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JP4136646B2 - Semiconductor memory device and control method thereof - Google Patents
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JP4136646B2 - Semiconductor memory device and control method thereof - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は不揮発性を有し書き換え可能なメモリセルを備えた半導体記憶装置及びその制御方法に関するものである。
【0002】
不揮発性を有し書き換え可能なメモリセルを備えた半導体記憶装置は、書き込み動作(プログラムモード)や消去動作(消去モード)に該装置内部の電圧発生回路で生成された高電圧や負電圧を使用する。それらの電圧は、書き込み動作時や消去動作時に、所定のパルス幅でメモリセルに印加される。これらの各種動作(動作モード)における電圧値やパルス幅等を設定するパラメータ(動作制御パラメータ)は、設計時に最適と予想される値で設定され、その設定値に応じて回路が設計される。
【0003】
しかし、製造ばらつきやシミュレーションの精度の関連で、(実際のウェハプロセス工程後のそれぞれの製品チップでは)設計時の最適値からずれることが多々ある。これらのパラメータの調整は、マスク変更をともなう回路変更で対応することも可能であるが、変更までの時間がかかり、市場に出るまでの時間が重要な要素になっている現状では実状に沿わないし、また、個々の製品製造バラツキには対応できない。
【0004】
このため、半導体記憶装置には、個々の製品チップの製造バラツキに対応してパラメータを設定するためのFuseを設けたものがある。個々の製品チップを試験し、その試験結果を踏まえてFuseをレーザーなどで切断することも可能である。しかし、レーザー切断できるためのFuseは、そのFuse単体面積が大きく、ダイサイズ増大を招き、またレーザー工程が増加して試験コスト増大を招く。
【0005】
また、不揮発性固有の書き換え回数や、その回数に応じた(動作制御)パラメータの変更などには対応できない。そのため、製造後に調整が必要となる(動作制御)パラメータを、制御用記憶領域に書き込むなどして、ソフト的に対応されることが望まれている。
【0006】
【従来の技術】
従来、メモリ制御情報を専用の不揮発性記憶領域に記憶し、製造後にソフト的に可変としたメモリ・システムがある(例えば、特許文献1,特許文献2参照)。このメモリ・システムは、ユーザに提供される(ユーザがアクセスする)フラッシュ・メモリ・セルのアレイと別に、制御パラメータCP1を含む制御パラメータ・ビットの状態が記憶される不揮発性データ記憶ユニットを備えている。そして、この領域に語構成,読み出し基準電流,内部発生電圧,制御パルス幅,等のパラメータ情報を記憶することにより、メモリ・システムを制御可能としている。
【0007】
【特許文献1】
特表平10−510656号公報(図1)
【特許文献2】
特開2001−57096号公報(図1)
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来例では、不揮発性データ記憶ユニットがユーザに提供されるフラッシュ・メモリ・セルのアレイと別の領域に設けられている。このため、制御用(動作制御)パラメータ領域専用の書き込み/読み出し回路が必要となり、回路面積が増大するという問題があった。
【0009】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は回路面積の増大を抑えることのできる半導体記憶装置及びその制御方法を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明は、外部番地が割り当てられた第1のメモリセルと、外部番地が割り当てられていない第2のメモリセルとを備え、前記第2のメモリセルは、前記第1のメモリセルへの読出し動作を制御するメモリ制御情報のために設けられ、前記第1及び第2のメモリセルは、両メモリセルに対して共通なビット線に接続され、前記ビット線に接続され、前記第1のメモリセルの情報を読み出す第1読出し回路と、前記ビット線に接続され、前記第2のメモリセルの情報を読み出す第2読出し回路と、前記第2読出し回路の出力信号は、前記第1読出し回路に接続される。
【0011】
請求項2に記載の発明は、外部番地が割り当てられた第1のメモリセルと、外部番地が割り当てられていない第2のメモリセルとを備え、前記第1及び第2のメモリセルは不揮発性を有し書き換え可能であり、前記第2のメモリセルは、前記第1のメモリセルへの読出し動作を制御するメモリ制御情報のために設けられ、前記第1及び第2のメモリセルは、両メモリセルに対して共通なビット線及びソース線に接続され、前記ビット線に接続され、前記第1のメモリセルの情報を読み出す第1読出し回路と、前記ビット線に接続され、前記第2のメモリセルの情報を読み出す第2読出し回路と、前記第2読出し回路の出力信号は、前記第1読出し回路に接続される。
【0012】
請求項3に記載の発明のように、前記第1のメモリセルは複数の前記ビット線と複数の第1ワード線とによりアレイ状に配置され、アドレス信号に基づいて前記複数の第1ワード線のうちの1つを活性化するデコーダを備え、前記第2のメモリセルは第2ワード線を介して前記デコーダに接続される。
【0013】
請求項4に記載の発明のように、前記第1のメモリセルと前記第2のメモリセルは、両メモリセルに対して共通なソース線を介して共通なソース電圧供給回路に接続される。
【0014】
請求項5に記載の発明のように、前記第1読出し回路は、読出し基準電流生成部と、前記読出し基準電流生成部の出力である読出し基準電流線と前記ビット線とが入力される差電流増幅回路とを備え、前記第2読出し回路の出力信号は、前記読出し基準電流生成部に入力され、前記メモリ制御情報に従って前記読出し基準電流値を変更する。
【0015】
請求項6に記載の発明は、前記読出し基準電流生成部は、前記メモリセルデータの第1極性情報(0または1)の第1基準電流である第1基準信号が入力され、第1基準電流を発生させる第1定電流部と、前記メモリセルデータの前記第1極性情報とは逆の第2極性情報(1または0)の第2基準電流である第2基準信号が入力され第2基準電流を発生させる第2定電流部とを備え、前記第2読出し回路の出力信号は、前記第2定電流部に接続され、前記メモリ制御情報に従って読出し基準電流値を変更する。
【0016】
請求項7に記載の発明は、前記第2定電流部は、前記メモリ制御情報に従って前記第1定電流部の駆動能力に対して、第2基準電流を定数j(0<j<1)倍した電流を発生させる。
【0017】
請求項8に記載の発明は、前記半導体記憶装置は、前記ビット線に接続されるライトアンプと、前記メモリセルの経時変化に応じて前記第2のメモリセルに記憶されているメモリ制御情報が前記ライトアンプによって書き換えられ、前記書き換えられた第2のメモリセルの情報を読み出す第2読出し回路と、前記書き換えられた前記メモリ制御情報である前記第2読出し回路の出力信号が前記第1読出し回路に接続される。
【0018】
請求項9に記載の発明は、外部番地が割り当てられた第1のメモリセルと、前記第1のメモリセルへの読出し動作を制御するメモリ制御情報のために設けられ外部番地が割り当てられていない第2のメモリセルとが、両メモリセルに対して共通なビット線に接続された半導体記憶装置の制御方法であって、行デコーダにより前記第2のメモリセルを第2読出し回路を通じてアクセスするステップ1と、前記第2読出し回路の出力情報に応じて決定される動作条件に従い、前記行デコーダにより前記第1のメモリセルを第1読出し回路を通じてアクセスするステップ2とを含む。
【0019】
請求項10に記載の発明は、不揮発性を有し書き換え可能な第1及び第2のメモリセルを備え、第2のメモリセルは、前記第1のメモリセルへの読出し動作を制御するメモリ制御情報のために設けられ、第1のメモリセルには外部番地が割り当てられ、第2のメモリセルには外部番地が割り当てられておらず、両メモリセルに対して共通なビット線及びソース線に接続された半導体記憶装置の制御方法であって、行デコーダにより前記第2のメモリセルを第2読出し回路を通じてアクセスするステップ1と、前記第2読出し回路の出力情報に応じて決定される動作条件に従い、前記行デコーダにより前記第1のメモリセルを第1読出し回路を通じてアクセスするステップ2とを含む。
【0020】
請求項11に記載の発明のように、メモリセルの経時変化に応じて前記第2のメモリセルに記憶されている前記メモリ制御情報をライトアンプによって書き換えアクセスするステップ3を有し、前記ステップ3は、前記第2のメモリセルをアクセスするステップ1に先立って実行され、前記第2のメモリセルをアクセスする前記ステップ1は、前記第1のメモリセルをアクセスする前記ステップ2に先立って実行される。
【0021】
請求項12に記載の発明のように、前記ステップ1〜3は、前記半導体記憶装置の電源を投入維持した状態で実施される。
【0022】
請求項13に記載の発明のように、前記第1のメモリセルの情報を読み出す前記ステップ2は、読出し基準電流値と、前記第1のメモリセルの電流値を比較するステップであり、前記第2読出し回路の出力情報に従って、前記読出し基準電流値を変更する。
【0023】
請求項14に記載の発明のように、前記第1のメモリセルの情報を読み出す前記ステップ2は、前記メモリセルデータの第1極性情報(0または1)である第1基準電流と前記メモリセルデータの前記第1極性情報とは逆の第2極性情報(1または0)である第2基準電流とが合成された読出し基準電流値と、前記第1のメモリセルの電流値を比較するステップであり、前記第2読出し回路の出力情報に従って、前記読出し基準電流値を変更する。
【0024】
【発明の実施の形態】
(第一実施形態)
以下、本発明を具体化した第一実施形態を図1〜図16に従って説明する。
【0025】
図1は、不揮発性半導体記憶装置(フラッシュメモリ,不揮発性メモリ)の概略構成を示すブロック図である。
フラッシュメモリ10は、メモリセルアレイ11を含む。メモリセルアレイ11には、後述する複数のメモリセルCeがアレイ状に配置される。メモリセルCeは、不揮発性を有するとともに書き換え可能なメモリセルである。
【0026】
メモリセルアレイ11は、隣接して設けられた第1領域(ユーザ領域)11aと第2領域(制御情報領域)11bとから構成されている。第1領域11aは外部番地が割り当てられた領域である。即ち、第1領域11aは、このフラッシュメモリ10が接続される(又は搭載される)CPU等の回路からアクセスされる領域である。第2領域11bは外部番地が割り当てられていない領域(制御情報領域)であり、この第2領域11bにはメモリ制御情報が記憶される。
【0027】
メモリ制御情報は動作制御パラメータであり、語構成,読み出し基準電流,内部発生電圧,制御パルス幅,等のパラメータ情報である。
第1領域11aは、複数の第1ワード線WLa と複数のビット線BLとにより複数のメモリセルCeがアレイ状に配置されている。また、第1領域11aには、行単位のメモリセル毎にそれぞれ一対の基準セル(図示略)が配置される。基準セルは、メモリセルCeの読み出し時に、その読み出しデータの判定のための基準となる電流を生成するためのセルである。第2領域11bは、本実施形態では1本の第2ワード線WLb と複数のビット線BLとにより複数のメモリセルCeが列状に配置されている。
【0028】
図3は、メモリセルアレイ11の一構成例を示す一部回路図である。
各ワード線WLa,WLbは、第1選択ワード線SWLxa と第2選択ワード線SWLxb とコントロールワード線CWLx(x=0〜n,nはワード線の本数)とから構成されている。即ち、図3において、第1ワード線WLa は第1選択ワード線SWL1a ,SWL2a と第2選択ワード線SWL1b ,SWL2b とコントロールワード線CWL1,CWL2とから構成され、第2ワード線WLb は第1選択ワード線SWL0a と第2選択ワード線SWL0b とコントロールワード線CWL0とから構成されている。
【0029】
第2領域11bは複数のメモリセルCe(図においてCe0a,Ce1a,Ce0b,Ce1b,Ce2a,Ce3a )が設けられている。列方向に沿って隣り合う2つのメモリセル(Ce0a,Ce1a)(Ce0b,Ce1b)(Ce2a,Ce3a)はビット線BL(図においてBL0,BL1,BL2 )を互いに共有している。また、各メモリセルCe0a,Ce1a,Ce0b,Ce1b、Ce2a、Ce3aは、列単位毎に分離されたソース線SL0a,SL0b,SL1a,SL1b,SL2a,SL2bがそれぞれ接続されている。
【0030】
列方向に並べられたメモリセルCe0a,Ce1a,Ce0b,Ce1b、Ce2a、Ce3aは、コントロールワード線CWL0に接続されている。
また、行単位毎の各メモリセルにおいて、ビット線BLを互いに共有する各2つのセルのうち、それぞれ一方のセルCe0a,Ce0b,Ce2aは、第1選択ワード線としての同一の選択ワード線SWL0a に接続され、他方のセルCe1a,Ce1b,Ce3aは、第2選択ワード線としての同一の選択ワード線SWL0b に接続されている。
【0031】
第1領域11aに設けられ列を構成する他のメモリセルCe0c,Ce1c,Ce0d,Ce1d,Ce2c,Ce3cも上記と同様に、選択ワード線SWL1a,SWL1b,SWL2a,SWL2b 、コントロールワード線CWL1,CWL2 、ビット線BL0,BL1,BL2 、ソース線SL0a,SL0b,SL1a,SL1b,SL2a,SL2bに接続されている。
【0032】
図1に示すように、第1ワード線WLa 及び第2ワード線WLb はXデコーダ12に接続され、ビット線BLは、第1の読出し回路としてのYパスゲート13及び第2の読出し回路としての制御情報読出回路14に接続されている。そして、図2に示すソース線SL0a〜SL2bはライトドライバ15に接続されている。
【0033】
フラッシュメモリ10は、第1〜第3の電圧発生回路16〜18を備えている。第1の電圧発生回路16は負電圧発生回路であって、コントロールワード線CWL に供給する第1制御電圧としての負電圧(本実施形態では例えば−9.3V)を生成してXデコーダ12に供給する。第2の電圧発生回路17は高電圧発生回路であって、コントロールワード線CWL に供給する第2制御電圧としての高電圧(本実施形態では例えば9.5V)を生成してXデコーダ12に供給する。第3の電圧発生回路18は高電圧発生回路であって、ソース線SLに供給する第1ソース電圧としての高電圧(本実施形態では例えば6.0V)を生成してライトドライバ15に供給する。第1〜第3の電圧発生回路16〜18は、オシレータ19によって駆動され、基準電圧発生回路20から供給される基準電圧に基づいて各電圧を発生させる。
【0034】
フラッシュメモリ10は、アドレス制御回路21を備えている。アドレス制御回路21には、アドレスバッファ21aとアドレスカウンタ21bとが備えられる。
【0035】
アドレスバッファ21aは、外部から供給される書き込みアドレスWD-ADDR をバイト単位[0:7] で取り込み、Xデコーダ12及びYデコーダ22にそれぞれ出力する。
【0036】
詳述すると、アドレスバッファ21aは、書き込み時にコントロールワード線CWL の選択に使用される書き込みアドレスWD-ADDR の上位5ビットをロウアドレスとしてXデコーダ12に出力する。Xデコーダ12は、それをデコードして複数のコントロールワード線CWL のうち何れか1つを選択する。
【0037】
また、アドレスバッファ21aは、書き込み時にソース線SLの選択に使用される書き込みアドレスWD-ADDR の下位3ビットをコラムアドレスとしてYデコーダ22に出力する。Yデコーダ22は、それをデコードして対応するソース電圧供給回路に書き込みデータを取り込み、ソース電圧を設定する。
【0038】
アドレスカウンタ21bは、8ビットの読出しデータR-MDATA[0:7]に対応するメモリセルCeを1ビット毎に選択するための3ビットの内部アドレスを発生する。従って、Yデコーダ22は、アドレスカウンタ21bから出力されるアドレスに基づいて、読み出し対象のメモリセルCeを順次選択し、第1の読出し回路としてのリードアンプ24で1ビットずつ読み出され8ビットある読出しデータ用ラッチに順次ラッチされる。
【0039】
フラッシュメモリ10はリード/ライト制御回路23を備えている。リード/ライト制御回路23には、ライトモード信号WRITE-MODE等の各種制御信号が入力され、該制御信号は特殊動作モードにて該フラッシュメモリ10を動作させるためのモード信号(本実施形態では、試験信号としてのテストモード信号TS)を含む。リード/ライト制御回路23は、各種制御信号に基づいて動作モードに対応して生成した制御信号を各回路に供給する。
【0040】
例えば、書き込み時に、リード/ライト制御回路23は、書込信号としてのライトモード信号WRITE-MODEに応答して書き込み動作に移行し、データ転送信号WRITE-MDATA に応答して書き込みデータW-MDATA の取り込みを開始する。
【0041】
そして、書き込み対象のメモリセルCeのデータを全て取り込んだ後、ライトスタート信号WRITE-START に応答して同一のコントロールワード線CWL に接続されるメモリセルCeに対して一括で書き込みを開始する。
【0042】
一方、読み出し時に、リード/ライト制御回路23は、リードリクエスト信号RD-REQに応答して読み出しを開始する。そして、読み出し対象のメモリセルCeから読み出されたデータがYパスゲート13からリードアンプ24へ出力され、リードアンプ24からバイト単位[0:7] の読み出しデータR-MDATA が出力される。
【0043】
制御情報読出回路14には読出制御回路25が接続されている。制御情報読出回路14は、セルアレイ11の第2領域11bに記憶されたメモリ制御情報を読み出す回路であり、読出制御回路25が設定するタイミングに従って第2領域11bからメモリ制御情報を読み出す。そのタイミングは、フラッシュメモリ10の初期化処理である。即ち、制御情報読出回路14はフラッシュメモリ10の初期化処理の時に第2領域11bからメモリ制御情報を読み出す。して、制御情報読出回路14は、その読み出したメモリ制御情報をラッチするとともにそれを設定する回路へ出力する。本実施形態では、メモリ制御情報として記憶された読み出し基準電流の設定値を読出し、該設定値をリードアンプ24へ出力する。
【0044】
尚、フラッシュメモリ10にラッチ回路を備え、制御情報読出回路14が有するラッチ機能をそのラッチ回路により実現しても良い。また、メモリ制御情報として第2領域11bに記憶された内部発生電圧の設定値を読出し、該設定値を電圧発生回路16〜18、基準電圧発生回路20、等に出力するようにしてもよい。
【0045】
上記のメモリ制御情報の書き込みは、通常では使用されないモード(本実施形態ではテストモード)の時にのみ行われる。詳述すると、リード/ライト制御回路23はテストモード信号TSに応答して制御信号をXデコーダ12に出力する。Xデコーダ12は、外部からの書き込みアドレスWD-ADDR に基づいて複数の第1ワード線WLa のうちの1つを選択し活性化するデコーダ部12aと、リード/ライト制御回路23から供給される制御信号に応答して第2ワード線WLb を活性化するドライバ部12bとを含む。即ち、第2ワード線WLb に接続されたメモリセルCeは、テストモード時に活性化される。そのモード時において、外部から供給される書き込みデータW-MDATA がライトドライバ15及びビット線BLを介して活性化したメモリセルCeに供給され、該第2領域11bのメモリセルCeにメモリ制御情報として記憶される。
【0046】
そして、メモリセルCeに記憶されたメモリ制御情報は、フラッシュメモリ10の初期化処理時に読み出され、リードアンプ24に設定される。リードアンプ24は、設定値に基づいて回路を調整する。そして、通常動作モードにおいて、リードアンプ24はその調整した回路にて第1領域11aからビット線BL及びYパスゲート13を介して読み出されたデータを増幅した読み出しデータR-MDATAを出力する。
【0047】
また、第1領域11aのメモリセルCeには、第2領域11bのメモリセルCeと同様に、外部から供給される書き込みデータW-MDATA がライトドライバ15及びビット線BLを介して活性化したメモリセルCeに供給され、該メモリセルCeに記憶される。
【0048】
即ち、本実施形態のフラッシュメモリ10は、メモリ制御情報を記憶する第2領域11bがユーザのデータを記憶する第1領域11aに隣接して設けられ、各領域11a,11bのメモリセルCeへの書き込みのための回路(ライトドライバ15)が共有化されている。従って、ユーザのためのメモリ領域とメモリ制御情報を記憶するためのメモリ領域(制御情報領域)とが離れて形成される場合に比べて、フラッシュメモリ10の回路面積は増大しない。
【0049】
図2は、フラッシュメモリ10の詳細な構成を示す一部ブロック図である。
尚、図2には、第1領域11aに割り当てられた2つのメモリセルCeと、第2領域11bに割り当てられた2つのメモリセルCeを図示している。これらメモリセルCeは、図3に示す選択ワード線SWL0a とビット線BL0,BL1 とに接続されたメモリセル(図においてCe0a,Ce0b )と、選択ワード線SWL1a とビット線BL0,BL1 に接続されたメモリセル(図においてCe0c,Ce1c )に対応している。
【0050】
ライトドライバ15は、列方向のメモリセルCe毎に、それらに接続されるソース線SLにそれぞれ対応してソース電圧供給回路32,33を備えている。尚、各ソース電圧供給回路32,33はそれぞれ同様に構成されている。
【0051】
詳述すると、ソース電圧供給回路32,33は、メモリセルCe0a,Ce0c ,Ce0b,Ce0d に接続されるソース線SL(図3においてソース線SL0a,SL1a )にそれぞれ対応して設けられている。ソース電圧供給回路32,33は、外部からバイト単位[0:7] で供給される書き込みデータW-MDATA を、Yデコーダ22によるアドレスのデコード結果に基づいて取り込む。そして、ソース電圧供給回路32,33は、取り込んだデータ(“0”又は“1”)に対応する第1又は第2ソース電圧をソース線SLに供給する。
【0052】
Yパスゲート13には、Y選択ゲート34が備えられている。
Y選択ゲート34は、Yデコーダ22からのデコード信号に基づいて一対のビット線BL0 を活性化する。そして、Y選択ゲート34は、その一対のビット線BL0 を介して1つのメモリセルCe0cから読出したデータに基づいて読み出し信号RDB を出力する。
【0053】
リードアンプ24は、読出基準電流発生回路35とセンスアンプ36とを備えている。
読出基準電流発生回路35は、基準セル用Y選択ゲート(図示略)読み出し信号を入力し、データ“0”の読み出し電流(第1基準電流)である第1基準信号SAref0と、データ“1”の読み出し電流(第2基準電流)である第2基準信号SAref とを生成する。
【0054】
センスアンプ36は、第1及び第2基準信号SAref0,SAref に基づいて生成した読み出し基準電流と、Y選択ゲート34から出力される読み出し信号RDB に基づいて生成した読み出し電流とを比較する。そして、その比較結果に基づいてメモリセルCe0cのデータが“1”か“0”かを判定し、読み出しデータRDATABを出力する。
【0055】
Xデコーダ12には、ワード線印加電圧選択回路37と、デコーダ部12aを構成するワード線ドライバ38と、ドライバ部12bを構成するワード線ドライバ39とが備えられている。
【0056】
ワード線印加電圧選択回路37は、コントロールワード線CWL に供給する印加電圧VCWLを選択して出力する。具体的には、イレース時に、第1の電圧発生回路16から供給される負電圧の第1制御電圧を選択し、読み出し時に、読出基準電流発生回路35から供給される読み出し電圧VCWL-RD を選択してワード線ドライバ38,39に出力する。
【0057】
ワード線ドライバ38は、第1領域11aに対する書き込み時に、Xデコーダ12による書き込みアドレスWD-ADDR のデコード結果に基づいて、何れか1つのコントロールワード線CWL を選択する。そして、イレース時には負電圧の第1制御電圧を供給し、プログラム時には第2の電圧発生回路17により生成される高電圧の第2制御電圧を供給し、読み出し時には読み出し電圧VCWL-RD を供給する。
【0058】
ワード線ドライバ38は、第2領域11bに対する書き込み時に、図1のリード/ライト制御回路23からの制御信号に基づいてコントロールワード線CWL0を選択する。そして、イレース時には負電圧の第1制御電圧を供給し、プログラム時には第2の電圧発生回路17により生成される高電圧の第2制御電圧を供給し、読み出し時には読み出し電圧VCWL-RD を供給する。
【0059】
制御情報読出回路14は、一対のビット線BL0,BL1 に接続されている。
制御情報読出回路14は、第2領域11bのメモリセルCe0a,Ce0b にそれぞれ書き込まれているデータを、それらに接続されているビット線BL0,BL1 を介して読み出し、各データの極性を判定する。
【0060】
詳述すると、テストモード時、メモリCe0a,Ce0b には、互いに反転した極性となるようにデータ“0”とデータ“1”がそれぞれ書き込まれる。制御情報読出回路14は、初期化処理の時に、各メモリセルCe0a,Ce0b からそれぞれ読み出したデータをラッチし、両データに基づいて流れる電流を比較して“1”又は“0”のメモリ制御情報を出力する。
【0061】
第1領域11aのメモリセルCeの読出しについて説明する。
フラッシュメモリ10は、リファレンス制御回路を備え、該リファレンス制御回路には、基準セル読出回路、基準セル書込データ発生回路及び基準セル用Yデコーダが備えられている。(何れも図示略)
基準セル読出回路は、2つの基準セルにそれぞれ書き込まれているデータを、それらに接続されている一対のビット線を介して読み出し、各データの極性を判定する。
【0062】
詳述すると、メモリセルCeの書き込み時、基準セルには、互いに反転した極性となるようにデータ“0”とデータ“1”がそれぞれ書き込まれる。基準セル読出回路は、メモリセルCeの書き込みに先立って、各行の基準セルからそれぞれ読み出したデータをラッチして、どちらにデータ“1”が書き込まれているかを判定し、その極性を示す極性信号を出力する。
【0063】
基準セル書込データ発生回路は、基準セル読出回路からの極性信号に基づいて、現在書き込まれているデータとはそれぞれ逆の極性で各基準セルに書き込みが行われるように、基準セル用書き込みデータを生成する。
【0064】
従って、基準セルには、メモリセルCeの書き込み毎に、現在のデータと逆の極性になるようにデータが書き込まれる。書き込み毎にデータを反転させるのは、基準電流を生成するための各基準セルの閾値の分布を所定の範囲内におさめることが望ましいからである。
【0065】
基準セル用Yデコーダは、基準セル読出回路からの極性信号に基づいて、基準セルに現在書き込まれているデータ(“1”又は“0”)に応じたデコード信号を生成する。
【0066】
ライトドライバ15には、列方向のセル(メモリセルCe,基準セル)毎に、それらに接続されるソース線SLにそれぞれ対応してソース電圧供給回路32,33及び基準セル用のソース電圧供給回路が備えられている。尚、基準セル用のソース電圧供給回路は、ソース電圧供給回路32,33と同様に構成されている。
【0067】
そして、基準セル用のソース電圧供給回路は、基準セルに接続されるソース線にそれぞれ対応して設けられ、基準セル書き込みデータ発生回路から供給される基準セル用書き込みデータ(互いに逆の極性を持つデータ)を取り込む。そして、それぞれ取り込んだデータ(“0”又は“1”)に対応する第1又は第2ソース電圧を各ソース線に供給する。
【0068】
そして、Yパスゲート13は、上記したY選択ゲート34と共に、基準セル用Y選択ゲートを備えている。基準セル用Y選択ゲートは、基準セル用Yデコーダからのデコード信号に基づいて、基準セル用のビット線をデコードし、データ“0”の基準セルからの読み出し信号とデータ“1”の基準セルからの読み出し信号とを出力する。
【0069】
つまり、セルアレイ11は、第1領域11aと第2領域11bとを備え、第1領域11aには、通常アクセスされるメモリセルCeと、そのメモリセルCeからの読出しデータの判定に基準となる電流を生成するための基準セルとを備えている。そして、第1領域11aから1ビットの読出しデータが基準セルにより読み出される。
【0070】
第2の領域11bには、所定のモード時にアクセスされるメモリセルCeを備え、一対のメモリセルCeには逆極性のデータが記憶される。そして、第2領域11bの2つのメモリセルCeから同時にデータが読み出され、該データに基づいて1ビットのメモリセル情報が制御対象回路に供給される。
【0071】
図4は、一実施形態のメモリセルを示す説明図である。
メモリセルCeは、本実施形態では単層ポリシリコン構造のフラッシュメモリセルであって、メモリトランジスタ41、セレクトトランジスタ42及びMOS容量43の3素子から構成されている。
【0072】
図4(a)〜(c)に示すように、メモリトランジスタ41は、例えばP型基板44にフローティングゲート45をゲートとするNMOSトランジスタで構成され、そのソースはソース線SLに接続されている。
【0073】
セレクトトランジスタ42は、基板44にセレクトゲート46をゲートとするNMOSトランジスタ(図4(b),(c)では図示せず)で構成され、そのソースはビット線BLに接続され、セレクトゲート46は選択ワード線SWL に接続されている。メモリトランジスタ41とセレクトトランジスタ42のドレインは互いに接続されている。
【0074】
MOS容量43は、基板44にコントロールゲート47としてのN型拡散層を形成し、該コントロールゲート47の上に絶縁層を隔ててフローティングゲート45を形成することで構成される。コントロールゲート47は、基板44のトリプルウェル内(図中、Nウェル48に形成されるPウェル49内)に形成されている。コントロールゲート47は、コントロールワード線CWL に接続されている。因みに、本実施形態の単層ポリシリコン構造のメモリセルCeにおいて、単にワード線という場合には、コントロールワード線CWL のことを意味する。
【0075】
このようなメモリセルCeにおいて、本実施形態では、フローティングゲート45に電子が蓄積される状態(閾値の高い状態)をデータ“0”、逆に、フローティングゲート45に電子が蓄積されない状態(閾値の低い状態)をデータ“1”に対応させて書き込みを行う場合を想定する。
【0076】
メモリセルCeへの書き込みは消去(イレース)とプログラムの2つの操作からなる。
イレースは、フローティングゲート45から電子を引き抜いて、メモリセルCe(メモリトランジスタ41)の閾値を低くする操作である。換言すれば、イレースは、データ“0”からデータ“1”にメモリセルCeのデータを書き換える操作である。
【0077】
図4(b)に示すように、イレースは、メモリトランジスタ41のソースに第1ソース電圧としての高電圧(例えば6.0V)を印加し、コントロールゲート47に第1制御電圧としての負電圧(例えば−9.3V)を印加して行う。ここで、Pウェル49はコントロールゲート47と同電位(例えば−9.3V)、Nウェル48は例えば6.0Vに設定される。
【0078】
この場合、フローティングゲート45の電位は容量結合によっておよそ−8.2Vまで引き下げられ、ソース−フローティングゲート45間におよそ14.2Vの高電圧が印加される。その結果、FNトンネル電流(図に矢印で示す)が流れてフローティングゲート45から電子が引き抜かれ、メモリセルCe(メモリトランジスタ41)の閾値が低下する。従って、メモリセルCeは、データ“0”からデータ“1”に書き換えられる。
【0079】
一方、プログラムは、フローティングゲート45に電子を注入して、メモリセルCe(メモリトランジスタ41)の閾値を高くする操作である。換言すれば、プログラムは、データ“1”からデータ“0”にメモリセルCeのデータを書き換える操作である。
【0080】
図4(c)に示すように、プログラムは、メモリトランジスタ41のソースに第2ソース電圧としての接地電圧(0.0V)を印加し、コントロールゲート47に第2制御電圧としての高電圧(例えば9.5V)を印加して行う。ここで、Pウェル49は接地電圧(0.0V)、Nウェル48は例えば6.0Vに設定される。
【0081】
この場合、フローティングゲート45の電位は容量結合によっておよそ11.3Vまで引き上げられ、ソース−フローティングゲート45間におよそ11.3Vの高電圧が印加される。その結果、FNトンネル電流(図に矢印で示す)が流れてフローティングゲート45に電子が注入され、メモリセルCe(メモリトランジスタ41)の閾値が高くなる。従って、メモリセルCeは、データ“1”からデータ“0”に書き換えられる。
【0082】
尚、本実施形態では単層ポリシリコン構造のメモリセルCeに具体化したが、2層ポリシリコン構造(ゲート酸化膜中にフローティングゲートを電気的に分離して埋め込み、フローティングゲートとコントロールゲートとを積み上げた構造;スタック型ともいう)のメモリセルに具体化してもよい。
【0083】
単層構造のメモリセルCeは2層構造(スタック型)のメモリセルに比べてセル面積は大きくなるが、ポリシリコン1層化にともなうプロセス工程の削減を図ることができる。従って、小容量メモリ用途を対象とし、ダイサイズに対するメモリセルの占める割合が小さい場合には好適な構造である。
【0084】
次に、本実施形態のメモリセルCeの書き込み方法の原理を説明する。
図5に示すように、メモリセルアレイ11は複数のメモリセルCeをアレイ状に配置して形成される。
【0085】
各メモリセルCeのソースは、列単位のセル毎に分離され、それぞれソース線SL(図においてSL0〜SL3)に接続されている。各メモリセルCeのコントロールゲート47は、行単位のセル毎にそれぞれ共通のコントロールワード線CWL (図においてCWL0,CWL1)に接続されている。尚、同図では、セレクトトランジスタ42は省略している。
【0086】
このようなメモリセルアレイ11において、メモリセルCeへの書き込み(イレース/プログラム)は、選択された何れか1つのコントロールワード線CWL に接続される行単位のメモリセルCeに対して一括して行われる。
【0087】
その原理を説明すると、書き込み時に、ソース線SL0〜SL3には、各メモリセルCeの書き込みデータ(“1”又は“0”)にそれぞれ対応する電圧が供給される。ここでは、ソース線SL1,SL3にデータ“1”に対応する高電圧(例えば6.0V)の第1ソース電圧が供給され、ソース線SL0,SL2にデータ“0”に対応する接地電圧(0.0V)の第2ソース電圧が供給される場合を想定する。
【0088】
この状態で、先ず、選択された何れか1つのコントロールワード線CWL (ここでは例えばCWL0)に負電圧(例えば−9.3V)の第1制御電圧が供給される。
すると、書き込みデータ“1”に対応する第1ソース電圧がソースに印加されているメモリセルCeは、トンネル電流が流れてフローティングゲート45から電子が引き抜かれ、イレースされる(図4(b)参照)。すなわち、書き込みデータ“0”に対応する第2ソース電圧がソースに印加されているメモリセルCeはイレースされない。
【0089】
次に、ソース線SL0〜SL3に供給されている各電圧をそれぞれ維持したまま、コントロールワード線CWL0に高電圧(例えば9.3V)の第2制御電圧が供給される。
【0090】
すると、書き込みデータ“0”に対応する第2ソース電圧がソースに印加されているメモリセルCeは、トンネル電流が流れてフローティングゲート45に電子が注入され、プログラムされる(図4(c)参照)。すなわち、書き込みデータ“1”に対応する第1ソース電圧がソースに印加されているメモリセルCeはプログラムされない。
【0091】
従って、このような方法では、書き込みデータ(“1”又は“0”)に応じてあらかじめ各ソース線SL0〜SL3に供給される電圧に基づいて、同一のコントロールワード線CWL0に接続される全てのメモリセルCeに一括で書き込み(イレース/プログラム)が行われる。
【0092】
以下、各回路の詳細を説明する。
図6は、メモリセルCeの回路図である。上述した図4と同様な構成部分については説明を省略する。
【0093】
メモリセルCe(メモリトランジスタ41)のソースには、書き込み時/読み出し時にそれぞれ対応するソース電圧ARVSS がソース線SLを介してソース電圧供給回路32(又は33)から供給される。
【0094】
フローティングゲート電位FGは、メモリセルCeに書き込まれているデータに応じて、データ“1”の時は3.0V付近、データ“0”の時は0.0V付近に設定される。Nウェル電位VNW は書き込み時に例えば6.0Vに設定される。Pウェル電位VPW はイレース時/プログラム時に応じて、イレース時にはコントロールゲート47と同電位、プログラム時には接地電位に設定される。
【0095】
図7は、ソース電圧供給回路32の一構成例を示す回路図である。尚、ソース電圧供給回路33も同様に構成されている。
ソース電圧供給回路32は、ラッチ回路32aを含み、書き込みアドレスWD-ADDR をデコードしたYデコーダ22からのデコード信号YTi に基づいて外部から供給される書き込みデータW-MDATA を反転したデータWDBjを取り込み、ラッチ回路32aにラッチする。
【0096】
ラッチ回路32aの出力信号は、トランジスタTp1(PMOSトランジスタ)とトランジスタTn1(NMOSトランジスタ)のゲートに入力される。トランジスタTp1のソースは電源VSに接続され、トランジスタTn1のソースは接地電源ARGND に接続される。
【0097】
トランジスタTp1,Tn1の間にはトランジスタTp2(PMOSトランジスタ)が直列に介在され、該トランジスタTp2のゲートには基準電圧ARVREFが入力される。そして、トランジスタTp2,Tn1の接続点からソース電圧ARVSS が出力されるようになっている。
【0098】
電源VSは、書込信号(ライトスタート信号WRITE-START )に応答して電圧制御される。本実施形態では、電源VSは、ラッチ回路32aによるデータWDBjの取り込み時に例えば3.0Vに設定され、書き込み時(データWDBjのラッチ後)には第3の電圧発生回路18により生成される高電圧(例えば6.0V)の第1ソース電圧に設定される。トランジスタTp2は、基準電圧ARVREFに基づいて、書き込み時にメモリセルCeに流れる電流量を制御する。
【0099】
この構成では、ソース電圧供給回路32は、ラッチ回路32aに取り込まれるデータWDBj(反転信号)に対応したソース電圧ARVSS を供給する。すなわち、取り込んだデータWDBjがデータ“0”の場合には高電圧の第1ソース電圧(図において電源VS)を供給し、逆に、データ“1”の場合には接地電圧の第2ソース電圧(図において接地電源ARGND )を供給する。即ち、ソース電圧供給回路32は、書込データであるデータWDBjに対応して電源VS又は接地電源ARGND をソース電圧ARVSS としてソース線SLに供給する。従って、トランジスタTp1,Tp2は、書込信号(ライトスタート信号WRITE-START )に応答して電圧制御される電源VSを入力し、書込データ(データWDBj)に対応して電源VSをソース線SLに供給する出力部32bを構成する。
【0100】
図8は、制御情報読出回路14の一構成例を示す回路図であり、図9は、その動作波形図である。
制御情報読出回路14は、制御情報記憶部としてのラッチ回路14aと、データ出力回路14b,14cとを含む。
【0101】
ラッチ回路14aの一方のノードaは、トランジスタTn2(NMOSトランジスタ)を介してビット線BL(0)に接続されるとともにデータ出力回路14bと接続されている。また、ラッチ回路14aの他方のノードbは、トランジスタTn3(NMOSトランジスタ)を介してビット線BL(1)に接続されるとともにデータ出力回路14cと接続されている。
【0102】
各トランジスタTn2,Tn3は、それぞれ閾値の低いトランジスタで構成され、それらのゲートには第2領域11bのメモリセルCe0a,Ce0b の読み出し時にバイアス信号NBIAS が供給される。(以下、同様な閾値が設定されるトランジスタについては、図面において同様に示す)。
【0103】
ラッチ回路14aには電源VC-CAM及び接地電源ARGND が供給され、このラッチ回路14aは、読み出し時にラッチ信号LATCH に基づいてノードa,bの電位、すなわち第2領域11bのメモリセルCe0a,Ce0b から読み出される互いに相補な読み出しデータをラッチする。
【0104】
その読み出し動作について詳述すると、制御情報読出回路14は、図9に示すように、まずラッチ回路14aのラッチ状態をラッチ信号LATCH に従って解除する。次いで、第2領域11bのメモリセルCe0a,Ce0b に接続されている選択ワード線SWL0a又は選択ワード線SWL0bf (図2参照)が選択される(アクティブになる)と同時に制御信号RDcam に基づいてデータ出力回路14b,14cを非活性にする。
【0105】
次に、トランジスタTn2,Tn3の互いのドレインを短絡するショート信号SRT に基づいてノードa,bをイコライズ(等電位にする)した後、それを解除することで、第2領域11bのメモリセルCe0a,Ce0b の読み出しデータを増幅する。すなわち、ノードa,b間には、各ビット線BL0,BL1 に流れる第2領域11bのメモリセルCe0a,Ce0b の読み出し電流によって次第に電位差が生じる。
【0106】
その後、ラッチ信号LATCH によってラッチ回路14aにラッチした第2領域11bのメモリセルCe0a,Ce0b の読み出しデータを、制御信号RDcam に基づいてそれぞれ判定信号DB-CAM(極性信号REF-REV ),D-CAM としてデータ出力回路14b,14cから出力する。
【0107】
図10は、センスアンプ36の一構成例を示す回路図である。
センスアンプ36は、読み出し基準電流生成部36aと読み出し電流生成部36bとを含む。
【0108】
読み出し基準電流生成部36aは、読出基準電流発生回路35からの第1及び第2基準信号SAref0,SAref と、第2領域11bのメモリセルから読み出されたメモリ制御情報に対応する選択信号TRIM-IREF[0:3]とに基づいて読み出し基準電流Irefj を生成する。読み出し電流生成部36bは、Y選択ゲート34からの読み出し信号RDB に基づいて読み出し電流Irefを生成する。
【0109】
詳述すると、読み出し基準電流生成部36aは定電流部61と第1〜第4定電流部62〜65とを含み、定電流部61に入力される第1基準信号SAref0に基づいて第1基準電流Iref0 を発生させる。
【0110】
第1〜第4定電流部62〜65は、それらを構成するトランジスタのサイズが異なり、第1定電流部62の駆動能力に対して、第2定電流部63は2倍、第3定電流部64は4倍、第4定電流部65は8倍の駆動能力を有している。
【0111】
読み出し基準電流生成部36aは、選択信号TRIM-IREF によって第1〜第4定電流部62〜65のうち少なくとも何れか1つを駆動し、それに入力される第2基準信号SAref に基づいて、第2基準電流Iref1 を定数j(0<j<1)倍した電流を発生させる。従って、読み出し基準電流生成部36aは、メモリ制御情報に対応する選択信号TRIM-IREF に応じて、読み出し基準電流Irefj を「第1基準電流Iref0 +第2基準電流Iref1 ×定数j」の合算電流として生成する。
【0112】
このように構成されたセンスアンプ36は、ノードcに流れ込む読み出し基準電流Irefj と、ノードcから流れ出す読み出し電流Irefとを比較することで、読み出し対象のメモリセルCeのデータが“1”であるか“0”であるかを判定する。即ち、ノードcから流れ出すメモリセルCeの読み出し電流Irefに応じて推移するノードcの電位(Hレベル又はLレベル)を検出することでデータ判定し、その判定結果を示す読み出しデータRDATABを出力する。
【0113】
尚、同図に破線で示す回路36cは、テストモード時に対応して設けられ、該テストモード時に読み出しデータRDATABを読み出し信号R-ANA-OUT として外部に出力する。
【0114】
図11は、ワード線印加電圧選択回路37の一構成例を示す回路図であり、図12は、その動作波形図である。
イレース時において、トランジスタTn6(NMOSトランジスタ)のソース及びバックゲート(Pウェル)と、トランジスタTn7,Tn8(NMOSトランジスタ)のバックゲート(Pウェル)には、第1の電圧発生回路16から負電圧(−9.3V)の第1制御電圧R-NEGPが供給される。
【0115】
トランジスタTn6,Tn7のゲートには制御信号NGNDB が供給される。制御信号NGNDB は、複数の制御信号RDmem,ENVPXGD,NEGPL に基づいて生成される。ここで、制御信号RDmem は読み出し時にHレベルとなる信号、制御信号ENVPXGDはプログラム時にHレベルとなる信号、制御信号NEGPL はイレース時に第1制御電圧R-NEGPが所定の電圧以下(例えば−3.0V以下)に低下するとLレベルとなる信号である。
【0116】
従って、イレース時に、制御信号NGNDB はLレベル(具体的には接地電圧)になり、第1制御電圧R-NEGPの供給に基づいてトランジスタTn6,Tn7はオンされる。
【0117】
このとき、トランジスタTn7のドレイン電位、すなわち制御信号NEGPGND は負電圧の第1制御電圧R-NEGPと略等電位になり、その制御信号NEGPGND によってトランジスタTn8はオフされる。よって、イレース時に、ワード線印加電圧選択回路37は、負電圧(−9.3V)の第1制御電圧R-NEGPを印加電圧VCWLとして出力する。
【0118】
この際、上記したように、トランジスタTn6のゲートに入力される制御信号NGNDB は接地電圧となるため、該トランジスタTn6のソース−ゲート間に耐圧を超える高電圧が印加されることはない。
【0119】
プログラム時には、Hレベルの制御信号ENVPXGD に基づいて制御信号NGNDB はLレベル(接地電圧)となる。このとき、第1制御電圧R-NEGPは0Vとなり、トランジスタTn6,Tn7はオフされる。
【0120】
また、制御信号NEGPGND はHレベルとなるためトランジスタTn8はオンされるが、このとき読み出し電圧VCWL-RD は読出基準電流発生回路35によってフローティング状態になるように制御されており、印加電圧VCWLは、図12に示すようにフローティング電位(例えば約2.5V)となる。
【0121】
読み出し時には、制御信号RDmem に基づいて制御信号NGNDB は同様に接地電圧となり、プログラム時と同様、トランジスタTn6,Tn7はオフされ、トランジスタTn8はオンされる。よって、読み出し時に、ワード線印加電圧選択回路37は、読出基準電流発生回路35から供給される読み出し電圧VCWL-RD を印加電圧VCWLとして出力する。
【0122】
尚、同図に破線で示す回路37aは、読み出し電流を測定するテストモード時に対応して設けられ、該テストモード時には試験信号T-ACに基づいて転送ゲートTG1がオフされるとともに転送ゲートTG2がオンされる。そして、外部から試験用の入力信号R-ANA-INが供給され、該入力信号R-ANA-INが印加電圧VCWLとして出力されるようになっている。
【0123】
図13は、ワード線ドライバ38の一構成例を示す回路図であり、図14は、その動作波形図である。
ワード線ドライバ38は、書き込み(イレース/プログラム)時に、書き込みアドレスWD-ADDR (図1参照)に基づいて発生されるプリデコード信号XD0〜XD2によって、何れか1つのコントロールワード線CWLiを選択する。また、読み出し時には、図示しない読み出しアドレスに基づいて生成されるデコード信号YD2(1),YD2(0) によって、選択ワード線SWLia又は選択ワード線SWLib(i=1,2,…)を選択する。
【0124】
ワード線ドライバ38はラッチ回路38aを含み、該ラッチ回路38aには、制御信号NPS 及び第1制御電圧R-NEGPが供給される。ラッチ回路38aは、プリデコード信号XD0〜XD2によって生成される制御信号NENBに基づいて制御信号NEN
をラッチする。具体的には、制御信号NPS の電圧レベルを持つ制御信号NEN を発生させる。
【0125】
上記したように、制御信号NEGPL は、イレース時に第1制御電圧R-NEGPが所定の電圧以下(例えば−3.0V以下)に低下するとLレベルとなり、該制御信号NEGPL に基づいて制御信号NPS はLレベル(具体的には接地電圧)となる。従って、ラッチ回路38aは、制御信号NPS に基づいて接地電圧となる制御信号NEN を発生させる。因みに、このとき、制御信号NGNDの電圧レベルは第1制御電圧R-NEGPと等電位となっているため、ラッチ回路38aのラッチ状態は維持される。
【0126】
このようなラッチ回路38aにより生成される制御信号NEN は、第1トランジスタとしてのトランジスタTn9(NMOSトランジスタ)のゲートに入力される。そのトランジスタTn9のソースには印加電圧VCWLが供給され、該トランジスタTn9のバックゲート(Pウェル)には負電圧(−9.3V)の第1制御電圧R-NEGPが供給される。
【0127】
従って、イレース時にトランジスタTn9はオンされ、図14に示すように、プリデコード信号XD0〜XD2によって選択された何れか1つのコントロールワード線CWLiには印加電圧VCWL(具体的には第1制御電圧R-NEGP)が供給される。
【0128】
この際、上記したように、トランジスタTn9のゲートに入力されるゲート電圧(制御信号NEN )は接地電圧となるため、該トランジスタTn9のソース−ゲート間に耐圧を超える高電圧が印加されることはない。
【0129】
このようなイレース時には、制御信号NEGPL-ERによりトランジスタTn10がオンされ、メモリセルCeのPウェル電位VPWi(図6参照)は印加電圧VCWL(−9.3V)となる。
【0130】
プログラム時には、ワード線ドライバ38に第2の電圧発生回路17から高電圧(+9.5V)の第2制御電圧VPX が供給される。この第2制御電圧VPX は第2トランジスタとしてのトランジスタTp3(PMOSトランジスタ)のソースに供給される。
【0131】
そのトランジスタTp3のゲートには制御信号XINBT が供給される。この制御信号XINBT は、プログラム時にプリデコード信号XD0〜XD2によってLレベルとなる。
【0132】
従って、プログラム時にトランジスタTp3はオンされ、図14に示すように、プリデコード信号XD0〜XD2によって選択された何れか1つのコントロールワード線CWLiには高電圧(+9.5V)の第2制御電圧VPX が供給される。
【0133】
この際、トランジスタTn9もオンするが、上記したように、プログラム時には印加電圧VCWLはフローティング電位(例えば約2.5V)に制御される(図12参照)ため、コントロールワード線CWLiに異常電流が流れることはない。
【0134】
このようなプログラム時には、制御信号NGNDによりトランジスタTn11がオンされることによって、メモリセルCeのPウェル電位VPWi(図6参照)は接地電圧となる。
【0135】
次に、上記のように構成されたフラッシュメモリ10の書き込み動作を図15に従って詳述する。
図15(a)は、データ“0”が現在書き込まれているメモリセルCeに対して、データ“0”を書き込む場合の動作を示す。この場合、メモリセルCeのソースには、書き込むべきデータ“0”に対応する接地電圧(0.0V)の第2ソース電圧が供給される。
【0136】
この状態で、先ず、コントロールワード線CWL に負電圧(−9.3V)の第1制御電圧が供給される。このとき、ソース−フローティングゲート間の電位差はおよそ8.2VとなりFNトンネル電流は流れない。従って、メモリセルCeはイレースされず、フローティングゲートの電荷量は変化しない。
【0137】
次いで、ソース電圧が0.0Vに維持されたまま、コントロールワード線CWL に高電圧(+9.5V)の第2制御電圧が供給される。このとき、ソース−フローティングゲート間の電位差はおよそ8.2VとなりFNトンネル電流は流れない。従って、フローティングゲートの電荷量は変化しない。よって、この場合には、書き込み前のメモリセルのデータ“0”が保持される。
【0138】
図15(b)は、データ“0”が現在書き込まれているメモリセルCeに対して、データ“1”を書き込む場合の動作を示す。この場合、メモリセルCeのソースには、書き込むべきデータ“1”に対応する高電圧(6.0V)の第1ソース電圧が供給される。
【0139】
この状態で、先ず、コントロールワード線CWL に負電圧(−9.3V)の第1制御電圧が供給される。このとき、ソース−フローティングゲート間におよそ14.2Vの電圧が印加され、FNトンネル電流が流れる。従って、フローティングゲートの電子が引き抜かれてメモリセルCeはイレースされる。
【0140】
次いで、ソース電圧が6.0Vに維持されたまま、コントロールワード線CWL に高電圧(+9.5V)の第2制御電圧が供給される。このとき、ソース−フローティングゲート間の電位差はおよそ5.3VとなりFNトンネル電流は流れない。従って、メモリセルCeはプログラムされず、フローティングゲートの電荷量は変化しない。よって、この場合には、イレースのみ行われ、書き込み前のメモリセルのデータ“0”はデータ“1”に書き換えられる。
【0141】
図15(c)は、データ“1”が現在書き込まれているメモリセルCeに対して、データ“0”を書き込む場合の動作を示す。この場合、メモリセルCeのソースには、書き込むべきデータ“0”に対応する接地電圧(0.0V)の第2ソース電圧が供給される。
【0142】
この状態で、先ず、コントロールワード線CWL に負電圧(−9.3V)の第1制御電圧が供給される。このとき、ソース−フローティングゲート間の電位差はおよそ5.3VとなりFNトンネル電流は流れない。従って、フローティングゲートの電荷量は変化しない。
【0143】
次いで、ソース電圧が0.0Vに維持されたまま、コントロールワード線CWL に高電圧(+9.5V)の第2制御電圧が供給される。このとき、ソース−フローティングゲート間におよそ11.3Vの電圧が印加され、FNトンネル電流(ソース−チャネル間)が流れる。従って、フローティングゲートに電子が注入されてメモリセルCeはプログラムされる。よって、この場合には、プログラムのみ行われ、書き込み前のメモリセルのデータ“1”はデータ“0”に書き換えられる。
【0144】
図15(d)は、データ“1”が現在書き込まれているメモリセルCeに対して、データ“1”を書き込む場合の動作を示す。この場合、メモリセルCeのソースには、書き込むべきデータ“1”に対応する高電圧(6.0V)の第1ソース電圧が供給される。
【0145】
この状態で、先ず、コントロールワード線CWL に負電圧(−9.3V)の第1制御電圧が供給される。このとき、ソース−フローティングゲート間におよそ11.3Vの電圧が印加され、微量のFNトンネル電流が流れる(実際には殆ど流れない)。従って、フローティングゲートの電荷量は実質的に変化しない。
【0146】
次いで、ソース電圧が6.0Vに維持されたまま、コントロールワード線CWL に高電圧(+9.5V)の第2制御電圧が供給される。このとき、ソース−フローティングゲート間の電位差はおよそ5.6VとなりFNトンネル電流は流れない。従って、メモリセルCeはプログラムされず、フローティングゲートの電荷量は変化しない。よって、この場合には、書き込み前のメモリセルのデータ“1”が保持される。
【0147】
次に、上記のように構成されたフラッシュメモリ10の作用を図16に従って説明する。
図16は、フラッシュメモリ10の動作フローチャートである。
【0148】
先ず、Xデコーダ12は、制御情報領域である第2領域11bを選択する(ステップ101)。詳しくは、Xデコーダ12のドライバ部12bを構成するワード線ドライバ39は、選択ワード線SWL0a 又は選択ワード線SWL0b と、コントロールワード線CWL0を活性化する。
【0149】
次に、制御情報読出回路14は、ビット線対BLを選択して該ビット線対BLに接続されたメモリセルCeからメモリ制御情報を読み出す(ステップ102)。そして、制御情報読出回路14は、読み出したメモリ制御情報をラッチするとともに、該メモリ制御情報を制御対象回路であるリードアンプ24に供給する(ステップ103)。
【0150】
次に、フラッシュメモリ10は、外部から供給される信号に応答して通常メモリアレイである第1領域11aのメモリセルCeからデータ(セル情報)を読出し(ステップ104)、又はメモリセルCeへデータ(セル情報)を書き込む(ステップ105)。
【0151】
リードアンプ24を構成するセンスアンプ36の読み出し基準電流生成部36aは、メモリ制御情報に対応する選択信号TRIM-IREF に応じて、読み出し基準電流Irefj を「第1基準電流Iref0 +第2基準電流Iref1 ×定数j」の合算電流として生成する。そして、読み出し基準電流Irefj と、ノードcから流れ出す読み出し電流Irefとを比較することで、読み出し対象のメモリセルCeのデータが“1”であるか“0”であるかを判定する。
【0152】
従って、第2領域11bのメモリ制御情報を書き換えることで、読み出し基準電流Irefj の電流値を変更する、即ち、フラッシュメモリ10の動作をソフト的に変更する。
【0153】
以上記述したように、本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
(1)メモリセルアレイ11は、外部番地が割り当てられたメモリセルにて構成された第1領域11aと、外部番地が割り当てられていないメモリセルにて構成される第2領域11bとを備える。第2領域11bには、フラッシュメモリ10を設定するためのメモリ制御情報が記憶されている。そして、第1領域11aと第2領域11bのメモリセルは、両メモリセルに対して共通なビット線BLに接続されている。従って、メモリ制御情報を記憶する第2領域11bがユーザのデータを記憶する第1領域11aに隣接して設けられ、各領域11a,11bのメモリセルCeへの書き込みのための回路(ライトドライバ15)が共有化されている。その結果、ユーザのためのメモリ領域とメモリ制御情報を記憶するためのメモリ領域(制御情報領域)とが離れて形成される場合に比べて、フラッシュメモリ10の回路面積の増大を抑えることができる。
【0154】
(2)メモリ制御情報を不揮発性を有し電気的に書き換え可能なメモリセルCeに記憶した。従って、フラッシュメモリ10の素子等の経時変化により読み出し基準電流Irefj を含む電圧設定等が変化しても、メモリ制御情報を書き換えることで、動作を補償することができる。
【0155】
(第二実施形態)
以下、本発明を具体化した第二実施形態を図17,図18に従って説明する。
尚、説明の便宜上、第一実施形態と同様の構成については同一の符号を付して図面及びその説明を一部省略する。
【0156】
図17は、本実施形態の不揮発性半導体記憶装置(フラッシュメモリ)の概略構成を示す一部ブロック図である。
フラッシュメモリ70は、メモリセルアレイ11を含む。メモリセルアレイ11は、隣接して設けられた第1領域(ユーザ領域)11aと第2領域(制御情報領域)11bとから構成されている。
【0157】
メモリセルアレイ11には、複数のメモリセルCeがアレイ状に配置される。第1領域11aは、複数の第1ワード線WLa と複数のビット線BLとにより複数のメモリセルCeがアレイ状に配置されている。第2領域11bは、本実施形態では1本の第2ワード線WLb と複数のビット線BLとにより複数のメモリセルCeが列状に配置されている。
【0158】
第1ワード線WLa 及び第2ワード線WLb はXデコーダ12に接続され、ビット線BLはYパスゲート71及び制御情報読出回路14に接続されている。そして、図2に示すソース線SL0a〜SL2bはライトドライバ15に接続されている。
【0159】
Yパスゲート71は、通常動作時において第1領域11aのメモリセルから読み出したセル情報をリードアンプ72に出力し、リードアンプ72は、Yパスゲート71からのデータを増幅した読み出しデータR-MDATA を出力する。
【0160】
また、Yパスゲート71は、初期設定時において第2領域11bのメモリセルから読み出したメモリ制御情報をリードアンプ72に出力し、リードアンプ72は、そのメモリ制御情報を制御情報記憶部73に出力する。リードアンプ72からのメモリ制御情報をラッチする。
【0161】
制御情報記憶部73は、ラッチしたメモリ制御情報を制御対象回路であるリードアンプ24に供給し、リードアンプ24は、メモリ制御情報(設定値)に基づいて回路を調整する。そして、通常動作モードにおいて、リードアンプ24はその調整した回路にて第1領域11aからビット線BL及びYパスゲート13を介して読み出されたデータを増幅した読み出しデータR-MDATA を出力する。
【0162】
即ち、本実施形態のフラッシュメモリ70は、第1領域11aのセル情報と第2領域11bのメモリ制御情報とをYパスゲート13及びリードアンプ24にて行うようにした。従って、第一実施形態に比べて制御情報読出回路14を設けない分、フラッシュメモリ70の回路面積が狭くなる。
【0163】
図18は、フラッシュメモリ70の動作フローチャートである。
先ず、Xデコーダ12は、制御情報領域である第2領域11bを選択する(ステップ201)。詳しくは、Xデコーダ12のドライバ部12bを構成するワード線ドライバ39は、選択ワード線SWL0a 又は選択ワード線SWL0b と、コントロールワード線CWL0を活性化する。
【0164】
次に、Yパスゲート13は、制御情報のビットを選択する(ビット線対BLを活性化する)(ステップ202)、リードアンプ24は選択されたビットのメモリセルCeからメモリ制御情報を読み出す(ステップ203)。そして、制御情報記憶部73は、読み出したメモリ制御情報をビット毎にラッチするとともに、該メモリ制御情報を制御対象回路であるリードアンプ24に供給する(ステップ204)。
【0165】
次に、フラッシュメモリ70は、外部から供給される信号に応答して通常メモリアレイである第1領域11aのメモリセルCeからデータ(セル情報)を読出し(ステップ205)、又はメモリセルCeへデータ(セル情報)を書き込む(ステップ206)。
【0166】
以上記述したように、本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
(1)本実施形態のフラッシュメモリ70は、第1領域11aのセル情報と第2領域11bのメモリ制御情報とをYパスゲート13及びリードアンプ24にて行うようにした。従って、第一実施形態に比べて制御情報読出回路14を設けない分、フラッシュメモリ70の回路面積を小さくすることができる。
【0167】
尚、上記実施形態は、以下の態様に変更してもよい。
・上記各実施形態では、書き込み時において、コントロールワード線CWL に、先ず負電圧の第1制御電圧を印加した後、高電圧の第2制御電圧を印加するようにしたが、逆の順序であってもよい。すなわち、高電圧の第2制御電圧を印加してプログラムを実施した後、負電圧の第1制御電圧を印加してイレースを行うようにしてもよい。
【0168】
・上記各実施形態では、単層ポリシリコン構造のメモリセルCeに具体化したが、選択ワード線を備えない2層ポリシリコン構造(スタック型)のメモリセルに具体化してもよい。因みに、スタック型のメモリセルにおいては、コントロールゲートに接続される1本のワード線(選択ワード線)のみで、本実施形態のコントロールワード線CWL と選択ワード線SWL を共用する。
【0169】
・上記各実施形態では、単層ポリシリコン構造のメモリセルCeとして、セレクトトランジスタ12を備えない2素子構造のセルとしてもよい。
・上記各実施形態では、同一のコントロールワード線CWL に接続される全てのメモリセルCeを書き込み対象として一括で書き込むようにしたが、選択的に書き込みするようにしてもよい。
【0170】
・上記各実施形態を、基準セルを備えたセルアレイを有する不揮発性半導体記憶装置に適用すること。
・上記各実施形態において、メモリ制御情報の読み出し及びそれに必要なステップ(第一実施形態ではステップ101,102、第二実施形態ではステップ201〜203)を適宜実行しても良い。例えば、テストモード信号TSに基づいてメモリ制御情報を第2領域11bに書き込んだ場合、その書き込みに対応して上記ステップを実行する。また、初期設定時と書き換え後の両方でステップを実行する。このようにすれば、フラッシュメモリ10,70の電源を再投入しなくても、変更したメモリ制御情報に応じた動作を行わせることができる。
【0171】
以上の様々な実施の形態をまとめると、以下のようになる。
(付記1) 外部番地が割り当てられた第1のメモリセルと、
外部番地が割り当てられていない第2のメモリセルとを備え、
前記第2のメモリセルはメモリ制御情報のために設けられ、
前記第1及び第2のメモリセルは、両メモリセルに対して共通なビット線に接続されていることを特徴とする半導体記憶装置。
(付記2) 外部番地が割り当てられた第1のメモリセルと、
外部番地が割り当てられていない第2のメモリセルとを備え、
前記第1及び第2のメモリセルは不揮発性を有し書き換え可能であり、
前記第2のメモリセルはメモリ制御情報のために設けられ、
前記第1及び第2のメモリセルは、両メモリセルに対して共通なビット線及びソース線に接続されていることを特徴とする半導体記憶装置。
(付記3) 前記第1のメモリセルは複数の前記ビット線と複数の第1ワード線とによりアレイ状に配置され、
アドレス信号に基づいて前記複数の第1ワード線のうちの1つを活性化するデコーダを備え、
前記第2のメモリセルは第2ワード線を介して前記デコーダに接続されることを特徴とする付記1又は2記載の半導体記憶装置。
(付記4) 前記第1のメモリセルと前記第2のメモリセルは、両メモリセルに対して共通なソース線を介して共通なソース電圧供給回路に接続されることを特徴とする付記1乃至3のうちの何れか一記載の半導体記憶装置。
(付記5) 前記ソース電圧供給回路には、書き込みアドレスに基づいて生成されるデコード信号に応答して前記書き込みデータをラッチするラッチ回路が備えられていることを特徴とする付記4記載の半導体記憶装置。
(付記6) 前記ソース電圧供給回路は、書込信号に応答して電圧制御される信号を入力し、書込データに対応して前記電圧制御される信号をソース線に供給する出力部を備えることを特徴とする付記4又は5記載の半導体記憶装置。
(付記7) 前記ビット線に接続され、前記第1のメモリセルの情報を読み出す読出し回路と、
前記ビット線に接続され、前記第2のメモリセルの情報を読み出す読出し回路と
を備えたことを特徴とする付記1乃至6のうちの何れか一記載の半導体記憶装置。
(付記8) 前記第2のメモリセルの情報を読み出す読出し回路には、該情報を保持する制御情報記憶部が接続されることを特徴とする付記5記載の半導体記憶装置。
(付記9) 前記共通なビット線は、前記第1のメモリセルと前記第2のメモリセルの情報を読み出す読出し回路に接続され、
該読出し回路には、前記第2のメモリセルから読出した情報を保持する制御情報記憶部が接続されることを特徴とする付記1乃至6のうちの何れか一記載の半導体記憶装置。
(付記10) 前記第1のメモリセル及び前記第2のメモリセルは、それぞれ、第1のソース線に接続され且つ第1の選択ワード線に接続された第1メモリセルと、第2のソース線に接続され且つ第2の選択ワード線に接続された第2メモリセルとから構成され、
前記第1メモリセルと前記第2メモリセルは互いに独立した第1ビット線と第2ビット線とにそれぞれ接続され、
前記第1ビット線及び前記第2ビット線は前記読出し回路に接続されることを特徴とする付記7又は9記載の半導体記憶装置。
(付記11) 前記第1メモリセル及び前記第2メモリセルは、互いに逆極性のデータを試験モード中に書き込むことを特徴とする付記10記載の半導体記憶装置。
(付記12) 前記メモリセルは単層ポリシリコン構造のセルであって、
ワード線が接続される容量と、ソース線が接続されるメモリトランジスタと、選択ワード線が接続されるセレクトトランジスタとから構成されることを特徴とする付記1乃至11の何れか一記載の半導体記憶装置。
(付記13) 前記メモリセルは、ワード線方向に隣り合う2つのメモリセル間で互いのセレクトトランジスタに接続されるビット線をそれぞれ共有し、前記2つのメモリセルのうち、一方のメモリセルには第1選択ワード線が接続され、他方のメモリセルには第2選択ワード線が接続されることを特徴とする付記12記載の半導体記憶装置。
(付記14) 外部番地が割り当てられた第1のメモリセルと、メモリ制御情報のために設けられ外部番地が割り当てられていない第2のメモリセルとが、両メモリセルに対して共通なビット線に接続された半導体記憶装置の制御方法であって、
行デコーダにより前記第2のメモリセルをアクセスするステップと、
前記行デコーダにより前記第1のメモリセルをアクセスするステップと
を含むことを特徴とする半導体記憶装置の制御方法。
(付記15) 不揮発性を有し書き換え可能な第1及び第2のメモリセルを備え、第2のメモリセルはメモリ制御情報のために設けられ、第1のメモリセルには外部番地が割り当てられ、第2のメモリセルには外部番地が割り当てられておらず、両メモリセルに対して共通なビット線及びソース線に接続された半導体記憶装置の制御方法であって、
行デコーダにより前記第2のメモリセルをアクセスするステップと、
前記行デコーダにより前記第1のメモリセルをアクセスするステップと
を含むことを特徴とする半導体記憶装置の制御方法。
(付記16) 前記第2のメモリセルをアクセスするステップは、前記第1のメモリセルをアクセスするステップに先立って実行されることを特徴とする付記14又は15記載の半導体記憶装置の制御方法。
(付記17) 前記第2のメモリセルの情報を読み出すステップは、前記第1のメモリセルの情報を読み出すステップを実行する読出し回路と異なる読出し回路にて実行されることを特徴とする付記14乃至16のうちの何れか一記載の半導体記憶装置の制御方法。
(付記18) 前記第2のメモリセルの情報を読み出すステップは、前記第1のメモリセルの情報を読み出すステップを実行する読出し回路にて実行されることを特徴とする付記14乃至16のうちの何れか一記載の半導体記憶装置の制御方法。
(付記19) 前記読出し回路にて読み出された情報を制御情報記憶部にて保持するステップを含むことを特徴とする付記17又は18記載の半導体記憶装置の制御方法。
(付記20) 前記第1のメモリセル及び前記第2のメモリセルに対して、両メモリセルに共通なソース電圧供給回路から前記共通なソース線を介してデータを書き込むことを特徴とする付記14乃至19のうちの何れか一記載の半導体記憶装置の制御方法。
(付記21) 前記ソース電圧供給回路は、前記書き込むデータを保持することを特徴とする付記20記載の半導体記憶装置の制御方法。
(付記22) 前記ソース電圧供給回路は、
書込信号に応答して電圧制御される信号を入力するステップと、
書込みデータに対応して前記電圧制御される信号をソース線に供給するステップと、
を実行することを特徴とする付記20又は21記載の半導体記憶装置の制御方法。
(付記23) 前記第1のメモリセルと前記第2のメモリセルの情報は、前記共通なビット線を介して読出し回路に読み出され、該情報は制御情報記憶部にて保持されることを特徴とする付記14乃至22のうちの何れか一記載の半導体記憶装置の制御方法。
(付記24) 第1のメモリセル及び前記第2のメモリセルは、それぞれ、第1のソース線に接続され且つ第1の選択ワード線に接続された第1メモリセルと、
第2のソース線に接続され且つ第2の選択ワード線に接続された第2メモリセルとから構成され、
読出し回路は、前記第1メモリセルが接続された第1ビット線と、前記第2メモリセルが接続され前記第1ビット線と独立した第2ビット線とにそれぞれ接続され、第1ビット線及び第2ビット線のデータを差動増幅読み出しすることを特徴とする付記14乃至23のうちの何れか一記載の半導体記憶装置の制御方法。
(付記25) 前記第1メモリセル及び前記第2メモリセルは、互いに逆極性のデータを試験モード中に書き込むことを特徴とする付記24記載の半導体記憶装置の制御方法。
(付記26) 前記第2のメモリセルを読み出すステップは、試験信号により実施されることを特徴とする付記14乃至25のうちの何れか一記載の半導体記憶装置の制御方法。
(付記27) 前記メモリセルは単層ポリシリコン構造のセルであって、ワード線が接続される容量と、ソース線が接続されるメモリトランジスタと、選択ワード線が接続されるセレクトトランジスタとから構成され、
前記複数のメモリセルのイレース及びプログラムをトンネル電流を用いて行うことを特徴とする付記14乃至26のうちの何れか一記載の半導体記憶装置の制御方法。
【0172】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、回路面積の増大を抑えた半導体記憶装置及びその制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 不揮発性メモリの概略構成を示すブロック図である。
【図2】 不揮発性メモリの詳細な構成を示すブロック図である。
【図3】 メモリセルアレイを示す回路図である。
【図4】 (a)〜(c)は不揮発性メモリセルの構成説明図である。
【図5】 メモリセルの書き込み方法を示す原理説明図である。
【図6】 メモリセルの回路図である。
【図7】 ソース電圧供給回路を示す回路図である。
【図8】 制御情報読出回路を示す回路図である。
【図9】 制御情報読出回路の動作波形図である。
【図10】 センスアンプを示す回路図である。
【図11】 ワード線印加電圧選択回路を示す回路図である。
【図12】 ワード線印加電圧選択回路の動作波形図である。
【図13】 ワード線ドライバを示す回路図である。
【図14】 ワード線ドライバの動作波形図である。
【図15】 (a)〜(d)は書き込み動作を示す波形図である。
【図16】 第一実施形態の動作フローチャートである。
【図17】 第二実施形態の不揮発性メモリの概略構成図である。
【図18】 第二実施形態の動作フローチャートである。
【符号の説明】
BL,BL0,BL1 ビット線
SL ソース線
WLa 第1ワード線
WLb 第2ワード線
Ce メモリセル
32,33 ソース電圧供給回路
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor memory device including a nonvolatile rewritable memory cell and a control method thereof.
[0002]
A semiconductor memory device having a nonvolatile and rewritable memory cell uses a high voltage or a negative voltage generated by a voltage generation circuit inside the device for a write operation (program mode) or an erase operation (erase mode). To do. These voltages are applied to the memory cell with a predetermined pulse width during a write operation or an erase operation. Parameters (operation control parameters) for setting voltage values, pulse widths, and the like in these various operations (operation modes) are set to values that are expected to be optimum at the time of design, and a circuit is designed according to the set values.
[0003]
However, there are many cases in which the optimum value at the time of design (for each product chip after the actual wafer process step) deviates from the optimum value due to manufacturing variations and simulation accuracy. These parameters can be adjusted by changing the circuit with mask changes, but it takes time to change and time to market is an important factor. Moreover, it cannot respond to individual product manufacturing variations.
[0004]
For this reason, some semiconductor memory devices are provided with fuses for setting parameters corresponding to manufacturing variations of individual product chips. It is also possible to test individual product chips and cut the fuse with a laser or the like based on the test results. However, the fuse that can be laser cut has a large area of the fuse itself, which leads to an increase in die size, and an increase in the laser process, resulting in an increase in test cost.
[0005]
In addition, it cannot cope with the number of times of rewriting unique to the nonvolatile memory, or change of (operation control) parameter according to the number of times of rewriting. For this reason, it is desired to deal with software by writing (operation control) parameters that need to be adjusted after manufacturing into a control storage area.
[0006]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, there is a memory system in which memory control information is stored in a dedicated non-volatile storage area and can be changed in software after manufacture (for example, see Patent Document 1 and Patent Document 2). This memory system comprises a non-volatile data storage unit in which the state of control parameter bits including control parameter CP1 is stored separately from an array of flash memory cells provided to the user (accessed by the user). Yes. By storing parameter information such as word configuration, read reference current, internally generated voltage, control pulse width, etc. in this area, the memory system can be controlled.
[0007]
[Patent Document 1]
Japanese National Patent Publication No. 10-510656 (FIG. 1)
[Patent Document 2]
JP 2001-57096 A (FIG. 1)
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the prior art, the non-volatile data storage unit is provided in a separate area from the array of flash memory cells provided to the user. For this reason, a write / read circuit dedicated to the control (operation control) parameter area is required, and there is a problem that the circuit area increases.
[0009]
The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a semiconductor memory device capable of suppressing an increase in circuit area and a control method thereof.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the invention described in claim 1 includes a first memory cell to which an external address is assigned and a second memory cell to which an external address is not assigned. Cell , Controlling a read operation to the first memory cell Provided for memory control information, the first and second memory cells are connected to a bit line common to both memory cells, connected to the bit line, and the information of the first memory cell is A first read circuit for reading, a second read circuit connected to the bit line, for reading information of the second memory cell, and an output signal of the second read circuit are connected to the first read circuit.
[0011]
The invention according to claim 2 includes a first memory cell to which an external address is assigned, and a second memory cell to which no external address is assigned, wherein the first and second memory cells are nonvolatile. And the second memory cell is rewritable. , Controlling a read operation to the first memory cell Provided for memory control information, the first and second memory cells are connected to a common bit line and source line for both memory cells, connected to the bit line, and the first memory cell The first read circuit for reading the information, the second read circuit connected to the bit line for reading the information of the second memory cell, and the output signal of the second read circuit connected to the first read circuit Is done.
[0012]
According to a third aspect of the present invention, the first memory cells are arranged in an array of a plurality of the bit lines and a plurality of first word lines, and the plurality of first word lines are based on an address signal. The second memory cell is connected to the decoder via a second word line.
[0013]
According to a fourth aspect of the present invention, the first memory cell and the second memory cell are connected to a common source voltage supply circuit via a common source line for both memory cells.
[0014]
According to a fifth aspect of the present invention, the first read circuit includes a read reference current generation unit and a difference current to which the read reference current line and the bit line that are outputs of the read reference current generation unit are input. And an output signal of the second read circuit is input to the read reference current generator, and changes the read reference current value according to the memory control information.
[0015]
According to a sixth aspect of the present invention, the read reference current generation unit receives a first reference signal that is a first reference current of first polarity information (0 or 1) of the memory cell data, and the first reference current And a second reference signal that is a second reference current of the second polarity information (1 or 0) opposite to the first polarity information of the memory cell data is input to the second constant signal. A second constant current unit for generating a current, and an output signal of the second read circuit is connected to the second constant current unit and changes a read reference current value according to the memory control information.
[0016]
According to a seventh aspect of the present invention, the second constant current unit has a second reference current multiplied by a constant j (0 <j <1) times the driving capability of the first constant current unit according to the memory control information. Generated current.
[0017]
According to an eighth aspect of the present invention, the semiconductor memory device includes a write amplifier connected to the bit line and a change with time of the memory cell. , Said second memory cell Remembered Memory control information is rewritten by the write amplifier, and a second read circuit that reads information of the rewritten second memory cell, and the rewritten Above An output signal of the second read circuit, which is memory control information, is connected to the first read circuit.
[0018]
The invention according to claim 9 is a first memory cell to which an external address is assigned; Control a read operation to the first memory cell. A method of controlling a semiconductor memory device in which a second memory cell provided for memory control information and not assigned an external address is connected to a bit line common to both memory cells, and Accessing the second memory cell through a second read circuit; and output information of the second read circuit According to the operating conditions determined according to The first memory cell by the row decoder The second 1 which includes access through a read circuit.
[0019]
The invention according to claim 10 includes first and second rewritable memory cells that are nonvolatile and rewritable, and the second memory cells are , Controlling a read operation to the first memory cell Provided for memory control information, an external address is assigned to the first memory cell, and an external address is not assigned to the second memory cell. A common bit line and source are used for both memory cells. A method of controlling a semiconductor memory device connected to a line, comprising: accessing a second memory cell through a second read circuit by a row decoder; and output information of the second read circuit According to the operating conditions determined according to The first memory cell by the row decoder The second 1 which includes access through a read circuit.
[0020]
As in the eleventh aspect of the invention, in accordance with the change with time of the memory cell , Said second memory cell Remembered in the A step 3 for rewriting and accessing the memory control information by a write amplifier, the step 3 being executed prior to the step 1 for accessing the second memory cell, and the step 1 for accessing the second memory cell; Is performed prior to step 2 of accessing the first memory cell.
[0021]
As in the twelfth aspect of the present invention, the steps 1 to 3 are performed in a state where the power source of the semiconductor memory device is turned on and maintained.
[0022]
According to a thirteenth aspect of the present invention, the step 2 of reading information of the first memory cell is a step of comparing a read reference current value with a current value of the first memory cell. 2 The read reference current value is changed according to the output information of the read circuit.
[0023]
15. The method according to claim 14, wherein the step 2 of reading information of the first memory cell includes a first reference current which is first polarity information (0 or 1) of the memory cell data and the memory cell. A step of comparing a read reference current value obtained by combining a second reference current which is second polarity information (1 or 0) opposite to the first polarity information of data with a current value of the first memory cell. The read reference current value is changed according to the output information of the second read circuit.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0025]
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a nonvolatile semiconductor memory device (flash memory, nonvolatile memory).
The flash memory 10 includes a memory cell array 11. In the memory cell array 11, a plurality of memory cells Ce described later are arranged in an array. The memory cell Ce is a non-volatile and rewritable memory cell.
[0026]
The memory cell array 11 includes a first area (user area) 11a and a second area (control information area) 11b provided adjacent to each other. The first area 11a is an area to which an external address is assigned. That is, the first area 11a is an area accessed from a circuit such as a CPU to which the flash memory 10 is connected (or mounted). The second area 11b is an area to which no external address is assigned (control information area), and memory control information is stored in the second area 11b.
[0027]
The memory control information is an operation control parameter, and is parameter information such as word configuration, read reference current, internally generated voltage, control pulse width, and the like.
In the first region 11a, a plurality of memory cells Ce are arranged in an array by a plurality of first word lines WLa and a plurality of bit lines BL. In the first region 11a, a pair of reference cells (not shown) are arranged for each memory cell in a row unit. The reference cell is a cell for generating a current serving as a reference for determining the read data when the memory cell Ce is read. In the second region 11b, in the present embodiment, a plurality of memory cells Ce are arranged in a column by one second word line WLb and a plurality of bit lines BL.
[0028]
FIG. 3 is a partial circuit diagram illustrating a configuration example of the memory cell array 11.
Each word line WLa, WLb includes a first selected word line SWLxa, a second selected word line SWLxb, and a control word line CWLx (x = 0 to n, where n is the number of word lines). That is, in FIG. 3, the first word line WLa is composed of first selected word lines SWL1a, SWL2a, second selected word lines SWL1b, SWL2b and control word lines CWL1, CWL2, and the second word line WLb is the first selected. A word line SWL0a, a second selected word line SWL0b, and a control word line CWL0 are included.
[0029]
The second region 11b is provided with a plurality of memory cells Ce (Ce0a, Ce1a, Ce0b, Ce1b, Ce2a, Ce3a in the figure). Two memory cells (Ce0a, Ce1a) (Ce0b, Ce1b) (Ce2a, Ce3a) adjacent in the column direction share a bit line BL (BL0, BL1, BL2 in the figure). The memory cells Ce0a, Ce1a, Ce0b, Ce1b, Ce2a, and Ce3a are connected to source lines SL0a, SL0b, SL1a, SL1b, SL2a, and SL2b that are separated for each column.
[0030]
The memory cells Ce0a, Ce1a, Ce0b, Ce1b, Ce2a, Ce3a arranged in the column direction are connected to the control word line CWL0.
In each memory cell in each row unit, one cell Ce0a, Ce0b, Ce2a out of two cells sharing the bit line BL with each other is connected to the same selected word line SWL0a as the first selected word line. The other cells Ce1a, Ce1b, and Ce3a are connected to the same selected word line SWL0b as the second selected word line.
[0031]
Similarly to the above, other memory cells Ce0c, Ce1c, Ce0d, Ce1d, Ce2c, Ce3c provided in the first region 11a are also selected word lines SWL1a, SWL1b, SWL2a, SWL2b, control word lines CWL1, CWL2,. Bit lines BL0, BL1, and BL2 are connected to source lines SL0a, SL0b, SL1a, SL1b, SL2a, and SL2b.
[0032]
As shown in FIG. 1, the first word line WLa and the second word line WLb are connected to the X decoder 12, and the bit line BL is controlled as a Y pass gate 13 as a first read circuit and a second read circuit. The information reading circuit 14 is connected. The source lines SL0a to SL2b shown in FIG. 2 are connected to the write driver 15.
[0033]
The flash memory 10 includes first to third voltage generation circuits 16 to 18. The first voltage generation circuit 16 is a negative voltage generation circuit, and generates a negative voltage (for example, −9.3 V in this embodiment) as a first control voltage supplied to the control word line CWL to the X decoder 12. Supply. The second voltage generation circuit 17 is a high voltage generation circuit that generates a high voltage (for example, 9.5 V in this embodiment) as a second control voltage to be supplied to the control word line CWL and supplies the high voltage to the X decoder 12. To do. The third voltage generation circuit 18 is a high voltage generation circuit that generates a high voltage (for example, 6.0 V in this embodiment) as a first source voltage to be supplied to the source line SL and supplies the high voltage to the write driver 15. . The first to third voltage generation circuits 16 to 18 are driven by the oscillator 19 to generate each voltage based on the reference voltage supplied from the reference voltage generation circuit 20.
[0034]
The flash memory 10 includes an address control circuit 21. The address control circuit 21 includes an address buffer 21a and an address counter 21b.
[0035]
The address buffer 21a takes in the write address WD-ADDR supplied from the outside in byte units [0: 7] and outputs them to the X decoder 12 and the Y decoder 22, respectively.
[0036]
More specifically, the address buffer 21a outputs the upper 5 bits of the write address WD-ADDR used for selecting the control word line CWL at the time of writing to the X decoder 12 as a row address. The X decoder 12 decodes it and selects any one of the plurality of control word lines CWL.
[0037]
The address buffer 21a outputs the lower 3 bits of the write address WD-ADDR used for selecting the source line SL at the time of writing to the Y decoder 22 as a column address. The Y decoder 22 decodes it, takes in the write data to the corresponding source voltage supply circuit, and sets the source voltage.
[0038]
The address counter 21b generates a 3-bit internal address for selecting the memory cell Ce corresponding to the 8-bit read data R-MDATA [0: 7] for each bit. Therefore, the Y decoder 22 sequentially selects the memory cells Ce to be read based on the address output from the address counter 21b, and is read out bit by bit by the read amplifier 24 as the first read circuit, and has 8 bits. The data is sequentially latched in the read data latch.
[0039]
The flash memory 10 includes a read / write control circuit 23. Various control signals such as a write mode signal WRITE-MODE are input to the read / write control circuit 23, and the control signal is a mode signal for operating the flash memory 10 in a special operation mode (in this embodiment, Test mode signal TS) as a test signal. The read / write control circuit 23 supplies each circuit with a control signal generated corresponding to the operation mode based on various control signals.
[0040]
For example, at the time of writing, the read / write control circuit 23 shifts to a write operation in response to a write mode signal WRITE-MODE as a write signal, and writes write data W-MDATA in response to a data transfer signal WRITE-MDATA. Start importing.
[0041]
Then, after all the data of the memory cell Ce to be written is taken in, writing to the memory cells Ce connected to the same control word line CWL is started in response to the write start signal WRITE-START.
[0042]
On the other hand, at the time of reading, the read / write control circuit 23 starts reading in response to the read request signal RD-REQ. Data read from the memory cell Ce to be read is output from the Y pass gate 13 to the read amplifier 24, and read data R-MDATA in byte units [0: 7] is output from the read amplifier 24.
[0043]
A read control circuit 25 is connected to the control information read circuit 14. The control information reading circuit 14 is a circuit for reading the memory control information stored in the second area 11b of the cell array 11, and reads the memory control information from the second area 11b according to the timing set by the read control circuit 25. The timing is the initialization process of the flash memory 10. That is, the control information reading circuit 14 reads memory control information from the second area 11b when the flash memory 10 is initialized. Then, the control information reading circuit 14 latches the read memory control information and outputs it to a circuit for setting it. In the present embodiment, the set value of the read reference current stored as the memory control information is read and the set value is output to the read amplifier 24.
[0044]
The flash memory 10 may be provided with a latch circuit, and the latch function of the control information reading circuit 14 may be realized by the latch circuit. Alternatively, the set value of the internally generated voltage stored as the memory control information in the second area 11b may be read and the set value may be output to the voltage generation circuits 16 to 18, the reference voltage generation circuit 20, and the like.
[0045]
The memory control information is written only in a mode that is not normally used (in this embodiment, a test mode). More specifically, the read / write control circuit 23 outputs a control signal to the X decoder 12 in response to the test mode signal TS. The X decoder 12 selects and activates one of the plurality of first word lines WLa based on the external write address WD-ADDR, and the control supplied from the read / write control circuit 23. And a driver unit 12b for activating the second word line WLb in response to the signal. That is, the memory cell Ce connected to the second word line WLb is activated in the test mode. In that mode, externally supplied write data W-MDATA is supplied to the activated memory cell Ce via the write driver 15 and the bit line BL, and is stored as memory control information in the memory cell Ce in the second area 11b. Remembered.
[0046]
The memory control information stored in the memory cell Ce is read during the initialization process of the flash memory 10 and set in the read amplifier 24. The read amplifier 24 adjusts the circuit based on the set value. In the normal operation mode, the read amplifier 24 outputs read data R-MDATA obtained by amplifying the data read from the first region 11a through the bit line BL and the Y pass gate 13 by the adjusted circuit.
[0047]
Similarly to the memory cell Ce in the second area 11b, the memory cell Ce in the first area 11a includes a memory in which write data W-MDATA supplied from the outside is activated via the write driver 15 and the bit line BL. It is supplied to the cell Ce and stored in the memory cell Ce.
[0048]
That is, in the flash memory 10 of the present embodiment, the second area 11b for storing the memory control information is provided adjacent to the first area 11a for storing the user data, and the memory cells Ce of the areas 11a and 11b are connected to the memory cell Ce. A circuit (write driver 15) for writing is shared. Therefore, the circuit area of the flash memory 10 does not increase as compared with the case where the memory area for the user and the memory area (control information area) for storing the memory control information are formed apart from each other.
[0049]
FIG. 2 is a partial block diagram showing a detailed configuration of the flash memory 10.
FIG. 2 shows two memory cells Ce assigned to the first region 11a and two memory cells Ce assigned to the second region 11b. These memory cells Ce are connected to the selected word line SWL0a and the bit lines BL0 and BL1 shown in FIG. 3 (Ce0a and Ce0b in the figure), and to the selected word line SWL1a and the bit lines BL0 and BL1. It corresponds to the memory cell (Ce0c, Ce1c in the figure).
[0050]
The write driver 15 includes source voltage supply circuits 32 and 33 corresponding to the source lines SL connected to the memory cells Ce in the column direction, respectively. The source voltage supply circuits 32 and 33 are similarly configured.
[0051]
More specifically, the source voltage supply circuits 32 and 33 are provided corresponding to the source lines SL (source lines SL0a and SL1a in FIG. 3) connected to the memory cells Ce0a, Ce0c, Ce0b, and Ce0d, respectively. The source voltage supply circuits 32 and 33 take in the write data W-MDATA supplied from the outside in byte units [0: 7] based on the address decoding result by the Y decoder 22. Then, the source voltage supply circuits 32 and 33 supply the first or second source voltage corresponding to the captured data (“0” or “1”) to the source line SL.
[0052]
The Y pass gate 13 is provided with a Y selection gate 34.
The Y selection gate 34 activates the pair of bit lines BL0 based on the decode signal from the Y decoder 22. The Y selection gate 34 outputs a read signal RDB based on data read from one memory cell Ce0c via the pair of bit lines BL0.
[0053]
The read amplifier 24 includes a read reference current generation circuit 35 and a sense amplifier 36.
The read reference current generation circuit 35 receives a reference cell Y selection gate (not shown) read signal, receives a first reference signal SAref0 which is a read current (first reference current) of data “0”, and data “1”. The second reference signal SAref, which is a read current (second reference current).
[0054]
The sense amplifier 36 compares the read reference current generated based on the first and second reference signals SAref0 and SAref with the read current generated based on the read signal RDB output from the Y selection gate 34. Then, based on the comparison result, it is determined whether the data in the memory cell Ce0c is “1” or “0”, and read data RDATAB is output.
[0055]
The X decoder 12 includes a word line applied voltage selection circuit 37, a word line driver 38 constituting the decoder unit 12a, and a word line driver 39 constituting the driver unit 12b.
[0056]
The word line applied voltage selection circuit 37 selects and outputs the applied voltage VCWL supplied to the control word line CWL. Specifically, the negative first control voltage supplied from the first voltage generation circuit 16 is selected during erasing, and the read voltage VCWL-RD supplied from the read reference current generation circuit 35 is selected during reading. To the word line drivers 38 and 39.
[0057]
The word line driver 38 selects any one control word line CWL based on the decoding result of the write address WD-ADDR by the X decoder 12 when writing to the first region 11a. Then, a negative first control voltage is supplied during erasure, a high second control voltage generated by the second voltage generation circuit 17 is supplied during programming, and a read voltage VCWL-RD is supplied during reading.
[0058]
The word line driver 38 selects the control word line CWL0 based on the control signal from the read / write control circuit 23 in FIG. 1 when writing to the second region 11b. Then, a negative first control voltage is supplied during erasure, a high second control voltage generated by the second voltage generation circuit 17 is supplied during programming, and a read voltage VCWL-RD is supplied during reading.
[0059]
The control information reading circuit 14 is connected to a pair of bit lines BL0 and BL1.
The control information reading circuit 14 reads the data written in the memory cells Ce0a and Ce0b in the second region 11b through the bit lines BL0 and BL1 connected to them, and determines the polarity of each data.
[0060]
More specifically, in the test mode, data “0” and data “1” are written in the memories Ce0a and Ce0b so as to have opposite polarities. The control information reading circuit 14 latches the data read from each of the memory cells Ce0a and Ce0b at the time of initialization processing, compares the current flowing based on both data, and sets the memory control information of “1” or “0”. Is output.
[0061]
The reading of the memory cell Ce in the first area 11a will be described.
The flash memory 10 includes a reference control circuit, and the reference control circuit includes a reference cell read circuit, a reference cell write data generation circuit, and a reference cell Y decoder. (All are not shown)
The reference cell read circuit reads data written in each of the two reference cells via a pair of bit lines connected to them, and determines the polarity of each data.
[0062]
More specifically, when the memory cell Ce is written, data “0” and data “1” are written in the reference cell so that the polarities are reversed. Prior to the writing of the memory cell Ce, the reference cell read circuit latches data read from the reference cell in each row, determines which data “1” is written, and a polarity signal indicating the polarity Is output.
[0063]
The reference cell write data generation circuit, based on the polarity signal from the reference cell read circuit, writes the reference cell write data so that each reference cell is written with the opposite polarity to the currently written data. Is generated.
[0064]
Therefore, data is written to the reference cell so that the polarity is opposite to that of the current data every time the memory cell Ce is written. The reason why the data is inverted at each writing is that it is desirable to keep the threshold distribution of each reference cell for generating the reference current within a predetermined range.
[0065]
The reference cell Y decoder generates a decode signal corresponding to the data (“1” or “0”) currently written in the reference cell based on the polarity signal from the reference cell read circuit.
[0066]
The write driver 15 includes source voltage supply circuits 32 and 33 and a reference voltage source voltage supply circuit for each cell (memory cell Ce, reference cell) in the column direction corresponding to the source line SL connected thereto. Is provided. Note that the source voltage supply circuit for the reference cell is configured in the same manner as the source voltage supply circuits 32 and 33.
[0067]
The reference cell source voltage supply circuit is provided corresponding to each source line connected to the reference cell, and the reference cell write data supplied from the reference cell write data generation circuit (having opposite polarities to each other). Data). Then, the first or second source voltage corresponding to the captured data (“0” or “1”) is supplied to each source line.
[0068]
The Y pass gate 13 includes a reference cell Y selection gate together with the Y selection gate 34 described above. The reference cell Y selection gate decodes the bit line for the reference cell based on the decode signal from the reference cell Y decoder, and reads the data “0” from the reference cell and the reference cell of the data “1”. The read signal from is output.
[0069]
That is, the cell array 11 includes a first region 11a and a second region 11b, and the first region 11a has a memory cell Ce that is normally accessed and a current that serves as a reference for determination of read data from the memory cell Ce. And a reference cell for generating. Then, 1-bit read data is read from the first area 11a by the reference cell.
[0070]
The second area 11b includes a memory cell Ce that is accessed in a predetermined mode, and data having opposite polarity is stored in the pair of memory cells Ce. Data is simultaneously read from the two memory cells Ce in the second region 11b, and 1-bit memory cell information is supplied to the control target circuit based on the data.
[0071]
FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating a memory cell according to an embodiment.
In this embodiment, the memory cell Ce is a flash memory cell having a single-layer polysilicon structure, and is composed of three elements: a memory transistor 41, a select transistor 42, and a MOS capacitor 43.
[0072]
As shown in FIGS. 4A to 4C, the memory transistor 41 is formed of, for example, an NMOS transistor having a floating gate 45 as a gate on a P-type substrate 44, and its source is connected to a source line SL.
[0073]
The select transistor 42 is composed of an NMOS transistor (not shown in FIGS. 4B and 4C) having a select gate 46 as a gate on a substrate 44, and its source is connected to the bit line BL. Connected to the selected word line SWL. The drains of the memory transistor 41 and the select transistor 42 are connected to each other.
[0074]
The MOS capacitor 43 is formed by forming an N-type diffusion layer as a control gate 47 on a substrate 44 and forming a floating gate 45 on the control gate 47 with an insulating layer therebetween. The control gate 47 is formed in the triple well of the substrate 44 (in the P well 49 formed in the N well 48 in the figure). The control gate 47 is connected to the control word line CWL. Incidentally, in the memory cell Ce of the single layer polysilicon structure of the present embodiment, when it is simply referred to as a word line, it means the control word line CWL.
[0075]
In such a memory cell Ce, in this embodiment, the state in which electrons are accumulated in the floating gate 45 (high threshold state) is data “0”, and conversely, the state in which electrons are not accumulated in the floating gate 45 (threshold value). Assume that writing is performed in association with data “1” in a low state.
[0076]
Writing to the memory cell Ce consists of two operations: erase (erase) and program.
Erase is an operation of extracting electrons from the floating gate 45 to lower the threshold value of the memory cell Ce (memory transistor 41). In other words, erasing is an operation of rewriting data in the memory cell Ce from data “0” to data “1”.
[0077]
As shown in FIG. 4B, in the erase, a high voltage (for example, 6.0 V) as a first source voltage is applied to the source of the memory transistor 41, and a negative voltage (as a first control voltage) is applied to the control gate 47. For example, -9.3V) is applied. Here, the P well 49 is set to the same potential as the control gate 47 (for example, −9.3 V), and the N well 48 is set to 6.0 V, for example.
[0078]
In this case, the potential of the floating gate 45 is lowered to about −8.2 V by capacitive coupling, and a high voltage of about 14.2 V is applied between the source and the floating gate 45. As a result, an FN tunnel current (indicated by an arrow in the figure) flows, electrons are extracted from the floating gate 45, and the threshold value of the memory cell Ce (memory transistor 41) decreases. Therefore, the memory cell Ce is rewritten from data “0” to data “1”.
[0079]
On the other hand, the program is an operation of injecting electrons into the floating gate 45 to increase the threshold value of the memory cell Ce (memory transistor 41). In other words, the program is an operation of rewriting data in the memory cell Ce from data “1” to data “0”.
[0080]
As shown in FIG. 4C, the program applies a ground voltage (0.0 V) as the second source voltage to the source of the memory transistor 41, and applies a high voltage (for example, the second control voltage to the control gate 47). 9.5V) is applied. Here, the P well 49 is set to a ground voltage (0.0 V), and the N well 48 is set to 6.0 V, for example.
[0081]
In this case, the potential of the floating gate 45 is raised to about 11.3 V by capacitive coupling, and a high voltage of about 11.3 V is applied between the source and the floating gate 45. As a result, an FN tunnel current (indicated by an arrow in the figure) flows, electrons are injected into the floating gate 45, and the threshold value of the memory cell Ce (memory transistor 41) increases. Therefore, the memory cell Ce is rewritten from data “1” to data “0”.
[0082]
In this embodiment, the memory cell Ce has a single-layer polysilicon structure, but a two-layer polysilicon structure (a floating gate is electrically isolated and embedded in a gate oxide film, and the floating gate and the control gate are embedded). It may be embodied in a memory cell of a stacked structure (also called a stack type).
[0083]
The memory cell Ce having a single layer structure has a larger cell area than a memory cell having a two-layer structure (stacked type), but can reduce the number of process steps associated with the formation of a single polysilicon layer. Therefore, this structure is suitable for small-capacity memory applications when the ratio of memory cells to the die size is small.
[0084]
Next, the principle of the writing method of the memory cell Ce of this embodiment will be described.
As shown in FIG. 5, the memory cell array 11 is formed by arranging a plurality of memory cells Ce in an array.
[0085]
The source of each memory cell Ce is separated for each cell in a column unit, and is connected to the source line SL (SL0 to SL3 in the drawing). The control gate 47 of each memory cell Ce is connected to a common control word line CWL (CWL0, CWL1 in the figure) for each cell in a row unit. In the figure, the select transistor 42 is omitted.
[0086]
In such a memory cell array 11, writing (erasing / programming) to the memory cell Ce is performed collectively for the memory cells Ce in units of rows connected to any one selected control word line CWL. .
[0087]
Explaining the principle, at the time of writing, voltages corresponding to write data (“1” or “0”) of each memory cell Ce are supplied to the source lines SL0 to SL3. Here, a high source voltage (eg, 6.0 V) corresponding to data “1” is supplied to the source lines SL1 and SL3, and a ground voltage (0 corresponding to data “0” is applied to the source lines SL0 and SL2. Assume that a second source voltage of .0 V) is supplied.
[0088]
In this state, first, a first control voltage of a negative voltage (for example, −9.3 V) is supplied to any one selected control word line CWL (for example, CWL0 in this case).
Then, in the memory cell Ce to which the first source voltage corresponding to the write data “1” is applied to the source, a tunnel current flows and electrons are extracted from the floating gate 45 and are erased (see FIG. 4B). ). That is, the memory cell Ce to which the second source voltage corresponding to the write data “0” is applied to the source is not erased.
[0089]
Next, a second control voltage of a high voltage (for example, 9.3 V) is supplied to the control word line CWL0 while maintaining the voltages supplied to the source lines SL0 to SL3.
[0090]
Then, the memory cell Ce to which the second source voltage corresponding to the write data “0” is applied to the source is programmed by injecting electrons into the floating gate 45 through the tunnel current (see FIG. 4C). ). That is, the memory cell Ce to which the first source voltage corresponding to the write data “1” is applied to the source is not programmed.
[0091]
Therefore, in such a method, all the devices connected to the same control word line CWL0 are based on the voltages supplied to the source lines SL0 to SL3 in advance according to the write data (“1” or “0”). Writing (erasing / programming) to the memory cell Ce at a time is performed.
[0092]
Hereinafter, details of each circuit will be described.
FIG. 6 is a circuit diagram of the memory cell Ce. A description of the same components as those in FIG. 4 described above will be omitted.
[0093]
The source voltage ARVSS corresponding to the time of writing / reading is supplied from the source voltage supply circuit 32 (or 33) to the source of the memory cell Ce (memory transistor 41) via the source line SL.
[0094]
The floating gate potential FG is set around 3.0 V when the data is “1” and around 0.0 V when the data is “0” according to the data written in the memory cell Ce. The N well potential VNW is set to 6.0 V, for example, at the time of writing. The P well potential VPW is set to the same potential as that of the control gate 47 during erasing and to the ground potential during programming in accordance with erasing / programming.
[0095]
FIG. 7 is a circuit diagram showing a configuration example of the source voltage supply circuit 32. The source voltage supply circuit 33 is similarly configured.
The source voltage supply circuit 32 includes a latch circuit 32a and takes in data WDBj obtained by inverting the write data W-MDATA supplied from the outside based on the decode signal YTi from the Y decoder 22 that has decoded the write address WD-ADDR. It latches in the latch circuit 32a.
[0096]
The output signal of the latch circuit 32a is input to the gates of the transistor Tp1 (PMOS transistor) and the transistor Tn1 (NMOS transistor). The source of the transistor Tp1 is connected to the power supply VS, and the source of the transistor Tn1 is connected to the ground power supply ARGND.
[0097]
A transistor Tp2 (PMOS transistor) is interposed in series between the transistors Tp1 and Tn1, and a reference voltage ARVREF is input to the gate of the transistor Tp2. The source voltage ARVSS is output from the connection point between the transistors Tp2 and Tn1.
[0098]
The power supply VS is voltage-controlled in response to a write signal (write start signal WRITE-START). In the present embodiment, the power supply VS is set to, for example, 3.0 V when the data WDBj is captured by the latch circuit 32a, and the high voltage generated by the third voltage generation circuit 18 at the time of writing (after latching the data WDBj). The first source voltage is set to (for example, 6.0 V). The transistor Tp2 controls the amount of current flowing through the memory cell Ce at the time of writing based on the reference voltage ARVREF.
[0099]
In this configuration, the source voltage supply circuit 32 supplies the source voltage ARVSS corresponding to the data WDBj (inverted signal) taken into the latch circuit 32a. That is, when the captured data WDBj is data “0”, a high first source voltage (power supply VS in the figure) is supplied, and conversely, when the data is “1”, the second source voltage of the ground voltage is supplied. (Ground power supply ARGND in the figure) is supplied. That is, the source voltage supply circuit 32 supplies the power supply VS or the ground power supply ARGND to the source line SL as the source voltage ARVSS corresponding to the write data WDBj. Accordingly, the transistors Tp1 and Tp2 receive the power supply VS that is voltage-controlled in response to the write signal (write start signal WRITE-START), and supply the power supply VS to the source line SL corresponding to the write data (data WDBj). The output part 32b supplied to is configured.
[0100]
FIG. 8 is a circuit diagram showing a configuration example of the control information reading circuit 14, and FIG. 9 is an operation waveform diagram thereof.
Control information reading circuit 14 includes a latch circuit 14a as a control information storage unit and data output circuits 14b and 14c.
[0101]
One node a of the latch circuit 14a is connected to the bit line BL (0) through the transistor Tn2 (NMOS transistor) and to the data output circuit 14b. The other node b of the latch circuit 14a is connected to the bit line BL (1) through the transistor Tn3 (NMOS transistor) and to the data output circuit 14c.
[0102]
Each of the transistors Tn2 and Tn3 is composed of a transistor having a low threshold value, and a bias signal NBIAS is supplied to the gates of the transistors Tn2 and Tn3 when the memory cells Ce0a and Ce0b in the second region 11b are read. (Hereinafter, transistors for which similar threshold values are set are similarly shown in the drawings).
[0103]
The latch circuit 14a is supplied with the power supply VC-CAM and the ground power supply ARGND. The latch circuit 14a receives the potentials of the nodes a and b, that is, the memory cells Ce0a and Ce0b in the second region 11b based on the latch signal LATCH at the time of reading. The read data complementary to each other to be read is latched.
[0104]
The read operation will be described in detail. As shown in FIG. 9, the control information read circuit 14 first releases the latch state of the latch circuit 14a in accordance with the latch signal LATCH. Next, the selected word line SWL0a or the selected word line SWL0bf (see FIG. 2) connected to the memory cells Ce0a and Ce0b in the second region 11b is selected (becomes active) and simultaneously, the data is output based on the control signal RDcam. The circuits 14b and 14c are deactivated.
[0105]
Next, the nodes a and b are equalized (equal potential) based on the short signal SRT for short-circuiting the drains of the transistors Tn2 and Tn3, and then released, thereby releasing the memory cell Ce0a in the second region 11b. , Amplify the read data of Ce0b. That is, a potential difference is gradually generated between the nodes a and b due to the read current of the memory cells Ce0a and Ce0b in the second region 11b flowing through the bit lines BL0 and BL1.
[0106]
Thereafter, the read data of the memory cells Ce0a and Ce0b in the second area 11b latched in the latch circuit 14a by the latch signal LATCH are respectively determined based on the control signal RDcam as the determination signals DB-CAM (polarity signal REF-REV) and D-CAM. Are output from the data output circuits 14b and 14c.
[0107]
FIG. 10 is a circuit diagram illustrating a configuration example of the sense amplifier 36.
The sense amplifier 36 includes a read reference current generation unit 36a and a read current generation unit 36b.
[0108]
The read reference current generation unit 36a includes first and second reference signals SAref0 and SAref from the read reference current generation circuit 35 and a selection signal TRIM- corresponding to the memory control information read from the memory cells in the second area 11b. A read reference current Irefj is generated based on IREF [0: 3]. The read current generator 36b generates a read current Iref based on the read signal RDB from the Y selection gate 34.
[0109]
More specifically, the read reference current generation unit 36a includes a constant current unit 61 and first to fourth constant current units 62 to 65, and is based on the first reference signal SAref0 input to the constant current unit 61. Generate current Iref0.
[0110]
The first to fourth constant current units 62 to 65 are different in the size of the transistors constituting them, and the second constant current unit 63 is twice the driving capability of the first constant current unit 62, and the third constant current The unit 64 has a drive capability of 4 times, and the fourth constant current unit 65 has a drive capability of 8 times.
[0111]
The read reference current generation unit 36a drives at least one of the first to fourth constant current units 62 to 65 by the selection signal TRIM-IREF, and based on the second reference signal SAref input thereto, 2 A current obtained by multiplying the reference current Iref1 by a constant j (0 <j <1) is generated. Therefore, the read reference current generation unit 36a sets the read reference current Irefj as the sum of “first reference current Iref0 + second reference current Iref1 × constant j” according to the selection signal TRIM-IREF corresponding to the memory control information. Generate.
[0112]
The sense amplifier 36 configured as described above compares the read reference current Irefj flowing into the node c with the read current Iref flowing out from the node c, so that the data of the memory cell Ce to be read is “1”. It is determined whether it is “0”. That is, data is determined by detecting the potential (H level or L level) of the node c that changes in accordance with the read current Iref of the memory cell Ce flowing out from the node c, and read data RDATAB indicating the determination result is output.
[0113]
A circuit 36c indicated by a broken line in the figure is provided corresponding to the test mode, and outputs the read data RDATAB to the outside as the read signal R-ANA-OUT in the test mode.
[0114]
FIG. 11 is a circuit diagram showing a configuration example of the word line applied voltage selection circuit 37, and FIG. 12 is an operation waveform diagram thereof.
At the time of erasing, a negative voltage (from the first voltage generating circuit 16 is applied to the source and back gate (P well) of the transistor Tn6 (NMOS transistor) and the back gate (P well) of the transistors Tn7 and Tn8 (NMOS transistors). -9.3V) first control voltage R-NEGP is supplied.
[0115]
A control signal NGNDB is supplied to the gates of the transistors Tn6 and Tn7. The control signal NGNDB is generated based on a plurality of control signals RDmem, ENVPXGD, and NEGPL. Here, the control signal RDmem is a signal that becomes H level at the time of reading, the control signal ENVPXGD is a signal that becomes H level at the time of programming, and the control signal NEGPL is the first control voltage R-NEGP that is not more than a predetermined voltage at the time of erasing (for example, This signal becomes L level when the voltage drops to 0 V or less.
[0116]
Therefore, at the time of erasing, the control signal NGNDB becomes L level (specifically, ground voltage), and the transistors Tn6 and Tn7 are turned on based on the supply of the first control voltage R-NEGP.
[0117]
At this time, the drain potential of the transistor Tn7, that is, the control signal NEGPGND becomes substantially equal to the negative first control voltage R-NEGP, and the transistor Tn8 is turned off by the control signal NEGPGND. Therefore, at the time of erasing, the word line applied voltage selection circuit 37 outputs the first control voltage R-NEGP having a negative voltage (−9.3 V) as the applied voltage VCWL.
[0118]
At this time, as described above, since the control signal NGNDB input to the gate of the transistor Tn6 becomes the ground voltage, a high voltage exceeding the withstand voltage is not applied between the source and gate of the transistor Tn6.
[0119]
At the time of programming, the control signal NGNDB becomes L level (ground voltage) based on the H level control signal ENVPXGD. At this time, the first control voltage R-NEGP becomes 0 V, and the transistors Tn6 and Tn7 are turned off.
[0120]
Further, since the control signal NEGPGND is at the H level, the transistor Tn8 is turned on. At this time, the read voltage VCWL-RD is controlled by the read reference current generating circuit 35 to be in a floating state, and the applied voltage VCWL is As shown in FIG. 12, it becomes a floating potential (for example, about 2.5 V).
[0121]
At the time of reading, the control signal NGNDB similarly becomes the ground voltage based on the control signal RDmem, and the transistors Tn6 and Tn7 are turned off and the transistor Tn8 is turned on as in the programming. Therefore, at the time of reading, the word line applied voltage selection circuit 37 outputs the read voltage VCWL-RD supplied from the read reference current generation circuit 35 as the applied voltage VCWL.
[0122]
A circuit 37a indicated by a broken line in the figure is provided corresponding to the test mode for measuring the read current. In the test mode, the transfer gate TG1 is turned off and the transfer gate TG2 is turned on based on the test signal T-AC. Turned on. A test input signal R-ANA-IN is supplied from the outside, and the input signal R-ANA-IN is output as the applied voltage VCWL.
[0123]
FIG. 13 is a circuit diagram showing a configuration example of the word line driver 38, and FIG. 14 is an operation waveform diagram thereof.
The word line driver 38 selects any one control word line CWLi by predecode signals XD0 to XD2 generated based on the write address WD-ADDR (see FIG. 1) at the time of writing (erasing / programming). At the time of reading, the selected word line SWLia or the selected word line SWLib (i = 1, 2,...) Is selected by decode signals YD2 (1), YD2 (0) generated based on a read address (not shown).
[0124]
The word line driver 38 includes a latch circuit 38a, to which the control signal NPS and the first control voltage R-NEGP are supplied. The latch circuit 38a controls the control signal NEN based on the control signal NENB generated by the predecode signals XD0 to XD2.
Latch. Specifically, the control signal NEN having the voltage level of the control signal NPS is generated.
[0125]
As described above, the control signal NEGPL becomes L level when the first control voltage R-NEGP decreases to a predetermined voltage or lower (for example, −3.0 V or lower) during erasing, and the control signal NPS is determined based on the control signal NEGPL. It becomes L level (specifically, ground voltage). Therefore, the latch circuit 38a generates the control signal NEN that becomes the ground voltage based on the control signal NPS. Incidentally, at this time, since the voltage level of the control signal NGND is equal to the first control voltage R-NEGP, the latch state of the latch circuit 38a is maintained.
[0126]
The control signal NEN generated by the latch circuit 38a is input to the gate of the transistor Tn9 (NMOS transistor) as the first transistor. An applied voltage VCWL is supplied to the source of the transistor Tn9, and a first control voltage R-NEGP having a negative voltage (−9.3 V) is supplied to the back gate (P well) of the transistor Tn9.
[0127]
Accordingly, the transistor Tn9 is turned on at the time of erasing, and as shown in FIG. 14, the applied voltage VCWL (specifically, the first control voltage R) is applied to any one control word line CWLi selected by the predecode signals XD0 to XD2. -NEGP) is supplied.
[0128]
At this time, as described above, since the gate voltage (control signal NEN) input to the gate of the transistor Tn9 becomes the ground voltage, a high voltage exceeding the breakdown voltage is applied between the source and gate of the transistor Tn9. Absent.
[0129]
During such erasing, the transistor Tn10 is turned on by the control signal NEGPL-ER, and the P well potential VPWi (see FIG. 6) of the memory cell Ce becomes the applied voltage VCWL (−9.3 V).
[0130]
At the time of programming, a high voltage (+9.5 V) second control voltage VPX is supplied to the word line driver 38 from the second voltage generation circuit 17. The second control voltage VPX is supplied to the source of the transistor Tp3 (PMOS transistor) as the second transistor.
[0131]
A control signal XINBT is supplied to the gate of the transistor Tp3. This control signal XINBT becomes L level by predecode signals XD0 to XD2 at the time of programming.
[0132]
Accordingly, the transistor Tp3 is turned on at the time of programming, and as shown in FIG. 14, the second control voltage VPX of the high voltage (+ 9.5V) is applied to any one of the control word lines CWLi selected by the predecode signals XD0 to XD2. Is supplied.
[0133]
At this time, the transistor Tn9 is also turned on. However, as described above, the applied voltage VCWL is controlled to a floating potential (for example, about 2.5 V) during programming (see FIG. 12), so that an abnormal current flows through the control word line CWLi. There is nothing.
[0134]
During such programming, the transistor Tn11 is turned on by the control signal NGND, so that the P well potential VPWi (see FIG. 6) of the memory cell Ce becomes the ground voltage.
[0135]
Next, the write operation of the flash memory 10 configured as described above will be described in detail with reference to FIG.
FIG. 15A shows an operation when data “0” is written to the memory cell Ce where data “0” is currently written. In this case, the second source voltage of the ground voltage (0.0 V) corresponding to the data “0” to be written is supplied to the source of the memory cell Ce.
[0136]
In this state, first, a first control voltage of negative voltage (−9.3 V) is supplied to the control word line CWL. At this time, the potential difference between the source and the floating gate is about 8.2 V, and no FN tunnel current flows. Therefore, the memory cell Ce is not erased and the charge amount of the floating gate does not change.
[0137]
Next, the second control voltage of the high voltage (+9.5 V) is supplied to the control word line CWL while maintaining the source voltage at 0.0 V. At this time, the potential difference between the source and the floating gate is about 8.2 V, and no FN tunnel current flows. Accordingly, the charge amount of the floating gate does not change. Therefore, in this case, data “0” of the memory cell before writing is held.
[0138]
FIG. 15B shows an operation when data “1” is written into the memory cell Ce where data “0” is currently written. In this case, the first source voltage of the high voltage (6.0 V) corresponding to the data “1” to be written is supplied to the source of the memory cell Ce.
[0139]
In this state, first, a first control voltage of negative voltage (−9.3 V) is supplied to the control word line CWL. At this time, a voltage of approximately 14.2 V is applied between the source and the floating gate, and an FN tunnel current flows. Therefore, the electrons of the floating gate are extracted and the memory cell Ce is erased.
[0140]
Next, a second control voltage of a high voltage (+9.5 V) is supplied to the control word line CWL while the source voltage is maintained at 6.0 V. At this time, the potential difference between the source and the floating gate is about 5.3 V, and no FN tunnel current flows. Therefore, the memory cell Ce is not programmed, and the charge amount of the floating gate does not change. Therefore, in this case, only erasing is performed, and data “0” of the memory cell before writing is rewritten to data “1”.
[0141]
FIG. 15C shows an operation when data “0” is written to the memory cell Ce where data “1” is currently written. In this case, the second source voltage of the ground voltage (0.0 V) corresponding to the data “0” to be written is supplied to the source of the memory cell Ce.
[0142]
In this state, first, a first control voltage of negative voltage (−9.3 V) is supplied to the control word line CWL. At this time, the potential difference between the source and the floating gate is about 5.3 V, and no FN tunnel current flows. Accordingly, the charge amount of the floating gate does not change.
[0143]
Next, the second control voltage of the high voltage (+9.5 V) is supplied to the control word line CWL while maintaining the source voltage at 0.0 V. At this time, a voltage of approximately 11.3 V is applied between the source and the floating gate, and an FN tunnel current (between the source and the channel) flows. Therefore, electrons are injected into the floating gate and the memory cell Ce is programmed. Therefore, in this case, only programming is performed, and data “1” of the memory cell before writing is rewritten to data “0”.
[0144]
FIG. 15D shows an operation when data “1” is written to the memory cell Ce where data “1” is currently written. In this case, the first source voltage of the high voltage (6.0 V) corresponding to the data “1” to be written is supplied to the source of the memory cell Ce.
[0145]
In this state, first, a first control voltage of negative voltage (−9.3 V) is supplied to the control word line CWL. At this time, a voltage of approximately 11.3 V is applied between the source and the floating gate, and a small amount of FN tunnel current flows (actually hardly flows). Therefore, the charge amount of the floating gate is not substantially changed.
[0146]
Next, a second control voltage of a high voltage (+9.5 V) is supplied to the control word line CWL while the source voltage is maintained at 6.0 V. At this time, the potential difference between the source and the floating gate is about 5.6 V, and no FN tunnel current flows. Therefore, the memory cell Ce is not programmed, and the charge amount of the floating gate does not change. Therefore, in this case, data “1” of the memory cell before writing is held.
[0147]
Next, the operation of the flash memory 10 configured as described above will be described with reference to FIG.
FIG. 16 is an operation flowchart of the flash memory 10.
[0148]
First, the X decoder 12 selects the second area 11b which is a control information area (step 101). Specifically, the word line driver 39 constituting the driver unit 12b of the X decoder 12 activates the selected word line SWL0a or the selected word line SWL0b and the control word line CWL0.
[0149]
Next, the control information reading circuit 14 selects the bit line pair BL and reads the memory control information from the memory cell Ce connected to the bit line pair BL (step 102). Then, the control information reading circuit 14 latches the read memory control information and supplies the memory control information to the read amplifier 24 which is a control target circuit (step 103).
[0150]
Next, the flash memory 10 reads data (cell information) from the memory cell Ce in the first area 11a, which is a normal memory array, in response to a signal supplied from the outside (step 104), or data to the memory cell Ce. (Cell information) is written (step 105).
[0151]
The read reference current generator 36a of the sense amplifier 36 constituting the read amplifier 24 sets the read reference current Irefj to “first reference current Iref0 + second reference current Iref1” according to the selection signal TRIM-IREF corresponding to the memory control information. X constant j "is generated as a combined current. Then, by comparing the read reference current Irefj with the read current Iref flowing out from the node c, it is determined whether the data of the memory cell Ce to be read is “1” or “0”.
[0152]
Therefore, by rewriting the memory control information in the second area 11b, the current value of the read reference current Irefj is changed, that is, the operation of the flash memory 10 is changed in software.
[0153]
As described above, according to the present embodiment, the following effects can be obtained.
(1) The memory cell array 11 includes a first area 11a composed of memory cells to which an external address is assigned, and a second area 11b composed of memory cells to which no external address is assigned. Memory control information for setting the flash memory 10 is stored in the second area 11b. The memory cells in the first region 11a and the second region 11b are connected to a common bit line BL for both memory cells. Therefore, the second area 11b for storing the memory control information is provided adjacent to the first area 11a for storing the user data, and a circuit (write driver 15) for writing to the memory cell Ce in each of the areas 11a and 11b. ) Is shared. As a result, an increase in the circuit area of the flash memory 10 can be suppressed as compared with the case where the memory area for the user and the memory area (control information area) for storing the memory control information are formed apart from each other. .
[0154]
(2) The memory control information is stored in a non-volatile and electrically rewritable memory cell Ce. Therefore, even if the voltage setting including the read reference current Irefj changes due to the aging of the elements of the flash memory 10 and the like, the operation can be compensated by rewriting the memory control information.
[0155]
(Second embodiment)
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
For convenience of explanation, the same reference numerals are given to the same components as those in the first embodiment, and the drawings and explanation thereof are partially omitted.
[0156]
FIG. 17 is a partial block diagram showing a schematic configuration of the nonvolatile semiconductor memory device (flash memory) of the present embodiment.
The flash memory 70 includes a memory cell array 11. The memory cell array 11 includes a first area (user area) 11a and a second area (control information area) 11b provided adjacent to each other.
[0157]
In the memory cell array 11, a plurality of memory cells Ce are arranged in an array. In the first region 11a, a plurality of memory cells Ce are arranged in an array by a plurality of first word lines WLa and a plurality of bit lines BL. In the second region 11b, in the present embodiment, a plurality of memory cells Ce are arranged in a column by one second word line WLb and a plurality of bit lines BL.
[0158]
The first word line WLa and the second word line WLb are connected to the X decoder 12, and the bit line BL is connected to the Y pass gate 71 and the control information read circuit 14. The source lines SL0a to SL2b shown in FIG. 2 are connected to the write driver 15.
[0159]
The Y pass gate 71 outputs cell information read from the memory cells in the first region 11a to the read amplifier 72 during normal operation, and the read amplifier 72 outputs read data R-MDATA obtained by amplifying the data from the Y pass gate 71. To do.
[0160]
The Y pass gate 71 outputs the memory control information read from the memory cells in the second area 11b to the read amplifier 72 at the time of initialization, and the read amplifier 72 outputs the memory control information to the control information storage unit 73. . The memory control information from the read amplifier 72 is latched.
[0161]
The control information storage unit 73 supplies the latched memory control information to the read amplifier 24 that is a control target circuit, and the read amplifier 24 adjusts the circuit based on the memory control information (setting value). In the normal operation mode, the read amplifier 24 outputs read data R-MDATA obtained by amplifying data read from the first region 11a through the bit line BL and the Y pass gate 13 by the adjusted circuit.
[0162]
That is, in the flash memory 70 of this embodiment, the cell information of the first area 11a and the memory control information of the second area 11b are performed by the Y pass gate 13 and the read amplifier 24. Therefore, compared with the first embodiment, the circuit area of the flash memory 70 is reduced because the control information reading circuit 14 is not provided.
[0163]
FIG. 18 is an operation flowchart of the flash memory 70.
First, the X decoder 12 selects the second area 11b which is a control information area (step 201). Specifically, the word line driver 39 constituting the driver unit 12b of the X decoder 12 activates the selected word line SWL0a or the selected word line SWL0b and the control word line CWL0.
[0164]
Next, the Y pass gate 13 selects the bit of the control information (activates the bit line pair BL) (step 202), and the read amplifier 24 reads the memory control information from the memory cell Ce of the selected bit (step). 203). Then, the control information storage unit 73 latches the read memory control information for each bit and supplies the memory control information to the read amplifier 24 which is a control target circuit (step 204).
[0165]
Next, the flash memory 70 reads data (cell information) from the memory cell Ce in the first area 11a, which is a normal memory array, in response to a signal supplied from the outside (step 205), or data to the memory cell Ce. (Cell information) is written (step 206).
[0166]
As described above, according to the present embodiment, the following effects can be obtained.
(1) In the flash memory 70 of the present embodiment, the cell information of the first area 11a and the memory control information of the second area 11b are performed by the Y pass gate 13 and the read amplifier 24. Therefore, compared with the first embodiment, the circuit area of the flash memory 70 can be reduced because the control information reading circuit 14 is not provided.
[0167]
In addition, you may change the said embodiment into the following aspects.
In each of the above embodiments, at the time of writing, first, a negative first control voltage is applied to the control word line CWL, and then a high second control voltage is applied. May be. That is, after executing the program by applying the second high control voltage, the erase may be performed by applying the first negative control voltage.
[0168]
In each of the above embodiments, the memory cell Ce has a single-layer polysilicon structure. However, the memory cell may have a two-layer polysilicon structure (stacked type) that does not include a selected word line. Incidentally, in the stack type memory cell, only one word line (selected word line) connected to the control gate shares the control word line CWL and the selected word line SWL of this embodiment.
[0169]
In each of the above embodiments, the single-layer polysilicon memory cell Ce may be a two-element cell that does not include the select transistor 12.
In each of the above embodiments, all the memory cells Ce connected to the same control word line CWL are collectively written as a write target, but may be selectively written.
[0170]
The above embodiments are applied to a nonvolatile semiconductor memory device having a cell array provided with reference cells.
In each of the above embodiments, the memory control information may be read and the steps necessary for it (steps 101 and 102 in the first embodiment, steps 201 to 203 in the second embodiment) may be executed as appropriate. For example, when the memory control information is written in the second area 11b based on the test mode signal TS, the above steps are executed corresponding to the writing. The step is executed both at the initial setting and after the rewriting. In this way, the operation according to the changed memory control information can be performed without turning on the power of the flash memories 10 and 70 again.
[0171]
The various embodiments described above can be summarized as follows.
(Supplementary note 1) a first memory cell to which an external address is assigned;
A second memory cell to which an external address is not assigned,
The second memory cell is provided for memory control information;
The semiconductor memory device, wherein the first and second memory cells are connected to a common bit line for both memory cells.
(Supplementary note 2) a first memory cell to which an external address is assigned;
A second memory cell to which an external address is not assigned,
The first and second memory cells are nonvolatile and rewritable,
The second memory cell is provided for memory control information;
The semiconductor memory device, wherein the first and second memory cells are connected to a common bit line and source line for both memory cells.
(Supplementary Note 3) The first memory cells are arranged in an array by a plurality of the bit lines and a plurality of first word lines,
A decoder for activating one of the plurality of first word lines based on an address signal;
The semiconductor memory device according to appendix 1 or 2, wherein the second memory cell is connected to the decoder via a second word line.
(Additional remark 4) The said 1st memory cell and said 2nd memory cell are connected to a common source voltage supply circuit through a common source line with respect to both memory cells, The additional remark 1 thru | or 1 characterized by the above-mentioned. 4. The semiconductor memory device according to any one of 3.
(Supplementary Note 5) The semiconductor memory according to Supplementary Note 4, wherein the source voltage supply circuit includes a latch circuit that latches the write data in response to a decode signal generated based on a write address. apparatus.
(Supplementary Note 6) The source voltage supply circuit includes an output unit that receives a voltage-controlled signal in response to a write signal and supplies the voltage-controlled signal to a source line in response to write data. The semiconductor memory device according to appendix 4 or 5, wherein:
(Supplementary Note 7) A read circuit connected to the bit line and reading information of the first memory cell;
A read circuit connected to the bit line and for reading information of the second memory cell;
A semiconductor memory device according to any one of appendices 1 to 6, further comprising:
(Supplementary Note 8) The semiconductor memory device according to Supplementary Note 5, wherein a control information storage unit that holds the information is connected to the read circuit that reads the information of the second memory cell.
(Supplementary Note 9) The common bit line is connected to a read circuit that reads information of the first memory cell and the second memory cell,
7. The semiconductor memory device according to any one of appendices 1 to 6, wherein a control information storage unit that holds information read from the second memory cell is connected to the read circuit.
(Supplementary Note 10) The first memory cell and the second memory cell are connected to a first source line and to a first selected word line, respectively, and a second source A second memory cell connected to the line and connected to the second selected word line,
The first memory cell and the second memory cell are respectively connected to a first bit line and a second bit line independent from each other;
10. The semiconductor memory device according to appendix 7 or 9, wherein the first bit line and the second bit line are connected to the read circuit.
(Supplementary note 11) The semiconductor memory device according to supplementary note 10, wherein the first memory cell and the second memory cell write data having opposite polarities in a test mode.
(Supplementary Note 12) The memory cell is a single-layer polysilicon structure cell,
12. The semiconductor memory according to any one of appendices 1 to 11, comprising a capacitor to which a word line is connected, a memory transistor to which a source line is connected, and a select transistor to which a selected word line is connected. apparatus.
(Supplementary Note 13) The memory cell shares a bit line connected to each other select transistor between two memory cells adjacent in the word line direction, and one of the two memory cells has one memory cell. 13. The semiconductor memory device according to appendix 12, wherein a first selected word line is connected and a second selected word line is connected to the other memory cell.
(Supplementary Note 14) A bit line common to both memory cells by a first memory cell assigned an external address and a second memory cell provided for memory control information and not assigned an external address A method of controlling a semiconductor memory device connected to
Accessing the second memory cell by a row decoder;
Accessing the first memory cell by the row decoder;
A method for controlling a semiconductor memory device, comprising:
(Supplementary Note 15) First and second rewritable and non-volatile memory cells are provided, the second memory cell is provided for memory control information, and an external address is assigned to the first memory cell. The second memory cell is not assigned an external address, and is a method for controlling a semiconductor memory device connected to a common bit line and source line for both memory cells,
Accessing the second memory cell by a row decoder;
Accessing the first memory cell by the row decoder;
A method for controlling a semiconductor memory device, comprising:
(Supplementary note 16) The method of controlling a semiconductor memory device according to supplementary note 14 or 15, wherein the step of accessing the second memory cell is executed prior to the step of accessing the first memory cell.
(Supplementary Note 17) The step of reading information of the second memory cell is executed by a read circuit different from the read circuit that executes the step of reading information of the first memory cell. 16. The method for controlling a semiconductor memory device according to claim 16.
(Supplementary note 18) Of the supplementary notes 14 to 16, the step of reading the information of the second memory cell is executed by a read circuit that executes the step of reading the information of the first memory cell. Any one of the control methods of the semiconductor memory device.
(Supplementary note 19) The method of controlling a semiconductor memory device according to supplementary note 17 or 18, further comprising the step of holding the information read by the readout circuit in a control information storage unit.
(Supplementary note 20) Supplementary note 14, wherein data is written into the first memory cell and the second memory cell from a common source voltage supply circuit through the common source line. 20. A method for controlling a semiconductor memory device according to any one of items 1 to 19.
(Supplementary note 21) The method of controlling a semiconductor memory device according to supplementary note 20, wherein the source voltage supply circuit holds the data to be written.
(Supplementary Note 22) The source voltage supply circuit includes:
Inputting a voltage controlled signal in response to the write signal;
Supplying a voltage-controlled signal to a source line in response to write data;
The method of controlling a semiconductor memory device according to appendix 20 or 21, wherein:
(Supplementary Note 23) Information on the first memory cell and the second memory cell is read out to a read circuit through the common bit line, and the information is held in a control information storage unit. 23. A method of controlling a semiconductor memory device according to any one of appendices 14 to 22, which is characterized by the following.
(Supplementary Note 24) The first memory cell and the second memory cell are each connected to a first source line and to a first selected word line;
A second memory cell connected to the second source line and connected to the second selected word line;
The read circuit is connected to a first bit line to which the first memory cell is connected and to a second bit line to which the second memory cell is connected and independent of the first bit line, 24. The method of controlling a semiconductor memory device according to any one of appendices 14 to 23, wherein the data of the second bit line is differentially amplified and read.
(Supplementary note 25) The method of controlling a semiconductor memory device according to supplementary note 24, wherein the first memory cell and the second memory cell write data having opposite polarities in a test mode.
(Supplementary note 26) The method of controlling a semiconductor memory device according to any one of supplementary notes 14 to 25, wherein the step of reading the second memory cell is performed by a test signal.
(Supplementary Note 27) The memory cell is a single-layer polysilicon structure cell and includes a capacitor to which a word line is connected, a memory transistor to which a source line is connected, and a select transistor to which a selected word line is connected. And
27. The method of controlling a semiconductor memory device according to any one of appendices 14 to 26, wherein erasing and programming of the plurality of memory cells are performed using a tunnel current.
[0172]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, it is possible to provide a semiconductor memory device and a control method thereof in which an increase in circuit area is suppressed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a nonvolatile memory.
FIG. 2 is a block diagram showing a detailed configuration of a nonvolatile memory.
FIG. 3 is a circuit diagram showing a memory cell array.
FIGS. 4A to 4C are configuration explanatory diagrams of nonvolatile memory cells. FIGS.
FIG. 5 is a principle explanatory diagram showing a memory cell writing method;
FIG. 6 is a circuit diagram of a memory cell.
FIG. 7 is a circuit diagram showing a source voltage supply circuit.
FIG. 8 is a circuit diagram showing a control information reading circuit.
FIG. 9 is an operation waveform diagram of the control information reading circuit.
FIG. 10 is a circuit diagram showing a sense amplifier.
FIG. 11 is a circuit diagram showing a word line applied voltage selection circuit.
FIG. 12 is an operation waveform diagram of the word line applied voltage selection circuit.
FIG. 13 is a circuit diagram showing a word line driver.
FIG. 14 is an operation waveform diagram of the word line driver.
FIGS. 15A to 15D are waveform diagrams showing a write operation.
FIG. 16 is an operation flowchart of the first embodiment.
FIG. 17 is a schematic configuration diagram of a nonvolatile memory according to a second embodiment.
FIG. 18 is an operation flowchart of the second embodiment.
[Explanation of symbols]
BL, BL0, BL1 bit lines
SL source line
WLa 1st word line
WLb Second word line
Ce memory cell
32, 33 Source voltage supply circuit

Claims (14)

外部番地が割り当てられた第1のメモリセルと、
外部番地が割り当てられていない第2のメモリセルとを備え、
前記第2のメモリセルは、前記第1のメモリセルへの読出し動作を制御するメモリ制御情報のために設けられ、
前記第1及び第2のメモリセルは、両メモリセルに対して共通なビット線に接続され、
前記ビット線に接続され、前記第1のメモリセルの情報を読み出す第1読出し回路と、
前記ビット線に接続され、前記第2のメモリセルの情報を読み出す第2読出し回路と、
前記第2読出し回路の出力信号は、前記第1読出し回路に接続されることを特徴とする半導体記憶装置。
A first memory cell assigned an external address;
A second memory cell to which an external address is not assigned,
The second memory cell is provided for memory control information for controlling a read operation to the first memory cell ,
The first and second memory cells are connected to a bit line common to both memory cells;
A first read circuit connected to the bit line and reading information of the first memory cell;
A second read circuit connected to the bit line and reading information of the second memory cell;
An output signal of the second read circuit is connected to the first read circuit.
外部番地が割り当てられた第1のメモリセルと、
外部番地が割り当てられていない第2のメモリセルとを備え、
前記第1及び第2のメモリセルは不揮発性を有し書き換え可能であり、
前記第2のメモリセルは、前記第1のメモリセルへの読出し動作を制御するメモリ制御情報のために設けられ、
前記第1及び第2のメモリセルは、両メモリセルに対して共通なビット線及びソース線に接続され、
前記ビット線に接続され、前記第1のメモリセルの情報を読み出す第1読出し回路と、
前記ビット線に接続され、前記第2のメモリセルの情報を読み出す第2読出し回路と、
前記第2読出し回路の出力信号は、前記第1読出し回路に接続されることを特徴とする半導体記憶装置。
A first memory cell assigned an external address;
A second memory cell to which an external address is not assigned,
The first and second memory cells are nonvolatile and rewritable,
The second memory cell is provided for memory control information for controlling a read operation to the first memory cell ,
The first and second memory cells are connected to a common bit line and source line for both memory cells,
A first read circuit connected to the bit line and reading information of the first memory cell;
A second read circuit connected to the bit line and reading information of the second memory cell;
An output signal of the second read circuit is connected to the first read circuit.
前記第1のメモリセルは複数の前記ビット線と複数の第1ワード線とによりアレイ状に配置され、
アドレス信号に基づいて前記複数の第1ワード線のうちの1つを活性化するデコーダを備え、
前記第2のメモリセルは第2ワード線を介して前記デコーダに接続されることを特徴とする請求項1又は2記載の半導体記憶装置。
The first memory cells are arranged in an array by a plurality of bit lines and a plurality of first word lines,
A decoder for activating one of the plurality of first word lines based on an address signal;
3. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein the second memory cell is connected to the decoder through a second word line.
前記第1のメモリセルと前記第2のメモリセルは、両メモリセルに対して共通なソース線を介して共通なソース電圧供給回路に接続されることを特徴とする請求項1乃至3のうちの何れか一記載の半導体記憶装置。  4. The first memory cell and the second memory cell are connected to a common source voltage supply circuit via a common source line for both memory cells. A semiconductor memory device according to any one of the above. 前記第1読出し回路は、
読出し基準電流生成部と、
前記読出し基準電流生成部の出力である読出し基準電流線と前記ビット線とが入力される差電流増幅回路とを備え、
前記第2読出し回路の出力信号は、前記読出し基準電流生成部に入力され、前記メモリ制御情報に従って前記読出し基準電流値を変更すること
を特徴とする請求項1乃至4のうちの何れか一記載の半導体記憶装置。
The first readout circuit includes:
A read reference current generator; and
A differential current amplifier circuit to which a read reference current line that is an output of the read reference current generation unit and the bit line are input;
5. The output signal of the second read circuit is input to the read reference current generation unit, and the read reference current value is changed according to the memory control information. 6. Semiconductor memory device.
前記読出し基準電流生成部は、
前記メモリセルデータの第1極性情報(0または1)の第1基準電流である第1基準信号が入力され、第1基準電流を発生させる第1定電流部と、
前記メモリセルデータの前記第1極性情報とは逆の第2極性情報(1または0)の第2基準電流である第2基準信号が入力され第2基準電流を発生させる第2定電流部とを備え、
前記第2読出し回路の出力信号は、前記第2定電流部に接続され、前記メモリ制御情報に従って読出し基準電流値を変更すること
を特徴とする請求項5に記載の半導体記憶装置。
The read reference current generator is
A first constant current unit that receives a first reference signal, which is a first reference current of first polarity information (0 or 1) of the memory cell data, and generates a first reference current;
A second constant current unit that receives a second reference signal that is a second reference current of second polarity information (1 or 0) opposite to the first polarity information of the memory cell data and generates a second reference current; With
6. The semiconductor memory device according to claim 5, wherein an output signal of the second read circuit is connected to the second constant current unit and changes a read reference current value according to the memory control information.
前記第2定電流部は、
前記メモリ制御情報に従って前記第1定電流部の駆動能力に対して、第2基準電流を定数j(0<j<1)倍した電流を発生させること
を特徴とする請求項6に記載の半導体記憶装置。
The second constant current portion is
The semiconductor according to claim 6, wherein a current obtained by multiplying the second reference current by a constant j (0 <j <1) is generated with respect to the driving capability of the first constant current unit in accordance with the memory control information. Storage device.
前記半導体記憶装置は、前記ビット線に接続されるライトアンプと、
前記メモリセルの経時変化に応じて前記第2のメモリセルに記憶されている前記メモリ制御情報が前記ライトアンプによって書き換えられ、前記書き換えられた第2のメモリセルの情報を読み出す第2読出し回路と、
書き換えられた前記メモリ制御情報である前記第2読出し回路の出力信号が前記第1読出し回路に接続されること
を特徴とする請求項1乃至7のうちの何れか一記載の半導体記憶装置。
The semiconductor memory device includes a write amplifier connected to the bit line,
A second read circuit for reading out the information of the rewritten second memory cell by rewriting the memory control information stored in the second memory cell by the write amplifier in accordance with a change with time of the memory cell. When,
The semiconductor memory apparatus as claimed in one of claims 1 to 7 output signal of the second read circuit is the memory control information is rewritten, characterized in that it is connected to the first readout circuit.
外部番地が割り当てられた第1のメモリセルと、前記第1のメモリセルへの読出し動作を制御するメモリ制御情報のために設けられ外部番地が割り当てられていない第2のメモリセルとが、両メモリセルに対して共通なビット線に接続された半導体記憶装置の制御方法であって、
行デコーダにより前記第2のメモリセルを第2読出し回路を通じてアクセスするステップ1と、
前記第2読出し回路の出力情報に応じて決定される動作条件に従い、前記行デコーダにより前記第1のメモリセルを第1読出し回路を通じてアクセスするステップ2と
を含むことを特徴とする半導体記憶装置の制御方法。
Both a first memory cell to which an external address is assigned and a second memory cell that is provided for memory control information that controls a read operation to the first memory cell and to which no external address is assigned are provided. A method for controlling a semiconductor memory device connected to a bit line common to memory cells,
Accessing the second memory cell through a second read circuit by a row decoder;
A step of accessing the first memory cell through the first read circuit by the row decoder in accordance with an operating condition determined according to output information of the second read circuit. Control method.
不揮発性を有し書き換え可能な第1及び第2のメモリセルを備え、第2のメモリセルは、前記第1のメモリセルへの読出し動作を制御するメモリ制御情報のために設けられ、第1のメモリセルには外部番地が割り当てられ、第2のメモリセルには外部番地が割り当てられておらず、両メモリセルに対して共通なビット線及びソース線に接続された半導体記憶装置の制御方法であって、
行デコーダにより前記第2のメモリセルを第2読出し回路を通じてアクセスするステップ1と、
前記第2読出し回路の出力情報に応じて決定される動作条件に従い、前記行デコーダにより前記第1のメモリセルを第1読出し回路を通じてアクセスするステップ2と
を含むことを特徴とする半導体記憶装置の制御方法。
First and second rewritable and non-volatile memory cells are provided, and the second memory cell is provided for memory control information for controlling a read operation to the first memory cell. External address is assigned to each memory cell, and no external address is assigned to the second memory cell, and a method for controlling a semiconductor memory device connected to a common bit line and source line for both memory cells Because
Accessing the second memory cell through a second read circuit by a row decoder;
A step of accessing the first memory cell through the first read circuit by the row decoder in accordance with an operating condition determined according to output information of the second read circuit. Control method.
メモリセルの経時変化に応じて前記第2のメモリセルに記憶されている前記メモリ制御情報をライトアンプによって書き換えアクセスするステップ3を有し、
前記ステップ3は、前記第2のメモリセルをアクセスするステップ1に先立って実行され、前記第2のメモリセルをアクセスする前記ステップ1は、前記第1のメモリセルをアクセスする前記ステップ2に先立って実行されることを特徴とする請求項9又は10記載の半導体記憶装置の制御方法。
A step 3 of rewriting and accessing the memory control information stored in the second memory cell by a write amplifier in accordance with a change with time of the memory cell;
The step 3 is executed prior to the step 1 for accessing the second memory cell, and the step 1 for accessing the second memory cell is preceded by the step 2 for accessing the first memory cell. 11. The method of controlling a semiconductor memory device according to claim 9, wherein the method is executed.
前記ステップ1〜3は、前記半導体記憶装置の電源を投入維持した状態で実施されることを特徴とする請求項9又は10記載の半導体記憶装置の制御方法。  11. The method of controlling a semiconductor memory device according to claim 9, wherein the steps 1 to 3 are performed in a state where the power of the semiconductor memory device is turned on and maintained. 前記第1のメモリセルの情報を読み出す前記ステップ2は、
読出し基準電流値と、前記第1のメモリセルの電流値を比較するステップであり、
前記第2読出し回路の出力情報に従って、前記読出し基準電流値を変更する
ことを特徴とする請求項9乃至12のうちの何れか一記載の半導体記憶装置の制御方法。
The step 2 of reading the information of the first memory cell includes:
Comparing a read reference current value with a current value of the first memory cell;
13. The method of controlling a semiconductor memory device according to claim 9, wherein the read reference current value is changed in accordance with output information from the second read circuit.
前記第1のメモリセルの情報を読み出す前記ステップ2は、
前記メモリセルデータの第1極性情報(0または1)である第1基準電流と前記メモリセルデータの前記第1極性情報とは逆の第2極性情報(1または0)である第2基準電流とが合成された読出し基準電流値と、前記第1のメモリセルの電流値を比較するステップであり、
前記第2読出し回路の出力情報に従って、前記読出し基準電流値を変更する
ことを特徴とする請求項9乃至12のうちの何れか一記載の半導体記憶装置の制御方法。
The step 2 of reading the information of the first memory cell includes:
A first reference current that is first polarity information (0 or 1) of the memory cell data and a second reference current that is second polarity information (1 or 0) opposite to the first polarity information of the memory cell data Comparing the read reference current value synthesized with and the current value of the first memory cell,
The method of controlling a semiconductor memory device according to claim 9, wherein the read reference current value is changed according to output information of the second read circuit.
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