JP2005044454A - Semiconductor storage device and drive control method for same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、たとえばEEPROM(Electrically Erasable and Programmable ROM)やフラッシュメモリ(Flash Memory)などに代表される書換え可能な不揮発性半導体メモリなどの半導体記憶装置、およびこの半導体記憶装置を書込制御、読出制御、あるいは消去制御を行なう駆動制御方法に関する。特に、半導体記憶装置におけるEndurance特性を改善する技術に関する。 The present invention relates to a semiconductor memory device such as a rewritable nonvolatile semiconductor memory represented by, for example, an EEPROM (Electrically Erasable and Programmable ROM) and a flash memory, and a write control and a read control for the semiconductor memory device. The present invention also relates to a drive control method for performing erase control. In particular, the present invention relates to a technique for improving endurance characteristics in a semiconductor memory device.
不揮発性メモリセルにおいて、絶縁膜の中にキャリア蓄積層を設けて、不揮発性的に情報を記憶する半導体メモリの代表的なものにMONOS(Metal Oxide Nitride Oxide Semiconductor )構造のメモリがある。 In a nonvolatile memory cell, a memory having a MONOS (Metal Oxide Nitride Oxide Semiconductor) structure is a typical example of a semiconductor memory in which a carrier storage layer is provided in an insulating film to store information in a nonvolatile manner.
FG(Floating Gate :浮遊ゲート)構造では、小型化しようとすると欠陥が発生してこれ以上の微細化に対応できなかった。これに対して、キャリア蓄積層をFGから窒化膜に変更したMONOS構造は、メモリセルの小型化や製造工程削減などの利点がある。 In the FG (Floating Gate) structure, a defect occurs when trying to reduce the size, and it cannot cope with further miniaturization. On the other hand, the MONOS structure in which the carrier accumulation layer is changed from FG to nitride film has advantages such as downsizing of the memory cell and reduction of the manufacturing process.
このため、近年、このMONOS型のメモリセルの開発が急速におこなわれ、次世代不揮発性メモリとして注目されている。特に、CHE(Channel Hot Electron)注入方式の提案が多数なされている。また、2000年VLSIでは、Halo社から2層ゲート構造を持つメモリセルアレイが提案されている。 For this reason, in recent years, development of this MONOS type memory cell has been carried out rapidly, and has attracted attention as a next-generation nonvolatile memory. In particular, many proposals of CHE (Channel Hot Electron) injection methods have been made. In 2000 VLSI, a memory cell array having a two-layer gate structure has been proposed by Halo.
たとえば、特許文献1には、NROM(Nitrided Read Only Memory )セルが提案されている。NROMセルは、キャリア蓄積層をFGから窒化膜に変更し、新たな多値技術を導入したもので、同一の設計ルールで比べると低コスト化(たとえば、今日一般的なフラッシュEEPROMの1/2〜1/4)できる利点がある。
For example,
これらONO(Oxide Nitride Oxide )膜を用いた不揮発性メモリは、書込みに、CHE注入方式、または、SSI(Source Side Injection )注入方式を用い、消去にBTBT(Band To Band Tunneling)注入方式を採っている。 These nonvolatile memories using an ONO (Oxide Nitride Oxide) film employ a CHE injection method or SSI (Source Side Injection) injection method for writing, and a BTBT (Band To Band Tunneling) injection method for erasing. Yes.
これらの書込み消去方法としては、図8に示すように、低電圧のパルスを印可し、その後、所定の閾値に変化したかを調べるベリファイ動作を行ない、パルスの印加を停止する。 As these write / erase methods, as shown in FIG. 8, a low voltage pulse is applied, and then a verify operation is performed to check whether the pulse has changed to a predetermined threshold, and the application of the pulse is stopped.
また、書込み消去方式としては、たとえば消去または書込みの際に、開始電圧から、序序に電圧を上げていき、反復して消去または書込みを行なう方法が提案されている(特許文献2,3参照)。
As a programming / erasing method, for example, a method has been proposed in which the voltage is gradually increased from the starting voltage in the erasing or programming, and the erasing or programming is repeated (see
特許文献2,3に記載の方法は、図9に示すように、ある開始電圧から、電圧を印可し、所定の閾値に変化したかを調べる照合機能、いわゆるベリファイ動作を行ない、所定の閾値に達するまでパルス印加とベリファイ(Verify)動作を繰り返す。パルス印加の際、徐々に所定の電圧幅だけ、印加パルスを上昇させる。
As shown in FIG. 9, the methods described in
しかしながら、ONO膜を用いた不揮発性メモリで、CHB書込みを行ない、BTBT消去を行なった場合、書込み/消去繰返し特性を測定すると、図10に示すように、繰返回数が増加するに従って、閾値が変化していき、消去後の閾値と書込み後の閾値の差(window)であるΔVthが小さくなるという不都合を生じる。 However, when CHB writing is performed in a nonvolatile memory using an ONO film and BTBT erasing is performed, the write / erase repetition characteristic is measured. As shown in FIG. 10, the threshold value increases as the number of repetitions increases. This causes a disadvantage that ΔVth, which is a difference (window) between the threshold value after erasure and the threshold value after writing, becomes small.
また、書込みおよび消去の各パルス印加とベリファイ動作を繰り返すので、そのための回路に充放電が必要なため、電力を消費し、また、書込み消去の動作に掛る時間も長くなるという不都合を生じる。 In addition, since the write and erase pulse application and the verify operation are repeated, charging and discharging are necessary for the circuit for that purpose. This causes the disadvantage that power is consumed and the time required for the write / erase operation becomes longer.
また、前記CHE注入方式、SSI注入方式、BTBT注入方式の何れも、書込み条件や消去条件によって、注入領域の分布が非常に敏感に変化する。このため、書込み条件や消去条件を微細に変化させないと、注入領域を同一に合わせることができない。 In any of the CHE injection method, SSI injection method, and BTBT injection method, the distribution of the injection region changes very sensitively depending on the write condition and the erase condition. For this reason, the injection region cannot be made the same unless the write condition and the erase condition are changed minutely.
この点で、前記特許文献2,3に記載の方法では、電圧の増加幅が一定のため、正確に、書込み時と消去時の注入領域を同一に合わせることができない。
In this regard, in the methods described in
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、消去セルあるいはプログラムセルを所定の閾値電圧に維持することができる半導体記憶装置やこれを駆動する方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a semiconductor memory device capable of maintaining an erase cell or a program cell at a predetermined threshold voltage and a method for driving the semiconductor memory device.
本発明に係る半導体記憶装置の駆動制御方法では、メモリセルに対する駆動パルス印加後の閾値電圧が所定範囲内にあるか否かを判定し、所定範囲外にあるときには、所定範囲内に収まるように、メモリセルに対する駆動パルスの電圧およびパルス幅のうちの少なくとも一方を調整することとした。 In the semiconductor memory device drive control method according to the present invention, it is determined whether or not the threshold voltage after the drive pulse is applied to the memory cell is within a predetermined range, and when it is outside the predetermined range, it is within the predetermined range. Therefore, at least one of the voltage and the pulse width of the driving pulse for the memory cell is adjusted.
なお、調整後の駆動パルスの状態を次回の調整時にも参照できるように、これらを所定の記憶媒体に記憶しておき、これを読み出して随時使用するようにするとよい。駆動パルスの状態としては、パルス電圧とパルス幅の各状態があるが、その両者を記憶媒体に記憶して参照できるようにするのがよい。何れか一方では、必ずしも十分とは言えないからである。なお、許容される場合には、何れか一方でも構わない。 It should be noted that these drive pulse states after adjustment may be stored in a predetermined storage medium so that they can be referred to at the next adjustment, and read out and used as needed. The drive pulse state includes a pulse voltage state and a pulse width state, both of which are preferably stored in a storage medium for reference. One of them is not necessarily sufficient. In the case where it is allowed, either one may be used.
ここで、前記の「調整」に際しては、駆動パルスの電圧やパルス幅を任意の調整幅で調整する手法を採ってもよいし、予め定められている調整幅に従って調整する手法を採ってもよい。なお、この駆動パルスに対する調整の幅(調整幅)を次回の調整時にも参照できるように、所定の記憶媒体に記憶しておき、これを読み出して随時使用するようにするとよい。前者は、安定値に持って行くまでの調整に時間が掛かるものの、デバイスの特性が予め想定できない場合にも適用可能な万能な手法である。一方、後者は、デバイスの特性が予め想定される場合に調整時間を短縮できる有効な手法である。 Here, in the “adjustment”, a method of adjusting the voltage and pulse width of the drive pulse with an arbitrary adjustment width may be adopted, or a method of adjusting according to a predetermined adjustment width may be adopted. . It should be noted that the adjustment width (adjustment width) for this drive pulse may be stored in a predetermined storage medium so that it can be referred to at the next adjustment, and read and used as needed. The former is a versatile technique that can be applied even when the characteristics of the device cannot be assumed in advance, although it takes time to make adjustments until it is brought to a stable value. On the other hand, the latter is an effective technique that can shorten the adjustment time when the characteristics of the device are assumed in advance.
本発明に係る半導体記憶装置は、上記本発明に係る駆動制御方法を実施するのに好適な構成とした。たとえば、駆動制御部として、メモリセルに対する駆動パルス印加後の閾値電圧が所定範囲内にあるか否かを判定する比較判定部と、比較判定部の判定結果に基づいてメモリセルに対する駆動パルスの電圧およびパルス幅のうちの少なくとも一方を調整する駆動パルス調整部とを設けるようにした。 The semiconductor memory device according to the present invention has a configuration suitable for implementing the drive control method according to the present invention. For example, as a drive control unit, a comparison determination unit that determines whether or not a threshold voltage after application of a drive pulse to a memory cell is within a predetermined range, and a voltage of the drive pulse to the memory cell based on a determination result of the comparison determination unit And a drive pulse adjustment unit for adjusting at least one of the pulse widths.
また従属項に記載された発明は、本発明に係る半導体記憶装置やその駆動制御方法のさらなる有利な具体例を規定する。 The inventions described in the dependent claims define further advantageous specific examples of the semiconductor memory device and the drive control method thereof according to the present invention.
たとえば、書込み/消去特性において、書込みの電荷分布と消去分布を一致させるために、書込み条件や消去条件を閾値電圧Vthの変化に従って、調整する。具体的には、1),2)の何れかの方法を採るとよい。 For example, in the write / erase characteristics, the write condition and the erase condition are adjusted according to the change of the threshold voltage Vth in order to make the charge distribution and the erase distribution coincide with each other. Specifically, one of the methods 1) and 2) may be adopted.
ここで、基準電位上限とは、動作する閾値の中心の閾値からの差が大きい判定閾値を示し、基準電位下限とは、動作する閾値の中心の閾値からの差が小さい判定閾値のことを示す。 Here, the reference potential upper limit indicates a determination threshold having a large difference from the central threshold of the operating threshold, and the reference potential lower limit indicates a determination threshold having a small difference from the central threshold of the operating threshold. .
1)消去後のVth>基準電位上限の場合、消去パルスの電圧を下げるまたはパルス長を狭くする。
消去後のVth<基準電位下限の場合、消去パルスの電圧を上げる、またはパルス長を広げる。
1) When Vth after erasure> reference potential upper limit, the voltage of the erase pulse is lowered or the pulse length is narrowed.
When Vth after erasure <reference potential lower limit, the voltage of the erase pulse is increased or the pulse length is increased.
2)書込み後のVth>基準電位上限の場合、書込み電圧を下げる、またはパルス長を狭くする。
書込み後のVth<基準電位下限の場合、書込み電圧を上げる、またはパルス長を広げる。
2) When Vth after writing> the upper limit of the reference potential, the writing voltage is lowered or the pulse length is narrowed.
When Vth after writing <reference potential lower limit, the writing voltage is increased or the pulse length is increased.
また、前回に引き続き、同じ方向へのパルス電圧、または、パルス長(パルス幅)の変更があった際には、その変動ステップを前回分よりも小さくするとよい。たとえば半分に減らし、上記1),2)に従い、プログラムパルス(書込みパルス)や消去パルスの電圧またはパルス長を調整する。 Further, when the pulse voltage or the pulse length (pulse width) in the same direction is changed following the previous time, the change step may be made smaller than the previous time. For example, the voltage is reduced to half, and the voltage or pulse length of the program pulse (write pulse) or erase pulse is adjusted according to the above 1) and 2).
なお、パルス電圧そのもので規定した場合は、書込駆動時と消去駆動時とで、調整方向が逆となる。すなわち、先ず、書込駆動時には、駆動パルス調整部は、メモリセルに対する駆動パルス印加後の閾値電圧が上限の基準閾値より高いときには、駆動パルスの電圧を所定の調整幅で下げ、メモリセルに対する駆動パルス印加後の閾値電圧が下限の基準閾値より低いときには、駆動パルスの電圧を調整幅で上げるように調整を行なう。 When the pulse voltage itself is used, the adjustment direction is reversed between the write drive and the erase drive. That is, first, at the time of write driving, when the threshold voltage after applying the driving pulse to the memory cell is higher than the upper reference threshold, the driving pulse adjusting unit lowers the voltage of the driving pulse by a predetermined adjustment width to drive the memory cell. When the threshold voltage after applying the pulse is lower than the lower reference threshold, adjustment is performed so that the voltage of the drive pulse is increased by the adjustment width.
一方、消去駆動時には、駆動パルス調整部は、メモリセルに対する駆動パルス印加後の閾値電圧が上限の基準閾値より高いときには、駆動パルスの電圧を所定の調整幅で下げ、メモリセルに対する駆動パルス印加後の閾値電圧が下限の基準閾値より低いときには、駆動パルスの電圧を調整幅で上げるように調整を行なう。 On the other hand, at the time of erasure driving, when the threshold voltage after applying the driving pulse to the memory cell is higher than the upper reference threshold, the driving pulse adjusting unit lowers the voltage of the driving pulse by a predetermined adjustment width and applies the driving pulse to the memory cell. When the threshold voltage is lower than the lower reference threshold, adjustment is performed so that the voltage of the drive pulse is increased by the adjustment width.
ここで、駆動パルスの電圧および駆動パルスのパルス幅の少なくとも一方と調整の幅をそれぞれデータ保持部に保持・記憶させておき、その情報を調整時に参照するようにするとよい。なお、パルス電圧とパルス幅の両者をデータ保持部に記憶している場合には、パルス電圧とパルス幅の両者を同時に調整することも可能である。 Here, it is preferable to store and store at least one of the voltage of the drive pulse and the pulse width of the drive pulse and the adjustment width in the data holding unit and refer to the information at the time of adjustment. When both the pulse voltage and the pulse width are stored in the data holding unit, both the pulse voltage and the pulse width can be adjusted simultaneously.
これに対して、パルス電圧とパルス幅の何れか一方のみをデータ保持部に記憶する場合には、その記憶されている方の情報のみを参照して調整を行なうのは言うまでもない。たとえば、パルス電圧側をデータ保持部に記憶している場合には、駆動パルス調整部は、メモリセルに対する駆動パルス印加後の閾値電圧が上限の基準閾値より高いときには、駆動パルスの電圧を調整幅で下げる一方、メモリセルに対する駆動パルス印加後の閾値電圧が下限の基準閾値より低いときには、駆動パルスの電圧を調整幅で上げるように、調整を行なう。そして、パルス幅側をデータ保持部に記憶している場合には、駆動パルス調整部は、メモリセルに対する駆動パルス印加後の閾値電圧が上限の基準閾値より高いときには、駆動パルスのパルス長を狭くする一方、メモリセルに対する駆動パルス印加後の閾値電圧が下限の基準閾値より低いときには、駆動パルスのパルス長を広げるように、調整を行なう。 On the other hand, when only one of the pulse voltage and the pulse width is stored in the data holding unit, it goes without saying that the adjustment is performed with reference to only the stored information. For example, when the pulse voltage side is stored in the data holding unit, the drive pulse adjustment unit adjusts the voltage of the drive pulse when the threshold voltage after application of the drive pulse to the memory cell is higher than the upper reference threshold. On the other hand, when the threshold voltage after application of the drive pulse to the memory cell is lower than the lower reference threshold, adjustment is performed so that the voltage of the drive pulse is increased by the adjustment width. When the pulse width side is stored in the data holding unit, the drive pulse adjustment unit narrows the pulse length of the drive pulse when the threshold voltage after application of the drive pulse to the memory cell is higher than the upper reference threshold. On the other hand, when the threshold voltage after applying the drive pulse to the memory cell is lower than the lower reference threshold, adjustment is performed so as to widen the pulse length of the drive pulse.
本発明に係る上記構成においては、書込み/消去の繰返しサイクルにおいて、消去セルあるいはプログラムセルが所定の閾値電圧にあるかどうかを監視し、基準範囲を超える状態のときには、基準範囲内に収まるように、書込みパルスや消去パルスの駆動状態を調整するようにした。 In the above configuration according to the present invention, whether or not the erase cell or the program cell is at a predetermined threshold voltage is monitored in a repeated write / erase cycle, and when it is in a state exceeding the reference range, it is within the reference range. The drive state of write pulse and erase pulse was adjusted.
この結果、書込みの電荷分布と消去分布を一致させ、閾値電圧Vthがある値に収束するようにできる。その結果、Endurance特性において、△Vth閾値(window )の劣化を改善することができる。 As a result, it is possible to make the charge distribution and the erase distribution coincide with each other so that the threshold voltage Vth converges to a certain value. As a result, it is possible to improve the degradation of the ΔVth threshold value (window) in the Endurance characteristic.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
<<半導体記憶装置の構成>>
図1は、本発明に係る半導体記憶装置の一実施形態を示す回路ブロック図である。この半導体記憶装置1は、複数のメモリセルユニット(単にメモリセルともいう)を有するメモリセルアレイ部3と、選択したメモリセルをプログラムするすなわち所定のデータを記憶させたり、記憶されているデータを読み出したりするなどメモリセルアレイ部3を駆動するための駆動制御部5とを主構成要素として備えている。
<< Configuration of Semiconductor Memory Device >>
FIG. 1 is a circuit block diagram showing an embodiment of a semiconductor memory device according to the present invention. The
図示しないが、メモリセルアレイ部3は、行(Row ;ロー)と列(Column;カラム)のマトリックス状に配列された多数のメモリセルを有している。メモリセルとしては、絶縁膜の中にキャリア蓄積層が設けられている構造の電荷蓄積層がよい。この電荷蓄積層としては、コントロールゲート分離型の場合はフローティングゲート(FG)または窒化膜を含む絶縁膜構造を使用するとよい。特に、MONOS(あるいはMNOS)型のものを用いるとよい。書込み速度を考えると、注入電荷をソース側から注入するソースサイド注入型MONOS(NMOS)トランジスタを適用するとよい。
Although not shown, the memory
また、メモリセルとしては、絶縁膜の中に電荷トラップ層が設けられている電荷トラップを有する高誘電体絶縁膜を使用することもできる。高誘電体絶縁膜としては、たとえばAl2O3(アルミナオキサド)やHfO2(ハフニュームオキサド)を使用できる。電荷保持機構は、キャリア蓄積層であるが、たとえば、ゲート酸化膜として用いるため、薄膜にし、キャリア蓄積効果がでない方向で、作成条件が作られる場合がある。この場合、キャリア蓄積は明確に分析されないことがある。この点で、高誘電体絶縁膜を使用するものは、キャリア蓄積層が設けられている構造の電荷蓄積層とは異なる概念のものと考えることもできる。ただし、このようなものであるか否かに拘らず、高誘電体絶縁膜を使用することで、チャンネル形成領域側や、ゲート電極側のバリアハイトが調整でき、書込みや消去の低電圧化並びに高速化や、データ保持特性の改善を期待することができる。 As the memory cell, a high dielectric insulating film having a charge trap in which a charge trap layer is provided in the insulating film can also be used. As the high dielectric insulating film, for example, Al 2 O 3 (alumina oxide) or HfO 2 (hafnium oxide) can be used. Although the charge retention mechanism is a carrier accumulation layer, for example, since it is used as a gate oxide film, a preparation condition may be created in such a direction that it is thin and does not have a carrier accumulation effect. In this case, carrier accumulation may not be clearly analyzed. In this respect, the one using a high dielectric insulating film can be considered to have a different concept from the charge storage layer having the structure in which the carrier storage layer is provided. However, regardless of whether or not this is the case, by using a high dielectric insulating film, the barrier height on the channel formation region side and the gate electrode side can be adjusted. And improvement of data retention characteristics can be expected.
メモリセルのプログラムつまりデータ書込前には、駆動制御部5は、所定単位分のメモリセルの所定線やウェルに対して所定電圧(消去(Erase )電圧)でかつ所定パルス幅の消去パルスを印加して消去処理を実施し、たとえば消去メモリセルにデータ“1”を記憶させる。
Prior to memory cell programming, that is, data writing, the
駆動制御部5は、消去が終わると今度は、書込み対象のワードラインを選択してこれに接続された多数のメモリセルのプログラム、すなわちデータ“0”の書込みを実施する。このプログラムでは、選択ワードラインに所定電圧(書込み(Write )電圧あるいはプログラム(Program )電圧)でかつ所定パルス幅の書込みパルスを印加して、データ“0”書込対象のメモリセルを駆動する。
When the erasing is finished, the
このような消去や書込み(プログラム)時には、消去セルあるいはプログラムセルが所定の閾値電圧になければならない。本実施形態の半導体記憶装置1では、消去セルやプログラムセルを所定の閾値電圧に維持する機能をなすために、後述する駆動パルス適正化処理部90が設けられる。
At the time of such erasure or programming (programming), the erase cell or the program cell must be at a predetermined threshold voltage. In the
たとえば、メモリの大容量化に伴い、ゲート酸化膜や中間誘電膜の幅と厚さ、そしてチャネル寸法など、メモリセルのサイズも小さくなっているが、製造工程においてそのゲート酸化膜や中間誘電膜やチャネルサイズなどの均一性を保障し難くなっており、これに応じてメモリセルの閾値電圧もばらつき易くなっている。もし、プログラム対象のメモリセル中の1つでも所望の閾値電圧に達していなければエラーデータとなるので、閾値電圧を一定に管理することが重要である。 For example, with the increase in memory capacity, the size and size of memory cells such as the width and thickness of gate oxide films and intermediate dielectric films and channel dimensions have also been reduced. It is difficult to ensure uniformity such as channel size, and the threshold voltage of the memory cell tends to vary accordingly. If even one of the memory cells to be programmed does not reach the desired threshold voltage, error data is generated, so it is important to manage the threshold voltage at a constant level.
また、MONOS(MNOS)型メモリトランジスタは、CHE注入方式によって電荷を離散的なトラップの一部に注入できることに着目して、電荷蓄積層のソース側とドレイン側に独立に2値情報を書き込むことが可能である。これにより、1メモリセルあたり2ビットを記録可能である。この場合、たとえばソースとドレイン間の電圧印加方向を入れ換えて2ビット情報をCHE注入により書込み、読出し時には、書込み時と逆方向に所定電圧をソースとドレイン間に印加する、いわゆる“リバースリード”方法によって書込み時間が短く蓄積電荷量が少ない場合でも2ビット情報を確実に読み出すことが可能である。2ビット情報の書込み/消去への対応のためには、閾値電圧の管理が一層重要になる。 In addition, paying attention to the fact that a MONOS (MNOS) type memory transistor can inject charges into a part of a discrete trap by the CHE injection method, binary information is written independently on the source side and the drain side of the charge storage layer. Is possible. Thereby, 2 bits can be recorded per memory cell. In this case, for example, a so-called “reverse read” method is used in which 2-bit information is written by CHE injection by switching the voltage application direction between the source and drain, and when reading, a predetermined voltage is applied between the source and drain in the reverse direction to the writing. Thus, even when the writing time is short and the amount of accumulated charge is small, 2-bit information can be read reliably. In order to cope with writing / erasing of 2-bit information, management of the threshold voltage becomes more important.
なお、メモリセルアレイ部3を構成するメモリセルについては、適正な制御値が個々に、すなわちアドレスごとに違う可能性がある。このため、メモリセルアレイ部3において、同一書込み単位内から消去される1つのメモリセルを選ぶか、または、同一書込み単位内に、1つのダミーセルを配置する。これにより、制御値を設定するための代表値を得るメモリセルを決定する。ダミーセルを設ける場合、その分だけメモリサイズが大きくなるが、適正な制御値を決定するという点では、上記の何れを用いても、その精度には大差がないと考えてよい。
Note that there is a possibility that an appropriate control value is different for each memory cell constituting the memory
駆動制御部5は、ロウデコーダ部20、カラムデコーダ部30、入出力IF(インタフェース)部40、および駆動制御部50を備える。入出力IF部40は、カラム選択回路CS、センスアンプSA、書込部WR、入出力バッファI/OBUFなど、書込みまたは読出しに必要なビット線側の回路全てを含んでいる。
The
駆動制御部50は、半導体記憶装置1内の各部を制御し、選択したメモリセルをプログラムさせる。たとえば、読出し、書込み、または消去の許可信号を受けて動作モードを切り換えたり、クロックを基に動作タイミングを制御する。また、駆動制御部50は、駆動パルス調整部としての機能を備えており、後述する駆動パルス適正化処理部90との連携により、消去や書込み時に、消去セルやプログラムセルが所定の閾値電圧に維持されるように、書込みパルスや消去パルス(纏めて駆動パルスという)の電圧レベルやパルス幅を調整し、この調整された駆動パルスを用いてメモリセルアレイ部3を駆動させ、選択したメモリセルをプログラムしたり、プログラムされたデータを読み出させる。
The
また半導体記憶装置1の駆動制御部5は、アドレス設定部60、データ入出力部70、および電圧発生部80を備える。
The
アドレス設定部60は、アドレス信号ADRにてロウデコーダ部20およびカラムデコーダ部30にアドレスを設定する。データ入出力部70は、外部からデータを取り込んで入出力IF部40に渡したり、逆に入出力IF部40から渡されたデータを外部に出力したりする。電圧発生部80は、半導体記憶装置1内の各部に所定の電圧を供給する。
The
さらに、半導体記憶装置1は、本実施形態の特徴部分として、上述した従来構成と同様の機能部分に加えて、ベリファイ部92およびレジスタ部94を有する駆動パルス適正化処理部90を備えている。レジスタ部94は、駆動パルスの上限および下限の各基準閾値、駆動パルスの測定した閾値(測定閾値)、書込み電圧(プログラム電圧)や消去電圧、その調整幅値、およびアドレスを格納する。以下、書込み電圧(あるいはプログラム電圧)と消去電圧とを纏めてW/E電圧(あるいはP/E電圧)と記す。比較判定処理部一例であるベリファイ部92は、基準閾値と測定閾値とを比較することで、駆動パルスの閾値電圧が適正範囲に維持されるようにする。
Further, the
ロウデコーダ部20は、アドレス設定部60からアドレス信号ADRを受けて、それに応じてメモリセルアレイ部3内に配列された複数のワード線の何れかまたは全部を選択し、選択したワード線を、読出し、書込み、または消去に応じた電圧に変化させて活性化する。
The
カラムデコーダ部30は、アドレス設定部60からアドレス信号ADRを受けて、それに応じて入出力IF部40内のカラム選択回路CSを制御し、メモリセルアレイ部3内に配列された複数のビット線を、たとえば所定本数おきに選択する。カラム選択回路CSは、読出し時に、選択されたビット線の全てをセンスアンプSAに接続し、書込み時に、選択されたビット線の全てを書込部WRに接続する。
The
読出し時には、メモリセルアレイ部3内の記憶データが、選択されたビット線からカラム選択回路CSを経てセンスアンプSAにより検出される。一括して読み出すデータが所定ビットおきに離散的とする場合、検出結果は、入出力バッファI/OBUFの所定アドレスに一旦蓄積される。複数回の読み出しを経て1行の記憶データが全て揃ったら、たとえば所定のワード単位で、読み出しデータDout として外部のデータバスなどに出力される。あるいは、離散的に読み出されたデータは、バッファリングしないで、そのまま1行の記憶データとして扱い、外部のデータバスなどへ出力してもよい。
At the time of reading, the storage data in the memory
また、書込み時には、外部からの入力データDinを入出力バッファI/OBUFに一旦蓄積しておいて、カラム選択回路CSにより離散的に選択された複数のビット線を単位として、複数回の書込み動作により、1行のデータをビット線電圧からメモリトランジスタの閾値電圧に変換しながら、メモリセルアレイ部3内に書き込む。あるいは、外部からの入力データDinが離散的に書込む1行の記憶データとして送られてくる場合、入力データをバッファリングしないで、順次、メモリセルアレイ部3内に書き込んでもよい。
Further, at the time of writing, input data Din from the outside is temporarily stored in the input / output buffer I / OBUF, and a plurality of write operations are performed in units of a plurality of bit lines discretely selected by the column selection circuit CS. Thus, data in one row is written into the memory
駆動制御部50は、メモリセルアレイ部3のメモリトランジスタのコントロールゲートを駆動してデータの書込みや読出しを制御する。この際、駆動パルス適正化処理部90にて得られている閾値電圧を適正に維持する条件を参照して、適正電圧かつ適正パルス幅で駆動を行なうようにする。
The
次に、上記構成の半導体記憶装置1における消去パルス電圧や書込みパルス電圧を適正化する手法について説明する。
Next, a method for optimizing the erase pulse voltage and the write pulse voltage in the
<<第1実施形態>>
<消去時の駆動制御における消去電圧の最適化手法>
図2は、消去駆動制御時における消去パルス電圧を適正化する手順の一例を示すフローチャートである。概要を説明すれば、以下の通りである。
<< First Embodiment >>
<Optimization method for erase voltage in drive control during erase>
FIG. 2 is a flowchart showing an example of a procedure for optimizing the erase pulse voltage during erase drive control. The outline is as follows.
ここでは、消去時の駆動制御動作を詳述するものであり、駆動制御部50は、事前に、消去後の閾値の上限と下限の基準閾値をレジスタ部94に設定しておく(S100)。この後、書込みパルスを印加するよう制御し(S102)、読出しなどの各種動作を行なう(S104)。
Here, the drive control operation at the time of erasure will be described in detail, and the
この後、駆動制御部50は、消去パルスを印加するよう制御し(S110)、消去後の閾値を測定し(S112)、測定した閾値を測定閾値としてレジスタ部94に記憶させる(S114)。そして、駆動制御部50は、消去後の閾値と、レジスタ部94に設定しておいた消去後の閾値の上限や下限と比較する。
Thereafter, the
たとえば駆動制御部50は先ず、測定した消去後の閾値が、消去後の閾値の上限の基準閾値より高いか否かを判定する(S120)。そして、高いときには消去パルス電圧を任意の幅で減少させ、上記ステップS100に戻る(S120−YES,S122)。
For example, the
一方、測定した消去後の閾値が消去後の閾値の上限の基準閾値より低いときには、駆動制御部50は、測定した消去後の閾値が、消去後の閾値の下限の基準閾値より低いか否かを判定する(S120−NO,S124)。そして、低いときには、消去電圧を任意の幅で上昇させ、上記ステップS100に戻る(S124−YES,S126)。
On the other hand, when the measured threshold value after erasing is lower than the upper reference threshold value after erasing, the
一方、測定した消去後の閾値が消去後の閾値の下限の基準閾値より高いときには、すなわち、下限の基準閾値と上限の基準閾値の範囲内にあるときには、測定した消去パルス電圧を記憶値と同じ値に設定する(S124−NO,S128)。この後、駆動制御部50は、読出しなどの各種動作を行ない、上記ステップS100に戻る(S130)。
On the other hand, when the measured threshold value after erasure is higher than the lower reference threshold value after erasure, that is, within the range between the lower reference threshold value and the upper reference threshold value, the measured erase pulse voltage is the same as the stored value. A value is set (S124-NO, S128). Thereafter, the
図3は、上記処理の効果を説明するための図であって、書込みおよび消去での電荷注入領域の関係を示した図である。上記方法が有効である原理としては、次のようである。 不揮発性半導体記憶装置において、書込み方式に、CHE注入、または、SSI注入を用い、消去にBTBT注入を用いるのは、書込みと消去において、注入メカニズムが異なるため、注入領域が図3に示すように異なるのが、一般的である。 FIG. 3 is a diagram for explaining the effect of the above processing, and is a diagram showing the relationship between charge injection regions in writing and erasing. The principle that the above method is effective is as follows. In the nonvolatile semiconductor memory device, the CHE injection or the SSI injection is used for the writing method, and the BTBT injection is used for the erasing because the injection mechanism is different between the writing and erasing. It is common to be different.
このため、書込みと消去とを繰り返すと、書込みの電荷分布204と消去の電荷分布205の重ならない注入領域で、電荷が蓄積していき、十分な書込みや消去が行なわれなくなる。このため、書込みおよび消去後の閾値幅△Vthが変動し、大きくなったり、逆に、狭くなったりする。
Therefore, if writing and erasing are repeated, charges are accumulated in the injection region where the
一方、上記方法を用いて消去パルス電圧の大きさを調整することで、注入領域を同一に合わせることができる。このため、書込みと消去とを繰り返しても、注入領域で、十分電荷が打ち消し合うため、電荷が蓄積することなく、十分な書込みや消去が行なわれる。このため、消去後の閾値幅△Vthを一定に保つことができる。 On the other hand, by adjusting the erase pulse voltage using the above method, the implantation regions can be made to be the same. For this reason, even if writing and erasing are repeated, charges are sufficiently canceled in the injection region, so that sufficient writing and erasing are performed without accumulating charges. For this reason, the threshold width ΔVth after erasure can be kept constant.
なお、CHE注入方式、SSI注入方式、BTBT注入方式は、書込み条件や消去条件によって注入領域の分布が非常に敏感に変化する。このため、書込み条件や消去条件を微細に変化させないと、注入領域を同一に合わせることができない。 In the CHE injection method, the SSI injection method, and the BTBT injection method, the distribution of the injection region changes very sensitively depending on the write condition and the erase condition. For this reason, the injection region cannot be made the same unless the write condition and the erase condition are changed minutely.
このため、注入領域を同一に合わせるため、次の様な方法を採るとよい。すなわち、再度、消去後の閾値が消去後の閾値の上限の基準閾値より高くなった際、または、消去後の閾値が消去後の閾値の下限の基準閾値より低くなった際には、消去電圧の任意の幅(電圧調整幅)を、前回の設定した消去電圧の任意の幅より、小さく設定する。基準閾値の上限や下限を超えると、電圧調整幅を狭くしていくことを意味する。これにより、消去時の注入電荷の分布を書込み時の注入電荷分布に合うように、調整をすることができる。 For this reason, in order to match the implantation regions, the following method may be employed. That is, when the threshold value after erasing again becomes higher than the upper reference threshold value after erasing, or when the threshold value after erasing becomes lower than the lower threshold threshold value after erasing, the erasing voltage Is set to be smaller than the previously set arbitrary width of the erase voltage. If the upper and lower limits of the reference threshold are exceeded, it means that the voltage adjustment range is narrowed. Thereby, the distribution of the injected charge at the time of erasing can be adjusted so as to match the injected charge distribution at the time of writing.
なお、この場合、小さく設定する電圧の幅は、たとえば、前回設定した電圧調整幅の半分程度とするのが望ましい。また、上限の基準閾値や下限の基準閾値は、固定値とするのではなく、前回測定された閾値に、任意の幅の値を加えた値や引いた値に設定するとよい。 In this case, it is desirable that the width of the voltage set to be small is, for example, about half of the previously set voltage adjustment width. In addition, the upper reference threshold and the lower reference threshold are not fixed values, but may be set to values obtained by adding or subtracting an arbitrary width from the previously measured threshold.
図4は、上記方法を適用して消去パルス電圧を最適化する場合の、書込み消去繰返し特性の概念図である。図4に示すように、予め消去後の閾値の上限と下限の基準閾値を設定しておき、消去後の閾値が消去後の閾値の上限の基準閾値より高いときには(P1点)、消去パルス電圧を所定の電圧調整幅ΔVで下げる。また、消去後の閾値が消去後の閾値の下限の基準閾値より低いときには(P2点)、消去パルス電圧を所定の電圧調整幅ΔVで上げる。 FIG. 4 is a conceptual diagram of the write / erase repetition characteristic when the erase pulse voltage is optimized by applying the above method. As shown in FIG. 4, the upper and lower reference thresholds are set in advance after erasing, and when the threshold after erasing is higher than the upper reference threshold after erasing (point P1), the erasing pulse voltage is set. Is reduced by a predetermined voltage adjustment width ΔV. When the threshold value after erasure is lower than the lower reference threshold value after erasure (point P2), the erase pulse voltage is increased by a predetermined voltage adjustment width ΔV.
また、その際の消去パルス電圧の電圧調整幅については、再度、消去後の閾値が消去後の閾値の上限の基準閾値より高くなった際や消去後の閾値が消去後の閾値の下限の基準閾値より低くなった際には、前回設定した消去パルス電圧の電圧調整幅ΔVより小さく設定する。典型例としては、図示するように、前回の電圧調整幅ΔVに対して半分、すなわち1/2△Vに設定するとよい。こうすることで、消去時の注入電荷の分布を書込み時の注入電荷分布に合うように調整することができる。 In addition, regarding the voltage adjustment width of the erase pulse voltage at that time, the threshold value after erasing again becomes higher than the reference threshold value of the upper limit of the threshold value after erasing, or the threshold value after erasing is the reference value of the lower limit of the threshold value after erasing. When it becomes lower than the threshold, it is set smaller than the voltage adjustment width ΔV of the erase pulse voltage set last time. As a typical example, as shown in the figure, it may be set to half the previous voltage adjustment width ΔV, that is, 1 / 2ΔV. By doing so, the distribution of the injected charge at the time of erasing can be adjusted to match the injected charge distribution at the time of writing.
<書込み時の駆動制御における書込み電圧の最適化手法>
図5は、書込み駆動制御時における書込みパルス電圧を適正化する手順の一例を示すフローチャートである。
<Optimization method of write voltage in drive control during writing>
FIG. 5 is a flowchart showing an example of a procedure for optimizing the write pulse voltage during write drive control.
ここでは、書込み時の駆動制御動作を詳述するものであり、駆動制御部50は、事前に、書込み後の閾値の上限と下限の基準閾値をレジスタ部94に設定しておく(S200)。この後、消去パルスを印加するよう制御し(S202)、読出しなどの各種動作を行なう(S204)。
Here, the drive control operation at the time of writing will be described in detail, and the
この後駆動制御部50は、書込みパルスを印加するよう制御し(S210)、書込み後の閾値を測定し(S212)、測定した閾値を測定閾値としてレジスタ部94に記憶させる(S214)。そして、駆動制御部50は、書込み後の閾値と、レジスタ部94に設定しておいた書込み後の閾値の上限や下限と比較する。
Thereafter, the
たとえば駆動制御部50は先ず、測定した書込み後の閾値が、書込み後の閾値の上限の基準閾値より高いか否かを判定する(S220)。そして、高いときには書込みパルス電圧を任意の幅で減少させ、上記ステップS200に戻る(S220−YES,S222)。
For example, first, the
一方、測定した書込み後の閾値が書込み後の閾値の上限の基準閾値より低いときには、駆動制御部50は、測定した書込み後の閾値が、書込み後の閾値の下限の基準閾値より低いか否かを判定する(S220−NO,S224)。そして、低いときには、書込み電圧を任意の幅で上昇させ、上記ステップS200に戻る(S224−YES,S226)。
On the other hand, when the measured threshold value after writing is lower than the upper threshold reference threshold value after writing, the
一方、測定した書込み後の閾値が書込み後の閾値の下限の基準閾値より高いときには、すなわち、下限の基準閾値と上限の基準閾値の範囲内にあるときには、測定した書込みパルス電圧を記憶値と同じ値に設定する(S224−NO,S228)。この後、駆動制御部50は、読出しなどの各種動作を行ない、上記ステップS200に戻る(S230)。
On the other hand, when the measured threshold value after writing is higher than the lower reference threshold value after writing, that is, within the range between the lower reference threshold value and the upper reference threshold value, the measured writing pulse voltage is the same as the stored value. A value is set (S224-NO, S228). Thereafter, the
上記処理手順から分かるように、“消去”であるのか“書込み”であるのかの、動作モードの違いがあるだけで、基本的には、図2に示した消去パルス電圧の最適化手法と同様である。よって、書込みパルス電圧の最適化手法においても、上述のようにして書込みパルス電圧の大きさを調整することで、消去パルス電圧の最適化手法と同様に、注入領域を同一に合わせることができる。このため、書込みと消去とを繰り返ても、注入領域で、十分電荷が打ち消し合うため、電荷が蓄積することなく、十分な書込みや消去が行なわれる。よって、書込み後の閾値幅△Vthを一定に保つことができる。 As can be seen from the above processing procedure, it is basically the same as the method for optimizing the erase pulse voltage shown in FIG. 2 except that there is a difference in operation mode between “erase” and “write”. It is. Therefore, also in the method for optimizing the write pulse voltage, by adjusting the magnitude of the write pulse voltage as described above, it is possible to make the implantation regions the same as in the method for optimizing the erase pulse voltage. For this reason, even if writing and erasing are repeated, charges are sufficiently canceled in the injection region, so that sufficient writing and erasing are performed without accumulating charges. Therefore, the threshold width ΔVth after writing can be kept constant.
また、消去時と同様に、再度、書込み後の閾値が書込み後の閾値の上限の基準閾値より高くなった際、または、書込み後の閾値が書込み後の閾値の下限の基準閾値より低くなった際には、書込み電圧の任意の幅を、前回設定した書込み電圧の電圧調整幅より、小さく設定する。これにより、書込み時の注入電荷の分布を消去時の注入電荷分布に合うように、調整をすることができる。 Similarly to the case of erasing, when the threshold value after writing becomes higher than the upper reference threshold value after writing, or after writing, the threshold value after writing becomes lower than the lower reference threshold value after writing. At this time, an arbitrary width of the write voltage is set smaller than the voltage adjustment width of the write voltage set previously. Thereby, the distribution of the injected charge at the time of writing can be adjusted so as to match the injected charge distribution at the time of erasing.
また、消去および書込みの双方について上記手法を適用すれば、すなわち両者を組み合わせて、書込みと消去の双方において、パルス電圧の大きさを調整することで、注入領域を同一に合わせ、書込みおよび消去後の閾値幅△Vthを一定に保つことができる。 In addition, if the above method is applied to both erasing and writing, that is, by combining the two, the magnitude of the pulse voltage is adjusted in both writing and erasing, so that the injection region is made the same, and after writing and erasing. Can be kept constant.
たとえば、書込み/消去繰返し特性を測定すると、繰返回数が増加するに従って、閾値が変化していき、消去後の閾値と書込み後の閾値の差であるΔVthが小さくなるという不都合を生じることがなく、性能向上に貢献することができる。 For example, when the write / erase repetition characteristics are measured, the threshold value changes as the number of repetitions increases, and there is no inconvenience that ΔVth, which is the difference between the threshold value after erase and the threshold value after write, becomes small. , Can contribute to performance improvement.
また、書込みパルス電圧や消去パルス電圧調整幅を、固定値ではなく段階的に任意に変化させることで、書込み時の電荷注入領域と消去時の電荷注入領域とを一致させることができ、書込み/消去繰返し特性において、安定した閾値幅が得られる。 In addition, by changing the write pulse voltage and erase pulse voltage adjustment width arbitrarily in a step rather than a fixed value, the charge injection region at the time of writing and the charge injection region at the time of erasing can be made coincident. A stable threshold width can be obtained in the erasure repetition characteristic.
加えて、書込み消去パルスが単一であるため、消費電力の消費が小さく、短時間での書込み消去が可能となる。 In addition, since there is a single write / erase pulse, power consumption is small, and write / erase can be performed in a short time.
また、半導体記憶装置内部で自動調整する構成としているので、書込み条件や消去条件が、チップごとに、その書込み消去環境において、最適化されるため、チップごとの注入領域のばらつきや環境の変化(特に温度変化)に追従でき、閾値を安定化させることができ、信頼性の向上に貢献することができる。 In addition, since the semiconductor memory device is configured to automatically adjust, the write condition and the erase condition are optimized for each chip in the write / erase environment. In particular, it is possible to follow a change in temperature), to stabilize the threshold value, and to contribute to the improvement of reliability.
上記図2や図5に示した処理手順は、従来のフローティングゲート(FG)型のメモリセルに対しても有効であるが、特に、1セル内で場所ごとに注入キャリアを制御することで複数ビット(たとえば2ビット)書込みが可能なMONOS型メモリセルに適用すると効果が高い。複数ビット書込みが可能なMONOS型メモリセルでは、書込み/消去において電荷残りが顕著に現れるようになってきており、それを同一の分布で書込み/消去を行なってやる手段として有効である。すなわち、複数ビット情報の書込み/消去への対応として、上記のようにして閾値電圧の適正化を図る手法は有効である。 The processing procedures shown in FIG. 2 and FIG. 5 are effective for conventional floating gate (FG) type memory cells. In particular, a plurality of procedures can be performed by controlling injected carriers for each location in one cell. When applied to a MONOS type memory cell capable of writing bits (for example, 2 bits), the effect is high. In a MONOS type memory cell capable of writing a plurality of bits, a residual charge appears remarkably in writing / erasing, which is effective as a means for performing writing / erasing with the same distribution. That is, the method for optimizing the threshold voltage as described above is effective as a measure for writing / erasing the multi-bit information.
<<第2実施形態>>
図6は、上記第1実施形態の手法の変形例(第2実施形態)を説明する図である。ここでは、変形例を適用して消去パルス電圧を最適化した場合の、書込み消去繰返し特性の実測値を示している。
<< Second Embodiment >>
FIG. 6 is a diagram for explaining a modified example (second embodiment) of the technique of the first embodiment. Here, the measured values of the write / erase repetition characteristics when the erase pulse voltage is optimized by applying the modification are shown.
この変形例は、上限の基準閾値または下限の基準閾値は、固定値とするのではなく、前回測定された閾値に、下限については任意の幅の値を加えた値に、また、上限については引いた値に設定することを特徴とする。レジスタ部94は、保持している基準閾値を、変更後の上限または下限の値に更新する。こうすることで、基準範囲を順次狭くしていき、調整を収束方向に向かわせることができる。より狭い範囲で、閾値が任意の幅だけの変動を検知でき、より安定した特性を得られる。より早い段階で、閾値の変化を捉えることができ、より安定した書込み/消去の繰返し特性が得られる。
In this modified example, the upper reference threshold or the lower reference threshold is not a fixed value, but is a value obtained by adding a value of an arbitrary width for the lower limit to the previously measured threshold, and for the upper limit. It is characterized by setting to a subtracted value. The
また、図6に示してある電圧に、消去電圧を変化させ、その変化幅を、段階的に小さく設定している。このため、消去時の注入電荷の分布を書込み時の注入電荷分布に合致させることができる。 Further, the erase voltage is changed to the voltage shown in FIG. 6, and the change width is set to be small step by step. For this reason, the distribution of injected charges at the time of erasing can be matched with the injected charge distribution at the time of writing.
なお、上記実施形態では、予め設定されている調整幅に従って駆動用パルス電圧の調整を行なうようにしていたが、このことは必ずしも必須ではなく、たとえば駆動パルスの電圧を任意の調整幅で調整する手法を採ってもよい。このことは、後述する駆動パルスのパルス幅を制御する場合にも同様である。 In the above-described embodiment, the drive pulse voltage is adjusted according to a preset adjustment range. However, this is not always necessary. For example, the drive pulse voltage is adjusted by an arbitrary adjustment range. A technique may be adopted. The same applies to the case of controlling the pulse width of the drive pulse described later.
予め設定されている調整幅を利用すると調整時間の短縮化を図ることができる。すなわち、調整幅を任意に設定すると、調整の開始当初は、幅を大きく取らなければならず、たとえば図6に示した例では、最終的な調整幅では、0.1V刻みにならないと、安定した閾値幅を確保できる消去、書込み条件にならない。このため、製造条件が安定してきて、素子の特性が予め予想されるときは、調整幅を、たとえば0.2V程度に小さく設定することで、早く安定した閾値幅を確保することができる効果が期待できる。一方、予め設定されている調整幅を利用する場合、想定していた調整幅では対処できないケースも生じ得る。このような場合には、逆に、任意の調整幅で調整する手法を採ると、調整時間が掛かるものの、デバイスの特性が予め想定できない場合にも対処可能になる。 By using a preset adjustment range, the adjustment time can be shortened. In other words, if the adjustment width is arbitrarily set, the width must be made large at the beginning of the adjustment. For example, in the example shown in FIG. The erasure and write conditions that can secure the threshold width are not met. For this reason, when the manufacturing conditions are stabilized and the characteristics of the element are predicted in advance, the adjustment width is set to be as small as, for example, about 0.2 V, so that a stable threshold width can be secured quickly. I can expect. On the other hand, when using a preset adjustment range, there may be cases where the adjustment range assumed cannot be dealt with. In such a case, conversely, if a method of adjusting with an arbitrary adjustment width is adopted, it is possible to cope with the case where the device characteristics cannot be assumed in advance although the adjustment time is required.
<<第3実施形態;パルス幅制御への展開>>
上記説明は、消去電圧パルスや書込み電圧パルスの大きさを調整することで実現する仕組みを説明していたが、パルス印加時間(パルス長)を調整する、すなわちパルス幅制御とすることでも、上述同様に、注入領域を同一に合わせることができる。このため、パルス印加時間を調整する仕組みであっても、書込み/消去の繰返しを行なっても、注入領域で、十分電荷が打ち消し合うため、電荷が蓄積することなく、十分な書込みおよび消去が行なわれる。このため、書込みおよび消去後の閾値幅△Vthを一定で保つことができる。
<< Third Embodiment; Development to Pulse Width Control >>
In the above description, the mechanism realized by adjusting the magnitudes of the erase voltage pulse and the write voltage pulse has been described. However, the pulse application time (pulse length) may be adjusted, that is, the pulse width control may be used. Similarly, the implantation regions can be made identical. For this reason, even if it is a mechanism for adjusting the pulse application time, or even if writing / erasing is repeated, charges are sufficiently canceled out in the injection region, so that sufficient writing and erasing can be performed without accumulating charges. It is. For this reason, the threshold width ΔVth after writing and erasing can be kept constant.
<<第4実施形態;電流値での管理の展開>>
図7は、消去パルス電圧や書込みパルス電圧を適正化する際の管理手法の変形例(第4実施形態)を説明する図である。
<< 4th Embodiment; Management development by current value >>
FIG. 7 is a diagram for explaining a modified example (fourth embodiment) of the management method for optimizing the erase pulse voltage and the write pulse voltage.
上記説明は、消去電圧パルスや書込み電圧パルスの大きさを調整する際に、消去後や書込み後の閾値を測定し、この測定した閾値と、レジスタ部94に設定した閾値の上限や下限と比較するようにしていたが、この変形例では、閾値に代えて電流値を用いる。
In the above description, when adjusting the magnitude of the erase voltage pulse or the write voltage pulse, the threshold value after erasing or after writing is measured, and the measured threshold value is compared with the upper limit or lower limit of the threshold value set in the
上記説明では、閾値Vthを求める際の具体的手順については説明していなかったが、閾値Vthを求めるには、メモリセルトランジスタのゲート電圧を少しずつ変えて、何回かの測定を行ない、ゲート電圧Vgの変化特性から判断しないと得難いものである。つまり閾値Vthを1回の測定で取得することは事実上不可能である。 In the above description, the specific procedure for obtaining the threshold value Vth has not been described. However, in order to obtain the threshold value Vth, the gate voltage of the memory cell transistor is changed little by little, and the measurement is performed several times. It is difficult to obtain without judging from the change characteristics of the voltage Vg. That is, it is practically impossible to obtain the threshold value Vth by one measurement.
これに対して、たとえば図7に示すようなVg(ゲート電圧)−Ids(ドレイン・ソース間電流)の特性線から分かるように、メモリセルの動作電流すなわちドレイン・ソース間電流Idsを1回測定し、その測定電流値が閾値Vthに対応する基準値よりも大きいか小さいかを判定することで、現在の駆動パルスが適正電圧であるのかを判定することができる。よって上記図2や図5の処理において、閾値電圧を判定指標値としたステップに代えて、メモリセルの動作電流を判定指標値とした処理ステップとすることで、処理の高速化を実現できる。 On the other hand, for example, as shown in the characteristic line of Vg (gate voltage) -Ids (drain-source current) as shown in FIG. 7, the operating current of the memory cell, that is, the drain-source current Ids is measured once. Then, by determining whether the measured current value is larger or smaller than the reference value corresponding to the threshold value Vth, it is possible to determine whether the current drive pulse is an appropriate voltage. Therefore, in the processing of FIGS. 2 and 5, the processing speed can be increased by using the processing step using the operating current of the memory cell as the determination index value instead of the step using the threshold voltage as the determination index value.
以上、本発明を実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。発明の要旨を逸脱しない範囲で上記実施形態に多様な変更または改良を加えることができ、そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。 As mentioned above, although this invention was demonstrated using embodiment, the technical scope of this invention is not limited to the range as described in the said embodiment. Various changes or improvements can be added to the above-described embodiment without departing from the gist of the invention, and embodiments to which such changes or improvements are added are also included in the technical scope of the present invention.
また、上記の実施形態は、クレーム(請求項)にかかる発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組合せの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。前述した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜の組合せにより種々の発明を抽出できる。実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、効果が得られる限りにおいて、この幾つかの構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。 Further, the above embodiments do not limit the invention according to the claims (claims), and all combinations of features described in the embodiments are not necessarily essential to the solution means of the invention. Absent. The embodiments described above include inventions at various stages, and various inventions can be extracted by appropriately combining a plurality of disclosed constituent elements. Even if some constituent requirements are deleted from all the constituent requirements shown in the embodiment, as long as an effect is obtained, a configuration from which these some constituent requirements are deleted can be extracted as an invention.
たとえば、半導体記憶装置を工場などから出荷する際に、上述した調整(チューニング)を出荷前にも行ない、その条件をメモリに保持しておくようにしてもよい。実使用時には、調整後の駆動パルスの電圧およびパルス幅を示す情報をメモリか読み出して、その条件で駆動すればよい。こうすることで、使用開始時から最適な状態で半導体記憶装置を駆動することができる。 For example, when the semiconductor memory device is shipped from a factory or the like, the above-described adjustment (tuning) may be performed before shipment and the conditions may be held in the memory. In actual use, information indicating the voltage and pulse width of the adjusted drive pulse may be read from the memory and driven under the conditions. Thus, the semiconductor memory device can be driven in an optimal state from the start of use.
また、書込み/消去サイクルの都度調整を行なうことに限らず、所定サイクルごとにチェックして調整することとしてもよい。また、基準閾値については、上限および下限の情報を保持することに代えて、中央値を保持し、それに対して適度な幅を持たせるようにしてもよい。すなわち、中央値のみ保持し、上限や下限は適宜決めるようにしてもよい。 Further, the adjustment is not limited to each write / erase cycle, but may be performed by checking every predetermined cycle. As for the reference threshold value, instead of holding the upper limit and lower limit information, a median value may be held, and an appropriate width may be given thereto. That is, only the median value may be held, and the upper and lower limits may be determined as appropriate.
1…半導体記憶装置、3…メモリセルアレイ部、5…駆動制御部、20…ロウデコーダ部、30…カラムデコーダ部、40…入出力IF部、50…駆動制御部、60…アドレス設定部、70…データ入出力部、80…電圧発生部、90…駆動パルス適正化処理部、92…ベリファイ部、94…レジスタ部
DESCRIPTION OF
Claims (26)
前記メモリセルに対する駆動パルス印加後の閾値電圧が所定範囲内にあるか否かを判定し、所定範囲外にあるときには、所定範囲内に収まるように、前記メモリセルに対する前記駆動パルスの電圧およびパルス幅のうちの少なくとも一方を調整する
ことを特徴とする半導体記憶装置の駆動制御方法。 In a semiconductor memory device comprising a plurality of memory cells, a method for driving the memory cells,
It is determined whether or not a threshold voltage after application of the drive pulse to the memory cell is within a predetermined range. When the threshold voltage is outside the predetermined range, the voltage and pulse of the drive pulse to the memory cell are within the predetermined range. A drive control method for a semiconductor memory device, wherein at least one of the widths is adjusted.
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体記憶装置の駆動制御方法。 The drive control method for a semiconductor memory device according to claim 1, wherein the adjustment is performed according to a preset adjustment range.
ことを特徴とする請求項1に記載の駆動制御方法。 Information indicating the voltage and pulse width of the adjusted drive pulse is held in a predetermined storage medium, and the memory cell is driven with a drive pulse based on the voltage and pulse width read from the storage medium. The drive control method according to claim 1, wherein:
ことを特徴とする請求項1に記載の駆動制御方法。 The drive control method according to claim 1, wherein information indicating the adjustment width is held in a predetermined storage medium, and the adjustment is performed with reference to the adjustment width read from the storage medium.
前記駆動制御部は、前記メモリセルに対する駆動パルス印加後の閾値電圧が所定範囲内にあるか否かを判定する比較判定部と、
前記比較判定部の判定結果に基づいて、前記メモリセルに対する前記駆動パルスの電圧およびパルス幅のうちの少なくとも一方を調整する駆動パルス調整部と
を備えたことを特徴とする半導体記憶装置。 A semiconductor memory device comprising a plurality of memory cells and a drive control unit for driving a plurality of selected memory cells,
The drive control unit is configured to determine whether or not a threshold voltage after application of the drive pulse to the memory cell is within a predetermined range;
And a drive pulse adjusting unit that adjusts at least one of a voltage and a pulse width of the drive pulse for the memory cell based on a determination result of the comparison / determination unit.
ことを特徴とする請求項5に記載の半導体記憶装置。 The semiconductor memory device according to claim 5, wherein the drive pulse adjustment unit performs the adjustment according to a preset adjustment range.
前記メモリセルに対する駆動パルス印加後の閾値電圧の適正範囲を示す情報を保持するデータ保持部を備え、
前記比較判定部は、前記データ保持部に保持されている前記適正範囲を示す情報を参照して前記判定を行なう
ことを特徴とする請求項5に記載の半導体記憶装置。 The drive control unit
A data holding unit for holding information indicating an appropriate range of the threshold voltage after the drive pulse is applied to the memory cell;
The semiconductor memory device according to claim 5, wherein the comparison determination unit performs the determination with reference to information indicating the appropriate range held in the data holding unit.
前記駆動パルス調整部は、前記データ保持部に保持されている情報を参照して前記調整を行なう
ことを特徴とする請求項5に記載の半導体記憶装置。 A data holding unit that holds at least one of the voltage of the driving pulse, the pulse width of the driving pulse, and the width of the adjustment;
The semiconductor memory device according to claim 5, wherein the drive pulse adjustment unit performs the adjustment with reference to information held in the data holding unit.
前記比較判定部は、前記メモリセルに対する駆動パルス印加後の閾値電圧と、前記上限の基準閾値および前記下限の基準閾値との関係を判定する
ことを特徴とする請求項5に記載の半導体記憶装置。 The data holding unit holds information indicating each reference threshold value of the upper limit and the lower limit of the threshold voltage after application of the drive pulse as information indicating the appropriate range,
The semiconductor memory device according to claim 5, wherein the comparison determination unit determines a relationship between a threshold voltage after the drive pulse is applied to the memory cell and the upper reference threshold and the lower reference threshold. .
ことを特徴とする請求項5に記載の半導体記憶装置。 The drive pulse adjustment unit lowers the voltage of the drive pulse by an arbitrary width when the threshold voltage after application of the drive pulse to the memory cell is higher than the upper reference threshold, and the threshold after application of the drive pulse to the memory cell 6. The semiconductor memory device according to claim 5, wherein when the voltage is lower than the lower reference threshold, the adjustment is performed so that the voltage of the drive pulse is increased by an arbitrary width.
ことを特徴とする請求項5に記載の半導体記憶装置。 The drive pulse adjustment unit lowers the voltage of the drive pulse by a preset adjustment width when a threshold voltage after application of the drive pulse to the memory cell is higher than the upper reference threshold, and drives the drive pulse for the memory cell. 6. The semiconductor memory according to claim 5, wherein when the threshold voltage after application is lower than the lower reference threshold, the adjustment is performed such that the voltage of the drive pulse is increased by a preset adjustment range. apparatus.
前記駆動パルス調整部は、前記データ保持部に保持されている情報を参照して、前記メモリセルに対する駆動パルス印加後の閾値電圧が前記上限の基準閾値より高いときには、前記駆動パルスの電圧を前記調整幅で下げる、またはパルス長を狭くする一方、前記メモリセルに対する駆動パルス印加後の閾値電圧が前記下限の基準閾値より低いときには、前記駆動パルスの電圧を前記調整幅で上げる、またはパルス長を広げるように、前記調整を行なう
ことを特徴とする請求項11に記載の半導体記憶装置。 A data holding unit for holding at least one of the voltage of the driving pulse and the pulse width of the driving pulse, and the adjustment width;
The drive pulse adjustment unit refers to the information held in the data holding unit, and when the threshold voltage after applying the drive pulse to the memory cell is higher than the upper reference threshold, the drive pulse adjustment unit When the threshold voltage after application of the drive pulse to the memory cell is lower than the lower reference threshold, the drive pulse voltage is increased by the adjustment width or the pulse length is decreased while the adjustment width is decreased or the pulse length is reduced. The semiconductor memory device according to claim 11, wherein the adjustment is performed so as to expand.
ことを特徴とする請求項5に記載の半導体記憶装置。 The semiconductor according to claim 5, wherein the drive pulse adjustment unit makes an adjustment width for the drive pulse used at the time of the current adjustment smaller than the adjustment width used at the time of the previous adjustment. Storage device.
ことを特徴とする請求項5に記載の半導体記憶装置。 When the threshold voltage after applying the drive pulse to the memory cell is higher than the upper reference threshold, the drive pulse adjustment unit narrows the width of the drive pulse by an arbitrary adjustment width or a preset adjustment width, When the threshold voltage after applying the drive pulse to the memory cell is lower than the lower reference threshold, the adjustment is performed so that the width of the drive pulse is increased by an arbitrary adjustment width or a preset adjustment width. 6. The semiconductor memory device according to claim 5, wherein:
ことを特徴とする請求項5に記載の半導体記憶装置。 The semiconductor memory device according to claim 5, wherein the drive pulse adjustment unit makes the adjustment width used at the time of the current adjustment smaller than the adjustment width used at the time of the previous adjustment.
ことを特徴とする請求項5に記載の半導体記憶装置。 The semiconductor memory device according to claim 5, wherein the drive control unit adjusts the predetermined range in a convergence direction according to a threshold voltage after applying a drive pulse to the memory cell.
ことを特徴とする請求項9に記載の半導体記憶装置。 The data holding unit adjusts and updates the upper reference threshold and the lower reference threshold held in a convergence direction in accordance with a threshold voltage after the drive pulse is applied to the memory cell. The semiconductor memory device according to claim 9.
ことを特徴とする請求項5に記載の半導体記憶装置。 The comparison determination unit obtains a plurality of drive parameters by driving the memory cell under different drive conditions, obtains a threshold voltage after applying a drive pulse to the memory cell based on the plurality of drive parameters, and obtains this 6. The semiconductor memory device according to claim 5, wherein it is determined whether or not a threshold voltage is within the predetermined range.
ことを特徴とする請求項5に記載の半導体記憶装置。 The said comparison determination part acquires the operating current value of the said memory cell, and determines whether the drive conditions corresponding to this operating current value are in the said predetermined range. Semiconductor memory device.
ことを特徴とする請求項5に記載の半導体記憶装置。 The drive pulse adjustment unit performs the adjustment with respect to any one of a drive pulse for writing data to the memory cell and a drive pulse for erasing data of the memory cell. Item 6. The semiconductor memory device according to Item 5.
ことを特徴とする請求項5に記載の半導体記憶装置。 The said drive pulse adjustment part performs the said adjustment about both the drive pulse for the data writing to the said memory cell, and the drive pulse for the data erasure of the said memory cell. The said adjustment is characterized by the above-mentioned. Semiconductor memory device.
ことを特徴とする請求項5に記載の半導体記憶装置。 The semiconductor memory device according to claim 5, wherein the memory cell has a structure in which a carrier storage layer is provided in an insulating film.
ことを特徴とする請求項22に記載の半導体記憶装置。 The semiconductor memory device according to claim 22, wherein the memory cell has a MONOS (Metal Oxide Nitride Oxide Semiconductor) structure.
ことを特徴とする請求項22に記載の半導体記憶装置。 The semiconductor memory device according to claim 22, wherein the memory cell is configured to be able to write data of a plurality of bits by controlling injected carriers for each location in the cell.
ことを特徴とする請求項5に記載の半導体記憶装置。 The semiconductor memory device according to claim 5, wherein the memory cell includes a high dielectric insulating film in which a charge trap layer is provided in the insulating film.
ことを特徴とする請求項25に記載の半導体記憶装置。
26. The semiconductor memory device according to claim 25, wherein the memory cell is configured to be able to write data of a plurality of bits by controlling injected carriers for each location in the cell.
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