JP2017174484A - 半導体記憶装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】リーク電流を遮断すること。
【解決手段】本発明に係る半導体記憶装置10は、第1のワード線と、第1のソース線と、ビット線とに接続される第1のトランジスタ110を有する第1のメモリセルと、第2のワード線と、第2のソース線と、ビット線とに接続される第2のトランジスタ120を有する第2のメモリセル12と、第1のトランジスタ110と同一構造であり、ダミーワード線と、ダミーソース線と、ダミービット線とに接続されるダミートランジスタ13と、第1のメモリセル11にデータを書き込むための所定電圧を第1のワード線に印加する場合、ダミービット線を第2のソース線と接続し、上記所定電圧を第1のダミーワード線に印加する電圧制御回路14とを備える。
【選択図】図17

Description

本発明は、半導体記憶装置に関し、例えばメモリセルにデータを書き込むときに発生するリーク電流を遮断する技術に関する。
特許文献1には、メモリセルのソース−ドレイン間に一定の電流を流して書き込みを行う回路が開示されている。この回路では、選択ソース線にソース電圧を印加し、選択ワード線にゲート電圧を印加することで、電流源回路により選択ソース線−選択セルのソース−選択セルのドレイン−選択ビット線の経路で予め設定された定電流を流す。このとき、選択メモリセルに定電流が流れて発生するチャネルホットエレクトロンがフローティングゲートに注入されることにより、選択メモリセルにデータが書き込まれる。
これに対して、特許文献2には、非選択メモリセルが流すリーク電流を遮断することを目的とした半導体メモリが開示されている。この半導体メモリでは、データがプログラムされるメモリセルを含むメモリセルの行に接続されたソース線を高レベル電圧に設定するとともに、データがプログラムされないメモリセルの行に接続されたソース線を選択ゲート線の低レベル電圧より高く、かつ非選択のビット線の高レベル電圧より低く設定する。
特開2005−276347号公報 特開2011−170941号公報
しかし、非選択メモリセルにおいて、ソース線に印加される電圧が、ビット線に印加される電圧よりも低すぎても高すぎてもサブスレッショルド・リーク電流を完全には遮断できないという問題がある。以下、図19〜図21を参照して、そのような問題が発生する例について説明する。なお、以下の説明は、本願発明者が独自に検討した内容であり、従来技術を説明するものではない。
図19に示す例では、非選択セクタのメモリセルは、消去状態とされており、制御ゲート線、ソース線及びワード線に0Vの電圧が印加されている。なお、消去状態とは、メモリセルにデータとして“1”が書き込まれている状態である。そして、選択セクタのメモリセルに書き込みを行う場合、選択セクタのメモリセルは、制御ゲート線に10.5Vの電圧が印加され、ソース線に4.5Vの電圧が印加され、ワード線に1Vの電圧が印加されるものとする。ここで、選択セクタのメモリセルの選択トランジスタの閾値電圧が0.6Vであるものとする。なお、ここでは、閾値電圧は、選択トランジスタが1μAの書き込み電流を流すのに必要なゲート−ソース間電圧(Vgs)である。
この場合、ビット線の電圧は、選択セクタのメモリセルのワード線に印加された電圧(1V)よりも選択トランジスタの閾値電圧(0.6V)だけ低い電圧(0.4V)になる。よって、非選択セクタのメモリセルでは、ソース線に印加される電圧(0V)よりも、ビット線に印加される電圧(0.4V)の方が高い。そして、消去状態のメモリセルでは、メモリトランジスタのフローティングゲートの下にチャネルが形成されているため、ビット線からソース線に向かってサブスレッショルド・リーク電流が流れる。
ここで、1ビット分のメモリセルあたりのリーク電流は、微小(例えばpAオーダー)である。ここで、図19では、説明の簡略化のため、2つのメモリセルが含まれるセクタが3つ存在する例について示している。しかしながら、ビット線には、通常であれば、例えば1Kビット分のメモリセルが繋がっている。したがって、ビット線に接続される全ての非選択メモリセルのリーク電流の合計は、μAオーダーとなる(図19では例えば0.2μA)。なお、図19に示すビット線の電圧(0.4V)は、リーク電流がない場合の電圧値であり、実際にはリーク電流によって低下する(例えば0.3Vに低下する)。
これに対して、図20に示すように、非選択セクタのメモリセルのソース線に0.1Vの電圧を印加したものとする。しかしながら、このように、ソース線に電圧を印加したとしても、ソース線に印加される電圧(0.1V)が、ビット線に印加される電圧(0.4V)よりも低すぎる場合には、サブスレッショルド・リーク電流を完全に遮断することができない。なお、図20に示すビット線の電圧(0.4V)は、リーク電流がない場合の電圧値であり、実際にはリーク電流によって低下する(例えば0.35Vに低下する)。
一方で、図21に示すように、非選択セクタのメモリセルのソース線に1.5Vの電圧を印加したものとする。しかしながら、このように、ソース線に印加される電圧(1.5V)が、ビット線に印加される電圧(0.4V)よりも高すぎる場合には、逆に、ソース線からビット線に向かってサブスレッショルド・リーク電流が流れる。なお、図21に示すビット線の電圧(0.4V)は、リーク電流がない場合の電圧値であり、実際にはリーク電流によって上昇する(例えば0.5Vに上昇する)。
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
一実施の形態によれば、半導体記憶装置は、第1のメモリセルにデータを書き込むための所定電圧を第1のメモリセルに接続されるワード線に印加する場合、ダミートランジスタに接続されるダミービット線を第2のメモリセルに接続されるソース線と接続し、上記所定電圧をダミートランジスタのダミーワード線に印加するものである。
前記一実施の形態によれば、リーク電流を遮断することができる。
実施の形態1に係る半導体記憶装置の構成を示す図である。 実施の形態1に係るメモリセルアレイの構成を示す図である。 実施の形態1に係るメモリセルアレイにおける、最外周からの距離と、ゲートポリシリコン高さとの関係を示す図である。 実施の形態1に係る半導体記憶装置の書き込み動作を示すタイミングチャートである。 実施の形態1に係る書き込み回路と、電圧バッファ回路の周辺回路の詳細な構成を示す図である。 実施の形態1の変形例に係る半導体記憶装置の書き込み動作を示すタイミングチャートである。 書き込みをしているメモリセルにおける、ビット線の電圧の温度依存性を示す図である。 実施の形態2に係る半導体記憶装置の構成を示す図である。 目ずれの影響による偶数ワード線と奇数ワード線のメモリセルの各々への書き込み時のビット線の電圧の差を示す図である。 実施の形態3に係る半導体記憶装置の構成を示す図である。 実施の形態3に係る半導体記憶装置の書き込み動作を示すタイミングチャートである。 実施の形態3に係る書き込み回路と、定電流回路と、電圧バッファ回路の周辺回路の詳細な構成を示す図である。 実施の形態3の変形例に係る半導体記憶装置の書き込み動作を示すタイミングチャートである。 実施の形態4に係る半導体記憶装置の構成を示す図である。 実施の形態4に係る半導体記憶装置の書き込み動作(“0”を書き込む場合)を示すタイミングチャートである。 実施の形態4に係る半導体記憶装置の書き込み動作(“1”を書き込む場合)を示すタイミングチャートである。 実施の形態1〜3に係る半導体記憶装置の概略構成を示す図である。 実施の形態4に係る半導体記憶装置の概略構成を示す図である。 第1の比較例に係る半導体記憶装置を示す図である。 第2の比較例に係る半導体記憶装置を示す図である。 第3の比較例に係る半導体記憶装置を示す図である。
以下、図面を参照しながら、好適な実施の形態について説明する。以下の実施の形態に示す具体的な数値等は、実施の形態の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、それに限定されるものではない。例えば、以下の実施の形態で例示する電流値及び電圧値も、それらに限定されるものではなく、異なる値を任意に予め定めるようにしてもよい。また、以下の記載及び図面では、説明の明確化のため、当業者にとって自明な事項については、適宜、省略及び簡略化がなされている。
<実施の形態1>
(実施の形態1の構成)
以下、図面を参照して、実施の形態1について説明する。まず、図1を参照して、本実施の形態1に係る半導体記憶装置1の構成について説明する。半導体記憶装置1は、不揮発性の半導体記装置である。半導体記憶装置1は、より具体的には、不揮発性メモリ(フラッシュメモリ)である。
図1に示すように、半導体記憶装置1は、複数のメモリセルMC0〜MC7と、複数のダミーメモリセルMCdmy0、MCdmy1と、複数のワード線ドライバWLDRV1〜WLDRV3、WLDRVdmy0と、複数の制御ゲート線ドライバCGDRV0、CGDRV1、CGDRVdmyと、複数のソース線ドライバSLDRV0、SLDRV1、SLDRVdmyと、複数の書き込み回路WC、WCdmyと、電圧バッファ回路BUFとを有する。
また、半導体記憶装置1は、複数のワード線WL0〜WL3と、ダミーワード線WLdmy0と、複数の制御ゲート線CG0、CG1と、ダミー制御ゲート線CGdmyと、複数のソース線SL0、SL1と、ダミーソース線SLdmyと、複数のビット線BL0、BL1と、ダミービット線BLdmyとを有する。
なお、半導体記憶装置1は、構成を簡略化して図示している。半導体記憶装置1は、実際には、図1に示すダミーメモリセルMCdmy0、MCdmy1以外にも、さらに多くのダミーメモリセルを示しているが、それらに対する符号の図示は省略している。また、半導体記憶装置1は、実際には、さらに多くのワード線、制御ゲート線、ソース線及びビット線を有しているが、それらの図示も省略している。また、半導体記憶装置1は、それらの数に応じて、さらに多くのメモリセル、ダミーメモリセル、ワード線ドライバ、制御ゲート線ドライバ及びソース線ドライバ等を有しているが、それらの図示も省略している。
すなわち、メモリセルMC0〜MC7を含む複数のメモリセルと、ダミーメモリセルMCdmy0、MCdmy1を含む複数のダミーメモリセルとによってメモリセルアレイが構成されている。
メモリセルMC0は、選択トランジスタST0と、メモリトランジスタMT0とを有する。選択トランジスタST0は、読み出し動作時及び書き込み動作時の各々で、データを読み出す又はデータを書き込むメモリセルを選択するためのトランジスタである。メモリトランジスタMT0は、データを記憶するためのトランジスタである。メモリトランジスタMT0は、電荷を蓄積するためのフローティングゲートと、制御ゲート線CG0に接続される制御ゲートとを有する。なお、電荷蓄積方式として、チャージトラップ膜を用いてもよい。一方、選択トランジスタST0は、ワード線WL0に接続される制御ゲートを有するが、電荷を蓄積するためのフローティングゲートは有さない。他のメモリセルMC1〜MC7も、メモリセルMC0と同一構造である。すなわち、メモリセルMC1〜MC7の各々は、選択トランジスタST1〜ST7の各々、及び、メモリトランジスタMT1〜MT7の各々を有する。
なお、以下の説明では、特に断る場合を除き、データの書き込みと言った場合には、メモリセルにデータとして“0”を書き込むことを言う。
ここで、図1の横方向を「行」と定義し、図1の縦方向を「列」と定義して説明する。メモリセルアレイにおいて、メモリセルMC0〜MC3は同一の列に属し、メモリセルMC4〜MC7は同一の列に属する。また、メモリセルアレイにおいて、メモリセルMC0、MC4は同一の行に属し、メモリセルMC1、MC5は同一の行に属し、メモリセルMC2、MC6は同一の行に属し、メモリセルMC3、MC7は同一の行に属する。
同一の行に属するメモリセルは、同一のワード線が接続されている。奇数行目の同一の行に属するメモリセルと、その次の偶数行目の同一の行に属するメモリセルは、同一の制御ゲート線と、同一のソース線とが接続されている。同一の列に属するメモリセルは、同一のビット線が接続されている。
より具体的には、メモリセルMC0、MC1、MC4、MC5のメモリトランジスタMT0、MT1、MT4、MT5の第1の端子は、制御ゲート線CG0が接続されている。メモリセルMC2、MC3、MC6、MC7のメモリトランジスタMT2、MT3、MT6、MT7の第1の端子は、制御ゲート線CG1が接続されている。
メモリセルMC0、MC4の選択トランジスタST0、ST4の第1の端子は、ワード線WL0が接続されている。メモリセルMC1、MC5の選択トランジスタST1、ST5の第1の端子は、ワード線WL1が接続されている。メモリセルMC2、MC6の選択トランジスタST2、ST6の第1の端子は、ワード線WL2が接続されている。メモリセルMC3、MC7の選択トランジスタST3、ST7の第1の端子は、ワード線WL3が接続されている。第1の端子は、ゲート(制御ゲート)として機能する。
メモリセルMC0、MC1、MC4、MC5のメモリトランジスタMT0、MT1、MT4、MT5の第2の端子は、ソース線SL0が接続されている。メモリセルMC2、MC3、MC6、MC7のメモリトランジスタMT2、MT3、MT6、MT7の第2の端子は、ソース線SL1が接続されている。
メモリセルMC0、MC1、MC4、MC5の選択トランジスタST0、ST1、ST4、ST5の第2の端子の各々は、メモリトランジスタMT0、MT1、MT4、MT5の各々を介して、ソース線SL0が接続されている。メモリセルMC2、MC3、MC6、MC7の選択トランジスタST2、ST3、ST6、ST7の第2の端子の各々は、メモリトランジスタMT2、MT3、MT6、MT7の各々を介して、ソース線SL1が接続されている。
メモリセルMC0〜MC3の選択トランジスタST0〜ST3の第3の端子は、ビット線BL0が接続されている。メモリセルMC4〜MC7の選択トランジスタST4〜ST7の第3の端子は、ビット線BL1が接続されている。
メモリセルMC0〜MC3のメモリトランジスタMT0〜MT3の第3の端子の各々は、選択トランジスタST0〜ST3の各々を介して、ビット線BL0が接続されている。メモリセルMC4〜MC7のメモリトランジスタMT4〜MT7の第3の端子の各々は、選択トランジスタST4〜ST7の各々を介して、ビット線BL1が接続されている。
すなわち、選択トランジスタST0〜ST7の第2の端子の各々は、メモリトランジスタMT0〜MT7の第3の端子の各々と接続されている。第2の端子及び第3の端子は、ソース又はドレインとして機能する。例えば、書き込み動作時には、ビット線の電圧よりもソース線の電圧の方が高くなり、第2の端子がドレインとして機能し、第3の端子がソースとして機能する。一方、読み出し動作時には、ソース線の電圧よりもビット線の電圧の方が高くなり、第2の端子がソースとして機能し、第3の電圧がドレインとして機能する。
ここで、半導体記憶装置1は、複数のセクタを有する。図1の例では、第1のセクタ(図1の「セクタ0」)は、メモリセルMC0、MC1、MC4、MC5を有する。第2のセクタ(図1の「セクタ1」)は、メモリセルMC2、MC3、MC6、MC7を有する。
ワード線ドライバWLDRV0は、ワード線WL0が接続されている。ワード線ドライバWLDRV0は、ワード線WL0に接続されたメモリセルMC0、MC4のいずれかにデータを書き込む場合、ワード線WL0に高レベルの電圧(1V)を印加する。一方、ワード線ドライバWLDRV0は、ワード線WL0に接続されたメモリセルMC0、MC4のいずれにもデータを書き込まない場合には、ワード線WL0に低レベルの電圧(0V)を印加する。なお、このように、同一の回路に関して、「高レベルの電圧」及び「低レベルの電圧」と言った場合には、「高レベルの電圧」は第1の電圧を意味し、「低レベルの電圧」は第1の電圧よりも低い第2の電圧を意味する。これについては、以降の説明でも同様である。
ワード線ドライバWLDRV1は、ワード線WL1が接続されている。ワード線ドライバWLDRV1は、ワード線WL1に接続されたメモリセルMC1、MC5のいずれかにデータを書き込む場合、ワード線WL1に高レベルの電圧(1V)を印加する。一方、ワード線ドライバWLDRV1は、ワード線WL1に接続されたメモリセルMC1、MC5のいずれにもデータを書き込まない場合には、ワード線WL1に低レベルの電圧(0V)を印加する。
ワード線ドライバWLDRV2は、ワード線WL2が接続されている。ワード線ドライバWLDRV2は、ワード線WL2に接続されたメモリセルMC2、MC6のいずれかにデータを書き込む場合、ワード線WL2に高レベルの電圧(1V)を印加する。一方、ワード線ドライバWLDRV2は、ワード線WL2に接続されたメモリセルMC2、MC6のいずれにもデータを書き込まない場合には、ワード線WL2に低レベルの電圧(0V)を印加する。
ワード線ドライバWLDRV3は、ワード線WL3が接続されている。ワード線ドライバWLDRV3は、ワード線WL3に接続されたメモリセルMC3、MC7のいずれかにデータを書き込む場合、ワード線WL3に高レベルの電圧(1V)を印加する。一方、ワード線ドライバWLDRV3は、ワード線WL3に接続されたメモリセルMC3、MC7のいずれにもデータを書き込まない場合には、ワード線WL3に低レベルの電圧(0V)を印加する。
制御ゲート線ドライバCGDRV0は、制御ゲート線CG0が接続されている。制御ゲート線ドライバCGDRV0は、制御ゲート線CG0に接続されたメモリセルMC0、MC1、MC4、MC5のいずれかにデータを書き込む場合、制御ゲート線CG0に高レベルの電圧(10.5V)を印加する。一方、制御ゲート線ドライバCGDRV0は、制御ゲート線CG0に接続されたメモリセルMC0、MC1、MC4、MC5のいずれにもデータを書き込まない場合には、制御ゲート線CG0に低レベルの電圧(0V)を印加する。
制御ゲート線ドライバCGDRV1は、制御ゲート線CG1が接続されている。制御ゲート線ドライバCGDRV1は、制御ゲート線CG1に接続されたメモリセルMC2、MC3、MC6、MC7のいずれかにデータを書き込む場合、制御ゲート線CG1に高レベルの電圧(10.5V)を印加する。一方、制御ゲート線ドライバCGDRV1は、制御ゲート線CG1に接続されたメモリセルMC2、MC3、MC6、MC7のいずれにもデータを書き込まない場合には、制御ゲート線CG1に低レベルの電圧(0V)を印加する。
ソース線ドライバSLDRV0は、ソース線SL0が接続されている。ソース線ドライバSLDRV0は、ソース線SL0に接続されたメモリセルMC0、MC1、MC4、MC5のいずれかにデータを書き込む場合、ソース線SL0に高レベルの電圧(4.5V)を印加する。一方、ソース線ドライバSLDRV0は、ソース線SL0に接続されたメモリセルMC0、MC1、MC4、MC5のいずれにもデータを書き込まない場合には、ソース線SL0に低レベルの電圧(電圧値は後述)を印加する。
ソース線ドライバSLDRV1は、ソース線SL1が接続されている。ソース線ドライバSLDRV1は、ソース線SL1に接続されたメモリセルMC2、MC3、MC6、MC7のいずれかにデータを書き込む場合、ソース線SL1に高レベルの電圧(4.5V)を印加する。一方、ソース線ドライバSLDRV1は、ソース線SL1に接続されたメモリセルMC2、MC3、MC6、MC7のいずれにもデータを書き込まない場合には、ソース線SL1に低レベルの電圧(電圧値は後述)を印加する。
書き込み回路WCは、ビット線BL0、BL1が接続されている。書き込み回路WCは、ビット線BL0に接続されたメモリセルMC0〜MC3のいずれかにデータを書き込む場合、メモリセルMC0〜MC7に誤書き込みが行われない電圧レベルの電圧(1.5V)を、全てのビット線BL0、BL1に印加する。その後、書き込み回路WCは、ビット線BL1に接続されたメモリセルMC4〜MC7のいずれにもデータを書き込まず、かつ、ビット線BL0に接続されたメモリセルMC0〜MC3のいずれかにデータを書き込む場合、ビット線BL0に定電流(1μA)を印加するとともに、ビット線BL1には上記電圧の印加を継続する。一方、書き込み回路WCは、ビット線BL0に接続されたメモリセルMC0〜MC3のいずれにもデータを書き込まず、かつ、ビット線BL1に接続されたメモリセルMC4〜MC7のいずれかにデータを書き込む場合、ビット線BL1に定電流(1μA)を印加するとともに、ビット線BL0には上記電圧の印加を継続する。
より具体的には、書き込み回路WCは、スイッチWSW0〜WSW3と、電流源回路WCC0と、電源電圧回路WVC0、WVC1とを有する。ビット線BL0は、スイッチWSW0を介して電流源回路WCC0に接続されており、スイッチWSW1を介して電源電圧回路WVC0に接続されている。ビット線BL1は、スイッチWSW2を介して電流源回路WCC0に接続されており、スイッチWSW3を介して電源電圧回路WVC1に接続されている。電流源回路WCC0は、グランドと接続されている。言い換えると、ビット線BL0は、スイッチWSW0及び電流源回路WCC0を介してグランドと接続されており、ビット線BL1は、スイッチWSW2及び電流源回路WCC0を介してグランドと接続されている。
スイッチWSW0とスイッチWSW1は、排他的にオンにされる。すなわち、書き込み回路WCは、ビット線BL0に定電流を印加する場合、スイッチWSW0をオンにするとともに、スイッチWSW1をオフにする。これにより、ビット線BL0に対して電流源回路WCC0が電気的に接続され、電源電圧回路WVC0が電気的に非接続となり、ビット線BL0に電流源回路WCC0が生成した定電流(1μA)が印加される。一方、書き込み回路WCは、ビット線BL0に電圧を印加する場合、スイッチWSW0をオフにするとともに、スイッチWSW1をオンにする。これにより、ビット線BL0に対して電流源回路WCC0が電気的に非接続となり、電源電圧回路WVC0が電気的に接続され、ビット線BL0に電源電圧回路WVC1が生成した電圧(1.5V)が印加される。
例えば、スイッチWSW0は、N型MOSトランジスタであり、スイッチWSW1は、P型MOSトランジスタである。そして、スイッチWSW0及びスイッチWSW1のゲートに同一のゲート電圧を印加することで、上述の排他的なオンが可能とされている。
スイッチWSW2とスイッチWSW3は、排他的にオンにされる。すなわち、書き込み回路WCは、ビット線BL1に定電流を印加する場合、スイッチWSW2をオンにするとともに、スイッチWSW3をオフにする。これにより、ビット線BL1に対して電流源回路WCC0が電気的に接続され、電源電圧回路WVC1が電気的に非接続となり、ビット線BL1に電流源回路WCC0が生成した定電流(1μA)が印加される。一方、書き込み回路WCは、ビット線BL1に電圧を印加する場合、スイッチWSW2をオフにするとともに、スイッチWSW3をオンにする。これにより、ビット線BL1に対して電流源回路WCC0が電気的に非接続となり、電源電圧回路WVC1が電気的に接続され、ビット線BL1に電源電圧回路WVC1が生成した電圧(1.5V)が印加される。
例えば、スイッチWSW2は、N型MOSトランジスタであり、スイッチWSW3は、P型MOSトランジスタである。そして、スイッチWSW2及びスイッチWSW3のゲートに同一のゲート電圧を印加することで、上述の排他的なオンが可能とされている。
ダミーメモリセルMCdmy0、MCdmy1は、メモリセルMC0〜MC7と同一構造である。すなわち、ダミーメモリセルMCdmy0は、メモリトランジスタMTdmy0と、選択トランジスタSTdmy0とを有する。また、ダミーメモリセルMCdmy1は、メモリトランジスタMTdmy1と、選択トランジスタSTdmy1とを有する。
よって、メモリトランジスタMT0〜MT7、MTdmy0、MTdmy1の各々は、同一構造である。選択トランジスタST0〜ST7、STdmy0、STdmy1の各々は、同一構造である。
ダミーメモリセルMCdmy0は、ダミーワード線WLdmy0、ダミー制御ゲート線CGdmy、ダミーソース線SLdmy、及び、ダミービット線BLdmyが接続されている。ダミーメモリセルMCdmy1は、ダミー制御ゲート線CGdmy、ダミーソース線SLdmy、及び、ダミービット線BLdmyが接続されている。なお、ダミーメモリセルMCdmy1には、ダミーワード線は接続されない。
より具体的には、ダミーメモリセルMCdmy0、MCdmy1のメモリトランジスタMTdmy0、MTdmy1の第1の端子は、ダミー制御ゲート線CGdmyが接続されている。ダミーメモリセルMCdmy0の選択トランジスタSTdmy0の第1の端子は、ダミーワード線WLdmy0が接続されている。ダミーメモリセルMCdmy1の選択トランジスタSTdmy1の第1の端子は、グランドに接続されている。第1の端子は、ゲート(制御ゲート)として機能する。
ダミーメモリセルMCdmy0、MCdmy1のメモリトランジスタMTdmy0、MTdmy1の第2の端子は、ダミーソース線SLdmyが接続されている。ダミーメモリセルMCdmy0、MCdmy1の選択トランジスタSTdmy0、STdmy1の第2の端子の各々は、メモリトランジスタMTdmy0、MTdmy1の各々を介して、ダミーソース線SLdmyが接続されている。
ダミーメモリセルMCdmy0、MCdmy1のメモリトランジスタMTdmy0、MTdmy1の第3の端子の各々は、選択トランジスタSTdmy0、STdmy1の各々を介して、ダミービット線BLdmyが接続されている。ダミーメモリセルMCdmy0、MCdmy1の選択トランジスタSTdmy0、STdmy1の第3の端子は、ダミービット線BLdmyが接続されている。
すなわち、選択トランジスタSTdmy0、STdmy1の第2の端子の各々は、メモリトランジスタMT0dmy0、MTdmy1の第3の端子の各々と接続されている。第2の端子及び第3の端子は、ソース又はドレインとして機能する。例えば、ダミービット線BLdmyの電圧よりもダミーソース線SLdmyの電圧の方が高い場合には、第2の端子がドレインとして機能し、第3の端子がソースとして機能する。一方、ダミーソース線SLdmyの電圧よりもダミービット線BLdmyの電圧の方が高い場合には、第2の端子がソースとして機能し、第3の電圧がドレインとして機能する。
ワード線ドライバWLDRVdmy0は、ワード線ドライバWLDRV0〜WLDRV3と同一構造である。ワード線ドライバWLDRVdmy0は、ダミーワード線WLdmy0が接続されている。メモリセルMC0〜MC7のいずれかにデータを書き込む場合、ダミーワード線WLdmy0に高レベルの電圧(1V)を印加する。一方、ワード線ドライバWLDRVdmy0は、メモリセルMC0〜MC7のいずれにもデータを書き込まない場合には、ダミーワード線WLdmy0に低レベルの電圧(0V)を印加する。
制御ゲート線ドライバCGDRVdmyは、制御ゲート線ドライバCGDRV0、CGDRV1と同一構造である。制御ゲート線ドライバCGDRVdmyは、ダミー制御ゲート線CGdmyが接続されている。制御ゲート線ドライバCGDRVdmyは、メモリセルMC0〜MC7のいずれかにデータを書き込む場合、ダミー制御ゲート線CGdmyに高レベルの電圧(10.5V)を印加する。一方、制御ゲート線ドライバCGDRVdmyは、メモリセルMC0〜MC7のいずれにもデータを書き込まない場合には、ダミー制御ゲート線CGdmyに低レベルの電圧(0V)を印加する。
ソース線ドライバSLDRVdmyは、ソース線ドライバSLDRV0、SLDRV1と同一構造である。ソース線ドライバSLDRVdmyは、ダミーソース線SLdmyが接続されている。ソース線ドライバSLDRVdmyは、メモリセルMC0〜MC7のいずれかにデータを書き込む場合、ダミーソース線SLdmyに高レベルの電圧(4.5V)を印加する。一方、ソース線ドライバSLDRVdmyは、メモリセルMC0〜MC7のいずれにもデータを書き込まない場合には、ダミーソース線SLdmyに低レベルの電圧(0V)を印加する。
より具体的には、ソース線ドライバSLDRVdmyは、スイッチSSWdmy0、SSWdmy1と、電源電圧回路SVCdmyとを有する。ダミーソース線SLdmyは、スイッチSSWdmy0を介して電源電圧回路SVCdmyに接続されており、スイッチSSWdmy1を介してグランドに接続されている。
スイッチSSWdmy0とスイッチSSWdmy1は、排他的にオンにされる。すなわち、ソース線ドライバSLDRVdmyは、ダミーソース線SLdmyに高レベルの電圧を印加する場合、スイッチSSWdmy0をオンにするとともに、スイッチSSWdmy1をオフにする。これにより、ダミーソース線SLdmyに対して電源電圧回路SVCdmyが電気的に接続され、グランドが電気的に非接続となり、ダミーソース線SLdmyに電源電圧回路SVCdmyが生成した高レベルの電圧(4.5V)が印加される。一方、ソース線ドライバSLDRVdmyは、ダミーソース線SLdmyに低レベルの電圧を印加する場合、スイッチSSWdmy0をオフにするとともに、スイッチSSWdmy1をオンにする。これにより、ダミーソース線SLdmyに対して電源電圧回路SVCdmyが電気的に非接続となり、グランドが電気的に接続され、ダミーソース線SLdmyにグランドからの低レベルの電圧(0V)が印加される。
例えば、スイッチSSWdmy0は、P型MOSトランジスタであり、スイッチSSWdmy1は、N型MOSトランジスタである。そして、スイッチWSWdmy0及びスイッチWSWdmy1のゲートに同一のゲート電圧を印加することで、上述の排他的なオンが可能とされている。
書き込み回路WCdmyは、ダミービット線BLdmyが接続されている。書き込み回路WCdmyは、メモリセルMC0〜MC7のいずれかにデータを書き込む場合、ダミーメモリセルMCdmy0に誤書き込みが行われない電圧レベルの電圧(1.5V)を、ダミービット線BLdmyに印加する。その後、書き込み回路WCdmyは、ダミービット線BLdmyに定電流(1μA)を印加する。
より具体的には、書き込み回路WCdmyは、スイッチWSWdmy0、WSWdmy1と、電流源回路WCCdmyと、電源電圧回路WVCdmyとを有する。ダミービット線BLdmyは、スイッチWSWdmy0を介して電流源回路WCCdmyに接続されており、スイッチWSWdmy1を介して電源電圧回路WVCdmyに接続されている。電流源回路WCCdmyは、グランドと接続されている。言い換えると、ダミービット線BLdmyは、スイッチWSWdmy0及び電流源回路WCCdmyを介してグランドと接続されている。
スイッチWSWdmy0とスイッチWSWdmy1は、排他的にオンにされる。すなわち、書き込み回路WCdmyは、ダミービット線BLdmyに定電流を印加する場合、スイッチWSWdmy0をオンにするとともに、スイッチWSWdmy1をオフにする。これにより、ダミービット線BLdmyに対して電流源回路WCCdmyが電気的に接続され、電源電圧回路WVCdmyが電気的に非接続となり、ダミービット線BLdmyに電流源回路WCCdmyが生成した定電流(1μA)が印加される。一方、書き込み回路WCdmyは、ダミービット線BLdmyに電圧を印加する場合、スイッチWSWdmy0をオフにするとともに、スイッチWSWdmy1をオンにする。これにより、ダミービット線BLdmyに対して電流源回路WCCdmyが電気的に非接続となり、電源電圧回路WVCdmyが電気的に接続され、ダミービット線BLdmyに電源電圧回路WVCdmyが生成した電圧(1.5V)が印加される。
例えば、スイッチWSWdmy0は、N型MOSトランジスタであり、スイッチWSWdmy1は、P型MOSトランジスタである。そして、スイッチWSWdmy0及びスイッチWSWdmy1のゲートに同一のゲート電圧を印加することで、上述の排他的なオンを可能とされている。
また、ダミービット線BLdmyは、電圧バッファ回路BUFを介してソース線ドライバSLDRV0、SLDRV1と接続されている。電圧バッファ回路BUFは、ダミービット線BLdmyから印加された電圧を、ソース線ドライバSLDRV0、SLDRV1の各々に印加する。電圧バッファ回路BUFは、例えば、ボルテージフォロワ回路である。
このように、ソース線ドライバSLDRV0、SLDRV1は、ダミービット線BLdmyの電圧が印加される。この電圧は、上述した「低レベルの電圧」として機能する。
より具体的には、ソース線ドライバSLDRV0は、スイッチSSW0、SSW1と、電源電圧回路SVC0とを有する。ソース線SL0は、スイッチSSW0を介して電源電圧回路SVC0に接続され、スイッチSSW1を介して電圧バッファ回路BUFに接続されている。
スイッチSSW0とスイッチSSW1は、排他的にオンにされる。すなわち、ソース線ドライバSLDRV0は、ソース線SL0に高レベルの電圧を印加する場合、スイッチSSW0をオンにするとともに、スイッチSSW1をオフにする。これにより、ソース線SL0に対して電源電圧回路SVC0が電気的に接続され、電圧バッファ回路BUFが電気的に非接続となり、ソース線SL0に電源電圧回路SVC0が生成した高レベルの電圧(4.5V)が印加される。一方、ソース線ドライバSLDRV0は、ソース線SL0に低レベルの電圧を印加する場合、スイッチSSW0をオフにするとともに、スイッチSSW1をオンにする。これにより、ソース線SL0に対して電源電圧回路SVC0が電気的に非接続となり、電圧バッファ回路BUFが電気的に接続され、ソース線SL0に電圧バッファ回路BUFからの低レベルの電圧(ダミービット線BLdmyの電圧)が印加される。
例えば、スイッチSSW0は、P型MOSトランジスタであり、スイッチSSW1は、N型MOSトランジスタである。そして、スイッチSSW0及びスイッチSSW1のゲートに同一のゲート電圧を印加することで、上述の排他的なオンが可能とされている。
また、ソース線ドライバSLDRV1は、スイッチSSW2、SSW3を有する。ソース線SL1は、スイッチSSW2を介して電源電圧回路SVC1に接続され、スイッチSSW3を介して電圧バッファ回路BUFに接続されている。
スイッチSSW2とスイッチSSW3は、排他的にオンにされる。すなわち、ソース線ドライバSLDRV1は、ソース線SL1に高レベルの電圧を印加する場合、スイッチSSW2をオンにするとともに、スイッチSSW3をオフにする。これにより、ソース線SL1に対して電源電圧回路SVC1が電気的に接続され、電圧バッファ回路BUFが電気的に非接続となり、ソース線SL1に電源電圧回路SVC1からの高レベルの電圧(4.5V)が印加される。一方、ソース線ドライバSLDRV1は、ソース線SL1に低レベルの電圧を印加する場合、スイッチSSW2をオフにするとともに、スイッチSSW3をオンにする。これにより、ソース線SL1に対して電源電圧回路SVC1が電気的に非接続となり、電圧バッファ回路BUFが電気的に接続され、ソース線SL1に電圧バッファ回路BUFからの低レベルの電圧(ダミービット線BLdmyの電圧)が印加される。
例えば、スイッチSSW2は、P型MOSトランジスタであり、スイッチSSW3は、N型MOSトランジスタである。そして、スイッチSSW2及びスイッチSSW3のゲートに同一のゲート電圧を印加することで、上述の排他的なオンが可能とされている。
続いて、図2を参照して、本実施の形態1に係る半導体記憶装置1が有するメモリセルアレイ9の構成について説明する。図2に示すように、メモリセルアレイ9は、複数のメモリセルが配置される領域と、その領域の外周に複数のダミーメモリセルが配置される領域とを有する。
上述したように、この複数のメモリセルは、メモリセルMC0〜MC7が含まれ、この複数のダミーメモリセルは、ダミーメモリセルMCdmy0、MCdmy1が含まれる。
メモリセルアレイ9の外周部と、その内部とでメモリセル特性が異なることがある。その原因の一例として、ゲートポリシリコンの高さの違いがある。例えば、図3に示すように、メモリセルアレイ9では、メモリセルのゲートポリシリコンの高さは、メモリセルアレイ9の最外周に近づくほど低くなる傾向がある。そのため、メモリセルアレイ9の最外周に近づくほど、メモリセルの特性の品質低下及び不良メモリセルの発生確率が高くなる傾向にある。そこで、本実施の形態1では、図3に示すように、ゲートポリシリコンの高さが安定するまでダミーメモリセルを挿入する。そして、メモリセルアレイ9に配置された複数のダミーメモリセルのうち、ゲートポリシリコンの高さが一定に安定した領域に含まれるダミーメモリセルを、ダミーメモリセルMCdmy0、MCdmy1として利用する。
すなわち、メモリセルMC0〜MC7及びダミーメモリセルMCdmy0、MCdmy1は、メモリセルアレイ9において、最外周からの中心に向かった距離が、予め定められた距離以上となる領域(例えばゲートポリシリコン高さが安定するとして定められた領域)に配置される。また、図3では、メモリセルアレイ9において、メモリセルMC0〜MC7が、ダミーメモリセルMCdmy0、MCdmy1よりも、より中央に近い位置に配置される例について示しているが、これに限られない。メモリセルアレイ9において、ダミーメモリセルMCdmy0、MCdmy1が、メモリセルMC0〜MC7よりも、より中央に近い位置に配置されるようにしてもよい。
(実施の形態1の動作)
続いて、図4を参照して、本実施の形態1に係る半導体記憶装置1の書き込み動作について説明する。以下、図1に示すように、メモリセルMC0を書き込み対象のメモリセルとし、メモリセルMC2、MC3、MC6、MC7が消去状態である例について説明する。
ここで、以降の説明では、データが書き込まれるメモリセルを「選択メモリセル」とも呼び、データが書き込まれないメモリセルを「非選択メモリセル」とも呼ぶ。選択メモリセルが含まれるセクタを「選択セクタ」とも呼び、選択メモリセルが含まれないセクタを「非選択セクタ」とも呼ぶ。選択メモリセルに接続された制御ゲート線を「選択制御ゲート線」とも呼び、選択メモリセルが接続されていない制御ゲート線を「非選択制御ゲート線」とも呼ぶ。選択メモリセルに接続されたソース線を「選択ソース線」とも呼び、選択メモリセルが接続されていないソース線を「非選択ソース線」とも呼ぶ。選択メモリセルに接続されたワード線を「選択ワード線」とも呼び、選択メモリセルが接続されていないワード線を「非選択ワード線」とも呼ぶ。選択メモリセルに接続されたビット線を「選択ビット線」とも呼び、選択メモリセルが接続されていないビット線を「非選択ビット線」とも呼ぶ。
書き込み動作前は、全てのワード線WL0〜WL3、制御ゲート線CG0、CG1、ソース線SL0、SL1及びビット線BL0、BL1の各々は、ワード線ドライバWLDRV0〜WLDRV3、制御ゲート線ドライバCGDRV0、CGDRV1、ソース線ドライバSLDRV0、SLDRV1及び書き込み回路WCの各々によって、低レベルの電圧(0V)が印加されている。
ここで、ソース線SL0、SL1及びビット線BL0、BL1に関しては、より具体的には、図5に示すように、書き込み回路WCは、さらに、スイッチWSWa〜WSWd及びインバータWNCa、WNCbを有し、半導体記憶装置1は、さらに電圧バッファ回路BUFの後段にスイッチBSWa、BSWb及びインバータBNCを有する。
ビット線BL0は、スイッチWSWaを介してグランドに接続されており、スイッチWSWbを介してスイッチWSW0に接続されている。言い換えると、ビット線BL0は、スイッチWSWb及びスイッチWSW0を介して電流源回路WCC0と接続されている。
スイッチWSWaとスイッチWSWbは、排他的にオンにされる。すなわち、書き込み回路WCは、ビット線BL0に低レベルの電圧を印加する場合、スイッチWSWaをオンにするとともに、スイッチWSWbをオフにする。これにより、ビット線BL0に対してグランドが電気的に接続され、スイッチWSW0が電気的に非接続となり、ビット線BL0に低レベルの電圧(0V)が印加される。一方、書き込み回路WCは、ビット線BL0に定電流又は高レベルの電圧を印加する場合、スイッチWSWaをオフにするとともに、スイッチWSWbをオンにする。これにより、ビット線BL0に対してグランドが電気的に非接続となり、スイッチWSW0、WSW1の両方が電気的に接続され、ビット線BL0に定電流(1μA)又は高レベルの電圧(1.5V)が印加される。
例えば、スイッチWSWa及びスイッチWSWbは、N型MOSトランジスタである。そして、インバータWNCbは、スイッチWSWaに印加されるゲート電圧が入力される。インバータWNCbは、入力されたゲート電圧の論理レベルを反転したゲート電圧をスイッチWSWbに印加する。これにより、上述の排他的なオンが可能とされている。
よって、書き込み回路WCは、スイッチWSWaをオンにし、スイッチWSWbをオフにし、スイッチWSW0をオンにし、スイッチWSW1をオフにすることで、ビット線BL0に低レベルの電圧(0V)を印加する。書き込み回路WCは、スイッチWSWaをオフにし、スイッチWSWbをオンにし、スイッチWSW0をオンにし、スイッチWSW1をオフにすることで、ビット線BL0に定電流(1μA)を印加する。書き込み回路WCは、スイッチWSWaをオフにし、スイッチWSWbをオンにし、スイッチWSW0をオフにし、スイッチWSW1をオンにすることで、ビット線BL0に高レベルの電圧(1.5V)を印加する。
ビット線BL1の状態と、スイッチWSWc、WSWd、WSW2、WSW3の状態との関係は、上述のビット線BL0の状態と、スイッチWSWa、WSWb、WSW0、WSW1の状態との関係と同様であるため、説明を省略する。
ソース線ドライバSLDRV0、SLDRV1は、スイッチBSWaを介してグランドに接続されており、スイッチBSWbを介して電圧バッファ回路BUFに接続されている。
スイッチBSWaと、スイッチBSWbは、排他的にオンにされる。半導体記憶装置1は、低レベルの電圧としてソース線ドライバSLDRV0、SLDRV1に第1の電圧を印加する場合、スイッチBSWaをオンにするとともに、スイッチBSWbをオフにする。これにより、ソース線ドライバSLDRV0、SLDRV1に対してグランドが電気的に接続され、電圧バッファ回路BUFが電気的に非接続となり、ソース線ドライバSLDRV0、SLDRV1に第1の電圧(0V)が印加される。一方、半導体記憶装置1は、低レベルの電圧としてソース線ドライバSLDRV0、SLDRV1に第2の電圧を印加する場合、スイッチBSWaをオフにするとともに、スイッチBSWbをオンにする。これにより、ソース線ドライバSLDRV0、SLDRV1に対してグランドが電気的に非接続となり、電圧バッファ回路BUFが電気的に接続され、ソース線ドライバSLDRV0、SLDRV1に第2の電圧(電圧バッファ回路BUFを介したダミービット線BLdmyの電圧)が印加される。
例えば、スイッチBSWa及びスイッチBSWbは、N型MOSトランジスタである。そして、インバータBNCは、スイッチBSWaに印加されるゲート電圧が入力される。インバータBNCは、入力されたゲート電圧の論理レベルを反転したゲート電圧をスイッチBSWbに印加する。これにより、上述の排他的なオンが可能とされている。
また、ダミーワード線WLdmy0、ダミー制御ゲート線CGdmy、ダミーソース線SLdmy及びダミービット線BLdmyの各々は、ワード線ドライバWLDRVdmy0、制御ゲート線ドライバCGDRVdmy、ソース線ドライバSLDRVdmy及び書き込み回路WCdmyの各々によって、低レベルの電圧(0V)が印加されている。
ここで、ダミービット線BLdmyに関しては、より具体的には、図5に示すように、書き込み回路WCdmyは、さらに、スイッチWSWdmya、WSWdmyb及びインバータWNCdmyを有する。ダミービット線BLdmyは、スイッチWSWdmyaを介してグランドに接続されており、スイッチWSWdmybを介してスイッチWSWdmy0に接続されている。言い換えると、ダミービット線BLdmyは、スイッチWSWdmyb及びスイッチWSWdmy0を介して電流源回路WCC0と接続されている。
このダミービット線BLdmyの状態と、スイッチWSWdmya、WSWdmyb、WSWdmy0、WSWdmy1の状態との関係は、上述のビット線BL0の状態と、スイッチWSWa、WSWb、WSW0、WSW1の状態との関係とも同様であるため、説明を省略する。
第1のタイミング(図4の(1)):
書き込み動作を開始すると、制御ゲート線ドライバCGDRV0は、選択制御ゲート線CG0に対して、低レベルの電圧(0V)の印加を終了し、高レベルの電圧(10.5V)の印加を開始する。ソース線ドライバSLDRV0は、選択ソース線SL0に対して、低レベルの電圧(0V)の印加を終了し、高レベルの電圧(4.5V)の印加を開始する。書き込み回路WCは、全てのビット線BL0、BL1に対して、低レベルの電圧(0V)の印加を終了し、メモリセルMC0〜MC7に誤書き込みが行われない高レベルの電圧(1.5V、後述のワード線の高レベルの電圧よりも高い電圧)の印加を開始する。
また、制御ゲート線ドライバCGDRVdmyは、ダミー制御ゲート線CGdmyに対して、低レベルの電圧(0V)の印加を終了し、高レベルの電圧(10.5V)の印加を開始する。ソース線ドライバSLDRVdmyは、ダミーソース線SLdmyに対して、低レベルの電圧(0V)の印加を終了し、高レベルの電圧(4.5V)の印加を開始する。書き込み回路WCdmyは、ダミービット線BLdmyに対して、低レベルの電圧(0V)の印加を終了し、ダミーメモリセルMCdmy0に誤書き込みが行われない高レベルの電圧(1.5V、後述のダミーワード線の高レベルの電圧よりも高い電圧)の印加を開始する。
第2のタイミング(図4の(2)):
ワード線ドライバWLDRVdmy0は、ダミーワード線WLdmy0に対して、低レベルの電圧(0V)の印加を終了し、高レベルの電圧(1.0V)の印加を開始する。書き込み回路WCdmyは、ダミービット線BLdmyに対して、高レベルの電圧(1.5V)の印加を終了し、定電流(1μA)の印加を開始する。これにより、ダミーメモリセルMCdmy0において、電圧の高いダミーソース線SLdmyから、それよりも電圧の低いダミービット線BLdmyに向かって電流が流れる。それにより発生するホットエレクトロンがフローティングゲートに注入されることで、ダミーメモリセルMCdmy0のメモリトランジスタMTdmy0にデータが書き込まれる。すなわち、このときは、ダミーメモリセルMCdmy0の選択トランジスタSTdmy0及びメモリトランジスタMTdmy0の第2の端子はドレインとして機能し、第3の端子はソースとして機能する。
このときに、ダミービット線BLdmyの電圧は、ダミーワード線WLdmy0の電圧(1.0V、図1の「VWLdmy0」)からダミーメモリセルMCdmy0の選択トランジスタSTdmy0の閾値電圧(0.6V、図1の「Vgs」)を引いた電圧(0.4V)となる。そして、半導体記憶装置1は、スイッチBSWaをオフにし、スイッチBSWbをオンにすることで、非選択ソース線SL1に対して、グランド電圧(0V)の印加を終了し、電圧バッファ回路BUF及びソース線ドライバSLDRV1を介して、このダミービット線BLdmyの電圧(0.4V)の印加を開始する。
なお、他のメモリセルMC0〜MC7及びダミーメモリセルMCdmy1の選択トランジスタST0〜ST7、STdmy1の閾値電圧も、ダミーメモリセルMCdmy0の選択トランジスタSTdmy0と同一である。ここで、閾値電圧は、メモリセルMC0〜MC7及びダミーメモリセルMCdmy0、MCdmy1の各々にデータを書き込みのための定電流を流すために必要なゲート−ソース間の電圧(ゲートの電圧からソースの電圧を引いた値)である。
すなわち、図1に示すように、電流源回路WCC0によってグランドに向かって流れる定電流によって選択トランジスタSTdmy0のソース(ダミービット線BLdmy)の電圧が下がる。選択トランジスタSTdmy0のゲート(ダミーワード線WLdmy0)の電圧から、ソース(ダミービット線BLdmy)の電圧を引いた値が、選択トランジスタSTdmy0の閾値電圧になるまで、ソース(ダミービット線BLdmy)の電圧が下がる。すると、ダミーメモリセルMCdmy0において、書き込みのための電流が流れる。
第3のタイミング(図4の(3)):
ワード線ドライバWLDRV0は、選択ワード線WL0に対して、低レベルの電圧(0V)の印加を終了し、高レベルの電圧(1.0V)の印加を開始する。書き込み回路WCは、選択ビット線BL0に対して、高レベルの電圧(1.5V)の印加を終了し、定電流(1μA)の印加を開始する。これにより、メモリセルMC0において、電圧の高いソース線SL0から、それよりも電圧の低いビット線BL0に向かって電流が流れる。それにより発生するホットエレクトロンがフローティングゲートに注入されることで、メモリセルMC0にデータが書き込まれる。すなわち、このときは、メモリセルMC0の選択トランジスタST0及びメモリトランジスタMT0の第2の端子はドレインとして機能し、第3の端子はソースとして機能する。
このときに、上述のダミーメモリセルMCdmy0と同様に、選択ビット線BL0の電圧は、選択ワード線WL0の電圧(1.0V、図1の「VWL0」)から選択メモリセルMC0の選択トランジスタST0の閾値電圧(0.6V、図1の「Vgs」)を引いた電圧値(0.4V)となる。
ここで、上述したように、非選択ソース線SL1の電圧は、ダミービット線BLdmyの電圧と同じ電圧(0.4V)となっている。よって、非選択メモリセルMC2、MC3に接続された選択ビット線BL0と、非選択メモリセルMC2、MC3に接続された非選択ソース線SL1の電圧は、同一(0.4V)となる。したがって、非選択メモリセルMC2、MC3におけるサブスレッショルド・リーク電流を遮断することができる。
また、非選択メモリセルMC6、MC7に接続された非選択ビット線BL1の電圧(1.5V)と、非選択メモリセルMC6、MC7に接続された非選択ソース線SL1の電圧(0.4V)との電圧差が低減されることに加えて、ソース線SL1に電圧が印加されることによる基板バイアス効果によって非選択メモリセルMC6、MC7の閾値電圧が高くなるため、非選択メモリセルMC6、MC7におけるサブスレッショルド・リーク電流を削減することができる。
第4のタイミング(図4の(4)):
第3のタイミングの時点から、選択メモリセルMC0へのデータの書き込みに十分な時間(図4の「書き込み期間」)が経過したとき、ワード線ドライバWLDRV0は、選択ワード線WL0に対して、高レベルの電圧(1V)の印加を終了し、低レベルの電圧(0V)の印加を開始する。書き込み回路WCは、選択ビット線BL0に対して、定電流(1μA)の印加を終了し、メモリセルMC0に誤書き込みが行われない電圧レベルの電圧(1.5V)の印加を開始する。
第5のタイミング(図4の(5)):
ワード線ドライバWLDRVdmy0は、ダミーワード線WLdmy0に対して、高レベルの電圧(1V)の印加を終了し、低レベルの電圧(0V)の印加を開始する。書き込み回路WCdmyは、ダミービット線BLdmyに対して、定電流(1μA)の印加を終了し、ダミーメモリセルMCdmy0に誤書き込みが行われない高レベルの電圧(1.5V)の印加を開始する。半導体記憶装置1は、スイッチBSWaをオンにし、スイッチBSWbをオフにすることで、非選択ソース線SL1に対して、ダミービット線BLdmyの電圧(0.4V)の印加を終了し、ソース線ドライバSLDRV1を介して低レベルの電圧(0V)の印加を開始する。
第6のタイミング(図4の(6)):
制御ゲート線ドライバCGDRV0は、選択制御ゲート線CG0に対して、高レベルの電圧(10.5V)の印加を終了し、低レベルの電圧(0V)の印加を開始する。ソース線ドライバSLDRV0は、選択ソース線SL0に対して、高レベルの電圧(4.5V)の印加を終了し、低レベルの電圧(0V)の印加を開始する。書き込み回路WCは、全てのビット線BL0、BL1に対して、高レベルの電圧(1.5V)の印加を終了し、低レベルの電圧(0V)の印加を開始する。
また、制御ゲート線ドライバCGDRVdmyは、ダミー制御ゲート線CGdmyに対して、高レベルの電圧(10.5V)の印加を終了し、低レベルの電圧(0V)の印加を開始する。ソース線ドライバSLDRVdmyは、ダミーソース線SLdmyに対して、高レベルの電圧(4.5V)の印加を終了し、低レベルの電圧(0V)の印加を開始する。書き込み回路WCdmyは、ダミービット線BLdmyに対して、高レベルの電圧(1.5V)の印加を終了し、低レベルの電圧(0V)の印加を開始する。
(実施の形態1の変形例)
ここで、以上の説明では、第1のタイミングでビット線BL0、BL1等の電圧レベルを変更した後に、第2のタイミングでダミーワード線WLdmy0に高レベルの電圧(1V)の印加を開始する例について説明したが、これに限られない。ダミーメモリセルMCdmy0は、誤書き込みを気にする必要はないため、図6を参照して以下に説明するように、ダミーメモリセルMCdmy0に誤書き込みが行われない電圧(1.5V)を印加せずに、第1のタイミングから第6のタイミングまでダミーワード線WLdmy0に高レベルの電圧(1V)を印加するようにしてもよい。以下、その動作について、説明の簡略化のため、図4を参照して説明した動作と異なる点について説明する。
第1のタイミング(図6の(1)):
ワード線ドライバWLDRVdmy0は、ダミーワード線WLdmy0に対して、低レベルの電圧(0V)の印加を終了し、高レベルの電圧(1.0V)の印加を開始する。書き込み回路WCdmyは、ダミービット線BLdmyに対して、低レベルの電圧(0V)の印加を終了し、定電流(1μA)の印加を開始する。また、半導体記憶装置1は、スイッチBSWaをオフにし、スイッチBSWbをオンにする。これにより、上述と同様に、ダミービット線BLdmy及び非選択ソース線SL1の電圧は、ダミーワード線WLdmy0の電圧(1.0V)からダミーメモリセルMCdmy0の選択トランジスタSTdmy0の閾値電圧(0.6V)を引いた電圧(0.4V)となる。
第6のタイミング(図6の(6)):
ワード線ドライバWLDRVdmy0は、ダミーワード線WLdmy0に対して、高レベルの電圧(1.0V)の印加を終了し、低レベルの電圧(0V)の印加を開始する。また、半導体記憶装置1は、スイッチBSWaをオンにし、スイッチBSWbをオフにする。これにより、非選択ソース線SL1の電圧は、グランド電圧(0V)となる。書き込み回路WCdmyは、ダミービット線BLdmyに対して、定電流(1μA)の印加を終了し、低レベルの電圧(0V)の印加を開始する。
これによれば、第2のタイミング(図6の(2))と、第5のタイミング(図6の(5)での制御信号の追加を不要とすることができる。より具体的には、半導体記憶装置1は、各信号線WL0〜WL3、WLdmy0、CG0、CG1、CGdmy、SL0、SL1、SLdmy、BL0、BL1、BLdmyに印加する電圧又は電流の切り替えを統括的に制御する制御回路(図示せず)を有している。制御回路は、各ドライバWLDRV1〜WLDRV3、WLDRVdmy0、CGDRV0、CGDRV1、CGDRVdmy、SLDRV0、SLDRV1、SLDRVdmy及び書き込み回路WC、WCdmyに対して、電圧又は電流の切り替えを指示する制御信号を出力する。各ドライバWLDRV1〜WLDRV3、WLDRVdmy0、CGDRV0、CGDRV1、CGDRVdmy、SLDRV0、SLDRV1、SLDRVdmy及び書き込み回路WC、WCdmyは、制御回路からの制御信号に応じて、上述の電圧レベルの変更等を行う。
これに対して、図6を参照して説明した動作によれば、第2のタイミング(図6の(2))と、第5のタイミング(図6の(5))での電圧又は電流の切り替えのための制御回路による制御信号の出力を不要することができる。そのため、制御回路の構成を、より簡易にすることができる。また、本変形例によれば、書き込み回路WCdmyにおいて、スイッチWSWdmy0、WSWdmy1及び電源電圧回路WVCdmyを不要とすることができる。
(実施の形態1の効果)
(1)以上に説明したように、本実施の形態1では、メモリセルMC0にデータを書き込むための所定電圧(1V)をワード線WL0に印加する場合、ダミービット線BLdmyをソース線SL1と接続し、当該所定電圧(1V)をダミーメモリセルMCdmy0のダミーワード線WLdmy0に印加するようにしている。
これによれば、書き込み動作時に、データの書き込みが行われる選択メモリセルMC0に接続された選択ビット線BL0と同じ電圧(0.4V)が、選択ビット線BL0に接続された非選択メモリセルMC2、MC3に接続された非選択ソース線SL1に印加される。そのため、非選択メモリセルMC2、MC3において、ソース線SL1からビット線BL0方向のサブスレッショルド・リーク電流と、ビット線BL0からソース線SL1方向のサブスレッショルド・リーク電流とを共に遮断することが可能となる。
ここで、ビット線BL0からソース線SL1に向かってリーク電流が流れる場合、非選択メモリセルMC2、MC3が流すリーク電流によって選択ビット線BL0の電圧は実際には0.4Vより低下する。このとき、非選択メモリセルMC2、MC3のソース電圧(選択ビット線BL0の電圧)とドレイン電圧(選択ソース線SL0の電圧)の差が大きくなる。その結果、非選択メモリセルMC2、MC3にデータの誤書き込み(書き込みディスターブ)が発生することが考えられる。ソース線SL1からビット線BL0に向かってリーク電流が流れる場合、非選択メモリセルMC2、MC3が流すリーク電流によって選択ビット線BL0の電圧は実際には0.4Vより上昇する。このとき、選択メモリセルMC0のソース電圧(選択ビット線BL0の電圧)とドレイン電圧(選択ソース線SL0の電圧)の差が小さくなる。この結果、ホットエレクトロンが減少し、選択メモリセルMC0の書き込み期間が長くなる、または書き込み不良となることが考えられる。これに対して、本実施の形態1では、上述したように、リーク電流を遮断することができるため、このような問題も回避することができる。
(2)書き込み動作時に、選択ビット線の電圧は、選択ワード線の高レベルの電圧から選択メモリセルの選択トランジスタが書き込み電流を流すのに必要なゲート−ソース間電圧(Vgs)を引いた値となる。
ここで、書き込み動作時に、電源電圧回路で生成するワード線の高レベル電圧と、電流源回路で生成する書き込み定電流は、温度等の変化により規定値からずれる場合がある。また、メモリセルの選択トランジスタの閾値電圧は温度によって変化する。さらに、製造時のばらつき(ゲート酸化膜厚などの出来)によって、ワード線の高レベルの電圧、書き込み電流、及び、メモリセルの選択トランジスタの閾値電圧が規定値からずれることがある。
図7は、書き込み動作時における、選択ワード線の高レベル電圧に対する選択ビット線の電圧の温度依存性を示す図である。
メモリセルの選択トランジスタの閾値電圧は、温度によって変化する。通常、温度が低くなるほど閾値電圧が高くなるため、温度が低温であるほど大きな閾値電圧Vgsを必要とする(低温の閾値電圧Vgs_LT>高温の閾値電圧Vgs_HT)。したがって、選択ワード線の電圧VWLが温度に依らず一定と仮定した場合、温度が低いほうが選択ビット線の電圧VBLが低くなる。また、選択ワード線の電圧が規格値VWLよりも高い電圧VWL’となった場合、選択ビット線の電圧が規格値VBLよりも高い電圧VBL’となる。
したがって、選択ビット線の電圧は、温度などの環境変化、及び、製造時の素子ばらつきによって変化する。これに対して、本実施の形態1では、ダミーの書き込みでダミーメモリセルMCdmy0が実際に生成するビット線BLdmyの電圧を、非選択メモリセルMC2、MC3に接続された非選択ソース線SL1に印加することによって、選択ビット線BL0と、非選択ソース線SL1を同電圧としている。そのため、温度等の変化や製造ばらつきによって、選択ビット線BL0の電圧が変化した場合でもサブスレショルド・リーク電流を遮断することが可能となる。
(3)また、本実施の形態1では、さらに、メモリセルMC6、MC7を有している。書き込み回路WCは、メモリセルMC0にデータを書き込む場合、メモリセルMC6、MC7に対する誤書き込みを防止するための所定電圧(1.5V)をメモリセルMC6、MC7に接続されたビット線BL1に印加する。
また、書き込み動作時に、ダミーメモリセルMCdmy0が生成するダミービット線BLdmyの電圧(0.4V)が印加される非選択ソース線SL1は、非選択ビット線BL1に接続された非選択メモリセルMC6、MC7も接続されている。よって、非選択メモリセルMC6、MC7に接続された非選択ビット線BL1の電圧と、非選択メモリセルMC6、MC7に接続された非選択ソース線SL1の電圧との電圧差が低減されることに加えて、ソース線SL1に電圧が印加されることによる基板バイアス効果によって非選択メモリセルMC6、MC7の閾値電圧が高くなるため、非選択ビット線BL1に接続された非選択メモリセルMC6、MC7が流すサブスレショルド・リーク電流も削減することができる。
<実施の形態2>
(実施の形態2の構成)
続いて、図面を参照して、実施の形態2について説明する。なお、実施の形態1と同様の内容については、同一の符号を付す等して適宜省略して説明する。まず、図8を参照して、本実施の形態2に係る半導体記憶装置2の構成について説明する。
図8に示すように、本実施の形態2に係る半導体記憶装置2は、図1に示した実施の形態1に係る半導体記憶装置1と比較して、さらに、ワード線ドライバWLDRVdmy1を有する点が異なる。また、本実施の形態2では、ダミーメモリセルMCdmy1の選択トランジスタSTdmy1の第1の端子に、グランドではなく、ダミーワード線WLdmy1が接続されている。
本実施の形態2では、ワード線ドライバWLDRVdmy0は、メモリセルMC0〜MC7のうち、偶数ワード線WL0、WL2に接続されたメモリセルMC0、MC2、MC4、MC6(メモリセルアレイ9における奇数行目のメモリセル)のいずれかにデータを書き込む場合、ダミーワード線WLdmy0に高レベルの電圧(1V)を印加する。一方、ワード線ドライバWLDRVdmy0は、偶数ワード線WL0、WL2に接続されたメモリセルMC0、MC2、MC4、MC6のいずれにもデータを書き込まない場合には、ダミーワード線WLdmy0に低レベルの電圧(0V)を印加する。
ワード線ドライバWLDRVdmy1は、ワード線ドライバWLDRV0〜WLDRV3、WLDRVdmy0と同一構造である。ワード線ドライバWLDRVdmy1は、ダミーワード線WLdmy1が接続されている。ワード線ドライバWLDRVdmy1は、メモリセルMC0〜MC7のうち、奇数ワード線WL1、WL3に接続されたメモリセルMC1、MC3、MC5、MC7(メモリセルアレイ9における偶数行目のメモリセル)のいずれかにデータを書き込む場合、ダミーワード線WLdmy1に高レベルの電圧(1V)を印加する。一方、ワード線ドライバWLDRVdmy1は、奇数ワード線WL1、WL3に接続されたメモリセルMC1、MC3、MC5、MC7のいずれにもデータを書き込まない場合には、ダミーワード線WLdmy1に低レベルの電圧(0V)を印加する。
(実施の形態2の動作)
すなわち、本実施の形態2では、偶数ワード線WL0、WL2に接続されたメモリセルMC0、MC2、MC4、MC6(メモリセルアレイ9における奇数行目のメモリセル)を書き込みする場合には、偶数ダミーワード線WLdmy0に高レベルの電圧(1V)を印加する。これにより、偶数ダミーメモリセルMCdmy0(メモリセルアレイ9における奇数行目のダミーメモリセル)にデータを書き込むことにより発生するビット線BLdmyの電圧を非選択ソース線に印加する。
一方、奇数ワード線WL1、WL3に接続されたメモリセルMC1、MC3、MC5、MC7(メモリセルアレイ9における偶数行目のメモリセル)を書き込みする場合には、奇数ダミーワード線WLdmy1を高レベルの電圧(1V)を印加する。これにより、奇数ダミーメモリセル(メモリセルアレイ9における偶数行目のダミーメモリセル)にデータを書き込むことにより発生するビット線BLdmyの電圧を非選択ソース線に印加する。
(実施の形態2の変形例)
なお、本実施の形態2でも、実施の形態1の変形例と同様に、ダミーメモリセルMCdmy0、WLdmy1に誤書き込みが行われない電圧(1.5V)を印加せずに、第1のタイミングから第6のタイミングまでダミーワード線WLdmy0、WLdmy1に高レベルの電圧(1V)を印加するようにしてもよい。
(実施の形態2の効果)
以上に説明したように、本実施の形態2では、メモリセルMC0にデータを書き込むための所定電圧(1V)がワード線WL0に印加される場合、ダミービット線BLdmyをソース線SL1と接続し、当該所定電圧(1V)をダミーメモリセルMCdmy0のダミーワード線WLdmy0に印加するようにしている。一方で、メモリセルMC1にデータを書き込むための所定電圧(1V)がワード線WL1に印加される場合、ダミービット線BLdmyをソース線SL1と接続し、当該所定電圧をダミーメモリセルMCdmy1のダミーワード線WLdmy1に印加するようにしている。
ここで、メモリセルアレイ9において、メモリセルMC0及びダミーメモリセルMCdmy0は奇数行目に配置され、メモリセルMC1及びダミーメモリセルMCdmy1は偶数行目に配置されている。
(1)半導体製造時のフォトマスク露光時の目ずれなどにより、偶数ワード線WL0、WL2に接続されたメモリセルMC0、MC2、MC4、MC6と、奇数ワード線WL1、WL3に接続されたメモリセルMC1、MC3、MC5、MC7とで異なる性質を示すことがある。例えば、選択トランジスタのゲートポリエッチングの工程において目ずれが発生した場合、偶数ワード線WL0、WL2に接続されたメモリセルMC0、MC2、MC4、MC6の選択トランジスタST0、ST2、ST4、ST6のLサイズが規格より細くなることがある。この場合、奇数ワード線WL1、WL3に接続されたメモリセルMC1、MC3、MC5、MC7の選択トランジスタST1、ST3、ST5、ST7のLサイズは規格より太くなる。
この場合、偶数ワード線WL0、WL2に接続されたメモリセルMC0、MC2、MC4、MC6の選択トランジスタST0、ST2、ST4、ST6の閾値電圧は低くなり、奇数ワード線WL1、WL3に接続されたメモリセルMC1、MC3、MC5、MC7の選択トランジスタST1、ST3、ST5、ST7の閾値電圧は高くなる。
図9は、偶数ワード線WL0、WL2に接続されたメモリセルMC0、MC2、MC4、MC6の選択トランジスタST0、ST2、ST4、ST6の閾値電圧が低くなり、奇数ワード線WL1、WL3に接続されたメモリセルMC1、MC3、MC5、MC7の選択トランジスタST1、ST3、ST5、ST7の閾値電圧が高くなった場合の影響を示す図である。
偶数ワード線WL0、WL2に接続されたメモリセルMC0、MC2、MC4、MC6の選択トランジスタST0、ST2、ST4、ST6の閾値電圧Vgs_Eが低く、奇数ワード線WL1、WL3に接続されたメモリセルMC1、MC3、MC5、MC7の選択トランジスタST1、ST3、ST5、ST7の閾値電圧Vgs_Oが高い場合(Vgs_E<Vgs_O)、書き込み動作時の偶数ワード線WL0、WL2のビット線の電圧VBL_Eは、奇数ワード線WL1、WL3のビット線の電圧VBL_Oよりも高い電圧となる。
実施の形態1では、偶数ワード線に接続されたダミーメモリセルMCdmy0のみを使用しており、偶数ワード線WL0のメモリセルMC0にデータを書き込む場合は、非選択メモリセルMC2、MC3に接続されたビット線BL0の電圧VBL_Eと、非選択ソース線SL1の電圧VBL_Eは同電圧であるため、リーク電流を遮断可能である。一方、奇数ワード線WL1のメモリセルMC1にデータを書き込む場合、非選択ソース線SL1の電圧は、非選択メモリセルMC2、MC3に接続されたビット線BL0の電圧VBL_Eよりも低い電圧VBL_Oとなる。そのため、ビット線BL0からソース線SL1に向かってリーク電流が発生する。
それに対して、実施の形態2によれば、偶数ワード線WL0、WL2に接続されたメモリセルMC0、MC2、MC4、MC6にデータを書き込む場合は、偶数ワード線WLdmy0に接続されたダミーメモリセルMCdmy0にデータを書き込むことにより発生するダミービット線BLdmyの電圧を、非選択メモリセルMC2、MC3に接続されたソース線SL1に印加する。そのため、非選択メモリセルMC2、MC3に接続されたビット線BL0とソース線SL1は同電圧となる。よって、サブスレッショルド・リーク電流を遮断可能である。
また、奇数ワード線WL1、WL3に接続されたメモリセルMC1、MC3、MC5、MC7にデータを書き込む場合は、奇数ワード線WLdmy1に接続されたダミーメモリセルMCdmy1にデータを書き込むことにより発生するダミービット線BLdmyの電圧を、非選択メモリセルMC2、MC3に接続されたソース線SL1に印加する。そのため、非選択メモリセルMC2、MC3に接続されたビット線BL0とソース線SL1は同電圧となる。よって、サブスレッショルド・リーク電流を遮断可能である。
したがって、製造時の目ずれの影響により、偶数ワード線WL0、WL2に接続されたメモリセルMC0、MC2、MC4、MC6と、奇数ワード線WL1、WL3に接続されたメモリセルMC1、MC3、MC5、MC7とでメモリセルの選択トランジスタの閾値電圧のずれが発生した場合でも、サブスレッショルド・リーク電流を遮断することが可能となる。
<実施の形態3>
(実施の形態3の構成)
続いて、図面を参照して、実施の形態3について説明する。なお、実施の形態1と同様の内容については、同一の符号を付す等して適宜省略して説明する。まず、図10を参照して、本実施の形態3に係る半導体記憶装置3の構成について説明する。
図10に示すように、本実施の形態3に係る半導体記憶装置3は、図1に示した実施の形態1に係る半導体記憶装置1と比較して、制御ゲート線ドライバCGDRVdmy、ソース線ドライバSLDRVdmy及び書き込み回路WCdmyを有さず、ワード線トランジスタWLT、定電流回路LCC及び電源電圧回路VCを有する点が異なる。
また、本実施の形態3では、半導体記憶装置3は、ダミー制御ゲート線CGdmy及びダミーソース線SLdmyを有さない。全てのダミーメモリセルは、第1の端子及び第2の端子がグランドに接続されており、第3の端子はフローティング状態(図10の「FLT」)にされている。また、ダミーワード線WLdmy0は、ダミーメモリセルMCdmy0の選択トランジスタSTdmy0の第1の端子ではなく、ワード線トランジスタWLTの第1の端子に接続されている。
ワード線トランジスタWLTは、メモリセルMC0〜MC7の選択トランジスタST0〜ST7と同一構造である。ワード線トランジスタWLTは、メモリセルMC0〜MC7の選択トランジスタST0〜ST7と閾値電圧が同じとなるように、例えばゲート酸化膜厚やイオン注入条件が同一とされている。
ワード線トランジスタWLTの第2の端子は、電源電圧回路VCと接続されている。ワード線トランジスタWLTの第3の端子は、ダミービット線BLdmyと接続されている。よって、本実施の形態3では、電圧バッファ回路BUFは、ワード線トランジスタWLTからダミービット線BLdmyに印加された電圧を、ソース線ドライバSLDRV0、SLDRV1の各々に印加する。なお、電源電圧回路VCは、所定の電圧を生成して、ワード線トランジスタWLTに印加する。この電圧は、書き込み動作時のBLdmyの電圧(0.4V)に対して定電流(1μA)を流すのに必要なドレインーソース間電圧(Vds)を考慮した上で、任意の値(例えば1V以上)としてよい。
定電流回路LCCは、ダミービット線BLdmyが接続されている。定電流回路LCCは、書き込み回路WCが書き込み動作時に選択ビット線に印加する定電流と同じ流量の定電流(1μA)を、ダミービット線BLdmyに印加する。より具体的には、定電流回路LCCは、電流源回路CCを有する。ダミービット線BLdmyは、電流源回路CCと接続されている。ダミービット線BLdmyは、電流源回路CCが生成した定電流(1μA)が印加される。
このように、本実施の形態3では、メモリセルMC0〜MC7のいずれかにデータを書き込む場合には、メモリセルMC0〜MC7の選択トランジスタST0〜ST7に印加される電圧と同じ電圧(1V)がワード線トランジスタWLTに印加される。そして、ワード線トランジスタWLTの閾値電圧は、メモリセルMC0〜MC7の選択トランジスタST0〜ST7の電圧閾値(0.6V)と同じである。
よって、書き込み動作時には、ダミービット線BLdmyの電圧は、ダミーワード線WLdmy0の電圧(1.0V)から閾値電圧(0.6V)を引いた電圧(0.4V)となる。すなわち、本実施の形態3でも、書き込み動作時には、選択ビット線の電圧と同じ電圧が、非選択ソース線に印加される。そのため、リーク電流を遮断することができる。このように、選択ビット線の電圧(0.4V)と同じ電圧(0.4V)を生成する目的であれば、メモリトランジスタは不要である。
(実施の形態3の動作)
続いて、図11を参照して、本実施の形態3に係る半導体記憶装置3の書き込み動作について説明する。以下、図10に示すように、メモリセルMC0を書き込み対象のメモリセルとし、メモリセルMC2、MC3、MC6、MC7が消去状態である例について説明する。
書き込み動作前は、ワード線WL0〜WL3、制御ゲート線CG0、CG1、ソース線SL0、SL1、ダミーワード線WLdmy0(図11の「ワード線トランジスタワード線」)、ダミービット線BLdmy(図11の「ワード線トランジスタビット線」)の各々の状態については、実施の形態1と同様である。
ここで、ダミービット線BLdmyに関しては、より具体的には、図12に示すように、定電流回路LCCは、さらに、スイッチLSWa、LSWb及びインバータLNCを有する。ダミービット線BLdmyは、スイッチLSWaを介してグランドに接続されており、スイッチLSWbを介して電流源回路CCに接続されている。電流源回路CCは、グランドと接続されている。言い換えると、ダミービット線BLdmyは、スイッチLSWb及び電流源回路CCを介してグランドと接続されている。
スイッチLSWaとスイッチLSWbは、排他的にオンにされる。すなわち、定電流回路LCCは、ダミービット線BLdmyに低レベルの電圧を印加する場合、スイッチLSWaをオンにするとともに、スイッチLSWbをオフにする。これにより、ダミービット線BLdmyに対してグランドが電気的に接続され、電流源回路CCが電気的に非接続となり、ダミービット線BLdmyに低レベルの電圧(0V)が印加される。一方、定電流回路LCCは、ダミービット線BLdmyに定電流を印加する場合、スイッチLSWaをオフにするとともに、スイッチLSWbをオンにする。これにより、ダミービット線BLdmyに対してグランドが電気的に非接続となり、電流源回路CCが電気的に接続され、ダミービット線BLdmyに定電流(1μA)が印加される。
例えば、スイッチLSWa及びスイッチLSWbは、N型MOSトランジスタである。そして、インバータLNCは、スイッチLSWaに印加されるゲート電圧が入力される。インバータLNCは、入力されたゲート電圧の論理レベルを反転したゲート電圧をスイッチLSWbに印加する。これにより、上述の排他的なオンが可能とされている。
ソース線SL0、SL1及びビット線BL0、BL1に関しては、図5を参照して実施の形態1の説明で述べた通りであるため、説明を省略する。
第1のタイミング(図11の(1)):
書き込み動作を開始すると、選択制御ゲート線CG0、選択ソース線SL0、ビット線BL0、BL1の各々の電圧は、実施の形態1と同様に変化する。
第2のタイミング(図11の(2)):
ダミーワード線WLdmy0の電圧は、実施の形態1と同様に変化する。定電流回路LCCは、ダミービット線BLdmyに対して、低レベルの電圧(0V)の印加を終了し、定電流(1μA)の印加を開始する。このときに、ダミービット線BLdmyの電圧は、ダミーワード線WLdmy0の電圧(1.0V、図1の「VWLdmy0」)からワード線トランジスタWLTの閾値電圧(0.6V、図1の「Vgs」)を引いた電圧(0.4V)となる。そして、半導体記憶装置3は、実施の形態1と同様に、スイッチBSWaをオフにし、スイッチBSWbをオンにすることで、非選択ソース線SL1に対して、グランド電圧(0V)の印加を終了し、電圧バッファ回路BUF及びソース線ドライバSLDRV1を介して、このダミービット線BLdmyの電圧(0.4V)の印加を開始する。
第3のタイミング(図11の(3)):
選択ワード線WL0及び選択ビット線BL0の各々の電圧は、実施の形態1と同様に変化する。
ここで、本実施の形態3でも、非選択ソース線SL1の電圧は、ダミービット線BLdmyの電圧と同じ電圧(0.4V)となっている。よって、非選択メモリセルMC2、MC3に接続された選択ビット線BL0と、非選択メモリセルMC2、MC3に接続された非選択ソース線SL1の電圧は、同一(0.4V)となる。したがって、非選択メモリセルMC2、MC3におけるサブスレッショルド・リーク電流を遮断することができる。
また、非選択メモリセルMC6、MC7に接続された非選択ビット線BL1の電圧(1.5V)と、非選択メモリセルMC6、MC7に接続された非選択ソース線SL1の電圧(0.4V)との電圧差が低減されることに加えて、ソース線SL1に電圧が印加されることによる基板バイアス効果によって非選択メモリセルMC6、MC7の閾値電圧が高くなるため、非選択メモリセルMC6、MC7におけるサブスレッショルド・リーク電流を削減することができる。
第4のタイミング(図11の(4)):
選択ワード線WL0及び選択ビット線BL0の各々の電圧は、実施の形態1と同様に変化する。
第5のタイミング(図11の(5)):
ダミーワード線WLdmy0及び非選択ソース線SL1の各々の電圧は、実施の形態1と同様に変化する。定電流回路LCCは、ダミービット線BLdmyに対して、定電流(1μA)の印加を終了し、低レベルの電圧(0V)の印加を開始する。
第6のタイミング(図11の(6)):
選択制御ゲート線CG0、選択ソース線SL0及びビット線BL0、BL1の各々の電圧は、実施の形態1と同様に変化する。
(実施の形態3の変形例)
ここで、以上の説明では、第1のタイミングでビット線BL0、BL1等の電圧レベルを変更した後に、第2のタイミングでダミーワード線WLdmy0に高レベルの電圧の印加を開始する例について説明したが、これに限られない。図13を参照して以下に説明するように、第1のタイミングから第6のタイミングまでダミーワード線WLdmy0に高レベルの電圧(1V)を印加するようにしてもよい。以下、その動作について、説明の簡略化のため、図11を参照して説明した動作と異なる点について説明する。
第1のタイミング(図13の(1)):
ワード線ドライバWLDRVdmy0は、ダミーワード線WLdmy0に対して、低レベルの電圧(0V)の印加を終了し、高レベルの電圧(1.0V)の印加を開始する。定電流回路LCCは、ダミービット線BLdmyに対して、低レベルの電圧(0V)の印加を終了し、定電流(1μA)の印加を開始する。また、半導体記憶装置3は、スイッチBSWaをオフにし、スイッチBSWbをオンにする。これにより、上述と同様に、ダミービット線BLdmy及び非選択ソース線SL1の電圧は、ダミーワード線WLdmy0の電圧(1.0V)からワード線トランジスタWLTの閾値電圧(0.6V)を引いた電圧(0.4V)となる。
第6のタイミング(図13の(6)):
ワード線ドライバWLDRVdmy0は、ダミーワード線WLdmy0に対して、高レベルの電圧(1.0V)の印加を終了し、低レベルの電圧(0V)の印加を開始する。また、半導体記憶装置3は、スイッチBSWaをオンにし、スイッチBSWbをオフにする。これにより、非選択ソース線SL1の電圧は、グランド電圧(0V)となる。定電流回路LCCは、ダミービット線BLdmyに対して、定電流(1μA)の印加を終了し、低レベルの電圧(0V)の印加を開始する。
これによれば、実施の形態1と同様に、第2のタイミング(図11の(2))と、第5のタイミング(図11の(5))での電圧又は電流の切り替えのための制御回路による制御信号の出力を不要することができる。そのため、制御回路の構成を、より簡易にすることができる。
(実施の形態3の効果)
以上に説明したように、本実施の形態3では、ワード線トランジスタWLTは、メモリセルに含まれるトランジスタではない。そして、メモリセルMC0にデータを書き込む場合に、ワード線トランジスタWLTに接続されたダミーワード線WLdmy0に印加される電圧は、メモリセルMC0のメモリトランジスタMT0に接続された制御ゲート線に印加される電圧よりも低い。
ここで、実施の形態1及び実施の形態2においては、書き込み動作中、ダミーメモリセルMCdmy0、MCdmy1のゲートには書き込み動作に必要な高電圧(10.5V)が常に印加され続ける。書き込み動作中、ダミーメモリセルは書き込み時の高電圧により常にホットエレクトロンが発生する状態にある。ホットエレクトロンが選択トランジスタのゲート酸化膜中にトラップされると選択トランジスタの閾値変動を引き起こす。通常のメモリセルもホットエレクトロンによる閾値変動が起きるが、ダミーメモリセルの数と通常のメモリセルの数の違いから、ダミーメモリセルのほうが、高電圧が印加される時間が長く、影響が大きくなるためである。
このとき、ダミービット線BLdmyの電圧、つまり非選択ソース線SL1の電圧と、書き込みしている選択ビット線の電圧が異なるため、リーク電流を遮断するという所望の結果が得られない。
これに対して、実施の形態3によれば、ワード線トランジスタWLTには高電圧が印加されないため、ホットエレクトロンによる特性変動の影響を抑えることが可能となる。
<実施の形態4>
(実施の形態4の構成)
続いて、図面を参照して、実施の形態4について説明する。なお、実施の形態1と同様の内容については、同一の符号を付す等して適宜省略して説明する。まず、図14を参照して、本実施の形態4に係る半導体記憶装置4の構成について説明する。
図14に示すように、本実施の形態4に係る半導体記憶装置4は、実施の形態1に係る半導体記憶装置1と比較して、ワード線ドライバWLDRVdmy、制御ゲート線ドライバCGDRVdmy及びソース線ドライバSLDRVdmyを有さない点が異なる。
また、半導体記憶装置4は、ダミーワード線WLdmy0、ダミー制御ゲート線CGdmy、ダミーソース線SLdmy及びダミービット線BLdmyを有さない。よって、全てのダミーメモリセルは、第1の端子及び第2の端子がグランドに接続されており、第3の端子はフローティング状態にされている。なお、本実施の形態4では、ダミーメモリセルの図示は省略している。
本実施の形態4では、記憶領域として使用されるメモリセルとして、さらに、メモリセルMC8〜MC15を明示している。それに伴い、ビット線BL2、BL3も明示している。また、本実施の形態4では、電圧バッファ回路BUFは、ダミービット線BLdmyではなく、書き込み回路WCと接続されている。
メモリセルMC8〜MC11は、同一の列に属する。メモリセルMC12〜MC15は、同一の列に属する。メモリセルMC8、MC12は、メモリセルMC0、MC4と同一の行に属する。メモリセルMC9、MC13は、メモリセルMC1、MC5と同一の行に属する。メモリセルMC10、MC14は、メモリセルMC2、MC6と同一の行に属する。メモリセルMC11、MC15は、メモリセルMC3、MC7と同一の行に属する。
よって、メモリセルMC8、MC9、MC12、MC13のメモリトランジスタMT8、MT9、MT12、MT13の第1の端子は、メモリセルMC0、MC1、MC4、MC5のメモリトランジスタMT0、MT1、MT4、MT5の第1の端子とともに、制御ゲート線CG0が接続されている。メモリセルMC10、MC11、MC14、MC15のメモリトランジスタMT10、MT11、MT14、MT15の第1の端子は、メモリセルMC2、MC3、MC6、MC7のメモリトランジスタMT2、MT3、MT6、MT7の第1の端子とともに、制御ゲート線CG1が接続されている。
メモリセルMC8、MC12の選択トランジスタST8、ST12の第1の端子は、メモリセルMC0、MC4の選択トランジスタST0、ST4の第1の端子とともに、ワード線WL0が接続されている。メモリセルMC9、MC13の選択トランジスタST9、ST13の第1の端子は、メモリセルMC1、MC5の選択トランジスタST1、ST5のゲートとともに、ワード線WL1が接続されている。メモリセルMC10、MC14の選択トランジスタST10、ST14の第1の端子は、メモリセルMC2、MC6の選択トランジスタST2、ST6の第1の端子とともに、ワード線WL2が接続されている。メモリセルMC11、MC15の選択トランジスタST11、ST15の第1の端子は、メモリセルMC3、MC7の選択トランジスタST3、ST7の第1の端子とともに、ワード線WL3が接続されている。
メモリセルMC8、MC9、MC12、MC13のメモリトランジスタMT8、MT9、MT12、MT13の第2の端子は、メモリセルMC0、MC1、MC4、MC5のメモリトランジスタMT0、MT1、MT4、MT5の第2の端子とともに、ソース線SL2が接続されている。メモリセルMC10、MC11、MC14、MC15のメモリトランジスタMT10、MT11、MT14、MT15の第2の端子は、メモリセルMC2、MC3、MC6、MC7のメモリトランジスタMT2、MT3、MT6、MT7の第2の端子とともに、ソース線SL3が接続されている。
メモリセルMC8、MC9、MC12、MC13の選択トランジスタST8、ST9、ST12、ST13の第2の端子の各々は、メモリトランジスタMT8、MT9、MT12、MT13の各々を介して、ソース線SL0が接続されている。メモリセルMC10、MC11、MC14、MC15の選択トランジスタST10、ST11、ST14、ST15の第2の端子の各々は、メモリトランジスタMT10、MT11、MT14、MT15の各々を介して、ソース線SL1が接続されている。
メモリセルMC8〜MC11の選択トランジスタST8〜ST11の第3の端子は、ビット線BL2が接続されている。メモリセルMC12〜MC15の選択トランジスタST12〜ST15の第3の端子は、ビット線BL3が接続されている。
メモリセルMC8〜MC11のメモリトランジスタMT8〜MT11の第3の端子の各々は、選択トランジスタST8〜ST11の各々を介して、ビット線BL2が接続されている。メモリセルMC12〜MC15のメモリトランジスタMT12〜MT15の第3の端子の各々は、選択トランジスタST12〜ST15の各々を介して、ビット線BL3が接続されている。すなわち、選択トランジスタST8〜ST15の第2の端子の各々は、メモリトランジスタMT8〜MT15の第3の端子の各々と接続されている。
本実施の形態4に係る書き込み回路WCは、実施の形態1に係る書き込み回路WCと比較して、さらに、ビット線BL2、BL3が接続されている。書き込み回路WCは、ビット線BL2に接続されたメモリセルMC8〜MC15のいずれかにデータを書き込む場合、メモリセルMC8〜MC15に誤書き込みが行われない電圧レベルの電圧(例えば1.5V)を、ビット線BL2及びビット線BL3の各々にも印加する。その後、書き込み回路WCは、ビット線BL2に接続されたメモリセルMC12〜MC15のいずれにもデータを書き込まず、かつ、ビット線BL3に接続されたメモリセルMC8〜MC11のいずれかにデータを書き込む場合、ビット線BL2に定電流(例えば1μA)を印加するとともに、ビット線BL3には上記電圧の印加を継続する。一方、書き込み回路WCは、ビット線BL2に接続されたメモリセルMC8〜MC11のいずれにもデータを書き込まず、かつ、ビット線BL3に接続されたメモリセルMC12〜MC15のいずれかにデータを書き込む場合、ビット線BL3に定電流(例えば1μA)を印加するとともに、ビット線BL2には上記電圧の印加を継続する。
より具体的には、本実施の形態4に係る書き込み回路WCは、実施の形態1に係る書き込み回路WCと比較して、さらに、スイッチWST4〜WST7と、電流源回路WCC1と、電源電圧回路WVC2、WVC3とを有する点が異なる。ビット線BL2は、スイッチWSW4を介して電流源回路WCC1に接続されており、スイッチWSW5を介して電源電圧回路WVC2に接続されている。ビット線BL3は、スイッチWSW6を介して電流源回路WCC1に接続されており、スイッチWSW7を介して電源電圧回路WVC3に接続されている。電流源回路WCC1は、グランドと接続されている。言い換えると、ビット線BL2は、スイッチWSW4及び電流源回路WCC1を介してグランドと接続されており、ビット線BL3は、スイッチWSW6及び電流源回路WCC1を介してグランドと接続されている。
スイッチWSW4とスイッチWSW5は、排他的にオンにされる。すなわち、書き込み回路WCは、ビット線BL2に定電流を印加する場合、スイッチWSW4をオンにするとともに、スイッチWSW5をオフにする。これにより、ビット線BL2に対して電流源回路WCC1が電気的に接続され、電源電圧回路WVC2が電気的に非接続となり、ビット線BL2に電流源回路WCC1が生成した定電流(1μA)が印加される。一方、書き込み回路WCは、ビット線BL2に電圧を印加する場合、スイッチWSW4をオフにするとともに、スイッチWSW5をオンにする。これにより、ビット線BL2に対して電流源回路WCC1が電気的に非接続となり、電源電圧回路WVC2が電気的に接続され、ビット線BL2に電源電圧回路WVC2が生成した電圧(1.5V)が印加される。
例えば、スイッチWSW4は、N型MOSトランジスタであり、スイッチWSW5は、P型MOSトランジスタである。そして、スイッチWSW4及びスイッチWSW5のゲートに同一のゲート電圧を印加することで、上述の排他的なオンが可能とされている。
スイッチWSW6とスイッチWSW7は、排他的にオンにされる。すなわち、書き込み回路WCは、ビット線BL3に定電流を印加する場合、スイッチWSW6をオンにするとともに、スイッチWSW7をオフにする。これにより、ビット線BL3に対して電流源回路WCC1が電気的に接続され、電源電圧回路WVC3が電気的に非接続となり、ビット線BL3に電流源回路WCC1が生成した定電流(1μA)が印加される。一方、書き込み回路WCは、ビット線BL3に電圧を印加する場合、スイッチWSW6をオフにするとともに、スイッチWSW7をオンにする。これにより、ビット線BL3に対して電流源回路WCC1が電気的に非接続となり、電源電圧回路WVC3が電気的に接続され、ビット線BL3電源電圧回路WVC3が生成した電圧(1.5V)印加される。
例えば、スイッチWSW6は、N型MOSトランジスタであり、スイッチWSW7は、P型MOSトランジスタである。そして、スイッチWSW6及びスイッチWSW7のゲートに同一のゲート電圧を印加することで、上述の排他的なオンが可能とされている。
また、書き込み回路WCは、ビット線BL0に接続されたメモリセルMC0〜MC3のいずれかにデータを書き込む場合、ビット線BL0の電圧を、電圧バッファ回路BUFに印加する。書き込み回路WCは、ビット線BL1に接続されたメモリセルMC4〜MC7のいずれかにデータを書き込む場合、ビット線BL1の電圧を、電圧バッファ回路BUFに印加する。書き込み回路WCは、ビット線BL2に接続されたメモリセルMC8〜MC11のいずれかにデータを書き込む場合、ビット線BL2の電圧を、電圧バッファ回路BUFに印加する。書き込み回路WCは、ビット線BL3に接続されたメモリセルMC12〜MC15のいずれかにデータを書き込む場合、ビット線BL3の電圧を、電圧バッファ回路BUFに印加する。
より具体的には、本実施の形態4に係る書き込み回路WCは、実施の形態1に係る書き込み回路WCと比較して、さらに、スイッチSW0、SW1を有する点が異なる。スイッチWSW0及びスイッチWSW2の各々と、電流源回路WCC0とを接続する信号線は、スイッチSW0を介して電圧バッファ回路BUFに接続されている。スイッチWSW4及びスイッチWSW6の各々と、電流源回路WCC1とを接続する信号線は、スイッチSW1を介して電圧バッファ回路BUFに接続されている。
よって、書き込み回路WCは、ビット線BL0の電圧を電圧バッファ回路BUFに印加する場合、スイッチWSW0及びスイッチSW0をオンにする。これにより、ビット線BL0と電圧バッファ回路BUFが電気的に接続され、ビット線BL0の電圧が電圧バッファ回路BUFに印加される。書き込み回路WCは、ビット線BL1の電圧を電圧バッファ回路BUFに印加する場合、スイッチWSW2及びスイッチSW0をオンにする。これにより、ビット線BL1と電圧バッファ回路BUFが電気的に接続され、ビット線BL1の電圧が電圧バッファ回路BUFに印加される。書き込み回路WCは、ビット線BL2の電圧を電圧バッファ回路BUFに印加する場合、スイッチWSW4及びスイッチSW1をオンにする。これにより、ビット線BL2と電圧バッファ回路BUFが電気的に接続され、ビット線BL2の電圧が電圧バッファ回路BUFに印加される。書き込み回路WCは、ビット線BL3の電圧を電圧バッファ回路BUFに印加する場合、スイッチWSW6及びスイッチSW1をオンにする。これにより、ビット線BL3と電圧バッファ回路BUFが電気的に接続され、ビット線BL3の電圧が電圧バッファ回路BUFに印加される。
例えば、スイッチSW0及びスイッチSW1は、N型MOSトランジスタである。そして、スイッチSW0及びスイッチSW1のゲートの各々に、ゲート電圧を印加することで、上述のオンが可能とされている。
ここで、本実施の形態4では、半導体記憶装置4が、マルチチャンネルアクセスが可能な不揮発性メモリである例について説明する。すなわち、半導体記憶装置4は、複数のメモリセルに対して並行してデータを書き込み可能である。図14では、2チャンネルアクセスが可能な例について説明している。メモリセルMC0〜MC7は、第1のチャンネルによって書き込みが行われる単位(図14の「I/O_0」)であり、メモリセルMC8〜MC15は、第2のチャンネルによって書き込みが行われる単位(図14の「I/O_1」)である。
I/O_0に含まれるメモリセルと、I/O_1に含まれるメモリセルにデータを書き込む場合は、スイッチSW0、SW1のいずれか一方のみをオンにして、I/O_0の選択ビット線BL0又はBL1と、I/O_1の選択ビット線BL2又はBL3とのいずれか一方の電圧を、非選択セクタのソース線に印加する。ビット線BL0またはBL1と、BL2またはBL3のショートを避けるため、スイッチSW0、SW1のいずれか一方のみをオンにする。
ここで、本実施の形態4では、実施の形態1と比較して、第1のセクタ(図14の「セクタ0」)は、さらに、メモリセルMC8、MC9、MC12、MC13を有する。また、第2のセクタ(図14の「セクタ1」)は、さらに、メモリセルMC10、MC11、MC14、MC15を有する。
上述の構成により、本実施の形態4は、実施の形態1〜3と比較して、非選択メモリのソース線SL1に印加する電圧として、ダミーメモリセルMCdmy0、MCdmy1又はワード線トランジスタWLTの生成するダミービット線BLdmyの電圧を用いず、書き込み動作時に選択メモリセルが生成するビット線の電圧を用いるものである。
また、本実施の形態4では、メモリセルMC0〜MC15にデータとして“1”を書き込む場合に利用するスイッチBSW0、BSW1及び電源電圧回路BVCを明示している。“0”データの書き込みはフローティングゲートに電子を注入する動作であることに対して、“1”データの書き込みはフローティングゲートに電子が入るのを禁止(書き込みを禁止)する動作である。“0”データを書き込みする場合はビット線に定電流(1μA)を印加し、“1”データの書き込みをする場合はビット線に高レベルの電圧(1.5V)を印加する。
ソース線ドライバSLDRV0、SLDRV1は、スイッチBSW0を介して電圧バッファ回路BUFと接続されており、スイッチBSW1を介して電源電圧回路BVCと接続されている。図5に示したスイッチBSWa、BSWbは、例えば、電圧バッファ回路BUFと、スイッチBSW0の間に接続されるが、その動作は実施の形態1と同様であるため、説明を省略する。
スイッチBSW0と、スイッチBSW1は、排他的にオンにされる。半導体記憶装置4は、低レベルの電圧としてソース線ドライバSLDRV0、SLDRV1に第1の電圧又は第2の電圧を印加する場合、スイッチBSW0をオンにするとともに、スイッチBSW1をオフにする。これにより、ソース線ドライバSLDRV0、SLDRV1に対してグランド又は電圧バッファ回路BUFが電気的に接続され、電源電圧回路BVCが電気的に非接続となり、ソース線ドライバSLDRV0、SLDRV1に第1の電圧(0V)又は第2の電圧(電圧バッファ回路BUFを介したダミービット線BLdmyの電圧)が印加される。一方、半導体記憶装置4は、低レベルの電圧としてソース線ドライバSLDRV0、SLDRV1に第3の電圧を印加する場合、スイッチBSW0をオフにするとともに、スイッチBSW1をオンにする。これにより、ソース線ドライバSLDRV0、SLDRV1に対してグランド及び電圧バッファ回路BUFが電気的に非接続となり、電源電圧回路BVCが電気的に接続され、ソース線ドライバSLDRV0、SLDRV1に第3の電圧(1.5V)が印加される。
例えば、スイッチBSW0は、N型MOSトランジスタであり、スイッチBSW1は、P型MOSトランジスタである。そして、スイッチBSW0及びスイッチBSW1のゲートに同一のゲート電圧を印加することで、上述の排他的なオンが可能とされている。
(実施の形態4の動作)
続いて、図15を参照して、本実施の形態4に係る半導体記憶装置4の書き込み動作について説明する。以下、図14に示すように、I/O_0のメモリセルMC0と、I/O_1のメモリセルMC8とに同時にデータとして“0”を書き込む例について説明する。また、メモリセルMC2、MC3、MC6、MC7、MC10、MC11、MC14、MC15が消去状態である例について説明する。
書き込み動作前は、ワード線WL0〜WL3、制御ゲート線CG0、CG1、ソース線SL0、SL1、ビット線BL0、BL1の各々の状態については、実施の形態1と同様である。スイッチSW0、SW1は、ゲート電圧として、低レベルの電圧(0V)が印加されている。すなわち、スイッチSW0、SW1は、オフである。スイッチBSW0、BSW1は、ゲート電圧として、高レベルの電圧(VCC)が印加されている。すなわち、スイッチBSW0は、オンであり、スイッチBSW1は、オフである。この電圧VCCは、スイッチBSW0をオンにできる程度に、後述の低レベルの電圧(0V)よりも大きい電圧である。
ビット線BL2、BL3も、書き込み回路WCによって、ビット線BL0、BL1と同様に、低レベルの電圧(0V)が印加されている。すなわち、本実施の形態4では、半導体記憶装置4は、ビット線BL2、BL3に対しても、図5及び図12に示したスイッチWSWa〜WSWd及びインバータWNCa、WNCbに相当する低レベル(0V)を印加するためのスイッチ(トランジスタ)及びインバータが必要であることは、実施の形態1〜3の説明から自明である。そのため、ここでは、図示及びその説明を省略する。
第1のタイミング(図15の(1)):
書き込み動作を開始すると、制御ゲート線CG0、ソース線SL0、ビット線BL0、BL1の各々の電圧は、実施の形態1と同様に変化する。本実施の形態4では、書き込み回路WCは、ビット線BL2、BL3に対しても、低レベルの電圧(0V)の印加を終了し、メモリセルMC8〜MC15に誤書き込みが行われない高レベルの電圧(1.5V、後述のワード線の高レベルの電圧よりも高い電圧)の印加を開始する。
第2のタイミング(図15の(2)):
本実施の形態4では、このタイミングでは、非選択ソース線SL1の電圧は変化しない。
第3のタイミング(図15の(3)):
選択ワード線WL0及び選択ビット線BL0の各々の電圧は、実施の形態1と同様に変化する。本実施の形態4では、書き込み回路WCは、選択ビット線BL2に対しても、高レベルの電圧(1.5V)の印加を終了し、定電流(1μA)を印加する。これにより、メモリセルMC8において、電圧の高いソース線SL0から、それよりも電圧の低いビット線BL2に向かって電流が流れる。それにより発生するホットエレクトロンがフローティングゲートに注入されることで、メモリセルMC8にもデータが書き込まれる。
ここで、書き込み回路WCは、スイッチSW0のゲート電圧として、低レベルの電圧(0V)の印加を終了し、高レベルの電圧(VCC)の印加を開始する。すなわち、スイッチSW0をオンにする。この電圧VCCは、スイッチSW0をオンにできる程度に、上述の低レベルの電圧(0V)よりも大きい電圧である。そして、半導体記憶装置4は、スイッチBSWaをオフにし、スイッチBSWbをオンにすることで、非選択ソース線SL1に対して、グランド電圧(0V)の印加を終了し、電圧バッファ回路BUF及びソース線ドライバSLDRV1を介して、この選択ビット線BL0の電圧(0.4V)の印加を開始する。
ここで、上述したように、非選択ソース線SL1の電圧は、選択ビット線BL0の電圧と同じ電圧(0.4V)となる。よって、非選択メモリセルMC2、MC3に接続された選択ビット線BL0の電圧と、非選択メモリセルMC2、MC3に接続された非選択ソース線SL1の電圧は、同一(0.4V)となる。また、非選択メモリセルMC10、MC11に接続された選択ビット線BL2の電圧と、非選択メモリセルMC10、MC11に接続されたソース線SL1の電圧も、同一(0.4V)となる。したがって、非選択メモリセルMC2、MC3、MC10、MC11におけるサブスレッショルド・リーク電流を遮断することができる。
また、非選択メモリセルMC6、MC7に接続された非選択ビット線BL1の電圧(1.5V)と、非選択メモリセルMC6、MC7に接続された非選択ソース線SL1の電圧(0.4V)との電圧差が低減される。非選択メモリセルMC14、MC15に接続された非選択ビット線BL3の電圧(1.5V)と、非選択メモリセルMC14、MC15に接続された非選択ソース線SL1の電圧(0.4V)との電圧差が低減される。これらに加えて、ソース線SL1に電圧が印加されることによる基板バイアス効果によって非選択メモリセルMC6、MC7、MC14、MC15の閾値電圧が高くなるため、非選択メモリセルMC6、MC7、MC14、MC15におけるサブスレッショルド・リーク電流を削減することができる。
第4のタイミング(図15の(4)):
選択ワード線WL0及び選択ビット線BL0の各々の電圧は、実施の形態1と同様に変化する。本実施の形態4では、書き込み回路WCは、メモリセルMC0に誤書き込みが行われない電圧レベルの電圧(1.5V)を、ビット線BL2にも印加する。
書き込み回路WCは、スイッチSW0のゲート電圧として、高レベルの電圧(VCC)の印加を終了し、低レベルの電圧(0V)の印加を開始する。すなわち、スイッチSW0をオフにする。半導体記憶装置4は、スイッチBSWaをオンにし、スイッチBSWbをオフにすることで、非選択ソース線SL1に対して、選択ビット線BL0の電圧(0.4V)の印加を終了し、ソース線ドライバSLDRV1を介して低レベルの電圧(0V)の印加を開始する。
第5のタイミング(図15の(5)):
本実施の形態4では、このタイミングでは、非選択ソース線SL1の電圧は変化しない。
第6のタイミング(図15の(6)):
制御ゲート線CG0、選択ソース線SL0及びビット線BL0、BL1の各々の電圧は、実施の形態1と同様に変化する。本実施の形態4では、書き込み回路WCは、ビット線BL2、BL3に対しても、高レベルの電圧(1.5V)の印加を終了し、低レベルの電圧(0V)の印加を開始する。
続いて、図16を参照して、本実施の形態4に係る半導体記憶装置4の全てのI/O(チャンネル)に“1”のデータを書き込みする場合について説明する。以下、I/O_0のメモリセルMC0と、I/O_1のメモリセルMC8とに同時にデータとして“1”を書き込む例について説明する。また、メモリセルMC2、MC3、MC6、MC7、MC10、MC11、MC14、MC15が消去状態である例について説明する。
書き込み動作前は、ワード線WL0〜WL3、制御ゲート線CG0、CG1、ソース線SL0、SL1、ビット線BL0、BL1の各々の状態については、上述の書き込み動作(“0”の書き込み)前と同様である。スイッチSW0、SW1、BSW0、BSW1の状態についても、上述の書き込み動作(“0”の書き込み)前と同様である。
第1のタイミング(図16の(1)):
書き込み動作を開始すると、制御ゲート線CG0、ソース線SL0、ビット線BL0〜BL3の各々の電圧は、上述の書き込み動作(“0”の書き込み)前と同様に変化する。本実施の形態4では、半導体記憶装置4は、スイッチBSW0、BSW1に対して、高レベルの電圧(VCC)の印加を終了し、低レベルの電圧(0V)の印加を開始する。これにより、スイッチBSW0をオフにし、スイッチBSW1をオンにすることで、非選択ソース線SL1に対して、第1の電圧(0V)の印加を終了し、第3の電圧(1.5V)の電圧の印加を開始する。
第2のタイミング(図16の(2)):
このタイミングでは、信号線の電圧は変化しない。
第3のタイミング(図16の(3)):
ワード線ドライバWLDRV0、WLDRV2は、選択ワード線WL0、WL2に対して、低レベルの電圧(0V)の印加を終了し、高レベルの電圧(1.0V)の印加を開始する。これにより、メモリセルMC0、MC8に“1”のデータが書き込まれる。
ここで、非選択メモリセルMC2、MC3、MC6、MC7、MC10、MC11、MC14、MC15に接続されたビット線BL0〜BL3の電圧と、非選択メモリセルMC2、MC3、MC6、MC7、MC10、MC11、MC14、MC15に接続された非選択ソース線SL1の電圧は、同一(1.5V)となる。したがって、非選択メモリセルMC2、MC3、MC6、MC7、MC10、MC11、MC14、MC15におけるサブスレッショルド・リーク電流を遮断することができる。
第4のタイミング(図16の(4)):
ワード線ドライバWLDRV0、WLDRV2は、選択ワード線WL0、WL2に対して、高レベルの電圧(1.0V)の印加を終了し、低レベルの電圧(0V)の印加を開始する。
第5のタイミング(図16の(5)):
このタイミングでは、信号線の電圧は変化しない。
第6のタイミング(図16の(6)):
制御ゲート線CG0、ソース線SL0、ビット線BL0〜BL3の各々の電圧は、上述の書き込み動作(“0”の書き込み)前と同様に変化する。本実施の形態4では、半導体記憶装置4は、スイッチBSW0、BSW1に対して、低レベルの電圧(0V)の印加を終了し、高レベルの電圧(VCC)の印加を開始する。これにより、スイッチBSW0をオンにし、スイッチBSW1をオフにすることで、非選択ソース線SL1に対して、第3の電圧(1.5V)の印加を終了し、第1の電圧(0V)の電圧の印加を開始する。
なお、実施の形態1〜3では“1”のデータを書き込む場合でも、ダミーメモリセルMCdmy0、MCdmy1またはワード線トランジスタWLTが生成するビット線の電圧を非選択ソース線に印加すればよい。このため、実施の形態4で示したスイッチBSW0、BSW1は、実施の形態1〜3では必要ない。
(実施の形態4の効果)
以上に説明したように、本実施の形態4では、メモリセルMC0にデータとして“0”を書き込む場合、メモリセルMC0のビット線BL0をソース線SL1と接続している。
これによれば、非選択ソース線SL1に印加する電圧としてダミーメモリセルMCdmy0、MCdmy1又はワード線トランジスタWLTを用いる必要はない。また、ダミーメモリセルMCdmy0、MCdmy1又はワード線トランジスタWLT用のワード線ドライバWLDRVdmy0、WLDRVdmy1、制御ゲート線ドライバCGDRVdmy、ソース線ドライバSLDRVdmy及び書き込み回路WCdmyも必要ない。したがって半導体チップの面積を削減することができる。また、実施の形態3で説明した、書き込み動作中にダミーメモリセルに高電圧が印加され続けることによって発生するホットエレクトロンによる特性変動の影響もない。
また、本実施の形態4では、メモリセルMC0にデータとして“1”を書き込む場合、非選択ソース線SL1には選択ビット線BL0、BL2の高レベルと同じ電圧を印加する。非選択セクタのメモリセルMC2、MC3、MC6、MC7、MC10、MC11、MC14、MC15に接続されたソース線とビット線が同じ電圧となるため、非選択メモリセルMC2、MC3、MC6、MC7、MC10、MC11、MC14、MC15におけるサブスレッショルド・リーク電流を遮断することができる。
<実施の形態の概略構成>
続いて、図17を参照して、上述した実施の形態1〜3に係る半導体記憶装置1〜3の概略構成となる半導体記憶装置10の構成について説明する。すなわち、実施の形態1〜3に係る半導体記憶装置1〜3における特徴的構成の一部は、図12に示すように抽出される。
図17に示すように、半導体記憶装置10は、第1のメモリセル11と、第2のメモリセル12と、ダミートランジスタ13と、電圧制御回路14とを有する。
第1のメモリセル11は、第1のトランジスタ110を有する。第1のトランジスタ110は、第1のワード線と、第1のソース線と、ビット線とに接続される第1のトランジスタを有する。第1のメモリセル11は、メモリセルMC0〜MC7のいずれか(上述の例ではメモリセルMC0)に対応する。
第2のメモリセル12は、第2のトランジスタ120を有する。第2のトランジスタ120は、第2のワード線と、第2のソース線と、上記ビット線とに接続される。第2のメモリセル12は、メモリセルMC0〜MC7のいずれか(上述の例ではメモリセルMC2)に対応する。
第1のダミートランジスタ13は、第1のトランジスタ110と同一構造である。第1のダミートランジスタ13は、ダミーワード線と、ダミーソース線と、ダミービット線とに接続される。第1のダミートランジスタ13は、メモリトランジスタMTdmy0、MTdmy1のいずれか(上述の例ではメモリトランジスタMTdmy0)、又は、ワード線トランジスタWLTに対応する。
電圧制御回路14は、第1のメモリセル11にデータを書き込むための所定電圧が第1のワード線に印加される場合、ダミービット線を第2のソース線と接続する。電圧制御回路14は、上記所定電圧をダミーワード線に印加する。電圧制御回路14は、ドライバWLDRV1〜WLDRV3、WLDRVdmy0、WLDRVdmy1、CGDRV0、CGDRV1、CGDRVdmy、SLDRV0、SLDRV1、SLDRVdmy、書き込み回路WC、WCdmy及び定電流回路LCCに対応する。
続いて、図18を参照して、上述した実施の形態4に係る半導体記憶装置4の概略構成となる半導体記憶装置20の構成について説明する。すなわち、実施の形態4に係る半導体記憶装置4における特徴的構成の一部は、図13に示すように抽出される。
図18に示すように、半導体記憶装置20は、第1のメモリセル21と、第2のメモリセル22と、電圧制御回路23とを有する。
第1のメモリセル21は、第1のトランジスタ210を有する。第1のトランジスタ210は、第1のワード線と、第1のソース線と、ビット線とに接続される。第1のメモリセル21は、メモリセルMC0〜MC15のいずれか(上述の例ではメモリセルMC0又はメモリセルMC8)に対応する。
第2のメモリセル22は、第2のトランジスタ220を有する。第2のトランジスタ220は、第2のワード線と、第2のソース線と、上記ビット線とに接続される。第2のメモリセル22は、メモリセルMC0〜MC15のいずれか(上述の例ではメモリセルMC2又はメモリセルMC10)に対応する。
電圧制御回路23は、第1のメモリセル21にデータを書き込む場合、ビット線を第2のソース線と接続する。電圧制御回路23は、ドライバWLDRV1〜WLDRV3、CGDRV0、CGDRV1、SLDRV0、SLDRV1及び書き込み回路WCに対応する。
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は既に述べた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の変更が可能であることはいうまでもない。
1、2、3、4 半導体記憶装置
9 メモリセルアレイ
BL0、BL1、BL2、BL3 ビット線
BLdmy ダミービット線
BNC、LNC、WNCa、WNCb、WNCdmy インバータ
BSW0、BSW1、BSWa、BSWb、LSWa、LSWb、SW0、SW1、SSW0、SSW1、SSW2、SSW3、SSWdmy0、SSWdmy1、WSW0、WSW1、WSW2、WSW3、WSW4、WSW5、WSW6、WSW7、WSWa、WSWb、WSWc、WSWd、WSWdmya、WSWdmyb スイッチ
BUF 電圧バッファ回路
BVC、SVC0、SVC1、SVCdmy、WVC0、WVC1、WVCdmy、VC 電源電圧回路
CC、WCC0、WCCdmy 電流源回路
CGdmy ダミー制御ゲート線
CG0、CG1 制御ゲート線
CGDRV0、CGDRV1、CGDRVdmy 制御ゲート線ドライバ
LCC 定電流回路
MC0、MC1、MC2、MC3、MC4、MC5、MC6、MC7、MC8、MC9、MC10、MC11、MC12、MC13、MC14、MC15 メモリセル
MCdmy0、MCdmy1 ダミーメモリセル
MT0、MT1、MT2、MT3、MT4、MT5、MT6、MT7、MT8、MT9、MT10、MT11、MT12、MT13、MT14、MT15、MTdmy0、MTdmy1 メモリトランジスタ
SL0、SL1 ソース線
SLDRV0、SLDRV1、SLDRVdmy ソース線ドライバ
SLdmy ダミーソース線
ST0、ST1、ST2、ST3、ST4、ST5、ST6、ST7、ST8、ST9、ST10、ST11、ST12、ST13、ST14、ST15、STdmy0、STdmy1 選択トランジスタ
WC、WCdmy 書き込み回路
WL0、WL1、WL2、WL3 ワード線
WLDRV1、WLDRV2、WLDRV3、WLDRV4、WLDRVdmy0、WLDRVdmy1 ワード線ドライバ
WLdmy0、WLdmy1 ダミーワード線
WLT ワード線トランジスタ

Claims (10)

  1. 第1のワード線と、第1のソース線と、第1のビット線とに接続される第1のトランジスタを有する第1のメモリセルと、
    第2のワード線と、第2のソース線と、前記第1のビット線とに接続される第2のトランジスタを有する第2のメモリセルと、
    前記第1のトランジスタと同一構造であり、第1のダミーワード線と、ダミーソース線と、ダミービット線とに接続される第1のダミートランジスタと、
    前記第1のメモリセルにデータを書き込むための所定電圧を前記第1のワード線に印加する場合、前記ダミービット線を前記第2のソース線と接続し、当該所定電圧を前記第1のダミーワード線に印加する電圧制御回路と、を備えた、
    半導体記憶装置。
  2. 前記半導体記憶装置は、さらに、
    前記第2のワード線と、前記第2のソース線と、第2のビット線とに接続される第3のトランジスタを有する第3のメモリセルを備え、
    前記電圧制御回路は、前記第1のメモリセルにデータを書き込む場合、前記第3のメモリセルに対する誤書き込みを防止するための所定電圧を前記第2のビット線に印加する、
    請求項1に記載の半導体記憶装置。
  3. 前記半導体記憶装置は、さらに、前記第1のメモリセルと同一構造であり、前記第1のダミートランジスタを有する第1のダミーメモリセルを備えた、
    請求項2に記載の半導体記憶装置。
  4. 前記電圧制御回路は、
    第1の電源電圧回路、及び、第1の電流源回路のいずれか1つを選択して、前記第1のビット線と接続する第1の選択回路と、
    前記第1の電源電圧回路と同レベルの電圧を生成する第2の電源電圧回路、及び、前記第1の電流源回路のいずれか1つを選択して、前記第2のビット線と接続する第2の選択回路と、
    前記第1の電源電圧回路と同レベルの電圧を生成する第3の電源電圧回路、及び、前記第1の電流源回路が生成する電流と同量の電流を生成する第2の電流源回路のいずれか1つを選択して、前記ダミービット線と接続する第3の選択回路と、を有し、
    前記電圧制御回路は、前記第1のメモリセルにデータを書き込む場合、前記第1の選択回路による前記第1の電流源回路の選択、前記第2の選択回路による前記第2の電源電圧回路の選択、及び、前記第3の選択回路による前記第2の電流源回路の選択を行う、
    請求項3に記載の半導体記憶装置。
  5. 前記半導体記憶装置は、さらに、
    第3のワード線と、前記第1のソース線と、前記第1のビット線とに接続される第3のトランジスタを有する第4のメモリセルと、
    前記第3のメモリセルと同一構造であり、第2のダミーワード線と、前記ダミーソース線と、前記ダミービット線とに接続される第2のダミートランジスタを有する第2のダミーメモリセルと、
    メモリセルアレイにおいて、前記第1のメモリセル及び前記第1のダミーメモリセルは奇数行目に配置され、前記第4のメモリセル及び前記第2のダミーメモリセルは偶数行目に配置され、
    前記電圧制御回路は、前記第4のメモリセルにデータを書き込むための所定電圧を前記第3のワード線に印加する場合、前記ダミービット線を前記第2のソース線と接続し、当該所定電圧を前記第2のダミーワード線に印加する、
    請求項3に記載の半導体記憶装置。
  6. 前記第1のメモリセルは、さらに、第1の制御ゲート線と、前記第1のソース線と、前記第1のトランジスタを介しての前記第1のビット線とに接続される第1のメモリトランジスタを有し、
    前記第1のトランジスタは、前記第1のメモリトランジスタを介して前記第1のソース線と接続される第1の選択トランジスタであり、
    前記第1のダミートランジスタは、メモリセルに含まれるトランジスタではなく、前記第1のメモリセルにデータを書き込む場合に、前記第1のダミーワード線に印加される電圧は、前記第1の制御ゲート線に印加される電圧よりも低い、
    請求項2に記載の半導体記憶装置。
  7. 前記電圧制御回路は、
    第1の電源電圧回路、及び、第1の電流源回路のいずれか1つを選択して、前記第1のビット線と接続する第1の選択回路と、
    前記第1の電源電圧回路と同レベルの電圧を生成する第2の電源電圧回路、及び、前記第1の電流源回路のいずれか1つを選択して、前記第2のビット線と接続する第2の選択回路と、
    前記第1の電流源回路が生成する電流と同量の電流を前記第1のダミートランジスタに印加する第3の電源電圧回路と、を有し、
    前記電圧制御回路は、前記第1のメモリセルにデータを書き込む場合、前記第1の選択回路による前記第1の電流源回路の選択、及び、前記第2の選択回路による前記第2の電源電圧回路の選択を行う、
    請求項6に記載の半導体記憶装置。
  8. 第1のワード線と、第1のソース線と、第1のビット線とに接続される第1のトランジスタを有する第1のメモリセルと、
    第2のワード線と、第2のソース線と、前記第1のビット線とに接続される第2のトランジスタを有する第2のメモリセルと、
    前記第1のメモリセルにデータを書き込む場合、前記第1のビット線を前記第2のソース線と接続する電圧制御回路と、を備えた、
    半導体記憶装置。
  9. 前記半導体記憶装置は、さらに、
    前記第1のワード線と、前記第1のソース線と、第2のビット線とに接続される第3のトランジスタを有する第3のメモリセルと、
    前記電圧制御回路は、前記第1のメモリセルにデータを書き込まず、前記第3のメモリセルにデータを書き込む場合、前記第1のビット線を前記第2のソース線と非接続とするとともに、前記第2のビット線を前記第2のソース線と接続する、
    請求項8に記載の半導体記憶装置。
  10. 前記電圧制御回路は、
    第1の電源電圧回路、及び、第1の電流源回路のいずれか1つを選択して、前記第1のビット線と接続する第1の選択回路と、
    前記第1の電源電圧回路と同レベルの電圧を生成する第2の電源電圧回路、及び、前記第1の電流源回路と同量の電流を生成する第2の電流源回路のいずれか1つを選択して、前記第2のビット線と接続する第2の選択回路と、
    前記第1の選択回路が前記第1の電流源回路を選択した場合に前記第1のビット線と前記第1の電流源回路とが接続される第1の信号線と、前記第2のソース線との接続状態を切り替える第1のスイッチ回路と、
    前記第2の選択回路が前記第1の電流源回路を選択した場合に前記第2のビット線と前記第2の電流源回路とが接続される第2の信号線と、前記第2のソース線との接続状態を切り替える第2のスイッチ回路と、を有し、
    前記電圧制御回路は、前記第1のメモリセルにデータを書き込む場合、前記第1の選択回路による前記第1の電流源回路の選択、前記第2の選択回路による前記第2の電源電圧回路の選択、前記第1のスイッチ回路による前記第1の信号線と前記第2のソース線との接続、及び、前記第2のスイッチ回路による前記第2の信号線と前記第2のソース線との非接続を行う、
    請求項9に記載の半導体記憶装置。
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