以下、図面を参照し、この発明の実施形態について説明する。
<各実施形態において利用する高耐圧化技術>
この発明の各実施形態では、CMOS回路において一般的に用いられている高耐圧化技術を利用する。そこで、この発明の各実施形態の説明に先立ち、このCMOS回路の高耐圧化技術について説明する。
図1は各種の電源電圧に対応したMOS集積回路におけるトランジスタの酸化膜厚と、その酸化膜の限界耐圧(ゲート酸化膜がある時間で破壊する電圧)を示すものである。通常、10年間の動作保証が可能なMOS集積回路を実現するためには、酸化膜に印加される電界を5MeV(メガエレクトロンボルト)程度に設定するが、酸化膜に印加可能な電界の上限値はおおよそ8MeVに設定している。
図2は標準CMOSプロセスにより製造されたCMOS回路の構成を示す断面図である。このCMOS回路では、ホットエレクトロンの発生を抑えて、トランジスタの信頼性を向上させるために、LDD(Lightly Doped Drain;低濃度ドレイン)構造を採用している。このLDD構造は、ソース、ドレインとチャネルの間に低濃度の不純物領域を設けて、ここに高電界が集中しないようにした構造である。LDD構造のトランジスタを形成するためには、トランジスタのゲートの側壁にサイドウォール(一般的には酸化膜)を付加して、このサイドウォールの付加されたゲートをマスクとして、n−或いはp−をインプランテーションにより注入する。この場合、トランジスタをセルフアラインで製造することができ、トランジスタの所要面積の増加はない。図2に示す構成により例えばゲート耐圧が5VのCMOS回路を実現する場合、酸化膜を約90Å(オングストローム)くらいの膜厚とし、経時破壊耐圧(TDDB:Time Dependent Dielectric Breakdown)を6V程度に設定する。この場合、ドレイン耐圧(Breakdown)は、7V程度になる。
図3は、図2に示すCMOS回路のドレインおよびソースの両方の耐圧を向上させたHVDMOS(Highレベル Voltage Drain Metal Oxide Semiconductor)トランジスタの構成例を示す断面図である。この高耐圧CMOS回路では、図2におけるLDD領域(n−あるいはp−の領域)を広く取っている。このようにすることにより、ドレイン耐圧を容易に10V以上に向上させることができる。しかしながら、この構成は、ゲートと拡散領域を十分広く取る必要があり、レイアウト面積が大きくなるという欠点はある。この図3に示すように、ドレインおよびソースの両方のLDD領域を広げたPチャネルトランジスタおよびNチャネルトランジスタの構造は、両側高耐圧構造と呼ばれる。
図4は、図2に示すCMOS回路の各チャネルのトランジスタのドレイン側のLDD領域のみを広げた高耐圧構造を採用したHVDMOSトランジスタの構成例を示す断面図である。この構成例は、図3の構成例よりも面積増加が抑えられる利点がある。この図4に示すPチャネルトランジスタおよびNチャネルトランジスタの構造は、片側高耐圧構造と呼ばれる。なお、この片側高耐圧構造のトランジスタを利用して回路の高耐圧化を図る技術は例えば特許文献1に開示されている。
<各実施形態における不揮発性メモリの構成>
図5はこの発明の各実施形態において不揮発性メモリセルとして用いられるNチャネルフローティングゲートトランジスタの構成を示す断面図である。図5に示すように、Nチャネルフローティングゲートトランジスタは、基板(図5に示す例ではPwell)に形成されたソースおよびドレイン間の領域とゲートとの間の酸化膜中にフローティングゲートFGが配置された構成となっている。
図6は図5に示す不揮発性メモリセルの動作を示す図である。書き込み時(Program)は、例えばデータ“1”を書き込むべき不揮発性メモリセルであるNチャネルフローティングゲートトランジスタのドレインにビット線BITを介して電圧VD=5Vを、ソースに電圧VS=0Vを、ゲートにワード線WLを介して電圧VG=10Vを、Pwellに0Vを印加する。この結果、フローティングゲートFGに電子が注入され、Nチャネルフローティングゲートトランジスタの閾値電圧が上昇し、データ“1”の書き込まれた状態となる。ここで、データ“1”の書き込みの行われなかったNチャネルフローティングゲートトランジスタは、フローティングゲートFGに電子が注入されておらず、閾値電圧が低く、データ“0”を記憶した状態となっている。
消去時(Erase)は、Nチャネルフローティングゲートトランジスタのドレイン電圧VD、ソース電圧VS、Pwellの電圧を10Vとし、ゲート電圧VGを0Vあるいはマイナス電圧とする。この結果、フローティングゲートFGからPwellに電子が引き抜かれ、消去が行われる(すなわち、データ“0”を記憶した状態とされる)。
読み出し時(Read)は、Nチャネルフローティングゲートトランジスタのドレイン電圧VDを0.6V、ソース電圧VSおよびPwellの電圧を0V、ゲート電圧VGを3V〜5Vとし、そのときビット線BITを介して流れるドレイン電流を判定することにより、Nチャネルフローティングゲートトランジスタがデータ“1”または“0”のいずれを記憶しているかを判定する。ここで、ドレイン電圧VDを0.6V程度の低電圧にするのは、誤書き込みを防ぐためである。
図7はこの発明の各実施形態において用いられる不揮発性メモリセルアレイの構成を示す回路図である。この不揮発性メモリセルアレイは、図5に示す不揮発性メモリセルを行列状に配列してなるものである。図7に示す例では、行方向に配線されたワード線WLi(i=0〜m)および列方向に配線されたビット線BITj(j=0〜n)の各交差点に対応させて不揮発性メモリセルであるNチャネルフローティングゲートトランジスタが各々配置されている。
ここで、第i行のワード線WLiには第i行のn+1個のNチャネルフローティングゲートトランジスタの各ゲートが接続されている。また、第j列のビット線BITjには第j列のm+1個のNチャネルフローティングゲートトランジスタの各ドレインが接続されている。そして、図示の例では、隣り合う2行(例えば第0行と第1行、…、第m−1行と第m行)の各Nチャネルフローティングゲートトランジスタは共通のソースを有しており、この共通のソースには共通ソース線を介してソース電圧VSが供給されるようになっている。
<第1実施形態>
図8はこの発明の第1実施形態である不揮発性メモリの一部である列選択のための回路の構成を示す回路図である。図8において、ビット線BITj(j=0〜n)は図7に示す不揮発性メモリセルアレイに接続されている。不揮発性メモリは、図7に示す不揮発性メモリセルアレイにおけるm+1本のワード線WLi(i=0〜m)の中から行アドレスが示す1本のワード線WLiを選択する行デコーダを有しているが、その図示は省略されている。
図8において、書き込み回路10は、書き込み信号WEを受けて書き込み電圧WENを出力する回路である。入力回路20は、データ信号Dinh(h=0〜15)を受けて選択電圧DINphおよびDINnhを各々出力する回路である。ここで、選択電圧DINphおよびDINnhは相補対称な電圧であり、一方がHighレベルとなるとき他方はLowレベルとなる。
データ制御トランジスタ1は、図4に示すように、ドレインのLDD領域のみが拡張された片側高耐圧構造のNチャネルトランジスタである。このデータ制御トランジスタ1のドレインには、図示しないチャージポンプから出力される高電圧VPP=8Vが与えられ、ゲートには書き込み電圧WENが与えられる。そして、データ制御トランジスタ1のソースは、書き込み電圧VDPを発生する書き込み電圧発生ノードNWに接続されている。
データ制御スイッチ2は、Pチャネルトランジスタ2pおよびNチャネルトランジスタ2nからなるCMOSスイッチであり、書き込み電圧発生ノードNWとデータノードNAとの間に介挿されている。ここで、Pチャネルトランジスタ2pおよびNチャネルトランジスタ2nの各ゲートには、選択電圧DINphおよびDINnhが各々与えられる。入力回路20は、書き込み対象であるデータ信号Dinhが“0”である場合、Pチャネルトランジスタ2pおよびNチャネルトランジスタ2nからなるデータ制御スイッチ2をOFFにする選択電圧DINphおよびDINnhを出力し、データ信号Dinhが“1”である場合、同データ制御スイッチ2をONにする選択電圧DINphおよびDINnhを出力する。
q+1個の第1列デコーダ30−x(x=0〜q)と、k+1個の第2列デコーダ40−y(y=0〜k)と、第1カラムスイッチ部33と、第2カラムスイッチ部34は、全体として、n+1本のビット線BITj(j=0〜n)の中から列アドレスYADDが示す列に対応した1本のビット線BITjを選択し、データノードNAに接続する列選択手段を構成している。
さらに詳述すると、本実施形態において、ビット線の本数n+1と、第1列デコーダの個数q+1と、第2列デコーダの個数k+1との間には、n+1=(k+1)(q+1)の関係があり、n+1本のビット線BITj(j=0〜n)は、各々k+1本のビット線からなるq+1個のグループに分けられている。そして、第2列デコーダ40−y(y=0〜k)および第2カラムスイッチ部34は、各々k+1本のビット線からなるq+1個の各グループx毎に、列アドレスYADDの例えば下位桁に基づいて、グループx内の1本のビット線を選択して中間ノードNBxに接続する。
具体的には、最初のグループx=0に属するk+1本のビット線BIT0〜BITkとそのグループに対応した中間ノードNB0との間には、各々Pチャネルトランジスタ4p0y(y=0〜k)およびNチャネルトランジスタ4n0y(y=0〜k)からなるCMOSスイッチによるk+1個の列選択ゲートが各々介挿されている。また、最後のグループx=qに属するk+1本のビット線BITn−k〜BITnとそのグループに対応した中間ノードNBqとの間には、各々Pチャネルトランジスタ4pqy(y=0〜k)およびNチャネルトランジスタ4nqy(y=0〜k)からなるCMOSスイッチによるk+1個の列選択ゲートが各々介挿されている。それ以外の他のグループについても同様であり、グループに属するk+1本のビット線と中間ノードの間にCMOSスイッチによるk+1個の列選択ゲートが介挿されている。
一方、第2列デコーダ40−0には2本の列選択線COLBp0およびCOLBn0が接続されている。ここで、列選択線COLBp0は、k+1個のグループの各々における最初のビット線(図示の例では最初のグループにおけるビット線BIT0、最後のグループにおけるビット線BITn−k)に接続された列選択ゲートのPチャネルトランジスタ4px0(x=0〜q)のゲートに接続され、列選択線COLBn0は同列選択ゲートのNチャネルトランジスタ4nx0(x=0〜q)のゲートに接続されている。また、列デコーダ40−1には2本の列選択線COLBp1およびCOLBn1が接続されている。ここで、列選択線COLBp1は、k+1個のグループの各々における2番目のビット線(図示の例では最初のグループにおけるビット線BIT1、最後のグループにおけるビット線BITn−k+1)に接続された列選択ゲートのPチャネルトランジスタ4px1(x=0〜q)のゲートに接続され、列選択線COLBn1は同列選択ゲートのNチャネルトランジスタ4nx1(x=0〜q)のゲートに接続されている。他の列デコーダ40−2〜40−kおよびそれらに接続された列選択線も同様である。
第2列デコーダ40−y(y=0〜k)は、列アドレスYADDの下位桁がとりうる各値yに各々対応付けられている。列アドレスYADDの下位桁が例えば1を示す場合、列デコーダ40−1が第2カラムスイッチ部34の列選択ゲートをONさせる列選択電圧を列選択線COLBp1およびCOLBn1に各々出力する。一方、列デコーダ40−1以外の列デコーダは、各々に列選択線を介して接続された列選択ゲートをOFFさせる列選択電圧を各々出力する。これによりk+1個のグループの各々における2番目のビット線に接続された列選択ゲートのみがONとなり、ビット線BIT1、…、BITn−k+1が中間ノードNB0〜NBqに各々接続される。
また、第1列デコーダ30−x(x=0〜q)および第1カラムスイッチ部33は、列アドレスYADDの例えば上位桁に基づいて、q+1個の中間ノードNBx(x=0〜q)の中から1個の中間ノードNBxを選択してデータノードNAに接続する回路を構成している。
具体的には、第1カラムスイッチ部33において、中間ノードNBx(x=0〜q)の各々とデータノードNAの間には、Pチャネルトランジスタ3px(x=0〜q)およびNチャネルトランジスタ3nx(x=0〜q)からなるCMOSスイッチによるq+1個の列選択ゲートが各々介挿されている。
一方、列デコーダ30−0には2本の列選択線COLAp0およびCOLAn0が接続されている。ここで、列選択線COLAp0は、最初の中間ノードNB0に接続された列選択ゲートのPチャネルトランジスタ3p0のゲートに接続され、列選択線COLAn0は同列選択ゲートのNチャネルトランジスタ3n0のゲートに接続されている。
また、最後の列デコーダ30−qには2本の列選択線COLApqおよびCOLAnqが接続されている。ここで、列選択線COLApqは、最後の中間ノードNBqに接続された列選択ゲートのPチャネルトランジスタ3pqのゲートに接続され、列選択線COLAnqは同列選択ゲートのNチャネルトランジスタ3nqのゲートに接続されている。他の列デコーダ30−x(x=1〜q−1)およびそれらに接続された列選択線も同様である。
第1列デコーダ30−x(x=0〜q)は列アドレスYADDの上位桁がとりうる各値xに各々対応付けられている。列アドレスYADDの上位桁が例えば0を示す場合、第1列デコーダ30−0は、第1カラムスイッチ部33の列選択ゲートをONさせる列選択電圧を列選択線COLAp0およびCOLAn0に各々出力する。一方、第1列デコーダ30−0以外の第1列デコーダは、各々に列選択線を介して接続された列選択ゲートをOFFさせる列選択電圧を各々出力する。これにより中間ノードNB0に接続された列選択ゲートのみがONとなり、中間ノードNB0がデータノードNAに接続される。
次に本実施形態の動作を説明する。書き込み回路10は、書き込み信号WEがHighレベルのとき、書き込み電圧WENとして、目標書き込み電圧5Vに対してデータ制御トランジスタ1の閾値電圧Vthnを加えた電圧5V+Vthn≒7Vをデータ制御トランジスタ1のゲートに出力する。ここで、データ制御トランジスタ1は、ドレイン側(VPP)のLDDが拡がった片側高耐圧構造が採用されているため、耐圧に問題ない。
データ制御トランジスタ1のゲートに5V+Vthn(≒7V)が印加されると、図9に示すように、ソースにはVSn=5V+Vthn−Vthn=5Vが出力される。ここで、データ制御トランジスタ1では、ソースの電位が5Vとなることから、反転層が5V以上の電位となって空乏層が広がり、ゲートとPwell間には電界がほとんど印加されない。従って、ゲート−Pwell間の耐圧は問題ない。従って、データ制御トランジスタ1を低耐圧ゲートのMOSトランジスタにより構成することができる。
本実施形態においてデータ制御スイッチ2はCMOSスイッチであり、第1カラムスイッチ部33および第2カラムスイッチ部34の各スイッチも全てCMOSスイッチである。従って、データ制御スイッチ2がONとなり、データノードNAと列アドレスが示すビット線BITjとの間のCMOSスイッチがONとなって、当該ビット線BITjが選択されたとき、書き込み電圧発生ノードNWの電圧5Vが各CMOSスイッチを介して殆ど低下することなく当該ビット線BITjに供給される。その際、データノードNAと列アドレスが示すビット線BITjとの間の各CMOSスイッチのドレイン電圧およびソース電圧は5Vとなるが、これらのCMOSスイッチを構成する各トランジスタに形成される反転層は5Vの電位を持つので、耐圧に問題はない。
このように本実施形態によれば、ビット線BITj(j=0〜n)と書き込み電圧発生ノードNWとの間に介在する各CMOSスイッチを低耐圧ゲートのトランジスタのみにより構成することができる。
図10は、図8における書き込み回路10の具体的構成例を示す回路図である。図10において、チャージポンプ12は、図8におけるデータ制御トランジスタ1のゲートに書き込み電圧WENを出力する回路である。
このチャージポンプ12の出力端子には、Nチャネルトランジスタ11のゲートおよびドレインが接続され、このNチャネルトランジスタ11のソースと低電位側電源ノードVSS=0Vとの間には抵抗R1およびR2が直列に接続されている。Nチャネルトランジスタ11は、チャージポンプ12の出力端子の電圧からデータ制御トランジスタ1の閾値電圧Vthn相当の電圧だけ低下した電圧を抵抗R1およびR2からなる直列回路の両端に発生する電圧シフト手段として機能する。
コンパレータ13は、抵抗R1およびR2間のノードN11の電圧を基準電圧VREF=1.5Vと比較し、ノードN11の電圧が基準電圧VREFより高い場合はLowレベルを、低い場合はHighレベルを出力する。この例では、5Vを抵抗R1およびR2により分圧した電圧が1.5Vとなるように抵抗R1およびR2の抵抗比が定められている。NANDゲート14は、書き込み信号WEおよびコンパレータ13の出力信号の両方がHighレベルの場合にLowレベルを、それ以外の場合にHighレベルを出力する。チャージポンプ12は、NANDゲート14の出力信号がLowレベルである期間、書き込み電圧WENの発生ノードに電荷を供給する動作を行い、書き込み電圧WENを上昇させる回路である。
この構成によれば、書き込み信号WEがHighレベルになると、不揮発性メモリは書き込み動作となる。このとき、ノードN11の電圧が基準電圧VREF=1.5Vよりも低く、コンパレータ13の出力信号がHighレベルであると、NANDゲート14の出力信号がLowレベルとなり、チャージポンプ12が動作し、書き込み電圧WENが上昇する。そして、書き込み電圧WENが5V+Vthn以上となると、Nチャネルトランジスタ11のソース電圧が5V以上になり、ノードN11の電圧が基準電圧VREF=1.5V以上となる。この結果、コンパレータ13の出力信号がLowレベル、NANDゲート14の出力信号がHighレベルになり、チャージポンプ12は動作を停止し、書き込み電圧WENが低下する。もし、書き込み電圧WENが5V+Vthnより少しでも下がれば、再び、チャージポンプ12が動き出す。このように抵抗R1およびR2と、コンパレータ13と、NANDゲート14は、書き込み電圧WENを5V+Vthnを維持する負帰還制御手段として動作する。
図11は図8に示す入力回路20の構成例を示す回路図である。図11において、入力回路20は、NADNゲート29と、レベルシフタLSと、インバータ21および22により構成されている。
なお、この図11は、図8に示す入力回路20を示すと同時に、図8に示す第1列デコーダ30、第2列デコーダ40をも示している。第1列デコーダ30および第2列デコーダ40は、入力回路20におけるNANDゲート29をアドレス一致検出回路YDETに置き換えた構成を有している。このアドレス一致検出回路YDETは、列アドレスの上位桁または下位桁が当該第1列デコーダ30または第2列デコーダ40に対応した値であるときにLowレベルを、そうでないときにHighレベルを出力する回路である。
図11に示す入力回路20において、NANDゲート29には高電位側電源電圧3Vおよび低電位電源電圧0Vが与えられる。そして、NANDゲート29は、書き込み信号WEおよびデータ信号Dinhの両方がHighレベルの場合にLowレベル(0V)、そうでない場合にHighレベル(3V)となる信号を出力する。
レベルシフタLSにおいて、インバータ23および24は、いずれもCMOSインバータであり、高電位側電源電圧VD3=3Vおよび低電位側電源電圧VSS=0Vが与えられる。インバータ23は、NANDゲート29の出力信号を論理反転して出力し、インバータ24はこのインバータ23の出力信号を論理反転して出力する。
Pチャネルトランジスタ25および26は、電源電圧VD5が与えられる高電位側電源ノードに各々のソースが接続されている。そして、Pチャネルトランジスタ25および26は、各々のゲートに互いの相手のドレインが接続されている。
Nチャネルトランジスタ27は、Pチャネルトランジスタ25のドレインとPチャネルトランジスタ26のゲートの共通接続ノードN22にドレインが接続され、ソースが低電位側電源ノードVSSに接続され、ゲートがインバータ23の出力ノードに接続されている。また、Nチャネルトランジスタ28は、Pチャネルトランジスタ26のドレインとPチャネルトランジスタ25のゲートの共通接続ノードN21にドレインが接続され、ソースが低電位側電源ノードVSSに接続され、ゲートがインバータ24の出力ノードに接続されている。
以上がレベルシフタLSの構成である。
インバータ21は、高電位側電源VD5および低電位側電源VSS間に直列に介挿されたPチャネルトランジスタ21PおよびNチャネルトランジスタ21Nにより構成されている。ここで、Pチャネルトランジスタ21PおよびNチャネルトランジスタ21Nの各ゲートは、レベルシフタLS内のノードN21に接続されている。そして、インバータ21は、このノードN21の信号を論理反転し、選択電圧DINhpとして出力する。
インバータ22は、高電位側電源VD5および低電位側電源VSS間に直列に介挿されたPチャネルトランジスタ22PおよびNチャネルトランジスタ22Nにより構成されている。ここで、Pチャネルトランジスタ22PおよびNチャネルトランジスタ22Nの各ゲートは、レベルシフタLS内のノードN22に接続されている。そして、インバータ22は、このノードN22の信号を論理反転し、選択電圧DINhnとして出力する。
以上が入力回路20の構成である。
本実施形態による不揮発性メモリにおいて、高電位側電源電圧VD5は、読み出し動作時には3Vとされ、書き込み動作時には5Vとされる。
書き込み動作時、書き込み信号WEがHighレベルになると同時に、レベルシフタLS、インバータ21および22の高電位側電源電圧VD5が5Vになる。このとき、NANDゲート29、インバータ23および24の高電位側電源電圧はVD3=3Vである。
データ信号Dinhが“1”(Highレベル)のときは、NANDゲート29の出力信号DIhがLowレベルとなり、レベルシフタLSのノードN21がHighレベル(≒5V)、ノードN22がLowレベル(≒0V)となる。このため、インバータ21は、選択電圧DINhpとして0Vを出力し、インバータ22は選択電圧DINhnとして5Vを出力する。この結果、図8においてトランジスタ2nおよび2pからなるデータ制御スイッチ2がONとなり、列アドレスにより選択されたビット線BITjに5Vの書き込み電圧が供給される。
データ信号Dinhが“0”のときは、動作が逆になり、トランジスタ2nおよび2pからなるCMOSスイッチがOFFとされ、列アドレスが示すビット線BITjには書き込み電圧が供給されない。
読み出し時は、書き込み信号WEがLowレベルとなると同時に、レベルシフタLSとインバータ21および22の高電位側電源電圧VD5が3Vに切り替わる。書き込み信号WEがLowレベルであるので、データ信号Dinhによらず、インバータ21が出力する選択電圧DINhpは3V、インバータ22が出力する選択電圧DINhnは0Vとなり、データ制御スイッチ2は常にOFFとなる。
以上説明した回路を列デコーダに用いる場合は、上述したようにNANDゲート29をアドレス一致検出回路YDETに置き換える。この構成において、列アドレスの上位桁または下位桁が当該列デコーダに対応した値になると、アドレス一致検出回路YDETの出力信号YDECがLowレベルとなる。この結果、インバータ21は、例えばカラムスイッチ部33のCMOSスイッチのPチャネルトランジスタをONさせるLowレベルの列選択電圧COLApを出力し、インバータ22は、同カラムスイッチ部33のCMOSスイッチのNチャネルトランジスタをONさせるHighレベルの列選択電圧COLAnを出力する。
<第2実施形態>
図12はこの発明の第2実施形態である不揮発性メモリの一部である列選択のための回路の構成を示す回路図である。図12において、入力回路200は、図8における入力回路20と書き込み回路10の両方の機能を備えている。この入力回路200は、書き込み信号WEとデータ信号Dinhに基づいて、データ制御トランジスタ1のゲートに書き込み電圧DINhを発生させる。また、図12において、データ制御トランジスタ1は、図8におけるデータ制御トランジスタ1とデータ制御スイッチ2の機能を併せ持つ。他の構成は図8と同一なので、同じ符号を用いる。
次に本実施形態の動作を説明する。入力回路200は、書き込み信号WEがHighレベルとなる書き込み状態であり、かつ、データ信号DinhがHighレベルである場合に、書き込み電圧DINhを5V+Vthnとする。この結果、第1実施形態(図8)と同様、データ制御トランジスタ1がONとなり、データノードNAに書き込み電圧5Vが発生する。ここで、第1列デコーダ30−0〜30−qが第1カラムスイッチ部33内の1つのCMOSスイッチをONとし、第2列デコーダ40−0〜40−kの1つが第2カラムスイッチ部34内のq+1個のCMOSスイッチをONとし、列アドレスYADDが示す列のビット線BITjをデータノードNAに接続する。これにより列アドレスYADDが示す列のビット線BITjに5Vが出力される。
一方、データ信号DinhがLowレベルの場合は、書き込み電圧DINhは0Vとなるので、データノードNAはフローティング状態となる。このため、列アドレスYADDが示すビット線BITjには電圧が印加されず、不揮発性メモリセルにはデータが書き込まれない。
図13は本実施形態における入力回路200の具体的構成例を示す回路図である。この入力回路200が図10に示す入力回路20と異なるところは、ANDゲート15とNチャネルトランジスタ16が追加されている点である。
ANDゲート15は、書き込み信号WEとデータ信号Dinhの両方がHighレベルの場合に信号WENをHighレベルとし、そうでない場合に信号WENをLowレベルとする。NANDゲート14は、信号WENおよびコンパレータ13の出力信号の両方がHighレベルである場合にLowレベルを、そうでない場合にHighレベルを出力する。Nチャネルトランジスタ16は、チャージポンプ12が書き込み電圧DINhを出力するノードと低電位側電源VSSとの間に介挿されている。このNチャネルトランジスタ16のゲートには、信号WENの反転信号WENBが入力される。
この入力回路200では、書き込み時、書き込み信号WEがHighレベルとなり、データ信号DinhがHighレベルとなると、信号WENがHighレベル、信号WENBがLowレベルとなる。この状態において、ノードN11の電圧が基準電圧VREF=1.5Vよりも低く、NANDゲート14の出力信号がLowレベルとなると、チャージポンプ12が動作して書き込み電圧DINhを上昇させる。一方、ノードN11の電圧が基準電圧VREF=1.5Vよりも高く、NANDゲート14の出力信号がHighレベルとなると、チャージポンプ12が停止して書き込み電圧DINhを低下させる。このような動作により、書き込み電圧DINhが5V+Vthnに維持される。
一方、データ信号DinhがLowレベルのときは、信号WENがLowレベル、信号WENBがHighレベルとなる。このため、NANDゲート14の出力信号がHighレベルとなってチャージポンプ1の動作が止まると同時に、Nチャネルトランジスタ16がONとなる。この結果、書き込み電圧DINhは0Vとなる。このようにデータ信号Dinhに基づいて図12のデータ制御トランジスタ1のON/OFFが制御される。
本実施形態では、データ信号Dinhによりチャージポンプ12を直接制御するので、書き込み電圧DINhの波形が安定するのに時間を要する。また、チャージポンプ12を同時に書き込みを行うデータのビット数分だけ設ける必要があり、レイアウト面積が大きくなる。しかしながら、本実施形態は、上記第1実施形態における入力回路および書み込み回路が簡略化されており、不揮発性メモリの構成が簡素であると言う利点を有する。
<第3実施形態>
本実施形態では、上記第2実施形態における入力回路200(図12)を図14に示す入力回路に置き換える。図14において、NANDゲート210およびレベルシフタ220内のインバータ209には、高電位電源電圧VD3と低電位側電源電圧VS(0V)が与えられる。NANDゲート210は、書き込み信号WEおよびデータ信号Dinhの両方がHighレベルの場合にLowレベルを、それ以外の場合にHighレベルを出力する。
レベルシフタ220において、Pチャネルトランジスタ201および202は、電源電圧VPPが与えられる高電位側電源ノードに各々のソースが接続されている。そして、Pチャネルトランジスタ201および202は、各々のゲートに互いの相手のドレインが接続されている。
Pチャネルトランジスタ203および204は、いずれもドレインのLDD領域のみが広がった片側高耐圧構造のトランジスタである。Pチャネルトランジスタ203は、Pチャネルトランジスタ201のドレインとPチャネルトランジスタ202のゲートの共通接続ノードN1にソースが接続されている。また、Pチャネルトランジスタ204は、Pチャネルトランジスタ202のドレインとPチャネルトランジスタ201のゲートの共通接続ノードN2にソースが接続されている。そして、Pチャネルトランジスタ203および204の各ゲートにはバイアス電圧VBIAS2が与えられる。
Nチャネルトランジスタ205および206、インバータ209およびレベルシフタ220の前段のNANDゲート210は、NANDゲート210の出力信号に応じて、Pチャネルトランジスタ203または204の一方のドレインと低電位側電源ノード(VS=0V)との間に電流路を形成するスイッチ手段を構成している。さらに詳述すると次の通りである。
Nチャネルトランジスタ205および206は、いずれもドレインのLDD領域のみが広がった片側高耐圧構造のトランジスタであり、各々のドレインがPチャネルトランジスタ203および204の各ドレインに各々接続されている。また、Nチャネルトランジスタ205のソースはNANDゲート210の出力ノードN3に、Nチャネルトランジスタ206のソースはインバータ209の出力ノードN4に各々接続されている。そして、Nチャネルトランジスタ205および206の各ゲートにはバイアス電圧VBIAS3が与えられる。このバイアス電圧VBIAS3がゲートに与えられたNチャネルトランジスタ205および206は、各々のソースが接続されたノードN3およびN4の電圧が電源電圧VD3=3Vを越えないように規制する役割を果たす。
Pチャネルトランジスタ207は、そのソースおよびドレインがPチャネルトランジスタ201のソースおよびドレインに各々接続されている。また、Pチャネルトランジスタ208は、そのソースおよびドレインがPチャネルトランジスタ202のソースおよびドレインに各々接続されている。そして、Pチャネルトランジスタ207および208の各ゲートにはバイアス電圧VBIAS1が与えられる。このバイアス電圧VBIAS1は電圧VPPからPチャネルトランジスタ207および208の閾値電圧Vthpだけ低電位側電源電圧VSS=0V側にシフトした電圧である。
このバイアス電圧VBIAS1がゲートに与えられるPチャネルトランジスタ207および208には僅かなドレイン電流が流れる。図14に示す回路では、Pチャネルトランジスタ203および204を介してリーク電流が流れる場合にノードN1およびN2の電圧が降下する。Pチャネルトランジスタ207および208は、各々に流れる僅かなドレイン電流をノードN1およびN2に補充することにより、リーク電流に伴うノードN1およびN2の電圧降下を補償する役割を果たす。
バッファ230は、Pチャネルトランジスタ231およびNチャネルトランジスタ232により構成されている。これらのトランジスタ231および232は、いずれもドレインのLDD領域のみが広がった片側高耐圧構造のトランジスタである。そして、Pチャネルトランジスタ231は、ソースが高電位側電源VPPに接続され、ゲートがレベルシフタ220内のノードN1に接続されている。また、Nチャネルトランジスタ232は、ソースが低電位側電源VSSに接続され、ゲートがNANDゲート210の出力ノードN3に接続されている。そして、トランジスタ231および232は、ドレイン同士が共通接続されており、この共通接続ノードから図12におけるデータ制御トランジスタ1のゲートに書き込み電圧DINhを出力する。
以上が本実施形態による入力回路の構成である。
次に本実施形態の動作を説明する。書き込み動作時、レベルシフタ220およびバッファ230には、図14に示すように、電源電圧VPPとして、5Vに対してデータ制御トランジスタ1(図12参照)の閾値電圧Vthnを加えた電圧5V+Vthn≒7Vが与えられる。また、レベルシフタ220に対するバイアス電圧VBIAS1は、電源電圧VPPからPチャネルトランジスタ207および208の閾値電圧Vthpを減算した電圧VPP−Vthp=5Vとされる。また、バイアス電圧VBIAS2は3VからPチャネルトランジスタ203および204の閾値電圧Vthpを減算した電圧3V−Vthpとされる。また、バイアス電圧VBIAS3は3Vとされる。
この場合、Pチャネルトランジスタ203は、ノードN1の電圧が3Vよりも低くなろうとすると、ゲート−ソース間電圧が閾値電圧Vthpよりも小さくなってOFFとなる。また、Pチャネルトランジスタ204は、ノードN2の電圧が3Vよりも低くなろうとすると、ゲート−ソース間電圧が閾値電圧Vthpよりも小さくなってOFFとなる。このようにバイアス電圧VBIAS2がゲートに与えられたPチャネルトランジスタ203および204は、ノードN1およびN2の下限電圧を3Vにする役割を果たす。
データ信号Dinhが“1”(3V)になると、ノードN3が0V、ノードN4が3Vとなる。従って、バッファ230のNチャンネルトランジスタ232にはゲート電圧VGn=0Vが供給される。そして、ノードN3が0V、ノードN4が3Vとなることから、Nチャネルトランジスタ205がON、Nチャネルトランジスタ206がOFFとなり、Pチャネルトランジスタ203がON、Pチャネルトランジスタ204がOFFとなる。従って、ノードN1は3V、ノードN2はVPP(5V+Vthn≒7V)となる。従って、バッファ230のPチャネルトランジスタ231にゲート電圧VGp=3Vが供給される。この結果、バッファ230では、Pチャネルトランジスタ231がON、Nチャネルトランジスタ232がOFFとなり、書き込み電圧DINhがVPP(5V+Vthn≒7V)となる。
データ信号Dinhが“0”(0V)になると、ノードN3が3V、ノードN4が0Vとなる。従って、バッファ230のNチャンネルトランジスタ232にはゲート電圧VGn=3Vが供給される。そして、ノードN3が3V、ノードN4が0Vとなることから、Nチャネルトランジスタ205がOFF、Nチャネルトランジスタ206がONとなり、Pチャネルトランジスタ203がOFF、Pチャネルトランジスタ204がONとなる。従って、ノードN1は7V、ノードN2は3Vとなり、バッファ230のPチャネルトランジスタ231にゲート電圧VGp=VPP(5V+Vthn≒7V)が供給される。この結果、バッファ230では、Pチャネルトランジスタ231がOFF、Nチャネルトランジスタ232がONとなり、書き込み電圧DINhが0Vとなる。
このように本実施形態によれば、全てのトランジスタに印加されるゲート−基板間電圧VGBを5V以下にして、書き込み電圧DINhとして0Vおよび5V+Vthn(≒7V)を出力することができる。
なお、本実施形態では、リーク電流によりノードN1およびN2の電圧が低下するのを防止するため、定電流源として機能するトランジスタ207および208を設けた。しかし、定電流源として他の回路を利用してもよく、またリーク電流の制御が問題にならない範囲で、トランジスタ207および208の代わりに単なる抵抗を用いてもよい。
次に図15を参照し、本実施形態の読み出し時の動作を説明する。この図15には読み出し動作時における各部の電圧が示されている。図15に示すように、読み出し動作時は、レベルシフタ220およびバッファ230に対する電源電圧VPPが3Vとされ、バイアス電圧VBIAS2は0Vあるいは−Vthpとされる。そして、読み出し動作時は、書き込み信号WEがLowレベルとなるので、ノードN3が3V、ノードN4は0Vとなる。従って、バッファ230のNチャンネルトランジスタ232にはゲート電圧VGn=3Vが供給される。そして、ノードN3が3V、ノードN4が0Vとなることから、Nチャネルトランジスタ205がOFF、Nチャネルトランジスタ206がONとなり、Pチャネルトランジスタ203がOFF、Pチャネルトランジスタ204がONとなる。従って、ノードN1は3V、ノードN2は0Vとなり、バッファ230のPチャネルトランジスタ231にゲート電圧VGp=3Vが供給される。この結果、バッファ230では、Pチャネルトランジスタ231がOFF、Nチャネルトランジスタ232がONとなり、書き込み電圧DINhが0Vとなる。
図16は、図14に示すレベルシフタ220およびバッファ230に電源電圧VPP=5V+Vthnを安定して供給するためのレギュレータ回路250の構成を示す回路図である。図16において、チャージポンプ251は、8Vの電圧を出力する。このチャージポンプ251の出力電圧はコンパレータ252に電源電圧として供給されるとともに、Pチャネルトランジスタ253および255の各ソースに供給される。Nチャネルトランジスタ254は、ドレインのLDD層のみが拡張された片側高耐圧構造のトランジスタである。このNチャネルトランジスタ254のドレインおよびゲートは、Pチャネルトランジスタ253のドレインに接続されている。そして、Nチャネルトランジスタ254のソースと低電位側電源VSSとの間には抵抗R3およびR4が直列に介挿されている。この例では、5Vを抵抗R3およびR4により分圧した電圧が基準電圧VREF=1.5Vとなるように抵抗R3およびR4の抵抗比が定められている。コンパレータ252は、抵抗R3およびR4間のノードN12の電圧と基準電圧VREF=1.5Vとを比較し、比較結果に基づき、Pチャネルトランジスタ253および255に対するゲート電圧を制御する。ここで、Pチャネルトランジスタ255のドレイン電圧は、電源電圧VPPとして図14に示すレベルシフタ220およびバッファ230に供給される。
このような構成において、Nチャネルトランジスタ254のソース電圧が5Vより高く、ノードN12の電圧が基準電圧VREFより高い場合、コンパレータ252は、Pチャネルトランジスタ253および255に対するゲート電圧を上昇させ、Pチャネルトランジスタ253および255のON抵抗を増加させる。一方、Nチャネルトランジスタ254のソース電圧が5Vより低く、ノードN12の電圧が基準電圧VREFより低い場合、コンパレータ252は、Pチャネルトランジスタ253および255に対するゲート電圧を低下させ、Pチャネルトランジスタ253および255のON抵抗を減少させる。この負帰還制御が働くことにより、Nチャネルトランジスタ254のソースの電圧は5Vとなり、Nチャネルトランジスタ254のドレインおよびゲートの電圧は、この5Vに対してNチャネルトランジスタ254の閾値電圧Vthnを加えた電圧5V+Vthnとなる。そして、Pチャネルトランジスタ253および255は共通のゲート電圧が与えられるので、Pチャネルトランジスタ255のドレインから図14に示すレベルシフタ220およびバッファ230に対し、電源電圧VPP=5V+Vthnが供給される。
<第4実施形態>
図5および図6に示すフラッシュメモリは、消去(Erase)時に、ドレイン電圧VD、ソース電圧VS、Pwellの電圧を10Vにする必要がある。このとき、列デコーダは、全非選択とするが、カラムスイッチ部をCMOSスイッチにより構成しているため、これらのCMOSスイッチをOFFさせるために、設定を工夫する必要がある。
図17は、消去に対応した列デコーダ40の構成例を示す回路図である。図17には、図12における第2カラムスイッチ部34を構成するCMOSスイッチの中の1つのCMOSスイッチが例示されている。このCMOSスイッチは、Pチャネルトランジスタ4pおよびNチャネルトランジスタ4nにより構成されている。Pチャネルトランジスタ4pが形成されたNwellは高電位側電源電圧VCOLが与えられ、Nチャネルトランジスタ4nが形成されたPwellは低電位側電源電圧VSSが与えられている。図17に示す列デコーダは、このCMOSスイッチのON/OFF制御を行う。
列デコーダにおいて、アドレス一致検出回路52、インバータ53、レベルシフタ400内のインバータ51には高電位側電源電圧VD3と低電位側電源電圧VSSが与えられる。レベルシフタ400と、インバータ54および57には高電位側電源電圧VCOLと低電位側電源電圧VSSが与えられる。
インバータ53は、消去信号EEを論理反転して出力する。アドレス一致検出回路52には、列アドレスの下位桁と消去信号EEの反転信号EEBが入力される。消去時(EEB=“0”)、このアドレス一致検出回路52は、列アドレスと無関係にHighレベル(=VD3)を出力する。また、消去時以外(EEB=“1”)であり、かつ、列アドレスの下位桁が当該列デコーダに対応付けられた値を示すとき、アドレス一致検出回路52は、Lowレベル(=VSS)を出力する。
レベルシフタ400において、Pチャネルトランジスタ41および42は、電源電圧VCOLが与えられる高電位側電源ノードに各々のソースが接続されている。そして、Pチャネルトランジスタ41および42は、各々のゲートに互いの相手のドレインが接続されている。
Pチャネルトランジスタ43および44は、いずれもドレインのLDD領域のみが広がった片側高耐圧構造のトランジスタである。Pチャネルトランジスタ43は、Pチャネルトランジスタ41のドレインとPチャネルトランジスタ42のゲートの共通接続ノードN1にソースが接続されている。また、Pチャネルトランジスタ44は、Pチャネルトランジスタ42のドレインとPチャネルトランジスタ41のゲートの共通接続ノードN2にソースが接続されている。そして、Pチャネルトランジスタ43および44の各ゲートにはバイアス電圧VBIAS2が与えられる。
また、Pチャネルトランジスタ43のソースにはNチャネルトランジスタ49のドレインが、Pチャネルトランジスタ43のドレインにはNチャネルトランジスタ49のソースが接続されている。さらにPチャネルトランジスタ44のソースにはNチャネルトランジスタ50のドレインが、Pチャネルトランジスタ44のドレインにはNチャネルトランジスタ50のソースが接続されている。これらのNチャネルトランジスタ49および50は、いずれもドレインのLDD領域のみが広がった片側高耐圧構造のトランジスタである。そして、Nチャネルトランジスタ49および50の各ゲートは、インバータ53の出力ノードN5に接続されている。
Nチャネルトランジスタ45および46、インバータ51およびレベルシフタ400の前段のアドレス一致検出回路52は、アドレス一致検出回路52の出力信号に応じて、Pチャネルトランジスタ43または44の一方のドレインと低電位側電源ノード(VSS=0V)との間に電流路を形成するスイッチ手段を構成している。さらに詳述すると次の通りである。
Nチャネルトランジスタ45および46は、いずれもドレインのLDD領域のみが広がった片側高耐圧構造のトランジスタであり、各々のドレインがPチャネルトランジスタ43および44の各ドレインに各々接続されている。また、Nチャネルトランジスタ45のソースはアドレス一致検出回路52の出力ノードN3に、Nチャネルトランジスタ46のソースはインバータ51の出力ノードN4に各々接続されている。そして、Nチャネルトランジスタ45および46の各ゲートには電源電圧VD3が与えられる。この電源電圧VD3がゲートに与えられたNチャネルトランジスタ45および46は、各々のソースが接続されたノードN3およびN4の電圧が電源電圧VD3を越えないように規制する役割を果たす。
Pチャネルトランジスタ47は、そのソースおよびドレインがPチャネルトランジスタ41のソースおよびドレインに各々接続されている。また、Pチャネルトランジスタ48は、そのソースおよびドレインがPチャネルトランジスタ42のソースおよびドレインに各々接続されている。そして、Pチャネルトランジスタ47および48の各ゲートにはバイアス電圧VBIAS1が与えられる。このバイアス電圧VBIAS1は電圧VCOLからPチャネルトランジスタ47および48の閾値電圧Vthpだけ低電位側電源電圧VSS=0V側にシフトした電圧である。
このバイアス電圧VBIAS1がゲートに与えられるPチャネルトランジスタ47および48は、上記第3実施形態のPチャネルトランジスタ207および208と同様、各々に流れる僅かなドレイン電流をノードN1およびN2に補充することにより、リーク電流に伴うノードN1およびN2の電圧降下を補償する役割を果たす。
インバータ54は、Pチャネルトランジスタ55およびNチャネルトランジスタ56により構成されている。これらのトランジスタ55および56は、いずれもドレインのLDD領域のみが広がった片側高耐圧構造のトランジスタである。そして、Pチャネルトランジスタ55は、ソースが高電位側電源VCOLに接続され、ゲートがレベルシフタ400内のノードN2に接続されている。また、Nチャネルトランジスタ56は、ソースが低電位側電源VSSに接続され、ゲートがレベルシフタ400内のノードN4に接続されている。そして、トランジスタ55および56は、ドレイン同士が共通接続されており、この共通接続ノードが列選択線COLBpを介してPチャネルトランジスタ4pのゲートに列選択電圧を出力する。
一方、インバータ57は、Pチャネルトランジスタ58およびNチャネルトランジスタ59により構成されている。これらのトランジスタ58および59は、いずれもドレインのLDD領域のみが広がった片側高耐圧構造のトランジスタである。そして、Pチャネルトランジスタ58は、ソースが高電位側電源VCOLに接続され、ゲートがレベルシフタ400内のノードN1に接続されている。また、Nチャネルトランジスタ59は、ソースが低電位側電源VSSに接続され、ゲートがレベルシフタ400内のノードN3に接続されている。そして、トランジスタ58および59は、ドレイン同士が共通接続されており、この共通接続ノードが列選択線COLBnを介してNチャネルトランジスタ4nのゲートに列選択電圧を出力する。
次に本実施形態の消去時の動作を説明する。消去時(Erase)には、レベルシフタ400、インバータ54および57に対する電源電圧VCOLは、消去電圧(Pウェル電圧)の10Vとされる。また、消去信号EEがHighレベルとなるため、ノードN5がLowレベル(=VSS=0V)となり、Nチャネルトランジスタ49および50がOFFとなる。
また、アドレス一致検出回路52に対する入力信号EEB(消去信号EEの反転信号)がLowレベルとなるので、アドレス一致検出回路52の出力ノードN3は、列アドレスYADDの如何に依らずHighレベル(=VD3=3V)となる。この結果、Nチャネルトランジスタ45、Pチャネルトランジスタ43がOFFし、Nチャネルトランジスタ45のドレインのノードN6およびレベルシフタ400の出力ノードN1が10Vとなる。
一方、インバータ51の出力ノードN4はLowレベル(=VSS=0V)となるため、Nチャネルトランジスタ46はONとなり、Nチャネルトランジスタ46のドレインのノードN7はLowレベル(=0V)となる。しかし、バイアス電圧VBIAS2が5V−Vthpとなっているので、レベルシフタ400の出力ノードN2のレベルはバイアス電圧VBIAS2により定まる下限値5Vとなる。
インバータ54は、Pチャネルトランジスタ55のゲート電圧が5V、Nチャネルトランジスタ56のゲート電圧が0Vとなるので、列選択線COLBpに10Vを出力する。また、インバータ57は、Pチャネルトランジスタ58のゲート電圧が10V、Nチャネルトランジスタ59のゲート電圧が3V(VD3)となるので、列選択線COLBnに0Vを出力する。この結果、列選択線COLBpに接続された全てのPチャネルトランジスタ4p、列選択線COLBnに接続された全てのNチャネルトランジスタ4nがOFFとなる。
以上が消去時の動作である。本実施形態によれば、消去時にビット線BITjが10Vとなっても、トランジスタ55、56、58、59、4p、4nのゲートとWell間の電界を全て破壊電圧以下にすることができ、ゲート酸化膜の厚いゲート高耐圧トランジスタを採用せずに、不揮発性メモリを高電圧動作させることができる。
なお、Pチャネルトランジスタ41、42、47、48、43、44のNWellは、すべて最高電圧VCOLの電源に接続しても良いし、自身のソースに接続しても良い。自身のソースに接続すれば、バックバイアスの影響を受けないメリットがある反面、各トランジスタのNWellを独立に設ける必要があり、所要面積が大きくなる。
図18は、図17に示す回路の書き込み時(Program)における各部の動作電圧を示すものである。図18において、書き込み時は電源電圧VCOLが5Vとされる。また、消去信号EEがLowレベルとなるので、ノードN5が3Vとなり、Nチャネルトランジスタ49および50がONとなり、ノードN1およびN6間とノードN2およびN7間がショートする。
また、信号EEBがHighレベルとなるので、列アドレスYADDが当該列デコーダに対応付けられた値を示す場合、アドレス一致検出回路52の出力ノードN3が0V、インバータ51の出力ノードN4が3Vとなり、レベルシフタ400の出力ノードN1が0V、出力ノードN2が5Vとなる。このため、インバータ54は、列選択線COLBpに0Vを出力し、インバータ57は列選択線COLBnに5Vを出力する。この結果、列選択線COLBpに接続された全てのPチャネルトランジスタ4pと列選択線COLBnに接続された全てのNチャネルトランジスタ4nがONとなる。このときデータノードNAが書き込み電圧5Vに設定されていると、選択されたビット線BITjには5Vが出力される。
一方、列アドレスYADDが当該列デコーダに対応付けられた値を示さない場合、アドレス一致検出回路52の出力ノードN3が3V、インバータ51の出力ノードN4が0Vとなり、レベルシフタ400の出力ノードN1が5V、出力ノードN2が0Vとなる。このため、インバータ54は、列選択線COLBpに5Vを出力し、インバータ57は列選択線COLBnに0Vを出力する。この結果、列選択線COLBpに接続された全てのPチャネルトランジスタ4pと列選択線COLBnに接続された全てのNチャネルトランジスタ4nがOFFとなる。
図19は、図17に示す回路の読み出し時(Read)における各部の動作電圧を示すものである。図19に示すように、読み出し時は、電源電圧VCOLが3Vとなり、全ての電源電圧が3Vとなる。列デコーダの選択時の動作、非選択時の動作は図18と同様である。また、読み出し時、ビット線BITjには0.6Vの電圧が与えられる。
<各実施形態の効果>
次に図20に示す比較例との比較を行いつつこの発明の各実施形態の効果を説明する。例えば、図20に示すように、書き込み用の電源電圧VPPを5Vにして、Pチャネルトランジスタ1pおよびNチャネルトランジスタ1nからなるCMOSスイッチを介してデータノードNAに与えるようにすれば、原理的には全てのトランジスタを低電界トランジスタに置き換えることが可能である。しかし、この場合の電源電圧VPP=5Vをチップ内部で生成するためには、チャージポンプとレギュレータにより電源を構成する必要があり、瞬時電流に対する応答速度の問題が出てくる。
図21は図20の回路を用いた場合の好ましくない動作波形の例を示すものである。この例では、書き込み時に、データ信号DINnhがHighレベルとなって書き込み状態になると、同時に、列アドレスに対応した列デコーダにより、列選択ゲートがONとされ、選択された列アドレスに対応したビット線BITjに書き込み電圧(5V)が印加される。図21(a)は、データ信号DINnhおよび列選択線COLAの信号波形である。この例では列選択線COLA0およびCOLA1が順に選択されている。図21(b)は、電源電圧VPPとデータノードNAの電圧波形を示している。データノードNAから列アドレスが示すビット線BITjまでの経路上の列選択ゲートがONとなってビット線BITjに電圧が印加され、メモリセルに電流が流れると、電源電圧VPPを生成するレギュレータの応答速度が遅いので、図21(b)に示すように、一旦、電源電圧VPPが5V以下の電圧にドロップし、その後、徐々に復帰する。場合によっては、列選択ゲートがOFFするときに、レギュレータの特性により、一瞬高い電圧が電源電圧VPPに発生することもある。従って、図21(c)に示すように、ビット線BITjの電圧波形は、本来の理想的な波形よりかなり鈍った波形となり、書き込み特性が劣化する問題が生じる。
これに対し、例えば第1実施形態(図8)の回路を採用した場合の動作波形は図22に示すものとなる。第1実施形態によれば、データノードNAから列アドレスが示すビット線BITjまでの経路上の列選択ゲートがONになると、図21と同様に、急激に電流が流れるため、図22(b)のように、電源電圧VPP(8V)は、一旦電圧降下を起こす。しかし、この電源電圧VPPの降下は、書き込み回路で設定した5Vより高い範囲内での電圧降下なので、データノードNAの電圧には影響なく、データノードNAは常に5Vを維持する。従って、図22(c)に示すように、ビット線BIT0、BIT1には、本来の理想的な電圧波形が発生する。
以上、第1実施形態を例に比較例と比較した効果を説明したが、第2〜第4実施形態においても同様な効果が得られる。
<他の実施形態>
この発明には以上説明した第1〜第4実施形態の他にも実施形態が考えられる。例えば上記各実施形態では、電圧の集中する箇所に片側高耐圧構造のトランジスタを使用したが、両側高耐圧構造のトランジスタを使用してもよい。