JP2006172523A - 半導体記憶装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】メモリセルMCは、n値(nは1以上の自然数)の閾値電圧により複数のデータを記憶する。第1の検出回路は、メモリセルが所要の閾値電圧に達したかどうかをベリファイするベリファイ動作において、メモリセルの一端を一定の電位にプリチャージし、メモリセルのゲートに一定の電圧を供給し、メモリセルの一端の電圧を第1の検知レベルに基づき検出する。第2の検出回路は、第1の検出回路による検出から所定時間経過後、メモリセルの一端の電圧を第2の検知レベルに基づき検出する。
【選択図】図1
Description
まず、第1の実施形態の原理について説明する。
図10は、第1ページのプログラム動作を示している。図10及び図8を参照してプログラム動作について説明する。
プログラム動作は、先ずアドレスを指定し、図5に示す1つのセクタが選択される。次に、書き込むべきデータが外部より入力され、全てのデータ記憶回路10内のPDCに記憶される。外部よりデータ“1”(書き込みを行なわない)が供給された場合、PDCのノードN1aはHレベルになり、データ“0”(書き込みを行なう)が供給された場合、PDCのノードN1aはLレベルとなる。以後、PDCのデータはノードN1aの電位、DDCのデータはノードN2の電位とする。
書き込みコマンドが供給されると信号DTGが一瞬Hレベルとなり、PDCのデータがDDCにコピーされる。
次に、信号BLCの電位をVdd+Vth(Vth:NチャネルMOSトランジスタの閾値電圧)とすると、PDCにデータ“1”(書き込みを行なわない)が記憶されている時、ビット線が電源電圧Vddとなり、データ“0”(書き込みを行なう)が記憶されている時、ビット線が接地電位Vssとなる。また、選択されたワード線に接続され、非選択ページ、すなわち、ビット線が非選択であるセルは、書き込みが行なわれてはならない。このため、これらのセルに接続されているビット線も電圧Vddとされる。ここで、選択されているブロックのセレクト線SG1をVddとし、選択ワード線にVpgm(例えば20V)、非選択ワード線にVpass(例えば10V)を供給すると、ビット線がVssとなっている場合、セルのチャネルがVss、ワード線がVpgmなるため、書き込みが行なわれる。一方、ビット線がVddになっている場合、セルのチャネルがVssでなくVpgmを上げることになり、カップリングでVpgm/2程度となる。このため、プログラムが行われない。
プログラムベリファイは、図5に示すように、選択されているブロックの選択ワード線にリード時の電位AR(例えば0V又は0.2V)より高いベリファイ電位AV(例えば0.8V)を供給し、非選択ワード線及びセレクト線SG1にVreadを供給する。これと同時に、信号VPRE=Vdd、信号BLPRE=Vdd、信号BLCLAMP=Vpre+Vth(例えば0.7V+Vth)としてビット線をプリチャージする。
リード動作は、図5に示す選択されているブロックの選択ワード線にリード時の電位AR(例えば0V又は0.2V)を供給し、非選択ワード線及びセレクト線SGDにVreadを供給する。これと同時に、図8に示すデータ記憶回路の信号VPRE=Vdd、信号BLPRE=Vdd、信号BLCLAMP=Vpre+Vth(例えば0.7V+Vth)としてビット線をプリチャージする。
イレーズ動作は、図5に示す1ブロック単位で一括して消去される。消去が行われると、図9に示すように、書き込み及び読み出されるセルのデータは“1”となる。
(第1回目ベリファイの検出電位(Vsen0)、若しくは検出タイミングの変更)
プログラムとイレーズを繰り返すとセルに流れる電流が減少し、図12に(2)で示すように、Vg−Id特性の傾きが小さくなる。このため、書き込み途中のセルで、閾値電圧まで遠いセル(2)でも、第1回目のベリファイでPDCがHレベルとなる場合が多くなってくる。PDCがHレベルとなると、次回のプログラム時に中間電位が供給されるため書き込みスピードが遅くなる。したがって、本来の閾値電圧になかなか達成しないため、本来の閾値電圧に達成するまでのプログラムベリファイのループ回数が多くなってしまうという問題が生じる。
第1の実施形態において、プログラムベリファイ動作では、非書き込みセルのビット線にもプリチャージを行い放電させていた。しかし、図4に示すように非書き込みセルが多い場合、ソース線(SRC)に流れる電流が大きい。このため、ソース線がフローティング状態となり、ソース線の電位が上昇してしまう。したがって、本来ベリファイすべき書き込みセルの電流がなかなか流れないことがある。そこで、第2の実施形態は、本来ベリファイすべき書き込みセルのビット線のみプリチャージする。
プログラム動作は、第1の実施形態と同様である。第1の実施形態と異なるのは、ワード線の電位のリカバリー中に、PDCのデータを反転させることである。
PDCのデータを反転させるには、次のような操作を行なう。信号VPRE=Vss、信号BLPRE=VddとしてTDC=Vssとした後、信号VREG=Vdd、信号REG=Vdd+Vthとする。すると、DDC=Hレベルの場合、TDC=Hレベルとなる。しかし、DDC=Lレベルの場合、TDC=Lレベルのままとなる。次に、信号DTG=Vdd+VthとしてPDCのデータをDDCにコピーする。この後、信号BLC=Vdd+VthとしてTDCのデータをPDCにコピーする。PDCのデータはDDCに、DDCのデータはPDCに移る。
プログラムベリファイは第1の実施形態とほぼ同様である。しかし、信号BLC=Vsg+VthとしてPDC=Hレベル、つまり、書き込みセルのビット線のみプリチャージする。また、ビット線の放電中、第1回目のベリファイの前又は後で、第2回目のベリファイの前に、プログラムリカバリ中に行ったように、データキャッシのデータを反転させて元に戻す。第1回目のベリファイ前にデータキャッシのデータを反転させ元に戻すには、プログラムリカバリ中で行った、PDCのデータと同様の動作をして反転させればよい。しかし、第1回目のベリファイ後にデータキャッシのデータを反転させ元に戻すには、DDCのデータを反転させる。その他の動作は、第1の実施形態の動作と同様とする。
図17は、第3の実施形態の動作を示している。第1、第2の実施形態において、ベリファイ時のビット線放電中において、ソース線をVssとしていた。しかし、図17に示すように、ソース線SRCの電位をプログラム開始から第1回目のベリファイまでの間、Vxx(例えば0.2V)にする。すると、見かけ上セルに供給されている電位は、ベリファイ電位AV−Vxxとなり、図1(b)に示すように、本来のベリファイ電位AVより低い電位AVLと同じ電位を供給したこととなる。このようにして、第1回目のベリファイ動作を行った後、ソース線SRCの電位を接地電位として第2回目のベリファイ動作を行う。
第1乃至第3の実施形態は、メモリセルに2値データを記憶する場合について説明したで説明したが、1セルに複数ビットを記憶する多値メモリにも応用することが可能である。
上記各実施形態は、図21に示すように、プログラムベリファイのリード動作において、低めのベリファイレベルa*を超えるか、又はセルに流れる電流Icellが少ない場合、次回の書き込みにおいて、ビット線に中間電位(例えば1V)を供給し、書き込み速度を遅くしている。
図1(b)では、ベリファイ時にワード線WLの電位を本来のベリファイ電位AVより低い電位AVLに設定し、この後、本来のベリファイ電位AVとしていた。しかし、ベリファイ電位をこのように設定した場合、図24に示すように、Log(I)−V特性がセル電流の劣化等により、特性C1に比べて傾斜が小さい特性C2のようになった場合、ベリファイ電位AVLでも電流を流してしまう。このため、セルの閾値電圧が書き込みターゲットの閾値電圧(AV)より高めになってしまう場合がある。
図26は、4値により1つのメモリセルに2ビットを記憶する場合の書き込み順序を示しており、図27、28は、ベリファイレベルを変化させる場合における4値の書き込み動作を示すフローチャートを示している。図27は、第1ページのプログラム動作の一例を示し、図28は、第2ページのプログラム動作の一例を示している。
図33、図34は、第7の実施形態を変形した第8の実施形態を示している。図33において、図32と同一部分には同一符号を付し、図34において、図31と同一部分には同一符号を付している。
Claims (23)
- n値(nは1以上の自然数)の閾値電圧によりデータを記憶するメモリセルと、
前記メモリセルが所要の閾値電圧に達したかどうかをベリファイするベリファイ動作において、前記メモリセルの一端を一定の電位にプリチャージし、前記メモリセルのゲートに一定の電圧を供給し、前記メモリセルの一端の電圧を第1の検知レベルに基づき検出する第1の検出回路と、
前記第1の検出回路による検出後、前記メモリセルの一端の電圧を第2の検知レベルに基づき検出する第2の検出回路と
を具備することを特徴とする半導体記憶装置。 - n値(nは1以上の自然数)の閾値電圧によりデータを記憶するメモリセルと、
前記メモリセルの一端に接続され、外部より入力される第1論理レベル又は第2論理レベルのデータを記憶する第1のデータ記憶回路と、
前記第1論理レベル又は第2論理レベルを記憶する第2のデータ記憶回路と、
前記第1のデータ記憶回路が第1論理レベルである場合で、前記第2のデータ記憶回路が第1論理レベルの場合、前記メモリセルの閾値電圧を上げる第1動作を行い、前記第2のデータ記憶回路が第2論理レベルの場合、前記第1動作より閾値電圧の変動が少ないが、前記メモリセルの閾値電圧を上げる第2動作を行い、前記第1のデータ記憶回路が第2論理レベルである場合、前記メモリセルの閾値電圧は変化させず保持し、前記メモリセルが所要の閾値電圧に達したかどうかをベリファイするベリファイ動作において、前記メモリセルの一端をプリチャージすると共に前記メモリセルのゲートに第1の電圧を加え、第1ステップにて、前記メモリセルの一端の電圧が第1の検知レベル以上の場合、前記第2のデータ記憶回路の論理レベルを第2論理レベルに変更し、所定時間経過後、第2ステップにて、前記メモリセルの一端の電圧が第2の検知レベル以上の場合、前記第1のデータ記憶回路の論理レベルを第2論理レベルに変更し、前記第1動作を行なう制御回路と
を具備することを特徴とする半導体記憶装置。 - 第1の検知レベルは第2の検知レベルより高いことを特徴とする請求項1又は2記載の半導体記憶装置。
- 読み出し動作時に、前記メモリセルが閾値電圧レベルに達したかどうかのベリファイ動作と同様に、前記メモリセルの一端をプリチャージすると共に前記メモリセルのゲートに第2の電圧を加え、第1ステップ及び第2ステップを行うことを特徴とする請求項2記載の半導体記憶装置。
- 前記メモリセルのゲートに供給する第1の電圧は、読み出し時にメモリセルのゲートに供給する第2の電圧より高いことを特徴とする請求項2記載の半導体記憶装置。
- 前記第1の検知レベルはセル毎に異なる値を有することを特徴とする請求項2記載の半導体記憶装置。
- 前記第1ステップはセル毎に異なるタイミングで行うことを特徴とする請求項2記載の半導体記憶装置。
- 前記制御回路は、書き込み回数を計数するカウンタを有し、前記カウンタにより計数された書き込み回数の平均値が規定値以上である場合、前記第1の検知レベルを変更することを特徴とする請求項2記載の半導体記憶装置。
- 前記制御回路は、書き込み回数を計数する第1のカウンタを有し、前記第1のカウンタにより計数された書き込み回数の平均値が規定値以上である場合、前記第1ステップのタイミングを変更することを特徴とする請求項2記載の半導体記憶装置。
- 前記第1ステップ時に、前記メモリセルの他端に第3電圧を供給し、前記第2ステップ時に、前記メモリセルの他端に第4電圧を供給することを特徴とする請求項2記載の半導体記憶装置。
- 前記第1ステップ時に、前記メモリセルのウェルに前記第3電圧を供給することを特徴とする請求項10記載の半導体記憶装置。
- 前記第3電圧は、前記第4電圧より高いことを特徴とする請求項11記載の半導体記憶装置。
- 前記メモリセルが閾値電圧に達したかどうかをベリファイするベリファイ動作において、前記第1のデータ記憶回路の論理レベルが第1論理レベルの場合、前記メモリセルの一端をプリチャージし、第2論理レベルの場合、プリチャージ動作を行わないことを特徴とする請求項2の半導体記憶装置。
- 前記制御回路は、前記メモリセルの消去回数を計数する第2のカウンタを有し、前記第2のカウンタの計数値は、前記メモリセルに記憶され、前記メモリセルに記憶された消去回数が規定値以上である場合、前記第1の検知レベルを変更することを特徴とする請求項2記載の半導体記憶装置。
- 前記制御回路は、前記メモリセルの消去回数を計数する第2のカウンタを有し、前記第2のカウンタの計数値は、前記メモリセルに記憶され、前記メモリセルに記憶された消去回数が規定値以上である場合、前記第1ステップのタイミングを変更することを特徴とする請求項2記載の半導体記憶装置。
- n値(nは1以上の自然数)の閾値電圧により複数のデータを記憶するメモリと、
前記メモリセルの一端に接続され、外部より入力される第1論理レベル又は第2論理レベルを記憶する第1のデータ記憶回路と、
前記第1のデータ記憶回路が第1論理レベルである場合、前記メモリセルの閾値電圧を上げる第1動作を行い、前記第1のデータ記憶回路が第2論理レベルである場合、前記メモリセルの閾値電圧を変化させずに保持し、前記メモリセルが閾値電圧に達したかのベリファイ動作において、前記第1のデータ記憶回路の論理レベルが第1論理レベルの場合、前記メモリセルの一端をプリチャージし、第2論理レベルの場合、プリチャージ動作は行なわず、前記メモリセルのゲートに第1の電圧を加え、前記メモリセルの一端の電圧が第1の検知レベル以上の場合、前記第1のデータ記憶回路の論理レベルを第2論理レベルに変更し、前記第1動作を行なわない制御回路と
を具備することを特徴とする半導体記憶装置。 - 異なる閾値電圧によりデータを記憶するメモリセルの書き込み、前記メモリセルが所定の第1閾値電圧に達したかどうかのベリファイ動作において、所定の第1閾値に達している場合、次回の書き込み動作で、閾値電圧は変化させず、
所定の第1閾値より低い、第i閾値(iは3以上の自然数)(第1閾値>第2閾値>第3閾値…>第i閾値)に達している場合、次回の書き込み動作では、第i(iは3以上の自然数)書き込み動作を行い、前記第i書き込み動作での閾値変動は、第2<第3<第4<…<第kの順で小さくなるように制御し、前記所定の第1閾値に達するまで、書き込み動作とベリファイ動作を繰り返すことを特徴とする半導体記憶装置。 - 前記第i書き込みにおいて、ビット線に第i電位(第2電位>第3電位>…>第i電位)を供給して書き込みを行なうことを特徴とする請求項17記載の半導体記憶装置。
- 前記所定の第1閾値を複数設定することにより、複数のデータを記憶することを特徴とする請求項16記載の半導体記憶装置。
- ワード線及びビット線に接続され、n値(nは3以上の自然数)を記憶する複数のメモリセルがマトリックス上に配置されて構成されたメモリセルアレイと、
入力データに応じて前記ワード線、ビット線の電位を制御し、前記メモリセルにデータを書き込む制御回路を具備し、
前記制御回路は、
書き込み動作により、k値(k<=n)の閾値電圧に書き込み、
前記ビット線をプリチャージした後、前記ワード線の電位をm回変化させて、前記メモリセルが本来のm値(m<=k)の閾値に達したかどうかのベリファイを行い、
j値(j<=n)のデータの読み出し時に、前記ビットをプリチャージした後、前記ワード線に供給する電圧の変化を、前記ベリファイ動作と等しくm回変化させて読み出し動作を行なうことを特徴とする半導体記憶装置。 - ワード線、ビット線に接続され、n値(nは3以上の自然数)を記憶する複数のメモリセルがマトリックス上に配置されて構成されたメモリセルアレイと、
入力データに応じて前記ワード線、ビット線の電位を制御し、前記メモリセルにデータを書き込む制御回路を具備し、
前記制御回路は、
書き込み動作により、k値(k<=n)の閾値電圧に書き込み、前記ビット線をプリチャージした後、前記ワード線の電位をm回変化させて、前記メモリセルが本来のm値(m<=k)の閾値より低い閾値に達したかどうかのベリファイを行い、
前記ビット線を再度プリチャージした後、前記ワード線の電位をm回変化させて、前記メモリセルが本来のm値(m<=k)の閾値に達したかどうかのベリファイを行い、次回の書き込み動作では、前記本来の閾値より低い閾値に達した場合、書き込み速度を遅くらせ、前記本来のm値の閾値に達した場合、書き込み動作を行なわないことを特徴とする半導体記憶装置。 - j値(j<=n)のデータの読み出し時に、前記ビットをプリチャージした後、前記ワード線に供給する電圧を、前記ベリファイ動作と等しくm回変化させて読み出し動作を行なうことを特徴とする請求項21記載の半導体記憶装置。
- n値(nは2以上の自然数)のデータを記憶し、マトリックス上に配置された少なくとも1つの第1のメモリセルと、前記第1のメモリセルと同時に選択される少なくとも1つの第2のメモリセルとを有するメモリセルアレイを有し、
前記第2のメモリセルの論理レベルが第1の論理レベルの場合、第1のメモリセルのデータを出力し、前記第2のメモリセルの論理レベルが第2の論理レベルの場合、第1のメモリセルの出力データを一定値として出力することを特徴とする半導体記憶装置。
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