が、メモリセル11から読み出されたデータとして外部装置に送られる。
The
図2は、第1制御信号C1及び第2制御信号C2の例示図である。図2からわかるように制御回路23は、センスアンプ24によるセンシング期間が始まる前に第1制御信号C1をカスコード回路22に入力し、センシング期間のみ第2制御信号C2をカスコード回路22に入力する。第1、第2制御信号C1、C2がこのようなタイミングで入力されるので、カスコード回路22は、読み出しに先だつアクティブコマンドに対応して第1電圧V1をビット線BLに印加し、リードコマンドに対応する読み出し時に、第1電圧V1に代えて基準電圧Vrefを印加することができる。センシングは、ワード線WLがハイレベルのときに行われる。第1制御信号C1は、例えばアクティブコマンドに依存する。第2制御信号C2は、例えばリードコマンドに依存する。
なお、第1制御信号C1(図2の最初のパルス波形)は、センシング期間以外にも、動作する。例えば、半導体装置のパワーオンリセット期間や、その後の所定期間の間欠的なパルス動作を行ってもよい。
但し、この場合、第1制御信号C1と第2制御信号C2とは連動しない。
パワーオンリセット期間には、メモリセル11からデータを読み出す要求が外部からある場合でも、カスコード回路22がビット線を第1電圧V1に設定する。間欠的なパルス動作は、メモリセル11へのアクセス頻度に応じて実施される。
間欠的なパルス動作により、ビット線BLが第1電圧V1に設定された後、一定の時間メモリセル11からデータを読み出す要求がなされなかった場合(即ちアイドル期間が長い場合)にも、ビット線BLに接続されるメモリセル11のドレインによるジャンクションリーク等によりビット線BLの電圧が第1電圧V1より低下することを防止することができる。
FIG. 2 is an exemplary diagram of the first control signal C1 and the second control signal C2. As can be seen from FIG. 2, the
Note that the first control signal C1 (the first pulse waveform in FIG. 2) operates in addition to the sensing period. For example, an intermittent pulse operation for a power-on reset period of the semiconductor device or a predetermined period thereafter may be performed.
However, in this case, the first control signal C1 and the second control signal C2 are not linked.
During the power-on reset period, the
Even when the bit line BL is set to the first voltage V1 by the intermittent pulse operation and no request for reading data from the memory cell 11 is made for a certain period of time (that is, when the idle period is long), the bit line It is possible to prevent the voltage of the bit line BL from lowering than the first voltage V1 due to a junction leak or the like due to the drain of the memory cell 11 connected to BL.
センシング期間後、カスコード回路22がビット線を第1電圧V1に再設定する。例えば、メモリセル11に記憶されたデータに応じて放電したビット線BLの第1電圧V1への再充電と、放電しなかったビット線BLの基準電圧Vrefから第1電圧V1へのイコライズを行う。これにより、連続してメモリセル11からデータを読み出す場合、2回目以降のセンシング期間のメモリセル11からの正常な読み出しが実現できる。この場合の再設定は、例えば半導体メモリ装置1の内部で自動生成されるアドレス遷移検出信号(ATD)に対応させる。これ以外に、再設定は、半導体メモリ装置1の外部からのプリチャージコマンドに対応させてもよく、また、半導体メモリ装置1の内部で自動生成されるオートプリチャージ信号に対応させてもよい。ここで、アクティブコマンド、リードコマンド、プリチャージコマンドは、SDRAM等で標準の同期式メモリのアクセス方法である。
After the sensing period, the
図3は、カスコード回路22の具体的な回路構成の一例を示す回路図である。
カスコード回路22は、上述の通り、電流−電圧変換回路とセンス電圧印加回路とを備えている。図3では、Pチャネルのトランジスタ221、223、抵抗222、及びオペアンプ224で電流−電圧変換回路を構成している。また、トランジスタ223、225、226及びオペアンプ224でセンス電圧印加回路を構成している。
FIG. 3 is a circuit diagram showing an example of a specific circuit configuration of the
As described above, the
電流−電圧変換回路は、カレントミラーの構成であり、トランジスタ223に流れる電流と同じ電流がトランジスタ221にも流れるようになっている。トランジスタ221に流れる電流は、抵抗222により電圧に変換されてセンスアンプ24に送られる。トランジスタ223に流れる電流はデータバスBを介してビット線BLに流れる電流と同じであるので、上記の構成により、電流−電圧変換回路によりビット線BLに流れる電流に相当する電圧が得られる。
The current-voltage conversion circuit has a current mirror configuration, and the same current that flows through the transistor 223 flows through the
センス電圧印加回路は、オペアンプ224の正入力端子に印加される電圧と同じ電圧がトランジスタ223のドレイン端子から出力される定電圧源になっている。オペアンプ224の負入力端子には、トランジスタ223のドレイン端子が接続される。オペアンプ224の正入力端子には、並列接続された2つのトランジスタ225、226のドレイン端子が接続される。オペアンプ224の出力端子は、トランジスタ223のゲート端子に接続される。
トランジスタ225は、ソース端子に第1電圧V1が印加され、ゲート端子に第1制御信号C1が印加される。第1制御信号C1がハイレベルになると、トランジスタ225が導通して、第1電圧V1がオペアンプ224の正入力端子に印加される。
トランジスタ226は、ソース端子に基準電圧Vrefが印加され、ゲート端子に第2制御信号C2が印加される。第2制御信号C2がハイレベルになると、トランジスタ226が導通して、基準電圧Vrefがオペアンプ224の正入力端子に印加される。
The sense voltage application circuit is a constant voltage source that outputs the same voltage as the voltage applied to the positive input terminal of the
In the
In the transistor 226, the reference voltage Vref is applied to the source terminal, and the second control signal C2 is applied to the gate terminal. When the second control signal C2 becomes high level, the transistor 226 becomes conductive, and the reference voltage Vref is applied to the positive input terminal of the
このような構成のカスコード回路22では、図2に示すような第1制御信号C1及び第2制御信号C2が制御回路23から入力され、第1電圧V1及び基準電圧Vrefが基準電圧生成回路21から入力されることで、センシング期間に先だって、第1電圧V1をオペアンプ224に入力する。これにより、データバスBを介して、ビット線BLには、第1電圧V1が印加される。
次いで、センシング期間に、第1電圧V1に代えて基準電圧Vrefがオペアンプ224に入力される。これにより、データバスBを介して、ビット線BLには、基準電圧Vrefが印加される。
このように、トランジスタ225、226は、第1制御信号C1により第1電圧V1をオペアンプ224に入力し、第2制御信号C2により基準電圧Vrefをオペアンプ224に入力する切替器として作用する。
In the
Next, in the sensing period, the reference voltage Vref is input to the
As described above, the
図4は、カスコード回路22の具体的な回路構成の他の一例を示す回路図である。
このカスコード回路22は、トランジスタ221、223、抵抗222、及びオペアンプ227、228で電流−電圧変換回路を構成している。また、トランジスタ223及びオペアンプ227、228でセンス電圧印加回路を構成している。
電流−電圧変換回路は、2つのオペアンプ227、228を用いる点で図3の例と異なる。しかし、オペアンプ227、228は、後述のように、第1制御信号C1及び第2制御信号C2により一方のみが活性化される構成になっている。そのために、図3の例と同じ動作を行う。よって、電流−電圧変換回路の説明は省略する。
FIG. 4 is a circuit diagram showing another example of the specific circuit configuration of the
In the
The current-voltage conversion circuit is different from the example of FIG. 3 in that two
このカスコード回路22のオペアンプ227、228は、以下のような特徴を有している。
オペアンプ227は、正入力端子に基準電圧Vrefが入力され、負入力端子がトランジスタ223のドレイン端子に接続される。また、オペアンプ227には、第2制御信号C2が入力される制御端子が設けられる。第2制御信号C2により、オペアンプ227は、活性化、或いは非活性化される。
オペアンプ228は、正入力端子に第1電圧V1が入力され、負入力端子がトランジスタ223のドレイン端子に接続される。また、オペアンプ228には、第1制御信号C1が入力される制御端子が設けられる。第1制御信号C1により、オペアンプ228は、活性化、或いは非活性化される。
活性化された方のオペアンプとトランジスタ223により、活性化された方のオペアンプの正入力端子に印加される電圧と同じ電圧がトランジスタ223のドレイン端子から出力される定電圧源になっている。つまり、オペアンプ227とトランジスタ223による定電圧源と、オペアンプ228とトランジスタ223による定電圧源とを備えた構成である。
The
In the operational amplifier 227, the reference voltage V ref is input to the positive input terminal, and the negative input terminal is connected to the drain terminal of the transistor 223. The operational amplifier 227 is provided with a control terminal to which the second control signal C2 is input. The operational amplifier 227 is activated or deactivated by the second control signal C2.
In the
The activated operational amplifier and the transistor 223 serve as a constant voltage source for outputting the same voltage as the voltage applied to the positive input terminal of the activated operational amplifier from the drain terminal of the transistor 223. In other words, the configuration includes a constant voltage source including an operational amplifier 227 and a transistor 223, and a constant voltage source including an
このような構成のカスコード回路22では、図2に示すような第1制御信号C1及び第2制御信号C2が制御回路23から入力され、第1電圧V1及び基準電圧Vrefが基準電圧生成回路21から入力されることで、センシング期間に先だって、第1電圧V1をオペアンプ228に入力する。これにより、データバスBを介して、ビット線BLには、第1電圧V1と同じ電圧が印加される。
次いで、センシング期間に、第1電圧V1に代えて基準電圧Vrefがオペアンプ227に入力される。これにより、データバスBを介して、ビット線BLには、基準電圧Vrefと同じ電圧が印加される。
In the
Then, in the sensing period, the reference voltage Vref instead of the first voltage V1 is input to the
図3、4のような構成のカスコード回路22では、センシング期間に先立って、第1電圧V1でビット線BLをプリチャージする。フローティングなビット線は、第1電圧V1が印加されるビット線によりカップリングを受けるが、センシング期間までには収束する。センシング期間になると、第1電圧V1に代えて基準電圧Vrefがビット線BLに印加される。フローティングなビット線は、基準電圧Vrefと第1電圧V1との差のカップリングを受けるが、その差が小さいために実質的に変動しない。これにより、データバスBには、メモリセル電流のみが流れ、従来よりも高速なセンシング動作が実現される。更に、オーバーシュートを抑制することにより、不揮発性メモリセルのビット線に供給される電圧によるドレインディスターブ現象を抑制し、メモリセルに書き込まれたデータの変化(劣化)を抑制できる。オペアンプからの帰還電圧の応答の遅れなどにより、基準電圧Vref以上の電圧をビット線に印加してしまうことがないからである。不揮発性メモリセルの場合、ビット線に基準電圧Vref以上の電圧を印加すると、そのビット線に接続されるメモリセルが、弱いプログラム状態のストレス電圧の環境となる。特に選択ワード線に接続されたメモリセルが、最も厳しいストレス電圧の環境である。しかしカスコード回路22により、このようなストレス電圧の環境の発生を防止可能である。
In the
図5は、複数のメモリセルアレイ10のビット線BLに、第1電圧V1及び基準電圧Vrefを印加するカスコード回路22及び定電圧源30を説明するための構成図である。
カスコード回路22は複数設けられている。カスコード回路22は、それぞれ異なるデータバスBを介して異なるメモリセルアレイ10のビット線BLに接続されている。定電圧源30は、各カスコード回路22に第1電圧V1を供給する回路である。このような構成により、複数のメモリセルアレイ10のメモリセル11からデータを読み出し可能になる。
FIG. 5 is a configuration diagram for explaining the
A plurality of
各カスコード回路22の電流−電圧変換回路は、トランジスタ221、223、抵抗222、及びオペアンプ227により構成される。オペアンプ227は、図4の例と同様に、第2制御信号C2により活性化される。活性化時の動作は、図3の例と同じ動作を行う。電流−電圧変換回路の説明は省略する。
The current-voltage conversion circuit of each
各カスコード回路22のセンス電圧印加回路は、トランジスタ223、229、230、オペアンプ227、及び定電圧源30により構成される。トランジスタ223及びオペアンプ227の構成及び動作は、図4と同じなので説明を省略する。
各カスコード回路22のセンス電圧印加回路は、従来にはないトランジスタ229、230を備えている。トランジスタ229は、第1制御信号C1により導通、非導通が制御される。トランジスタ229が導通状態のときに、定電圧源30から、第1電圧V1が入力される。トランジスタ230は、どのカスコード回路22からデータバスに第1電圧V1又は基準電圧Vrefが印加されるかを決める第3制御信号C3により導通、非導通が制御される。第3制御信号C3は、例えば制御回路23から入力される。
The sense voltage application circuit of each
The sense voltage application circuit of each
定電圧源30は、オペアンプ31及びPチャネルのトランジスタ32を備えている。オペアンプ31の正入力端子には、第1電圧V1が入力される。オペアンプ31の負入力端子は、トランジスタ32のドレイン端子が接続される。また、オペアンプ31には第1制御信号C1が入力される。オペアンプ31は、第1制御信号C1により、活性化される。オペアンプ31の出力端子は、トランジスタ32のゲート端子に入力される。トランジスタ32のドレイン端子は、トランジスタ229のソース端子に接続される。定電圧源30は、複数のカスコード回路22に第1電圧を供給するために、カスコード回路22の数に応じた駆動力を有している。
The
定電圧源30は、オペアンプ31に第1電圧V1が入力され、第1制御信号C1によりオペアンプ31が活性化されると、第1電圧V1と同じ電圧を出力する。カスコード回路22では、第1制御信号C1、第2制御信号C2、及び第3制御信号C3により、トランジスタ229、230が導通状態でオペアンプ227が非活性化されると、第1電圧V1が、データバスBを介してメモリセルアレイ10のビット線BLに印加される。トランジスタ230が導通状態、トランジスタ229が非導通状態、オペアンプ227が活性化されると、基準電圧VrefがデータバスBを介してメモリセルアレイ10のビット線BLに印加される。トランジスタ229は、Pチャネルのトランジスタであってもよい。この場合、そのゲート電極には、第1制御信号C1の反転信号が入力される。
When the first voltage V1 is input to the operational amplifier 31 and the operational amplifier 31 is activated by the first control signal C1, the
この場合も、図3、図4のカスコード回路22を用いた場合と同様の効果が得られる。また、図3、図4のカスコード回路と比べて、定電圧源30を外部に備える分だけ構成を小さくできる。更に、第1制御信号C1によりトランジスタ229を制御することにより、データバス間の干渉による誤動作を防止可能である。
In this case, the same effect as that obtained when the
1…半導体メモリ装置、10…メモリセルアレイ、11…メモリセル、20…読出回路、21…基準電圧生成回路、22…カスコード回路、23…制御回路、24…センスアンプ、221,223,225,226,229,230,32…トランジスタ、222…抵抗、224,227,228,31…オペアンプ、30…定電圧源
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記メモリセルに接続されるビット線に、前記データの読み出しに必要な基準電圧と前記基準電圧未満の第1電圧とのいずれかを印加するセンス電圧印加回路と、
読み出し時に前記ビット線を流れる電流を電圧に変換する電流−電圧変換回路と、
前記電流−電圧変換回路で変換された電圧を所定の比較電圧と比較して、前記メモリセルに記録されたデータの値を判定するセンス回路と、を備えており、
前記センス電圧印加回路は、前記センス回路による前記比較に先だって前記第1電圧を前記ビット線に印加し、前記比較の間、前記第1電圧に代えて前記基準電圧を前記ビット線に印加する、
半導体装置。 A memory cell in which data that can take at least two values is recorded;
A sense voltage applying circuit that applies either a reference voltage necessary for reading the data or a first voltage lower than the reference voltage to the bit line connected to the memory cell;
A current-voltage conversion circuit for converting a current flowing through the bit line into a voltage at the time of reading;
A sense circuit that compares a voltage converted by the current-voltage conversion circuit with a predetermined comparison voltage and determines a value of data recorded in the memory cell;
The sense voltage application circuit applies the first voltage to the bit line prior to the comparison by the sense circuit, and applies the reference voltage to the bit line instead of the first voltage during the comparison.
Semiconductor device.
請求項1記載の半導体装置。 The sense voltage application circuit is disposed outside a memory cell array in which the memory cells are arranged in an array.
The semiconductor device according to claim 1.
前記センス電圧印加回路は、前記第1制御信号が入力されると前記第1電圧を出力し、前記第2制御信号が入力されると前記基準電圧を出力する電圧生成部を有している、
請求項1記載の半導体装置。 A controller for generating a first control signal for causing the sense voltage application circuit to output the first voltage and a second control signal for causing the reference voltage to be output;
The sense voltage application circuit includes a voltage generation unit that outputs the first voltage when the first control signal is input and outputs the reference voltage when the second control signal is input.
The semiconductor device according to claim 1.
入力される電圧と同じ電圧を出力可能な定電圧源と、
前記第1制御信号により前記第1電圧を前記定電圧源に入力し、前記第2制御信号により前記基準電圧を前記定電圧源に入力する切替器とを有している、
請求項2又は3記載の半導体装置。 The voltage generator is
A constant voltage source capable of outputting the same voltage as the input voltage;
A switch that inputs the first voltage to the constant voltage source by the first control signal and inputs the reference voltage to the constant voltage source by the second control signal;
The semiconductor device according to claim 2.
前記第1電圧を出力可能な第1定電圧源と、
前記基準電圧を出力可能な第2定電圧源と、を備えており、
前記第1制御信号により前記第1定電圧源が活性化され、前記第2制御信号により前記第2定電圧源が活性化されて、活性化された方から前記ビット線に電圧が印加される、
請求項2又は3記載の半導体装置。 The voltage generator is
A first constant voltage source capable of outputting the first voltage;
A second constant voltage source capable of outputting the reference voltage,
The first constant voltage source is activated by the first control signal, the second constant voltage source is activated by the second control signal, and a voltage is applied to the bit line from the activated one. ,
The semiconductor device according to claim 2.
前記電圧生成部は、前記基準電圧を出力可能な第2定電圧源を備えており、
前記電圧生成部は、前記第1制御信号が入力されると、前記第1定電圧源から前記第1電圧を取得してこれを出力し、前記第2制御信号が入力されると、前記第2定電圧源から前記基準電圧を出力する、
請求項2又は3記載の半導体装置。 A first constant voltage source capable of outputting the first voltage;
The voltage generation unit includes a second constant voltage source capable of outputting the reference voltage,
When the first control signal is input, the voltage generation unit acquires the first voltage from the first constant voltage source and outputs the first voltage, and when the second control signal is input, 2 outputting the reference voltage from a constant voltage source;
The semiconductor device according to claim 2.
前記読出回路が、
前記メモリセルに接続されたビット線に、読み出しに先立って、読み出しに必要な基準電圧未満の第1電圧を印加する段階と、
読み出し時に、前記ビット線に、前記第1電圧に代えて前記基準電圧を印加する段階と、前記基準電圧を印加しているときの前記ビット線に流れる電流を用いて電圧を生成する段階と、
前記ビット線を流れる電流から生成された前記電圧を、所定の比較電圧と比較して、前記メモリセルに記録されたデータの値を判定する段階と、を含む、
データ読み出し方法。 A method executed by a device including a memory cell in which data that can take at least two values is recorded, and a read circuit that reads the data from the memory cell,
The readout circuit comprises:
Applying a first voltage lower than a reference voltage required for reading to the bit line connected to the memory cell prior to reading;
Applying a reference voltage to the bit line instead of the first voltage at the time of reading; and generating a voltage using a current flowing through the bit line when the reference voltage is applied;
Comparing the voltage generated from the current flowing through the bit line with a predetermined comparison voltage to determine the value of the data recorded in the memory cell,
Data reading method.
前記装置の起動時または前記装置起動後の所定間欠動作時に前記第1電圧を印加する、
請求項7記載のデータ読み出し方法。 The readout circuit comprises:
Applying the first voltage at the time of starting the device or at a predetermined intermittent operation after the device is started,
The data reading method according to claim 7.
前記装置の外部アクセスコマンドであるリードコマンド入力時に前記基準電圧を印加する、
請求項7記載のデータ読み出し方法。 The readout circuit comprises:
Applying the reference voltage when a read command that is an external access command of the device is input;
The data reading method according to claim 7.
前記装置の外部アクセスコマンドであるアクティブコマンド入力時に前記第1電圧を印加する、
請求項7記載のデータ読み出し方法。 The readout circuit comprises:
Applying a pre-Symbol first voltage to the active command input is an external access command of said device,
The data reading method according to claim 7 .
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