JP2003178592A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JP2003178592A
JP2003178592A JP2002347381A JP2002347381A JP2003178592A JP 2003178592 A JP2003178592 A JP 2003178592A JP 2002347381 A JP2002347381 A JP 2002347381A JP 2002347381 A JP2002347381 A JP 2002347381A JP 2003178592 A JP2003178592 A JP 2003178592A
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current
memory cell
control signal
voltage
semiconductor device
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Application number
JP2002347381A
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English (en)
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Hiroshige Hirano
博茂 平野
Toshiyuki Honda
利行 本多
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 不揮発性メモリセルの低電圧領域における誤
読出し等を防止し、ベリファイ動作における読み出しマ
ージンを確保する。 【構成】 電圧検知信号VDT0は、電源電圧VDDが
設定値を越えると“H”となり、電源電圧VDDが設定
値以下のときには“L”となる。センスアンプ内で、電
圧検知信号VDT0が“H”になると、トランジスタQ
p11がオンとなり、トランジスタQn4の駆動力が増
大し、出力信号OUTの電圧の変化幅が大きくなって、
センスレベル電流が増大する。通常読み出し時には
“L”でベリファイ時には“H”となる制御信号S1を
入力する端子と、論理積の否定回路NAND71と、ト
ランジスタQp71とが設けられている。ベリファイ動
作において、通常読み出しの際とはセンスレベル電流あ
るいはデータ線電圧を切り換えることにより、十分なマ
ージンを持った判定を行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、不揮発性メモリセ
ルとその周辺回路とを備えた半導体装置に係り、特にフ
ラッシュEEPROMに関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、低電圧動作の電気的書き込み可能
な不揮発性メモリの需要が高まっている。この低電圧動
作の不揮発性メモリにおいて技術的に重要なものとして
センスアンプがある。ここでは、従来のセンスアンプ回
路について説明する。
【0003】まず、図40のセンスアンプ回路図につい
て説明する。このセンスアンプ回路は、制御信号SAE
及びデータ線信号DLを2つの入力端子から受けて、出
力端子から出力信号OUTを出力するものである。
【0004】センスアンプ回路内において、否定回路I
NV1は、入力端子から制御信号SAEを入力し、これ
を反転した信号N1を出力するものである。符号Qp1
及びQn1は、否定回路INV1の出力信号N1を反転
するためのCMOSインバータを構成するPチャネル型
MOSトランジスタ及びNチャネル型MOSトランジス
タを示す。各トランジスタQp1,Qn1のゲートには
否定回路INV1の出力信号N1が印加される。また、
Pチャネル型MOSトランジスタQp1のソースは電源
電圧VDDを供給する端子に接続され、Nチャネル型M
OSトランジスタQn1のソースは接地に接続されてい
る。そして、各トランジスタQp1,Qn1のドレイン
は共通の信号線に接続され、信号N1の反転信号N2が
この共通の信号線を介して出力される。
【0005】符号Qp2,Qp3はそれぞれ否定回路I
NV1の出力信号N1をゲートに受けるPチャネル型O
Sトランジスタを示し、符号Qn2,Qn3はCMOS
インバータの出力信号N2をゲートに受けるNチャネル
型MOSトランジスタを示す。Pチャネル型MOSトラ
ンジスタQp2,Qp3のソースはそれぞれ電源電圧V
DDを供給する端子に接続され、Nチャネル型MOSト
ランジスタQn2のソースはそれぞれデータ線(信号線
L1)に接続されている。また、各トランジスタQp
2,Qn2のドレインが互いに接続され、各トランジス
タQp3,Qn3のドレインが互いに接続されている。
そして、各トランジスタQp3,Qn3のドレインに接
続される信号線を介して信号N3が出力される。
【0006】符号Qp4は接地電位VSSをゲートに受
けるPチャネル型MOSトランジスタを示し、符号Qn
4は信号N3をゲートに受けるNチャネル型MOSトラ
ンジスタを示し、符号Qn5は制御信号SAEをゲート
に受けるNチャネル型MOSトランジスタを示す。トラ
ンジスタQp4のソースは電源電位VDDの供給端子に
接続され、ドレインはトランジスタQn4のドレインに
接続されている。トランジスタQn4のソースはトラン
ジスタQn5のドレインに接続され、トランジスタQn
5のソースは接地に接続されている。この3つのトラン
ジスタQp4,Qn4,Qn5により出力部が構成さ
れ、各トランジスタQp4,Qn4のドレインに共通に
接続される信号線を介して、センスアンプ回路の出力信
号OUTが出力される。
【0007】また、トランジスタQn4のゲートと接地
との間には、トランジスタQn4のゲートから接地側に
電荷を逃すためのNチャネル型MOSトランジスタQn
6が介設されている。また、トランジスタQn2のゲー
トと接地との間にはNチャネル型MOSトランジスタQ
n8が介設されており、このトランジスタQn8のゲー
トはデータ線(信号線L1)に接続されている。さら
に、信号線L1と接地との間にNチャネル型MOSトラ
ンジスタQn7が介設されていて、このトランジスタQ
n7のゲートには否定回路INV1の出力信号N1が入
力されている。
【0008】以上の構成により、このセンスアンプ回路
は、下記の動作を行う。
【0009】制御信号SAEが“H”で、かつデータ線
(信号線L1)から接地に電流が流れない場合、下記の
ように作動する。否定回路INV1の出力信号N1が
“L”になるので、CMOSインバータのトランジスタ
Qp1がオフにトランジスタQn1がオンになって、C
MOSインバータからの出力信号N2の電位レベルは高
くなる。そのため、次段の各トランジスタQp2,Qp
3,Qn2,Qn3はいずれもオンになるが、データ線
信号DLの電位レベルが高くなるので、トランジスタQ
n8がオンし始め、それに伴い、信号N2の電位レベル
が低下してトランジスタQn2,Qn3がオフし始め
る。その結果、出力信号N3が高い電位レベルとなる
と、トランジスタQn4のゲート電位が高くなって、ト
ランジスタQn4が作動することで、出力信号OUTは
“L”となる。
【0010】また、制御信号SAEが“H”で、かつデ
ータ線から接地に電流が流れる場合、下記のように作動
する。上述の場合と同様に、CMOSインバータからの
出力信号N2の電位レベルは高くなるので、次段の各ト
ランジスタQp2,Qp3,Qn2,QN3がいずれも
オンになる。しかし、データ線(信号線L1)に接続さ
れたメモリセルがオン状態であるため、データ線信号D
Lの電位が低くなり、トランジスタQn8がオフ状態に
維持される。したがって、信号N2の電位レベルは高
く、信号N3の電位レベルが低くなり、トランジスタQ
n4がオフとなることで、出力信号OUTは“H”とな
る。
【0011】一方、制御信号SAEが“L”の場合、各
トランジスタQp2,Qp3,Qn2,Qn3がいずれ
もオフとなり、トランジスタQn5もオフとなる。した
がって、出力部からの出力信号OUTは常に“H”とな
る。このとき、トランジスタQn6,Qn7はいずれも
オンとなるので、トランジスタQn4,Qn8のゲート
から電荷が接地側に逃され、トランジスタQn4,Qn
8のゲート電位は低電位に保持される。
【0012】なお、高速動作を実現するため、信号N3
の容量が小さくなるようにトランジスタQp3,Qn3
のサイズを小さくしている。また、トランジスタQp
3,Qn3の前段側にトランジスタQp2,Qn2が設
けられていることで、データ線側に電荷が迅速に供給さ
れ、トランジスタQn8の作動を相俟って、回路動作を
高速化するようにしている。
【0013】図41は、上記センスアンプ回路における
電源電圧VDDとセンスレベル電流の関係を示す特性図
である。ここで、センスレベル電流とは、センスアンプ
回路の出力信号OUTの論理電圧が遷移するときつまり
トランジスタQn4がオン・オフ切換わるときにデータ
線に流れる電流のことである。上述のように、データ線
にあるレベル以上の電流が流れるとき出力信号OUTの
論理電圧が“H”となり、データ線にあるレベル以上の
電流が流れないとき出力信号OUTの論理電圧が“L”
となる。言い換えると、センスレベル電流以上のメモリ
セルオン電流があるメモリセルが低しきい値状態のメモ
リセルであり、センスレベル電流以上のメモリセルオン
電流が流れないメモリセルが高しきい値状態のメモリセ
ルである。ここで、図41の曲線VSALC1に示すよ
うに、上記従来のセンスアンプ回路では、センスレベル
電流は電源電圧VDDが高くなるにつれて増大し、しか
も電源電圧VDDが増大するとセンスレベル電流の増大
率が高くなるという特性がある。
【0014】また、図42は電源電圧とデータ線電圧と
の関係を示す特性図である。図42の特性線VDLC1
に示すように、データ線電圧は電源電圧VDDが高くな
るにつれて高くなるという特性がある。
【0015】さらに、図43は、電源電圧VDDとセン
スレベル電流及びメモリセル電流との関係を示す特性図
である。曲線SALC4はセンスレベル電流の変化特性
を示し、曲線MCON0はメモリセルオン電流の変化特
性を示す。メモリセルオン電流とは、不揮発性メモリセ
ルを構成するFETにおいてフローティングゲートに負
の電荷が蓄積されていないとき(消去状態)のソース・
ドレイン間に流れる電流の電源電圧に対する特性であ
る。同図に示すように、センスレベル電流の特性曲線S
ALEV0は上記図41に示す特性曲線と同様に下に凸
の形状である。一方、メモリセル電流は基本的にMIS
FETのソース・ドレイン間電流の特性と同じ特性を有
するので、メモリセル電流の特性曲線MCON0は、電
源電圧の増大につれて増大するものの次第に飽和状態に
近付くつまり上に凸であるという特性がある。
【0016】なお、メモリセルオン電流に対し、メモリ
セルオフ電流(又はメモリセルオフリーク電流)があ
る。ここでいうメモリセルオフ電流とは、本来メモリセ
ルに電流が流れるべきでないときに流れる電流のことで
ある。これには、下記2つの場合がある。1つは、不揮
発性メモリセルを構成するFETにおいて負の電荷が蓄
積されているとき(書き込み状態)、言い換えるとメモ
リセルトランジスタのしきい値が高く設定されていると
きに、メモリセルのコントロールゲートを選択状態にす
ると、負の電荷の蓄積が不十分でしきい値が十分高くな
いために電流が流れる場合である。もう一つは、当該メ
モリセルのコントロールゲートを非選択状態にしている
のに、メモリセルトランジスタがデプレッション型にな
っているために電流が流れる場合である。
【0017】そして、センスアンプ内では、各部のトラ
ンジスタのしきい値の調整によって、上記センスレベル
電流がメモリセルオン電流とメモリセルオフ電流との中
間になるように設定されている。
【0018】また、フラッシュメモリでは、フローティ
ングゲートに電荷を注入し(書き込み)あるいは引き抜
いて(消去)メモリセルトランジスタのしきい値をある
範囲に設定することで、データを記憶している。例え
ば、1つのメモリセルで2種類のデータを記憶できるよ
うにする場合には、“H”と“L”の2種類のしきい値
を設定すれば済むし、1つのメモリセルで3種類のデー
タを記憶できるようにする場合には、“H”と“L”だ
けでなくその中間状態のしきい値に設定することにな
る。その際、しきい値の設定が適正に行われているか否
かを確認する動作が必要であり、これをベリファイ動作
という。このベリファイ動作は、下記の手順で行われ
る。
【0019】書き込み状態にあるつまりしきい値を高く
設定したメモリセルのベリファイ動作では、メモリセル
のワード線を選択状態にして、メモリセルに電流が流れ
るか否かを、上述のセンスレベル電流によって判定す
る。センスレベル電流が流れず、センスアンプ回路の出
力信号OUTが“L”になると、メモリセルが正常に高
しきい値状態であることが確認される。
【0020】消去状態にあるつまりしきい値を低く設定
したメモリセルのベリファイ動作では、まず、メモリセ
ルのワード線を選択状態にして、メモリセルに電流が流
れることをセンスレベル電流によって判定する。センス
レベル電流が流れ、センスアンプ回路の出力信号OUT
が“H”になると、メモリセルが低しきい値状態である
ことが確認される。ただし、消去状態にあるメモリセル
のベリファイ動作では、さらに、メモリセルを非選択状
態にしたときにセンスレベル電流が流れないことを確認
する必要がある。上述のように、メモリセルがデプレッ
ション型になっていると、非選択状態であるにも拘らず
オフリーク電流が流れることがある。ところが、1つの
データ線には、複数のメモリセルが接続されているの
で、書き込み状態にあるメモリセルのベリファイ時に、
他の消去状態でかつ非選択状態のメモリセルにオフリー
ク電流が流れると、信頼性の高いベリファイができない
からである。
【0021】
【特許文献1】特開平06−084375号公報
【特許文献2】特開平06−068685号公報
【特許文献3】特開昭62−143299号公報
【特許文献4】特開平05−234390号公報
【0022】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来の
センスアンプ回路を有する半導体装置では以下のような
問題があった。
【0023】第1に、センスレベル電流は電源電圧VD
Dが高くなるにつれて増大ししかも増大率が高くなると
いう特性を有するが、逆に電源電圧VDDが低くなると
センスレベル電流が非常に少なくなることになる。一
方、上述のように、例えばメモリセルトランジスタのし
きい値電圧を変えることによりデータを記憶するフラッ
シュEEPROMなどでは、メモリセルトランジスタの
しきい値電圧を高くして電流が流れないように設定した
場合にも、僅かな電流が流れることがある。そのため、
上述のように低電圧領域でセンスレベル電流が少なくな
ると、メモリセルのデータを読み出す際に、しきい値が
低く設定されたメモリセルトランジスタに流れる電流と
しきい値が高く設定されたメモリセルのリーク電流との
差の見分けがつきにくくなり、センスアンプがメモリセ
ルのデータの記憶状態について判定を誤る虞れがある。
また、電源電圧VDDが低くなるとメモリセルオン電流
が少なくなるので、これによっても、上述と同様に判定
を誤る虞れがある。さらに、センスアンプが判定するの
に時間がかかるという問題もある。
【0024】第2に、データ線電圧は電源電圧が高くな
るにつれて増大する。一方、例えばメモリセルトランジ
スタのしきい値電圧を変えることによりデータを記憶す
るフラッシュEEPROMなどでは、しきい値電圧を低
くしてメモリセルトランジスタのゲートに電圧が印加さ
れたときに電流が流れるように設定している。その場
合、データ線の電圧が高いことでメモリセルトランジス
タのしきい値電圧が高くなることがある。そのため、メ
モリセルトランジスタのゲートに電圧が印加されたとき
に流れる電流が減少し、上記第1の場合と同様に、セン
スアンプが判定を誤る虞れがある。
【0025】第3に、ある電源電圧値に対してセンスレ
ベル電流値は一義的に決まるために、ベリファイ動作に
おいてオン状態におけるメモリセル電流がセンスレベル
電流値より大きいかを判定する場合にマージンを含めて
判定することができない。このため、たとえばメモリセ
ルトランジスタのしきい値電圧を変えることによりデー
タを記憶するフラッシュEEPROMなどでは、しきい
値電圧を低くして電流が流れるように設定した場合です
ら、オン状態におけるメモリセル電流が十分マージンが
あるかどうかわからない。また、フラッシュEEPRO
Mでは、メモリセルトランジスタのしきい値を何回も変
化させると、初期に比べてオン状態におけるメモリセル
電流が減少して不良となるという問題がある。
【0026】第4に、ある電源電圧値に対してセンスレ
ベル電流値は一義的に決まるために、ベリファイ動作に
おいて、オフ状態におけるメモリセル電流がセンスレベ
ル電流値より小さいかを判定する場合に、判定にマージ
ンを含めて判定することができない。このため、たとえ
ばメモリセルトランジスタのしきい値電圧を変えること
によりデータを記憶するフラッシュEEPROMなどで
は、メモリセルトランジスタのゲートを接地電圧にし
て、オフした場合に僅かにオフ電流(リーク電流)が流
れることがある。このオフ電流は高温になると増加し、
従来のセンスアンプでは判定を誤り不良となるという問
題がある。
【0027】本発明は斯かる点に鑑みてなされたもので
あり、下記の目的を有する。
【0028】第1の目的は、メモリセルのベリファイ動
作時に十分大きいマージンを持った厳しいベリファイ検
査を実現し得る半導体装置の提供を図ることにある。
【0029】第2の目的は、上記第1の目的を達成する
ための構成を利用して、迅速に多値データを判定し得る
半導体装置の提供を図ることにある。
【0030】
【課題を解決するための手段】本発明の第1の半導体装
置は、メモリセルと、上記メモリセルに接続されるデー
タ線と、電源電圧を供給する電圧供給手段と、上記メモ
リセルのデータの通常読み出しを指令する第1の制御信
号を入力する第1の制御信号入力手段と、上記メモリセ
ルに流れる電流値の判定を指令する第2の制御信号を入
力する第2の制御信号入力手段と、上記第1及び第2の
制御信号入力手段,上記電圧供給手段及び上記データ線
に接続され、上記第1及び第2の制御信号を受けたとき
に上記電圧供給手段から上記データ線に流れる電流を上
記電源電圧に応じたセンスレベルで検知する電流検知手
段と、上記第2の制御信号入力手段に接続され、上記判
定時に上記メモリセルに流れる電流と上記電流検知手段
で検知される電流値との差が通常読み出し状態における
両者の差よりも縮小されるよう切り換えるレベル切換手
段とを備えている。
【0031】これにより、メモリセルのオン状態やオフ
状態が適正に設定されているか否かを判定する際に、十
分なマージンを持った厳しい判定が行われるので、半導
体装置の信頼性がより確実に保証されることになる。
【0032】上記電流検知手段は、上記センスレベル電
流の電源電圧に対する依存特性として互いに異なる複数
の依存特性を有するものであり、上記レベル切換手段に
より、上記電流検知手段におけるセンスレベル電流の電
源電圧に対する依存特性を、上記第1制御信号を受けた
ときと上記第2制御信号を受けたときとで上記複数の依
存特性のうち互いに異なる依存特性に切り換えることが
好ましい。
【0033】上記第2制御信号は、オン状態にあるメモ
リセルの電流値の判定を指令するものであり、上記レベ
ル切換手段により、上記電流検知手段におけるセンスレ
ベル電流の電源電圧に対する依存特性を、上記第2制御
信号を受けたときには上記第1制御信号を受けたときよ
りもセンスレベル電流が高い側の依存特性に切り換える
ことにより、オン状態にあるメモリセルの電流値の判定
時にはレベル切換手段によって電流検知手段の電源電圧
に対する依存特性が通常読み出し時における依存特性よ
りも高いセンスレベルを有する依存特性に切り換えられ
るので、オン状態にあるメモリセルの電流値の判定にお
けるメモリセル電流と電流検知手段で検知される電流と
の差が通常読み出し時における両者の差よりも小さくな
る。したがって、メモリセルの判定における十分なマー
ジンが確保されることになる。
【0034】上記第2制御信号は、オン状態にあるメモ
リセルの初期の電流の判定を指令するものであり、上記
レベル切換手段により、上記第2制御信号の指令による
上記電流検知手段におけるセンスレベル電流の電源電圧
に対する依存特性を、上記複数の依存特性のうち最もセ
ンスレベル電流の高い依存特性にすることにより、初期
に厳しい条件でメモリセルの電流値を判定しておくこと
で、その後の経時変化によりメモリセルの特性が劣化し
ても、劣化に対するマージンが確保されることになる。
【0035】上記第2制御信号が、オン状態にあるメモ
リセルの電流値の判定を複数回に亘って指令するもので
あり、上記レベル切換手段により、上記第2制御信号の
指令による上記電流検知手段におけるセンスレベル電流
の電源電圧に対する依存特性を、上記第2制御信号の複
数回の指令のうち後の指令になるほど順次センスレベル
電流の高い依存特性に変化させていくことにより、順次
厳しい条件でメモリセルの電流値の判定が行われるの
で、冗長メモリセルの容量に応じて救済すべきメモリセ
ルを決定し、メモリセル内におけるマージンの最小値を
できるだけ大きく確保することができる。
【0036】上記第2制御信号が、オン状態にあるメモ
リセルの電流値の判定を指令するものであり、上記レベ
ル切換手段により、上記第2制御信号を受けたときには
上記第1制御信号を受けたときよりも上記メモリセルに
流れる電流を少なくするよう制御することが好ましい。
【0037】上記メモリセルに接続されるワード線と、
上記ワード線に電圧を供給するとともに、その電圧を複
数の電圧値に切り換え可能に構成されたワード線電圧供
給手段とをさらに備え、上記レベル切換手段により、上
記第2制御信号を受けたときには上記第1制御信号を受
けたときよりも上記ワード線の電位を低くすることによ
り、オン状態にあるメモリセルの電流値の判定時にワー
ド線電位が通常読み出し時よりも低く設定されるので、
オン状態にあるメモリセルの電流値の判定におけるメモ
リセル電流と電流検知手段で検知される電流との差が通
常読み出し時における両者の差よりも小さくなる。した
がって、メモリセルの判定における十分なマージンが確
保されることになる。
【0038】上記第2制御信号によるオン状態にあるメ
モリセルの電流値の判定は、高温で行われるものであ
り、上記レベル切換手段により、上記ワード線電圧供給
手段の電圧値を、上記第2制御信号を受けたときには上
記第1制御信号を受けたときよりも高くするように切り
換えることにより、誤判定を生じやすい高温条件で予め
メモリセルの電流値の判定が行われるので、より厳しい
判定が行われる。その際、レベル切換手段によって、さ
らに厳しい条件が付加されるので、半導体装置が高温状
態で使用されても、十分高い信頼性が確保される。
【0039】上記第2制御信号が、オフ状態にあるメモ
リセルの電流値の判定を指令するものであり、上記レベ
ル切換手段により、上記電流検知手段におけるセンスレ
ベル電流の電源電圧に対する依存特性を、上記第2制御
信号を受けたときには上記第1制御信号を受けたときよ
りもセンスレベル電流が低い側の依存特性に切り換える
ことにより、オフ状態にあるメモリセルの電流値の判定
時にはレベル切換手段によって電流検知手段の電源電圧
に対する依存特性が通常読み出し時における依存特性よ
りも低いセンスレベルを有する依存特性に切り換えられ
るので、オフ状態にあるメモリセルの電流値の判定にお
けるメモリセル電流と検知手段で検知される電流との差
が通常読み出し時における両者の差よりも小さくなる。
したがって、メモリセルの判定における十分なマージン
が確保されることになる。
【0040】上記第2制御信号は、オフ状態にあるメモ
リセルの電流値の判定を指令するものであり、上記レベ
ル切換手段により、上記第2制御信号を受けたときには
上記第1制御信号を受けたときよりも上記メモリセルに
流れる電流を高くすることが好ましい。
【0041】上記データ線に電圧を供給するデータ線電
圧供給手段をさらに備え、上記レベル切換手段により、
上記データ線電圧供給手段により供給されるデータ線電
圧を、上記第2制御信号を受けたときには上記第1制御
信号を受けたときよりも上記データ線の電圧を高くする
よう上記データ線電圧供給手段を制御することにより、
オフ状態にあるメモリセルの電流値の判定時にはレベル
切換手段によってデータ線電圧が通常読み出し時におけ
る電圧値よりも高くなるよう切り換えられるので、オフ
状態にあるメモリセルの電流値の判定におけるメモリセ
ル電流と検知手段で検知される電流との差が通常読み出
し時における両者の差よりも小さくなる。したがって、
メモリセルの判定における十分なマージンが確保される
ことになる。
【0042】上記メモリセルに接続されるワード線と、
上記ワード線に電圧を供給するとともに、その電圧を複
数の電圧値に切り換え可能に構成されたワード線電圧供
給手段とをさらに備え、上記レベル切換手段により、上
記第1制御信号を受けたときには上記第1制御信号を受
けたときよりも上記ワード線の電位を低くすることによ
り、オフ状態にあるメモリセルの電流値の判定時にはレ
ベル切換手段によってワード線電圧が通常読み出し時に
おける電圧値よりも高くなるよう切り換えられるので、
オフ状態にあるメモリセルの電流値の判定におけるメモ
リセル電流と検知手段で検知される電流との差が通常読
み出し時における両者の差よりも小さくなる。したがっ
て、メモリセルの判定における十分なマージンが確保さ
れることになる。
【0043】上記メモリセルに接続されるワード線と、
上記ワード線に電圧を供給するとともに、その電圧を複
数の電圧値に切り換え可能に構成されたワード線電圧供
給手段とをさらに備え、上記メモリセルのしきい値が可
変に構成し、上記第2制御信号によるオフ状態にあるメ
モリセルの電流値の判定を、上記メモリセルの過消去を
行った後のしきい値を高くするためリバース動作を指令
するものとし、上記レベル切換手段により、上記第2制
御信号を受けたときには上記データ線に上記メモリセル
のソースよりも高い電圧を印加し、上記ワード線に上記
データ線に印加される電圧と上記メモリセルのソースに
印加される電圧との間の電圧を印加するよう制御するこ
とにより、過消去によりしきい値が負の側になったメモ
リセルのしきい値がリバースによって正常な状態に回復
したか否かの正確な判定が可能となる。
【0044】上記メモリセルに接続されるワード線と、
上記ワード線に電圧を供給するとともに、その電圧を複
数の電圧値に切り換え可能に構成されたワード線電圧供
給手段とをさらに備え、上記第2制御信号によるオン状
態にあるメモリセルの電流値の判定を、高温で行われる
ものとし、上記レベル切換手段により、上記ワード線電
圧供給手段の電圧値を、上記第2制御信号を受けたとき
には上記第1制御信号を受けたときよりも高くするよう
に切り換えることにより、誤判定を生じやすい高温条件
で予めメモリセルの電流値の判定が行われるので、より
厳しい判定が行われる。その際、レベル切換手段によっ
て、さらに厳しい条件が付加されるので、半導体装置が
高温状態で使用されても、十分高い信頼性が確保され
る。
【0045】上記第2制御信号により、オン状態のメモ
リセルに対する電流値の判定を、上記メモリセルに流れ
る電流値と上記センスレベル電流との電流差がある電流
値以下の電源電圧領域のうち少なくとも2つ以上の電源
電圧でメモリセルに流れる電流値を判定することにより
行うよう指令することにより、動作マージンを考慮した
メモリセルの電流値の判定が可能となり、信頼性が向上
する。
【0046】上記第2制御信号は、複数データの読み出
し判定を指令するものであり、上記レベル切換手段によ
り、上記第2制御信号を受けたとき上記電流検知手段の
有する複数個のセンスレベル電流を順次変更して用いる
よう指令して、上記メモリセルに流れる電流値を判定す
ることによって、1つのメモリセルに流れる電流値で複
数のデータ値を判定することにより、専用のリファレン
スセルを設けなくても電流検知手段のセンスレベル電流
の切り換えによって多値データを読み出すことが可能と
なる。
【0047】上記電流検知手段が、センスレベル電流の
低い方から順に第1,第2及び第3のセンスレベル電流
を有するものであり、上記レベル切換手段により、上記
第2のセンスレベル電流でメモリセルに流れる電流値を
判定した後に、上記第1又は第3のセンスレベル電流で
メモリセルに流れる電流値を判定することによって、1
つのメモリセルに流れる電流値で複数のデータ値を判定
することにより、専用のリファレンスセルを設けなくて
も電流検知手段のセンスレベル電流の切り換えによって
多値データを読み出すことが可能となる。
【0048】本発明の第2の半導体装置は、メモリセル
と、上記メモリセルに接続されるデータ線と、上記デー
タ線にソースが接続される少なくとも第1,第2トラン
ジスタを含む複数のトランジスタと、上記第1,第2を
含む複数のトランジスタのドレインと電源との間にそれ
ぞれ介設され、かつ各々のゲートに共通の第1の信号が
印加される少なくとも第3,第4のトランジスタを含む
複数のトランジスタとを備え、上記第1のトランジスタ
と第2のトランジスタとの電流能力あるいはしきい値を
異ならせて、上記第1のトランジスタのドレインの信号
および上記第2のトランジスタのドレインの信号によ
り、1つのメモリセルに流れる電流値で複数のデータ値
を判定することが可能である。
【0049】これにより、専用のリファレンスセルを設
けなくても電流検知手段のセンスレベル電流の切り換え
によって多値データを読み出すことが可能となるととも
に、1段階で2つのデータが確定されるので、極めて高
速なデータの読み出しが可能となる。
【0050】
【発明の実施の形態】以下、本発明の各実施形態につい
て説明する。
【0051】(第1実施形態)まず、第1実施形態に係
る半導体装置の構成について、図1及び図2を参照しな
がら説明する。図1は本実施形態に係るセンスアンプ回
路の構成を示す電気回路図、図2は電圧検知回路の構成
を示す電気回路図である。
【0052】図1に示すセンスアンプ回路の基本部分の
構成は、上記図40に示す従来のセンスアンプ回路の構
成と同じである。このセンスアンプ回路は、制御信号S
AE及びデータ線信号DLを2つの入力端子から受け
て、出力端子から出力信号OUTを出力するものであ
る。上述のように、センスアンプ回路は、否定回路IN
V1と、CMOSインバータとして機能する2つのトラ
ンジスタQp1,Qn1と、回路動作に高速性をもたせ
るための2つのトランジスタQp2,Qn2と、出力部
への負荷の一部を負担するための2つのトランジスタQ
p3,Qn3と、出力部として機能する3つのトランジ
スタQp4,Qn4,Qn5と、各信号線の電荷を接地
側に逃す際に作動するトランジスタQn6,Qn7,Q
n8とを備えている。これらの各要素の接続関係及び動
作は、上記図40に示す回路について説明したとおりで
あるので、説明を省略する。
【0053】ここで、本実施形態の特徴として、センス
アンプ回路の基本的な部分に加えて、電圧検知信号によ
りセンスレベル電流の特性を変更するための要素を備え
ている。すなわち、電圧検知信号VDT0を入力しこれ
を反転した信号N7を出力する否定回路INV2と、該
否定回路INV2の出力信号N7と制御信号SAEとを
入力とし、両信号のNAND演算結果である信号N6を
出力する論理積の否定回路NAND1と、ゲートに論理
積の否定回路NAND1の出力信号N6を受けるPチャ
ネル型MOSトランジスタQp11とを備えている。P
チャネル型MOSトランジスタQn11のドレインは電
源電圧VDDの供給端子に接続され、ソースは出力部の
トランジスタQn4のゲートにつながる信号線に接続さ
れている。すなわち、電圧検知信号VDT0に応じて、
トランジスタQp11を作動させることにより、信号N
3の電位レベルを上昇させるようにしている。 また、
図2は、上記センスアンプ回路に入力する電圧検知信号
VDT0を生成するための電圧検知回路の回路図であ
る。図2に示すように、電源電圧VDDを供給する端子
と接地との間には、3段のPチャネル型MOSトランジ
スタQp21〜Qp23と1つのNチャネル型MOSト
ランジスタQn21とが直列に配設されている。各トラ
ンジスタQp21〜Qp23のゲートは自己のドレイン
にそれぞれ接続され、トランジスタQn21のゲートは
電源電圧VDDに接続されている。そして、トランジス
タQp23のドレインとトランジスタQn21のドレイ
ンとは共通の信号線に接続され、この信号線を介して信
号N23が出力される。また、上記信号N23をゲート
に受けるPチャネル型MOSトランジスタQp24とN
チャネル型MOSトランジスタQn24とからなるCM
OSインバータが設けられている。CMOSインバータ
のトランジスタQp24のソースは電源電圧VDDを供
給する端子に接続され、Nチャネル型MOSトランジス
タQn24のソースは接地に接続されている。そして、
このCMOSインバータから、各トランジスタQp2
4,Qn24のゲートに入力された信号N23を反転し
た信号N24が出力される。さらに、CMOSインバー
タの後段側に設けられた否定回路INV21により、こ
の信号N24を反転した電圧検知信号VDT0が出力さ
れる。この電圧検知回路では、各トランジスタのしきい
値の調整により、電源電圧VDDが設定値4V以下のと
きと4Vを越えるときとで電圧検知信号VDT0のレベ
ルを高低切り換えるようにしている。
【0054】次に、本実施形態におけるセンスアンプ回
路の動作について、図3及び図4を参照しながら説明す
る。図3は、センスアンプ回路のセンスレベル電流と電
源電圧VDDとの関係を示す特性図である。図4は、電
圧検知回路の出力信号VDT0と電源電圧VDDとの関
係を示す特性図である。図4に示すように、電源電圧V
DDが4V以下のときには電圧検知回路の出力信号VD
T0の論理値は“L”であるが、電源電圧VDDが4V
を越えると出力信号VDT0の論理値は“H”に切換わ
る。
【0055】そして、この電圧検知信号VDT0の論理
値が“H”であるか“L”であるかに応じてセンスレベ
ル電流が非連続的に変わる。すなわち、センスアンプ回
路において、電圧検知信号VDT0が論理値“H”のと
きには、信号N6の論理値が“H”となりトランジスタ
Qp11は作動しない。したがって、センスアンプ回路
は、図40に示す従来のセンスアンプ回路と同様の出力
特性を示し、図3の曲線VSALC1に沿った特性とな
る。
【0056】一方、制御信号SAEが“H”で電圧検知
信号VDT0の論理値が“L”になると、センスアンプ
回路において、信号N6の論理値が“L”となり、トラ
ンジスタQp11が作動し、信号N3の電位レベルが上
昇する。この作用により、センスレベル電流は、図3に
示す曲線VSALC1を上方に移動した曲線VSALC
2に沿った特性に切換わる。すなわち、電源電圧VDD
が4V以下の低電圧の場合には、センスレベル電流が曲
線VSALC2に沿った特性を示し、電源電圧VDDが
4Vを越える高電圧の場合にセンスレベル電流が曲線V
SALC1に沿った特性を示す。
【0057】したがって、本実施形態では、電源電圧が
低電圧の場合にも、従来のようにセンスレベル電流が十
分大きくなるので、メモリセルトランジスタに微少のリ
ーク電流が存在する場合にもデータの誤判定を有効に防
止することができる。
【0058】(第2実施形態)次に、第2実施形態につ
いて、図5〜図7を参照しながら説明する。
【0059】本実施形態では、センスアンプ回路の構成
は上記第1実施形態における構成(図1参照)と同様で
あるが、電圧検知回路の構成が上記第1実施形態におけ
る構成(図2参照)とは異なる。
【0060】図5は、本実施形態に係る半導体装置の電
圧検知回路の構成を示す回路図である。3つのPチャネ
ル型MOSトランジスタQp21〜Qp23と、Nチャ
ネル型MOSトランジスタQn21と、Pチャネル型M
OSトランジスタQp24及びNチャネル型MOSトラ
ンジスタQn24からなるCMOSインバータと、否定
回路21とを備えている点は、上記第1実施形態におけ
る電圧検知回路の構成(図2参照)と同じである。本実
施形態では、それに加え、トランジスタQp22のドレ
インとトランジスタQp23のソースとに共通に接続さ
れる信号線が設けられ、この信号線を流れる信号N22
を各々のゲートに受けるPチャネル型MOSトランジス
タQp25とNチャネル型MOSトランジスタQn25
とからなるCMOSインバータが設けられている。さら
に、該CMOSインバータの出力信号N25を受けてこ
れを反転した信号VDT2を出力する否定回路INV2
2が設けられている。また、各否定回路INV21,I
NV22の出力信号VDT1,VDT2を各々のゲート
に受けるNチャネル型MOSトランジスタQn26と、
Pチャネル型MOSトランジスタQp26とが設けられ
ている。トランジスタQp26のソースは電源電圧VD
Dに接続され、トランジスタQn26のソースは接地に
接続されており、両トランジスタQp26,Qn26の
ドレインに共通に接続される信号線を介して信号N26
が出力される。また、信号N26を受けてこれを反転し
た出力信号VDT0を出力する否定回路INV23と、
この否定回路INV23の出力信号VDT0を再び反転
して否定回路INV23の入力側に戻す否定回路INV
24とが設けられている。ここで、後に説明する図7に
示すように、否定回路INV21の出力信号VDT1
は、各トランジスタのしきい値の調整によって、電源電
圧VDDが3.5以下で“L”となり電源電圧VDDが
3.5Vを越えると“H”となるように構成されてい
る。また、否定回路INV22の出力信号VDT2は、
各トランジスタのしきい値の調整によって、電源電圧V
DDが4.5以下で“L”となり電源電圧VDDが4.
5Vを越えると“H”となるように構成されている。
【0061】この電圧検知回路の機能上の特徴は、2つ
の電圧検知信号VDT1、VDT2により電源電圧のヒ
ステリシス特性をもった電圧検知信号VDT0を出力す
ることにある。図6は、図5に示される電圧検知回路か
ら出力される電圧検知信号VDT0を図1に示すセンス
アンプ回路に入力した場合の電源電圧とセンスレベル電
流の関係を示す特性図、図7は電圧検知回路の電源電圧
と電圧検知信号との関係を示す特性図である。
【0062】図7に示すように、電圧検知回路から最終
的に出力される電圧検知信号VDT0は、下記の論理電
圧となる。 (1) VDD≦3.5(V)のとき “L” (2) VDD>4.5(V)のとき “H” (3) 3.5<VDD≦4.5のとき 電源電圧VDDが3.5V以下の電圧から上昇してきた場合 “L” 電源電圧VDDが4.5V以上の電圧から下降してきた場合 “H” このような電圧検知信号VDT0の動作に従って、セン
スレベル電流の特性は、図6に示されるように非連続的
に変わる。具体的には、電源電圧の変化に従い、下記の
ように、センスレベル電流曲線がVSALC1とVSA
LC2とに切換わる。 (1) VDD≦3.5(V)のとき VSALC2 (2) VDD>4.5(V)のとき VSALC1 (3) 3.5<VDD≦4.5のとき 電源電圧VDDが3.5V以下の電圧から上昇してきた場合 VSALC2 電源電圧VDDが4.5V以上の電圧から下降してきた場合 VSALC1 従って、第2実施形態では、第1実施形態と同様に低電
圧でもセンスレベル電流が従来のものほど低くならない
ためメモリセルトランジスタに微少のリーク電流が存在
する場合にもこの電圧検知回路を備えたセンスアンプの
回路ではデータを誤りなく判定することができる。加え
て、2つのセンスレベル電流曲線が変わる電圧を電源電
圧VDDに対してヒステリシス特性を持たせているた
め、例えば、この半導体装置で電源電圧3V版と5V版
の2種類の製品を供給する場合、3V版に対しては電源
電圧4.5V以下でセンスレベル電流曲線VSALC2
で固定され、5V版に対しては電源電圧3.5V以下で
センスレベル電流曲線VSALC1で固定されるため、
それぞれの種類の製品で電源電圧の多少の変動が生じて
も安定して動作する。
【0063】(第3実施形態)次に、第3実施形態につ
いて、図8及び図9を参照しながら説明する。
【0064】図8は、本実施形態に係る半導体装置のセ
ンスアンプ回路の構成を示す電気回路図である。本実施
形態においても、回路の基本的な部分の構成及び動作
は、上記図40に示す従来のセンスアンプ回路の構成及
び動作と同様である。
【0065】ここで、本実施形態では、電圧検知信号V
DT0を各々のゲートに受けるPチャネル型MOSトラ
ンジスタQp12及びQn12が配置されている。そし
て、トランジスタQp12のソースは電源電圧VDDを
供給する端子に接続され、ドレインは基本部分のトラン
ジスタQp2のソースに接続されている。トランジスタ
Qn12のドレインは電源電圧VDDを供給する端子に
接続され、ソースは基本部分のトランジスタQp3のソ
ースに接続されている。そして、トランジスタQp12
のドレインとトランジスタQp2のソースとを接続する
信号線と、トランジスタQn12のソースとトランジス
タQp3のソースとを接続する信号線とは、共通の信号
線L11で接続されている。
【0066】ここで、例えば図2に示す電圧検知回路を
本実施形態でも用いると、電圧検知信号VDT0は、第
1実施形態の図4で示されているように低電圧で“L”
に、高電圧で“H”となる。電圧検知信号VDT0が
“H”のときには、トランジスタQp12がオフしトラ
ンジスタQn12がオンする。したがって、トランジス
タQp2,Qp3のソース電位はトランジスタQn12
のしきい値分だけ低くなる。一方、電圧検知信号VDT
0が“L”のときには、トランジスタQp12がオンし
トランジスタQn12がオフする。したがって、トラン
ジスタQp2,Qp3のソース電位は電源電圧VDDに
等しくなる。このように、各トランジスタのオン・オフ
切り換えによって各トランジスタQp2,Qp3のソー
ス電位が変化することを利用して、データ線(信号線L
1)の電圧特性を変化させるようにしている。従って、
センスアンプ回路は、従来と同様にデータ線(信号線L
1)に電流が流れるとき出力信号OUTは“H”、デー
タ線(信号線L1)に電流が流れないとき出力信号OU
Tは“L”であるが、電圧検知信号VDT0の値如何に
よりデータ線電圧が非連続的に変わることになる。
【0067】図9は、図2に示す電圧検知回路から出力
される電圧検知信号VDT0をセンスアンプ回路の入力
信号として用いた場合のデータ線電圧と電源電圧VDD
との関係を示す特性図である。同図に示すように、電源
電圧VDDが4V以下の低電圧のときにはデータ線電圧
は特性線VDLC1に沿って変化し、電源電圧VDDが
4Vを越える高電圧のときには、データ線電圧は特性線
VDLC2を下方に移動した特性線VDLC2に沿って
変化する。
【0068】従って、第3実施形態では、電源電圧VD
Dが高電圧の場合にも、データ線電圧が高くなりすぎな
いためメモリセルトランジスタのしきい値電圧が高くな
ることがない。よって、メモリセルトランジスタのゲー
トに電圧印加されたときに流れる電流が減少することが
なく、センスアンプの誤判定を有効に防止することがで
きる。
【0069】(第4実施形態)次に、第4実施形態につ
いて、図10及び図11を参照しながら説明する。
【0070】図10は、第4実施形態に係る半導体装置
のセンスアンプ回路の構成を示す電気回路図である。本
実施形態においても、回路の基本的な部分の構成及び動
作は、上記図40に示す従来のセンスアンプ回路の構成
及び動作と同様である。
【0071】ここで、本実施形態では、電圧検知信号V
DT0を各々のゲートに受けるPチャネル型MOSトラ
ンジスタQp31及びNチャネル型MOSトランジスタ
Qn31が配置されている。そして、トランジスタQp
31のソースは電源電圧VDDを供給する端子に接続さ
れ、ドレインは基本部分のトランジスタQp1のソース
に接続されている。トランジスタQn31のドレインは
電源電圧VDDを供給する端子に接続され、ソースはト
ランジスタQp31のドレインと共にトランジスタQp
1のソースに接続されている。
【0072】そして、例えば図2に示す電圧検知回路を
本実施形態でも用いると、電圧検知信号VDT0は、第
1実施形態の図4で示されているように低電圧で“L”
に、高電圧で“H”となる。電圧検知信号VDT0が
“H”のときには、トランジスタQp31がオフしトラ
ンジスタQn31がオンする一方、電圧検知信号VDT
0が“L”のときには、トランジスタQp31がオンし
トランジスタQn31がオフする。この各トランジスタ
のオン・オフ切り換えによってトランジスタQp1のソ
ース電位が変化することを利用して、データ線(信号線
L1)の電圧特性を変化させるようにしている。
【0073】本実施形態でも、センスアンプの回路動作
は、第3実施形態とほぼ同様の動作を示す。図11は、
本実施形態におけるデータ線電位と電源電圧VDDとの
関係を示す特性図である。同図に示すように、電源電圧
が4V以下の低電圧の場合にデータ線電圧が特性線VD
LC1に沿って変化し、電源電圧VDDが4Vを越える
高電圧の場合にデータ線電圧は特性線VDLC1を下方
に移動した特性線VDLC2に沿って変化する。従っ
て、本実施形態においても、上記第3実施形態と同様の
効果を発揮することができる。
【0074】(第5実施形態)次に、第5実施形態につ
いて図12及び図13を参照しながら説明する。
【0075】図12は、第5実施形態に係る半導体装置
のセンスアンプ回路の構成を示す電気回路図である。本
実施形態においても、回路の基本的な部分の構成及び動
作は、上記図40に示す従来のセンスアンプ回路の構成
及び動作と同様である。
【0076】ここで、本実施形態では、電圧検知信号V
DT0を受けてこれを反転した信号N41を出力する否
定回路INV41と、上記信号N41及び制御信号SA
Eを受けて、両信号のNAND演算を行った結果の信号
N42を出力する論理積の否定回路NAND41と、上
記信号N42をゲートに受けるPチャネル型MOSトラ
ンジスタQp41とが設けられている。トランジスタQ
p41のソースは電源電圧VDDを供給する端子に接続
され、ドレインは各トランジスタQp1,Qn1からな
るCMOSインバータの出力信号N2が流れる信号線に
接続されている。
【0077】そして、例えば図2に示す電圧検知回路を
本実施形態でも用いると、電圧検知信号VDT0は、第
1実施形態の図4で示されているように低電圧で“L”
に、高電圧で“H”となる。そして、制御信号SAEが
“H”で電圧検知信号VDT0が“L”のときのみ、ト
ランジスタQp41がオンし、それ以外のときにはトラ
ンジスタQp41がオフする。このトランジスタQp4
1のオン・オフ切り換えによって信号N2の電位が変化
することを利用して、データ線(信号線L1)の電圧特
性を変化させるようにしている。
【0078】本実施形態でも、センスアンプの回路動作
は、第3実施形態とほぼ同様の動作を示す。図11は、
本実施形態におけるデータ線電位と電源電圧VDDとの
関係を示す特性図である。同図に示すように、電源電圧
が4V以下の低電圧の場合にデータ線電圧が特性線VD
LC1に沿って変化し、電源電圧VDDが4Vを越える
高電圧の場合には、データ線電圧は特性線VDLC1を
下方に移動した特性線VDLC2に沿って変化する。従
って、本実施形態においても、上記第3実施形態と同様
の効果を発揮することができ、Pチャネル型MOSトラ
ンジスタQp41のトランジスタサイズを変えることに
よりデータ線電圧を任意に変えることができる。
【0079】(第6実施形態)次に、第6実施形態につ
いて図14を参照しながら説明する。
【0080】図12は、第6実施形態に係る半導体装置
のセンスアンプ回路の構成を示す電気回路図である。本
実施形態においても、回路の基本的な部分の構成及び動
作は、上記図40に示す従来のセンスアンプ回路の構成
及び動作と同様である。
【0081】ここで、本実施形態では、電圧検知信号V
DT0を受けてこれを反転した信号N17を出力する否
定回路INV11と、上記信号N17及び制御信号SA
Eを受けて、両信号のNAND演算を行った結果の信号
N16を出力する論理積の否定回路NAND11と、上
記信号N16をゲートに受けるPチャネル型MOSトラ
ンジスタQp13及びNチャネル型MOSトランジスタ
Qn14と、トランジスタQp13とトランジスタQn
14との間に介設されるNチャネル型MOSトランジス
タQn13とが設けられている。トランジスタQp13
のソースは電源電圧VDDを供給する端子に接続され、
ドレインは各トランジスタQp1,Qn1からなるCM
OSインバータの出力信号N2が流れる信号線に接続さ
れている。トランジスタQn14のソースは接地に接続
され、ドレインはトランジスタQn13のソースに接続
されている。トランジスタQn13のドレインはトラン
ジスタQp13のドレインと共に各トランジスタQp
1,Qn1からなるCMOSインバータの出力信号N2
が流れる信号線に接続され、ゲートは基本部分のトラン
ジスタQn8のゲートに接続されている。
【0082】そして、例えば図2に示す電圧検知回路を
本実施形態でも用いると、電圧検知信号VDT0は、第
1実施形態の図4で示されているように低電圧で“L”
に、高電圧で“H”となる。そして、制御信号SAEが
“H”で電圧検知信号VDT0が“L”のときのみ、ト
ランジスタQp13がオンし、トランジスタQn14が
オフする。それ以外のときにはトランジスタQp13が
オフし、トランジスタQn14がオンする。一方、トラ
ンジスタQn13はトランジスタQn8と同様の動作を
行う。この各トランジスタQp13,Qn13,Qn1
4のオン・オフ切り換えによって信号N2の電位が変化
することを利用して、データ線(信号線L1)の電圧特
性を変化させるようにしている。
【0083】センスアンプの回路動作は、第5実施形態
と同様で電圧検知信号VDT0によりデータ線電圧は図
13のようになる。低電圧ではデータ線電圧が特性線V
DLC1に沿った特性を示し、高電圧ではデータ線電圧
が特性線VDLC2に沿った特性を示す。
【0084】本実施形態でも、センスアンプの回路動作
は、第3実施形態とほぼ同様の動作を示す。図11は、
本実施形態におけるデータ線電位と電源電圧VDDとの
関係を示す特性図である。同図に示すように、電源電圧
が4V以下の低電圧の場合にデータ線電圧が曲線VDL
C1に沿って変化し、電源電圧VDDが4Vを越える高
電圧の場合にデータ線電圧は曲線VDLC2に沿って変
化する。従って、本実施形態においても、上記第3実施
形態と同様の効果を発揮することができるが、特に、P
チャネル型MOSトランジスタQp13,Qn14のト
ランジスタサイズを変えることによりデータ線電圧を任
意に変えることができるという利点がある。
【0085】(第7実施形態)次に、第7実施形態につ
いて、図15を参照しながら説明する。本実施形態で
は、電圧検知回路の構成について述べる。センスアンプ
回路としては、上記各実施形態の構成を採用することが
できる。
【0086】図15は、本実施形態に係る半導体装置の
電圧検知回路の構成を示す電気回路図である。同図に示
すように、本実施形態の電圧検知回路の基本的な部分は
上記第1実施形態における電圧検知回路の構成(図2参
照)と同じである。すなわち、トランジスタQp21〜
23,Qn21と、トランジスタQp24,Qn24か
らなるCMOSインバータと、否定回路INV21とを
備えている。
【0087】本実施形態では、上記各要素に加え、制御
信号XCEを受けてこれを反転した信号N51を出力す
る否定回路INV51と、信号N51をゲートに受ける
Pチャネル型MOSトランジスタQp51と、制御信号
XCEをゲートに受けるNチャネル型MOSトランジス
タQn51と、否定回路INV21の出力信号VDT0
を反転した信号を出力して否定回路INV21に入力さ
せる否定回路INV52とが設けられている。上記トラ
ンジスタQp51のソースは電源電圧VDDを供給する
端子に接続され、ドレインはトランジスタQp24のソ
ースに接続されている。トランジスタQn51のソース
は接地に接続され、ドレインはトランジスタQ24のソ
ースに接続されている。この構成により、制御信号XC
Eが“H”のときには、トランジスタQp51及びトラ
ンジスタQn51がいずれもオンになりCMOSインバ
ータから信号N24が出力されるが、制御信号XCEが
“L”のときには、トランジスタQp51及びトランジ
スタQn51がいずれもオフになりCOMSインバータ
から信号N24が出力されない。一方、信号N24が出
力されないときには否定回路INV52のフィードバッ
ク作用によって出力信号VDT0は現在の論理値に維持
される。このようなトランジスタQp51,Qn51の
オン・オフの切り換えによって、制御信号XCEが
“H”のときのみ電圧検知信号VDT0の“H”−
“L”間の遷移を許容するようにしている。
【0088】本実施形態の電圧検知回路は、制御信号X
CEの論理電圧が“H”のときにしか電圧検知信号VD
T0の論理電圧は遷移しないため、例えば制御信号XC
Eの論理電圧が“L”で半導体装置が動作状態にあると
きには電圧検知信号VDT0の論理電圧は遷移すること
はなく、動作時に電圧検知信号VDT0の信号を使用す
る回路の誤動作はなくなる。
【0089】なお、上記各実施形態において説明したセ
ンスアンプ回路と電圧検知回路との各種の構成を自由に
組み合わせることが可能であり、上記各実施形態で説明
した組み合わせに限定されるものではない。
【0090】(第8実施形態)次に、第8実施形態につ
いて図16〜図18を参照しながら説明する。
【0091】図16は、本実施形態に係る半導体装置の
昇圧回路の構成を示す電気回路図である。この回路は、
上記各実施形態における電圧検知回路から出力される電
源電圧検知信号VDT0に応じて、昇圧回路の動作の有
無を選択する回路の構成を示す図である。本実施形態に
おいても、第1実施形態と同様に電圧検知信号VDT0
によりセンスアンプ回路のセンスレベル電流の電圧依存
特性を変更するものを前提としている。
【0092】図16に示す昇圧回路では、電圧検知信号
VDT0と制御信号C1とにより出力信号(昇圧ノー
ド)BOOST1を昇圧するようにしており、電圧検知
回路は例えば図2で示したものを用いる。図16に示す
ように、昇圧回路には、電圧検知信号VDT0を受けて
これを反転した信号を出力する否定回路と、電圧検知信
号VDT0の反転信号と制御信号C1とのNAND演算
を行った結果の信号N61を出力する論理積の否定回路
とが前段に設けられている。そして、これらの後段側
に、信号N61の3段否定を演算する3つの否定回路
と、一方の極が3段の否定回路の出力側に接続されるキ
ャパシタC61と、信号N61を各々のゲートに受ける
Nチャネル型MOSトランジスタQn62及びPチャネ
ル型MOSトランジスタQp62と、ゲートがトランジ
スタQn62のドレイン及びQp62のソースに接続さ
れるPチャネル型MOSトランジスタQp63とが配置
されている。トランジスタQn62のソースは接地に接
続されている。トランジスタQp63のソースは電源電
圧VDDを供給する端子に接続され、ドレインはトラン
ジスタQp62のドレインと共にキャパシタC61の他
方の極に接続されている。すなわち、キャパシタC61
の一方の極には信号N61の3段否定である信号N63
が印加され、キャパシタC61の他方の極には各トラン
ジスタQp62,Qp63の出力信号N64が印加され
るように構成されている。また、信号N64が流れる信
号線と電源電圧VDDを供給する端子との間に2つのN
チャネル型MOSトランジスタQn63,Qn64が直
列に配設されている。さらに、各々のゲートに信号N6
1を受けるPチャネル型MOSトランジスタQp61
と、Nチャネル型MOSトランジスタQn61とが設け
られている。トランジスタQp61のドレインは上記信
号N64が流れる信号線に接続され、ソースはトランジ
スタQn61のドレインと共通に出力信号BOOST1
を出力する端子に接続されている。トランジスタQn6
1のソースは接地されている。
【0093】以上の構成により、信号N61が論理電圧
“H”から“L”に遷移したときに出力信号(昇圧ノー
ド)BOOST1が接地電圧VSSの電圧レベルから電
源電圧VDDより高い電圧レベルに昇圧される。すなわ
ち、電圧検知信号VDT0が“L”でかつ制御信号C1
が“L”から“H”に遷移したときに出力信号BOOS
T1は昇圧される。電圧検知信号VDT0が論理電圧
“H”であるときは出力信号BOOST1は昇圧されな
い。
【0094】図17は、電源電圧VDDと出力信号(昇
圧ノード)BOOST1との関係を示す特性図である。
電源電圧VDDが4Vを越える場合には、出力信号BO
OST1ははぼ電源電圧レベルであり昇圧されないが、
電源電圧VDDが4V以下の場合には、出力信号BOO
ST1が電源電圧VDDよりも高くなるよう昇圧されて
いる。
【0095】このような電圧検知信号VDT0によって
電源電圧VDDが低電圧のときのみ昇圧を行うという昇
圧回路を用いることで、低電圧ではメモリセルトランジ
スタのゲートやビット線の選択トランジスタを昇圧し動
作の高速化や安定化を図ることができる。一方、高電圧
では、昇圧をしないことで、必要以上に高い電圧がトラ
ンジスタにかかり劣化するのを有効に防止することがで
きる。このように、この昇圧回路は低電圧から高電圧ま
で広範囲で使用できる。
【0096】また、図18は、電源電圧VDDとメモリ
セル電流との関係(破線で示す曲線MCON18)及び
電源電圧VDDとセンスレベル電流との関係(実線で示
す曲線SAL18)を示す特性図である。ただし、曲線
MCON18は、第1実施形態の電圧検知信号VDT0
を用いてセンスアンプ回路のセンスレベル電流を切り換
えるようにした場合のセンスレベル電流の電源電圧依存
性を示し、曲線SAL18は、本実施形態における昇圧
回路を用いてメモリセルトランジスタのゲート電圧を切
り換えるようにしたときのメモリセル電流の電源電圧依
存性を示す。センスレベル電流(曲線SALC18参
照)は、電源電圧VDDが4V以下になると非連続的に
高くなっており、また、それぞれの電圧領域で下に凸の
曲線である。メモリセル電流(曲線MCON18参照)
も電源電圧VDDが4V以下になると非連続的に高くな
っており、また、それぞれの電圧領域で上に凸の曲線で
ある。このように、電圧検知信号VDT0によりセンス
レベル電流の電源電圧依存特性の切り換えと、セルトラ
ンジスタの昇圧・非昇圧の切り換えとを同じ設定値(例
えば4V)で連動させることにより、電源電圧VDDが
どのような値であっても、メモリセル電流とセンスレベ
ル電流との間の良好な関係を保持することができ、広範
囲の電源電圧で安定した動作が可能となっている。
【0097】(第9実施形態)次に、第9実施形態につ
いて、図19及び図20を参照しながら説明する。
【0098】図19は、第9実施形態に係る半導体装置
のセンスアンプ回路の構成を示す電気回路図である。本
実施形態においても、回路の基本的な部分の構成及び動
作は、上記図40に示す従来のセンスアンプ回路の構成
及び動作と同様である。
【0099】ここで、以下の各実施形態では、オン状態
にあるメモリセルに流れる電流を“メモリセルオン電
流”と略記し、オフ状態にあるメモリセルに流れる電流
を“メモリセルオフ電流”と略記する。本実施形態で
は、通常読み出し時には“L”でメモリセルオン電流の
判定時(VERIFY時)には“H”となる制御信号S
1を入力する端子が設けられている。そして、制御信号
S1及び制御信号SAEを受けて、両信号のNAND演
算を行った結果の信号N71を出力する論理積の否定回
路NAND71と、上記信号N71をゲートに受けるP
チャネル型MOSトランジスタQp71とが設けられて
いる。トランジスタQp71のソースは電源電圧VDD
を供給する端子に接続され、ドレインは出力部のトラン
ジスタQn4のゲートに印加される信号N3が流れる信
号線に接続されている。
【0100】このセンスアンプ回路は制御信号SAEの
論理電圧“H”のときに動作し、データ線(信号線L
1)に電流が流れるとき出力信号OUTは“H”、デー
タ線(信号線L1)に電流が流れないとき出力信号OU
Tは“L”である。この動作は、従来のセンスアンプ回
路と同様である。ここで、本実施形態のセンスアンプ回
路では、通常読み出し時には、制御信号SAEが“H”
となるが制御信号S1は“L”なので、論理積の否定回
路NAND71の出力信号はN71は“H”となり、ト
ランジスタQp71は作動せず、従来のセンスアンプ回
路と同じ作動を行う。一方、メモリセルオン電流の判定
時(VERIFY時)には制御信号SAE及び制御信号
S1が“H”となるので、信号N71は“L”になり、
トランジスタQp71が作動する。そして、信号N3の
電位レベルが上昇することで、センスレベル電流の電源
電圧依存特性が切り換えられる。
【0101】図20は、本実施形態におけるセンスアン
プ回路の電源電圧VDDとメモリセル電流およびセンス
レベル電流の関係を示す図である。通常読み出し時には
制御信号S1が“L”なのでセンスレベル電流は曲線S
ALEV0に沿った特性を示し、メモリセルのオン電流
の判定時(VERIFY時)には制御信号S1は“H”
なのでセンスレベル電流は曲線SALEV0よりも上方
の曲線SALEV1に沿った特性を示す。
【0102】したがって、本実施形態では、メモリセル
オン電流の判定時には通常読み出し時よりもセンスレベ
ル電流を大きくすることにより、メモリセルオン電流の
マージンを含めた判定をすることができ、信頼性の向上
を図ることができる。
【0103】(第10実施形態)次に、第10実施形態
について、図21及び図22を参照しながら説明する。
【0104】図21は、第10実施形態に係る半導体装
置のセンスアンプ回路の構成を示す電気回路図である。
本実施形態においても、回路の基本的な部分の構成及び
動作は、上記図40に示す従来のセンスアンプ回路の構
成及び動作と同様である。
【0105】ここで、本実施形態では、メモリセルオン
電流の第1モードの判定時のみに“H”となる制御信号
S1と,メモリセルオン電流の第2モードの判定時のみ
に“H”となる制御信号S2とを入力する2つの端子と
が設けられている。そして、制御信号S1及び制御信号
SAEを受けて、両信号のNAND演算を行った結果の
信号N81を出力する論理積の否定回路NAND81
と、制御信号S2及び制御信号SAEを受けて、両信号
のNAND演算を行った結果の信号N82を出力する論
理積の否定回路NAND82と、上記信号N81,N8
2を各々のゲートに受けるPチャネル型MOSトランジ
スタQp81,Qp82とが設けられている。各トラン
ジスタQp81,Qp82のソースはいずれも電源電圧
VDDを供給する端子に接続され、ドレインはいずれも
出力部のトランジスタQn4のゲートに印加される信号
N3が流れる信号線に接続されている。
【0106】このセンスアンプの回路動作は、基本的に
上記第9実施形態と同じである。すなわち、制御信号S
1が“H”のときにはトランジスタQp81がオンとな
り、制御信号S2が“H”のときにはトランジスタQp
82がオンとなる。そして、各トランジスタQp81,
Qp82のトランジスタサイズが異なっており、メモリ
セルオン電流の判定時(VERIFY時)にセンスレベ
ル電流の電源電圧依存特性を2通りに切り換えるように
している。
【0107】図22は、本実施形態におけるメモリセル
電流およびセンスレベル電流の電圧依存性を示す特性図
である。本実施形態では、制御信号S1が“L”で制御
信号S2が“L”のときには通常のセンスレベル電流曲
線SALEV0、制御信号S1が“H”で制御信号S2
が“L”のときにはメモリセルオン電流の第1モードの
判定用のセンスレベル電流曲線SALEV1、制御信号
S1が“L”で制御信号S2が“H”のときにはメモリ
セルオン電流の第2モードの判定用のセンスレベル電流
曲線SALEV2が選択される。
【0108】本実施形態では、メモリセルオン電流の判
定時にセンスレベル電流の電源電圧依存特性を2通りに
切り換えるようにしているので、下記のような2つのモ
ードによる判定動作が可能である。センスレベル電流曲
線SALEV2を用いた第2モードの判定動作では、半
導体装置の製造者が初期検査に使用するものでユーザー
で使用してメモリセルオン電流値が減少してきた場合に
も誤動作しないように大きなマージンをもった厳しい判
定を行う。センスレベル電流曲線SALEV1を使用し
た第1モードの判定動作はユーザーが行う判定であっ
て、その際には通常の読み出し時のセンスレベル電流曲
線SALEV0に対して少しマージンをもった判定を行
う。このように通常の読み出し時のセンスレベル電流に
対して相異なるマージンをもったセンスレベル電流で判
定する複数のモードを有することにより、信頼性をより
向上させることができる。
【0109】(第11実施形態)次に、第11実施形態
について、図23及び図24を参照しながら説明する。
【0110】本実施形態においても、センスアンプ回路
の構成は第10実施形態における構成(図21参照)と
同じであり、図22に示すような複数のモードによるメ
モリセルオン電流の判定が可能に構成されている。
【0111】図23は、本実施形態に係る半導体装置の
制御信号発生回路の構成を示す電気回路図である。同図
において、51,52は互いに直列に接続された第1,
第2分周器であり、第1分周器51は制御信号SAEと
制御信号XCEを入力して制御信号S1と制御信号XS
1とを出力し、第2分周器52は、制御信号S1と制御
信号XS1とを入力して制御信号S2と制御信号XS2
とを出力するように構成されている。
【0112】図24は、本実施形態における各信号の波
形を示す図である。制御信号XCEは半導体装置の選択
信号(チップイネーブル)信号で、“L”のとき動作状
態となる。制御信号SAEは制御信号XCEの反転信号
である。まず、期間P1で制御信号XCEが“L”にな
るとつまり制御信号SAEが“H”になると、図21に
示すセンスアンプ回路が動作する。このとき制御信号S
1、S2は共に“L”であるので、センスレベル電流は
曲線SALEV0に沿った特性を示す。次に、制御信号
XCEが“H”になるとセンスアンプ回路は停止し、制
御信号S1は“H”に、制御信号S2は“L”になる。
【0113】期間P2で、制御信号XCEが“L”とな
るとセンスアンプ回路が動作し、センスレベル電流は曲
線SALEV1に沿った特性となる。次に、制御信号X
CEが“H”になるとセンスアンプ回路は停止し、制御
信号S1は“L”に、制御信号S2は“H”になる。
【0114】期間P3で、制御信号XCEが“L”とな
るとセンスアンプ回路が動作し、センスレベル電流は曲
線SALEV2に沿った特性となる。次に、制御信号X
CEが“H”になるとセンスアンプ回路は停止し、制御
信号S1、S2は共に“H”となる。
【0115】期間P4で、制御信号XCEが“L”とな
るとセンスアンプ回路が動作し、センスレベル電流は曲
線SALEV2に沿った電流値以上の電流値を示す。次
に、制御信号XCEを“H”にするとセンスアンプ回路
は停止し、制御信号S1、S2は共に“H”となる。
【0116】本実施形態では、以上のような方法で、順
次メモリセルオン電流の判定のセンスレベル電流値を大
きくしていくことにより、メモリセルオン電流の判定を
行う際に徐々に厳しい判定を行なうことができる。たと
えば、この半導体装置が冗長救済機能を有した半導体メ
モリ装置であればメモリセルオン電流の少ない(すなわ
ちマージンが少ない)メモリセルから冗長メモリセルに
置き換えて行く。そして、冗長メモリセルの容量を考慮
して救済が可能なメモリセルのスクリーニングを行うこ
とにより、メモリセル内におけるマージンの分布の最小
値をできるだけ大きくすることができ、信頼性の高い半
導体メモリ装置を得ることができる。
【0117】(第12実施形態)次に、第12実施形態
について、図25及び図26を参照しながら説明する。
【0118】図25は、本実施形態に係る半導体装置の
ワード線制御回路の構成を示す電気回路図である。同図
に示すように、非動作時には“H”“になり動作時に
“L”になる制御信号C2を入力する端子と、通常読出
し時には“L”で判定動作時に“H”になる制御信号C
1を入力する端子と、制御信号C2を各々のゲートに受
けるPチャネル型MOSトランジスタQn91及びNチ
ャネル型MOSトランジスタQn91からなるCMOS
インバータと、制御信号C1を各々のゲートに受けるP
チャネル型MOSトランジスタQp92及びNチャネル
型MOSトランジスタQn92とが設けられている。C
MOSインバータの出力信号線はワード線に接続されて
いる。トランジスタQp92のソース及びトランジスタ
Qn92のドレインは電源電圧VDDを供給する端子に
接続され、トランジスタQp92のドレイン及びトラン
ジスタQn92のソースは共通の信号線を介してトラン
ジスタQp91のソースに接続されている。
【0119】そして、ワード線はメモリセルトランジス
タQm91のゲートに接続されている。メモリセルトラ
ンジスタQm91のドレインはデータ線に接続され、ソ
ースは接地されている。すなわち、ワード線制御回路の
出力部として機能するトランジスタQp91,Qn91
からなるCMOSインバータに、2つのトランジスタQ
p92,Qn92の出力信号N91を印加し、信号N9
1の電圧レベルの相違を利用してCMOSインバータの
出力信号であるワード線信号WLの電圧特性を切り換え
るようにしている。具体的に説明すると、非動作時に
は、制御信号C1は“L”で制御信号C2は“H”であ
るので、ワード線信号WLの電圧は接地電圧VSSに等
しい。通常読み出し時には、制御信号C1は“L”で制
御信号C2も“L”であるので、ワード線信号WLの電
圧は電源電圧VDDに等しい。一方、メモリセルオン電
流の判定時には、制御信号C1は“H”で制御信号C2
は“L”となるので、ワード線信号WLの電圧は電源電
圧VDDからNチャネル型MOSトランジスタQn92
のしきい値電圧だけ低い電圧となる。
【0120】図26は、本実施形態に係るワード線制御
回路を有する半導体装置の電源電圧VDDとセンスレベ
ル電流及びメモリセルオン電流との関係を示し、曲線S
ALEV0は通常読み出し時のセンスレベル電流の特性
曲線、曲線MCON0は同じく通常読み出し時のメモリ
セル電流の特性曲線、曲線MCON1はメモリセルオン
電流の判定時のメモリセル電流の特性曲線である。そし
て、曲線MCON1は曲線MCON0よりも下方にあ
る。このように、メモリセルオン電流の判定時には、通
常読み出し時に比べてワード線信号WLの電圧を低く
し、メモリセル電流を通常読み出し時の電流値よりも少
なくしてメモリセルオン電流をマージンをもって判定す
る。これにより、通常読み出し時の読み出し信頼性を確
保できる。
【0121】(第13実施形態)次に、第13実施形態
について、図27を参照しながら説明する。
【0122】本実施形態でも、上記第12実施形態と同
様に、メモリセルオン電流をマージンをもって判定する
のであるが、メモリセルオン電流の判定時(VERIF
Y時)に高温で検査を行なうようにしたものである。そ
の際、高温時に“H”となり常温で“L”となるように
切り換えた信号S1を出力する回路を設け、この信号S
1を上記第12実施形態の図25に示す制御信号S1と
して用いる(信号S1の出力回路の構成を示す図は省略
する)。
【0123】図27は、電源電圧VDDとメモリセルオ
ン電流およびセンスレベル電流との関係を示す特性図
で、曲線SALEV0は通常読み出し時のセンスレベル
電流の特性曲線、曲線MCON0は同じく通常読み出し
時(常温)のメモリセルオン電流の特性曲線、曲線MC
ON2はメモリセルオン電流の判定時(高温VERIF
Y時)のメモリセルオン電流の特性曲線である。第12
実施形態と同様に、メモリセルオン電流の判定時におけ
るメモリセルオン電流を通常読み出し時におけるメモリ
セルオン電流よりも少なくすることにより、メモリセル
オン電流をマージンをもって判定することができ、通常
読み出し時の読み出し信頼性を確保することができる。
【0124】(第14実施形態)次に、第14実施形態
について、図28及び図29を参照しながら説明する。
【0125】図28は、本実施形態に係るセンスアンプ
回路の構成を示す電気回路図である。本実施形態におい
ても、回路の基本的な部分の構成及び動作は、上記図4
0に示す従来のセンスアンプ回路の構成及び動作と同様
である。
【0126】ここで、本実施形態では、通常読み出し時
には“H”でメモリセルオフ電流の判定時(VERIF
Y時)には“L”となる制御信号S3をを入力する端子
が設けられている。そして、制御信号S3及び制御信号
SAEを受けて、両信号のNAND演算を行った結果の
信号N101を出力する論理積の否定回路NAND10
1と、上記信号N101をゲートに受けるPチャネル型
MOSトランジスタQp102と、接地電位VSSをゲ
ートに受けるPチャネル型MOSトランジスタQp10
1と、否定回路INV1の出力信号N1をゲートに受け
るPチャネル型MOSトランジスタQp103とが設け
られている。トランジスタQp102のソースは電源電
圧VDDを供給する端子に接続され、ドレインはトラン
ジスタQp103のソースに接続されている。トランジ
スタQp103のドレインは、出力部のトランジスタQ
n4のゲートに印加される信号N3が流れる信号線に接
続されている。トランジスタQp101のソースは電源
電圧VDDを供給する端子に接続され、ドレインはトラ
ンジスタQp3のソースに接続されている。
【0127】このセンスアンプ回路は、制御信号SAE
が“H”のときに動作する。データ線(信号線L1)に
電流が流れるとき出力信号OUTは“H”、データ線
(信号線L1)に電流が流れないとき出力信号OUTは
“L”である。この動作は、従来のセンスアンプ回路と
同様である。ここで、本実施形態のセンスアンプ回路で
は、通常読み出し時には、制御信号SAE及び制御信号
S3は“H”となるので、論理積の否定回路NAND1
01の出力信号N101は“L”となり、トランジスタ
Qp102が動作して、トランジスタQp103のソー
ス電位が電源電圧VDDに等しくなる。したがって,信
号N3の電位レベルが上昇する。一方、メモリセルオフ
電流の判定時には、制御信号S3が“L”になるので、
信号N3の電位レベルが上昇することがない。これによ
り、センスレベル電流の電源電圧依存特性が切り換えら
れる。
【0128】図29は、本実施形態におけるセンスアン
プ回路の電源電圧VDDとメモリセル電流およびセンス
レベル電流の関係を示す。センスレベル電流は、通常読
み出し時にはセンスレベル電流曲線SALEV0に沿っ
た特性となり、メモリセルオフ電流の判定時にはセンス
レベル電流曲線SALEV3に沿った特性となる。
【0129】ところで、スタック型のフラッシュメモリ
の消去方式として、例えば文献“Yamada et.al.,A sel
f-convergence erasing scheme for single stackedgat
e FLASH MEMORY, IEDM Tech.Dig.,1991,p.301”に開示
されるごとく、過消去した後にリバース動作を行うこと
により、しきい値を0V付近に設定し、これにより各メ
モリセルのオフリーク電流を低減していくという方式が
知られている。
【0130】本実施形態では、センスレベル電流を、メ
モリセルオフ電流の判定時(SALEV3)には通常読
み出し時(SALEV0)における電流よりも小さくす
ることにより、上述のような過消去後のリバース動作に
利用することが可能となり、通常状態におけるメモリセ
ルオフ電流(MCOFF0)のマージンを含めた判定を
することができる。
【0131】そして、第9実施形態のメモリセルオン電
流の判定動作と組み合わせて使用することにより、メモ
リセルオン電流とメモリセルオフ電流との両方に対して
マージンをもった判定ができるため半導体装置としての
信頼性は大きく向上する。
【0132】(第15実施形態)次に、第15実施形態
について、図30及び図31を参照しながら説明する。
【0133】図30は、本実施形態に係る半導体装置の
センスアンプ回路の構成を示す電気回路図である。本実
施形態においても、回路の基本的な部分の構成及び動作
は、上記図40に示す従来のセンスアンプ回路の構成及
び動作と同様である。
【0134】本実施形態におけるセンスアンプ回路は、
通常読み出し時に“H”でメモリセルオフ電流の判定時
に“L”となる制御信号S4を入力する端子と、制御信
号S4を各々のゲートに受けるPチャネル型MOSトラ
ンジスタQp111及びQn111とをさらに備えてい
る。そして、トランジスタQp111のソースは電源電
圧VDDを供給する端子に接続され、ドレインは基本部
分のトランジスタQp2のソースに接続されている。ト
ランジスタQn111のドレインは電源電圧VDDを供
給する端子に接続され、ソースは基本部分のトランジス
タQp3のソースに接続されている。そして、トランジ
スタQp111のドレインとトランジスタQp2のソー
スとを接続する信号線と、トランジスタQn111のソ
ースとトランジスタQp3のソースとを接続する信号線
とは、共通の信号線L111で接続されている。そし
て、制御信号S4が“H”のときには、トランジスタQ
p111がオフしトランジスタQn111がオンする。
したがって、トランジスタQp2,Qp3のソース電位
はトランジスタQn111のしきい値分だけ低くなる。
一方、制御信号S4が“L”のときには、トランジスタ
Qp111がオンしトランジスタQn111がオフす
る。したがって、トランジスタQp2,Qp3のソース
電位は電源電圧VDDに等しくなる。このように、各ト
ランジスタのオン・オフ切り換えによって各トランジス
タQp2,Qp3のソース電位が変化することを利用し
て、データ線(信号線L1)の電圧特性を変化させるよ
うにしている。従って、センスアンプ回路は、従来と同
様にデータ線(信号線L1)に電流が流れるとき出力信
号OUTは“H”、データ線(信号線L1)に電流が流
れないとき出力信号OUTは“L”であるが、制御信号
S4の値如何によりデータ線電圧が非連続的に変わるこ
とになる。
【0135】図31は電源電圧VDDとデータ線電圧と
の関係を示し、特性線VDL0は通常読み出し時におけ
るデータ線電圧特性を示し、特性線VDL1はメモリセ
ルオフ電流の判定時におけるデータ線電圧特性を示す。
また、図32は、電源電圧VDDとメモリセル電流及び
センスレベル電流との関係を示し、曲線SALEV0は
通常読み出し時のセンスレベル電流の特性曲線、曲線M
COFF1はメモリセルオフ電流の判定時のメモリセル
オフ電流の特性曲線、MCON0は通常読み出し時のメ
モリセルオン電流の特性曲線、MCOFF0は通常読み
出し時のメモリセルオフ電流の特性曲線をそれぞれ示
す。
【0136】通常読み出し時には、制御信号S4は
“H”であるので、データ線電圧は図31に示す特性線
VDL0に沿った特性を示し、通常読み出し時における
メモリセルオフ電流は図32に示す曲線MCOFF0に
沿った特性を示す。一方、メモリセルオフ電流の判定時
には、制御信号S4は“L”であるので、データ線電圧
は図31に示すごとく特性線VDL0を上方に移動した
特性線VDL1に沿った特性となり、メモリセルオフ電
流は図32に示す曲線MCOFF1に沿った特性とな
る。
【0137】本実施形態では、通常読み出し時よりもメ
モリセルオフ電流の判定時におけるデータ線電圧を高く
し、判定時におけるメモリセルオフ電流(曲線MCOF
F1参照)を通常読出し時におけるメモリセルオフ電流
(曲線MCOFF0参照)よりも大きくすることによ
り、オフリークの検出を容易にしている。そして、通常
読み出し時のメモリセルオフ電流をマージンを含めて判
定をすることができ、半導体装置としての信頼性を向上
することができる。
【0138】(第16実施形態)次に、第16実施形態
について、図33及び図34を参照しながら説明する。
【0139】図33は、本実施形態に係る半導体装置の
ワード線制御回路の構成を示す電気回路図である。同図
に示すように、非動作時には“H”で動作時に“L”に
なる制御信号C4を入力する端子と、通常読出し時には
“L”で判定(VERIFY)動作時に“H”になる制
御信号C3を入力する端子と、制御信号C4を各々のゲ
ートに受けるPチャネル型MOSトランジスタQn12
1及びNチャネル型MOSトランジスタQn121と、
制御信号C3を各々のゲートに受けるPチャネル型MO
SトランジスタQp122及びNチャネル型MOSトラ
ンジスタQn122とが設けられている。CMOSイン
バータの出力信号線はワード線に接続されている。トラ
ンジスタQp122のソースは電源電圧VDDを供給す
る端子に接続され、ドレインはトランジスタQp121
のソースに接続されている。トランジスタQn122の
ドレインは電源電圧VDDを供給する端子に接続され、
ソースは2つのNチャネル型MOSDトランジスタQn
123,Qn124を介してワード線に接続されてい
る。
【0140】そして、ワード線はメモリセルトランジス
タQm121のゲートに接続されている。メモリセルト
ランジスタQm121のドレインはデータ線に接続さ
れ、ソースは接地されている。すなわち、ワード線制御
回路の出力部として機能するトランジスタQp121,
Qn121からなるCMOSインバータに、トランジス
タQp122の出力信号N121を印加し、信号N12
1が“H”のときと“L”のときとでCMOSインバー
タの出力信号であるワード線信号WLの電圧特性を切り
換えるようにしている。具体的に説明すると、非動作時
には、制御信号C3は“L”で制御信号C4は“H”で
あるので、ワード線信号WLの電圧は接地電圧VSSに
等しい。通常読み出し時には、制御信号C3は“L”で
制御信号C4も“L”であるので、ワード線信号WLの
電圧は電源電圧VDDに等しい。一方、メモリセルオフ
電流の判定時には、制御信号C3は“H”で制御信号C
4は“L”となるので、ワード線信号WLの電圧は電源
電圧VDDから3つのトランジスタQn122〜Qn1
24のしきい値電圧だけ低い電圧となる。このワード線
信号WLの電圧は接地電圧VSSより少し高い電圧であ
る。
【0141】図34は、本実施形態に係るワード線制御
回路を有する半導体装置の電源電圧VDDとセンスレベ
ル電流及びメモリセルオフ電流との関係を示し、曲線S
ALEV0は通常読み出し時のセンスレベル電流の特性
曲線、曲線MCON0は同じく通常読み出し時のメモリ
セル電流の特性曲線、曲線MCOFF0は通常読み出し
時のメモリセルオフ電流の特性曲線、曲線MCOFF1
はメモリセルオフ電流の判定時のメモリセル電流の特性
曲線である。このように、非動作時に比べてメモリセル
オフ電流の判定時には、ワード線信号WLの電圧を接地
電圧VSSより少し高くし、メモリセルオフ電流(曲線
MCOFF2参照)の電流値を通常読み出し時における
メモリセルオフ電流(曲線MCOFF0参照)よりも多
くしてメモリセルのオフ電流をマージンをもって検査す
る。これにより、オフリークの検出を容易にでき、通常
読み出し時の読み出し信頼性を確保できる。
【0142】また、この方法では、メモリセルのオフ電
流をマージンをもって検査する以外に、たとえばメモリ
セルトランジスタのしきい値電圧を変えることによりデ
ータを記憶するフラッシュEEPROMなどで、メモリ
セルトランジスタのゲート電圧が電源電圧であるときは
電流が流れ、ゲート電圧が接地電圧であるときは電流が
流れないようにしきい値を設定するときにも使用するこ
とができる。その場合、ゲート電圧を接地電圧より少し
高くすることによってマージンをもったしきい値に設定
ができるとともに時間的にも早くしきい値の設定ができ
る。
【0143】なお、実施形態は省略するが、第16実施
形態のごとくメモリセルオフ電流をマージンをもって検
査する場合、上記13実施形態と同様に、メモリセルオ
フ電流の判定時に高温で検査を行なうようにしてもよ
い。その場合にも、高温における判定時には、通常の読
み出し時におけるメモリセルオフ電流(図34に示す曲
線MCOFF0に相当する)よりも高い電流(図34に
示す曲線MCOFF2に相当する)が得られるので、メ
モリセルオフ電流をマージンをもって検査し通常読み出
し時の読み出し信頼性を確保することができる。
【0144】(第17実施形態)次に、第17の実施形
態について、図35及び図36を参照しながら説明す
る。
【0145】本実施形態は、メモリセルに流れる電流値
を複数個のセンスレベル電流を有する電流検知型センス
アンプで判定し、1つのメモリセルに流れる電流値で複
数のデータ値(多値)を判定するものである。ここで
は、3つのセンスレベル電流をもち、1つのメモリセル
で4値、すなわち、2ビットのデータを記憶・読み出し
する。図35が複数個のセンスレベル電流を有する電流
検知型センスアンプの一実施形態で、図36がこのセン
スアンプによる多値の読み出し方法を示すタイミング図
である。
【0146】図35に示すように、本実施形態に係るセ
ンスアンプ回路には、データ線信号DLを受けてその反
転信号を出力する否定回路131と、該否定回路INV
131の出力信号をゲートに受けるNチャネル型MOS
トランジスタQn131と、それぞれ制御信号SAE
1,SAE2,SAE3をゲートに受ける3つのPチャ
ネル型MOSトランジスタQp131,Qp132,Q
p133と、トランジスタQn131のドレインから信
号N131を取り出す信号線に接続され信号N131を
反転した信号N132を出力する否定回路INV132
と、該否定回路INV132の出力信号N132を受け
てデータを選択しDATA1及びDATA2として出力
するデータ選択回路131とが設けられている。各トラ
ンジスタQp131〜133のドレインは電源電圧VD
Dを供給する端子に接続され、ソースはトランジスタQ
n131のドレインから信号N131を取り出す信号線
に接続されている。言い換えると、各トランジスタQp
131〜133は、電源電圧VDDを供給する端子とト
ランジスタQn131のドレインから信号N131を取
り出す信号線との間で、互いに並列に接続されている。
【0147】次に、このセンスアンプ回路の動作につい
て、図36のタイミング図を参照しながら説明する。た
だし、XCEはセンスアンプの起動信号、P1,P2は
クロック信号の1サイクルに相当する期間であって、以
下に、期間P1又はP2における動作について説明す
る。
【0148】まず、信号XCEを“L”とする。次に、
センスアンプ制御信号SAE2が“L”となり、トラン
ジスタQp132で制御されるセンスレベル電流を用い
てメモリセル電流を判定し、その結果を判定データDA
TA1とする。
【0149】次に、この判定データDATA1が“H”
であれば、センスアンプ制御信号SAE1が“L”とな
り、トランジスタQp131で制御されるセンスレベル
電流を用いてメモリセル電流を判定し、その結果を判定
データDATA2とする。一方、判定データDATA1
が“L”であれば、センスアンプ制御信号SAE3が
“L”となり、トランジスタQp133で制御されるセ
ンスレベル電流を用いてメモリセル電流を判定し、その
結果を判定データDATA2とする。この判定データが
図36に示す有効データとなる。
【0150】このように、まず、判定データDATA1
が決定されてから判定データDATA2が決定され、2
ビットのデータを読み出しする。
【0151】本実施形態では、特別なリファレンスメモ
リセルを用いることなしに多値データの読み出しができ
る。また、メモリセル電流の判定をまず中間のセンスレ
ベル電流で判定した後にその判定データで次のセンスレ
ベル電流を決めるといういわゆるバイナリーサーチを行
い2回の判定回数で2ビットのデータを読み出すことが
できる。本実施形態は4値2ビットの実施形態である
が、さらに多い多値の場合でも同様にバイナリーサーチ
は可能である。
【0152】(第18実施形態)次に、第18実施形態
について、図37及び図38を参照しながら説明する。
【0153】本実施形態は、第17実施形態と同様にメ
モリセルに流れる電流値を複数個のセンスレベル電流を
有する電流検知型センスアンプで判定し、1つのメモリ
セルに流れる電流値で複数のデータ値を判定するもので
ある。特に、本実施形態では、電流検知型センスアンプ
はほぼ同時に複数個のセンスレベル電流でメモリセル電
流を判定できるように構成した点が特徴である。本実施
形態でも、3つのセンスレベル電流をもち、1つのメモ
リセルで4値、すなわち、2ビットのデータを記憶・読
み出しするものである。
【0154】図37は、本実施形態に係る複数個のセン
スレベル電流を有し同時に多値を判定する電流検知型セ
ンスアンプの電気回路図である。また、図38はこのセ
ンスアンプによる多値の読み出し方法を示すタイミング
図である。
【0155】図37に示すように、センスアンプ回路に
は、データ線信号線DLを受けてこれを反転した信号N
144を出力する否定回路INV141と、各々のゲー
トに制御信号を受ける3つのPチャネル型MOSトラン
ジスタQp141,Qp142,Qp143と、否定回
路INV141の出力信号144を各々のゲートに受け
る3つのNチャネル型トランジスタQn141,Qn1
42,Qn143とが前段部分に配置されている。ここ
で、各トランジスタQp141,Qp142,Qp14
3のソースは電源電圧VDDを供給する端子に接続さ
れ、ドレインは各トランジスタQn141,Qn14
2,Qn143のドレインにそれぞれ接続されている。
また、各トランジスタQn141,Qn142,Qn1
43のソースはデータ線(信号線L141)に共通に接
続されている。言い換えると、Pチャネル型MOSトラ
ンジスタとNチャネル型MOSトランジスタとを直列に
接続した3つの組が、電源電圧供給端子−データ線間に
互いに並列に接続されている。そして、トランジスタQ
p142のドレインとトランジスタQn142のドレイ
ンとに共通に接続される信号線を介して信号N142が
取り出され、この信号N142を否定回路により反転
し、この反転信号をDATA1として出力するようにし
ている。また、各トランジスタQp141,Qp14
2,Qp143のドレイン及び各トランジスタQn14
1,Qn142,Qn143のドレインにそれぞれ共通
に接続される信号線を介して取り出した3つの信号N1
41〜N143を、1つの否定回路及び3つの論理積の
否定回路を介して演算した結果をDATA2として出力
するようにしている。
【0156】次に、このセンスアンプの回路の動作につ
いて、図38のタイミング図を参照しながら説明する。
XCEはセンスアンプの起動信号である。まず、信号X
CEが“L”となり、次に、制御信号SAEが“L”と
なって、トランジスタQp141〜Qp143で制御さ
れるセンスレベル電流で3つの判定信号N141〜N1
43がほぼ同時に出力される。ここで、トランジスタQ
n141〜Qn143のうちトランジスタQn141の
しきい値が最も大きく、トランジスタQn143のしき
い値が最も小さく設定されている。このように、信号N
141〜N143を入力としたスタテイックな論理回路
を通して、データ信号DATA1,DATA2が出力さ
れる。図38に示す有効データは、この判定データを示
す。
【0157】本実施形態では、上記第17実施形態と同
様に、特別なリファレンスメモリセルを用いることなし
に多値データの読み出しができることとともに、第17
実施形態のような2段階でデータ信号DATA1、DA
TA2が決定されるものではなく、データ信号DATA
1とDATA2が1段階で決定されるので、高速にデー
タが読み出されるという利点がある。
【0158】(第19実施形態)本次に、第19実施形
態について、図39を参照しながら説明する。
【0159】本実施形態は、上記第8実施形態と同様
に、電圧検知信号の高低に応じてセンスレベル電流の特
性とメモリセルトランジスタの昇圧または非昇圧とを連
動させて切り換えるようにしたもので、半導体装置の動
作マージンの確認などの判定動作に関するものである。
【0160】図39は、本実施形態における電源電圧V
DDとメモリセル電流およびセンスアンプのセンスレベ
ル電流との関係を示す図である。同図において、曲線M
CON41はメモリセル電流の特性曲線、曲線SAL4
1Aは通常の読み出し時のセンスレベル電流の特性曲
線、曲線SAL41Bは例えば製品出荷時などに用いる
厳しい条件での読み出し時のセンスレベル電流の特性曲
線である。
【0161】第8実施形態でも説明したように、センス
レベル電流SAL41AおよびSAL41Bは電源電圧
VDDが4Vの箇所で低電圧側が非連続的に高くなるよ
う変化し、それぞれの電圧領域で下に凸の曲線である。
メモリセル電流MCON41も電源電圧VDDが4Vの
箇所で低電圧側が非連続的に高くなるよう変化し、それ
ぞれの電圧領域で上に凸の曲線である。センスレベル電
流の特性曲線とメモリセル電流の特性曲線がそれぞれ上
下に凸な曲線であるために、センスレベル電流とメモリ
セル電流との差が小さい部分がある。例えば低電圧では
電源電圧が1.5Vの箇所における直線L41A上で、
曲線SAL41B及びMCON41との交点間の距離D
41Aの長さ、高電圧では電源電圧が7.5Vの箇所に
おける直線L41B上で、曲線SAL41B及びMCO
N41との交点間の距離D41Bの長さが短い部分であ
る。すなわち、この電源電圧VDDが1.5V及び7.
5Vにおける動作マージンを考慮した判定を行うこと
は、動作マージンを十分有し信頼性の高い半導体装置を
得るために重要な事項である。そのため、本実施形態で
は、電源電圧1.5Vと7.5Vの2つの電圧領域で判
定を行っている。
【0162】ところで、動作が非連続となる電源電圧4
Vの点でセンスレベル電流とメモリセル電流との差が最
も小さくなる場合は、その電源電圧で検査を行うことが
必要となることもある。
【0163】また、ここでは、例えば製品出荷時等に用
いる厳しい条件での読み出し時のセンスレベル電流SA
L41Bを用いた例であるが、別の読み出し用のセンス
レベル電流を用いることも可能である。
【0164】
【発明の効果】本発明の半導体装置によれば、メモリセ
ルのオン状態やオフ状態が適正に設定されているか否か
を判定する際に、十分なマージンを持った厳しい判定を
行うことができ、よって、半導体装置の信頼性の向上を
図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施形態に係るセンスアンプ回路の電気回
路図である。
【図2】第1実施形態に係る電圧検知回路の電気回路図
である。
【図3】第1実施形態に係るセンスアンプ回路のセンス
レベル電流と電源電圧との関係を示す特性図である。
【図4】第1実施形態に係る電圧検知回路の出力信号と
電源電圧との関係を示す特性図である。
【図5】第2実施形態に係る電圧検知回路の電気回路図
である。
【図6】第2実施形態に係るセンスアンプ回路のセンス
レベル電流と電源電圧との関係を示す特性図である。
【図7】第2実施形態に係る電圧検知回路の出力信号と
電源電圧との関係を示す特性図である。
【図8】第3実施形態に係るセンスアンプ回路の電気回
路図である。
【図9】第3実施形態におけるデータ線電圧と電源電圧
との関係を示す特性図である。
【図10】第4実施形態に係るセンスアンプ回路の電気
回路図である。
【図11】第4実施形態におけるデータ線電圧と電源電
圧との関係を示す特性図である。
【図12】第5実施形態に係るセンスアンプ回路の電気
回路図である。
【図13】第5実施形態におけるデータ線電圧と電源電
圧との関係を示す特性図である。
【図14】第6実施形態に係るセンスアンプ回路の電気
回路図である。
【図15】第7実施形態に係る電圧検知回路の電気回路
図である。
【図16】第8実施形態に係る昇圧回路の電気回路図で
ある。
【図17】第8実施形態における昇圧ノードと電源電圧
との関係を示す特性図である。
【図18】第8実施形態に係るセンスアンプ回路のセン
スレベル電流及びメモリセル電流と電源電圧との関係を
示す特性図である。
【図19】第9実施形態に係るセンスアンプ回路の電気
回路図である。
【図20】第9実施形態に係るセンスアンプ回路のセン
スレベル電流及びメモリセル電流と電源電圧との関係を
示す特性図である。
【図21】第10実施形態に係るセンスアンプ回路の電
気回路図である。
【図22】第10実施形態に係るセンスアンプ回路のセ
ンスレベル電流及びメモリセル電流と電源電圧との関係
を示す特性図である。
【図23】第11実施形態に係る制御信号発生回路の電
気回路図である。
【図24】第11実施形態における各信号の波形を示す
タイミングチャートである。
【図25】第12実施形態に係るワード線制御回路の電
気回路図である。
【図26】第12実施形態に係るセンスアンプ回路のセ
ンスレベル電流及びメモリセル電流と電源電圧との関係
を示す特性図である。
【図27】第13実施形態に係るセンスアンプ回路のセ
ンスレベル電流及びメモリセル電流と電源電圧との関係
を示す特性図である。
【図28】第14実施形態に係るセンスアンプ回路の電
気回路図である。
【図29】第14実施形態に係るセンスアンプ回路のセ
ンスレベル電流及びメモリセル電流と電源電圧との関係
を示す特性図である。
【図30】第15実施形態に係るセンスアンプ回路の電
気回路図である。
【図31】第15実施形態におけるデータ線電圧と電源
電圧との関係を示す特性図である。
【図32】第15実施形態に係るセンスアンプ回路のセ
ンスレベル電流及びメモリセル電流と電源電圧との関係
を示す特性図である。
【図33】第16実施形態に係るワード線制御回路の電
気回路図である。
【図34】第16実施形態に係るセンスアンプ回路のセ
ンスレベル電流及びメモリセル電流と電源電圧との関係
を示す特性図である。
【図35】第17実施形態に係る複数のセンスレベル電
流を有するセンスアンプ回路の電気回路図である。
【図36】第17実施形態におけるデータの読み出し方
法を示すタイミングチャートである。
【図37】第18実施形態に係る複数のセンスレベル電
流を有し、かつ多値データ判定機能を有するセンスアン
プ回路の電気回路図である。
【図38】第18実施形態におけるセンスアンプ回路の
動作を示すタイミングチャートである。
【図39】第19実施形態に係るセンスアンプ回路のセ
ンスレベル電流及びメモリセル電流と電源電圧との関係
を示す特性図である。
【図40】従来のセンスアンプ回路の電気回路図であ
る。
【図41】従来のセンスアンプ回路のセンスレベル電流
と電源電圧との関係を示す特性図である。
【図42】従来のデータ線電圧と電源電圧との関係を示
す特性図である。
【図43】従来のセンスアンプ回路のセンスレベル電流
及びメモリセル電流と電源電圧との関係を示す特性図で
ある。
【符号の説明】
Qp Pチャネルトランジスタ Qn Nチャネルトランジスタ Qm メモリセルトランジスタ VDT0 電圧検知信号 SAE 制御信号 DL データ線信号 WL ワード線信号 VDD 電源電圧 VSS 接地電圧 INV 否定回路 NAND 論理積の否定回路 L 信号線 VSALC センスレベル電流 VCON メモリセルオン電流 VCOFF メモリセルオフ電流
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G11C 17/00 612B

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 メモリセルと、 上記メモリセルに接続されるデータ線と、 電源電圧を供給する電圧供給手段と、 上記メモリセルのデータの通常読み出しを指令する第1
    の制御信号を入力する第1の制御信号入力手段と、 上記メモリセルに流れる電流値の判定を指令する第2の
    制御信号を入力する第2の制御信号入力手段と、 上記第1及び第2の制御信号入力手段,上記電圧供給手
    段及び上記データ線に接続され、上記第1及び第2の制
    御信号を受けたときに上記電圧供給手段から上記データ
    線に流れる電流を上記電源電圧に応じたセンスレベルで
    検知する電流検知手段と、 上記第2の制御信号入力手段に接続され、上記判定時に
    上記メモリセルに流れる電流と上記電流検知手段で検知
    される電流値との差が通常読み出し状態における両者の
    差よりも縮小されるよう切り換えるレベル切換手段とを
    備えたことを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の半導体装置において、 上記電流検知手段は、上記センスレベル電流の電源電圧
    に対する依存特性として互いに異なる複数の依存特性を
    有するものであり、 上記レベル切換手段は、上記第1及び第2制御信号入力
    手段及び上記電流検知手段に接続され、上記電流検知手
    段におけるセンスレベル電流の電源電圧に対する依存特
    性を、上記第1制御信号を受けたときと上記第2制御信
    号を受けたときとで上記複数の依存特性のうち互いに異
    なる依存特性に切り換えるものであることを特徴とする
    半導体装置。
  3. 【請求項3】 請求項2記載の半導体装置において、 上記第2制御信号は、オン状態にあるメモリセルの電流
    値の判定を指令するものであり、 上記レベル切換手段は、上記電流検知手段におけるセン
    スレベル電流の電源電圧に対する依存特性を、上記第2
    制御信号を受けたときには上記第1制御信号を受けたと
    きよりもセンスレベル電流が高い側の依存特性に切り換
    えることを特徴とする半導体装置。
  4. 【請求項4】 請求項3記載の半導体装置において、 上記第2制御信号は、オン状態にあるメモリセルの初期
    の電流の判定を指令するものであり、 上記レベル切換手段は、上記第2制御信号の指令による
    上記電流検知手段におけるセンスレベル電流の電源電圧
    に対する依存特性を、上記複数の依存特性のうち最もセ
    ンスレベル電流の高い依存特性にすることを特徴とする
    半導体装置。
  5. 【請求項5】 請求項3記載の半導体装置において、 上記第2制御信号は、オン状態にあるメモリセルの電流
    値の判定を複数回に亘って指令するものであり、 上記レベル切換手段は、上記第2制御信号の指令による
    上記電流検知手段におけるセンスレベル電流の電源電圧
    に対する依存特性を、上記第2制御信号の複数回の指令
    のうち後の指令になるほど順次センスレベル電流の高い
    依存特性に変化させていくことを特徴とする半導体装
    置。
  6. 【請求項6】 請求項1記載の半導体装置において、 上記第2制御信号は、オン状態にあるメモリセルの電流
    値の判定を指令するものであり、 上記レベル切換手段は、上記第2制御信号を受けたとき
    には上記第1制御信号を受けたときよりも上記メモリセ
    ルに流れる電流を少なくするよう制御することを特徴と
    する半導体装置。
  7. 【請求項7】 請求項6記載の半導体装置において、 上記メモリセルに接続されるワード線と、 上記ワード線に電圧を供給するとともに、その電圧を複
    数の電圧値に切り換え可能に構成されたワード線電圧供
    給手段とをさらに備え、 上記レベル切換手段は、上記第2制御信号を受けたとき
    には上記第1制御信号を受けたときよりも上記ワード線
    の電位を低くすることを特徴とする半導体装置。
  8. 【請求項8】 請求項6記載の半導体装置において、 上記第2制御信号によるオン状態にあるメモリセルの電
    流値の判定は、高温で行われるものであり、 上記レベル切換手段は、上記ワード線電圧供給手段の電
    圧値を、上記第2制御信号を受けたときには上記第1制
    御信号を受けたときよりも高くするように切り換えるこ
    とを特徴とする半導体装置。
  9. 【請求項9】 請求項2記載の半導体装置において、 上記第2制御信号は、オフ状態にあるメモリセルの電流
    値の判定を指令するものであり、 上記レベル切換手段は、上記電流検知手段におけるセン
    スレベル電流の電源電圧に対する依存特性を、上記第2
    制御信号を受けたときには上記第1制御信号を受けたと
    きよりもセンスレベル電流が低い側の依存特性に切り換
    えることを特徴とする半導体装置。
  10. 【請求項10】 請求項1記載の半導体装置において、 上記第2制御信号は、オフ状態にあるメモリセルの電流
    値の判定を指令するものであり、 上記レベル切換手段は、上記第2制御信号を受けたとき
    には上記第1制御信号を受けたときよりも上記メモリセ
    ルに流れる電流を高くするよう制御することを特徴とす
    る半導体装置。
  11. 【請求項11】 請求項10記載の半導体装置におい
    て、 上記データ線に電圧を供給するデータ線電圧供給手段を
    さらに備え、 上記レベル切換手段は、上記データ線電圧供給手段によ
    り供給されるデータ線電圧を、上記第2制御信号を受け
    たときには上記第1制御信号を受けたときよりも上記デ
    ータ線の電圧を高くするよう上記データ線電圧供給手段
    を制御することを特徴とする半導体装置。
  12. 【請求項12】 請求項6記載の半導体装置において、 上記メモリセルに接続されるワード線と、 上記ワード線に電圧を供給するとともに、その電圧を複
    数の電圧値に切り換え可能に構成されたワード線電圧供
    給手段とをさらに備え、 上記レベル切換手段は、上記第1制御信号を受けたとき
    には上記第1制御信号を受けたときよりも上記ワード線
    の電位を低くすることを特徴とする半導体装置。
  13. 【請求項13】 請求項6記載の半導体装置において、 上記メモリセルに接続されるワード線と、 上記ワード線に電圧を供給するとともに、その電圧を複
    数の電圧値に切り換え可能に構成されたワード線電圧供
    給手段とをさらに備え、 上記メモリセルのしきい値は可変に構成されており、 上記第2制御信号によるオフ状態にあるメモリセルの電
    流値の判定は、上記メモリセルの過消去を行った後のし
    きい値を高くするためリバース動作を指令するものであ
    り、 上記レベル切換手段は、上記第2制御信号を受けたとき
    には上記データ線に上記メモリセルのソースよりも高い
    電圧を印加し、上記ワード線に上記データ線に印加され
    る電圧と上記メモリセルのソースに印加される電圧との
    間の電圧を印加するよう制御することを特徴とする半導
    体装置。
  14. 【請求項14】 請求項10記載の半導体装置におい
    て、 上記メモリセルに接続されるワード線と、 上記ワード線に電圧を供給するとともに、その電圧を複
    数の電圧値に切り換え可能に構成されたワード線電圧供
    給手段とをさらに備え、 上記第2制御信号によるオン状態にあるメモリセルの電
    流値の判定は、高温で行われるものであり、 上記レベル切換手段は、上記ワード線電圧供給手段の電
    圧値を、上記第2制御信号を受けたときには上記第1制
    御信号を受けたときよりも高くするように切り換えるこ
    とを特徴とする半導体装置。
  15. 【請求項15】 請求項3記載の半導体装置において、 上記第2制御信号は、オン状態のメモリセルに対する電
    流値の判定を、上記メモリセルに流れる電流値と上記セ
    ンスレベル電流との電流差がある電流値以下の電源電圧
    領域のうち少なくとも2つ以上の電源電圧でメモリセル
    に流れる電流値を判定することにより行うよう指令する
    ことを特徴とする半導体装置。
  16. 【請求項16】 請求項2記載の半導体装置において、 上記第2制御信号は、複数データの読み出し判定を指令
    するものであり、 上記レベル切換手段は、上記第2制御信号を受けたとき
    上記電流検知手段の有する複数個のセンスレベル電流を
    順次変更して用いるよう指令するものであり、 上記メモリセルに流れる電流値を判定することによっ
    て、1つのメモリセルに流れる電流値で複数のデータ値
    を判定することが可能に構成されていることを特徴とす
    る半導体装置。
  17. 【請求項17】 請求項16記載の半導体装置におい
    て、 上記電流検知手段は、センスレベル電流の低い方から順
    に第1,第2及び第3のセンスレベル電流を有するもの
    であり、 上記レベル切換手段は、上記第2のセンスレベル電流で
    メモリセルに流れる電流値を判定した後に、上記第1又
    は第3のセンスレベル電流でメモリセルに流れる電流値
    を判定することによって、1つのメモリセルに流れる電
    流値で複数のデータ値を判定することを特徴とする半導
    体装置。
  18. 【請求項18】 メモリセルと、 上記メモリセルに接続されるデータ線と、 上記データ線にソースが接続される少なくとも第1,第
    2トランジスタを含む複数のトランジスタと、 上記第1,第2を含む複数のトランジスタのドレインと
    電源との間にそれぞれ介設され、かつ各々のゲートに共
    通の第1の信号が印加される少なくとも第3,第4のト
    ランジスタを含む複数のトランジスタとを備え、 上記第1のトランジスタと第2のトランジスタとの電流
    能力あるいはしきい値が異なるように構成されており、 上記第1のトランジスタのドレインの信号および上記第
    2のトランジスタのドレインの信号により、1つのメモ
    リセルに流れる電流値で複数のデータ値を判定すること
    が可能に構成されていることを特徴とする半導体装置。
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KR100571276B1 (ko) 2005-03-25 2006-04-13 매그나칩 반도체 유한회사 비휘발성 메모리 셀로 이루어진 풀-업 드라이버를 구비한센스 앰프
CN115394338A (zh) * 2021-07-30 2022-11-25 台湾积体电路制造股份有限公司 记忆体及其操作方法

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