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JP2009272000A - 不揮発性半導体記憶装置およびそのテスト方法 - Google Patents

不揮発性半導体記憶装置およびそのテスト方法 Download PDF

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JP2009272000A JP2008121633A JP2008121633A JP2009272000A JP 2009272000 A JP2009272000 A JP 2009272000A JP 2008121633 A JP2008121633 A JP 2008121633A JP 2008121633 A JP2008121633 A JP 2008121633A JP 2009272000 A JP2009272000 A JP 2009272000A
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Tomohito Kono
智仁 河野
Akira Umezawa
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Toshiba Corp
Toshiba Microelectronics Corp
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Abstract

【課題】微細化に対して有利な不揮発性半導体記憶装置およびそのテスト方法を提供する。
【解決手段】不揮発性半導体記憶装置は、ワード線とビット線との交差位置にマトリクス状に配置された複数のメモリセルを有するメモリセルアレイ11と、ワード線を選択するための下位アドレスが入力されるロウサブデコーダ11−1を有するロウデコーダ11とを具備し、1つのワード線を選択するロウサブデコーダ11−1の一単位(1unit)は、第1導電型の第1トランジスタP1と、第2導電型の第2トランジスタN1とによりそれぞれ構成され、第1、第2トランジスタP1、N1のゲート電極Gp1、Gn1は、ビット線が配置される方向(BL方向)に沿って配置される。
【選択図】図4

Description

この発明は、不揮発性半導体記憶装置およびそのテスト方法に関し、例えば、NOR型フラッシュメモリ等に適用されるものである。
不揮発性半導体記憶装置の一例として、NOR型フラッシュメモリがある。このNOR型フラッシュメモリは、ワード線を選択するため下位アドレス(ロウアドレス)が入力されるロウサブデコーダを備えるものが多い(例えば、特許文献1参照)。このロウサブデコーダとしては、1つのワード線を選択する一単位(1unit)として、例えば、1個のP型トランジスタと2個のN型トランジスタにより構成されるものがある(以下、3Tr型ロウサブデコーダと称する)。従来の世代では、この3Tr型ロウサブデコーダのレイアウト配置であっても、セルピッチのレイアウト構成を満足することが可能であった。
しかし、従来の3Tr型ロウサブデコーダ構成において、微細化がさらに進行すると、セルピッチが縮小するため、微細化したセルピッチを満足するようにロウサブデコーダをレイアウトすることができず、微細化に対して不利となる可能性があった。
特開2001−43693号公報
この発明は、微細化に対して有利な不揮発性半導体記憶装置およびそのテスト方法を提供する。
この発明の一態様によれば、ワード線とビット線との交差位置にマトリクス状に配置された複数のメモリセルを有するメモリセルアレイと、前記ワード線を選択するための下位アドレスが入力されるロウサブデコーダを有するロウデコーダとを具備し、1つの前記ワード線を選択する前記ロウサブデコーダの一単位は、第1導電型の第1トランジスタと、第2導電型の第2トランジスタとによりそれぞれ構成され、前記第1、第2トランジスタのゲート電極は、前記ビット線が配置される方向に沿って配置されることを特徴とする不揮発性半導体記憶装置を提供できる。
この発明の一態様によれば、ワード線とビット線との交差位置にマトリクス状に配置された複数のメモリセルを有するメモリセルアレイと、前記ワード線を選択するためのロウアドレスが入力されるロウサブデコーダを有するロウデコーダとを備え、1つの前記ワード線を選択する前記ロウサブデコーダの一単位は、第1導電型の第1トランジスタと、第2導電型の第2トランジスタとによりそれぞれ構成され、前記第1、第2トランジスタのゲート電極は、前記ビット線が配置される方向に沿って配置される不揮発性半導体記憶装置のテスト方法であって、前記ロウサブデコーダに、奇数側の前記ワード線に対応するロウアドレスをセットする工程と、前記奇数側のワード線にストレス電圧を印加する工程と、前記ロウサブデコーダに、偶数側の前記ワード線に対応するロウアドレスをセットする工程と、前記偶数側のワード線にストレス電圧を印加する工程とを具備することを特徴とする不揮発性半導体記憶装置のテスト方法を提供できる。
この発明によれば、微細化に対して有利な不揮発性半導体記憶装置およびそのテスト方法が得られる。
以下、この発明の実施形態について図面を参照して説明する。尚、この説明においては、全図にわたり共通の部分には共通の参照符号を付す。
[第1実施形態]
<1.構成例>
1−1.全体構成例(NOR型フラッシュメモリ)
まず、図1を用いて、この発明の第1実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の全体構成例を説明する。本例では、不揮発性半導体記憶装置として、NOR型フラッシュメモリを一例に挙げて説明する。
図示するように、システムLSI1は、CPU2及び不揮発性半導体記憶装置(EEPROM)3を備えている。CPU2とEEPROM3とは、図示せぬデータバスによって互いにデータを授受可能に接続されている。
EEPROM3は、本例では、例えばNOR型フラッシュメモリであり、CPU2が動作するために必要なプログラムやデータ等を保持する。CPU2は、EEPROM3に保持されたデータ等を用いて各種の演算処理を行う。CPU2及びEEPROM3には、外部からクロックCLKが入力される。そしてCPU2はクロックCLKに同期して動作し、EEPROM3はクロックCLKに同期してデータを出力する。
次に、EEPROM3の構成の詳細について説明する。図1に示すようにEEPROM3は、メモリセルアレイ10、ロウデコーダ11、カラムデコーダ12、カラムセレクタ13、ソース線ドライバ14、書き込みデータバッファ15、センスアンプ16、データ入出力回路17、入力バッファ18、アドレスバッファ19、アドレスレジスタ20、電圧発生回路21、電源回路(バンドギャップリファレンス回路)22、及び制御回路23を備えている。
メモリセルアレイ10は、複数のブロックにより構成される。複数のブロックのそれぞれは、マトリクス状に配置された複数のNOR型フラッシュメモリセルを備えている。各メモリセルは、ビット線、ワード線、及びソース線に接続されている。
ロウデコーダ11は、ロウサブデコーダ11−1およびロウメインデコーダ11−2を備え、メモリセルアレイ10のロウ方向を選択する。すなわち、ワード線を選択する。
ロウサブデコーダ(RowsubDecoder)11−1には、ワード線を選択するための下位アドレス(ロウアドレス)が入力される。
ロウメインデコーダ(RowmainDecoder)11−2には、ブロックを選択するための上位アドレスが入力される。
カラムデコーダ12は、メモリセルアレイ10のカラム方向を選択する。カラムセレクタ13は、カラムデコーダ12の選択動作に基づいてビット線を選択し、ビット線を書き込みデータバッファ15またはセンスアンプ16に接続する。ソース線ドライバ14はソース線に電圧を与える。センスアンプ16は、ロウデコーダ11及びカラムデコーダ12によって選択されたメモリセルから読み出されたデータをセンスして増幅する。書き込みデータバッファ15は、メモリセルに対して書き込むべきデータを保持し、所定のメモリセル単位で、一括してデータをメモリセルに書き込む。
入力バッファ18は、CPU2から与えられる制御信号を受信し、制御回路23へ出力する。制御信号は、例えばチップイネーブル信号、ライトイネーブル信号、アウトプットイネーブル信号などである。チップイネーブル信号は、EEPROM3を動作可能とする信号である。ライトイネーブル信号は、EEPROM3に対してデータを書き込み可能とする信号である。またアウトプットイネーブル信号は、EEPROM3に対してデータを出力可能とする信号である。アドレスバッファ19は、CPU2から与えられるアドレスを受信し、アドレスレジスタ20へ出力する。
データ入出力回路17は、CPU2から与えられる書き込みデータを受け取り、書き込みデータバッファ15に転送する。また、センスアンプ16で増幅されたデータを、クロックに同期して連続的にCPU2へ出力する。
アドレスレジスタ20は、アドレスバッファ19から与えられるアドレスに従って、カラムデコーダ12に対してカラムアドレスCAを出力し、ロウデコーダ11に対してロウアドレスRAを出力する。カラムデコーダ12及びロウデコーダ11はそれぞれ、カラムアドレスCA及びロウアドレスRAに基づいて、ビット線及びワード線の選択動作を行う。
電圧発生回路21は、外部電圧に従って電圧を発生する。電圧発生回路21によって発生された電圧は、例えばロウデコーダ11、メモリセルアレイ10、書き込みデータバッファ15、センスアンプ16等に与えられる。
電源回路22は、バンドギャップリファレンス(band gap reference)回路である。以下、電源回路22をバンドギャップリファレンス回路22と呼ぶ。バンドギャップリファレンス回路22は電圧VBGRを発生し、データ入出力回路17に供給する。データ入出力回路17は、電圧発生回路21で発生された電圧では無く、バンドギャップリファレンス回路22で発生された電圧VBGRを電源電圧として用いて動作する。
制御回路23は、上記回路の動作を制御する。
1−2.メモリセルアレイの構成例
次に、図2を用いてメモリセルアレイ10の構成例について説明する。図2はメモリセルアレイの構成を示す回路図である。図示するように、メモリセルアレイ10は、((m+1)×(n+1))個(m、nは自然数)のメモリセルMCを備えている。メモリセルMCは、電荷蓄積層(例えばフローティングゲート)と制御ゲートとを含む積層ゲートを備えたMOSトランジスタである。そして、同一行にあるメモリセルMCの制御ゲートは、同一のワード線WL0〜WLmのいずれかに共通接続される。また同一列にあるメモリセルMCのドレインは、同一のビット線BL0〜BLnのいずれかに共通接続される。更にメモリセルMCのソースは、同一のソース線SLに共通接続される。
1−3.メモリセルの断面構成例
次に、メモリセルMCの断面構成例について図3を用いて説明する。図3はメモリセルアレイ10の一部領域の断面図である。図示するように、p型半導体基板30の表面領域内にn型ウェル領域31が形成され、n型ウェル領域31の表面領域内にはp型ウェル領域32が形成されている。
p型ウェル領域32上にはゲート絶縁膜33が形成され、ゲート絶縁膜33上に、メモリセルMCのゲート電極が形成されている。メモリセルMCのゲート電極は、ゲート絶縁膜33上に形成された多結晶シリコン層34、多結晶シリコン層34上にゲート間絶縁膜35を介在して形成された多結晶シリコン層36を有している。
ゲート間絶縁膜35は、例えばシリコン酸化膜、またはシリコン酸化膜とシリコン窒化膜との積層構造であるON膜、NO膜、またはONO膜で形成される。多結晶シリコン層34はフローティングゲート(FG)として機能し、メモリセルMC毎に分離されている。他方、多結晶シリコン層36はビット線に直交する方向で隣接するもの同士で共通接続されており、コントロールゲート(ワード線WL)として機能する。
隣接するゲート電極間に位置するp型ウェル領域32表面内には、n型不純物拡散層37が形成されている。不純物拡散層37は隣接するトランジスタ同士で共用されており、ソース領域またはドレイン領域として機能する。そして、メモリセルMCのソース領域はソース線SLに接続され、ドレインはビット線BLに接続される。
更にp型ウェル領域32の表面領域内にはp型不純物拡散層38が形成され、n型ウェル領域31の表面領域内にはn型不純物拡散層39が形成されている。p型ウェル領域32に対しては、不純物拡散層38を介してソース線SLと同じ電位が与えられ、n型ウェル領域31に対しては、不純物拡散層39を介してウェル電圧VNWが与えられる。
1−4.ロウサブデコーダの構成例
次に、本例に係るロウサブデコーダの構成例について図4乃至図6を用いて説明する。本例では、例えば、1ブロックのワード線本数が512本である2Tr型ロウサブデコーダを一例に挙げて説明する(WL:8本×RowsubDecoder:64BLK)。
1−4−1.レイアウト構成例
まず、図4を用いて、本例に係るロウサブデコーダの平面レイアウト例について説明する。図示するように、本例に係るロウサブデコーダは、1つのワード線WLを選択する一単位(1ユニット:1unit)が、P型(第1導電型)の第1トランジスタP1と、N型(第2導電型)の第2トランジスタN1とによりそれぞれ構成される2Tr型ロウサブデコーダである。例えば、図4に示すように、P型の第1トランジスタP1<0>と、N型の第2トランジスタN1<0>とが、1つのワード線WL<0>を選択する一単位を構成する。
図示するように、第1、第2トランジスタP1、N1のゲート電極Gp1、Gn1は、ビット線方向(BL方向)に沿ってそれぞれレイアウトされている。第1、第2トランジスタP1、N1のソース/ドレイン拡散層S/Dは、ワード線方向(WL方向)に沿って、シリコン(Si)等の半導体基板(図示せず)中に上記ゲート電極Gp1、Gn1を挟むように隔離してそれぞれレイアウトされている。
ここで、図12で後述する比較例では、一単位は3つのトランジスタにより構成され、かつゲート電極はワード線方向に沿って配置(紙面において縦置き)されているため、微細化に対して不利である。これは、例えば、65nm世代以降になりセルピッチが縮小すると、ロウサブデコーダのレイアウトピッチもそれに応じて縮小する必要があるところ、ゲート長方向L1はプロセス要因にて決定されている一方、ゲート幅方向W1はシュリンクすることができるからである。
これに対して、本例では、ロウサブデコーダ11−1の1つのワード線を選択する一単位は、2Tr型であり、1つのトランジスタ(Nch)を削除できるため、占有面積を低減できる。加えて、第1、第2トランジスタP1、N1のゲート電極Gp1、Gn1は、ビット線方向(BL方向)に沿ってそれぞれレイアウトされているため、ビット線方向(ゲート幅W1)をシュリンクでき、微細化に対して有利である。
第1トランジスタP1は、半導体基板中に、例えば、ホウ素(B)等のP型の不純物を拡散することにより形成されたPchエリア41に配置される。第2トランジスタN1は、半導体基板中に、例えば、リン(P)等のN型の不純物を拡散することにより形成されたNchエリア42に配置される。
第1トランジスタP1のゲート電極Gp1はロウメインデコーダ11−2の出力MiBに接続され、電流経路の一端の拡散層はブロック選択信号BLKFに接続され、電流経路の他端の拡散層は第2トランジスタN1の電流経路の他端(共通ノード)に接続されワード線に接続される。例えば、第1トランジスタP1<0>のゲート電極Gp1はロウメインデコーダの出力MiB<3>に接続され、電流経路の一端のドレイン拡散層D<0>はブロック選択信号BLKF<0>に接続され、電流経路の他端のソース拡散層S<0>は第2トランジスタN1の電流経路の他端に接続され(共通ノード)ワード線WL<0>に接続される。
第2トランジスタN1のゲート電極Gn1はロウメインデコーダ11−2の出力MiBに接続され、電流経路の一端の拡散層は接地され(図示せず)、電流経路の他端の拡散層は第1トランジスタP1の電流経路の他端(共通ノード)に接続されワード線に接続される。例えば、第2トランジスタN1<0>のゲート電極Gn1はロウメインデコーダの出力MiB<3>に接続され、電流経路の一端のソース拡散層S<0>は接地され(図示せず)、電流経路の他端のドレイン拡散層D<0>は第1トランジスタP1の電流経路の他端(共通ノード)に接続されワード線WL<0>に接続される。
上記のように、第1、第2トランジスタP1、N1の電流経路の共通ノード拡散層は、1つのワード線WL<0>〜WL<31>のいずれかに電気的に接続される。
さらに、第1、第2トランジスタP1、N1のゲート電極Gp1、Gn1、およびソース/ドレイン拡散層S/Dのレイアウト関係は、ビット線方向に沿って繰り返しのパターンとなるように共通に配置(図4中の下段:p−p−p−p−、…、−p)されている。
1−4−2.レイアウト構成例(S/D配線、ストレス印加順番)
次に、図5を用いて、本例に係るロウサブデコーダの平面レイアウト例についてさらに説明する。ここでは、第1、第2トランジスタP1、N1のソース/ドレインコンタクト配線43、44を図示し、更に後述するストレステストの際において、ワード線WLに印加するストレス印加順番を上段に図示するものである。
図示するように、第1、第2トランジスタP1、N1のソース/ドレインコンタクト配線43は、ワード線方向に配置されている。また、第2トランジスタのソースコンタクト配線44は、ビット線方向に引き出されている。このソースコンタクト配線43には、接地電位(0V、若しくはVss)または負電位が与えられる。
このように、第1、第2トランジスタP1、N1のソース/ドレインコンタクト配線43、および第2トランジスタのソースコンタクト配線44のレイアウト関係も、ビット線方向に沿って共通に繰り返しのパターンとなるように共通に配置(図中の下段:p−p−p−p−、…、−p)されている。
ここで、図12で後述する比較例では、一単位のレイアウトが、ビット線方向において鏡像関係となるように配置(図12中の下段:p−q−p−q、…、)されている。このようなレイアウトを本例に係る2Tr型ロウサブデコーダに適用した場合、例えば、ワード線WL8、WL16のように、フローティング状態(F)のワード線が隣接する箇所が生じるため、ワード線電位の浮きが大きくなり、オフリーク電流が増大する点不利である。
一方、本例に係る2Tr型ロウサブデコーダのレイアウト関係は、ビット線方向に沿って繰り返しのパターンとなるように共通に配置(図4中の下段:p−p−p−p−、…、−p)されているため、フローティング状態のワード線を接地電位Vssで挟むことで電位遮蔽(シールドする)することが可能である。これにより、フローティング状態のワード線の電位浮きを低減し、オフリーク電流の増大を抑制することが可能となる。
より具体的には、図5に示した結線関係からも明らかなように、2Tr型ロウサブデコーダでは、図12で示すようなロウメインデコーダからの出力Mi(MiBの反転信号)に接続されるN型トランジスタを設けていないため、P型トランジスタ(第1トランジスタP1)からの充電パスしか存在しない。
よって、選択されたワード線と共通の出力MiBに接続される他のロウサブデコーダ(例えば、WL<0>を選択した場合、WL<1>〜WL<7>に接続されるロウサブデコーダ)は、MiB=“L”、かつ、BLKF=“L”のため第1トランジスタP1がカットオフする。すなわち、1本のワード線の選択に伴い、一部のワード線がフローティング状態となる。
そこで、本例では、2Tr型ロウサブデコーダのレイアウト関係を、ビット線方向に沿って繰り返しのパターンとなるように共通に配置(図4中の下段:p−p−p−p−、…、−p)することで、フローティング状態になるワード線同士が隣接することを防止している。
また、2Tr型ロウサブデコーダのレイアウト関係を、ビット線方向に沿って繰り返しのパターンとなるように共通に配置することで、例えば、奇数(Odd)側のワード線、偶数(Even)側のワード線に交互に高電圧を印加するストレス試験を行う際は、2回のストレス印加(図5中に示した、“1”、“2”に対応)のみで十分である。
1−4−3.ロウサブデコーダの等価回路の構成例
次に、図6を用いて、本例に係るロウサブデコーダ11−1の等価回路の構成例について説明する。図示するように、本例に係るロウサブデコーダ11−1は、1つのワード線WLを選択する一単位(1ユニット:1unit)が、P型の第1トランジスタP1と、N型の第2トランジスタN1とによりそれぞれ構成される2Tr型ロウサブデコーダである。
第1トランジスタP1のゲート電極はロウメインデコーダ11−2の出力MiBに接続され、電流経路の一端であるドレインはブロック選択信号BLKFに接続され、電流経路の他端であるソースは第2トランジスタN1の電流経路の他端(共通ノード)に接続されワード線に接続される。
第2トランジスタN1のゲート電極はロウメインデコーダ11−2の出力MiBに接続され、電流経路の一端であるソースは図示しない上記配線44を介して接地され、電流経路の他端であるドレインは第1トランジスタP1の電流経路の他端(共通ノード)に接続されワード線に接続される。
例えば、図6において、ワード線WL<0>を選択する場合、MiB=“H”、かつ、BLKF<0>=“H”であるから、ワード線WL<0>は第1トランジスタP1を介して充電される。一方、非選択のワード線WL<1>〜WL<7>については、BLKF<1>〜<7>=“L”であるから、第1トランジスタP1はカットオフし、これらのワード線はフローティング状態とされる。
1−5.ロウメインデコーダの等価回路の構成例
次に、図7を用いて、本例に係るロウメインデコーダ11−2の等価回路の構成例について説明する。図示するように、ロウメインデコーダ11−2の一単位(1unit)は、3つのP型トランジスタP45〜P47、および3つのN型トランジスタN47〜N49により構成される。
P型トランジスタP45のゲートは信号BPHに接続され、電流経路の一端はN型トランジスタN47の電流経路の一端に接続され、電流経路の他端は出力端子MiBに接続される。
P型トランジスタP46のゲートは信号MiGBH(ロウアドレスの上位アドレスでデコードされた信号)に接続され、電流経路の一端は電源電圧VDDR(読み出し(Read)時の電源電圧)に接続され、電流経路の他端は出力端子MiBに接続される。
P型トランジスタP47のゲートは信号MiGAH(ロウアドレスの下位アドレスでデコードされた信号)に接続され、電流経路の他端は出力端子MiBに接続される。
N型トランジスタN47のゲートは信号MiGAH(ロウアドレスの下位アドレスでデコードされた信号)に接続され、電流経路の一端は出力端子MiBに接続され、電流経路の他端はN型トランジスタN48の電流経路の一端に接続される。
N型トランジスタN48のゲートは信号MiGBH(ロウアドレスの上位アドレスでデコードされた信号)に接続され、電流経路の他端はN型トランジスタN49の電流経路の一端に接続される。
N型トランジスタN49のゲートは、信号BPH(ブロック選択信号)に接続され、電流経路の他端は接地される。
上記のように、本例では、ロウサブデコーダ11−1が、2Tr型となるように構成されている。そのため、比較例に係る3Tr型ロウサブデコーダのように、Mi端子に供給するN型トランジスタが必要ない。
そのため、図7に示すように、本例に係るロウメインデコーダ11−2において、Mi端子に信号を供給する際に必要となるインバータIN1を削除することができる。その結果、ロウメインデコーダ11−2のレイアウト面積を縮小することができる。
<2.ストレス印加テスト>
次に、図8を用いて、本例に係る不揮発性半導体記憶装置のテスト方法について説明する。ここで、メモリセルに高電圧を印可する加速試験には、例えば、ゲートストレス試験、ドレインストレス試験、ウエルストレス試験等がある。
ここでは、ウェハのダイソートテスト時において、奇数(Odd)側のワード線、偶数(Even)側のワード線に対して交互にストレス電圧を印加するゲートストレス試験を一例に挙げて説明する。この説明においては、図8のフローに則し、図5に示すワード線のストレス印加順番を参照して説明する。
ステップS1
まず、ステップS1において、図5の上段に示す“1”番号のワード線(奇数側のワード線)に、対応するロウアドレス(Row address)をセットする。
ステップS2
続いて、ステップS2において、上記“1”番号に対応しロウアドレスがセットされたワード線(奇数側のワード線)に、後述する選択電圧(例えば、5V程度)よりも高い所定のテスト用のストレスとなる電圧(例えば、10V程度)を印加する。例えば、図5の上段において、“1”番号に対応するワード線WL<0>に、10V程度のストレス電圧を印加する。
ステップS3
続いて、ステップS3において、図5の上段に示す“2”番号のワード線(偶数側のワード線)に、対応するロウアドレス(Row address)をセットする。
ステップS4
最後に、ステップS4において、上記“2”番号に対応しロウアドレスがセットされたワード線(偶数側のワード線)に、所定のテスト用のストレスとなる電圧(例えば、10V程度)を同様に印加する。例えば、この際、図5の上段において、“2”番号に対応するワード線WL<13>に、10V程度のストレス電圧を印加する。
ここで、後述する比較例では、一単位のレイアウトが、ビット線方向において鏡像関係となるように配置(図12中の下段:p−q−p−q、…、)されている。そのため、ストレステスト(図16中、S11〜S18)において、合計4回のストレスをかけなければならず、テスト時間およびテストコストが増大する点で不利である。
これに対して、本例では、一単位のレイアウトが、ビット線方向に沿って共通に繰り返しのパターンとなるように配置(図4中の下段:p−p−p−p−、…、−p)されている。そのため、ストレステスト(図6中、S1〜S4)において、合計2回のストレス印加で済み、テスト時間およびテストコストを低減できる点で有利である。
<3.通常動作>
次に、本例に係る不揮発性半導体記憶装置の通常動作(書き込み、読み出し、消去、ベリファイ動作)について説明する。ここでは、図4中の上段において、1本のワード線WL<0>を選択する場合を一例に挙げて説明する。この場合では、選択ワード線であるワード線WL<0>に、選択電圧として、上記ストレス電圧(例えば、10V程度)よりも低い電圧(例えば、5V程度の読み出し電圧)が与えられる。
即ち、図4の上段において、選択ワード線WL<0>には、選択電圧である5V程度が与えられる。これに伴い、選択ワード線WL<0>と共通のMiB<3>により制御されるワード線WL<1>、WL<2>、WL<3>、WL<4>、WL<5>、WL<6>、WL<7>は、フローティング状態(F)となる。
一方、選択ワード線WL<0>とは異なるMiB<0>、MiB<1>、MiB<2>により制御されるワード線WL<8>〜WL<15>、WL<16>〜WL<23>、WL<24>〜WL<31>は、MiB=“H”、かつ、BLKF=“L”であるため、N型トランジスタ(第2トランジスタN1)を介して接地電位Vssが与えられる。
すなわち、2Tr型ロウサブデコーダにおいて、後述する比較例と同様に、ロウサブデコーダを構成するトランジスタおよびその配線のレイアウトを、ビット線方向において鏡像関係となるように配置(図12、図13中の下段:p−q−p−q、…、)した場合、511本の非選択ワード線のうち7本がフローティング状態(F)となり、更に、これらフローティング状態(F)となるワード線同士が隣接して電位が浮き、メモリセルからオフリーク電流が発生する可能性がある点で不利である。
しかし、本例では、ロウサブデコーダ11−1を構成するトランジスタP1、N1およびその配線43、44のレイアウトが、ビット線方向に沿って共通に繰り返しのパターン(図4、図5中の下段:p−p−p−p−、…、−p)となるように配置されている。そのため、フローティング状態(F)となるワード線が隣接する電圧関係となることがなく、フローティング状態(F)となるワード線を接地電位Vssで挟んでシールドすることができる。その結果、フローティング状態となるワード線の電位上昇を防止できるため、セルからのオフリーク電流の発生を防止できる点で有利である。
<4.この第1実施形態に係る効果>
この実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置およびそのテスト方法によれば、少なくとも下記(1)乃至(3)の効果が得られる。
(1)微細化に対して有利である。
本例に係るロウサブデコーダ11−1の1つのワード線を選択する一単位(1unit)は、P型の第1トランジスタP1と、N型の第2トランジスタN1とによりそれぞれ構成され、第1、第2トランジスタP1、N1のゲート電極Gp1、Gn1は、ビット線が配置される方向(BL方向)に沿って配置される。換言すれば、ゲート電極Gp1、Gn1が、紙面に対して横向きにレイアウトされる。
ここで、図12で後述する比較例では、一単位(1unit)は3つのトランジスタにより構成され、かつゲート電極がワード線方向に沿って配置(紙面において縦置き)されているため、微細化に対して不利である。これは、例えば、65nm世代以降になりセルピッチが縮小すると、ロウサブデコーダのレイアウトピッチもそれに応じて縮小する必要があるところ、ゲート長方向L1はプロセス要因にて決定されている一方、ゲート幅方向W1はシュリンクすることができるからである。
これに対して、本例では、ロウサブデコーダ11−1の1つのワード線を選択する一単位は2Tr型であり、1つのトランジスタ(Nch)を削除できるため、占有面積を低減できる。さらに、第1、第2トランジスタP1、N1のゲート電極Gp1、Gn1は、ビット線方向(BL方向)に沿ってそれぞれレイアウトされているため、ビット線方向にシュリンクできる。
そのため、本例に係る構成によれば、微細化に対して有利である。
(2)テスト時間およびテストコストを低減できる。
ここで、後述する比較例では、ロウサブデコーダは3Tr型であり、かつ一単位(1unit)を構成するトランジスタおよびその配線のレイアウトが、ビット線方向において鏡像関係となるように配置(図12、図13中の下段:p−q−p−q、…、)されている。そのため、ストレステスト(図16中、S11〜S18)において、合計4回のストレスをかけなければならず、テスト時間およびテストコストが増大する点で不利である。
これに対して、本例では、ロウサブデコーダ11−1は2Tr型であり、かつ一単位(1unit)を構成するトランジスタP1、N1およびその配線レイアウトが、ビット線方向に沿って共通に繰り返しのパターンとなるように配置(図4、図5中の下段:p−p−p−p−、…、−p)されている。そのため、ストレステスト(図6中、S1〜S4)において、合計2回のストレス印加で済み、テスト時間およびテストコストを低減できる点で有利である。
(3)フローティング状態となりワード線が浮くことを防止できるため、セルからのオフリーク電流の発生を防止できる。
ここで、後述する比較例では、上記のように、ロウサブデコーダを構成するトランジスタおよびその配線のレイアウトが、ビット線方向において鏡像関係となるように配置(図12、図13中の下段:p−q−p−q、…、)されている。
そのため、仮に、2Tr型ロウサブデコーダの構成に適用しようとすると、ロウメインデコーダからの出力Miに接続されるN型トランジスタ(Nch)がないため、P型トランジスタ(Pch)P1からの充電パスしか存在しないことになる。続いて、MiB=“L”、かつ、BLKF=“L”のため、P型トランジスタ(Pch)P1がカットオフし、ワード線はフローティング状態(F)となる。
その結果、図13の上段に示すように、フローティング状態(F)となるワード線が隣接して浮き、メモリセルからオフリーク電流が発生する点で不利である。例えば、図13中において、フローティング状態(F)となるワード線WL<8>、WL<16>が隣接する関係となる。単純に、3Tr型ロウサブデコーダから2Tr型ロウサブデコーダに適用しようとした場合、このような点で不利である。
これに対して、本例では、ロウサブデコーダ11−1の一単位(1unit)を構成する第1、第2トランジスタP1、N1およびその配線42、43のレイアウトが、ビット線方向に沿って共通に繰り返しのパターン(図4、図5中の下段:p−p−p−p−、…、−p)となるように配置されている。
そのため、図4の上段に示すように、フローティング状態(F)となるワード線が隣接する電圧関係となることがなく、フローティング状態(F)となるワード線を接地電位Vssで挟みシールドすることができる。その結果、フローティング状態となるワード線の電位上昇を防止できるため、セルからのオフリーク電流の発生を防止できる点で有利である。
[第2実施形態(NAND型フラッシュメモリに適用した一例)]
次に、図9乃至図11を用いて、第2実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置およびそのテスト方法について説明する。この第2実施形態は、NAND型フラッシュメモリに適用した場合の一例に関するものである。この説明において、上記実施形態と重複する部分の詳細な説明を省略する。
<全体構成例>
まず、図9を用いて、この発明の第2実施形態に係るNAND型フラッシュメモリの全体構成例を説明する。図9は、本例に係るNAND型フラッシュメモリを示すブロック図である。
図示するように、NAND型フラッシュメモリは、メモリセルアレイ51、ビット線制御回路52、カラムデコーダ53、データ入出力バッファ54、データ入出力端子55、ワード線制御回路56、制御信号及び制御電圧発生回路57、および制御信号入力端子58により構成されている。
メモリセルアレイ51は、複数のブロック(BLOCK1〜BLOCKn)により構成されている。このメモリセルアレイ51には、ワード線を制御するワード線制御回路56とビット線を制御するためのビット制御回路52とが接続されている。
ビット線制御回路52は、ビット線を介してメモリセルアレイ51中のメモリセルトランジスタのデータを読み出し、ビット線を介してメモリセルアレイ51中のメモリセルトランジスタの状態を検出する。また、ビット線制御回路52は、ビット線を介してメモリセルアレイ51中のメモリセルトランジスタに書き込み制御電圧を印加してメモリセルに書き込みを行なう。ビット線制御回路52には、カラムデコーダ53、データ入出力バッファ54が接続されている。
ビット線制御回路52内にはデータ記憶回路(図示せず)が設けられ、このデータ記憶回路は、カラムデコーダ53によって選択される。データ記憶回路に読み出されたメモリセルトランジスタのデータは、データ入出力バッファ54を介してデータ入出力端子55から外部へ出力される。データ入出力端子55は、例えば、NAND型フラッシュメモリ外部のホスト機器等に接続される。
ホスト機器は、例えば、マイクロコンピュータ等であって、データ入出力端子15から出力されたデータを受ける。さらに、ホスト機器は、NAND型フラッシュメモリの動作を制御する各種コマンドCMD、アドレスADD、及びデータDTを出力する。ホスト機器からデータ入出力端子55に入力された書き込みデータは、データ入出力バッファ54を介して、カラムデコーダ53によって選択された上記データ記憶回路(図示せず)に供給される。一方、コマンド及びアドレスは制御信号及び制御電圧発生回路57に供給される。
ワード線制御回路56は、メモリセルアレイ51中のワード線を選択し、選択されたワード線に読み出し、書き込みあるいは消去に必要な電圧を印加する。このワード線制御回路56は、上記と同様の構成のロウサブデコーダ11−1およびロウメインデコーダ11−2を備える。
制御信号及び制御電圧発生回路57は、上記メモリセルアレイ51、ビット線制御回路52、カラムデコーダ53、データ入出力バッファ54、およびワード線制御回路56に接続される。接続された上記構成回路は、制御信号及び制御電圧発生回路57によって制御される。制御信号及び制御電圧発生回路57は、制御信号入力端子58に接続され、ホスト機器から制御信号入力端子58を介して入力されるALE(アドレス・ラッチ・イネーブル)信号等の制御信号によって制御される。
ここで、上記ワード線制御回路56、ビット線制御回路52、カラムデコーダ53、制御信号及び制御電圧発生回路57は、書き込み回路、および読み出し回路を構成している。
<ブロックBLOCKの構成例>
次に、メモリセルアレイ51を構成するブロックBLOCKの構成例について、図10を用いて説明する。ここでは、1つのブロックBLOCK1を例に挙げて説明する。また、このブロックBLOCK1中のメモリセルトランジスタは、一括して消去される。即ち、ブロックは消去単位である。
ブロックBLOCK1は、ワード線方向(WL方向)に配置された複数のメモリセル列(メモリセルユニット)MUから構成される。メモリセル列MUは、電流経路が直列接続される8個のメモリセルトランジスタMTからなるNANDストリングと、NANDストリングの一端に接続される選択ランジスタS1と、NANDストリングの他端に接続される選択トランジスタS2とから構成される。
尚、本例では、NANDストリングは、8個のメモリセルMTから構成されるが、2つ以上のメモリセルから構成されていればよく、特に、8個に限定されるというものではない。
選択トランジスタS2の電流経路の他端はビット線BLmに接続され、選択トランジスタS1の電流経路の他端はソース線SLに接続される。
ワード線WL1〜WL8は、WL方向に延び、WL方向の複数のメモリセルトランジスタに共通に接続される。セレクトゲート線SGDは、WL方向に延び、WL方向の複数の選択トランジスタS2に共通に接続される。セレクトゲート線SGSも、WL方向に延び、WL方向の複数の選択トランジスタS1に共通に接続される。
また、ワード線WL1〜WL8ごとに、ページ(PAGE)と呼ばれる単位を構成している。例えば、図中の破線で囲って示すように、ワード線WL1には、ページ1(PAGE1)が割り当てられている。このページごとに読み出し動作、書き込み動作が行われるため、ページは読み出し単位であり、書き込み単位である。尚、1つのメモリセルに複数ビットのデータを保持可能な多値メモリセルの場合は、1つのワード線に複数ページが割り当てられる。
<ビット線方向の断面構造例>
次に、ビット線方向の断面構造例について、図11を用いて説明する。この説明では、上記図10中のビット線BLmにおけるメモリセル列MUの断面構造を一例に挙げて説明する。
図示するように、メモリセル列MUは、このメモリセル列MUを選択する選択トランジスタS1、S2と複数のメモリセルMTにより構成されている。
メモリセルMTは、ビット線BLとワード線WLとの交差位置にそれぞれ設けられた上記に説明した積層構造である。メモリセルMTの電流経路であるソースS/ドレインDは、隣接するメモリセルMTのソースS/ドレインDに直列接続されている。電流経路の一端は選択トランジスタS2を介してビット線BLに接続され、電流経路の他端は選択トランジスタS1を介してソース線SLに接続される。
また、メモリセルMTのそれぞれは、積層構造の側壁上に沿って設けられたスペーサ64、および上記積層構造を挟むように半導体基板(Si基板(Si−sub)または図示しないPウェル)61中に設けられたソースS/ドレインDを備えている。
選択トランジスタS1、S2は、ゲート絶縁膜69、ゲート間絶縁膜IPD、ゲート電極Gを備えている。選択トランジスタS1、S2のゲート間絶縁膜IPDは、その中央が分離され、その上下層が電気的に接続するように設けられている。ゲート電極Gは、例えば、ポリシリコン層および上記ポリシリコン層上に設けられたシリサイド層等により形成されている。
選択トランジスタS1、S2は、同様に、ゲート電極Gの側壁上に沿って設けられたスペーサ64、およびゲート電極Gを挟むように半導体基板61中に設けられたソースS/ドレインDを備えている。
ビット線BLmは、層間絶縁膜67−1中のビット線コンタクトBC−1〜BC−3を介して選択トランジスタS2のドレインDと電気的に接続されている。
ソース線SLは、層間絶縁膜67−1中のソース線コンタクトSCを介して選択トランジスタS1のソースSと電気的に接続されている。
<この第2実施形態に係る効果>
上記のように、この実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置によれば、少なくとも上記(1)乃至(3)と同様の効果が得られる。
さらに、本例のように、必要に応じて、NAND型フラッシュメモリにも同様に適用でき、同様の効果を得ることが可能である。
尚、上記第1、第2実施形態の説明においては、電荷蓄積層としてフローティングゲートを用いる型のメモリセル(FG-type)を一例に挙げて説明したが、これに限られるものではない。即ち、例えば、電荷蓄積層として窒化膜などの絶縁層を用いる型のメモリセル(MONOS-type)等であっても同様に適用でき、同様の効果を得ることが可能である。
[比較例(3Tr型ロウサブデコーダの一例)]
次に、上記第1、第2実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置およびそのテスト方法と比較するために、図12乃至図16を用いて、比較例に係る不揮発性半導体記憶装置およびそのテスト方法について説明する。この比較例は、ロウサブデコーダにおいて、1つのワード線を選択する一単位(1unit)が、3つのトランジスタにより構成されている一例(3Tr型)に関するものである。この説明において、上記実施形態と重複する部分の詳細な説明を省略する。
<3Tr型ロウサブデコーダのレイアウト>
まず、図12、図13を用いて、比較例に係る3Tr型ロウサブデコーダのレイアウトについて説明する。
図示するように、比較例に係るロウサブデコーダは、一単位(1unit)が3つのトランジスタにより構成され、かつゲート電極がワード線方向に沿って配置(紙面において縦置き)されている点で、上記実施形態と相違する。
このレイアウト構成であると、上記の実施形態に比べ、更に1つのN型トランジスタ(Nch)を必要とするため、占有面積が増大する。さらに、例えば、65nm世代以降になりセルピッチが縮小すると、ロウサブデコーダのレイアウトピッチもそれに応じて縮小する必要があるところ、ゲート長方向L1はプロセス要因にて決定されているため、シュリンクできない。そのため、微細化に対して不利である。
また、例えば、1ブロックのワード線本数を512本とする(WL:8本×RowsubDecoder:64BLK)。この場合、ある任意のアドレスで1本のワード線を選択すると、512本のワード線の内1本の選択ワード線と、511本の非選択ワード線が存在する。
アドレスからMi=“H”、MiB=“L”となり、BLFK<0>〜BLFK<7>の内どれか1本が“H”、その他7本が“L”となるので、1本は選択ワード線で7本は非選択ワード線となる。
511本の非選択ワード線のうち、その他の504本の非選択ワード線はMiB=“H”となるので、N型トランジスタN1から“L”になる。よって非選択ワード線511本はすべて“L”となる。
この構成において、単純に2Tr型ロウサブデコーダに適用しようとすると、ロウメインデコーダの出力MiにつながるN型トランジスタN2(Nch)がないので、P型トランジスタP1(Pch)からの充電パスしかない。
従って、MiB=“L”、かつ、BLFK=“L”のためP型トランジスタP1(Pch)がカットオフし、ワード線はフローティング状態となる。511本の非選択ワード線のうち7本がフローティングになるために、フローティング状態(F)となるワード線が隣接して浮き、メモリセルからオフリーク電流が発生する点で不利である。
例えば、図13中の上段において、フローティング状態(F)となるワード線WL<8>、WL<16>が隣接する電圧関係となる。このように、単純に、3Tr型ロウサブデコーダから2Tr型ロウサブデコーダに適用しようとした場合、このような点で不利である。
<ロウサブデコーダの等価回路の構成例>
次に、図14を用いて、比較例に係るロウサブデコーダの等価回路の構成例について説明する。
図示するように、比較例に係るロウサブデコーダでは、1つのワード線を選択する一単位(1unit)が、更にN型の第3トランジスタN2(Nch)を加えた3つのトランジスタにより構成(3Tr型)されている点で、上記実施形態と相違する。
第3トランジスタN2のゲート電極はロウメインデコーダのインバータIN1の出力Miに接続され、電流経路の一端はワード線に接続され、電流経路の他端はブロック選択信号BLKFに接続される。
<ロウメインデコーダの等価回路の構成例>
次に、図15を用いて、比較例に係るロウメインデコーダの等価回路の構成例について説明する。図示するように、ロウメインデコーダの一単位(1unit)が、更にインバータIN1が加えられて構成される点で、上記実施形態と相違する。
インバータIN1の入力は出力端子MiBに接続され、出力(Mi)は第3トランジスタN2のゲート電極に接続される。
上記のように、本比較例では、ロウサブデコーダが、3Tr型となるように構成されている。そのため、ロウメインデコーダの一単位において、Mi端子に供給する際に必要となるインバータIN1を削除することができない。その結果、ロウメインデコーダのレイアウト面積が増大する点で、微細化に対して不利である。
<ストレス印加テスト>
次に、図16を用いて、本例に係る不揮発性半導体記憶装置のテスト方法について説明する。この説明においては、図16のフローに則し、図13に示すワード線のストレス印加順番を参照して説明する。
ステップS11
まず、ステップS11において、図13の上段に示す“1”番号のワード線に、対応するロウアドレス(Row address)をセットする。
ステップS12
続いて、ステップS12において、上記“1”番号に対応しロウアドレスがセットされたワード線に、所定のテスト用のストレスとなる電圧(10V程度)を印加する。
ステップS13
続いて、ステップS3において、図13の上段に示す“2”番号のワード線に、対応するロウアドレス(Row address)をセットする。
ステップS14
続いて、ステップS14において、上記“2”番号に対応しロウアドレスがセットされたワード線に、所定のテスト用のストレスとなる電圧(10V程度)を同様に印加する。
ステップS15
続いて、ステップS15において、図13の上段に示す“3”番号のワード線に、対応するロウアドレス(Row address)をセットする。
ステップS16
続いて、ステップS16において、上記“3”番号に対応しロウアドレスがセットされたワード線に、所定のテスト用のストレスとなる電圧(10V程度)を印加する。
ステップS17
続いて、ステップS17において、図13の上段に示す“4”番号のワード線に、対応するロウアドレス(Row address)をセットする。
ステップS18
最後に、ステップS18において、上記“4”番号に対応しロウアドレスがセットされたワード線に、所定のテスト用のストレスとなる電圧(10V程度)を同様に印加する。
上記のように、比較例では、ロウサブデコーダの一単位(1unit)が、3つのトランジスタで構成され(3Tr型)、一単位のレイアウトが、ビット線方向において鏡像関係となるように配置(図13中の下段:p−q−p−q、…、)されている。そのため、ストレステスト(図16中、S11〜S18)において、合計4回のストレスをかけなければならず、テスト時間およびテストコストが増大する点で不利である。
以上、第1、第2実施形態、および比較例を用いて本発明の説明を行ったが、この発明は上記第1、第2実施形態、および比較例に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、上記第1、第2実施形態、および比較例には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件の適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、第1、第2実施形態、および比較例に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題の少なくとも1つが解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果の少なくとも1つが得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
この発明の第1実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置(NOR型フラッシュメモリ)の全体構成例を示すブロック図。 第1実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置のメモリセルアレイを示す等価回路図。 ビット線方向におけるメモリセルアレイを示す断面図。 第1実施形態に係るロウサブデコーダ(2Tr型)のレイアウト例を示す平面図。 図4のロウサブデコーダにソース/ドレインコンタクト配線およびワード線へのストレス印加順番を加えて示す平面図。 第1実施形態に係るロウサブデコーダの一単位を示す等価回路図。 第1実施形態に係るロウメインデコーダの一単位を示す等価回路図。 第1実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置のストレステスト工程を示すフロー図。 この発明の第2実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置(NAND型フラッシュメモリ)の全体構成例を示すブロック図。 図9中の一ブロックを示す等価回路図。 図9中のビット線方向のメモリセルアレイを示す断面図。 比較例に係るロウサブデコーダ(3Tr型)のレイアウト構成を示す平面図。 図12のロウサブデコーダにソース/ドレインコンタクト配線およびワード線へのストレス印加順番を加えて示す平面図。 比較例に係るロウサブデコーダの一単位を示す等価回路図。 比較例に係るロウメインデコーダの一単位を示す等価回路図。 比較例に係る不揮発性半導体記憶装置のストレステスト工程を示すフロー図。
符号の説明
10…メモリセルアレイ、11…ロウデコーダ、11−1…ロウサブデコーダ、P1…第1トランジスタ、N1…第2トランジスタ、ゲート電極…Gp1、Gn1。

Claims (5)

  1. ワード線とビット線との交差位置にマトリクス状に配置された複数のメモリセルを有するメモリセルアレイと、
    前記ワード線を選択するための下位アドレスが入力されるロウサブデコーダを有するロウデコーダとを具備し、
    1つの前記ワード線を選択する前記ロウサブデコーダの一単位は、第1導電型の第1トランジスタと、第2導電型の第2トランジスタとによりそれぞれ構成され、
    前記第1、第2トランジスタのゲート電極は、前記ビット線が配置される方向に沿って配置されること
    を特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
  2. 前記第1、第2トランジスタの前記ゲート電極、ソース/ドレイン拡散層、および前記ソース/ドレイン拡散層上に設けられるソース/ドレインコンタクト配線は、前記ビット線方向に沿って繰り返しのパターンとなるように配置されること
    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。
  3. 前記ロウデコーダは、前記メモリセルアレイを構成するブロックを選択するための上位アドレスが入力され、前記ロウサブデコーダを駆動するロウメインデコーダを更に備えること
    を特徴とする請求項1または2に記載の不揮発性半導体記憶装置。
  4. 前記第1トランジスタのゲート電極は前記ロウメインデコーダの出力に接続され、電流経路の一端は前記ブロックの選択信号に接続され、電流経路の他端は前記ワード線に接続され、
    前記第2トランジスタのゲート電極は前記ロウメインデコーダの出力に接続され、電流経路の一端は接地電位に接続され、電流経路の他端は前記ワード線に接続されること
    を特徴とする請求項3に記載の不揮発性半導体記憶装置。
  5. ワード線とビット線との交差位置にマトリクス状に配置された複数のメモリセルを有するメモリセルアレイと、前記ワード線を選択するためのロウアドレスが入力されるロウサブデコーダを有するロウデコーダとを備え、1つの前記ワード線を選択する前記ロウサブデコーダの一単位は、第1導電型の第1トランジスタと、第2導電型の第2トランジスタとによりそれぞれ構成され、前記第1、第2トランジスタのゲート電極は、前記ビット線が配置される方向に沿って配置される不揮発性半導体記憶装置のテスト方法であって、
    前記ロウサブデコーダに、奇数側の前記ワード線に対応するロウアドレスをセットする工程と、
    前記奇数側のワード線にストレス電圧を印加する工程と、
    前記ロウサブデコーダに、偶数側の前記ワード線に対応するロウアドレスをセットする工程と、
    前記偶数側のワード線にストレス電圧を印加する工程とを具備すること
    を特徴とする不揮発性半導体記憶装置のテスト方法。
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