JP2002519809A - 電気的にプログラム可能なメモリ・セル素子用のモノリシック集積セレクタ - Google Patents

電気的にプログラム可能なメモリ・セル素子用のモノリシック集積セレクタ

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JP2002519809A
JP2002519809A JP2000557477A JP2000557477A JP2002519809A JP 2002519809 A JP2002519809 A JP 2002519809A JP 2000557477 A JP2000557477 A JP 2000557477A JP 2000557477 A JP2000557477 A JP 2000557477A JP 2002519809 A JP2002519809 A JP 2002519809A
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transistor
generator
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マンストレッタ、アレッサンドロ
ピエリン、アンドレア
トレッリ、グイドー
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STMicroelectronics SRL
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    • G11C5/14Power supply arrangements, e.g. power down, chip selection or deselection, layout of wirings or power grids, or multiple supply levels
    • G11C5/143Detection of memory cassette insertion or removal; Continuity checks of supply or ground lines; Detection of supply variations, interruptions or levels ; Switching between alternative supplies

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Abstract

(57)【要約】 電気的プログラム可能なモノリシック集積セレクタは、出力端子(OUT)で高電圧(HV)と低電圧(LV)との間で切り換えることができる。このセレクタは出力端子からの迅速アース放電(GND)の脚(N2、N1)と、位相発生器(PHG)を介して切り換えられるセレクタを駆動する放電制御脚(P1、N3、N4)とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】 (技術分野) この発明は一般に、不揮発メモリ用の高電圧と低電圧とを選択する回路に関し
、特に、メモリ用のCMOS技術の高速切替回路にモノリシックに集積されたセ
レクタに関する。
【0002】 (背景技術) 集積回路には、起動された動作相に従って回路内部に異なる電圧を配分するこ
とが一層頻繁に行われるようになってきている。例えば、半導体の不揮発メモリ
(FLASH、EPROM、EEPROM)素子には、素子の異なる機能相の間
にワード線(ワードライン)にバイアスを加える目的で異なる電圧が必要である
。例えばNORメモリ構成の場合、読み出し動作には、アドレス指定されたセル
のワード線を、供給電圧(Vdd=3または5ボルト)と同じ電圧にバイアスす
ることが含まれ、これに対して、プログラミング相中はより高い適宜の電圧(例
えばVpp=12ボルト)を印加しなければならない。Vddは素子の外部電源
からの供給電圧であり、Vppは外部から供給された電圧でもよく、またはVd
dから内部的に発生された電圧でもよい。その上、多重レベルのメモリ素子では
、読み出し相中のワード線バイアス電圧は供給電圧Vdd(通常は3、または5
ボルト)の値を超えることがあるであろう。2より大きな多数のレベルを確実に
割当てるためには、可変セル電流の範囲を少なくとも100−120μAに拡張
しなければならない。しかし、このような電流値は5ないし6ボルトの範囲のゲ
ート電圧が採用された場合にのみ可能である。加えて、(テスト目的で起動され
るような)特殊な機能相中は、当業者が理解するように、選択されたセルのワー
ド線をDMA(直接メモリ・アクセス)モードで読み出すために0ないしVpp
の範囲のアナログ電圧にしなければならない。
【0003】 このように動作される集積回路では、所望の電圧を取り上げ、含まれているブ
ロックにそのつど配分するために適切な制御信号によって制御されるセレクタを
組入れる必要がある。
【0004】 特に、不揮発メモリの場合は、ワード線のバイアスにとって考慮に入れるべき
電圧線は基本的に2つあり(以下ではLV及びHVと称する)、セレクタは主と
してワード線をバイアスするために用いられる。この場合は、セレクタは、図1
に示すように、アドレス・セルを読み出すのかプログラムするのかに応じて、デ
コーディングの最終段への給電を低電圧LVと高電圧HVとの間で切り換える。
【0005】 従来のセレクタの例は本件出願人による欧州特許出願第98830332.7
号に開示されている。
【0006】 (プログラム−ヴェリファイ(確認)アルゴリズムと呼ばれる)最も広範に利
用されているプログラミング技術は、選択されたセルの制御ゲートに(フローテ
ィング・ゲートへの熱い電子の注入に、ひいてはセルのプログラミング相に対応
する)高電圧HVのパルスを選択されたセルの制御ゲートに印加し、その後で、
低電圧LVのパルスを印加し、その間にセルのプログラム状態が読み出し(確認
)動作によって「確認」されることからなっている。セルのプログラム状態が所
望の状態と一致している場合は、手順は停止される。そうではない場合は、新た
な高電圧HVパルスの印加により、プログラム・プロセスは継続される。
【0007】 多メガビット・メモリでは、セレクタの出力ノードOUTは高い容量性負荷(
例えば、4096のワード線の場合は約800pFの負荷)を有している。この
ような文脈では、特に内部プログラミング、すなわち素子の内側に統合された回
路ブロックを介して実施されるプログラミングの場合は、選択された線上での電
圧のHV/LV、及びLV/HVの切換え時間、及び整定時間は特に重要である
。事実、外部プログラミング(すなわち特別のプログラミング装置によって実施
されるプログラミング)ではなく内部プログラミングの利点の1つは速度であり
、プログラミング及び確認パルスの継続期間が短く、従ってプログラミング手順
全体が短縮することである。特に、大きさの説明として、標準的な継続期間は外
部プログラミングの場合のパルス当たり100μsから、内部プログラミングの
場合のパルス当たり1μsまでの範囲に亘ることがある。このような範囲で動作
する場合、切換え及び整定時間は重大なパラメータになることは容易に理解する
ことができる。
【0008】 この問題は、制御信号の切換えの後に配分される電圧の発生器(単数または複
数)が高い出力インピーダンスを有している場合には特に重要になる。この場合
は、適切な措置を講じないと、ノード「OUT」に存在する高い容量性負荷を考
慮すれば、切換え/整定時間が長すぎることがあり得る。これは例えば、統合(
集積)された電圧発生器(単数または複数)によって発生される電圧LV、すな
わちその出力インピーダンスがまさに高い充電ポンプ形の電圧発生器の場合であ
る。このように、HV/LVの切換えはこの場合は、上述の欠点を有している。
【0009】 これに対して、相補形のLV→HV切換えでは、HV電圧は出力インピーダン
スが低い発生器から供給されるものと想定されるので、上記のような問題点はな
いものと見られる。
【0010】 この発明の技術的な課題は、電気的プログラム可能なメモリ・セル素子用のモ
ノリシック集積セレクタを提供することによって、動作をより迅速に実施できる
ようにすることである。
【0011】 [発明の開示] このような課題は、前述し、かつ本明細書に添付された特許請求の範囲の請求
項1に記載されたモノリシック集積可能な電圧セレクタによって解決される。
【0012】 この発明に基づく電圧セレクタの特徴と利点は、添付図面を参照した、限定的
なものではない例として挙げられる以下の実施の形態の説明から明らかにされる
であろう。
【0013】 [発明を実施する最良の態様] 図2に示すように、CMOS技術回路にモノリシック集積され、電気的プログ
ラム可能なメモリ・セル素子用に意図された、この発明に基づくセレクタは、高
電圧と低電圧とを各々発生する第1電圧発生器HV及び第2電圧発生器LVに結
合するための第1と第2の端子と、出力端子OUTと、その出力端子OUTを第
1及び第2電圧発生器にそれぞれ接続するための第1制御端子program/
と、第2の制御端子verify/とを有している。尚、program/及び
verify/は、添付図面では、program及びverifyの上に線を
引いて表されている。
【0014】 この発明によれば、セレクタはセレクタの出力端子と回路アースGNDとの間
に低インピーダンスの放電経路を形成するようにされた回路手段N1、N2と、
セレクタの出力端子にて電圧を検出する回路手段P1、N3、N4とを備えてい
る。これらは第2の電圧発生器(LV)に結合されており、出力端子OUTにお
ける電圧が第2電圧発生器からの電圧LVの所定値に近い所定値まで降下すると
、放電経路の回路手段を消勢するようにされ、かつ、第1及び第2制御端子に結
合された位相発生器(PHG)を介して第2制御端子に制御信号を送るようにさ
れている。
【0015】 放電経路の第1回路手段は、アースGNDとセレクタ出力端子OUTとの間に
互いに直列に接続された第1及び第2n−チャネル・トランジスタN1、N2を
備えている。
【0016】 電圧検出回路手段は、アースGNDとセレクタ出力端子OUTとの間に互いに
直列に接続された、第3及び第4n−チャネル・トランジスタN3、N4と第5
p−チャネル・トランジスタP1とを備えている。
【0017】 第2と第4のトランジスタのゲート端子は基準電圧Vcasc1 及びVcas
c2 (これは場合によっては同一でもよい)に接続され、第1、第3及び第5ト
ランジスタのゲート端子には、第1、第2及び第3の反転素子INV1、INV
2、INV3のそれぞれを介して位相発生器から導出された信号B、Bdela
yが印加される。
【0018】 第1トランジスタN1のゲート端子は第1反転素子INV1と、AND形の第
1論理ゲートAND1を介して第3及び第4トランジスタN3、N4を相互に接
続する回路ノードNDとに接続される。
【0019】 第3反転素子INV3は電力を供給する第2電圧発生器LVに接続され、この
素子は本発明の特徴である。
【0020】 位相発生器PHGは図4に示すように、AND形の第2の論理ゲートAND2
であり、それによって回路ノードND及びクロック信号CK用の入力端子とに接
続される。
【0021】 位相発生器から導出され、第1トランジスタN1に印加される信号Bはクロッ
ク信号によって得られ、また、第3及び第5トランジスタN3、P1に印加され
る信号Bdelayはクロック信号に対して所定の遅延を有している。
【0022】 第2の論理ゲートAND2は第2の接続制御端子verify/に結合される
出力端子を有している。NAND形の論理ゲート(NAND)はクロック信号(
CK)の入力端子と、第2論理ゲートAND2とに結合された出力端子と、第1
接続制御端子program/に結合された出力端子とを有している。
【0023】 迅速放電脚N1/N2と、放電停止制御脚N3/N4/P1の双方には、信頼
性を高めるという理由から、従来のとおりカスケード段から形成された防護構造
を備えている(トランジスタN2とN4のゲート電極は適宜の定電圧Vcasc1 及
びVcasc2にバイアスされる) 。実際に、このような構造がないと、トランジス
タN1及びN3のドレイン端子は、電圧HVがセレクタによって配分される動作
相をとおして電圧HVへとバイアスされてしまう。電圧HVが取る値を考慮すれ
ば(この値は当該の用途では12ボルトまたはそれ以上もの高さであることがあ
る)、これらのトランジスタに加わる電気的ストレスがトランジスタを損傷する
ことがある。これに対して、適宜な寸法の、バイアスされたカスケード段によっ
て、電圧HVはn−チャネル・トランジスタの間で適切に分割されることができ
、それによってそれらのVdsの値を信頼性の上で受け入れられる範囲に戻すこ
とができる。
【0024】 ここでシステムの動作を理解するために、選択されたセルのゲート電極に印加
される電圧と再び関連させて、標準的な確認(ヴェリファイ)−プログラム−確
認(ヴェリファイ)サイクルを説明する。p−チャネル通過トランジスタは、一
般にセレクタ回路の実施では、「スイッチ」ブロック選択素子として使用される
ことにも留意されたい。その結果、プログラミング及び確認制御相はそれぞれ、
(通常考えられる高い値ではなく)低い論理値を取る場合に、HVとLVの選択
を決定する。従って、前述の信号は低レベルでアクティブであり、progra
m/及びverify/として表される。図3は提案される回路の動作で利用さ
れる信号のタイミング図である。
【0025】 確認期間中に、外部クロックCKは固定的に1に保たれる。その結果、制御相
B及びB/(図2)はそれぞれ0及びHVである。これらの値によってトランジ
スタP1はオフされ、トランジスタN3はオンされ、従ってノードNDには低い
論理値が与えられる。この値は否定(ネガティブ)形式でゲートAND2に引き
渡されると、信号B/との組合わせで、エレベータ2の入力を高レベルにし、従
ってverify/信号をゼロにする。制御信号program/はNANDゲ
ート及びカスケード内の2個のインバータによって強制的に1にされる。
【0026】 確認期間の終了時に、外部クロックCKは論理的な高レベル状態から脱して、
ゼロになる。この変化に応答して、位相3及びB/はそれぞれHV及び0になり
、B/の値がゼロであるので、信号verify/は0からHVに変化し、それ
によって確認期間、すなわち電圧LVの選択期間が終了する。
【0027】 これに対して、制御信号program/は、Bとverify/の双方が高
い論理レベルになるまで、その状態をHVに等しい状態に留め、高い論理レベル
になって初めてHVからゼロに切り換わり、そこでHV電圧がセレクタにて選択
される。次に、ノードOUTはそれぞれの発生器からHVの値へと迅速に充電さ
れる。これと同時に、制御相Bdelayの高い論理値はインバータINV1及
びINV2によってN3及びP1のゲートをゼロへと駆動する。その結果、N3
はオフされ、P1はオンされて、ノードNDはVout の値(すなわちHVの値)
まで荷電される。
【0028】 標準相Bではなく、制御相Bdelayを用いることは、トランジスタN1を
駆動し(従って迅速放電プロセスを制御する)ゲートAND1の1つの入力にお
ける1−1形の疑似構成(コンフィギュレーション)を回避する必要性があるこ
とで正当化される。事実、トランジスタP1がオンされたことによって、ノード
NDが電圧HVに充電される前に、ゲートAND1の別の入力はインバータIN
V1を介して位相3によってゼロへと駆動される。
【0029】 トランジスタP1を駆動するためにインバータを利用することは、一見すると
正当ではないように思われよう。正に、P1のゲートをLV電圧へと固定的にバ
イアスすることが、プログラム期間中にこれがオン状態にあることの十分な保証
であるとの反論があり得よう。しかしそれは、HV=12Vで、LV=Vdd=3
VまたはSVであるような2レベルのメモリ素子の場合だけに該当するものであ
る。マルチレベルの環境では、HV電圧は(例えば可変ゲート電圧形のプログラ
ミング技術が用いられるような場合は)、上記とは異なり、GVの最小値から1
2Vの最大値へと変化する。このように、HVが最小値である場合、トランジス
タP1のオンは保証されず、放電システム全体の動作が損なわれることが分かる
【0030】 トランジスタN1の状態に関しては、信号B及びVstopの構成( 特にそれらの
タイミング)によっても、そのオフが保証されることに留意されたい。事実、確
認期間中に、ゲートAND1の出力における低い論理値がノードNDにおける電
圧Vstopによって決定された場合、その値はプログラム期間中に制御信号Bによ
って決定される。
【0031】 プログラムのパルス継続期間(例えば1μs)の終了時に、外部クロックCK
は1に戻ることによってプログラム期間を終了させる。これに応答して、信号B
Gはゼロに戻り、ひいては、信号program/は1になる。次に、制御信号
verify/は、外部クロックからのコマンドによってはもはや直接変化しな
いが、その理由は、ノードNDに与えられる高い論理値は論理ゲートAND2の
他の入力を、ひいてはその出力におけるいかなる変化をも抑止するからである。
【0032】 制御信号Bが取る低い論理値はトランジスタN1、N3を起動し、P1のゲー
ト上にLVに等しい電圧を発生する(これに関して、インバータINV3に電圧
LVが供給されることに留意されたい)。その結果、ノードOUTは脚N1−N
2を介してLV+|Vthp1|(放電停止の閾値)まで迅速に放電を開始する。こ
の状態が生ずると、P1はオフされ、ノードNDは比較的迅速にN3を介してゼ
ロまで放電される。これに応答して、ゲートAND1はその出力をゼロにし、そ
の結果、トランジスタN1は消勢(起動停止)される(それによってノードOU
Tの迅速放電プロセスは終了する)。
【0033】 このようにして、(N3の駆動容量によって、また、ノードから見た負荷によ
って決定される)ノードNDの放電時間と、ゲートAND1の切換え時間を考慮
して、放電プロセスが停止する際の値はLV+|Vthp1|よりも小さくなる。ト
ランジスタN1とN3とのサイズを適宜に定めることによって、この値を電圧L
Vの値に出来るだけ近いものに調整することができる。その結果、セレクタによ
って次の確認相が開始されると、LVの発生器は、LV発生器自体の出力インピ
ーダンスが高い場合でも、整定時間がより短くなること(当該の場合は−100
ns)を含めて、極めて少量の調整を加えるものと予期することができる。
【0034】 提案されているシステムは特に不揮発メモリのプログラミングの分野で特別な
用途がある。信頼性(読み出し及びプログラミング、並びに保持中の障害に対す
る耐性)及びテクノロジー(プログラム及び読み出し回路の感度)を考慮すると
、約S.SVの電圧LVを利用することが求められる。メモリ素子の供給電圧が
単一の3Vである場合(3Vだけの素子と呼ばれる)、この仕様は、典型的には
、供給電圧Vdd=3VからLVを発生する充電ポンプにより素子内で電圧LVを
発生するという単一の処理によっては達成することはできない。
【0035】 この文脈では、HV/LVへの変更中にセレクタの出力電圧Vout の整定時間
に関するパフォーマンス(性能)はLV発生器の出力特性と関連する。残念なこ
とには、電力消費及び、なによりも電圧発生の精度に関するこの発生器の設計上
の要求は、設計には通常は高い出力インピーダンスが含まれているので、迅速な
応答速度への要求と衝突する。このように、LV発生器がVout のHV/LV遷
移を完全に管理しなければならない場合は、整定時間に関する性能は不充分なも
のになる。典型的な設計では、最悪の場合(すなわちHV=12V)は、Vout
の整定時間は1μsの範囲になることがある。
【0036】 この発明の回路の実施態様では、本回路が設計されたマルチレベルの用途の要
求に従って、従来技術よりも性能が高くなる。
【0037】 このシステムは(数ボルトの大きさである)ノードVout の「粗い」初期放電
の任務を引き受けて、次に電圧LV発生器によって(数百ミリボルトの大きさで
ある)最終的な「微」調整を行うことによって、整定時間が長いという問題点を
解決するものである。この動作によって、Vout の整定時間を1桁(高速制御放
電システムがない場合の約1μsに対して−100ns)だけ短縮することがで
きる。
【0038】 このようにして、確認期間の継続期間を更に短縮することができる。
【0039】 これは実際に、1μsであるプログラミング・パルスの継続期間から短縮する
ことができ、確認期間を、全てのプロセス及び動作のばらつき(誤差)に関する
安全性のマージン(限界)を保ちつつ500ns未満まで短縮することができ、
これはプログラミング・プロセス全体の継続期間にとっても良好である。
【0040】 この発明には、特許請求の範囲内で変更及び修正を加えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 最終的なデコーディング段階用の電圧セレクタを含む、メモリ装置の回路構成
を示している。
【図2】 この発明に基づく電圧セレクタの、部分的にブロック図の形式の回路図である
【図3】 回路信号のタイミング図である。
【図4】 例えば、マルチレベル形のメモリ素子に実施された、この発明に基づく電圧セ
レクタの一部分の回路図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 Via C. Olivetti, 2, 20041 Agrate Brianza, Italy (72)発明者 トレッリ、グイドー イタリア国、27016 サンタレッシオ・コ ン・ヴィアローネ、ヴィア・カドルナ 4 Fターム(参考) 5B025 AD03 AD09 AE05

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 発生する電圧がそれぞれ高電圧と低電圧である第1電圧発生
    器(HV)と第2電圧発生器(LV)にそれぞれ結合するための第1と第2の入
    力端子と、出力端子(OUT)と、その出力端子(OUT)を前記第1電圧発生
    器と第2電圧発生器にそれぞれ接続するための第1制御端子(program/
    )と第2制御端子(verify/)とを有する、電気的にプログラム可能なメ
    モリ・セル素子用のCMOS技術回路にモノリシック集積されたセレクタであっ
    て、前記セレクタは、該セレクタの前記出力端子(OUT)と回路のアースとの
    間に低インピーダンスの放電経路を形成するようにされた第1回路手段(N1、
    N2)と、前記第2電圧発生器(LV)に結合された前記セレクタの出力端子(
    P1、N3、N4)の電圧を検出する電圧検出回路手段とを備え、かつ前記電圧
    検出回路手段は、前記出力端子における電圧が前記第2電圧発生器からの電圧の
    所定値に近い所定値まで降下すると、前記第1回路手段を消勢し、かつ、前記第
    1制御端子と第2制御端子とに結合された位相発生器(PHG)を介して前記第
    2制御端子に制御信号を送るようにされたことを特徴とするセレクタ。
  2. 【請求項2】 前記第1回路手段は、アース(GND)と前記セレクタ出力
    端子(OUT)との間に互いに直列に接続された第1n−チャネル・トランジス
    タ(N1)と第2n−チャネル・トランジスタ(N2)とを備えており、前記電
    圧検出回路手段は、第3n−チャネル・トランジスタ(N3)と、第4n−チャ
    ネル・トランジスタ(N4)と、アース(GND)と前記セレクタ出力端子(O
    UT)との間に互いに直列に接続された第5p−チャネル・トランジスタ(P1
    )とを備えており、前記第2及び第4トランジスタの制御端子は基準電圧(Vc
    asc)に接続され、前記第1、第3及び第5トランジスタの制御端子には、第
    1、第2、及び第3の反転素子(INV1、INV2、INV3)をそれぞれ介
    して前記位相発生器(B、Bdelay)から導出された信号が印加されると共
    に、前記第1トランジスタ(N1)の制御端子は、前記第1反転素子(INV1
    )と、AND形の第1論理ゲート(AND1)を介して、前記第3トランジスタ
    (N3)及び第4トランジスタ(N4)を相互接続する回路ノード(ND)とに
    接続され、前記第3反転素子(INV3)は電力を供給する前記第2電圧発生器
    (LV)に接続されることを特徴とする請求項1に記載のセレクタ。
  3. 【請求項3】 前記位相発生器(PHG)は、前記回路ノード(ND)及び
    クロック信号入力端子(CK)に結合されるAND形の第2論理ゲート(AND
    2)を含んでいることを特徴とする請求項2に記載のセレクタ。
  4. 【請求項4】 前記位相発生器から導出され、該第1トランジスタ(N1)
    に印加される信号(B)は前記クロック信号と同一であり、前記第3トランジス
    タ(N3)及び第5トランジスタ(P1)に印加される信号(Bdelay)は
    前記クロック信号に対して所定の遅延を有することを特徴とする請求項3に記載
    のセレクタ。
  5. 【請求項5】 前記第2論理ゲート(AND2)は、前記第2接続制御端子
    (verify/)に結合された出力端子を有すると共に、入力端子が前記クロ
    ック信号入力端子(CK)と、前記第2論理ゲート(AND2)の出力端子とに
    結合され、出力端子が該第1接続制御端子(program/)に結合されたN
    AND形の論理ゲート(NAND)を有することを特徴とする請求項4に記載の
    セレクタ。
JP2000557477A 1998-06-30 1999-06-30 電気的にプログラム可能なメモリ・セル素子用のモノリシック集積セレクタ Withdrawn JP2002519809A (ja)

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