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特許7393913半導体メモリ装置及びこれを含むメモリシステム
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-11-29
(45)【発行日】2023-12-07
(54)【発明の名称】半導体メモリ装置及びこれを含むメモリシステム
(51)【国際特許分類】
   G11C 16/30 20060101AFI20231130BHJP
   G05F 1/56 20060101ALI20231130BHJP
   G11C 5/02 20060101ALI20231130BHJP
   G11C 5/14 20060101ALI20231130BHJP
【FI】
G11C16/30
G05F1/56 310E
G05F1/56 310V
G11C5/02 100
G11C5/14 500
【請求項の数】 19
(21)【出願番号】P 2019192616
(22)【出願日】2019-10-23
(65)【公開番号】P2020135916
(43)【公開日】2020-08-31
【審査請求日】2022-07-26
(31)【優先権主張番号】10-2019-0020933
(32)【優先日】2019-02-22
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(73)【特許権者】
【識別番号】390019839
【氏名又は名称】三星電子株式会社
【氏名又は名称原語表記】Samsung Electronics Co.,Ltd.
【住所又は居所原語表記】129,Samsung-ro,Yeongtong-gu,Suwon-si,Gyeonggi-do,Republic of Korea
(74)【代理人】
【識別番号】110000051
【氏名又は名称】弁理士法人共生国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】羅 榮 浩
(72)【発明者】
【氏名】閔 泳 善
(72)【発明者】
【氏名】邊 大 錫
【審査官】後藤 彰
(56)【参考文献】
【文献】特開2014-134862(JP,A)
【文献】特開2009-026445(JP,A)
【文献】米国特許出願公開第2019/0006012(US,A1)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
G11C 16/30
G11C 5/02
G11C 5/14
G05F 1/56
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
半導体メモリ装置であって、
外部電源電圧を受信する外部電源電圧端子と、
外部接地電圧を受信する外部接地電圧端子と、
前記外部接地電圧端子に隣接して配置され、前記外部接地電圧と内部接地電圧ノードの内部接地電圧との間の差を検出して、接地電圧ノイズ基準電圧を発生する接地電圧ノイズ検出器と、
前記外部電源電圧及び前記接地電圧ノイズ基準電圧に基づいて、内部電源電圧基準電圧を発生する内部電源電圧基準電圧発生器と、
前記内部電源電圧基準電圧に基づいて、内部電源電圧を発生する内部電源電圧ドライバと、を有することを特徴とする半導体メモリ装置。
【請求項2】
前記内部接地電圧ノードは、前記外部接地電圧端子から離れたところ、又は内部動作時に比較的大量の電流が消費されるところ、の少なくともいずれか一つに隣接して配置されることを特徴とする請求項1に記載の半導体メモリ装置。
【請求項3】
前記半導体メモリ装置は、同じ動作又は異なる動作を独立して実行する複数のプレーン(plane)を更に有し、
前記内部接地電圧ノードは、前記各プレーンの対応する周辺回路領域に配置され、
前記内部電源電圧基準電圧発生器は、
グローバル周辺回路領域の前記外部電源電圧端子に隣接して配置され、前記外部電源電圧に基づいて、グローバル基準電圧を発生するグローバル基準電圧発生器と、
前記各プレーンの対応する周辺回路領域に配置され、前記グローバル基準電圧及び対応する接地電圧ノイズ基準電圧に基づいて、対応するローカル基準電圧を発生するローカル基準電圧発生器と、を含み、
前記内部電源電圧ドライバは、前記各プレーンの対応する周辺回路領域に配置され、前記対応するローカル基準電圧に基づいて、対応する内部電源電圧を発生すことを特徴とする請求項1に記載の半導体メモリ装置。
【請求項4】
前記グローバル周辺回路領域は、前記プレーンの前記周辺回路領域に隣接して配置され、
前記内部接地電圧ノードは、前記外部接地電圧端子から離れたところ、又は内部動作時に比較的大量の電流が消費されるところ、の少なくともいずれか一つに隣接して配置されることを特徴とする請求項に記載の半導体メモリ装置。
【請求項5】
前記接地電圧ノイズ検出器は、前記グローバル周辺回路領域内の前記外部接地電圧端子に隣接して配置され、前記外部接地電圧と前記各プレーンの対応する内部接地電圧ノードにおける対応する内部接地電圧との間の差を検出して、対応する接地電圧ノイズ基準電圧を発生することを特徴とする請求項に記載の半導体メモリ装置。
【請求項6】
前記接地電圧ノイズ検出器は、
第1制御信号に応答して、プリチャージノードにプリチャージ電圧を送信するスイッチと、
前記プリチャージノードと対応する内部接地電圧との間に接続され、前記対応する内部電源電圧の変化を前記プリチャージ電圧に反映するキャパシタと、
前記プリチャージノードの電圧及び前記対応する接地電圧ノイズ基準電圧に基づいて、前記プリチャージノードの電圧の変化が反映され、前記対応する接地電圧ノイズ基準電圧を発生する接地電圧ノイズ基準電圧発生器と、を含むことを特徴とする請求項に記載の半導体メモリ装置。
【請求項7】
前記ローカル基準電圧発生器は、
前記グローバル基準電圧と前記対応するローカル基準電圧との間の差に基づいて、第1サブ駆動電圧を発生する第1差動増幅器と、
前記プリチャージ電圧と前記対応する接地電圧ノイズ基準電圧との間の差に基づいて、第2サブ駆動電圧を発生する第2差動増幅器と、
第1サブ駆動電圧及び第2サブ駆動電圧に基づいて発生する駆動電圧に基づいて、前記対応するローカル基準電圧を発生するドライバと、を含むことを特徴とする請求項に記載の半導体メモリ装置。
【請求項8】
前記第1差動増幅器は、
前記外部電源電圧と第1ノード及び第2ノードとの間に接続された電流ミラーと、
第3ノードと前記外部接地電圧との間に接続され、バイアス電圧に応答して、第1定電流を発生する第1定電流源と、
前記第1ノード及び第2ノードのそれぞれと前記第3ノードとの間に接続され、前記グローバル基準電圧と前記ローカル基準電圧との差を感知して、前記第1サブ駆動電圧を発生する第1差動感知部と、を含み、
前記第2差動増幅器は、
前記電流ミラーと、
第4ノードと前記外部接地電圧との間に接続され、前記バイアス電圧に応答して、第2定電流を発生する第2定電流源と、
前記第1ノード及び第2ノードのそれぞれと前記第4ノードとの間に接続され、前記接地電圧ノイズ基準電圧と前記プリチャージ電圧との差を感知して、前記第2サブ駆動電圧を発生する第2差動感知部と、を含むことを特徴とする請求項に記載の半導体メモリ装置。
【請求項9】
前記第2定電流源は、第2制御信号に応答して、前記第1定電流よりも小さい前記第2定電流を発生することを特徴とする請求項に記載の半導体メモリ装置。
【請求項10】
半導体メモリ装置であって、
複数のプレーン(plane)と、
前記各プレーンの対応する周辺回路領域に配置された内部接地電圧ノードと、
前記各プレーンの対応する周辺回路領域に隣接して配置されたグローバル周辺回路領域に配置され、外部電源電圧を受信する外部電源電圧端子と、
前記グローバル周辺回路領域に配置され、外部接地電圧を受信する外部接地電圧端子と、
前記グローバル周辺回路領域の前記外部接地電圧端子に隣接して配置され、前記外部接地電圧と前記各プレーンの対応する内部接地電圧ノードにおける内部接地電圧との間の差を検出して、対応する接地電圧ノイズ基準電圧を発生する接地電圧ノイズ検出器と、
前記グローバル周辺回路領域の前記外部電源電圧端子に隣接して配置され、前記外部電源電圧に基づいて、グローバル基準電圧を発生するグローバル基準電圧発生器と、
前記各プレーンの対応する周辺回路領域に配置され、前記グローバル基準電圧及び前記対応する接地電圧ノイズ基準電圧に基づいて、ローカル基準電圧を発生するローカル基準電圧発生器と、
前記各プレーンの対応する周辺回路領域に配置され、対応するローカル基準電圧に基づいて、対応する内部電源電圧を発生する複数の内部電源電圧ドライバと、を有することを特徴とする半導体メモリ装置。
【請求項11】
前記半導体メモリ装置は、フラッシュメモリであり、
前記プレーンのそれぞれは、
メモリセルアレイ領域に配置され、複数個のブロックを含むメモリセルアレイと、
前記対応する周辺回路領域に配置され、ローアドレスをデコードして、前記複数個のブロックの内の1つを選択し、前記選択されたブロック内の複数個のワードラインの内の1つを選択するローデコーダと、
前記対応する周辺回路領域に配置され、カラムアドレスをデコードして、前記選択されたブロック内の複数個のビットラインの内の1つを選択するページバッファデコーダと、
前記対応する周辺回路領域に配置され、対応するメモリセルアレイの選択されたメモリセルに格納されるデータ、又は前記選択されたメモリセルから出力されるデータをバッファするページバッファと、
前記対応する周辺回路領域に配置され、外部から印加されるコマンド及びアドレスを受信して、コマンド信号、前記ローアドレス、並びに前記カラムアドレスを発生する対応するコマンド及びアドレス発生部と、
前記対応する周辺回路領域に配置され、前記コマンド信号に応答して、対応するコマンドを示す制御信号を発生する制御部と、を含み、
前記複数個のブロックのそれぞれは、
複数個のビットラインのそれぞれと共通ソースラインとの間に直列に接続されたストリング選択トランジスタと、
複数個のフローティングゲートトランジスタと、
接地選択トランジスタと、を含み、
前記ストリング選択トランジスタのゲートがストリング選択ラインに接続され、前記複数個のフローティングゲートトランジスタのゲートが複数個のワードラインのそれぞれに接続され、前記接地選択トランジスタのゲートが接地選択ラインに接続されることを特徴とする請求項10に記載の半導体メモリ装置。
【請求項12】
前記プレーンのそれぞれの前記対応する内部接地電圧ノードは、前記ページバッファが配置される領域内の前記外部接地電圧端子から離れたところに配置されることを特徴とする請求項11に記載の半導体メモリ装置。
【請求項13】
前記プレーンのそれぞれの対応するローカル基準電圧発生器は、前記ローデコーダが配置される領域、又は前記ローデコーダが配置される領域に隣接する領域内の前記ページバッファデコーダが配置される領域に隣接して配置されることを特徴とする請求項11に記載の半導体メモリ装置。
【請求項14】
前記プレーンのそれぞれの前記内部電源電圧ドライバは、前記ページバッファデコーダが配置される領域内の互いに異なる位置のそれぞれに配置されることを特徴とする請求項13に記載の半導体メモリ装置。
【請求項15】
前記接地電圧ノイズ検出器は、
第1制御信号に応答して、プリチャージノードにプリチャージ電圧を送信するスイッチと、
前記プリチャージノードと対応する内部接地電圧との間に接続され、前記プリチャージ電圧に前記対応する内部電源電圧の変化を反映するキャパシタと、
前記プリチャージノードの電圧及び前記対応する接地電圧ノイズ基準電圧に基づいて、前記プリチャージノードの電圧の変化を反映する前記対応する接地電圧ノイズ基準電圧を発生する接地電圧ノイズ基準電圧発生器と、を含み、
前記制御部は、前記第1制御信号を発生することを特徴とする請求項11に記載の半導体メモリ装置。
【請求項16】
前記ローカル基準電圧発生器は、
前記グローバル基準電圧と前記対応するローカル基準電圧との間の差に基づいて、第1サブ駆動電圧を発生する第1差動増幅器と、
前記プリチャージ電圧と前記対応する接地電圧ノイズ基準電圧との間の差に基づいて、第2サブ駆動電圧を発生する第2差動増幅器と、
第1サブ駆動電圧及び第2サブ駆動電圧に基づいて発生する駆動電圧に基づいて、前記対応するローカル基準電圧を発生するドライバと、を含むことを特徴とする請求項15に記載の半導体メモリ装置。
【請求項17】
前記第1差動増幅器は、
前記外部電源電圧と第1ノード及び第2ノードとの間に接続された電流ミラーと、
第3ノードと前記外部接地電圧との間に接続され、バイアス電圧に応答して、第1定電流を発生する第1定電流源と、
前記第1ノード及び第2ノードのそれぞれと前記第3ノードとの間に接続され、前記グローバル基準電圧と前記ローカル基準電圧との差を感知して、前記第1サブ駆動電圧を発生する第1差動感知部と、を含み、
前記第2差動増幅器は、
前記電流ミラーと、
第4ノードと前記外部接地電圧との間に接続され、前記バイアス電圧に応答して、第2定電流を発生する第2定電流源と、
前記第1ノード及び第2ノードのそれぞれと前記第4ノードとの間に接続され、前記対応する接地電圧ノイズ基準電圧と前記プリチャージ電圧との差を感知して、前記第2サブ駆動電圧を発生する第2差動感知部と、を含むことを特徴とする請求項16に記載の半導体メモリ装置。
【請求項18】
前記第2定電流源は、第2制御信号に応答して、前記第2定電流が前記第1定電流よりも小さくなるように制御され、
前記制御部は、前記第2制御信号を発生することを特徴とする請求項17に記載の半導体メモリ装置。
【請求項19】
複数のプレーンを含む半導体メモリ装置と、
前記プレーンに少なくとも1つの制御信号をそれぞれ印加し、前記制御信号に応答して、前記プレーンにアドレス又はコマンドの少なくともいずれか一つを送信するか、前記制御信号に応答して、前記プレーンにデータを出力するか、又は前記プレーンからデータを入力するメモリ制御部と、を有し、
前記半導体メモリ装置は、
前記複数のプレーンと、
前記各プレーンの対応する周辺回路領域に配置された内部接地電圧ノードと、
前記各プレーンの対応する周辺回路領域に隣接して配置されたグローバル周辺回路領域に配置され、外部電源電圧を受信する外部電源電圧端子と、
前記グローバル周辺回路領域に配置され、外部接地電圧を受信する外部接地電圧端子と、
前記グローバル周辺回路領域の前記外部接地電圧端子に隣接して配置され、前記外部接地電圧と前記各プレーンの対応する内部接地電圧ノードにおける内部接地電圧との間の差を検出して、対応する接地電圧ノイズ基準電圧を発生する接地電圧ノイズ検出器と、
前記グローバル周辺回路領域の前記外部電源電圧端子に隣接して配置され、前記外部電源電圧に基づいて、グローバル基準電圧を発生するグローバル基準電圧発生器と、
前記各プレーンの対応する周辺回路領域に配置され、前記グローバル基準電圧及び前記対応する接地電圧ノイズ基準電圧に基づいて、ローカル基準電圧を発生するローカル基準電圧発生器と、
前記各プレーンの対応する周辺回路領域に配置され、前記ローカル基準電圧を用いて対応する内部電源電圧を発生する内部電源電圧ドライバと、を含むことを特徴とするメモリシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、半導体メモリ装置及びこれを含むメモリシステムに関し、特に、接地電圧ノイズによる内部電源電圧と内部接地電圧との間のマージンを補償する半導体メモリ装置及びこれを含むメモリシステムに関する。
【背景技術】
【0002】
メモリシステムは、半導体メモリ装置及びメモリ制御部を含む。
半導体メモリ装置は、外部から印加された外部電源電圧及び接地電圧に基づいて内部電源電圧を発生する内部電源電圧発生器を含む。
【0003】
半導体メモリ装置の動作中に大量の電流が使用される場合、内部電源電圧ドライバを介して大量の電流が流れることになり、そのため、内部接地電圧ノードのレベルが外部接地電圧のレベルに落ちることなく上昇する接地電圧ノイズが発生するという問題がある。
また、内部接地電圧ノードのレベルが上昇することにより、内部電源電圧と内部接地電圧との間のマージンが減るという問題がある。
これらは、半導体メモリ装置の動作に悪影響を与える。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明は上記従来の半導体メモリ装置における問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、接地電圧ノイズによる内部電源電圧と内部接地電圧との間のマージンを補償する半導体メモリ装置及びこれを備えるメモリシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0005】
上記目的を達成するためになされた本発明による半導体メモリ装置は、外部電源電圧を受信する外部電源電圧端子と、外部接地電圧を受信する外部接地電圧端子と、前記外部接地電圧と内部接地電圧ノードの内部接地電圧との間の差を検出して、接地電圧ノイズ基準電圧を発生する接地電圧ノイズ検出器と、前記外部電源電圧及び前記接地電圧ノイズ基準電圧に基づいて、内部電源電圧基準電圧を発生する内部電源電圧基準電圧発生器と、前記内部電源電圧基準電圧に基づいて、内部電源電圧を発生する内部電源電圧ドライバと、を有することを特徴とする。
【0006】
また、上記目的を達成するためになされた本発明による半導体メモリ装置は、複数のプレーン(plane)と、前記各プレーンの対応する周辺回路領域に配置される内部接地電圧ノードと、前記各プレーンの対応する周辺回路領域に隣接して配置されたグローバル周辺回路領域に配置され、外部電源電圧を受信する外部電源電圧端子と、前記グローバル周辺回路領域に配置され、外部接地電圧を受信する外部接地電圧端子と、前記グローバル周辺回路領域の前記外部接地電圧端子に隣接して配置され、前記外部接地電圧と前記各プレーンの対応する内部接地電圧ノードにおける内部接地電圧との間の差を検出して、対応する接地電圧ノイズ基準電圧を発生する接地電圧ノイズ検出器と、前記グローバル周辺回路領域の前記外部電源電圧端子に隣接して配置され、前記外部電源電圧に基づいて、グローバル基準電圧を発生するグローバル基準電圧発生器と、前記各プレーンの対応する前記周辺回路領域に配置され、前記グローバル基準電圧及び前記対応する接地電圧ノイズ基準電圧に基づいて、ローカル基準電圧を発生するローカル基準電圧発生器と、前記各プレーンの対応する前記周辺回路領域に配置され、前記対応するローカル基準電圧に基づいて、対応する内部電源電圧を発生する複数の内部電源電圧ドライバと、を有することを特徴とする。
【0007】
上記目的を達成するためになされた本発明によるメモリシステムは、複数のプレーンを含む半導体メモリ装置と、前記プレーンに少なくとも1つの制御信号をそれぞれ印加し、前記制御信号に応答して、前記プレーンにアドレス又はコマンドの少なくともいずれか一つを送信するか、前記制御信号に応答して、前記プレーンにデータを出力するか、又は前記プレーンからデータを入力するメモリ制御部と、を有し、前記半導体メモリ装置は、前記複数のプレーンと、前記各プレーンの対応する周辺回路領域に配置された内部接地電圧ノードと、前記プレーンの周辺回路領域に隣接して配置されたグローバル周辺回路領域に配置され、外部電源電圧を受信する外部電源電圧端子と、前記グローバル周辺回路領域に配置され、外部接地電圧を受信する外部接地電圧端子と、前記グローバル周辺回路領域の前記外部接地電圧端子に隣接して配置され、前記外部接地電圧と前記各プレーンの対応する内部接地電圧ノードにおける内部接地電圧との間の差を検出して、対応する接地電圧ノイズ基準電圧を発生する接地電圧ノイズ検出器と、前記グローバル周辺回路領域の前記外部電源電圧端子に隣接して配置され、前記外部電源電圧に基づいて、グローバル基準電圧を発生するグローバル基準電圧発生器と、前記各プレーンの対応する周辺回路領域に配置され、前記グローバル基準電圧及び前記対応する接地電圧ノイズ基準電圧に基づいて、ローカル基準電圧を発生するローカル基準電圧発生器と、前記各プレーンの対応する周辺回路領域に配置され、前記ローカル基準電圧を用いて対応する内部電源電圧を発生する内部電源電圧ドライバと、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【0008】
本発明に係る半導体メモリ装置及びこれを含むメモリシステムによれば、接地電圧ノイズによる内部電源電圧と内部接地電圧との間のマージンを補償するという効果がある。
これにより、半導体メモリ装置及びメモリシステムの動作の信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【0009】
図1】本発明の実施形態による半導体メモリ装置の概略構成配置を示す垂直断面図である。
図2】本発明の実施形態によるメモリセルアレイ領域のそれぞれに配置されるメモリセルアレイを示すブロック図である。
図3】本発明の実施形態によるブロックのそれぞれの例示的構成を示す回路図である。
図4】本発明の実施形態による第1半導体層の概略構成配置を示す図である。
図5】本発明の実施形態によるプレーンで互いに同一の又は異なる動作が実行される場合の内部接地電圧の変化によるローカル基準電圧の変化を説明するための図である。
図6】本発明の実施形態によるグローバル基準電圧発生器の概略構成を示す回路図である。
図7】本発明の実施形態による接地電圧ノイズ検出器の概略構成を示す回路図である。
図8】本発明の実施形態によるローカル基準電圧発生器の概略構成を示す回路図である。
図9】本発明の実施形態による接地電圧ノイズ補償部の概略構成を示す回路図である。
図10】本発明の実施形態による接地電圧ノイズ補償部の詳細構成を示す回路図である。
図11】本発明の実施形態による内部電源電圧ドライバの概略構成を示す回路図である。
図12】本発明の実施形態によるメモリシステムの概略構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
次に、本発明に係る半導体メモリ装置及びこれを含むメモリシステムを実施するための形態の具体例を図面を参照しながら説明する。
【0011】
本発明の実施形態において、半導体メモリ装置は、グローバル基準電圧GVREFが発生する外部電源電圧EVCC、及び内部接地電圧IVSSが発生する外部接地電圧EVSSに接続される。
半導体メモリ装置は、グローバル基準電圧GVREF及び内部接地電圧IVSSが印加される周辺回路領域(PERIA、PERIB)などの集合を含む。
グローバル基準電圧GVREFと内部接地電圧IVSSとの間の差は、内部電源電圧マージンΔIVCであって、トランジスタを介して流れる電流、又はキャパシタに格納された電荷のような、周辺回路領域の構成要素の電気的な特性に影響を与える。
【0012】
一部の状況において、各周辺回路領域に印加される内部接地電圧が変わる。
例えば、周辺回路領域と接地電圧基準発生器との間の距離の変化、及び/又は互いに異なる動作の性能のため、各周辺回路領域により流れる電流の変化が、各周辺回路領域に印加される内部接地電圧に影響を与える。
図5に示すように、内部接地電圧の変化は、周辺回路領域が他の周辺回路領域と異なる内部電源電圧マージン(ΔIVCA、ΔIVCB)などを受信するようにする。
このような内部電源電圧マージンの変化は、他の周辺回路領域の電気的な特性及び/又は性能に好ましくない変化をもたらす。
【0013】
本発明の実施形態において、内部接地電圧の変化の結果として、内部電源電圧マージンの差を防止又は減少する。
例えば、図4において、接地電圧検出器GNDNDは、各周辺回路領域の内部接地電圧(IVSSA、IVSSB)などを受信して、接地電圧ノイズ基準電圧(VNREFA、VNREFB)などを発生する。
図5に示すように、各周辺回路領域は、周辺回路領域のためのローカル基準電圧(LVREFA、LVREFB)などを発生するために、グローバル基準電圧GVREFに接地電圧ノイズ基準電圧(VNREFA、VNREFB)などを加えることが可能であり、ローカル基準電圧(LVREFA、LVREFB)などと、内部接地電圧(IVSSA、IVSSB)などとの間の差は、調節された内部電源電圧マージン(ΔIVCA’、ΔIVCB’)などである。
このような構成は、各周辺回路領域のローカル基準電圧と内部接地電圧との間の差(例えば、「LVREFA-IVSSA」)として図5にも示した、各周辺回路領域の調節された内部電源電圧マージンと接地電圧ノイズ基準電圧との和(例えば、「ΔIVCA’+VNREFA」)の周辺回路領域間の一貫性を改善する。
このような一貫性は、結果的に、周辺回路領域の一貫した電気的特性及び/又は性能を改善し、各周辺回路領域の内部接地電圧(IVSSA、IVSSB)などの変化の影響を減少させる。
【0014】
図1は、本発明の実施形態による半導体メモリ装置の概略構成配置を示す垂直断面図である。
図1を参照すると、半導体メモリ装置100は、水平方向に配置された4つのプレーン(10-2、10-4、10-6、10-8)を含み、垂直方向に積層され配置された第1半導体層12、及び第2半導体層14を含む。
【0015】
4つのプレーン(10-2、10-4、10-6、10-8)のそれぞれは、第1半導体層12に配置された対応する周辺回路領域(PERIA、PERIB、PERIC、又はPERID)、及び第2半導体層14に配置された対応するメモリセルアレイ領域(MCAA、MCAB、MCAC、又はMCAD)を含む。
4つのプレーン(10-2、10-4、10-6、10-8)のそれぞれは、対応する周辺回路領域(PERIA、PERIB、PERIC、又はPERID)の上部に配置された対応するメモリセルアレイ領域(MCAA、MCAB、MCAC、又はMCAD)を含む。
対応する周辺回路領域(PERIA、PERIB、PERIC、又はPERID)に対応するプレーン(10-2、10-4、10-6、又は10-8)の周辺回路が配置され、対応するメモリセルアレイ領域(MCAA、MCAB、MCAC、又はMCAD)に対応するプレーンのメモリセルアレイが配置される。
【0016】
図1に示す半導体メモリ装置は、フラッシュメモリの概略構成を示す垂直断面図でもある。
【0017】
図2は、本発明の実施形態によるメモリセルアレイ領域(MCAA、MCAB、MCAC、MCAD)のそれぞれに配置されるメモリセルアレイを示すブロック図である。
メモリセルアレイ領域(MCAA、MCAB、MCAC、MCAD)のそれぞれにn個のブロック(BLK1~BLKn)を含むメモリセルアレイが配置される。
図2を参照すると、n個のブロック(BLK1~BLKn)のそれぞれは、x個のページ(page)で構成され、1個のページはy個のワード(word)で構成される。
例えば、nは2048であり、xは64であり、yは1024である。
【0018】
図3は、本発明の実施形態によるブロック(BLK1~BLKn)のそれぞれの例示的構成を示す回路図である。
n個のブロック(BLK1~BLKn)のそれぞれは、y個のビットライン(BL1~Bly)のそれぞれと共通ソースラインCSLとの間に並列に接続されたm個のストリング(S1~Sm)を含む。
【0019】
m個のストリング(S1~Sm)のそれぞれは、直列に接続されたストリング選択トランジスタSSTと、x個のフローティングゲートトランジスタ(FGT1~FGTx)と、接地選択トランジスタGSTと、を含む。
m個のストリング(S1~Sm)のm個のストリング選択トランジスタSSTのゲートは、ストリング選択ラインSSLに共通に接続され、m個のストリング(S1~Sm)の対応するm個のフローティングゲートトランジスタ(FGT1、FGT2、...)、又はFGTxのゲートは、対応するワードライン(WL1、WL2、...~)、又はWLxに接続され、m個の接地選択トランジスタGSTのゲートは、接地選択ラインGSLに共通に接続される。
【0020】
図3に示すブロックは、NANDフラッシュメモリのメモリセルアレイのブロックの構成でもある。
図1図3に示す半導体メモリ装置(フラッシュメモリ)は、公知のNANDフラッシュメモリの動作に基づいて、プログラム動作、リード動作、又は消去動作を実行する。
【0021】
図4は、本発明の実施形態による第1半導体層12の概略構成配置を示す図である。
第1半導体層12は、4つの周辺回路領域(PERIA、PERIB、PERIC、PERID)、及びグローバル周辺回路領域PERIEを含む。
グローバル周辺回路領域PERIEは、4つの周辺回路領域(PERIA、PERIB、PERIC、PERID)の下方に隣接して配置される。
【0022】
図4を参照して第1半導体層12の配置を説明する。
グローバル周辺回路領域PERIEの中央に、外部電源電圧パッドEVCCP、外部接地電圧パッドEVSSP、グローバル基準電圧発生器GVREFG、及び接地電圧ノイズ検出器GNDNDが配置される。
外部電源電圧パッドEVCCPは、外部電源電圧端子(例えば、パッド又はボール)に隣接して配置され、外部接地電圧パッドEVSSPは、外部接地電圧端子に隣接して配置される。
【0023】
4つの各周辺回路領域(PERIA、PERIB、PERIC、PERID)のそれぞれの上部と下部にローデコーダが配置される第1ローデコーダ領域RD1及び第2ローデコーダ領域RD2が配置される。
第1ローデコーダ領域RD1と第2ローデコーダ領域RD2との間にページバッファデコーダが配置される領域PBD、ページバッファが配置される領域PB、制御部が配置される領域CONG、並びにコマンド及びアドレス発生部が配置される領域CAGが配置される。
【0024】
ページバッファデコーダが配置される領域PBDは左側に配置され、ページバッファが配置される領域PBは中央に配置され、制御部が配置される領域CONGとコマンド及びアドレス発生部が配置される領域CAGは右側の上下に配置される。
ページバッファデコーダが配置される領域PBDの下方の第2ローデコーダが配置される第2ローデコーダ領域RD2(又は図に示すものとは異なり、第2ローデコーダが配置される領域RD2に隣接する領域)に対応するローカル基準電圧発生器(LVREFGA、LVREFGB、LVREFGC、又はLVREFGD)が配置され、ページバッファデコーダが配置される領域PBDに複数個の対応するローカル内部電源電圧ドライバLIVCDが一列に配置される。
ページバッファが配置される領域PBの特定の位置に内部接地電圧ノードIVSSNが配置される。
内部接地電圧ノードIVSSNは、外部接地電圧パッド(端子)EVSSPから離れたところに(例えば、臨界距離を越えて)配置されるか、(例えば、動作時に)大量の電流が消費される少なくとも1つの位置に配置される。
【0025】
図に示してはいないが、フラッシュメモリの動作に必要な様々な電圧を発生する回路が、周辺回路領域にさらに配置され得る。
【0026】
図4に示すブロックのそれぞれの機能について説明する。
グローバル基準電圧発生器GVREFGは、外部電源電圧EVCCのレベルを変換して、グローバル基準電圧GVREFを発生する。
例えば、グローバル基準電圧発生器GVREFGは、外部電源電圧EVCC(例えば、2.7V~3.5V)を下降させ、グローバル基準電圧GVREF(例えば、2V)を発生する。
【0027】
接地電圧ノイズ検出器GNDNDは、外部接地電圧EVSSと、4つの周辺回路領域(PERIA、PERIB、PERIC、PERID)の内部接地電圧ノードIVSSNにおける内部接地電圧(IVSSA、IVSSB、IVSSC、IVSSD)との間の電圧差を検出して、接地電圧ノイズ基準電圧(VNREFA、VNREFB、VNREFC、VNREFD)を発生する。
即ち、接地電圧ノイズ検出器GNDNDは、対応する周辺回路領域(PERIA、PERIB、PERIC、及びPERID)のために、対応するプレーン(10-2、10-4、10-6、又は10-8)のプログラム動作、リード動作、又は消去動作の際に起こる対応するプレーン(10-2、10-4、10-6、又は10-8)の接地電圧ノイズを検出して、接地電圧ノイズ基準電圧(VNREFA、VNREFB、VNREFC、VNREFD)を発生する。
【0028】
図4で、内部接地電圧(IVSSA、IVSSB、IVSSC、IVSSD)が共通ノードで結合されることを示しているが、内部接地電圧(IVSSA、IVSSB、IVSSC、IVSSD)は、接地電圧ノイズ検出器GNDNDに別途印加される。
他の実施形態において、図4に示すものとは異なり、内部接地電圧(IVSSA、IVSSB、IVSSC、IVSSD)が共通ノードで結合され、及び/又は1つの内部接地電圧として発生し、及び/又は接地電圧ノイズ検出器GNDNDが外部接地電圧EVSSと1つの内部接地電圧との間の電圧差を検出して、1つの接地電圧ノイズ基準電圧を発生する。
【0029】
周辺回路領域(PERIA、PERIB、PERIC、又はPERID)に対応するローカル基準電圧発生器(LVREFGA、LVREFGB、LVREFGC、又はLVREFGD)は、グローバル基準電圧GVREFと対応する接地電圧ノイズ基準電圧(VNREFA、VNREFB、VNREFC、又はVNREFD)に基づいて、対応するローカル基準電圧(LVREFA、LVREFB、LVREFC、又はLVREFD)を発生する。
しかし、図に示すものとは異なり、周辺回路領域(PERIA、PERIB、PERIC、PERID)のローカル基準電圧発生器(LVREFGA、LVREFGB、LVREFGC、LVREFGD)は、グローバル基準電圧GVREFと互いに同一又は類似の接地電圧ノイズ基準電圧に基づいて、ローカル基準電圧LVREFを発生する。
【0030】
周辺回路領域(PERIA、PERIB、PERIC、又はPERID)の複数の対応する内部電源電圧ドライバLIVCDは、対応するローカル基準電圧(LVREFA、LVREFB、LVREFC、又はLVREFD)に基づいて、対応する内部電源電圧(IVCA、IVCB、IVCC、又はIVCD)を発生する。
しかし、図に示すものとは異なり、周辺回路領域(PERIA、PERIB、PERIC、PERID)の内部電源電圧ドライバLIVCDは、同一又は類似のローカル基準電圧に基づいて、同一又は類似の内部基準電圧を発生することもできる。
内部電源電圧ドライバLIVCDの個数は、実施形態において可変する。
【0031】
周辺回路領域(PERIA、PERIB、PERIC、又はPERID)の第1ローデコーダ領域RD1及び第2ローデコーダ領域RD2に配置された第1及び第2ローデコーダ(図示せず)は、ローアドレス(図示せず)をデコードして、n個のブロック(BLK1~BLKn)の内の1つを選択し、選択されたブロック内のx個のワードライン(WL1~WLx)の内の1つを選択する。
即ち、第1及び第2ローデコーダは、1つのページを選択する。
【0032】
周辺回路領域(PERIA、PERIB、PERIC、又はPERID)の領域PBDに配置されるページバッファデコーダ(図示せず)は、カラムアドレス(図示せず)をデコードして、y個のビットライン(BL1~Bly)の内の1つを選択する。
周辺回路領域(PERIA、PERIB、PERIC、又はPERID)の領域PBに配置されるページバッファ(図示せず)は、対応するメモリセルアレイ領域(MCAA、MCAB、MCAC、又はMCAD)のメモリセルアレイの選択されたメモリセルにデータを格納するか、又は選択されたメモリセルから出力されるデータをバッファする。
【0033】
周辺回路領域(PERIA、PERIB、PERIC又はPERID)の対応するコマンド及びアドレス発生部が配置される領域CAGに配置されるコマンド及びアドレス発生部(図示せず)は、外部から印加されるコマンド及びアドレスを受信して、コマンド信号(図示せず)、ローアドレス(図示せず)、及びカラムアドレス(図示せず)を発生する。
周辺回路領域(PERIA、PERIB、PERIC、PERID)のコマンド及びアドレス発生部が配置される領域CAGに配置されるコマンド及びアドレス発生部(図示せず)は、外部から独立して印加され、互いに同一の又は異なるコマンド及びアドレスを受信する。
【0034】
周辺回路領域(PERIA、PERIB、PERIC、又はPERID)の対応する制御部が配置される領域CONGに配置される制御部(図示せず)は、コマンド信号(図示せず)に応答して、対応するコマンドを実行するために必要な制御信号を発生する。
周辺回路領域(PERIA、PERIB、PERIC、PERID)の制御部(図示せず)が配置される領域CONGは、互いに同一の又は異なるコマンド信号(図示せず)に応答して、互いに同一又は異なる制御信号を発生する。
【0035】
図に示してはいないが、外部接地電圧パッド(端子)EVSSPから印加される外部接地電圧EVSSは、ローカル基準電圧発生器(LVREFGA、LVREFGB、LVREFGC、LVREFGD)、及び内部電源電圧ドライバLIVCDに印加される。
例えば、外部接地電圧EVSSは、外部接地電圧パッド(端子)EVSSPに接続されたメタルラインを介して、ローカル基準電圧発生器(LVREFGA、LVREFGB、LVREFGC、LVREFGD)、及び内部電源電圧ドライバLIVCDに印加される。
メタルラインは、図1に示す第1半導体層12の内、第2半導体層14の内、第1半導体層12と第2半導体層14との間、第1半導体層12の下部、又は第2半導体層14の上部にメッシュ状に配置される。
【0036】
図1図4に示すように、フラッシュメモリを含む一実施形態において、プレーン(10-2、10-4、10-6、10-8)は、互いに同一の又は異なる動作を独立して実行する。
これにより、プレーン(10-2、10-4、10-6、10-8)に起こる接地電圧ノイズが異なる場合がある。
この場合、図4に示す接地電圧ノイズ検出器GNDND、及び対応するローカル基準電圧発生器(LVREFGA、LVREFGB、LVREFGC、又はLVREFGD)が、プレーン(10-2、10-4、10-6、10-8)のそれぞれに起こる対応する接地電圧ノイズを検出して、検出された対応する接地電圧ノイズを対応するローカル基準電圧(LVREFA、LVREFB、LVREFC、又はLVREFD)に補償して、対応するローカル内部電源電圧(IVCA、IVCB、IVCC、IVCD)を発生する。
プレーンの個数は、一部の実施形態で変更することができ、例えば、プレーンの個数は、2、4、6、又は他の数として選択、及び/又は予め決定され得る。
【0037】
図5は、本発明の実施形態によるプレーン(10-2、10-4、10-6、10-8)で、互いに同一の又は異なる動作を実行する場合、内部接地電圧(IVSSA、IVSSB、IVSSC、IVSSD)の変化によるローカル基準電圧(LVREFA、LVREFB、LVREFC、LVREFD)の変化を説明するための図である。
図5は、プレーン(10-2)でリードコマンドに応答して、リード動作が実行され、プレーン(10-4)でプログラムコマンドに応答して、プログラム動作が実行され、プレーン(10-6)で消去コマンドに応答して、消去動作が実行され、プレーン(10-8)でリードコマンドに応答して、リード動作が実行される場合、プレーン(10-2、10-4、10-6、10-8)の内部接地電圧ノードIVSSNから発生する内部接地電圧(IVSSA、IVSSB、IVSSC、IVSSD)の変化によるローカル基準電圧(LVREFA、LVREFB、LVREFC、LVREFD)の変化を示す図である。
【0038】
図5を参照すると、プレーン(10-2、10-4、10-6、10-8)のそれぞれの内部接地電圧ノードIVSSNから、互いに異なる内部接地電圧(IVSSA、IVSSB、IVSSC、IVSSD)が発生する。
即ち、理想的には、内部接地電圧ノードIVSSNから外部接地電圧EVSSと同じ内部接地電圧IVSSが発生しなければならないが、実質的には互いに異なる内部接地電圧(IVSSA、IVSSB、IVSSC、IVSSD)が発生する。
グローバル基準電圧発生器GVREFGは、一定のグローバル基準電圧GVREFを発生する。
各プレーン(10-2、10-4、10-6、10-8)の内部電源電圧マージンは、それぞれΔIVCA’、ΔIVCB’、ΔIVCC’、ΔIVCD’になるように補償される。
【0039】
この場合、図4に示す接地電圧ノイズ検出器GNDNDが、プレーン(10-2、10-4、10-6、10-8)で発生する接地電圧ノイズを検出して、接地電圧ノイズ基準電圧(VNREFA、VNREFB、VNREFC、VNREFD)を発生する。
また、図4に示す対応するプレーン(10-2、10-4、10-6、又は10-8)の対応するローカル基準電圧発生器(LVREFGA、LVREFGB、LVREFGC、LVREFGD)は、グローバル基準電圧GVREFに対応する接地電圧ノイズ基準電圧(VNREFA、VNREFB、VNREFC、又はVNREFD)を加えて、対応するローカル基準電圧(LVREFA、LVREFB、LVREFC、又はLVREFD)を発生する。
これにより、各プレーン(10-2、10-4、10-6、10-8)の内部電源電圧マ-ジンが、それぞれΔIVCA、ΔIVCB、ΔIVCC、ΔIVCDとして補償される。
即ち、目標とする同じ内部電源電圧マージンを有する。
【0040】
図6は、本発明の実施形態によるグローバル基準電圧発生器GVREFGの概略構成を示す回路図である。
グローバル基準電圧発生器GVREFGは、基準電圧発生器(12-2)と、第1差動増幅器OP1と、第1NMOSトランジスタN1と、第1抵抗R1と、を含む。
図6を参照すると、基準電圧発生器(12-2)は、外部電源電圧EVCCと外部接地電圧EVSSとの間に接続され、外部電源電圧EVCCと外部接地電圧EVSSとの間の基準電圧Vrefを発生する。
基準電圧発生器(12-2)は、バンドギャップリファレンス(Band Gap Reference)回路である。
【0041】
第1差動増幅器OP1は、基準電圧Vrefとグローバル基準電圧GVREFとの間の差に基づいて、第1駆動電圧D1を発生する。
例えば、第1差動増幅器OP1は、グローバル基準電圧GVREFが基準電圧Vrefよりも低い場合、グローバル基準電圧GVREFと基準電圧Vrefとの間の差に比例して、第1駆動電圧D1を上昇させ、グローバル基準電圧GVREFが基準電圧Vrefよりも高い場合、グローバル基準電圧GVREFと基準電圧Vrefとの間の差に比例して、第1駆動電圧D1を下降させる。
【0042】
第1NMOSトランジスタN1は、第1駆動電圧D1に応答して、外部電源電圧EVCCを駆動し、グローバル基準電圧GVREFを発生する。
第1NMOSトランジスタN1は、第1駆動電圧D1が上昇すると、グローバル基準電圧GVREFを上昇させ、第1駆動電圧D1が下降すると、グローバル基準電圧GVREFを下降させる。
図6に示すグローバル基準電圧発生器GVREFGは、グローバル基準電圧GVREFが基準電圧Vrefと同一になるように動作する。
【0043】
図7は、本発明の実施形態による接地電圧ノイズ検出器GNDNDの概略構成を示す回路図である。
接地電圧ノイズ検出器GNDNDは、プリチャージ電圧発生器(12-4)と、4つのサブ接地電圧ノイズ検出器(GNDNDA、GNDNDB、GNDNDC、GNDNDD)と、を含む。
4つのサブ接地電圧ノイズ検出器(GNDNDA、GNDNDB、GNDNDC、GNDNDD)のそれぞれは、スイッチSWと、第1キャパシタC1と、第2差動増幅器OP2と、第2NMOSトランジスタN2と、第2抵抗R2と、を含む。
【0044】
図7を参照すると、プリチャージ電圧発生器(12-4)は、外部電源電圧EVCCと外部接地電圧EVSSとの間に接続され、外部電源電圧EVCCと外部接地電圧EVSSとの間にプリチャージ電圧Vpreを発生する。
プリチャージ電圧Vpreは、基準電圧Vrefよりも低いレベルである。
例えば、外部電源電圧EVCCが2.7V~3.5Vである場合、基準電圧Vrefは2.0Vであり、プリチャージ電圧Vpreは1.2Vである。
【0045】
4つのサブ接地電圧ノイズ検出器(GNDNDA、GNDNDB、GNDNDC、GNDNDD)のそれぞれのスイッチSWは、第1制御信号con1に応答してオンになり、プリチャージ電圧Vpreを第1ノードn1に送信する。
第1制御信号con1は、図4に示すプレーン(10-2、10-4、10-6、10-8)のそれぞれの領域CONGに配置された制御部(図示せず)によって発生する。
即ち、制御部(図示せず)は、コマンド信号に応答して、第1制御信号con1を発生する。
【0046】
4つのサブ接地電圧ノイズ検出器(GNDNDA、GNDNDB、GNDNDC、GNDNDD)のそれぞれの第1キャパシタC1は、プリチャージ電圧Vpreで充電され、対応する内部接地電圧(IVSSA、IVSSB、IVSSC、又はIVSSD)のレベルの変化によって、第1ノードn1のレベルを変化させる。
即ち、対応する内部接地電圧(IVSSA、IVSSB、IVSSC、又はIVSSD)のレベルが増加すると、第1ノードn1のプリチャージ電圧Vpreからレベルが増加し、対応する内部接地電圧(IVSSA、IVSSB、IVSSC、又はIVSSD)のレベルが減少すると、第1ノードn1のプリチャージ電圧Vpreからレベルが減少する。
【0047】
4つのサブ接地電圧ノイズ検出器(GNDNDA、GNDNDB、GNDNDC、GNDNDD)のそれぞれの第2差動増幅器OP2は、第1ノードn1の電圧と、対応する接地電圧ノイズ基準電圧(VNREFA、VNREFB、VNREFC、又はVNREFD)との差に基づいて、対応する第2駆動電圧D2を発生する。
例えば、第2差動増幅器OP2は、対応する接地電圧ノイズ基準電圧(VNREFA、VNREFB、VNREFC、又はVNREFD)が第1ノードn1の電圧よりも低い場合、対応する接地電圧ノイズ基準電圧(VNREFA、VNREFB、VNREFC、又はVNREFD)と第1ノードn1との電圧の差に比例して、第2駆動電圧D2を上昇させ、対応する接地電圧ノイズ基準電圧(VNREFA、VNREFB、VNREFC、又はVNREFD)が第1ノードn1の電圧よりも高い場合、対応する接地電圧ノイズ基準電圧(VNREFA、VNREFB、VNREFC、又はVNREFD)と第1ノードn1との電圧の差に比例して、第2駆動電圧D2を下降させる。
【0048】
4つのサブ接地電圧ノイズ検出器(GNDNDA、GNDNDB、GNDNDC、GNDNDD)のそれぞれの第2NMOSトランジスタN2は、対応する第2駆動電圧D2に応答して、外部電源電圧EVCCを駆動し、対応する接地電圧ノイズ基準電圧(VNREFA、VNREFB、VNREFC、又はVNREFD)を発生する。
第2NMOSトランジスタN2は、第2駆動電圧D2が上昇すると、対応する接地電圧ノイズ基準電圧(VNREFA、VNREFB、VNREFC、又はVNREFD)を上昇させ、第2駆動電圧D2が下降すると、対応する接地電圧ノイズ基準電圧(VNREFA、VNREFB、VNREFC、又はVNREFD)を下降させる。
【0049】
図7に示す接地電圧ノイズ検出器GNDNDは、対応する内部接地電圧(IVSSA、IVSSB、IVSSC、又はIVSSD)のレベルが増加すると、プリチャージ電圧Vpreに対応する内部接地電圧(IVSSA、IVSSB、IVSSC、又はIVSSD)の増加したレベルを追加して、対応する接地電圧ノイズ基準電圧(VNREFA、VNREFB、VNREFC、又はVNREFD)を発生する。
【0050】
図8は、本発明の実施形態によるローカル基準電圧発生器(LVREFGA、LVREFGB、LVREFGC、LVREFGD)の概略構成を示す回路図である。
ローカル基準電圧発生器(LVREFGA、LVREFGB、LVREFGC、LVREFGD)のそれぞれは、接地電圧ノイズ補償部’12-6)と、第3NMOSトランジスタN3と、第3抵抗R3と、を含む。
【0051】
図8を参照すると、ローカル基準電圧発生器(LVREFGA、LVREFGB、LVREFGC、LVREFGD)のそれぞれの接地電圧ノイズ補償部(12-6)は、グローバル基準電圧GVREF、対応するローカル基準電圧(LVREFA、LVREFB、LVREFC、又はLVREFD)、プリチャージ電圧Vpre、及び対応する接地電圧ノイズ基準電圧(VNREFA、VNREFB、VNREFC、又はVNREFD)に基づいて、第3駆動電圧D3を発生する。
即ち、接地電圧ノイズ補償部(12-6)は、グローバル基準電圧GVREFと、対応するローカル基準電圧(LVREFA、LVREFB、LVREFC、又はLVREFD)との間の差、及びプリチャージ電圧Vpreと、対応する接地電圧ノイズ基準電圧(VNREFA、VNREFB、VNREFC、又はVNREFD)との間の差に基づいて、第3駆動電圧D3を発生する。
【0052】
ローカル基準電圧発生器(LVREFGA、LVREFGB、LVREFGC、LVREFGD)のそれぞれの第3NMOSトランジスタN3は、対応する第3駆動電圧D3に応答して、外部電源電圧EVCCを駆動し、対応するローカル基準電圧(LVREFA、LVREFB、LVREFC、又はLVREFD)を発生する。
第3NMOSトランジスタN3は、対応する第3駆動電圧D3が上昇すると、対応するローカル基準電圧(LVREFA、LVREFB、LVREFC、又はLVREFD)を上昇させ、第3駆動電圧D3が下降すると、対応するローカル基準電圧(LVREFA、LVREFB、LVREFC、又はLVREFD)を下降させる。
【0053】
図8に示すローカル基準電圧発生器(LVREFGA、LVREFGB、LVREFGC、LVREFGD)のそれぞれは、グローバル基準電圧GVREFと、対応するローカル基準電圧(LVREFA、LVREFB、LVREFC、又はLVREFD)との間の差、及びプリチャージ電圧Vpreと、対応する接地電圧ノイズ基準電圧(VNREFA、VNREFB、VNREFC、又はVNREFD)との間の差に基づいて、第3駆動電圧D3を発生し、第3駆動電圧D3に応答して、対応する接地電圧ノイズ基準電圧(VNREFA、VNREFB、VNREFC、又はVNREFD)を補償し、対応するローカル基準電圧(LVREFA、LVREFB、LVREFC、又はLVREFD)を発生する。
【0054】
図9は、本発明の実施形態による接地電圧ノイズ補償部(12-6)の概略構成を示す回路図である。
接地電圧ノイズ補償部(12-6)は、第3差動増幅器OP3及び第4差動増幅器OP4と、ミキサーMと、を含む。
【0055】
図9を参照すると、第3差動増幅器OP3は、グローバル基準電圧GVREFと第2ノードn2のローカル基準電圧LVREFAとの間の差に基づいて、第1サブ駆動電圧d1を発生する。
第3差動増幅器OP3は、ローカル基準電圧LVREFAがグローバル基準電圧GVREFよりも低い場合、グローバル基準電圧GVREFとローカル基準電圧LVREFAとの差に比例して、第1サブ駆動電圧d1を上昇させ、ローカル基準電圧LVREFAがグローバル基準電圧GVREFよりも高い場合、グローバル基準電圧GVREFとローカル基準電圧LVREFAとの差に比例して、第1サブ駆動電圧d1を下降させる。
【0056】
第4差動増幅器OP4は、接地電圧ノイズ基準電圧VNREFAとプリチャージ電圧Vpreとの間の差に基づいて、第2サブ駆動電圧d2を発生する。
第4差動増幅器OP4は、接地電圧ノイズ基準電圧VNREFAがプリチャージ電圧Vpreよりも低い場合、接地電圧ノイズ基準電圧VNREFAとプリチャージ電圧Vpreとの差に比例して、第2サブ駆動電圧d2を減少させ、接地電圧ノイズ基準電圧VNREFAがプリチャージ電圧Vpreよりも高い場合、接地電圧ノイズ基準電圧VNREFAとプリチャージ電圧Vpreとの差に比例して、第2サブ駆動電圧d2を上昇させる。
【0057】
ミキサーMは、第1サブ駆動電圧d1と第2サブ駆動電圧d2とを混合して(例えば、加えて)、第3駆動電圧D3を発生する。
図9は、ローカル基準電圧発生器LVREFGAの接地電圧ノイズ補償部(12-6)を示し、図に示していないローカル基準電圧発生器(LVREFGB、LVREFGC、LVREFGD)のそれぞれの接地電圧ノイズ補償部(12-6)は、図9と同一の構成を有する。
【0058】
図10は、本発明の実施形態による接地電圧ノイズ補償部(12-6)の詳細構成を示す回路図である。
接地電圧ノイズ補償部(12-6)は、バイアス電圧発生器BVGと、第3差動増幅器OP3及び第4差動増幅器OP4と、を含む。
【0059】
図10に示す回路の構成を説明する。
バイアス電圧発生器BVGは、外部電源電圧EVCCと外部接地電圧EVSSとの間に接続されたバイアス電流Ibias源と、第4NMOSトランジスタN4と、を含む。
バイアス電圧発生器BVGは、バイアス電流Ibiasに基づいてバイアス電圧Vbiasを発生する。
【0060】
第3差動増幅器OP3は、外部電源電圧EVCCと外部接地電圧EVSSとの間に直列に接続された第1電流ミラーCM1と、第1差動感知部AMP1と、第1定電流源Iref1と、を含む。
第1電流ミラーCM1は、外部電源電圧EVCCと、第4ノードn4及び第5ノードn5との間に並列に接続された第1PMOSトランジスタP1及び第2PMOSトランジスタP2を含む。
第1差動感知部AMP1は、第4ノードn4及び第5ノードn5と第6ノードn6との間に並列に接続された第5NMOSトランジスタN5及び第6NMOSトランジスタN6を含む。
第5NMOSトランジスタN5及び第6NMOSトランジスタN6のゲートにグローバル基準電圧GVREF及びローカル基準電圧LVREFAがそれぞれ印加される。
【0061】
第1定電流源Iref1は、第6ノードn6と外部接地電圧EVSSとの間に並列に接続された第7NMOSトランジスタ(N7-1~N7-4)を含む。
第4NMOSトランジスタN4及び第7NMOSトランジスタ(N7-1~N7-4)は、第2電流ミラーCM2を構成する。
【0062】
第4差動増幅器OP4は、外部電源電圧EVCCと外部接地電圧EVSSとの間に直列に接続された第1電流ミラーCM1と、第2差動感知部AMP2と、第2定電流源Iref2と、を含む。
第2差動感知部AMP2は、第4ノードn4及び第5ノードn5と、第7ノードn7との間に並列に接続された第8NMOSトランジスタN8及び第9NMOSトランジスタN9を含む。
第8NMOSトランジスタN8及び第9NMOSトランジスタN9のゲートに接地電圧ノイズ基準電圧VNREFA及びプリチャージ電圧Vpreがそれぞれ印加される。
【0063】
第2定電流源Iref2は、第7ノードn7と外部接地電圧EVSSとの間に並列に接続された、2つの直列に接続された第10NMOSトランジスタ(N10-1~N10-4)及び第11NMOSトランジスタ(N11-1~N11-4)を含む。
NMOSトランジスタN4と第10NMOSトランジスタ(N10-1~N10-4)及び第11NMOSトランジスタ(N11-1~N11-4)は、第3電流ミラーCM3を構成する。
図10に示す回路は、ギルバートセルミキサ(Gilbert Cell Mixer)の構成を有する。
【0064】
図10に示す構成のそれぞれの動作について説明する。
第1電流ミラーCM1は、第1電流I1をミラーリングして、第2電流I2を発生する。
第2電流ミラーCM2は、バイアス電流Ibiasをミラーリングして、第1定電流源Iref1の第1定電流を発生する。
【0065】
第1差動感知部AMP1は、グローバル基準電圧GVREFとローカル基準電圧LVREFAとの間の差を感知して、第1電流I1及び第2電流I2を発生する。
グローバル基準電圧GVREFとローカル基準電圧LVREFAとの間の差が大きい場合、即ち、ローカル基準電圧LVREFAの方がグローバル基準電圧GVREFよりも大幅に小さい場合、第1電流I1の方が第2電流I2よりも大幅に大きくなる。
つまり、第1サブ駆動電圧d1のレベルが大幅に上昇する。
一方、グローバル基準電圧GVREFとローカル基準電圧LVREFAとの間の差が小さい場合、即ち、ローカル基準電圧LVREFAの方がグローバル基準電圧GVREFよりも僅かに小さい場合、第1電流I1の方が第2電流I2よりも僅かに大きくなる。
つまり、第1サブ駆動電圧d1のレベルが僅かに上昇する。
【0066】
第3電流ミラーCM3は、バイアス電流Ibiasをミラーリングして、第2定電流源Iref2の第2定電流を発生する。
第3電流ミラーCM3は、第2制御信号con2に応答してオンになる第11NMOSトランジスタ(N11-1~N11-4)の個数を調節することにより、接地電圧ノイズの補償量を調節する。
例えば、第2定電流源Iref2の第2定電流を発生する第10NMOSトランジスタN(10-1~N10-4)の個数、及び第11NMOSトランジスタ(N11-1~N11-4)の個数が、第1定電流源Iref1の第1定電流を発生する第7NMOSトランジスタ(N7-1~N7-4)の個数よりも少なく構成するほど、接地電圧ノイズの補償量が減少し、多く構成するほど、接地電圧ノイズの補償量が増加する。
第2制御信号con2は、図4に示すプレーン(10-2、10-4、10-6、10-8)のそれぞれの領域CONGに配置された制御部(図示せず)によって発生する。
即ち、制御部(図示せず)は、コマンド信号に応答して、4ビットのデジタルデータで構成された第2制御信号con2を発生する。
【0067】
第2差動感知部AMP2は、接地電圧ノイズ基準電圧VNREFAとプリチャージ電圧Vpreとの間の差を感知して、第3電流I3及び第4電流I4を発生する。
接地電圧ノイズ基準電圧VNREFAとプリチャージ電圧Vpreとの間の差が大きい場合、即ち、接地電圧ノイズ基準電圧VNREFAの方がプリチャージ電圧Vpreよりも大幅に大きい場合、第3電流I3の方が第4電流I4よりも大幅に大きくなる。
つまり、第2サブ駆動電圧d2のレベルが大幅に上昇する。
一方、接地電圧ノイズ基準電圧VNREFAの方がプリチャージ電圧Vpreよりも僅かに大きい場合、第3電流I3の方が第4電流I4よりも僅かに大きくなる。
つまり、第2サブ駆動電圧d2のレベルが僅かに上昇する。
【0068】
第3差動増幅器OP3によって第4ノードn4に第1サブ駆動電圧d1が発生し、第4差動増幅器OP4によって第4ノードn4に第2サブ駆動電圧d2が発生する場合、第1サブ駆動電圧d1は第4ノードn4で第2サブ駆動電圧d2に加算され、第3駆動電圧D3が発生する。
【0069】
図10に示す接地電圧ノイズ補償部(12-6)の動作を以下に示す数式1~数式4で説明する。
【数1】
【0070】
ここで、gm1、gm2、gm3は、それぞれ第5NMOSトランジスタN5、第6NMOSトランジスタN6、第8NMOSトランジスタN8の相互コンダクタンスを示し、Vgs1、Vgs2は、それぞれ第5NMOSトランジスタN5、第6NMOSトランジスタN6のゲート-ソース電圧を示し、I1、I2は、第5NMOSトランジスタN5、第6NMOSトランジスタN6のそれぞれを介して流れる電流を示し、ΔVgs3は、第8NMOSトランジスタN8のゲート-ソース電圧の変化量(即ち、Vgs3-Vgs4(Vgs4は、第9NMOSトランジスタN9のゲート-ソース電圧))、ΔI3は、第8NMOSトランジスタN8を介して流れる電流の変化量(即ち、I3-I4(I4は、第9NMOSトランジスタN9を介して流れる電流))を示す。
【0071】
【数2】
gm1=gm2と仮定した場合、上記式は以下のように表される。
【数3】
【0072】
W1、W2、W3は、それぞれ第5NMOSトランジスタN5、第6NMOSトランジスタN6、第8NMOSトランジスタN8のチャネル幅を示し、L1、L2、L3は、それぞれ第5NMOSトランジスタN5、第6NMOSトランジスタN6、第8NMOSトランジスタN8のチャネル長を示す。
μCは、第5NMOSトランジスタN5、第6NMOSトランジスタN6、第8NMOSトランジスタN8のトランスコンダクタンスパラメータを示し、μは電子移動度を示し、Cはゲートオキサイドキャパシタンスを示す。
【0073】
【数4】
上記式から分かるように、W2I2とW3I3が同一であると仮定すると、(ΔLIVC_Vref)はΔVnoiseと同一である。
これは、接地電圧ノイズ基準電圧VNREFAの変化が、ローカル基準電圧LVREFAの変化にそのまま反映されることを意味する。
【0074】
第6NMOSトランジスタN6と第8NMOSトランジスタN8のチャネル幅を等しくするか、又は類似するようにし、第2電流I2及び第3電流I3に関する第1定電流源Iref1及び第2定電流源Iref2の正電流量が異なるように調節することによって、接地電圧ノイズ基準電圧VNREFAの変化がローカル基準電圧LVREFAの変化に反映される補償量を調節する。
これは、第2制御信号con2のコード値を変化させることにより、第11NMOSトランジスタ(N11-1~N11-4)の個数が調節され、補償量を調節される。
【0075】
例えば、接地電圧ノイズの補償量を増加させる動作区間としては、メモリセルアレイ領域(MCAA、MCAB、MCAC、MCAD)で大量の電流を消費する動作区間(例えば、リード動作の際のビットラインセットアップ区間、ビットラインプリチャージ動作区間など)、及びページバッファ領域PBで大量の電流を消費する動作区間(例えば、ページバッファ(図示せず)のラッチ(図示せず)を初期化する動作区間、ページバッファ(図示せず)の特定のノード(図示せず)でメモリセルにプログラムされたデータを検証する動作などを含む。
図10に示す接地電圧ノイズ補償部(12-6)は、この動作区間で接地電圧ノイズの補償量を増加させる。
【0076】
また、プレーン(10-2、10-4、10-6、10-8)の動作(例えば、リード動作、プログラム動作、及び消去動作)、又は動作期間によって消費する電流が変わるので、図10に示す接地電圧ノイズ補償部(12-6)は、プレーン(10-2、10-4、10-6、10-8)の動作、又は動作期間によって、互いに同一の又は異なる接地電圧ノイズの補償量を有するように動作する。
さらに、図10に示す接地電圧ノイズ補償部(12-6)のバイアス電流Ibias及びトランジスタの大きさを増加させることにより、第3駆動電圧D3がより迅速に発生する。
例えば、第1定電流源Iref1に含まれる第7NMOSトランジスタ(N7-1~N7-4)の個数又は大きさを増加させ、第2定電流源Iref2に含まれる第10NMOSトランジスタ(N10-1~N10-4)の個数又は大きさを増加させることにより、また、第11NMOSトランジスタ(N11-1~N11-4)の個数又は大きさを増加させることにより、第3駆動電圧D3がより迅速に発生する。
【0077】
図10は、図9に示すローカル基準電圧発生器LVREFGAの詳細構成を示し、図に示してはいないが、ローカル基準電圧発生器(LVREFGB、LVREFGC、LVREFGD)のそれぞれは、図10と同一又は類似の詳細構成を有する。
この場合、ローカル基準電圧発生器(LVREFGA、LVREFGB、LVREFGC、LVREFGD)のそれぞれの第2制御信号con2のコード値を変化させることにより、プレーン(10-2、10-4、10-6、10-8)の接地電圧ノイズの補償量を互いに異なるように調節する。
例えば、図4に示す領域CONGに配置される制御部(図示せず)が、動作によって互いに同一の又は異なる第2制御信号con2を発生するように構成される。
【0078】
図11は、本発明の実施形態による内部電源電圧ドライバLIVCDの概略構成を示す回路図である。
内部電源電圧ドライバLIVCDは、第5差動増幅器OP5と、第12NMOSトランジスタN12と、第4抵抗R4と、を含む。
【0079】
図11に示す内部電源電圧ドライバLIVCDの動作について説明する。
第5差動増幅器OP5は、ローカル基準電圧LVREFAと内部電源電圧IVCAとの間の差に基づいて、第4駆動電圧D4を発生する。
第12NMOSトランジスタN12は、第4駆動電圧D4に応答してオンになり、外部電源電圧EVCCを駆動して、内部電源電圧IVCAを発生する。
即ち、内部電源電圧ドライバLIVCDは、ローカル基準電圧LVREFAのレベルの変化により変化する内部電源電圧IVCAを発生する。
【0080】
図4及び図11を参照すると、プレーン(10-2)内の内部接地電圧ノードIVSSNで大量の電流が消費される場合、内部電源電圧IVCAのレベルが大きく下降することになり、第4駆動電圧D4のレベルもまた大幅に上昇して、第12NMOSトランジスタN12がより多くの電流を駆動するように動作することになる。
この場合、第4抵抗R4を介しても多くの電流が流れ、そのため、内部接地電圧ノードIVSSNのレベルが上昇する接地電圧ノイズが発生する。
内部接地電圧ノードIVSSNは、外部接地電圧EVSSが印加される外部接地電圧パッド(端子)EVSSPから遠く、動作時に比較的大量の電流を消費する位置に配置される。
例えば、内部接地電圧ノードIVSSNは、ページバッファが配置される領域PB内の外部接地電圧パッド(端子)EVSSPから離れたところに配置される。
また、内部接地電圧ノードIVSSNは、外部接地電圧EVSSに接続されるノードである。
【0081】
図11に示す内部電源電圧ドライバLIVCDは、プレーン(10-2)内に配置された複数個の内部電源電圧ドライバLIVCDのうちの1つの構成であり、図に示していない残りの内部電源電圧ドライバLIVCDは、同一又は類似の構成を有する。
同様に、図に示していないプレーン(10-4、10-6、10-8)の複数個の内部電源電圧ドライバLIVCDのそれぞれもまた、図11と同一又は類似の構成を有する。
【0082】
図1図11に示す本発明の実施形態において、プレーン(10-2、10-4、10-6、10-8)のそれぞれで、1つの内部接地電圧ノードIVSSNの内部接地電圧を検出して、接地電圧ノイズを補償することを説明したが、図に示してはいないものの、プレーン(10-2、10-4、10-6、10-8)のそれぞれで、少なくとも2つの内部接地電圧ノードを含み、少なくとも2つの内部接地電圧ノードの内部接地電圧を検出して、接地電圧ノイズを補償するように構成することもできる。
【0083】
図12は、本発明の実施形態によるメモリシステムの概略構成を示すブロック図である。
メモリシステム1000は、半導体メモリ装置100と、メモリ制御部200と、を含む。
半導体メモリ装置100は、4つのプレーン(10-2、10-4、10-6、10-8)を含む。
また、半導体メモリ装置100は、図1図11を参照して説明したフラッシュメモリでもある。
【0084】
図12を参照すると、メモリ制御部200は、半導体メモリ装置100のプレーン(10-2、10-4、10-6、10-8)に制御信号(conA、conB、conC、conD)をそれぞれ印加する。
制御信号(conA、conB、conC、conD)のそれぞれは、アドレスラッチイネーブル信号ALE、コマンドラッチイネーブル信号CLE、リードイネーブル信号RE、ライトイネーブル信号WEなどの制御信号を含む。
半導体メモリ装置100のプレーン(10-2、10-4、10-6、10-8)とメモリ制御部200との間に、入出力データ(IOA、IOB、IOC、IOD)をそれぞれ送信する。
入出力データ(IOA、IOB、IOC、IOD)のそれぞれは、アドレス、データ、及びコマンドを含む。
【0085】
例えば、メモリ制御部200は、アドレスラッチイネーブル信号ALEに応答して、アドレスを入出力データ(IOA、IOB、IOC、IOD)として送信し、コマンドラッチイネーブル信号CLEに応答して、コマンドを対応する入出力データ(IOA、IOB、IOC、IOD)として送信する。
また、半導体メモリ装置100は、メモリ制御部200から印加されるコマンドがリードコマンドである場合、リードイネーブル信号REに応答して、データを入出力データ(IOA、IOB、IOC、IOD)として出力し、メモリ制御部200から印加されるコマンドがプログラムコマンドである場合、入出力データ(IOA、IOB、IOC、IOD)をデータとして入力する。
【0086】
メモリ制御部200は、半導体メモリ装置100のプレーン(10-2、10-4、10-6、10-8)のそれぞれを独立して制御する。
これによって、上述のように、半導体メモリ装置100のプレーン(10-2、10-4、10-6、10-8)は、互いに異なる動作を並列に実行する。
この場合、本発明の実施形態による半導体メモリ装置100は、プレーン(10-2、10-4、10-6、10-8)のそれぞれの内部で互いに異なる接地電圧ノイズが起こっても、対応するプレーンに起こった接地電圧ノイズを補償して、内部電源電圧を発生することにより、内部電源電圧マージンが確保される。
これにより、半導体メモリ装置100の動作の信頼性が確保される。
【0087】
上述の本発明の実施形態による半導体メモリ装置、即ち、フラッシュメモリは、4つのプレーンを含み、4つのプレーンのそれぞれが制御部を備え、互いに独立した動作が実行可能であることを例として説明したが、4つのプレーンの2個ずつのプレーンに対して、1つの制御部を備えるように構成され、1つの制御部が2つのプレーンの動作を制御するように構成させることも可能である。
【0088】
また、上述の本発明の実施形態による半導体メモリ装置、即ち、フラッシュメモリは、1つのプレーンで構成することも可能である。
この場合、1つのプレーン内の少なくとも1つの位置に、少なくとも1つの内部接地電圧ノードから接地電圧ノイズを検出して、内部電源電圧を補償するように構成され得る。
【0089】
さらに、上述の本発明の実施形態による半導体メモリ装置が、フラッシュメモリ、特にNANDフラッシュメモリである場合を例として説明したが、NORフラッシュメモリを含む様々な種類のフラッシュメモリに本発明が適用される。
また、DRAM、抵抗メモリ(Resistive Random Access Memory:ReRAM)、強誘電体メモリ(Ferroelectric RAM:FeRAM)、強磁性メモリ(Magnetic RAM:MRAM)、相変化メモリ(Phase change RAM:PRAM)、ポリマーメモリ(Polymer RAM:PoRAM)などのメモリにも本発明が適用される。
【0090】
図に示すように、ここに提示した実施形態は、構成要素の例示的な構成を示す。
他の実施形態は、本発明の範囲を逸脱することなく、構成要素、構成要素の集合、並びにこれらの関係を改名、再配置、追加、分割、複製、併合、及び/又は除去するような構成要素の他の構成を含む。
合理的、技術的、及び論理的に可能であり、他の説明と矛盾しない全ての変形は、本発明に含まれることと意図し、その範囲は請求の範囲によってのみ制限されると理解すべきである。
【0091】
尚、本発明は、上述の実施形態に限られるものではない。本発明の技術的範囲から逸脱しない範囲内で多様に変更実施することが可能である。
【符号の説明】
【0092】
10-2、10-4、10-6、10-8 プレーン
12 第1半導体層
12-2 基準電圧発生器
12-4 プリチャージ電圧発生器
12-6 接地電圧ノイズ補償部
14 第2半導体層
100 半導体メモリ装置
200 メモリ制御部
1000 メモリシステム
CAG コマンド及びアドレス発生部が配置される領域
CONG 制御部が配置される領域
EVCC 外部電源電圧
EVCCP 外部電源電圧パッド
EVSSP 外部接地電圧パッド(端子)
GVREFG グローバル基準電圧発生器
GNDND 接地電圧ノイズ検出器
IVSSN 内部接地電圧ノード
LIVCD ローカル内部電源電圧ドライバ
LVREFGA、LVREFGB、LVREFGC、LVREFGD ローカル基準電圧発生器
PB ページバッファが配置される領域
PBD ページバッファデコーダが配置される領域
PERIA、PERIB、PERIC、PERID 周辺回路領域
PERIE グローバル周辺回路領域
RD1 第1ローデコーダ領域
RD2 第2ローデコーダ領域
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10
図11
図12