(57)【要約】【課題】ワード線電圧の立上げ時間を速くして読出し動作の高速化を図ることができ、しかも十分なマージンを持って読出し動作が可能となり、レイアウト面積の増大を招くこともない不揮発性半導体記憶装置の読出し方法を提供すること。【解決手段】ワード線に所定レベルの電圧を供給して読出しを行う不揮発性半導体記憶装置の読出し方法において、前記所定レベルより高い電圧をワード線に供給してワード線電圧を立上げた後、前記所定レベルの電圧をワード線に供給して、該レベルにワード線電圧を設定し、読出しを行う。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワード線に所定レベルの電圧を供給して読出しを行う不揮発性半導体記憶装置の読出し方法において、前記所定レベルより高い電圧をワード線に供給してワード線電圧を立上げた後、前記所定レベルの電圧をワード線に供給して、該レベルにワード線電圧を設定し、読出しを行うことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の読出し方法。
【請求項２】
前記不揮発性半導体記憶装置は低レベル、中レベル、高レベルの電圧をワード線に供給して読出しを行うマルチレベルセルであり、低レベルの電圧をワード線に供給するときは、中レベルの電圧をワード線に供給してワード線電圧を立上げた後、低レベルの電圧をワード線に供給し、中レベルの電圧をワード線に供給するときは、高レベルの電圧をワード線に供給してワード線電圧を立上げた後、中レベルの電圧をワード線に供給し、高レベルの電圧をワード線に供給するときは、該高レベルより高い電圧をワード線に供給してワード線電圧を立上げた後、高レベルの電圧をワード線に供給することを特徴とする請求項１に記載の不揮発性半導体記憶装置の読出し方法。
【請求項３】
複数のレベルの電圧をワード線に順次供給して読出しを行う不揮発性半導体記憶装置の読出し方法において、最初に、最も高いレベルの電圧をワード線に供給して読出し動作を行い、その後、ワード線電圧を放電させて１段低いレベルの電圧より下がったタイミングでその１段低いレベルの電圧をワード線に供給し、読出し動作を行うことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の読出し方法。
【請求項４】
前記不揮発性半導体記憶装置は低レベル、中レベル、高レベルの電圧をワード線に供給して読出しを行うマルチレベルセルであり、最初に、高レベルの電圧をワード線に供給して読出し動作を行い、次に、ワード線電圧を放電させてワード線電圧が中レベルの電圧より下がったタイミングで中レベルの電圧をワード線に供給し、読出し動作を行い、その後、ワード線電圧を放電させてワード線電圧が低レベルの電圧より下がったタイミングで低レベルの電圧をワード線に供給し、読出し動作を行うことを特徴とする請求項３に記載の不揮発性半導体記憶装置の読出し方法。
【請求項５】
ワード線電圧の放電は、ワード線に接続されたＮＭＯＳトランジスタにより行われることを特徴とする請求項３または４に記載の不揮発性半導体記憶装置の読出し方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特にマルチレベルセルに適用して有効な不揮発性半導体記憶装置の読出し方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
不揮発性半導体記憶装置の１つとして、多値情報を記憶できるマルチレベルセル（Ｍｕｌｔｉ−Ｌｅｖｅｌ  Ｃｅｌｌ。以下、ＭＬＣと記す）がある。このＭＬＣを利用した場合、１回の読出し動作で、Ｎ−１回（ＮはＭＬＣにおけるしきい値の数で、Ｎ−１は通常３回）のワード線電圧のステップが必要となる。図５に従来のＭＬＣを利用した場合の読出し動作におけるワード線電圧のステップ状態を示す。ワード線電圧は、低レベルＬ、中レベルＭ、高レベルＨに３段階に制御されており、どの段階でＭＬＣに電流が流れるかにより２ビットデータの１つを取出すことができる。
【特許文献１】特開平７−９８９８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、通常のメモリの場合、読出し時間は仕様で決まっているため、この時間内にワード線電圧のステップを行い、データを出力しなければならない場合、ワード線電圧の立上り時間が遅い場合には所望のワード線電圧レベルに至らないまま読出し動作を行うため、誤読出し、マージン確保が困難という問題点が発生する。また、容量増大に伴いワード線への負荷も大きくなるため、負荷による遅延のためセルアレイの近端と遠端でワード線電圧が異なり、充分なマージンがとれない問題点がある。
【０００４】
これらの問題点を上述の図５を参照して説明すると、図中の実線はセルアレイの端（負荷：軽）、すなわちワード線ドライバから最も近いセルのゲートに印加されるワード線電圧、点線はセルアレイの中央部（負荷：重）、すなわちワード線ドライバから最も遠いセルのゲートに印加されるワード線電圧である（ただし、中央が最も負荷が重いかどうかは両側ドライブ・片側ドライブで異なる）。ワード線電圧の立上りが遅い場合、センスアンプでのセル電流検知時に、セルアレイ中央ではワード線電圧が所望のレベルまで到達しておらず、誤読出し、マージン確保が困難となる。
【０００５】
このとき、センス時間を遅らせ、所望のワード線電圧になるまで待ってからセンスすることで誤読出し、マージン不足を回避することが可能であるが、読出し動作自体の時間が遅くなる結果を招く。
【０００６】
また、特許文献１では、メインデコーダにて選択されるメインワード線に対し、サブデコーダを具備することでさらに分割し、メインワード線の負荷を軽減することでワード線電圧の立上りを早くすることで高速化を図っている。しかし、この方法では、サブデコーダを具備することでレイアウト面積の増大につながる。昨今の不揮発性メモリでは容量も大きくなっており、ワード線の増大に伴い同数のサブデコーダが必要になる。
【０００７】
本発明は上記の点に鑑みなされたもので、その目的は、ワード線電圧の立上げ時間を速くして読出し動作の高速化を図ることができ、しかも充分なマージンを持って読出し動作が可能となり、レイアウト面積の増大を招くこともない不揮発性半導体記憶装置の読出し方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の不揮発性半導体記憶装置の読出し方法は、ワード線に所定レベルの電圧を供給して読出しを行う不揮発性半導体記憶装置の読出し方法において、前記所定レベルより高い電圧をワード線に供給してワード線電圧を立上げた後、前記所定レベルの電圧をワード線に供給して、該レベルにワード線電圧を設定し、読出しを行うことを特徴とする。
【０００９】
より具体的には、前記不揮発性半導体記憶装置は低レベル、中レベル、高レベルの電圧をワード線に供給して読出しを行うマルチレベルセルであり、低レベルの電圧をワード線に供給するときは、中レベルの電圧をワード線に供給してワード線電圧を立上げた後、低レベルの電圧をワード線に供給し、中レベルの電圧をワード線に供給するときは、高レベルの電圧をワード線に供給してワード線電圧を立上げた後、中レベルの電圧をワード線に供給し、高レベルの電圧をワード線に供給するときは、該高レベルより高い電圧をワード線に供給してワード線電圧を立上げた後、高レベルの電圧をワード線に供給する。
【００１０】
本発明の第２の不揮発性半導体記憶装置の読出し方法は、複数のレベルの電圧をワード線に順次供給して読出しを行う不揮発性半導体記憶装置の読出し方法において、最初に、最も高いレベルの電圧をワード線に供給して読出し動作を行い、その後、ワード線電圧を放電させて１段低いレベルの電圧より下がったタイミングでその１段低いレベルの電圧をワード線に供給し、読出し動作を行うことを特徴とする。
【００１１】
より具体的には、前記不揮発性半導体記憶装置は低レベル、中レベル、高レベルの電圧をワード線に供給して読出しを行うマルチレベルセルであり、最初に、高レベルの電圧をワード線に供給して読出し動作を行い、次に、ワード線電圧を放電させてワード線電圧が中レベルの電圧より下がったタイミングで中レベルの電圧をワード線に供給し、読出し動作を行い、その後、ワード線電圧を放電させてワード線電圧が低レベルの電圧より下がったタイミングで低レベルの電圧をワード線に供給し、読出し動作を行う。また、ワード線電圧の放電は、ワード線に接続されたＮＭＯＳトランジスタにより行われる。
【発明の効果】
【００１２】
上記のような本発明によれば、所定レベルより高い電圧をワード線に供給してワード線電圧を立上げた後、所定レベルの電圧をワード線に供給して読出しを行うことにより、あるいは最初に最も高いレベルの電圧をワード線に供給して読出し動作を行い、その後その電圧から放電により電圧を下げて次のレベルでの読出し動作を行うことにより、ワード線電圧の立上げ時間を速くすることができ、読出し動作の高速化およびマージンの確保が可能となる。また、この方法は、電圧の切替え、放電手段だけを設ければよいので、サブデコーダを設ける場合のようにレイアウト面積の増大を招くことがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明による不揮発性半導体記憶装置の読出し方法の実施の形態を詳細に説明する。まず、第１実施形態について説明する。
【００１４】
本発明の第１実施形態は、低レベルＬ、中レベルＭ、高レベルＨの電圧をワード線に供給して読出しを行うマルチレベルセル（以下、ＭＬＣと記す）に適用した場合である。図１は、本発明の第１実施形態を説明するための波形図で、(ａ)はワード線電圧、(ｂ)はイコライズ、(ｃ)は出力データ、(ｄ)はワード線供給電圧を示す。(ａ)のワード線電圧波形において、実線はワード線ドライバから最も近いセルのゲートに印加されるワード線電圧、点線はワード線ドライバから最も遠いセルのゲートに印加されるワード線電圧である。
【００１５】
ＭＬＣにおいては、低レベルＬ、中レベルＭ、高レベルＨの電圧をワード線に順次供給して読出しを行うが、図１に示すように、本発明の第1実施形態では、低レベルＬの電圧をワード線に供給して読出しを行うとき、中レベルＭの電圧を一旦ワード線に供給してワード線電圧を立上げた後、低レベルＬの電圧をワード線に供給して本来の電圧に戻し、読出しを行う。また、中レベルＭの電圧をワード線に供給して読出しを行うときは、高レベルＨの電圧を一旦ワード線に供給してワード線電圧を立上げた後、中レベルＭの電圧をワード線に供給して本来の電圧に戻し、読出しを行う。さらに、高レベルＨの電圧をワード線に供給して読出しを行うときは、該高レベルＨより高い第４レベルＺの電圧をワード線に供給してワード線電圧を一旦立上げた後、高レベルＨの電圧をワード線に供給して本来の電圧に戻し、読出しを行う。
【００１６】
このように、本発明の第１実施形態では、所定レベルの電圧をワード線に供給して読出しを行うとき、一段高い電圧を一旦ワード線に供給してワード線電圧を立上げた後、前記所定レベルの電圧をワード線に供給して本来の電圧に戻し、読出しを行う。ここで、ワード線に関しては、立上げレベルが高い程、任意の時間における到達電圧が高い、あるいは任意の電圧における到達時間が速い。したがって、各レベルの読出し電圧より高い電圧でワード線電圧を一旦立上げれば、ワード線電圧の立上げ時間が速いことが以下の数１から分る。
【００１７】
【数１】
2010140554.tif 000003
ここで、Ｖｏｕｔはワード線電圧、Ｅは一旦立上げるレベルの電圧、ＲＣはドライバとワード線に含まれる負荷である。
【００１８】
そして、このようにして本発明の第１実施形態ではワード線電圧の立上げが速くなり、読出し電圧の確定が速くなり、セルアレイの近端と遠端における読出し電圧確定が速くなることでマージン確保が改善され、結果的に読出し動作の高速化が可能となる。また、この方法は、電圧の切替え手段だけを設ければよいので、サブデコーダを設ける場合のようにレイアウト面積の増大を招くことがない。
【００１９】
図２に、上記のような本発明の第１実施形態を実現するための回路構成図を示す。この図において、ＷＬはワード線で、複数のＭＬＣ１１のゲートに接続される。各ＭＬＣ１１のドレインは対応するそれぞれのビット線ＢＬに接続される。ワード線ＷＬは、デコード信号を入力とするワード線ドライバ１２により駆動される。ワード線ドライバ１２には、ワード線電圧切替え回路１３が接続される。
【００２０】
ワード線電圧切替え回路１３は、低レベルＬ、中レベルＭ、高レベルＨ、第４レベルＺの電圧源ＶＰＸと、この電圧源ＶＰＸの各レベルの電圧をワード線ドライバ１２に供給する第１ないし第４スイッチトランジスタ１４Ｌ，１４Ｍ，１４Ｈ，１４Ｚとを有する。第１スイッチトランジスタ１４Ｌは、第１スイッチ制御信号ＲＤＨＢＬにより制御されて低レベルＬの電圧をワード線ドライバ１２に供給する。第２スイッチトランジスタ１４Ｍは、第２スイッチ制御信号ＲＤＨＢＭにより制御されて中レベルＭの電圧をワード線ドライバ１２に供給する。第３スイッチトランジスタ１４Ｈは、第３スイッチ制御信号ＲＤＨＢＨにより制御されて高レベルＨの電圧をワード線ドライバ１２に供給する。第４スイッチトランジスタ１４Ｚは、第４スイッチ制御信号ＲＤＨＢＺにより制御されて第４レベルＺの電圧をワード線ドライバ１２に供給する。
【００２１】
したがって、低レベルＬの電圧をワード線ＷＬに供給して読出しを行うときは、第２スイッチ制御信号ＲＤＨＢＭにより第２スイッチトランジスタ１４Ｍを一旦オンして中レベルＭの電圧をワード線ドライバ１２さらにはワード線ＷＬに供給した後、第１スイッチ制御信号ＲＤＨＢＬにより第１スイッチトランジスタ１４Ｌをオンして低レベルＬの電圧をワード線ドライバ１２さらにはワード線ＷＬに供給することにより、第１実施形態の動作を実現できる。また、中レベルＭの電圧をワード線ＷＬに供給して読出しを行うときは、第３スイッチ制御信号ＲＤＨＢＨにより第３スイッチトランジスタ１４Ｈを一旦オンして高レベルＨの電圧をワード線ＷＬに供給した後、第２スイッチ制御信号ＲＤＨＢＭにより第２スイッチトランジスタ１４Ｍをオンして中レベルＭの電圧をワード線ＷＬに供給することにより、第１実施形態の動作を実現できる。さらに、高レベルＨの電圧をワード線ＷＬに供給して読出しを行うときは、第４スイッチ制御信号ＲＤＨＢＺにより第４スイッチトランジスタ１４Ｚを一旦オンして第４レベルＺの電圧をワード線ＷＬに供給した後、第３スイッチ制御信号ＲＤＨＢＨにより第３スイッチトランジスタ１４Ｈをオンして高レベルＨの電圧をワード線ＷＬに供給することにより、第１実施形態の動作を実現できる。
【００２２】
なお、低レベルＬ、中レベルＭ、高レベルＨの各電圧は既存の回路に存在しているので、これを使用するが、第４レベルＺの電圧は既存の回路に存在していないので、別途別電源を用意して発生させる。しかし、低レベルＬ、中レベルＭ、高レベルＨの電圧に関しても、別電源で発生させてもよい。
【００２３】
また、上記第１実施形態のようなワード線電圧の制御方法は、シングルレベルセル（ＳＬＣ）にも適用できる。
【００２４】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。本発明の第２実施形態は、低レベルＬ、中レベルＭ、高レベルＨの電圧をワード線に供給して読出しを行うＭＬＣに適用される。図３は、本発明の第２実施形態を説明するための波形図で、(ａ)はワード線電圧、(ｂ)はイコライズ、(ｃ)は出力データ、(ｄ)はワード線供給電圧、(ｅ)は放電タイミングを示す。(ａ)のワード線電圧波形において、実線はワード線ドライバから最も近いセルのゲートに印加されるワード線電圧、点線はワード線ドライバから最も遠いセルのゲートに印加されるワード線電圧である。
【００２５】
ＭＬＣにおいては、低レベルＬ、中レベルＭ、高レベルＨの電圧をワード線に順次供給して読出しを行うが、図３に示すように、本発明の第２実施形態では、最初に、高レベルＨの電圧をワード線に供給して高レベルＨまでワード線の電圧を立上げ、高レベルＨの電圧がワード線に供給された状態で、高レベルＨでの読出し動作を最初に行う。次に、ワード線に接続されたワード線電圧放電用ＮＭＯＳトランジスタをオンさせてワード線電圧を放電させる。そして、ワード線電圧が中レベルＭの電圧より下がったタイミングでワード線電圧放電用ＮＭＯＳトランジスタをオフさせ、同時に中レベルＭの電圧をワード線に供給して中レベルＭの電圧がワード線に供給された状態で、中レベルＭでの読出し動作を行う。その後、ワード線に接続されたワード線電圧放電用ＮＭＯＳトランジスタを再度オンさせてワード線電圧を再度放電させる。そして、ワード線電圧が低レベルＬの電圧より下がったタイミングでワード線電圧放電用ＮＭＯＳトランジスタをオフさせ、同時に低レベルＬの電圧をワード線に供給して低レベルＬの電圧がワード線に供給された状態で、低レベルＬでの読出し動作を行う。
【００２６】
ここで、ワード線に関しては、立上げレベルが高い程、任意の時間における到達電圧が高い、あるいは任意の電圧における到達時間が速い。したがって、低いレベルから順次ワード線電圧を増大させるよりは、最初に最も高い電圧をワード線に供給した方がワード線の立上げ時間が速いことが以下の数２から分る。
【００２７】
【数２】
2010140554.tif 000004
ここで、Ｖｏｕｔはワード線電圧、Ｅは一旦立上げるレベルの電圧、ＲＣはドライバとワード線に含まれる負荷である。また、放電用のＮＭＯＳトランジスタは、ドライバに含まれるＰＭＯＳトランジスタよりオン抵抗が低いため、数２におけるＲＣ分が小さくなる。すなわち、負荷が軽くなり、立上りよりさらに速い時間で放電を行える。
【００２８】
したがって、最初に最も高いレベルの電圧をワード線に供給し、その後その電圧から放電により電圧を下げていく本発明の第２実施形態によれば、第１実施形態と同様に、読出し電圧の確定が速くなり、セルアレイの近端と遠端における読出し電圧確定が速くなることでマージン確保が改善され、結果的に読出し動作の高速化が可能となる。また、この方法も、電圧の切替え、放電手段だけを設ければよいので、サブデコーダを設ける場合のようにレイアウト面積の増大を招くことがない。
【００２９】
図４に、本発明の第２実施形態を実現するための回路構成図を示す。この回路は、図２の回路と同様であるが、ワード線電圧切替え回路１３において、第４レベルＺの電圧源と、第４スイッチトランジスタ１４Ｚが省略されている。その一方で、ワード線ＷＬにはワード線電圧放電用ＮＭＯＳトランジスタ１５が接続されており、このＮＭＯＳトランジスタ１５はワード線放電制御信号ＤＣＧにより制御される。
【００３０】
この回路においては、最初に、第３スイッチ制御信号ＲＤＨＢＨにより第３スイッチトランジスタ１４Ｈをオンさせて高レベルＨの電圧をワード線ドライバ１２さらにはワード線ＷＬに供給することにより、高レベルＨの電圧で読出し動作を行う。次に、ワード線放電制御信号ＤＣＧによりワード線電圧放電用ＮＭＯＳトランジスタ１５をオンさせてワード線電圧を放電させ、ワード線電圧が中レベルＭの電圧より下がったタイミングでワード線電圧放電用ＮＭＯＳトランジスタ１５をオフさせ、同時に第２スイッチ制御信号ＲＤＨＢＭにより第２スイッチトランジスタ１４Ｍをオンさせて中レベルＭの電圧をワード線ドライバ１２さらにはワード線ＷＬに供給することにより、中レベルＭの電圧で読出し動作を行う。その後、ワード線放電制御信号ＤＣＧによりワード線電圧放電用ＮＭＯＳトランジスタ１５を再度オンさせてワード線電圧を再度放電させ、ワード線電圧が低レベルＬの電圧より下がったタイミングでワード線電圧放電用ＮＭＯＳトランジスタ１５をオフさせ、同時に第１スイッチ制御信号ＲＤＨＢＬにより第１スイッチトランジスタ１４Ｌをオンさせて低レベルＬの電圧をワード線ドライバ１２さらにはワード線ＷＬに供給することにより、低レベルＬの電圧で読出し動作を行う。このようにして第２実施形態の動作を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１実施形態を説明するための波形図。
【図２】本発明の第１実施形態を実現するための回路構成図。
【図３】本発明の第２実施形態を説明するための波形図。
【図４】本発明の第２実施形態を実現するための回路構成図。
【図５】従来のＭＬＣを利用した場合の読出し動作におけるワード線電圧波形図。
【符号の説明】
【００３２】
ＷＬ  ワード線
ＢＬ  ビット線
１１  ＭＬＣ
１２  ワード線ドライバ
１３  ワード線電圧切替え回路
１４Ｌ，１４Ｍ，１４Ｈ，１４Ｚ  第１ないし第４スイッチトランジスタ
１５  ワード線電圧放電用ＮＭＯSトランジスタ
【図１】
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【図２】
2010140554.tif 000006
【図３】
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【図４】
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【図５】
2010140554.tif 000009