JP2000163977A - 不揮発性半導体記憶装置及びそのデータ書き込み方法 - Google Patents

不揮発性半導体記憶装置及びそのデータ書き込み方法

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JP2000163977A
JP2000163977A JP33124298A JP33124298A JP2000163977A JP 2000163977 A JP2000163977 A JP 2000163977A JP 33124298 A JP33124298 A JP 33124298A JP 33124298 A JP33124298 A JP 33124298A JP 2000163977 A JP2000163977 A JP 2000163977A
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Hiromi Nobukata
浩美 信方
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Sony Corp
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    • G11C16/02Erasable programmable read-only memories electrically programmable
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    • G11C16/0483Erasable programmable read-only memories electrically programmable using variable threshold transistors, e.g. FAMOS comprising cells having several storage transistors connected in series
    • GPHYSICS
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    • G11CSTATIC STORES
    • G11C11/00Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
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    • G11C11/5621Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using storage elements with more than two stable states represented by steps, e.g. of voltage, current, phase, frequency using charge storage in a floating gate
    • G11C11/5628Programming or writing circuits; Data input circuits

Abstract

(57)【要約】 【課題】多値型のNAND不揮発性メモリで、しきい値
電圧が低い書き込みレベルのメモリセルのディスターブ
特性を改善し、かつ書き込み効率を上げる。 【解決手段】複数ビットのデータのうち上位のグループ
のデータの書き込みを行った後、最下位の書き込みデー
タが属する最下位グループのデータの書き込みを行い、
かつ、例えばページ内で複数種類のデータを並列に書き
込むことが可能な書込制御回路21を有する。書込制御
回路21は、複数のラッチ回路(Q21等)と、ビット
線(BL0等)の印加電圧としてVB1〜VB3を供給
する複数のビット線電圧供給線と、これらに接続されて
VB1〜VB3を発生させてグループ間の書き込みで切
り換えるビット線電圧発生・切換回路22と、書き込み
時にラッチ回路内データに応じてビット線とビット線電
圧供給線との接続を制御する電圧供給制御回路(NT2
7〜NT35で構成)とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、消去状態からのし
きい値電圧の変化量に応じて複数ビットのデータを単一
メモリセル内に記憶する多値型の不揮発性半導体記憶装
置及びそのデータ書き込み方法に関する。
【0002】
【従来の技術】フラッシュメモリ等の不揮発性半導体記
憶装置においては、1個のメモリセルトランジスタに
“0”と“1”の2つの値をとるデータを記録する2値
型のメモリセルが主流である。また、最近の半導体記憶
装置の大容量化の要望に伴い、1個のメモリセルトラン
ジスタに複数ビットのデータを記録する、いわゆる多値
型の不揮発性半導体記憶装置が提案されている(たとえ
ば、“A MultiLevel-Cell 32Mb Flash Memory”,1995 I
SSCC. pp132〜参照)。
【0003】図8はNAND型フラッシュメモリにおい
て、1個のメモリトランジスタに2ビットの4値データ
を記録する場合の、しきい値電圧Vth分布とデータ内
容との関係を示す図である。
【0004】図8において、縦軸はメモリトランジスタ
のしきい値電圧Vthを、横軸はメモリトランジスタの
分布頻度をそれぞれ表している。また、1個のメモリト
ランジスタに記録するデータを構成する2ビットデータ
の内容は、“IOn+1 IOn ”で表され、“11”,
“10”,“01”,“00”の4状態が存在する。
【0005】そして、多値データの書き込みをページ単
位(ワード線単位)で行うNAND型フラッシュメモリ
が提案されている(たとえば、“A 3.3V 128Mb Multi-L
evelNAND Flash Memory For Mass Storage Application
”,1996 IEEE International Solid-State Circuits C
onference, ISSCC96/SESSION 2/FLASH MEMORY/PAPERTP
2.1, pp32-33 参照)。
【0006】図9は、上記文献に開示されたページ単位
で書き込みを行うNAND型フラッシュメモリの要部構
成を示す回路図である。図9において、1はメモリセル
アレイ、2は書込/読出制御回路、BL2,BL1はビ
ット線をそれぞれ示している。
【0007】メモリセルアレイ1は、それぞれメモリセ
ルが共通のワード線WL0〜WL15に接続されたメモ
リストリングA0,A1により構成されている。メモリ
ストリングA0はビット線BL1に接続され、メモリス
トリングA1はビット線BL2に接続されている。メモ
リストリングA0は、フローティングゲートを有する不
揮発性メモリ素子としてのメモリセルトランジスタMT
0A〜MT15Aが直列に接続されたNAND列を有し
ている。このNAND列のメモリセルトランジスタMT
0Aのドレインが選択ゲートSG1Aを介してビット線
BL1に接続され、メモリセルトランジスタMT15A
のソースが選択ゲートSG2Aを介して基準電位線VG
Lに接続されている。メモリストリングA1は、フロー
ティングゲートを有する不揮発性メモリ素子としてのメ
モリセルトランジスタMT0B〜MT15Bが直列に接
続されたNAND列を有している。このNAND列のメ
モリセルトランジスタMT0Bのドレインが選択ゲート
SG1Bを介してビット線BL2に接続され、メモリセ
ルトランジスタMT15Bのソースが選択ゲートSG2
Bを介して基準電位線VGLに接続されている。
【0008】選択ゲートSG1A,SG1Bのゲートが
選択信号供給線SSLに共通に接続され、選択ゲートS
G2A,SG2Bのゲートが選択信号供給線GSLに共
通に接続されている。
【0009】書込/読出制御回路2は、nチャネルMO
S(NMOS)トランジスタNT1〜NT17、pチャ
ネルMOS(PMOS)トランジスタPT1、およびイ
ンバータの入出力同士を結合してなるラッチ回路Q1,
Q2により構成されている。
【0010】NMOSトランジスタNT1は電源電圧V
CCの供給ラインとビット線BL1との間に接続され、ゲ
ートが禁止信号IHB1の供給ラインに接続されてい
る。NMOSトランジスタNT2は電源電圧VCCの供給
ラインとビット線BL2との間に接続され、ゲートが禁
止信号IHB2の供給ラインに接続されている。NMO
SトランジスタNT3およびNMOSトランジスタNT
1の接続点とメモリストリングA0およびビット線BL
1の接続点の間にはデプレッション型のNMOSトラン
ジスタNT18が接続され、NMOSトランジスタNT
4およびNMOSトランジスタNT2の接続点とメモリ
ストリングA1およびビット線BL2の接続点の間に
は、デプレッション型のNMOSトランジスタNT19
が接続されている。NMOSトランジスタNT18,1
9のゲートはデカップル信号供給線DCPLに接続され
ている。
【0011】NMOSトランジスタNT1のソースとバ
スラインIOiとの間に、NMOSトランジスタNT
3,NT5,NT16が直列に接続され、NMOSトラ
ンジスタNT2のソースとバスラインIOi+1 との間
に、NMOSトランジスタNT4,NT7,NT17が
直列に接続されている。また、NMOSトランジスタN
T3とNT5の接続点、NMOSトランジスタNT4と
NT7の接続点が共通接続され、NMOSトランジスタ
NT6を介して接地されるとともに、PMOSトランジ
スタPT1のドレイン、並びにNMOSトランジスタN
T8,NT13のゲートに接続されている。そして、N
MOSトランジスタNT6のゲートがリセット信号RS
Tの供給ラインに接続され、PMOSトランジスタPT
1のソースが電源電圧VCCの供給ラインに接続され、P
MOSトランジスタPT1のゲートが信号Vref の供給
ラインに接続されている。
【0012】ラッチ回路Q1の第1の記憶ノードN1a
がNMOSトランジスタNT5とNT16との接続点に
接続され、第2の記憶ノードN1bが直列に接続された
NMOSトランジスタNT8〜NT10を介して接地さ
れている。ラッチ回路Q2の第1の記憶ノードN2aが
NMOSトランジスタNT7とNT17との接続点に接
続され、第2の記憶ノードN2bが直列に接続されたN
MOSトランジスタNT13〜NT15を介して接地さ
れている。また、NMOSトランジスタNT8とNT9
の接続点が直列に接続されたNMOSトランジスタNT
11,NT12を介して接地されている。NMOSトラ
ンジスタNT9のゲートはラッチ回路Q2の第1の記憶
ノードN2aに接続され、NMOSトランジスタNT1
0のゲートは信号φLAT2の供給ラインに接続され、
NMOSトランジスタNT11のゲートが第2の記憶ノ
ードN2bに接続され、NMOSトランジスタNT12
のゲートが信号φLAT1の供給ラインに接続され、N
MOSトランジスタNT14,NT15のゲートが信号
φLAT3の供給ラインに接続されている。そして、カ
ラムゲートとしてのNMOSトランジスタNT16のゲ
ートが信号Yiの供給ラインに接続され、NMOSトラ
ンジスタNT17のゲートが信号Yi+1 の供給ライン
に接続されている。
【0013】なお、この図9には示していないが、ラッ
チ回路の記憶ノードには、ワイヤードOR回路と、その
ワイヤードOR回路からデータ反転を検出し書き込みを
終了させる判定回路とが接続されている。
【0014】図10は書き込み(プログラム)時のタイ
ミングチャートを示している。また、図11は、従来に
おいて一般的な書き込みステップを示している。図10
および図11からわかるように、4値の書き込みは3ス
テップで行い、各ステップでページ単位に書き込みを行
うすべてのセルが書き込み十分と判断された段階で次の
ステップに移行する。
【0015】図9の回路においては、まず、ラッチ回路
Q1に格納されているデータによって書き込みが行わ
れ、次にラッチ回路Q2、最後に再びラッチ回路Q1の
データによって書き込みが行われる。書き込みデータが
(Q2,Q1)=(1,0)の場合はラッチ回路Q1は
書き込み十分となると“0”から“1”に反転するが、
(Q2,Q1)=(0,0)の場合はラッチ回路Q1は
3ステップ目の書き込みデータとしても使用する必要が
あるため第1ステップで書き込み十分となっても“0”
から“1”に反転しない(できない)。
【0016】各ステップでの書き込み終了判定は、図示
しない判定回路によって、ラッチされているデータが全
て“1”となった段階でそのステップの書き込み終了と
判定する。書き込みデータ(Q2,Q1)=(0,0)
のセルは、ワイヤードORによる第1ステップでのラッ
チ回路Q1の反転は起こらないから、判定回路による終
了判定は行われない。
【0017】
【発明が解決しようとする課題】ところで、多値の書込
は、消去レベルに近い状態の書込から順次、消去レベル
から離れた状態の書込を行っている。このため、書き込
みディスターブに弱いレベルほどディスターブを受けて
いた。たとえば4値のNAND型フラッシュメモリの場
合、図11に示すように、書き込みデータが“10”の
メモリセルの書き込みを行った後“01”そして“0
0”の書き込みを行う。書き込みディスターブは蓄積電
荷量が少ない“10”のレベルが最も弱いが、書き込み
データが“10”のメモリセルは、書き込み後、“0
1”、“00”の書き込み時にディスターブを受け、
“00”のレベルの書き込みが終了した時点でディスタ
ーブによりしきい値電圧Vthがシフトしている可能性
がある。多値のレベル数が8値、16値となっていくと
ステップ数が増えて消去レベルに近い状態のディスター
ブはさらにきつくなる。
【0018】図12に、8値のNAND型フラッシュメ
モリの従来の書き込みステップを示す。図12に示すよ
うに、従来は消去状態に近いレベルから消去状態から遠
いレベルに向かって順次書き込みを行っていく。そし
て、書き込みレベルに達した段階でビット線電圧を書込
禁止電圧に変換する。たとえば書き込みデータが“11
0”の場合、図12のステップ1で書き込みを行い、書
き込み十分と判定された段階で、ラッチデータを“11
1”に反転させて、以後の書込みでは、ビット線に電源
電圧VCCを印加する。ところが、他のストリングに対し
て行う続くステップ2〜ステップ7の書き込みサイクル
では、ワード線が共通なためディスターブを受ける。
【0019】書込みデータの中ではディスターブは、デ
ータ“110”が最も弱い。一方、各ステップの書き込
み時間は、ステップnのnの値が大きくなるにしたがっ
て長くなる。以上より、書き込みデータが“110”の
メモリセルは最もディスターブ耐性が弱く、最もディス
ターブ時間が長い。このため、ステップ7の書込が終了
した段階でディスターブによってしきい値電圧Vthが
隣の書き込みレベルに移ってしまっている可能性があ
る。
【0020】本発明は、かかる事情に鑑みてなされたも
のであり、その目的は、しきい値電圧が低い書き込みレ
ベルのメモリセルのディスターブ特性を改善し、かつ高
速に書き込みが可能な不揮発性半導体記憶装置およびそ
のデータ書き込み方法を提供することにある。
【0021】
【課題を解決するための手段】本発明の不揮発性半導体
記憶装置は、ビット線電位を複数に変化させて異なるし
きい値電圧分布の複数データを並列に書き込むことによ
り書き込み効率を上げ、かつ、複数ビットのデータを幾
つかにグループ化して、ディスターブ耐圧が強い上位の
グループから書き込みを行うことにより、ディスターブ
耐圧が弱い最下位のグループの書き込みディスターブ時
間を短くした。
【0022】すなわち、本発明の不揮発性半導体記憶装
置は、ワード線およびビット線への印加電圧に応じて電
荷蓄積部に蓄積された電荷量が変化し、その変化に応じ
てしきい値電圧が変化し、消去状態からのしきい値電圧
の変化量に応じて複数ビットのデータを単一メモリセル
内に記憶することが可能な不揮発性半導体記憶装置であ
って、データ書き込み時に、前記複数ビットのデータの
うち消去状態からのしきい値電圧の変化量が最も小さい
データが属する最下位グループより上位のグループのデ
ータの書き込みを行った後、前記最下位グループのデー
タの書き込みを行い、かつ、各グループの書き込みにお
いて、消去状態からのしきい値電圧の変化量が異なる複
数種類のデータを並列に書き込むことが可能な書込制御
回路を有する。好ましくは、前記書込制御回路は、同一
ワード線に接続された同一ページ内の複数のメモリセル
に対し、消去状態からのしきい値電圧の変化量が異なる
複数種類のデータを、前記ビット線への印加電圧を変え
て並列に書き込む。
【0023】具体的に、前記書込制御回路は、前記デー
タのビット数に対応した数の複数のラッチ回路と、前記
ビット線の印加電圧を異なる電圧値で供給する複数のビ
ット線電圧供給線と、前記複数のビット線電圧供給線に
接続され、前記ビット線の印加電圧を発生させ、少なく
とも前記グループ間の書き込みで切り換えて前記複数の
ビット線電圧供給線に出力するビット線電圧発生・切換
回路と、前記複数のラッチ回路と前記ビット線電圧供給
線との間に接続され、書き込み時に前記ラッチ回路に設
定された書き込みデータに応じて、前記ビット線と前記
ビット線電圧供給線との接続を制御する電圧供給制御回
路とを有する。
【0024】また、本発明における前記書込制御回路
は、好ましくは、前記グループごとの書き込みを前記複
数ビットの1ビットを固定とし、他を任意とすることに
より行い、前記上位のグループに対するデータの書き込
み時に、任意とするビットに対応する前記ビット線電圧
供給線に電源電圧を供給する。この場合、前記上位のグ
ループは、最上位ビットを所定コードに固定されたデー
タ群とし、前記最下位ブループは、最上位ビットを前記
所定コードの反転コードに固定されたデータ群とすると
よい。
【0025】さらに、好ましくは、前記書込制御回路
は、前記複数のラッチ回路および前記複数の電圧供給制
御回路を複数のビット線ごとに有し、当該複数のビット
線から1つのビット線を選択して前記書込制御回路に接
続させるビット線選択手段が、ビット線ごとに接続され
ている。
【0026】本発明の不揮発性半導体記憶装置は、いわ
ゆるNAND型に好適である。すなわち、前記ビット線
に接続された第1選択トランジスタと基準電位供給線に
接続された第2選択トランジスタとの間に、前記メモリ
セルが複数個、直列に接続されている。
【0027】本発明の不揮発性半導体記憶装置のデータ
書き込み方法は、ワード線およびビット線への印加電圧
に応じて電荷蓄積部に蓄積された電荷量を変化させ、そ
の変化に応じてしきい値電圧を変化させ、消去状態から
のしきい値電圧の変化量に応じて複数ビットのデータを
単一メモリセル内に記憶させる不揮発性半導体記憶装置
の書き込み方法であって、書き込み時に、前記複数ビッ
トのデータのうち消去状態からのしきい値電圧の変化量
が最も小さいデータが属する最下位グループより上位の
グループのデータの書き込みを行った後、前記最下位グ
ループのデータの書き込みを行い、かつ、各グループの
書き込みにおいて、消去状態からのしきい値電圧の変化
量が異なる複数種類のデータを並列に書き込む。
【0028】このような本発明の不揮発性半導体記憶装
置及びそのデータ書き込み方法では、各グループの書き
込みにおいて、前記ビット線電圧発生・切換回路によっ
て、異なる電圧レベルのビット線電圧が生成され、これ
が所定のビット線電圧供給線に印加されている。また、
前記ラッチ回路に設定された書き込みデータに応じて、
電圧供給制御回路がビット線を所定のビット線電圧供給
線に接続する。これにより、所定電圧レベルのビット線
電圧が書き込み対象のメモリセルが接続されたビット線
に印加される。
【0029】例えばNAND型では、このビット線電圧
の印加によってメモリトランジスタ列(NAND列)の
チャネル電位が設定される。ビット線電圧が低いほどチ
ャネル電位とワード線電位との書き込み電位差が大きく
なり、より多くの電荷が電荷蓄積部に注入される。した
がって、ビット線電圧を書込みデータに応じて設定する
ことにより電荷の注入量、ひいてはしきい値電圧を変え
た多値データの書き込みが可能となる。また、ビット線
電圧をある程度高くすると、上記書き込み電位差が小さ
くなり、書き込み禁止状態となる。NAND列のチャネ
ルをビット線と切り離して自動昇圧させるセルフブース
トにおいては、この書き込み禁止状態となるビット線電
圧を電源電圧程度に低くすることができる。
【0030】従来の書き込み方法では、書き込み状態と
するビット線電圧は、通常、そのレベルが単一のもの等
を用い、ページ内の全てのメモリセルをしきい値分布の
低いレベルに一旦書き込んで、より上位のレベルまで書
き込むセルに対してのみ追加的な書き込みを行い、これ
を繰り返して離散化されたしきい値分布を得ていた。
【0031】これに対し、本発明の不揮発性半導体記憶
装置では、ビット線印加電圧を従来に比べ大きく、かつ
ビット線ごと(又は複数のビット線ごと)に任意に変化
させることができることから、同じ書き込みサイクル内
で、異なるしきい値電圧レベルの複数種類のデータを並
列に書き込むことができる。したがって、しきい値電圧
が高いデータからの書き込みも可能であり、本発明で
は、複数ビットのデータを上位のグループから書き込
み、最後に、最もディスターブ耐性の弱いセルを含む最
下位のグループの書き込みを行う。この書き込み制御で
は、最もディスターブ耐性の弱いセルは、上位のグルー
プの書き込み時に未だ書き込みがされていないのでディ
スターブを受けても問題ない。
【0032】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る不揮発性半導
体記憶装置及びそのデータ書き込み方法の実施形態を、
図面を参照しながら詳細に説明する。
【0033】図1は、本実施形態に係る不揮発性半導体
記憶装置の回路図である。この不揮発性半導体記憶装置
10は、記憶レベルが8値に対応したものであり、メモ
リアレイ11、および書込/ベリファイ/読出制御回路
20を有する。
【0034】メモリアレイ11は、図1に示すように、
それぞれメモリセルが共通のワード線WL0〜WL15
に接続されたメモリストリングA0,A1を繰り返し配
置の基本単位として有する。メモリストリングA0はビ
ット線BL0に接続され、メモリストリングA1はビッ
ト線BL1に接続されている。メモリストリングA0
は、フローティングゲートを有する不揮発性メモリ素子
としてのメモリセルトランジスタMT0A〜MT15A
が直列に接続されたNANDストリングを有する。この
NANDストリングのメモリセルトランジスタMT0A
のドレインが選択ゲートSG1Aを介してビット線BL
0に接続され、メモリセルトランジスタMT15Aのソ
ースが選択ゲートSG2Aを介して基準電位線VGLに
接続されている。メモリストリングA1は、フローティ
ングゲートを有する不揮発性メモリ素子としてのメモリ
セルトランジスタMT0B〜MT15Bが直列に接続さ
れたNANDストリングを有する。このNANDストリ
ングのメモリセルトランジスタMT0Bのドレインが選
択ゲートSG1Bを介してビット線BL1に接続され、
メモリセルトランジスタMT15Bのソースが選択ゲー
トSG2Bを介して基準電位線VGLに接続されてい
る。
【0035】選択ゲートSG1A,SG1Bのゲートが
選択信号供給線SSLに共通に接続され、選択ゲートS
G2A,SG2Bのゲートが選択信号供給線GSLに共
通に接続されている。
【0036】図1に示す書込/ベリファイ/読出制御回
路20は、書込制御回路21を中心に示し、ベリファイ
/読出制御回路は省略している。この書込/ベリファイ
/読出制御回路20は、NMOSトランジスタNT21
〜NT41、PMOSトランジスタPT21、インバー
タの入出力同士を結合してなるラッチ回路Q21,Q2
2,Q23、ビット線電圧発生・切換回路22、インバ
ータ23,24、および判定回路25,26を有する。
【0037】このうち、NMOSトランジスタNT25
〜NT35およびラッチ回路Q21,Q22,Q22に
より書込制御回路21が構成されている。また、NMO
SトランジスタNT27〜NT35により、本発明にお
ける“電圧供給制御回路”が構成されている。
【0038】ノードSA21とビット線BL0との間
に、高耐圧のNMOSトランジスタNT21およびNT
23が直列に接続され、ノードSA21とビット線BL
1との間に、高耐圧のNMOSトランジスタNT22お
よびNT24が直列に接続されている。NMOSトラン
ジスタNT23のゲートにアドレスデコード信号Aiが
供給され、NMOSトランジスタNT24のゲートに信
号/Ai(/は反転を示す)が供給される。また、NM
OSトランジスタNT21,NT22のゲートに信号T
RNが供給される。
【0039】ノードSA21と接地ラインGNDとの間
にNMOSトランジスタNT25が接続され、ノードS
A21と電源電圧VCCの供給ラインとの間にPMOSト
ランジスタPT21が接続されている。NMOSトラン
ジスタNT25のゲートに信号DISが供給され、PM
OSトランジスタPT21のゲートに信号Vrefが供
給される。
【0040】ノードSA21と接地ラインとの間に、N
MOSトランジスタNT26,NT27,NT28が直
列に接続されている。NMOSトランジスタNT26と
NT27との接続点(ノードSA22)と書き込み時の
ビット線電圧VB1の供給ラインとの間に、NMOSト
ランジスタNT29,NT30が直列に接続されてい
る。ノードSA22と書き込み時のビット線電圧VB2
の供給ラインとの間に、NMOSトランジスタNT3
1,NT32が直列に接続されている。ノードSA22
と書き込み時のビット線電圧VB3の供給ラインとの間
に、NMOSトランジスタNT33,NT34,NT3
5が直列に接続されている。これらビット線電圧VB
1,VB2,VB3の供給ラインは、ビット線電圧発生
・切換回路22に接続されている。
【0041】NMOSトランジスタNT26のゲートに
信号PGMが供給され、NMOSトランジスタNT2
7,NT32のゲートがラッチ回路Q22の第2の記憶
ノードN22bに接続され、NMOSトランジスタNT
28,NT30のゲートがラッチ回路Q23の第2の記
憶ノードN23bに接続され、NMOSトランジスタN
T29,NT34のゲートがラッチ回路Q22の第1の
記憶ノードN22aに接続され、NMOSトランジスタ
NT31,NT33のゲートがラッチ回路Q23の第1
の記憶ノードN23aに接続され、NMOSトランジス
タNT35のゲートがラッチ回路Q21の第2の記憶ノ
ードN21bに接続されている。
【0042】ラッチ回路Q23の第1の記憶ノードN2
3aとバスラインIOi+2との間にNMOSトランジ
スタNT39が接続され、ラッチ回路Q22の第1の記
憶ノードN22aとバスラインIOi+1との間にNM
OSトランジスタNT40が接続され、ラッチ回路Q2
1の第1の記憶ノードN21aとバスラインIOiとの
間にNMOSトランジスタNT41が接続されている。
これらNMOSトランジスタNT39,NT40,NT
41のゲートは信号Yiの供給ラインに接続されてい
る。
【0043】書込終了判定用インバータ23の入力が接
地され、出力が判定回路25に接続されている。書込終
了判定用インバータ24の入力が接地され、出力が判定
回路26に接続されている。この書込終了判定用インバ
ータ23および判定回路25の接続点と接地ラインとの
間にNMOSトランジスタNT36が接続され、書込終
了判定用インバータ24および判定回路26の接続点と
接地ラインとの間に、NMOSトランジスタNT37と
NT38が並列に接続されている。NMOSトランジス
タNT36のゲートがラッチ回路Q23の第2の記憶ノ
ードN23bに接続され、NMOSトランジスタNT3
7のゲートがラッチ回路Q22の第2の記憶ノードN2
2bに接続され、NMOSトランジスタNT38のゲー
トがラッチ回路Q21の第2の記憶ノードN21bに接
続されている。
【0044】つぎに、この図1に示す回路の基本的な書
き込み動作を、図2のタイミングチャートに関連づけて
説明する。
【0045】スタンバイ時に、信号PGMがローレベル
(接地レベル)に設定されてNMOSトランジスタNT
26が非導通状態で保持され、ビット線BL0,BL1
がラッチ回路Q21〜Q23から切り離されている。ま
た、信号DISが電源電圧VCC、信号Vrefがハイレ
ベルに設定され、ノードSA21が接地されている。さ
らに、アドレスデコード信号Ai,/Aiと信号TRN
が共に(VCC−Vth)程度の電圧に保持され、NMO
SトランジスタNT21〜NT24が全て導通状態に保
持されている。このため、ビット線BL0,BL1が共
に接地されている。
【0046】この状態で書き込みサイクルに入ると、最
初のデータ入力モードにおいて、信号Yiがハイレベル
に設定されてNMOSトランジスタNT39〜NT41
が導通状態に遷移し、書き込みデータがラッチ回路Q2
1〜Q23に取り込まれ保持される。
【0047】つぎにビット線電位の設定モードに入り、
まず、信号DIS,Vrefがローレベル(接地レベ
ル)に設定され、これによりNMOSトランジスタNT
25が非導通状態に遷移し、いわゆるプリチャージ用P
MOSトランジスタPT21が導通状態に遷移する。ま
た、信号TRN,Ai,/Aiの電圧値がP5V(5V
程度の電圧)に上がる。このため、ビット線BL0,B
L1が電源電圧VCCに充電される。また、メモリストリ
ングのドレイン側の選択ゲートSG1A,SG1Bのゲ
ートに接続された選択信号供給線SSLが電源電圧VCC
レベルに設定される。
【0048】例えば偶数ビット線BL0が選択され、こ
れに接続されたストリングA0が書き込み対象とされた
場合、その後、非選択の奇数ビット線BL1側のアドレ
スデコード信号/Aiがローレベルに設定され、NMO
SトランジスタNT24が非導通状態に切り換えられ、
非選択のビット線BL1が電源電圧VCCに充電された状
態でフローティング状態に保持される。続いて、信号V
refが電源電圧VCCレベルに切り換えられ、プリチャ
ージ用PMOSトランジスタPT21が非導通状態とな
り、また信号PGMがハイレベルに設定されて、NMO
SトランジスタNT26が導通状態に切り換えられる。
これにより、選択ビット線BL0がラッチ回路Q21〜
Q23に接続されて、選択ビット線BL0が書き込みデ
ータに応じた電圧に設定される。
【0049】たとえば、書き込みデータが“00x
(x:0または1)”の場合、ラッチ回路Q23,Q2
2の第2の記憶ノードN23b,N22bがともにハイ
レベルになっている。したがって、NMOSトランジス
タNT27およびNT28が導通状態に保持されてい
る。このため、ビット線BL0は接地レベルに放電され
る。
【0050】書き込みデータが“01x”の場合には、
ラッチ回路Q23の第2の記憶ノードN23bおよびラ
ッチ回路Q22の第1の記憶ノードN22aがともにハ
イレベルになっている。したがって、NMOSトランジ
スタNT29およびNT30が導通状態に保持されてい
る。その結果、ノードSA21がビット線電圧VB1の
供給ラインに接続される。このため、ビット線BL0は
VB1に設定される。
【0051】書き込みデータが“10x”の場合には、
ラッチ回路Q23の第1の記憶ノードN23aおよびラ
ッチ回路Q22の第2の記憶ノードN22bがともにハ
イレベルになっている。したがって、NMOSトランジ
スタNT31およびNT32が導通状態に保持されてい
る。その結果、ノードSA21がビット線電圧VB2の
供給ラインに接続される。このため、ビット線BL0は
VB2に設定される。
【0052】書き込みデータが“110”の場合には、
ラッチ回路Q23,Q22の第1の記憶ノードN23
a,N22aともにハイレベルになっているとともに、
ラッチ回路Q21の第2の記憶ノードN21bがハイレ
ベルになっている。したがって、NMOSトランジスタ
NT33〜NT35が導通状態に保持されている。その
結果、ノードSA21がビット線電圧VB3の供給ライ
ンに接続される。このため、ビット線BL0はVB3に
設定される。
【0053】書き込みデータが“111”の場合には、
ラッチ回路Q23,Q22,Q21の第2の記憶ノード
N23b,N22b,N21bがローレベルになってい
る。したがって、NMOSトランジスタNT28、NT
30、NT32,NT35が非導通状態に保持されてい
る。その結果、ノードSA21がいずれのビット線電圧
供給ラインにも接続されず、また接地線にも接続されな
い。このため、ビット線BL0はプリチャージ電圧であ
る電源電圧VCCレベルに保持される。
【0054】以上のように、書込制御回路21の動作に
より、選択ビット線BL0の書き込みデータに応じた電
圧の供給線(接地線、ビット線電圧VB1〜VB3)へ
の接続が制御され、またビット線電圧発生・切換回路2
2がビット線電圧VB1〜VB3の値を予め制御するこ
とにより、目標とするしきい値電圧レベルに応じたビッ
ト線電位の設定が可能となる。
【0055】図1に示す回路はワード線方向に複数設け
られており、ページ単位の書き込みにおいて、複数のビ
ット線に異なるレベルの書き込みビット線電圧を設定す
ることができる。このため、つぎの書き込みモードに入
ると、選択ワード線WLが書き込み電圧VPGMに設定
され、非選択のワード線が書き込み禁止電圧Vpass
(<VPGM)に設定されて書き込みが行われるが、こ
の際、同一ページ内でしきい値電圧レベルが異なる複数
のデータを並列に書き込むことができる。なお、このと
き、非選択のビット線BL1に接続されているメモリス
トリングA1のメモリセルのチャネルおよび書き込みデ
ータが“111”のメモリセルのチャネルは、ドレイン
側の選択ゲートSG1B,SG1Aによってビット線B
L1,BL0から切り離され、ワード線との容量結合に
より非書き込み電位にブーストされて書き込みされな
い。
【0056】書き込みが終了すると、図2に示すように
各信号を変化させた後、ベリファイ読み出しモードに入
る。ベリファイ読み出し動作では、書き込みが終了する
ごとに“000”、“001”、“010”、“01
1”、“100”、“101”、“110”の書き込み
チェックが行われる。この書き込みチェックは、例えば
高いレベルから読み出しワード線電圧を段階的に変化さ
せならが繰り返され、所望のしきい値電圧レベルの書き
込みが達成されているかが調べられる。書き込みチェッ
クの結果、所望のしきい値電圧レベルの書き込みが達成
されている場合は、ラッチ回路の保持データを“11
1”に変更して、以後の書き込みを禁止する。
【0057】以上のような書き込み、ベリファイ読み出
しを、ページ内の全てのセルが書き込み十分と判定され
るまで繰り返すことにより、ベージ書き込みが終了す
る。
【0058】本実施形態では、上述したように同一ペー
ジ内で目標とするしきい値電圧が異なる複数データの並
列書き込みが可能となることに加え、詳しくは後述する
が、複数ビットのデータ(本例では8値のデータ群)を
幾つかにグループ化して、最下位グループに先立って、
これより上位のグループの書き込みを行う。このグルー
プ化したデータ書き込みは、ビット線電圧発生・切換回
路22が、まず、上位グループの書き込みに対応した書
き込みビット線電圧VB1〜VB3の電圧値の組みを設
定し、その後、これを最下位グループの書き込みに対応
した電圧値の組みに切り換えることによって達成され
る。
【0059】図3は、図1に示す回路を用いた本実施形
態の書き込みステップ例を、グループ化しない場合とと
もに示す図である。図3(a)に例示したグループ化し
ない場合では、すべてのデータを並列に書き込む。この
グループ化しない場合、最もディスターブに弱い最下位
のデータ“110”は最も早く書込十分となり、書込の
最も遅い最上位のデータ“000”が書込十分と判定さ
れるまでディスターブを受けるが、従来の書き込みステ
ップを示す図12に比較すると、ディスターブ時間が低
減されることは明らかである。
【0060】これに対し、図3(b)に例示した本発明
の場合では、ステップ1で上位グルプに属するデータを
全て並列に書き込んだ後、ステップ2で下位グループに
属するデータを全て並列に書き込む。この場合、最もデ
ィスターブ耐性が弱い最下位のデータ“110”は、殆
どディスターブを受けない利点がある。
【0061】以下、最初に、データをグループ化しない
で行う書き込み方法を説明した後、本実施形態における
書き込み方法の詳細を説明する。そして、最後に、デー
タをグループ化しないで書き込む場合との比較におい
て、本実施形態の書き込み方法のディスターブ時間の低
減効果を具体的に検証することによって、従来の書き込
み方法より大幅にディスターブ特性が改善されることを
明らかにする。
【0062】〔データをグループ化しないで行う書き込
み方法〕図4には、図3(a)のようにグループ化しな
い場合において、ビット線電圧の理想的な設定例、図1
の回路を用いた現実的な設定例、および現実的な電圧設
定による最初の書き込み後のしきい値電圧を示す。
【0063】8値データの書き込みを高速に行うには、
全てのデータを一度に並列に書き込むことが有効であ
る。その際、ビット線電圧を書き込みデータに応じて、
たとえば図3(a)に示すように、各データに対応して
“111”:8.0V、“110”:3.6V、“10
1”:3.0V、“100”:2.4V、“011”:
1.8V、“010”:1.2V、“001”:0.6
V、“000”:0.0Vに設定すれば、しきい値電圧
Vthのシフト量の大きいセルほど高い電界がかかり、
結果的に全てのデータの書き込みがほぼ同時に終了す
る。
【0064】しかし、実際のNAND型メモリでは、い
わゆるセルフブーストまたはローカルセルフブーストと
称される書き込み禁止手法がラッチ回路の省面積化及び
低消費電力化の点から有利で、これとの兼ね合いにより
選択ビット線に印加できる電圧の上限が決められる。
【0065】図5に、書き込み時のNANDストリング
を示す。選択ワード線にはプログラム電圧VPGMが印
加され、その他の非選択ワード線にはパス電圧Vpas
s(<VPGM)が印加される。また、選択ゲートSG
1のゲートには電源電圧VCC、選択ゲートSG2のゲー
トには接地電位GNDが印加される。このワード線およ
び選択ゲートへの印加電圧の条件下、セルフブーストま
たはローカルセルフブーストでは、選択ゲートSG2は
常時オフであるが、非選択メモリストリングAunsel.の
チャネルが昇圧される途中で選択ゲートSG1がカット
オフし、フローティング状態になったチャネルが更に高
い電圧まで自動昇圧される。したがって、非選択ビット
線を介してチャネルに印加できる電圧は、非選択メモリ
ストリングAunsel.のビット線側の選択ゲートSG1の
しきい値電圧VthDSG に依存し、書き込み時の選択ゲー
トSG1のゲート印加電圧を電源電圧VCCとすると、非
選択ビット線に印加できる電圧の上限は(VCC−VthDS
G )となる。このため、選択ビット線への印加電圧の上
限値は、この(VCC−VthDSG )からマージンを引いた
電圧、たとえば1.5Vとなる。
【0066】また、8値データに対応したラッチ回路等
をビット線数本分(図1では2本分)のピッチに収める
必要があり、回路規模およびレイアウト面積削減の観点
から、複数のデータ書き込みで同じ一つのビット線電圧
を設定する必要がある。
【0067】以上の理由により、図1の回路動作におい
て説明したように、書き込みデータが“00x(x:0
または1)”、“01x”または“10x”の場合にお
いて、それぞれ2つのデータに同じ0V,VB1または
VB2のビット線電圧が用いられる。具体的なビット線
電位は、例えば図4(b)に示すように、“000”ま
たは“001”の書き込み時に0.0V(接地電位)、
“010”又は“011”の書き込み時に1.2V(V
B1)、“100”又は“101”の書き込み時に1.
5V(VB2)、“110”の書き込み時に1.5V
(VB3),“111”の書き込み時にVCC(電源電
圧)に設定される。
【0068】ところが、このグループ化しない書き込み
時において、図3(a)に示すように、すべてのデータ
を並列に書き込むとすると、並列書き込みにより効率は
上がるものの、現実には、すべてのデータが同時に書き
込みが終了する訳ではない。これは、上記したように書
き込み時のビット線電圧に制限があり、またメモリセル
アレイにはメモリ素子のバラツキが存在し、これにより
同じバイアス条件でも書き込みの速いセルと遅いセルが
存在するからである。
【0069】図6は、1回目の書き込み後のしきい値電
圧のシフトを示す図である。この図では、ビット線電圧
0V,1.5V,VCCの場合で、書き込みが速いセルと
遅いセルのしきい値電圧Vthが変化する様子を示して
いる。1回目の書き込みにおいて選択ワード線電圧VP
GMは“110”の書き込みセルのうち、この最初の書
き込みで、最も速いセルが書き込み十分となる値に設定
される。このとき、この書き込みが速いセルと遅いセル
のしきい値電圧Vthの差異ΔVth0は、現状では2
V程度存在する。したがって、書き込みが速いセルのし
きい値電圧を0.2Vとすると、書き込みの遅いセルの
しきい値電圧は−1.8V(=0.2V−2.0V)程
度である。この書き込みの遅いセルは、2回目以降の書
き込みで、目標とする書き込みデータ“110”のしき
い値電圧レベルまで書き込まれる。
【0070】一方、書き込みデータが“00x”のセル
は、ビット線電圧0Vで書き込みが行われる。この場
合、書き込みが速いセルと遅いセルは、上記書き込みデ
ータ“110”のセルに比べると、1回目の書き込み終
了時に、ほぼビット線電圧差1.5Vに相当する電圧だ
け高いしきい値電圧となっている。そして、これら書き
込みデータが“00x”のセルは全て、2回目以降の書
き込みで所定のしきい値電圧レベルに達するまで何回も
書き込みが繰り返される。この書き込みデータが“00
x”のセルが書き込み十分と判断されるまでの間に、他
の書き込みデータのセルが、書き込み回数を追うごとに
次第に書き込み十分と判断される。
【0071】このグループ化しない書き込み例では、1
回目の書き込みで書き込み十分と判断されたセルは、ほ
ぼ8値データの書き込み時間全域にわたってディスター
ブを受け続けることになる。この点では、書き込み例
(図3(a))は図12の従来の方法と同じであるが、
図3(a)は並列書き込みにより効率が大幅に向上して
おり、その分、ディスターブ時間はかなり短くなってい
る。
【0072】〔グループ化して行う書き込み方法〕図7
は、図3(b)のようにグループ化する場合において、
ビット線電圧の理想的な設定例、図1の回路を用いた現
実的な設定例、および現実的な電圧設定による最初の書
き込み後のしきい値電圧を示す。上位グループの書き込
みにおいて、ビット線電圧を書き込みデータに応じて、
たとえば図7(a)に示すように、ビット線電圧を各デ
ータに対応して0V〜1.8Vに設定すれば、しきい値
電圧Vthのシフト量の大きいセルほど高い電界がかか
り、結果的に上位グループの全てのデータの書き込みが
ほぼ同時に終了させることも可能である。しかし、ラッ
チ回路の回路規模の観点から、図7(b)の様にビット
線電圧を設定して書き込みを行う。
【0073】上位グループの書き込みでは、書き込みデ
ータが“000”、“001”、“010”、“01
1”のセルを対象とした書き込みを行う。したがって、
このとき書き込みデータが“100”、“101”、
“110”、“111”のセルは書き込み禁止とする必
要がある。本実施形態における、この書き込み禁止は、
上位グループの書き込み時に、図1のビット線電圧発生
・切換回路22がビット線電圧VB2とVB3を共に電
源電圧VCCに設定することにより達成される。
【0074】書き込みデータが“100”または“10
1”(“10x”)の場合、図1において、ラッチ回路
Q23の第1の記憶ノードN23aおよびラッチ回路Q
22の第2の記憶ノードN22bともにハイレベルであ
り、このためNMOSトランジスタNT31およびNT
32が導通状態になろうとする。ところが、ビット線電
圧VB2が電源電圧VCCであることから、NMOSトラ
ンジスタNT31およびNT32はカットオフしたまま
非導通状態を維持する。この結果、書き込みデータが
“100”または“101”のセルの書き込み時に、ビ
ット線BL0にはプリチャージ電圧VCCが維持され、書
き込みが禁止される。
【0075】書き込みデータが“110”の場合、ラッ
チ回路Q23,Q22の第1の記憶ノードN23a,N
22aがともにハイレベルになっているとともに、ラッ
チ回路Q21の第2の記憶ノードN21bがハイレベル
になっており、したがってNMOSトランジスタNT3
3〜NT35が導通状態になろうとする。ところが、ビ
ット線電圧VB3が電源電圧VCCであることから、NM
OSトランジスタNT33〜NT35はカットオフした
まま非導通状態を維持する。この結果、書き込みデータ
が“110”のセルの書き込み時に、ビット線BL0に
はプリチャージ電圧VCCが維持され、書き込みが禁止さ
れる。
【0076】一方、上位グループ内の書き込みデータに
ついては、先に説明した如く、書き込みデータが“00
x”の場合にビット線BL0が接地レベルに放電され、
書き込みデータが“01x”の場合にビット線BL0は
VB1(例えば、1.2V)に設定される。したがっ
て、図3(b)では、書き込みデータ“00x”と“0
1x”に対して並列書き込みされる。
【0077】ベリファイ読み出しモードでは、読み出し
ゲート電圧を、3.8V、3.2V、2.6V、2.0
Vの4回切り換えしながら、書き込みチェックが行われ
る。そして、この書き込みチェックで書き込み十分と判
定されたセルからラッチ回路Q21〜23のデータを
“111”に置き換えていく。その後、ページチェック
を行うが、このとき書込十分と判定されたセルはラッチ
回路Q23の第1の記憶ノードN23aが“1”とな
り、第2の記憶ノードN23bが“0”、即ちローレベ
ルとなる。そして、上位グループのすべてのセルが書込
十分と判定された場合、NMOSトランジスタNT36
がすべてオフしてインバータ23の出力はVccを保持
し、これを判定回路25が検知する。上位グループ内の
セルは、元々ラッチ回路Q23の第2の記憶ノードN2
3bが“1”、即ちハイレベルであり、書き込み終了す
ると必ず“0”に反転される。しがたって、インバータ
23の出力変化を判定回路25が検出すると、上位グル
ープの書き込みが終了したと判断することができる。こ
のページチェックで、ページ書き込み終了と判断される
まで、書き込みとベリファイを繰り返す。
【0078】上位グループが書き込み終了と判断される
と、つぎに下位グループの書き込みを行う。下位グルー
プの書き込みでは、上位グループ内のセルに対し既に書
き込み禁止が設定されているので、図1のビット線電圧
発生・切換回路22がビット線電圧VB2の供給ライン
を電源電圧VCCから0Vに切り換え、VB3の供給ライ
ンを電源電圧VCCから例えば1.2Vに切り換える。こ
のとき、VB1の供給ラインは上位グループの書き込み
時の電圧値(1.2V)のままでもよいし、電源電圧V
CCに切り換えてもよい。上位グループの書き込みが終了
した段階では、全てのラッチ回路Q23の第1の記憶ノ
ードN23aはハイレベル、第2の記憶ノードN23b
はローレベルとなっているため、NMOSトランジスタ
NT28およびNT30は非導通状態に維持されている
からである。
【0079】書き込みデータが“100”または“10
1”(“10x”)の場合、図1において、ラッチ回路
Q23の第1の記憶ノードN23aおよびラッチ回路Q
22の第2の記憶ノードN22bがともにハイレベルで
あり、このためNMOSトランジスタNT31およびN
T32が導通状態になり、ビット線BL0にVB2(0
V)が設定される。書き込みデータが“110”の場
合、ラッチ回路Q23,Q22の第1の記憶ノードN2
3a,N22aがともにハイレベルになっているととも
に、ラッチ回路Q21の第2の記憶ノードN21bがハ
イレベルになっており、したがってNMOSトランジス
タNT33〜NT35が導通状態になり、ビット線BL
0にVB3(1.2V)が設定される。なお、非選択の
奇数ビット線(BL1等)と、上位グループの書き込み
において書き込み対象となったセルが接続され、ラッチ
データ“111”が設定されている偶数ビット線BL0
の一部とは、プリチャージ時の電源電圧VCCレベルで保
持され、これらのビット線に連なるセルへのデータ書き
込みが禁止される。
【0080】したがって、図3(b)に示すステップ2
では、書き込みデータ“110”と“10x”に対する
並列書き込みが可能である。
【0081】ベリファイ読み出しモードでは、読み出し
ゲート電圧を、1.4V、0.8V、0.2Vの3回切
り換えながら、書き込みチェックが行われる。そして、
この書き込みチェックで書き込み十分と判定されたセル
からラッチ回路Q21〜23のデータを“111”に置
き換えていく。その後、ページチェックを行うが、この
ときラッチ回路Q23のデータは元々“1”であり、ラ
ッチ回路Q21とQ22のデータが共に“1”となる
と、書き込みサイクルが終了し、ラッチ回路Q21とQ
22のデータの何れか一つでも“0”であるセルが存在
する場合、このページチェックでページ書き込み終了と
判断されるまで、書き込みとベリファイを繰り返す。
【0082】この書き込み方法で、ディスターブに弱い
書き込みデータ“110”は上位グループの書き込みの
間は未だ書き込みがされていないためディスターブを受
けない。この書き込みデータ“110”のセルは、ステ
ップ2で初めてディスターブを受ける。このうち最も長
くディスターブを受けるセルは、ステップ2の1回目の
書き込みで目標の“110”レベルに到達した書き込み
が最も速いセルである。しかし、このグループ化した書
き込み方法では、このセルがディスターブを受ける時間
は長くても下位グループの書き込み期間に過ぎない。ま
た、ワード線電圧はグループ化しない場合より低い。そ
の結果、グループ化しない場合より大幅にディスターブ
を低減することができる。また、ベリファイ読み出し回
数も、グループ化しない場合より減るので、書き込み時
間自体も短くすることができる。
【0083】〔ディスターブ時間およびトータルの書き
込み時間〕以上述べてきた書き込みにおいて、ISPP
(Incremental Step Pulse Programming)法を用いること
ができ、グループ化しないで書き込みを行う場合の多値
書き込み回数“Np”、トータルの書き込み時間“T
p”、および最も長いディスターブ時間“Tdisturb ”
は、以下の式で定義される。
【0084】
【数1】 Np=1+(ΔVth0 +δVpp+δVch+δVBL)/ΔVpp …(1) Tp=Tload+(Tpulse +7×Tvfy )×Np …(2) Tdisturb =Tpulse ×(Np−1) …(3)
【0085】ここで、ΔVth0 は1回目の書き込みで書
き込みが最も速いセルと最も遅いセルとのしきい値電圧
Vthの差、δVppは昇圧回路の出力変動量、δVchは
チャネル電位の変動量、δVBLは理想的に印加したいビ
ット線電圧と実際に印加できる電圧との差、ΔVppはI
SPPのステップパルス電圧、Tloadはプログラムデー
タの取り込み時間、Tpulse はISPPのパルス幅(書
き込み時間)、Tvfyは1レベル当たりに換算したベリ
ファイ時間を表す。
【0086】データをグループ化しないで書き込む場合
では、上記(1)式〜(3)式に例えば、ΔVth0 :
2.0V、δVpp:0.5V、δVch:0.1V、δV
BL:2.1V(=3.6V−1.5V)、ΔVpp:0.
2V、Tload:25μs(≒50ns(転送速度)×5
12(1ページ当たりのバイト数))、Tpulse :15
μs、Tvfy :4μsを代入する。その結果、多値書き
込み回数Npは25回、トータルの書き込み時間Tpは
1188μs、最も長いディスターブ時間Tdisturb が
360μsという計算値が得られた。
【0087】一方、本実施形態においては、ディスター
ブを最も長く受けるセルは、上位グループの1回目の書
き込みで書き込み十分と判定された書き込みデータ“0
11”のセルであり、上位グループの書き込みが全て終
了した後、下位グループの書き込みを行う。上位グルー
プの書き込み時の選択ワード線電圧は、後に行う下位グ
ループの書き込み時の選択ワード線電圧と比較すると、
その書き込むしきい値電圧Vthの分布レベルが高いた
め(理論上は2.4V程度)高い電圧からスタートす
る。したがって、上位グループでディスターブを最も長
く受ける書き込みデータ“011”のセルは、下位グル
ープと比較すると強いディスターブを受け、Tdisturb1
で表すディスターブ時間も長くなるが、このしきい値電
圧Vthの分布が高いセルは元々ディスターブに強いセ
ルであり、しきい値電圧が隣のしきい値電圧分布レベル
と混同するようなデータシフトの可能性は低い。
【0088】これに対し、下位グループで最も長くディ
スターブを受けるセル、即ち下位グループの1回目の書
き込みで書き込み十分と判定された書き込みデータ“1
10”のセルは、上記した高い選択ワード線電圧の印加
による上位グループの書き込み終了後に初めてディスタ
ーブを受ける。このため、この最もディスターブに弱い
とされる書き込みデータ“110”のセルについては、
Tdisturb2で表すディスターブ時間が、グループ化しな
いで行う書き込みに比べ大幅に短縮される。
【0089】上位グループの多値書き込み回数をNp1
、下位グループの多値書き込み回数をNp2 、上位グ
ループのトータルな書き込み時間をTp1 、下位グルー
プのトータルな書き込み時間をTp2 、および上位およ
び下位のグループの最も長いディスターブ時間Tdistur
b1, Tdisturb2は、以下の式で定義される。
【0090】
【数2】 Np1 =Np2 =1+(ΔVth0 +δVpp+δVch+δVBL)/ΔVpp…(4) Tp =Tload+(Tpulse +4×Tvfy )×Np1 +(Tpulse +3×Tvfy )×Np2 …(5) Tdisturb1=Tpulse ×(Np1 +Np2 −1) …(6-1) Tdisturb2=Tpulse ×(Np2 −1) …(6-2)
【0091】これらの式に、前記と同様に各変数に具体
的な数値を代入するが、ここで、理想的に印加したいビ
ット線電圧の最大値と実際に印加できる電圧との差δV
BLについては、2つの書き込みデータに対して1つのビ
ット線電圧を用いたことによる0.6Vが適用される。
その結果、多値書き込み回数Npは各グループに対し1
7回で合計34回、トータルの書き込み時間Tpは10
11μs、下位グループで最も長いディスターブ時間T
disturb2が240μs、上位グループで最も長いディス
ターブ時間Tdisturb1が、このTdisturb2との合計で4
95μsという計算値が得られた。すなわち、ディスタ
ーブに最も弱い書き込みデータ“110”のセルに対す
るディスターブ時間(Tdisturb2)がグループ化しない
で行う場合の360μsから240μsへと大幅に低減
され、また、トータルの書き込み時間Tpもグループ化
しないで行う場合の1188μsから1011μsへと
低減された。
【0092】なお、上記説明ではデータをしきい値電圧
分布の上位と下位の2グループに分けて書き込みを行う
場合を述べたが、データを更に多くのグループに分けて
書き込みをすることも可能である。その場合、本発明で
は、少なくとも最下位のグループに属するデータ群を最
後に書き込むことを条件とする。
【0093】
【発明の効果】本発明に係る不揮発性半導体記憶装置及
びそのデータ書き込み方法によれば、しきい値電圧分布
の最下位グループに先立って上位のグループのデータ書
き込みを行い、最後に最下位グループのデータ書き込み
を行うことから、最もディスターブに弱いセルのディス
ターブ時間が短縮されて、ディスターブ耐性が向上す
る。また、トータルの書き込み時間も短縮される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装
置の回路図である。
【図2】図1に示す回路の基本的な書き込み動作を示す
タイミングチャートである。
【図3】図1に示す回路を用いた本実施形態の現実的な
書き込みステップ例を、グループ化しない場合とともに
示す図である。
【図4】書き込みをグループ化しないで行う場合におい
て、ビット線電圧の理想的な設定例、図1の回路を用い
たときの現実的な設定例、および現実的な電圧設定によ
る最初の書き込み後のしきい値電圧を示す図である。
【図5】書き込み時のNANDストリングを示す図であ
る。
【図6】書き込みをグループ化しないで行う場合の1回
目の書き込み後のしきい値電圧のシフトを示す図であ
る。
【図7】書き込みをグループ化して行う本実施形態の場
合において、ビット線電圧の理想的な設定例、図1の回
路を用いたときの現実的な設定例、および現実的な電圧
設定による最初の書き込み後のしきい値電圧を示す図で
ある。
【図8】NAND型フラッシュメモリにおいて、1個の
メモリトランジスタに2ビットの4値データを記録する
場合の、しきい値電圧Vth分布とデータ内容との関係
を示す図である。
【図9】従来技術で挙げた文献に開示されたページ単位
で書き込みを行うNAND型フラッシュメモリの要部構
成を示す回路図である。
【図10】図9の回路における書き込み(プログラム)
時のタイミングチャートである。
【図11】4値のNAND型フラッシュメモリの従来の
一般的なデータ書き込みのステップを示す図である。
【図12】8値のNAND型フラッシュメモリの従来の
一般的なデータ書き込みのステップを示す図である。
【符号の説明】
11…不揮発性半導体記憶装置、20…書込/ベリファ
イ/読出制御回路、21…書込制御回路、22…ビット
線電圧発生・切換回路、23,24…書込終了判定用イ
ンバータ、25,26…判定回路、A0,A1…ストリ
ング、MT0A〜MT15A,MT0B〜MT15B…
メモリセルトランジスタ、SG1A,SG2A,SG1
B,SG2B…選択ゲート、NT21〜NT41…NM
OSトランジスタ、PT21…PMOSトランジスタ、
Q21,Q22,Q23…ラッチ回路、BL0,BL1
…ビット線、WL0等…ワード線、SSL,GSL…選
択制御線、VGL…基準電位供給線、IOi〜IOi+
2…データバス、TRN,Vref,DIS,Yi…各
種信号、SA21等…ノード、N21a〜N23a…ラ
ッチ回路の第1の記憶ノード、N21b〜N23b…ラ
ッチ回路の第2の記憶ノード、VB1〜VB3…ビット
線電圧供給線、VCC…電源電圧、GND…接地電位、V
th…しきい値電圧、VPGM…プログラム電圧、Vp
ass…パス電圧。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 21/8247 H01L 27/10 434 29/788 29/78 371 29/792 Fターム(参考) 5B025 AA03 AB01 AC01 AD03 AD04 AD09 AE08 5F001 AA01 AB02 AD12 AD41 AD53 AE02 AE03 AE08 AF06 AF20 AG40 5F083 EP02 EP22 EP32 EP76 GA01 GA11 GA30 LA10 ZA21

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ワード線およびビット線への印加電圧に応
    じて電荷蓄積部に蓄積された電荷量が変化し、その変化
    に応じてしきい値電圧が変化し、消去状態からのしきい
    値電圧の変化量に応じて複数ビットのデータを単一メモ
    リセル内に記憶することが可能な不揮発性半導体記憶装
    置であって、 データ書き込み時に、前記複数ビットのデータのうち消
    去状態からのしきい値電圧の変化量が最も小さいデータ
    が属する最下位グループより上位のグループのデータの
    書き込みを行った後、前記最下位グループのデータの書
    き込みを行い、かつ、各グループの書き込みにおいて、
    消去状態からのしきい値電圧の変化量が異なる複数種類
    のデータを並列に書き込むことが可能な書込制御回路を
    有する不揮発性半導体記憶装置。
  2. 【請求項2】前記書込制御回路は、同一ワード線に接続
    された同一ページ内の複数のメモリセルに対し、消去状
    態からのしきい値電圧の変化量が異なる複数種類のデー
    タを、前記ビット線への印加電圧を変えて並列に書き込
    む請求項1に記載の不揮発性半導体記憶装置。
  3. 【請求項3】前記書込制御回路は、前記データのビット
    数に対応した数の複数のラッチ回路と、 前記ビット線の印加電圧を異なる電圧値で供給する複数
    のビット線電圧供給線と、 前記複数のビット線電圧供給線に接続され、前記ビット
    線の印加電圧を発生させ、少なくとも前記グループ間の
    書き込みで切り換えて前記複数のビット線電圧供給線に
    出力するビット線電圧発生・切換回路と、 前記複数のラッチ回路と前記ビット線電圧供給線との間
    に接続され、書き込み時に前記ラッチ回路に設定された
    書き込みデータに応じて、前記ビット線と前記ビット線
    電圧供給線との接続を制御する電圧供給制御回路とを有
    する請求項1に記載の不揮発性半導体記憶装置。
  4. 【請求項4】前記書込制御回路は、前記グループごとの
    書き込みを前記複数のビットの1ビットを固定し、他を
    任意とすることにより行い、 前記上位のグループに対するデータの書き込み時に、任
    意とするビットに対応する前記ビット線電圧供給線に電
    源電圧を供給する請求項3に記載の不揮発性半導体記憶
    装置。
  5. 【請求項5】前記上位のグループは、最上位ビットが所
    定コードに固定されたデータ群であり、 前記最下位ブループは、最上位ビットが前記所定コード
    の反転コードに固定されたデータ群である請求項4に記
    載の不揮発性半導体記憶装置。
  6. 【請求項6】前記書込制御回路は、前記複数のラッチ回
    路および前記複数の電圧供給制御回路を複数のビット線
    ごとに有し、 当該複数のビット線から1つのビット線を選択して前記
    書込制御回路に接続させるビット線選択手段が、ビット
    線ごとに接続されている請求項4に記載の不揮発性半導
    体記憶装置。
  7. 【請求項7】前記ビット線に接続された第1選択トラン
    ジスタと基準電位供給線に接続された第2選択トランジ
    スタとの間に、前記メモリセルが複数個、直列に接続さ
    れている請求項1に記載の不揮発性半導体記憶装置。
  8. 【請求項8】ワード線およびビット線への印加電圧に応
    じて電荷蓄積部に蓄積された電荷量を変化させ、その変
    化に応じてしきい値電圧を変化させ、消去状態からのし
    きい値電圧の変化量に応じて複数ビットのデータを単一
    メモリセル内に記憶させる不揮発性半導体記憶装置の書
    き込み方法であって、 書き込み時に、前記複数ビットのデータのうち消去状態
    からのしきい値電圧の変化量が最も少ないデータが属す
    る最下位グループより上位のグループのデータの書き込
    みを行った後、前記最下位グループのデータの書き込み
    を行い、かつ、各グループの書き込みにおいて、消去状
    態からのしきい値電圧の変化量が異なる複数種類のデー
    タを並列に書き込む不揮発性半導体記憶装置のデータ書
    き込み方法。
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