JP2007200553A - Nonvolatile semiconductor memory device - Google Patents

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Nozomi Matsuzaki
望 松崎
Kazuyoshi Shiba
和佳 志波
Yasuhiro Taniguchi
泰弘 谷口
Toshihiro Tanaka
利広 田中
Yutaka Shinagawa
裕 品川
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Renesas Technology Corp
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Renesas Technology Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To carry out erasure at a high speed by increasing a level of convergence in the erasing operation of a nonvolatile semiconductor memory device. <P>SOLUTION: A word latch circuit is provided for each word line, and threshold management is executed for each word line in a selected block. The latch circuit is shared by the plurality of word lines to reduce an occupied area. A write-back voltage is set for each completed nonvolatile memory, stored in the boot area of the nonvolatile memory, and recognized again for each power-ON. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、不揮発性半導体記憶装置の消去動作における印加電圧制御方法及びこれを適用した不揮発性半導体記憶装置に関する。   The present invention relates to an applied voltage control method in an erase operation of a nonvolatile semiconductor memory device and a nonvolatile semiconductor memory device to which the applied voltage control method is applied.

浮遊ゲート電極型不揮発性記憶素子(以下、「セル」と表記)は、浮遊ゲート電極に蓄積された電子の個数によるセル特性の差異、すなわち、セルしきい値電圧の大小で情報を記憶する。以下では、しきい値を上昇させる処理を「書込み」、しきい値を下げ、所望の値に収束させる処理を「消去」と定義する。もちろん、しきい値を上昇させる処理を「消去」、しきい値を下げ、所望の値に収束させる処理を「書込み」と定義することも可能である。   The floating gate electrode type nonvolatile memory element (hereinafter referred to as “cell”) stores information based on the difference in cell characteristics depending on the number of electrons accumulated in the floating gate electrode, that is, the magnitude of the cell threshold voltage. Hereinafter, the process for increasing the threshold value is defined as “write”, and the process for decreasing the threshold value to converge to a desired value is defined as “erase”. Of course, the process of raising the threshold value can be defined as “erasing”, and the process of lowering the threshold value and converging to a desired value can be defined as “writing”.

図2は、複数個のセルでアレイを構成している一般的な不揮発性半導体記憶装置のセルしきい値分布を示したものである。書込みレベルは書込み下限値Vpminで規定され、しきい値の分布はAのようになる。消去処理は、分布Aの状態にあるセル群に所定の電圧を印加してしきい値を下げる。通常、消去特性にはバラツキが存在するため、単純にしきい値を下げる処理を行なっただけでは、分布Bのように広く裾が広がったしきい値分布になる。しきい値が消去下限値Vemin以下(過消去レベル)になってしまったセル群(斜線領域)はリーク電流の発生源となり、正しい情報の読出しを阻害する。これを防ぐため、過消去レベルのセルを書戻し、所望の消去レベル分布C(消去下限値Vemin〜消去上限値Vemax)に調整する必要がある。 FIG. 2 shows a cell threshold distribution of a general nonvolatile semiconductor memory device in which an array is composed of a plurality of cells. The write level is defined by the write lower limit value V pmin , and the threshold distribution is A. In the erasing process, a predetermined voltage is applied to the cell group in the distribution A state to lower the threshold value. Normally, there are variations in the erasing characteristics, so that a threshold distribution with a wide skirt as in distribution B can be obtained by simply performing a process of lowering the threshold. A cell group (shaded area) whose threshold value is equal to or lower than the erase lower limit value V emin (over-erased level) becomes a source of leakage current and inhibits correct information reading. In order to prevent this, it is necessary to write back the cells at the overerase level and adjust the cell to the desired erase level distribution C (erase lower limit value V emin to erase upper limit value V emax ).

従来、しきい値を下げる方法として、複数本のワード線を纏めて管理する方法(以下、「ブロック処理」と表記)と、セルのしきい値をワード線単位で管理する方法(以下、「セクター処理」と表記)とがあった。ブロック処理ではレジスタに格納された情報に基づいて、複数のワード線を含むブロックを選択する。例えば、ウェル電位をブロック選択信号として用いるとともに、ブロック内全てのワード線に負電圧を印加する。ワード線に印加された負電圧とウェルに印加された正電位とにより発生する電界を用いて電荷の放出が行われる。続いてセルしきい値の検証を行ない、しきい値が基準以下に下がっていないセルを検出すれば、ブロック内全てのワード線に再び負電圧を印加する。この処理を繰り返し、ブロック内全てのセルのしきい値が基準以下になった時点で、次のブロックに移動して消去処理を行なう。ブロック処理は大量のセルを一括処理できるので、しきい値を下げる処理時間は短い。   Conventionally, as a method for lowering a threshold value, a method of managing a plurality of word lines collectively (hereinafter referred to as “block processing”) and a method of managing a cell threshold value in units of word lines (hereinafter referred to as “block processing”). "Sector processing"). In the block process, a block including a plurality of word lines is selected based on information stored in the register. For example, the well potential is used as a block selection signal, and a negative voltage is applied to all word lines in the block. Charges are released using an electric field generated by a negative voltage applied to the word line and a positive potential applied to the well. Subsequently, the cell threshold value is verified, and if a cell whose threshold value does not fall below the reference is detected, a negative voltage is applied again to all the word lines in the block. This process is repeated, and when the threshold values of all the cells in the block become below the reference, the process moves to the next block and the erase process is performed. Since block processing can process a large number of cells at once, the processing time for lowering the threshold is short.

セクター処理はワード線毎に管理を行う。あるワード線に負電圧を印加した後、そのワード線に接続されるセルのしきい値を検証する。しきい値が基準以下になっていないセルを検出した段階で、そのワード線に再び負電圧を印加する。そのワード線に接続されるセル全てのしきい値が基準以下になった時点で、次のワード線に移行する。この方式では、しきい値を下げる負電圧が一律に印加されるのは、高々ワード線1本に接続されたセル数である。統計的母数が少なくなる分、処理後のしきい値分布がブロック消去に比して狭くできる。一方、ブロック処理に比較すると処理時間が長くならざるを得なかった。   Sector processing is managed for each word line. After applying a negative voltage to a certain word line, the threshold value of a cell connected to that word line is verified. When a cell whose threshold value is not below the reference is detected, a negative voltage is applied again to the word line. When the threshold values of all the cells connected to the word line become below the reference value, the process proceeds to the next word line. In this method, the negative voltage that lowers the threshold is uniformly applied to the number of cells connected to one word line at most. Since the statistical parameter is reduced, the threshold distribution after processing can be narrower than that of block erasure. On the other hand, the processing time must be longer than the block processing.

また、消去処理を行った後に下がり過ぎたしきい値を戻す処理を行う。この処理を「書戻し」という。上記のブロック処理あるいはセクター処理、どちらを用いた場合でも、ある程度の数のセルは過消去レベルになることは避けられない。そこで、それら過消去レベルにあるセルを書き戻す処理が必要になる。これは、弱い書込みを用いて行なう。消去特性にばらつきがあるのと同様、書込み特性にもばらつきが存在するため、しきい値を図2の消去レベルに収束させるには、しきい値の制御を特に精密に行なわねばならない。   Also, a process for returning the threshold value that has decreased too much after the erasing process is performed. This process is called “write-back”. Regardless of whether the above-described block processing or sector processing is used, it is inevitable that a certain number of cells become over-erased. Therefore, it is necessary to write back the cells at the overerase level. This is done using weak writing. Similar to the variation in the erase characteristics, there is also a variation in the write characteristics. Therefore, in order to converge the threshold value to the erase level of FIG. 2, the threshold value must be controlled particularly precisely.

精密な書込みを行なうための電圧印加方法としてセルのドレインとゲートに印加する印加パルス電圧を順次上げていく方法が知られている。この例は、ホットエレクトロン注入を用いた書込みである。書込み速度が速いセルは、初期の低い電圧印加にて制御性良く収束させる。低い電圧では書込み速度が遅いセルは、後半の高い電圧にて短時間に制御性良く収束させる。かかる書込電圧の印加方法については、特許文献1、特許文献2に開示されている。
特開平8−96591号公報 特開平10−228784号公報
As a voltage application method for performing precise writing, there is known a method of sequentially increasing an applied pulse voltage applied to the drain and gate of a cell. An example of this is writing using hot electron injection. A cell having a high writing speed is converged with good controllability by applying an initial low voltage. A cell having a low writing speed at a low voltage converges with a high voltage in the latter half with good controllability in a short time. Such a method of applying the write voltage is disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2.
JP-A-8-96591 JP-A-10-228784

ブロック処理は対象セル数が多いが故に、処理後のしきい値分布が広くなり過消去レベルのセル数も増加する。したがって、書戻しの処理時間が増えてしまうという欠点がある。セクター処理は、しきい値を下げる電圧を印加する処理をワード線の本数分だけ個別に行なわざるを得ず、その電圧印加の処理時間が増大するという欠点がある。消去処理時間全体の短縮を図るには、しきい値を下げる処理および書戻し処理の双方の処理時間を同時に短縮する必要がある。しかし、従来のブロック処理でもセクター処理でも、そのような同時時間短縮は原理的に困難である。   Since the block process has a large number of target cells, the threshold distribution after the process becomes wider and the number of cells at the overerased level also increases. Therefore, there is a drawback that the processing time for writing back increases. The sector processing has a drawback that the processing for applying the voltage for lowering the threshold must be performed individually for the number of word lines, and the processing time for the voltage application increases. In order to shorten the entire erasure processing time, it is necessary to simultaneously shorten both the processing time for lowering the threshold and the processing for writing back. However, in the conventional block processing and sector processing, it is difficult in principle to reduce such simultaneous time.

また、書き戻しにおいても収束性よく書込を行う必要がある。このため、本発明では書き戻し時に書込電圧パルスの電圧を順次上げていく。そのためには、印加電圧の最小値、最大値、電圧の増分およびパルスの時間が適切に設定されることが望ましい。開始電圧が高過ぎる等、ストレスが強すぎる場合は、書戻し速度の速いセルが消去レベル上限値を超過する。開始電圧が低過ぎるあるいは、最大印加電圧が低過ぎる等の場合は、書戻し速度が遅くなり処理時間の増大を招いてしまう。印加すべき電圧パルス条件の適切な設定方法もまた重要な課題である。   In addition, it is necessary to write with good convergence in writing back. Therefore, in the present invention, the voltage of the write voltage pulse is sequentially increased at the time of writing back. For this purpose, it is desirable that the minimum value, maximum value, voltage increment, and pulse time of the applied voltage are set appropriately. When the stress is too strong, such as when the start voltage is too high, cells with a fast write-back speed exceed the erase level upper limit value. If the starting voltage is too low or the maximum applied voltage is too low, the write-back speed is slowed, resulting in an increase in processing time. An appropriate method for setting the voltage pulse condition to be applied is also an important issue.

選択したブロック内で、消去処理時において、しきい値が適正な範囲となったワード線を追加消去処理の対象から外す。追加消去処理におけるワード線の選択・非選択は、レジスタに格納した処理終了の情報に基づいて、ワード線に付設したラッチ回路を制御して行なう。そのラッチ回路を、同時に処理を行なわない他のワード線と共有することで、面積増加をも防止する。   In the selected block, the word line whose threshold value is in an appropriate range during the erasing process is excluded from the target of the additional erasing process. Selection / non-selection of the word line in the additional erasing process is performed by controlling a latch circuit attached to the word line based on the processing end information stored in the register. By sharing the latch circuit with other word lines that do not perform processing at the same time, an increase in area is also prevented.

また、書戻し時に漸次増加する電圧を印加する。この印加電圧はその初期値、最終値、電圧増分およびパルス幅とも設定可能とし、完成した不揮発性メモリ個別の特性に合わせて選定する。選定した条件は、不揮発性情報としてチップ内に格納し、電源投入時毎に読出して使用する。   In addition, a voltage that gradually increases during writing back is applied. The applied voltage can be set for its initial value, final value, voltage increment, and pulse width, and is selected in accordance with the characteristics of each completed nonvolatile memory. The selected condition is stored in the chip as nonvolatile information, and is read and used every time the power is turned on.

不揮発性メモリの消去において、ブロック処理の特徴である短い処理時間と、セクター処理の特徴である小さなしきい値ばらつきを両立することができる。したがって、消去処理全体の速度を向上させることが出来る。   In erasing the nonvolatile memory, it is possible to achieve both a short processing time that is a feature of block processing and a small threshold variation that is a feature of sector processing. Therefore, the speed of the entire erase process can be improved.

図3に不揮発性半導体記憶装置(メモリモジュールMM)の構成を示す。メモリアレイMARYは、メモリセルをマトリクス状に配列したものである。各メモリセルはそのしきい値を電気的に上げ/下げできる。その他、メモリモジュールMMは、行アドレスバッファXADB、行アドレスデコーダXDCR、データラッチ回路DL、センスアンプ回路SA、列ゲートアレイ回路YG−Gate、YW−Gate、YT−Gate、列アドレスバッファYADB、列アドレスデコーダYDCR、ブロック選択制御回路BSLC、入力バッファ回路DIB、出力バッファ回路DOB、マルチプレクサ回路MP、モードコントロール回路MC、コントロール信号バッファ回路CSB、内蔵電源回路VSなどから構成されている。   FIG. 3 shows the configuration of the nonvolatile semiconductor memory device (memory module MM). The memory array MARY has memory cells arranged in a matrix. Each memory cell can be electrically raised / lowered. In addition, the memory module MM includes a row address buffer XADB, a row address decoder XDCR, a data latch circuit DL, a sense amplifier circuit SA, a column gate array circuit YG-Gate, YW-Gate, YT-Gate, a column address buffer YADB, and a column address. The decoder YDCR, block selection control circuit BSLC, input buffer circuit DIB, output buffer circuit DOB, multiplexer circuit MP, mode control circuit MC, control signal buffer circuit CSB, built-in power supply circuit VS, and the like.

コントロール信号バッファ回路CSBには、特に制限されるものではないが、チップイネーブル信号CEb、アウトプットイネーブル信号OEb、ライトイネーブル信号WEb、シリアルクロック信号SCなどが入力され、これらの信号に応じて内部制御信号のタイミング信号を発生する。また、モードコントロール回路MCから外部端子R/Bbにレディ/ビジィ信号が出力されている。   Although not particularly limited, the control signal buffer circuit CSB receives a chip enable signal CEb, an output enable signal OEb, a write enable signal WEb, a serial clock signal SC, and the like, and performs internal control according to these signals. Generate a timing signal for the signal. Also, a ready / busy signal is output from the mode control circuit MC to the external terminal R / Bb.

内蔵電源回路VSにおいては、特に制限されるものではないが、外部から電源電圧Vccが入力され、書込み、消去、読み出しに必要な電圧を生成して供給する。   In the built-in power supply circuit VS, although not particularly limited, a power supply voltage Vcc is input from the outside, and a voltage necessary for writing, erasing, and reading is generated and supplied.

外部端子から供給される行(列)アドレス信号AX(AY)を受ける行(列)アドレスバッファXADB(YADB)を通して形成されたアドレス信号が行(列)アドレスデコーダXDCR(YDCR)に供給される。   An address signal formed through a row (column) address buffer XADB (YADB) that receives a row (column) address signal AX (AY) supplied from an external terminal is supplied to a row (column) address decoder XDCR (YDCR).

図1は、本発明のワード線ラッチ方式を示す構成図である。メモリアレイMARYは互いに電気的に分離されたウェルWELL01〜nを有する。ウェルは複数のワード線W01〜mを含む領域として分割される。ワード線W01〜mはそれぞれワードドライバWD01〜mにより駆動される。各ウェルはブロック選択制御回路BSLCからのブロック選択信号BSLによって選択される。   FIG. 1 is a block diagram showing the word line latch system of the present invention. Memory array MARY has wells WELL01-n that are electrically isolated from each other. The well is divided as a region including a plurality of word lines W01-m. Word lines W01-m are driven by word drivers WD01-m, respectively. Each well is selected by a block selection signal BSL from the block selection control circuit BSLC.

行アドレスデコーダXDCRは、消去単位選択デコーダDECX1とワード線選択デコーダDECX2とラッチLTC01〜32とを含む。本例では32本のワード線を1回の消去単位とするため、消去単位選択デコーダDECX1の出力は32本のワード線を一括して選択し、さらにそのうちの個々のワード線をワード線選択デコーダDECX2により選択できる構成となっている。さらに、メモリアレイの消去を制御するコントローラあるいはCPU中に、ラッチLTC1〜32に対応してレジスタRES01〜32が設けられている。   Row address decoder XDCR includes an erase unit selection decoder DECX1, a word line selection decoder DECX2, and latches LTC01 to 32. In this example, since 32 word lines are used as one erase unit, the output of the erase unit selection decoder DECX1 selects 32 word lines at once, and further, individual word lines are selected as word line selection decoders. The configuration is selectable by DECX2. Further, registers RES01 to RES32 corresponding to the latches LTC1 to 32 are provided in the controller or CPU for controlling the erasure of the memory array.

ウェルWELL01で規定される領域に存在するセル群が1ブロックを形成する。本実施例では、ワード線W01〜32がその最初の消去単位となる。ブロック選択信号BSLが正電位/0Vでブロックの選択/非選択とする。消去時の電圧印加の例を図4に示す。セルから基板への電荷放出は、ワード線に印加した負電圧(−11V)と、ウェルに印加した正電圧(10V)とで形成される電界を用いて行なう。   A group of cells existing in the region defined by the well WELL01 forms one block. In this embodiment, the word lines W01 to 32 are the first erase unit. It is assumed that the block selection signal BSL is positive potential / 0 V and the block is selected / unselected. An example of voltage application at the time of erasing is shown in FIG. Charge discharge from the cell to the substrate is performed using an electric field formed by a negative voltage (−11 V) applied to the word line and a positive voltage (10 V) applied to the well.

本発明の回路構成上の特徴として、ラッチ回路LTC01〜32を、複数の消去単位W01乃至W32以外のワード線と共有する、つまり、異なる消去単位に含まれる複数のワード線でラッチ回路を共有する。図1では、ラッチLTC1が夫々異なる消去単位に含まれるワード線W1とワード線W33とで共有されるのを示している。ラッチ回路LTCに起因する面積増大は、概ねラッチ回路1個あたりの面積とその個数の積になる。本実施例では、複数の消去単位でラッチ回路を共有するので、ラッチ回路の設置による不揮発性メモリのチップ面積の増大を抑える効果がある。   As a circuit configuration feature of the present invention, the latch circuits LTC01 to 32 are shared with word lines other than the plurality of erase units W01 to W32, that is, the latch circuits are shared by a plurality of word lines included in different erase units. . FIG. 1 shows that the latch LTC1 is shared by the word line W1 and the word line W33 included in different erase units. The increase in area due to the latch circuit LTC is approximately the product of the area per latch circuit and the number thereof. In this embodiment, since the latch circuit is shared by a plurality of erase units, there is an effect of suppressing an increase in the chip area of the nonvolatile memory due to the installation of the latch circuit.

なお、図1ではワード線32本を消去単位としているが、この数値には限定されない。また、1ブロックには複数の消去単位が含まれるように構成しているが、1ブロックに1消去単位が含まれるようにすることも可能である。このように構成する場合には、ウェルに消去のための正電圧が印加されることによるディスターブの影響をなくすことができる。一方、本構成ではウェル分割するために生じるメモリアレイの面積増大を抑制することができる。   In FIG. 1, 32 word lines are used as an erasing unit, but the number is not limited to this. Further, although one block is configured to include a plurality of erase units, it is also possible for one block to include one erase unit. In the case of such a configuration, it is possible to eliminate the influence of disturbance caused by applying a positive voltage for erasing to the well. On the other hand, in this configuration, an increase in the area of the memory array caused by the well division can be suppressed.

図5のフローチャートにより、セルの消去動作を説明する。まず、レジスタRES01〜32を全て“0”にする(S51)。消去対象とするワード線を含むブロックのウェルWELL01に、BSLを通じてブロック選択信号正電位、たとえば10Vを供給する。続いて、消去単位に含まれるワード線32本全てに同一の負電圧パルスを印加する(S52)。電圧パルスを印加した後、セルしきい値の検証をワード線W01から順次行なう(S53)。基準のしきい値に達しないセルを検知すると、次のワード線に移って(S54)、検証を続ける。セルのしきい値が基準のしきい値に達していれば、同一ワード線内の次のメモリセルに移って(S55)、検証を続ける。同一ワード線内の全てのセルのしきい値が基準のしきい値に達していれば、処理完了情報“1”を対応するレジスタに格納する(S56)。消去単位32本全てのワード線について検証が終了した後、対応するレジスタに“0”が格納されたワード線に追加の消去処理を施す。レジスタRES01〜32に格納された値が全て“1”になれば、次の消去単位に対して同様の消去処理を行う(S57)。   The cell erase operation will be described with reference to the flowchart of FIG. First, all the registers RES01 to 32 are set to “0” (S51). A block selection signal positive potential, for example, 10 V is supplied to the well WELL01 of the block including the word line to be erased through the BSL. Subsequently, the same negative voltage pulse is applied to all 32 word lines included in the erase unit (S52). After applying the voltage pulse, the cell threshold is verified sequentially from the word line W01 (S53). If a cell that does not reach the reference threshold value is detected, the process moves to the next word line (S54) and the verification is continued. If the threshold value of the cell has reached the reference threshold value, the process proceeds to the next memory cell in the same word line (S55), and the verification is continued. If the threshold values of all the cells in the same word line have reached the reference threshold value, the processing completion information “1” is stored in the corresponding register (S56). After the verification is completed for all 32 word lines in the erase unit, an additional erase process is performed on the word line in which “0” is stored in the corresponding register. If all the values stored in the registers RES01 to RES32 are "1", the same erase process is performed for the next erase unit (S57).

レジスタRESに格納された情報に基づいて、ラッチLTC01乃至LTC32を制御して、追加消去処理が必要なワード線にはマイナス10Vのパルスを、不要なワード線には0Vを印加または浮遊電位状態にする。追加処理を行なったワード線に対してセルしきい値の検証を行ない、処理が未完了であれば、そのワード線アドレスに対応したレジスタには“0”を再格納し、処理が終了していれば“1”に入れ換える。これらの手順を繰り返すことで、追加消去処理の対象となるワード線本数を順次低減でき、従来のブロック処理に比して検証に要する時間を短縮することが可能になる。また、しきい値を下げる電圧が印加される最小単位はワード線1本であるため、処理後のしきい値分布はセクター処理の場合と同等になる。したがって、書戻し処理の対象である過消去レベルになるセル数をセクター処理並みに低減することができ、書戻し処理時間を短縮することが可能になる。   Based on the information stored in the register RES, the latches LTC01 to LTC32 are controlled so that a minus 10V pulse is applied to a word line that requires additional erasing processing, and 0V is applied to an unnecessary word line, or a floating potential state is set. To do. The cell threshold is verified for the word line on which the additional processing has been performed. If the processing is not completed, “0” is stored again in the register corresponding to the word line address, and the processing is completed. If so, replace it with “1”. By repeating these procedures, the number of word lines to be subjected to additional erasure processing can be sequentially reduced, and the time required for verification can be shortened as compared with the conventional block processing. Further, since the minimum unit to which the voltage for lowering the threshold is applied is one word line, the threshold distribution after processing is equivalent to that in the sector processing. Therefore, it is possible to reduce the number of cells to be overerased, which is the target of the write-back process, as much as the sector process, and to shorten the write-back process time.

図6は、本発明の書戻し電圧選定方法を示す流れ図である。完成した不揮発性メモリの中から、電圧設定の試験対象として使用するセルを複数個、あらかじめ決めておく(S61)。製造上の特性ばらつきから予想される最も低い書込み電圧を、試験書込みで用いる電圧の初期値とする。まず、試験対象となるセルを、全て書き込む(S62)。その後、試験対象セルのしきい値を全て読み出す(S63)。読み出された値に従って電圧を選定する方法として、CaseAおよびCaseBの2つを説明する。   FIG. 6 is a flowchart showing the write-back voltage selection method of the present invention. A plurality of cells to be used as voltage setting test targets are determined in advance from the completed nonvolatile memory (S61). The lowest write voltage expected from the manufacturing characteristic variation is set as the initial value of the voltage used in the test write. First, all the cells to be tested are written (S62). Thereafter, all the threshold values of the test target cell are read (S63). Two methods, Case A and Case B, will be described as methods for selecting the voltage according to the read value.

CaseAでは、検出されたしきい値の中央値が、基準となるしきい値(たとえば書き込み下限値)に満たなければ、一旦、試験用セルのしきい値を下げる(S64)。書込み電圧を初期印加電圧からΔVだけ増加させ(S65)、再び書込み試験を行ない、しきい値を検証する。この処理を繰り返し、書込み後のセルしきい値の中央値が基準に到達したら、最後に印加した電圧を書込み電圧としてチップ個別に確定する(S66)。書戻し電圧は、ここで選定した書込み電圧に対応付けておいた値を選定し、チップ個別に確定する(S67)。   In Case A, if the median value of the detected threshold values does not satisfy the reference threshold value (for example, the write lower limit value), the threshold value of the test cell is once lowered (S64). The write voltage is increased by ΔV from the initial applied voltage (S65), the write test is performed again, and the threshold value is verified. This process is repeated, and when the median cell threshold value after writing reaches the reference, the last applied voltage is determined for each chip as the writing voltage (S66). As the write-back voltage, a value associated with the write voltage selected here is selected and determined for each chip (S67).

CaseBでは、CaseAのような繰り返し処理を行なわない。書込み実測データを元にして作られた、書込み後のしきい値と、書込み電圧および書戻し電圧の対応表を元に、チップ個別に印加電圧を確定する(S68)。CaseAおよびCaseB、どちらの場合でも、完成した不揮発性メモリ個別の特性に基づいて、適正な書込み電圧と、適正な書戻し電圧をチップ個別に確定する。   Case B does not repeat the process as in Case A. The applied voltage is determined for each chip based on the correspondence table of the threshold value after writing, the writing voltage, and the writing back voltage, which is created based on the actual writing data (S68). In both cases A and B, an appropriate write voltage and an appropriate write-back voltage are determined for each chip based on the characteristics of each completed nonvolatile memory.

ここでは、試験用セルの書き込み特性から、チップ毎に書戻し電圧を決定したが、直接書戻し特性を評価することにより、書戻し電圧を決定してもよい。また、順次上げていくステップ電圧を可変にし、チップ個別にその電圧を決定しても良い。また、当初定義した「書込み」および「消去」を入れ替えても、即ち、しきい値を下げる処理を「書込み」、上げる処理を「消去」としても適用が可能である。   Here, the write-back voltage is determined for each chip from the write characteristics of the test cell. However, the write-back voltage may be determined by directly evaluating the write-back characteristics. Further, the step voltage that is sequentially raised may be made variable, and the voltage may be determined for each chip. In addition, even if the originally defined “write” and “erase” are interchanged, that is, the process for lowering the threshold value can be applied as “write” and the process for raising the threshold can be applied as “erase”.

図6で選定した適切な電圧パルスを再現する手法を、図7を用いて説明する。電圧増分ΔVが異なるパルス、パルス幅の異なるパルス等の電圧パルスのパターンを複数個、予め準備しておく。適切な電圧パルスが、図7(f)であると想定する。この例では、64種類準備されたパターンの中からパターンを選び出し、パルスの初期電圧値、増分ΔV、パルス幅、最終到達電圧等を指定し、製品チップ個別の特性に合わせた電圧印加条件を再現する。選択する4種のパターンを図7(a)乃至図7(d)に示す。図7(a)は、パルス幅T001のパルス電圧である。図7(a)を書戻し電圧の初期パルスに選び、印加電圧初期値としてVG0001を指定する。電圧増分はΔVである。図7(a)に引き続いて印加する電圧は、図7(b)のパルス幅T011のパルスを用い、印加電圧VG00110から適用する。電圧増分はΔVである。図7(b)に引き続いて印加する電圧は、図7(c)の単位時間T110のパルスを用い、印加電圧VG01001で適用する。このパルスの電圧増分はゼロであり、規定回数だけ印加される。図7(c)に引き続いて印加する電圧は、図7(d)の単位時間T110のパルスを用い、印加電圧VG01010で適用する。以降、書き戻しが終了するまで、図7(d)のパルスを適用する。   A method for reproducing an appropriate voltage pulse selected in FIG. 6 will be described with reference to FIG. A plurality of voltage pulse patterns such as pulses having different voltage increments ΔV and pulses having different pulse widths are prepared in advance. Assume that a suitable voltage pulse is shown in FIG. In this example, a pattern is selected from 64 types of patterns, the initial voltage value of the pulse, the increment ΔV, the pulse width, the final ultimate voltage, etc. are specified, and the voltage application conditions according to the individual product chip characteristics are reproduced. To do. Four types of patterns to be selected are shown in FIGS. 7 (a) to 7 (d). FIG. 7A shows a pulse voltage having a pulse width T001. FIG. 7A is selected as the initial pulse of the write-back voltage, and VG0001 is designated as the applied voltage initial value. The voltage increment is ΔV. The voltage applied subsequent to FIG. 7A is applied from the applied voltage VG00110 using the pulse having the pulse width T011 shown in FIG. 7B. The voltage increment is ΔV. The voltage applied subsequent to FIG. 7B is applied at the applied voltage VG01001 using the pulse of the unit time T110 of FIG. 7C. The voltage increment of this pulse is zero and is applied a specified number of times. The voltage applied subsequent to FIG. 7C is applied at the applied voltage VG01010 using the pulse of the unit time T110 of FIG. 7D. Thereafter, the pulse of FIG. 7D is applied until the writing back is completed.

さて、予め準備された電圧パルスのパターンは、図7(e)に示すように電圧パルス制御レジスタ内に指定情報として格納されている。図7(e)の例では電圧値に5ビット、パルス幅に3ビットを割り当てており、全パターンを合わせて64種としている。レジスタR01乃至レジスタR64の内、上記図7(a)から図7(d)の4つのパターンを指定しているレジスタはR02、R04、R21およびR63である。このパルス指定条件を示すレジスタのアドレスを、夫々が有する不揮発性メモリアレイMMの一部に格納しておく。情報格納に用いる領域は、電源投入時に必ず読み出される領域(ブート領域)を選定する。チップ個別に選定された動作電圧は、電源投入の度にブート領域から読み出されるレジスタアドレスに従って、レジスタに格納された電圧指定情報の中から選定する。   The voltage pulse pattern prepared in advance is stored as designation information in the voltage pulse control register as shown in FIG. In the example of FIG. 7 (e), 5 bits are assigned to the voltage value and 3 bits are assigned to the pulse width, and the total patterns are 64 types. Among the registers R01 to R64, the registers specifying the four patterns in FIGS. 7A to 7D are R02, R04, R21, and R63. The address of the register indicating this pulse designation condition is stored in a part of each nonvolatile memory array MM. As an area used for storing information, an area (boot area) that is always read when the power is turned on is selected. The operating voltage selected for each chip is selected from the voltage designation information stored in the register according to the register address read from the boot area each time the power is turned on.

書戻し時の印加電圧を、完成した不揮発性メモリ夫々の特性に合わせて選定することで、適正な消去処理を行なうことが出来るようになる。たとえば、セルのゲート長を0.3μmに設計したとしても、仕上がり寸法の平均が0.28μm乃至0.32μmの範囲のいずれかの数値を取る不揮発性メモリが出来たとする。これにより、同一の書戻し速度を与える印加電圧に1Vもの差が生じることも珍しくないが、そのような場合でも、製品個別に印加電圧を選定することが出来るので、適正な動作を行なう製品とすることが出来る。即ち、加工ばらつきがあっても、正常に機能する製品として供することが出来る。適切な電圧パルスの情報を不揮発性メモリに格納することで、電源投入時にその指定を再認識することが可能になる。   By selecting the applied voltage at the time of writing back according to the characteristics of each completed nonvolatile memory, it is possible to perform an appropriate erasing process. For example, even if the cell gate length is designed to be 0.3 μm, it is assumed that a non-volatile memory having an average value of the finished dimensions in the range of 0.28 μm to 0.32 μm is obtained. As a result, it is not uncommon for a difference of as much as 1 V to occur in the applied voltage that gives the same write-back speed, but even in such a case, the applied voltage can be selected for each product, I can do it. That is, even if there is processing variation, it can be provided as a product that functions normally. By storing appropriate voltage pulse information in the nonvolatile memory, the designation can be re-recognized when the power is turned on.

以上の方式は、書戻し処理だけでなく、書込みにも適用できる。書込み印加電圧を順次増加させる場合、印加する書込電圧の最小、最大値を可変とし、以上のような試験用書込み特性から、チップ毎に最小、最大値、ステップ電圧を決定するようにできる。また、消去においても同様である。   The above method can be applied not only to write-back processing but also to writing. When the write application voltage is sequentially increased, the minimum and maximum values of the write voltage to be applied can be made variable, and the minimum, maximum value, and step voltage can be determined for each chip from the above test writing characteristics. The same applies to erasure.

図8は、同一基板上に不揮発性メモリを搭載した半導体集積回路システムの一例である。中央演算装置CPU、キャッシュCM、デジタル・シグナル・プロセッサDSPおよび不揮発性メモリNVMが、夫々バスで接続され、同一のチップCHIP51上の装置として構成されている。CHIP51は、1個のパッケージPKG5に封入されている。このような半導体装置におけるNVMは、たとえば、プログラムを格納する用途に用いられる。このNVMに対して本発明を用いれば、プログラム更新の時間、即ち、情報書換え時間の短い半導体装置を実現することができる。   FIG. 8 shows an example of a semiconductor integrated circuit system in which a nonvolatile memory is mounted on the same substrate. The central processing unit CPU, the cache CM, the digital signal processor DSP, and the nonvolatile memory NVM are connected by a bus, and are configured as devices on the same chip CHIP51. The CHIP 51 is enclosed in one package PKG5. The NVM in such a semiconductor device is used, for example, for a purpose of storing a program. If the present invention is applied to this NVM, a semiconductor device with a short program update time, that is, a short information rewrite time can be realized.

図9は、異なるチップCHIP61およびCHIP62(NVM)からなり、同一のパッケージPKG6内に両チップを搭載した半導体集積回路システムの一例である。構成は、図9のものと同一にしてあるが、チップの切り分けはこれ以外でも良い。ここでも、NVMに対して本発明を用いれば、プログラム更新の時間、即ち、情報書換え時間の短い半導体装置を実現することができる。また、図は省略するが、CHIP61とCHIP62を、夫々別のパッケージに封入する場合もある。この場合でも、本発明が適用できることは容易に理解されよう。   FIG. 9 shows an example of a semiconductor integrated circuit system including different chips CHIP61 and CHIP62 (NVM) and mounting both chips in the same package PKG6. The configuration is the same as that shown in FIG. 9, but the chip may be separated from this. Again, if the present invention is applied to the NVM, a semiconductor device with a short program update time, that is, a short information rewrite time can be realized. Although not shown, the CHIP 61 and CHIP 62 may be enclosed in separate packages. Even in this case, it will be easily understood that the present invention can be applied.

本発明の不揮発性メモリの構成図である。It is a block diagram of the non-volatile memory of this invention. 不揮発性メモリの「書込み」レベルと「消去」レベルにおけるしきい値分布を示す図である。It is a figure which shows the threshold value distribution in the "write" level of a non-volatile memory, and the "erasure" level. 不揮発性半導体記憶装置のブロック図である。1 is a block diagram of a nonvolatile semiconductor memory device. 不揮発性メモリの消去時に印加する電圧関係を示す図である。It is a figure which shows the voltage relationship applied at the time of erasure | elimination of a non-volatile memory. 不揮発性メモリのしきい値を下げる処理の流れ図である。It is a flowchart of the process which lowers | hangs the threshold value of a non-volatile memory. 本発明の書き込みおよび書戻し電圧を決定する処理の流れ図である。3 is a flowchart of a process for determining write and write-back voltages of the present invention. 図7(a)は書き戻し時に印加される電圧パルスパターンの一例である、図7(b)は書き戻し時に印加される電圧パルスパターンの一例である、図7(c)は書き戻し時に印加される電圧パルスパターンの一例である、図7(d)は書き戻し時に印加される電圧パルスパターンの一例である、図7(e)は電圧パルスを制御するレジスタの内容の一例である、図7(f)は書き戻し時に印加される電圧パルスパターンの一例である。7A is an example of a voltage pulse pattern applied at the time of writing back, FIG. 7B is an example of a voltage pulse pattern applied at the time of writing back, and FIG. 7C is an example applied at the time of writing back. FIG. 7D is an example of a voltage pulse pattern applied at the time of writing back, FIG. 7E is an example of contents of a register that controls the voltage pulse. 7 (f) is an example of a voltage pulse pattern applied at the time of writing back. 不揮発性メモリを同一基板上に搭載した半導体集積化回路システムの図である。It is a figure of the semiconductor integrated circuit system which mounted the non-volatile memory on the same board | substrate. 不揮発性メモリを同一パッケージ内に搭載した半導体集積化回路システムの図である。It is a figure of the semiconductor integrated circuit system which mounted the non-volatile memory in the same package.

符号の説明Explanation of symbols

A…書込みレベルのしきい値分布、B…しきい値を下げる処理を行った直後のしきい値分布、C…適正な消去レベルにおけるしきい値分布、DECX1…不揮発性メモリアレイの消去単位を選択するデコーダ、DECX2…不揮発性メモリアレイのワード線を選択するデコーダ、W01乃至E33…ワード線、WD01乃至WD33…ワード線W01乃至W33を駆動するワードドライバ回路、WELL01…複数のワード線に接続されるセルを含むウェル、BSL…ウェルへの給電信号入力端子、LTC01乃至LTC32…ワードラッチ回路、RES01乃至RES32…ワード線消去情報格納用のレジスタ、CPU…中央演算装置、CM…キャッシュ、DSP…デジタル・シグナル・プロセッサ、NVM…不揮発性メモリ。   A: threshold distribution at write level, B: threshold distribution immediately after processing for lowering threshold, C: threshold distribution at appropriate erase level, DECX1: erase unit of nonvolatile memory array Decoder to be selected, DECX2... Decoder for selecting word lines of nonvolatile memory array, W01 to E33... Word lines, WD01 to WD33... Word driver circuit for driving word lines W01 to W33, WELL01. Wells including cells, BSL: power supply signal input terminals to the wells, LTC01 to LTC32, word latch circuits, RES01 to RES32, registers for storing word line erase information, CPU, central processing unit, CM, cache, DSP, digital Signal processor, NVM ... Non-volatile memory.

Claims (4)

複数のメモリセルと、
上記複数のメモリセルがそれぞれ接続される複数のワード線とを有し、
メモリセルのしきい値電圧を第1のしきい値電圧から第2のしきい値電圧に向けて変化させる消去動作を行い、過消去状態になったメモリセルに対して書き戻し動作を行い、上記書き戻し時には順次増大するパルスを印加して行う不揮発性半導体記憶装置。
A plurality of memory cells;
A plurality of word lines to which the plurality of memory cells are respectively connected;
Performing an erase operation for changing the threshold voltage of the memory cell from the first threshold voltage toward the second threshold voltage, and performing a write-back operation on the over-erased memory cell; A non-volatile semiconductor memory device in which a pulse increasing in sequence is applied at the time of writing back.
請求項1において、
上記書き戻し時に印加する印加電圧の最小値、最大値、電圧パルス幅、電圧増分を設定可能である不揮発性半導体記憶装置。
In claim 1,
A nonvolatile semiconductor memory device capable of setting a minimum value, a maximum value, a voltage pulse width, and a voltage increment of an applied voltage applied at the time of writing back.
請求項2において、
上記印加電圧の特性を製品個別に設定する不揮発性半導体記憶装置。
In claim 2,
A nonvolatile semiconductor memory device that sets the characteristics of the applied voltage for each product.
請求項2において、
上記印加電圧の特性の情報を不揮発性半導体記憶装置のブート領域に格納し、電源投入時に読み出して使用する不揮発性半導体記憶装置。
In claim 2,
A nonvolatile semiconductor memory device that stores information on the characteristics of the applied voltage in a boot area of the nonvolatile semiconductor memory device and reads and uses the information when the power is turned on.
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