JP2008077750A - Nonvolatile semiconductor memory device - Google Patents
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Abstract
【課題】オーバープリチャージを防止し、情報の読み出し動作速度の高速化を実現することができる不揮発性半導体記憶装置を提供する。
【解決手段】NOR型フラッシュメモリ(不揮発性半導体記憶装置)1は、メモリセルアレイ11と、ダミーメモリセルアレイ(リファレンス回路)12と、センスアンプ13と、負荷回路14及び15と、プリチャージ回路16及び17と、基準電圧発生回路20とを備えている。基準電圧発生回路20のレギュレータ21から供給される制御信号FXがプリチャージ回路16のトランジスタT20のゲート電極に供給され、このトランジスタT20はセンスノードN1へのオーバープリチャージを防止する。
【選択図】図1A non-volatile semiconductor memory device capable of preventing over-precharge and increasing the speed of reading information is provided.
A NOR flash memory (nonvolatile semiconductor memory device) 1 includes a memory cell array 11, a dummy memory cell array (reference circuit) 12, a sense amplifier 13, load circuits 14 and 15, a precharge circuit 16, and 17 and a reference voltage generation circuit 20. A control signal FX supplied from the regulator 21 of the reference voltage generation circuit 20 is supplied to the gate electrode of the transistor T20 of the precharge circuit 16, and this transistor T20 prevents over precharge to the sense node N1.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、不揮発性半導体記憶装置に関し、特にビット線にプリチャージしメモリセルに記憶されたデータをセンスアンプにおいて読み出す不揮発性半導体記憶装置に関する。 The present invention relates to a nonvolatile semiconductor memory device, and more particularly to a nonvolatile semiconductor memory device that reads data stored in a memory cell by precharging a bit line with a sense amplifier.
図6に示すように、NOR型フラッシュメモリ100は、メモリセルアレイ101と、ダミーメモリセルアレイ(リファレンス回路)102と、センスアンプ103と、負荷回路104及び105と、プリチャージ回路106及び107とを備えている。メモリセルアレイ101においては、ビット線BL1とワード線WLとの交差部に1ビットの情報を記憶するメモリセルM1が配置され、このメモリセルM1が行列状に複数配列されている。ダミーメモリセルアレイ102においては、ダミービット線BL0とセレクト線SCTとの間にダミーメモリセルM0が配置されている。ビット線BL1には寄生容量C1が付加され、ダミービット線BL0には寄生容量C0が付加されている。
As shown in FIG. 6, the
センスアンプ103は、ソース領域を共有するpチャネル導電型トランジスタ(MOSFET)T9及びT11と、ソース領域を共有するnチャネル導電型トランジスタT10及びT12と、トランジスタT9及びT11に電源電圧Vddを供給するpチャネル導電型トランジスタT13とを備えている。トランジスタT9のドレイン領域とトランジスタT10のドレイン領域との間は接続されており、このドレイン領域にはメモリセルM1に記憶された情報を出力する出力端子OUTが接続されている。トランジスタT11のドレイン領域とトランジスタT12のドレイン領域及びゲート電極との間は接続されている。トランジスタT10のゲート電極とトランジスタT12のゲート電極との間は接続されている。トランジスタT9のゲート電極はセンスアンプ103のセンスノードN1を通してプリチャージ回路106に接続され、トランジスタT11のゲート電極はダミーセンスノードN0を通してプリチャージ回路107に接続されている。
The
負荷回路104はpチャネル導電型トランジスタT5とnチャネル導電型トランジスタT6との直列回路により構成されている。トランジスタT5のソース領域はセンスアンプ103のトランジスタT9のソース領域に接続され、ゲート電極はトランジスタT9のゲート電極に接続されている。つまり、トランジスタT5及びT9はミラー回路になっている。トランジスタT6のソース領域はビット線BL1に接続されている。トランジスタT5及びT6のドレイン領域は、センスアンプ103のセンスノードN1に接続されている。負荷回路105はpチャネル導電型トランジスタT7とnチャネル導電型トランジスタT8との直列回路により構成されている。トランジスタT7のソース領域はセンスアンプ103のトランジスタT11のソース領域に接続され、ゲート電極はトランジスタT11のゲート電極に接続されている。同様に、トランジスタT7及びT11はミラー回路になっている。トランジスタT8のソース領域はダミービット線BL0に接続されている。トランジスタT7及びT8のドレイン領域はセンスアンプ103のダミーセンスノードN0に接続されている。
The
プリチャージ回路106はpチャネル導電型トランジスタT1及びトランジスタT2の直列回路により構成されている。トランジスタT1のソース領域は電源電圧Vddに接続され、トランジスタT2のドレイン領域及びゲート電極はセンスアンプ103のセンスノードN1に接続されている。プリチャージ回路107はpチャネル導電型トランジスタT3及びT4の直列回路により構成されている。トランジスタT3のソース領域は電源電圧Vddに接続され、トランジスタT4のドレイン領域及びゲート電極はセンスアンプ103のダミーセンスノードN0に接続されている。
The
次に、図7を使用し、NOR型フラッシュメモリ100の情報読み出し動作を説明する。ここで、メモリセルM1にはL(ロウ)データが記憶されているものとする。まず、データアクセス前の定常状態においては、ビット線BL1及びBL0、負荷回路104の出力線であるセンスアンプ103のセンスノードN1、負荷回路105の出力線であるセンスアンプ103のダミーセンスノードN0、センスアンプ103の出力端子OUTはすべてLレベルにある。
Next, the information reading operation of the
データアクセス時において、ワード線WLがH(ハイ)レベルに設定されると、このワード線WLに接続されたメモリセルM1はON状態になる。同様に、セレクト線SCTがHレベルに設定されると、このセレクト線SCTに接続されたダミーメモリセルM0はON状態になる。そして、センスアンプ103において、信号SAONBがHレベルからLレベルに変化すると、トランジスタT13がOFF状態からON状態に変化する。これにより、トランジスタT5からビット線BL1を通してメモリセルM1に電流i1が流れ、センスアンプ103のセンスノードN1はLレベルから電流i1に応じたレベルになる。同時に、センスアンプ103において、トランジスタT7からダミービット線BL0を通してダミーメモリセルM0に電流i0が流れ、ダミーセンスノードN0はLレベルから電流i0に応じたレベルになる。そして、センスノードN1とダミーセンスノードN0の振幅差が約100mVになると、センスアンプ103の出力端子OUTにHレベルが出力される。
At the time of data access, when the word line WL is set to the H (high) level, the memory cell M1 connected to the word line WL is turned on. Similarly, when select line SCT is set to H level, dummy memory cell M0 connected to select line SCT is turned on. In the
電源電圧Vddが1.6Vのとき、DC状態においてセンスアンプ103のセンスノードN1には約0.95Vが出力される。ダミーセンスノードN0には約1.25Vが出力される。そして、負荷回路104のトランジスタT6のゲート電極、負荷回路105のトランジスタT8のゲート電極のそれぞれには約0.8Vのゲート信号BSが印加される。
When the power supply voltage Vdd is 1.6 V, about 0.95 V is output to the sense node N1 of the
プリチャージ回路106はセンスアンプ103のセンスノードN1に予めプリチャージを行う。センスノードN1にはビット線BL1の寄生容量C1が付加されており、微小な電流i1においてはセンスノードN1の充電に時間を要するので、センスアンプ103の出力端子OUTへの出力信号が遅延する。これはNOR型フラッシュメモリ100の情報読み出し動作においてアクセスタイムの遅延を招く。同様に、プリチャージ回路107はセンスアンプ103のダミーセンスノードN0を予めプリチャージする。
The
プリチャージ回路106は、メモリセルM1に接続されたワード線WLが活性化されるタイミングにおいて、トランジスタT1のゲート電極に印加される信号ACCBをHレベルからLレベルに変化させ、電源電圧VddからトランジスタT2を通してセンスノードN1にプリチャージ電流を高速に供給する。プリチャージ回路107は、同様に、ダミーメモリセルM0に接続されたセレクト線SCTが活性化されるタイミングにおいて、トランジスタT3のゲート電極に印加される信号ACCBをHレベルからLレベルに変化させ、電源電圧VddからトランジスタT4を通してダミーセンスノードN0にプリチャージ電流を高速に供給する。このように、情報の読み出し動作に際して、予めセンスノードN1、ダミーセンスノードN0のそれぞれをプリチャージすることにより、充電時間を短縮し、アクセスタイムの高速化を図ることができる。
The
また、負荷回路104のトランジスタT6、負荷回路105のトランジスタT8のそれぞれにおいて、閾値電圧が0Vに設定され、ゲート信号BSが約0.8Vに設定されることにより、ビット線BL1、ダミービット線BL0はいずれもプリチャージの際に0.8V以上にならない。すなわち、ビット線BL1が0.8V以上になるとトランジスタT6はOFF状態になり、ダミービット線BL0が0.8V以上になるとトランジスタT8はOFF状態になる。ビット線BL1に供給されるプリチャージ電圧を制限することによって、メモリセルM1に記憶されたデータの誤書き換えを防止することができる。
Further, in each of the transistor T6 of the
なお、プリチャージ動作を行う半導体メモリ装置に関しては、例えば下記特許文献1に記載されている。 A semiconductor memory device that performs a precharge operation is described in, for example, Patent Document 1 below.
前述のNOR型フラッシュメモリ100においては、以下の点について配慮がなされていなかった。プリチャージ回路106のトランジスタT1及びT2、プリチャージ回路107のトランジスタT3及びT4においては、いずれも製造プロセスにばらつきが生じ、電流駆動能力が設計値を上回ることがある。このようなプリチャージ回路106及び107を有するNOR型フラッシュメモリ100においては、図7に示すように、センスアンプ103のセンスノードN1及びダミーセンスノードN0が立ち上がり初期にオーバープリチャージ状態になる。電源電圧Vddが1.6Vのとき、前述のように、センスアンプ103のセンスノードN1とダミーセンスノードN0との振幅差が約100mVになると、センスアンプ103の出力端子OUTにHレベルが出力される。ところが、オーバープリチャージ状態になると、100mVの振幅差になるまでに時間を要し、結果的にセンスアンプ103の出力端子OUTにHレベルが出力されるまでの時間が長くなる。このため、アクセスタイムに遅延が生じる。
In the above-described
更に、プリチャージ回路106のトランジスタT2、プリチャージ回路107のトランジスタT4はいずれもpチャネル導電型トランジスタにより構成されているので、トランジスタT2及びT4の移動度はnチャネル導電型トランジスタに比べて小さい。従って、トランジスタT2及びT4のトランジスタサイズは電流駆動能力を確保するために大きくなり、寄生容量が増大するので、センスノードN1及びダミーセンスノードN0を充電するまでに要する時間が長くなり、結果的にアクセスタイムに遅延が生じる。
Furthermore, since the transistor T2 of the
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、オーバープリチャージを防止することができ、情報の読み出し動作速度の高速化を実現す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である。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to prevent non-precharge and to realize a high-speed information reading operation speed. Is to provide a device.
更に、本発明の目的は、プリチャージ回路の寄生容量を減少することができ、情報の読み出し動作速度の高速化を実現す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である。 Furthermore, an object of the present invention is to provide a nonvolatile semiconductor memory device that can reduce the parasitic capacitance of a precharge circuit and can realize an increase in information reading operation speed.
本発明の一実施の形態に係る特徴は、不揮発性半導体記憶装置において、メモリセルと、メモリセルがビット線を介してセンスノードに接続され、センスノードの電圧をセンスしメモリセルに記憶されるデータを読み出すセンスアンプと、センスノードに接続された負荷素子と、センスノードを充電するプリチャージトランジスタと、センスノードの過充電電圧を制限する電圧制限トランジスタとを備える。この電圧制限トランジスタはダミーセンスノード側にも備える。更に、電圧制限トランジスタはnチャネル導電型により構成される。 A feature of one embodiment of the present invention is that in a nonvolatile semiconductor memory device, a memory cell and the memory cell are connected to a sense node via a bit line, and the voltage of the sense node is sensed and stored in the memory cell. A sense amplifier for reading data, a load element connected to the sense node, a precharge transistor for charging the sense node, and a voltage limiting transistor for limiting an overcharge voltage of the sense node. This voltage limiting transistor is also provided on the dummy sense node side. Furthermore, the voltage limiting transistor is formed of an n-channel conductivity type.
この不揮発性半導体記憶装置においては、電圧制御トランジスタのゲート電極に過充電電圧を制御する制御電圧を供給する基準電圧発生回路を更に備えることが好ましい。また、基準電圧発生回路は、電源電圧から基準電圧を生成するバンドギャップ参照電位発生回路と、バンドギャップ参照電位発生回路から出力される基準電圧から制御電圧を生成するレギュレータとを更に備えることが好ましい。 The nonvolatile semiconductor memory device preferably further includes a reference voltage generation circuit that supplies a control voltage for controlling the overcharge voltage to the gate electrode of the voltage control transistor. The reference voltage generation circuit preferably further includes a band gap reference potential generation circuit that generates a reference voltage from the power supply voltage, and a regulator that generates a control voltage from the reference voltage output from the band gap reference potential generation circuit. .
本発明によれば、オーバープリチャージを防止することができ、情報の読み出し動作速度の高速化を実現す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ができる。 According to the present invention, it is possible to provide a non-volatile semiconductor memory device that can prevent over-precharge and realize an increase in information reading operation speed.
更に、本発明によれば、プリチャージ回路の寄生容量を減少することができ、情報の読み出し動作速度の高速化を実現す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ができる。 Furthermore, according to the present invention, it is possible to provide a non-volatile semiconductor memory device that can reduce the parasitic capacitance of the precharge circuit and can realize an increase in information reading operation speed.
以下、本発明の一実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。本実施の形態は、本発明をNOR型フラッシュメモリ(NOR型EEPROM)に適用した例を説明するものである。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the present embodiment, an example in which the present invention is applied to a NOR flash memory (NOR EEPROM) will be described.
[不揮発性半導体記憶装置の回路システムの構成]
図1に示すように、本発明の一実施の形態に係るNOR型フラッシュメモリ(不揮発性半導体記憶装置)1は、メモリセルアレイ11と、ダミーメモリセルアレイ(リファレンス回路)12と、センスアンプ13と、負荷回路14及び15と、プリチャージ回路16及び17と、基準電圧発生回路20とを備えている。
[Configuration of Nonvolatile Semiconductor Memory Device Circuit System]
As shown in FIG. 1, a NOR flash memory (nonvolatile semiconductor storage device) 1 according to an embodiment of the present invention includes a memory cell array 11, a dummy memory cell array (reference circuit) 12, a sense amplifier 13, Load circuits 14 and 15, precharge circuits 16 and 17, and a reference
メモリセルアレイ11においては、ビット線BL1とワード線WLとの交差部に1ビットの情報を記憶するメモリセルM1が配置され、このメモリセルM1が行列状に複数配列されている。本実施の形態において、メモリセルM1には、電荷蓄積層(フローティングゲート電極)及び制御電極(コントロールゲート電極)を有するnチャネル導電型電界効果トランジスタを実用的に使用することができる。ワード線WLはメモリセルM1の制御電極に一体化されかつ電気的に接続されている。ビット線BL1は、メモリセルM1のドレイン領域に接続され、例えばワード線WLよりも上層のアルミニウム合金配線により構成されている。メモリセルM1のソース領域にはソース線(基準電源Vss)が接続されている。 In the memory cell array 11, memory cells M1 that store 1-bit information are arranged at intersections between the bit lines BL1 and the word lines WL, and a plurality of the memory cells M1 are arranged in a matrix. In the present embodiment, an n-channel conductivity type field effect transistor having a charge storage layer (floating gate electrode) and a control electrode (control gate electrode) can be practically used for the memory cell M1. The word line WL is integrated with and electrically connected to the control electrode of the memory cell M1. The bit line BL1 is connected to the drain region of the memory cell M1, and is composed of, for example, an aluminum alloy wiring that is above the word line WL. A source line (reference power supply Vss) is connected to the source region of the memory cell M1.
ダミーメモリセルアレイ102においては、ダミービット線BL0とセレクト線SCTとの交差部にダミーメモリセルM0が配置されている。ダミーメモリセルM0は基本的にはメモリセルM0と同様にnチャネル導電型電界効果トランジスタにより構成されている。このダミーメモリセルM0のゲート電極にはセレクト線SCTが接続され、ドレイン領域にはダミービット線BL0が接続され、ソース領域にはソース線(基準電源Vss)が接続されている。
In dummy
ビット線BL1には寄生容量C1が付加され、ダミービット線BL0には寄生容量C0が付加されている。 A parasitic capacitance C1 is added to the bit line BL1, and a parasitic capacitance C0 is added to the dummy bit line BL0.
センスアンプ13は、ソース領域を共有するpチャネル導電型トランジスタ(MISFET:metal insulator semiconductor field effect transistor)T9及びT11と、ソース領域を共有するnチャネル導電型トランジスタT10及びT12と、トランジスタT9及びT11に電源電圧Vddを供給するpチャネル導電型トランジスタT13とを備えている。トランジスタT9のドレイン領域とトランジスタT10のドレイン領域との間は互いに接続されており、このドレイン領域にはメモリセルM1に記憶された情報を出力する出力端子OUTが接続されている。トランジスタT11のドレイン領域とトランジスタT12のドレイン領域及びゲート電極との間は接続されている。トランジスタT10のゲート電極とトランジスタT12のゲート電極との間は接続されている。トランジスタT9のゲート電極はセンスアンプ13のセンスノードN1を通してプリチャージ回路16に接続されている。同様に、トランジスタT11のゲート電極はセンスアンプ13のダミーセンスノードN0を通してプリチャージ回路17に接続されている。 The sense amplifier 13 includes p-channel conductive transistors (MISFETs) T9 and T11 that share a source region, n-channel conductive transistors T10 and T12 that share a source region, and transistors T9 and T11. And a p-channel conductive transistor T13 for supplying a power supply voltage Vdd. The drain region of the transistor T9 and the drain region of the transistor T10 are connected to each other, and an output terminal OUT that outputs information stored in the memory cell M1 is connected to the drain region. The drain region of the transistor T11 and the drain region and gate electrode of the transistor T12 are connected. The gate electrode of the transistor T10 and the gate electrode of the transistor T12 are connected. The gate electrode of the transistor T9 is connected to the precharge circuit 16 through the sense node N1 of the sense amplifier 13. Similarly, the gate electrode of the transistor T11 is connected to the precharge circuit 17 through the dummy sense node N0 of the sense amplifier 13.
負荷回路14はpチャネル導電型トランジスタ(第1の負荷素子)T5とnチャネル導電型トランジスタT6との直列回路により構成されている。トランジスタT5のソース領域はセンスアンプ13のトランジスタT9のソース領域に接続され、ゲート電極はトランジスタT9のゲート電極に接続されている。つまり、トランジスタT5及びT9はミラー回路になっている。トランジスタT6のソース領域はビット線BL1に接続されている。トランジスタT5及びT6のドレイン領域はセンスアンプ13のセンスノードN1に接続されている。負荷回路105はpチャネル導電型トランジスタ(第2の負荷素子)T7とnチャネル導電型トランジスタT8との直列回路により構成されている。トランジスタT7のソース領域はセンスアンプ103のトランジスタT11のソース領域に接続され、ゲート電極はトランジスタT11のゲート電極に接続されている。同様に、トランジスタT7及びT11はミラー回路になっている。トランジスタT8のソース領域はダミービット線BL0に接続されている。トランジスタT7及びT8のドレイン領域はセンスアンプ103のダミーセンスノードN0に接続されている。
The load circuit 14 includes a series circuit of a p-channel conductivity type transistor (first load element) T5 and an n-channel conductivity type transistor T6. The source region of the transistor T5 is connected to the source region of the transistor T9 of the sense amplifier 13, and the gate electrode is connected to the gate electrode of the transistor T9. That is, the transistors T5 and T9 are mirror circuits. The source region of the transistor T6 is connected to the bit line BL1. The drain regions of the transistors T5 and T6 are connected to the sense node N1 of the sense amplifier 13. The
プリチャージ回路16は、センスノードN1にプリチャージを行うpチャネル導電型トランジスタ(第1のプリチャージトランジスタ)T1と、センスノードN1の過充電電圧を制限するnチャネル導電型トランジスタ(第1の電圧制限トランジスタ)T20との直列回路により構成されている。トランジスタT1のソース領域は電源電圧Vddに接続され、トランジスタT20のソース領域はセンスアンプ13のセンスノードN1に接続されている。トランジスタT20のゲート電極は過充電電圧を制御する制御電圧FXを供給する基準電圧発生回路20に接続されている。トランジスタT20がnチャネル導電型により構成され、電子の移動度は正孔の移動度に比べて大きいので、同等の電流駆動能力を確保する場合には、トランジスタT20のトランジスタサイズを小さくすることができる。そして、トランジスタT20のゲート電極に制御電圧FXを供給することにより、センスノードN1にはトランジスタT20のゲート容量が付加されなくなる。すなわち、センスノードN1に付加される寄生容量を減少することができ、センスノードN1の充電速度を高速化することができる。トランジスタT20の寄生容量の減少はプリチャージ回路16の全体的な寄生容量の減少になる。
The precharge circuit 16 includes a p-channel conductive transistor (first precharge transistor) T1 that precharges the sense node N1, and an n-channel conductive transistor (first voltage) that limits the overcharge voltage of the sense node N1. It is constituted by a series circuit with a limiting transistor T20. The source region of the transistor T1 is connected to the power supply voltage Vdd, and the source region of the transistor T20 is connected to the sense node N1 of the sense amplifier 13. The gate electrode of the transistor T20 is connected to a reference
同様に、プリチャージ回路17は、ダミーセンスノードN0にプリチャージを行うpチャネル導電型トランジスタ(第2のプリチャージトランジスタ)T3と、ダミーセンスノードN0の過充電電圧を制御するnチャネル導電型トランジスタ(第2の電圧制限トランジスタ)T40との直列回路により構成されている。トランジスタT3のソース領域は電源電圧Vddに接続され、トランジスタT40のソース領域はセンスアンプ13のダミーセンスノードN0に接続されている。トランジスタT40のゲート電極には、基準電圧発生回路20が接続されており、過充電電圧を制御する制御電圧FXが供給される。更に、同様に、トランジスタT40がnチャネル導電型により構成され、電子の移動度は正孔の移動度に比べて大きいので、同等の電流駆動能力を確保する場合には、トランジスタT40のトランジスタサイズを小さくすることができる。そして、トランジスタT40のゲート電極に制御電圧FXを供給することにより、ダミーセンスノードN0にはトランジスタT40のゲート容量が付加されなくなる。すなわち、ダミーセンスノードN0に付加される寄生容量を減少することができ、ダミーセンスノードN0の充電速度を高速化することができる。トランジスタT40の寄生容量の減少はプリチャージ回路17の全体的な寄生容量の減少になる。
Similarly, the precharge circuit 17 includes a p-channel conductive transistor (second precharge transistor) T3 that precharges the dummy sense node N0 and an n-channel conductive transistor that controls the overcharge voltage of the dummy sense node N0. (Second voltage limiting transistor) It is constituted by a series circuit with T40. The source region of the transistor T3 is connected to the power supply voltage Vdd, and the source region of the transistor T40 is connected to the dummy sense node N0 of the sense amplifier 13. A reference
[基準電圧発生回路の構成]
基準電圧発生回路20は、図2に示すように、NOR型フラッシュメモリ(半導体チップ)1の外部の電源電圧VEXTから基準電圧VREFを生成するバンドギャップ参照電位発生回路(BGR回路)22と、バンドギャップ参照電位発生回路22から出力される基準電圧VREFからプリチャージ回路16のトランジスタT20のゲート電極、プリチャージ回路17のトランジスタT40のゲート電極のそれぞれに供給される制御電圧FXを生成するレギュレータ21とを備えている。
[Configuration of reference voltage generation circuit]
As shown in FIG. 2, the reference
バンドギャップ参照電位発生回路22は、pチャネル導電型トランジスタTB1〜TB7と、nチャネル導電型トランジスタTB11〜TB14と、ダイオードD1〜D3と、抵抗R1及びR2とを備えている。バンドギャップ参照電位発生回路22においては、図3に示すように、電源電圧VEXTが所定電圧レベル以上になると、基準電圧VREFは電源電圧VEXTの電圧レベルに依存性を持たない一定電圧レベルになる。 The band gap reference potential generation circuit 22 includes p-channel conductivity type transistors TB1 to TB7, n-channel conductivity type transistors TB11 to TB14, diodes D1 to D3, and resistors R1 and R2. In the bandgap reference potential generation circuit 22, as shown in FIG. 3, when the power supply voltage VEXT becomes equal to or higher than a predetermined voltage level, the reference voltage VREF becomes a constant voltage level that does not depend on the voltage level of the power supply voltage VEXT.
レギュレータ21は、pチャネル導電型トランジスタTB8〜TB10と、nチャネル導電型トランジスタTB15〜TB17と、抵抗R3及びR4とを備えている。レギュレータ21から出力される制御電圧(制御信号)FXは、プリチャージ回路16のトランジスタT20のゲート電極、プリチャージ回路17のトランジスタT40のゲート電極に供給される。
The
メモリセルM1のデータアクセスのとき、レギュレータ21から供給される制御電圧FXにはセンスアンプ13のダミーセンスノードN0と等しい電圧レベルが与えられる。レギュレータ21は、図4に示すように、基準電圧VREFの電圧レベルに応じて、本実施の形態においては若干高い電圧レベルの制御電圧FXを出力する。制御電圧FXの電圧レベルは次式(1)により表すことができる。
例えばレギュレータ21から出力される基準電圧VREFの電圧レベルV(VREF)が1.2Vの場合、抵抗R3とR4との抵抗比が次式(2)のように設定されると、制御電圧FXの電圧レベルV(FX)は1.25Vになる。
[不揮発性半導体記憶装置の情報読み出し動作]
次に、本実施の形態に係るNOR型フラッシュメモリ1の情報読み出し動作を、メモリセルM1にLデータが記憶されているものとし、前述の図1乃至図4を参照しつつ、図5を用いて説明する。
[Information reading operation of nonvolatile semiconductor memory device]
Next, in the information reading operation of the NOR flash memory 1 according to the present embodiment, it is assumed that L data is stored in the memory cell M1, and FIG. 5 is used with reference to FIGS. 1 to 4 described above. I will explain.
まず、図5に示すように、データアクセス前の定常状態において、ビット線BL1及びダミービット線BL0、センスアンプ13のセンスノードN1及びダミーセンスノードN0、センスアンプ13の出力端子OUTはすべてLレベルにある。ここで、図5においては、複数の電圧レベルを一緒に表し、かつ見やすくするために、同一電圧レベルの部分は便宜的に若干ずらして示す。 First, as shown in FIG. 5, in a steady state before data access, the bit line BL1 and dummy bit line BL0, the sense node N1 and dummy sense node N0 of the sense amplifier 13, and the output terminal OUT of the sense amplifier 13 are all at L level. It is in. Here, in FIG. 5, a plurality of voltage levels are shown together, and the portions of the same voltage level are shown slightly shifted for the sake of convenience.
データアクセス時において、ワード線WLがHレベルに設定されると、メモリセルM1のゲート電極がHレベルになり、メモリセルM1はON状態になる。同時に、セレクト線SCTがHレベルに設定され、ダミーメモリセルM0のゲート電極がHレベルになり、ダミーメモリセルM0がON状態になる。 At the time of data access, when the word line WL is set to H level, the gate electrode of the memory cell M1 becomes H level, and the memory cell M1 is turned on. At the same time, the select line SCT is set to H level, the gate electrode of the dummy memory cell M0 becomes H level, and the dummy memory cell M0 is turned on.
そして、センスアンプ13において、信号SAONBがHレベルからLレベルに変化すると、トランジスタT13がOFF状態からON状態に変化する。これにより、トランジスタT5からビット線BL1を通してメモリセルM1に電流i1が流れ、センスアンプ13のセンスノードN1はLレベルから電流i1に応じたレベルになる。同時に、センスアンプ13において、トランジスタT7からダミービット線BL0を通してダミーメモリセルM0に電流i0が流れ、ダミーセンスノードN0はLレベルから電流i0に応じたレベルになる。このとき、ダミーメモリセルM0の電流駆動能力は電流i0<電流i1の関係となるように設定されているので、センスアンプ13のセンスノードN1の電圧レベルとダミーセンスノードN0の電圧レベルとの関係はN1<N0になる。 In the sense amplifier 13, when the signal SAONB changes from H level to L level, the transistor T13 changes from OFF state to ON state. As a result, the current i1 flows from the transistor T5 to the memory cell M1 through the bit line BL1, and the sense node N1 of the sense amplifier 13 changes from the L level to the level corresponding to the current i1. At the same time, in the sense amplifier 13, the current i0 flows from the transistor T7 to the dummy memory cell M0 through the dummy bit line BL0, and the dummy sense node N0 changes from the L level to the level corresponding to the current i0. At this time, since the current driving capability of the dummy memory cell M0 is set so that the relationship of current i0 <current i1 is established, the relationship between the voltage level of the sense node N1 of the sense amplifier 13 and the voltage level of the dummy sense node N0. N1 <N0.
ここで、電源電圧Vddが1.6Vである場合、センスアンプ13のセンスノードN1とダミーセンスノードN0との間の振幅差が約100mVになると、Lレベルであったセンスアンプ13の出力端子OUTはHレベルに変化する。電源電圧Vddが1.6Vのとき、DC状態においてダミーセンスノードN0は約1.25V、センスノードN1は約0.95Vになる。そして、負荷回路14のトランジスタT6及び負荷回路15のトランジスタT8のそれぞれのゲート電極には約0.8Vの信号BSが供給される。 Here, when the power supply voltage Vdd is 1.6 V, when the amplitude difference between the sense node N1 of the sense amplifier 13 and the dummy sense node N0 is about 100 mV, the output terminal OUT of the sense amplifier 13 which has been at the L level. Changes to H level. When the power supply voltage Vdd is 1.6V, the dummy sense node N0 is about 1.25V and the sense node N1 is about 0.95V in the DC state. Then, a signal BS of about 0.8 V is supplied to the gate electrodes of the transistor T6 of the load circuit 14 and the transistor T8 of the load circuit 15.
次に、プリチャージ回路16はセンスアンプ13のセンスノードN1にプリチャージを行い、プリチャージ回路17はセンスアンプ13のダミーセンスノードN0にプリチャージを行う。プリチャージ回路16は、メモリセルM1に接続されたワード線WLが活性化されるタイミングにおいて、トランジスタT1のゲート電極に印加される信号ACCBをHレベルからLレベルに変化させ、電源電圧Vddからトランジスタ(第1の電圧制限トランジスタ)T20を通してセンスノードN1にプリチャージ電流を高速に供給する。センスノードN1の寄生容量は減少されているので、プリチャージ電流をより一層高速に供給することができる。 Next, the precharge circuit 16 precharges the sense node N1 of the sense amplifier 13, and the precharge circuit 17 precharges the dummy sense node N0 of the sense amplifier 13. The precharge circuit 16 changes the signal ACCB applied to the gate electrode of the transistor T1 from the H level to the L level at the timing when the word line WL connected to the memory cell M1 is activated, and changes the signal ACCB from the power supply voltage Vdd to the transistor. (First voltage limiting transistor) A precharge current is supplied to the sense node N1 at high speed through T20. Since the parasitic capacitance of the sense node N1 is reduced, the precharge current can be supplied even faster.
このとき、プリチャージ回路16のトランジスタT20は、そのゲート電極に過充電電圧に至らないような一定電圧の制御電圧FXが供給されているので、電源電圧VddからトランジスタT1を通してセンスノードN1に供給される電流を制限し、オーバープリチャージを防止することができる。具体的には、図2に示す外部の電源電圧VEXTが基準電圧発生回路20のバンドギャップ参照電位発生回路22において基準電圧VREFに変換され、この基準電圧VREFからレギュレータ21において安定した制御電圧FX例えば1.25Vが生成されるので、トランジスタT20の閾値電圧Vthを0Vに制御することができ、センスノードN1は1.25Vを超えてプリチャージされない。センスノードN1が1.25Vを超えると、プリチャージ回路16において、トランジスタT20がOFF状態になり、電源電圧VddからトランジスタT1を通してセンスノードN1に電流は供給されない。
At this time, the transistor T20 of the precharge circuit 16 is supplied with the control voltage FX of a constant voltage that does not reach the overcharge voltage to the gate electrode, and is therefore supplied from the power supply voltage Vdd to the sense node N1 through the transistor T1. Current can be limited to prevent over precharge. Specifically, the external power supply voltage VEXT shown in FIG. 2 is converted into the reference voltage VREF in the band gap reference potential generation circuit 22 of the reference
同様に、プリチャージ回路17は、ダミーメモリセルM0に接続されたセレクト線SCTが活性化されるタイミングにおいて、トランジスタT3のゲート電極に印加される信号ACCBをHレベルからLレベルに変化させ、電源電圧VddからトランジスタT4を通してダミーセンスノードN0にプリチャージ電流を高速に供給する。ダミーセンスノードN0の寄生容量は減少されているので、プリチャージ電流をより一層高速に供給することができる。このとき、プリチャージ回路17のトランジスタT40は、そのゲート電極に過充電電圧に至らないような一定電圧の制御電圧FXが供給されているので、電源電圧VddからトランジスタT3を通してダミーセンスノードN0に供給される電流を制限し、オーバープリチャージを防止することができる。具体的には、基準電圧発生回路20から安定した制御電圧FX例えば1.25Vが生成されるので、トランジスタT40の閾値電圧Vthを0Vに制御することができ、ダミーセンスノードN0は1.25Vを超えてプリチャージされない。ダミーセンスノードN0が1.25Vを超えると、プリチャージ回路17において、トランジスタT40がOFF状態になり、電源電圧VddからトランジスタT3を通してダミーセンスノードN0に電流は供給されない。
Similarly, the precharge circuit 17 changes the signal ACCB applied to the gate electrode of the transistor T3 from the H level to the L level at the timing when the select line SCT connected to the dummy memory cell M0 is activated. A precharge current is supplied from the voltage Vdd to the dummy sense node N0 through the transistor T4 at high speed. Since the parasitic capacitance of the dummy sense node N0 is reduced, the precharge current can be supplied even faster. At this time, the transistor T40 of the precharge circuit 17 is supplied with the control voltage FX having a constant voltage that does not reach the overcharge voltage to the gate electrode thereof, and is supplied from the power supply voltage Vdd to the dummy sense node N0 through the transistor T3. Current can be limited to prevent over precharge. Specifically, since a stable control voltage FX, for example, 1.25V is generated from the reference
このように構成される本実施の形態に係るNOR型フラッシュメモリ1においては、情報の読み出し動作に際して、予めセンスノードN1、ダミーセンスノードN0のそれぞれをプリチャージすることにより、充電時間を短縮しつつ、プリチャージ回路16のトランジスタT20によりセンスノードN1のオーバープリチャージを防止することができ、プリチャージ回路17のトランジスタT40によりダミーセンスノードN0のオーバープリチャージを防止することができる。この結果、オーバープリチャージに起因するアクセスタイムの遅延を防止することができるので、NOR型フラッシュメモリ1の情報読み出し動作のアクセスタイムの高速化を図ることができる。 In the NOR flash memory 1 according to the present embodiment configured as described above, the charging time is shortened by precharging each of the sense node N1 and the dummy sense node N0 in advance in the information reading operation. The transistor T20 of the precharge circuit 16 can prevent the sense node N1 from being overprecharged, and the transistor T40 of the precharge circuit 17 can prevent the dummy sense node N0 from being overprecharged. As a result, it is possible to prevent the access time from being delayed due to the overprecharge, so that the access time of the information read operation of the NOR flash memory 1 can be increased.
更に、プリチャージ回路16のトランジスタT20、プリチャージ回路17のトランジスタT40がそれぞれnチャネル導電型トランジスタにより構成されているので、プリチャージ回路16、17のそれぞれに付加される寄生容量を減少することができるので、NOR型フラッシュメモリ1の情報読み出し動作のアクセスタイムの高速化を図ることができる。 Furthermore, since the transistor T20 of the precharge circuit 16 and the transistor T40 of the precharge circuit 17 are each composed of an n-channel conductivity type transistor, the parasitic capacitance added to each of the precharge circuits 16 and 17 can be reduced. Therefore, the access time of the information read operation of the NOR flash memory 1 can be increased.
(その他の実施の形態)
なお、本発明は、前述の一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において種々変更可能である。例えば、本発明は、不揮発性半導体記憶装置として、ビット構成単位において複数個直列にメモリセルを接続したNAND型フラッシュメモリに適用することができる。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the one embodiment described above, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. For example, the present invention can be applied to a NAND flash memory in which a plurality of memory cells are connected in series in a bit configuration unit as a nonvolatile semiconductor memory device.
また、本発明は、半導体チップにフラッシュメモリ(フラッシュメモリの周辺回路は含まれる)のみ搭載する単体デバイスに限らず、同一半導体チップにフラッシュメモリ、ロジック、他の不揮発性メモリや揮発性メモリを搭載する、CPU、MPU等の複合デバイスに適用することができる。 Further, the present invention is not limited to a single device in which only flash memory (including peripheral circuits of flash memory) is mounted on a semiconductor chip, but also includes flash memory, logic, other nonvolatile memory, and volatile memory on the same semiconductor chip. It can be applied to a composite device such as a CPU or MPU.
1 NOR型フラッシュメモリ
11 メモリセルアレイ
12 ダミーメモリセルアレイ
13 センスアンプ
14、15 負荷回路
16、17 プリチャージ回路
20 基準電圧発生回路
21 レギュレータ
22 バンドギャップ参照電位発生回路
T1、T3、T5〜T13、T20、T40、TB1〜TB17 トランジスタ
M1 メモリセル
M0 ダミーメモリセル
N1 センスノード
N0 ダミーセンスノード
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 NOR type flash memory 11 Memory cell array 12 Dummy memory cell array 13 Sense amplifier 14, 15 Load circuit 16, 17
Claims (5)
前記メモリセルがビット線を介してセンスノードに接続され、前記センスノードの電圧をセンスし前記メモリセルに記憶されるデータを読み出すセンスアンプと、
前記センスノードに接続された第1の負荷素子と、
前記センスノードを充電する第1のプリチャージトランジスタと、
前記センスノードの過充電電圧を制限する第1の電圧制限トランジスタと、
を備えたことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。 A memory cell;
A sense amplifier which is connected to a sense node via a bit line, senses the voltage of the sense node, and reads data stored in the memory cell;
A first load element connected to the sense node;
A first precharge transistor for charging the sense node;
A first voltage limiting transistor for limiting an overcharge voltage of the sense node;
A nonvolatile semiconductor memory device comprising:
前記ダミーメモリセルにダミービット線を介してダミーセンスノードに接続され、前記ダミーセンスノードの電圧と前記センスノードの電圧との差を増幅する前記センスアンプと、
前記ダミーセンスノードに接続された第2の負荷素子と、
前記ダミーセンスノードを充電する第2のプリチャージトランジスタと、
前記ダミーセンスノードの過充電電圧を制限する第2の電圧制限トランジスタと、
を更に備えたことを特徴とする請求項1に記載の不揮発性半導体記憶装置。 A dummy memory cell;
The sense amplifier connected to the dummy sense node via a dummy bit line to the dummy memory cell, and amplifies a difference between the voltage of the dummy sense node and the voltage of the sense node;
A second load element connected to the dummy sense node;
A second precharge transistor for charging the dummy sense node;
A second voltage limiting transistor for limiting an overcharge voltage of the dummy sense node;
The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, further comprising:
前記第2の電圧制限トランジスタは、前記ダミーセンスノードと前記第2のプリチャージトランジスタとの間に直列に接続されたnチャネル導電型トランジスタであることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の不揮発性半導体記憶装置。 The first voltage limiting transistor is an n-channel conductive transistor connected in series between the sense node and the first precharge transistor,
3. The n-channel conductivity type transistor connected in series between the dummy sense node and the second precharge transistor, the second voltage limiting transistor according to claim 1 or 2. The nonvolatile semiconductor memory device described.
Priority Applications (1)
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010182346A (en) * | 2009-02-03 | 2010-08-19 | Toshiba Corp | Semiconductor integrated circuit |
| US9704592B2 (en) | 2015-08-06 | 2017-07-11 | Mie Fujitsu Semiconductor Limited | Semiconductor storage device and data read method |
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2006
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