JP2006309928A - 奇数状態メモリセルを用いて仮想的ページ記憶を支援する不揮発性半導体メモリ装置およびこれをプログラムするプログラミングの方法 - Google Patents

奇数状態メモリセルを用いて仮想的ページ記憶を支援する不揮発性半導体メモリ装置およびこれをプログラムするプログラミングの方法 Download PDF

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Abstract

【課題】マルチビットエラーの可能性を減少させる奇数状態不揮発性メモリデバイス及び不揮発性メモリデバイスのプログラミング方法の提供。
【解決手段】不揮発性メモリアレイは、内部に3状態メモリセルの第1および第2ブロックを有するフラッシュメモリアレイを含む。第1および第2ブロックは、それぞれ個別的に実際的メモリセルの第1および第2ブロックとして、そして結合的に仮想的メモリセルの追加的なブロックとして動作する。前記実際的メモリセルの第1および第2ブロック、そして仮想的メモリセルの追加的なブロックは、読み出しデータの3ブロック全体を提供するために独立に読み出すことができる。
【選択図】図4a

Description

本発明は、集積回路メモリデバイスに係り、特に不揮発性メモリデバイス及び不揮発メモリデバイスのプログラミング方法に関する。
不揮発性半導体メモリデバイスの1種は、電気的に消去及びプログラム可能なROM(EEPROM:electrically erasable programmable read only memory)を含むが、前記EEPROMは、埋め込み(embedded)応用デバイス及び大容量記憶応用デバイスを含む多くの応用デバイスに使用できる。典型的な埋め込み応用デバイスにおいて、EEPROMデバイスは、例えば、パーソナルコンピュータまたは移動通信デバイスにコード記憶を提供するために使用できるが、速いランダムアクセス読み出し時間が要求されることがある。典型的な大容量記憶応用デバイスは、高い性能と低い価格を要求するメモリカード応用デバイスを含む。
EEPROMデバイス中の一つのカテゴリ(category)は、NAND型フラッシュメモリを含むが、前記NAND型フラッシュメモリは、不揮発性メモリの他の形態とは異なり、高い性能と低い価格を提供することができる。図1aは、複数のNAND型ストリングを有する従来のフラッシュメモリアレイ10を示す。NAND型ストリングそれぞれは、複数のEEPROMセルを含み、前記EEPROMセルは、それぞれの偶数(even)及び奇数(odd)ビットラインBL0_e、BL0_o、…、BLn_e、BLn_oと関連する。これらビットラインは、複数のバッファ回路PB0、…、PBnを有するページバッファ12に連結される。各EEPROMセルは、フローティングゲート端子とコントロールゲート端子を含むが、前記コントロールゲート端子は、それぞれのワードラインWL0、WL1、…、WLnに電気的に連結される。
各NANDストリングへのアクセスは、読み出し及びプログラム動作の間にストリング選択ラインSSLをロジック1の電圧にドライブすることにより可能になる。各NANDストリングは、また、それぞれのグラウンド選択トランジスタを含み、前記グラウンド選択トランジスタは、グラウンド選択ラインGSLに電気的に連結される。
図1bに示すように、図1aの前記フラッシュメモリアレイ10内の前記EEPROMセルは、一つのプログラム状態を支援するメモリセルであってもよい。但し、一つのプログラム状態を支援するEEPROMセルは、一般に、シングルレベルセル(single level cell、以下「SLC」という)として言及される。特に、SLCは、ロジック1の記憶値として消去された状態を支援することができ、ロジック0の記憶値としてプログラムされた状態を支援することができる。前記SLCは、消去されたときの陰のしきい値電圧Vth(例えば、−3V<Vth<−1V)及びプログラムされたときの陽のしきい値電圧(例えば、1V<Vth<3V)を持つこともできる。図1cに示すように、ビットラインBLをロジック0の値(例えば、0V)にセットし、選択されたEEPROMセルにプログラム電圧Vpassを印加し、ストリング内の選択されていないEEPROMセルにパス電圧Vpassを印加することにより、このようなプログラムされた状態はなされる。しかも、プログラムの間、前記ストリング選択ラインSSLに陽の電圧(例えば電源供給電圧Vdd)及び前記グラウンド選択ラインGSLに接地電圧(例えば、0V)を印加することにより、前記NANDストリングはイネーブルできる。
また、EEPROMセルの前記プログラムされた状態又は消去された状態は、選択されたセルに対する読み出し動作を行うことにより感知できる。図1dに示すように、選択されたセルが消去された状態にあり、前記選択されたワードライン電圧(例えば、0V)が前記選択されたセルのしきい値電圧より大きいとき、NANDストリングは、プリチャージされたビットラインBLをディスチャージするように動作する。これに対し、選択されたセルがプログラムされた状態にあるときは、前記選択されたワードライン電圧(例えば、0V)が前記選択されたセルのしきい値電圧より小さく、選択されたメモリセルはオフを維持するので、前記対応するNANDストリングは、前記プリチャージされたビットラインBLに開回路(open circuit)を提供する。NAND型フラッシュメモリの他の側面は、「A 3.3Volt Single Power Supply 16-Mb Nonvolatile Virtual DRAM Using a NAND Flash Memory Technology」の題目でJungなどの論文に掲示されている(非特許文献1参照)。このような掲示は、本明細書で参考資料として統合される。
マルチプログラムされた状態を支援するEEPROMセルは、典型的にマルチレベルセル(以下、「MLC」という)として言及される。図2に示すように、消去された状態及び3つの別のプログラムされた状態を支援するMLCは、セル当たり2つのデータビットを記憶するように動作する。セル当たり2つのデータビットを有するMLCのこのような側面及び他の側面は、「A Multipage Cell Architecture for High-Speed Programming Multilevel NAND Flash Memories」の題目でTakeuchi等の論文に掲示されている(非特許文献2参照)。特許文献1及び特許文献2には、共通的に、NAND型の形状に配列されるマルチレベルEEPROMセルの側面が掲示されている。このような掲示は、本明細書で参考資料として統合される。
図3a及び図3bは、3状態EEPROMセルの一対がどのように3ビットプログラミングを支援するかを示す。図3aにおいて、MLCは、1つの消去された状態及び2つの可能なプログラムされた状態を支援するものとして示される。当業者によって理解されるように、読み出し動作の間に選択されたEEPROMセルのコントロール端子に第1基準電圧VR1を印加することにより、前記消去された状態は、2つの可能なプログラムされた状態から区別できる。このような第1基準電圧VR1は、消去されたセルの最大許容しきい値電圧(「V0」で表わされる)と前記状態1にプログラムされたセルの最小許容しきい値電圧(「V1」で表わされる)間のレベルに設定されなければならない。同様に、読み出し動作中に選択されたEEPROMセルのコントロール端子に第2基準電圧VR2を印加することにより、前記第2プログラムされた状態(状態2)は、前記消去された状態及び第1プログラムされた状態から区別できる。このような第2基準電圧VR2は、第1状態にプログラムされたセルの最大許容しきい値電圧と、第2状態にプログラムされたセルの最小許容しきい値電圧(「V2」で表わされる)間のレベルに設定されなければならない。図3bに示すように、メモリの同一の実際的ロー(row)内の2つの隣接する3レベルEEPROMセルは、セル対当たりデータの3ビットを支援するように、8個の可能な状態((111)、(110)、…、(001)、(000))のいずれか一つにプログラムできる。3状態EEPROMセルの追加の側面は、非特許文献3の「A 3.4-Mbyte/sec Programming 3-Level NAND Flash Memory Saving 40% Die Size Per Bit」の題目でTanaka等の論文に掲示されている。ところが、図3bの対形態における3状態EEPROMの使用は、いずれか一つのフェールが典型的に対応する対の両側セルに対する対応する3ビットエラー、すなわちマルチビットエラーを誘発するため、複雑なエラー感知及び訂正回路の使用を要求する。
米国特許第5,862,074号明細書 米国特許第5,768,188号明細書 IEEE Journal of Solid-State Circuit, Vol. 32, No. 11, pp1748-1757, November(1997) IEEE Journal of Solid-Circuit, Vol.33, No.8, pp1228-1238, August(1998) 1997 Symposium on VLSI Circuit Digest of Technical Papers, Section 9.3, pp.65-66(1997)
そこで、本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、マルチビットエラーの可能性を減少させる奇数状態不揮発性メモリデバイス及び不揮発性メモリデバイスのプログラミング方法を提供することにある。
本発明の実施例は、奇数状態メモリセルを用いて仮想的ページ記憶を支援する不揮発性メモリデバイス及び不揮発性メモリデバイスのプログラミング方法を含む。このような実施例において、集積回路デバイスは、自分内に不揮発性メモリアレイを備える。このようなメモリアレイは、個別的にそれぞれの実際的メモリセルとして、そして結合的に一つの仮想的メモリセルとして動作するように形成される少なくとも2つの揮発性奇数状態メモリセルを含む。前記メモリアレイは、前記仮想的メモリセルのプログラミングが前記仮想的メモリセルに含まれるデータの全ての値に対して只一つの基準電圧で確認されるようにさらに形成される。前記メモリアレイは、また、フラッシュメモリアレイとして形成でき、前記仮想的メモリセルの読み出しは、前記仮想的メモリセルに関連する前記実際的メモリセルのいずれかが前記一つの基準電圧を超過するしきい値電圧にプログラムされるか否かを評価することにより行われるように形成できる。
本発明の追加的な実施例は、自分内に少なくとも3状態メモリセルの第1及び第2ブロックを有するフラッシュメモリアレイを含む。前記メモリセルの各ブロックは、メモリセルの多数のページを含むことができる。3状態メモリセルの第1及び第2ブロックは、それぞれ個別的に実際的メモリセルの第1及び第2ブロックとして、そして結合的に仮想的メモリセルのブロックとして動作する。前記メモリセルの第1ブロックは、EEPROMセルの複数のNANDストリングを含むことができる。このような実施例において、EEPROMセルの前記複数のNANDストリングそれぞれは、仮想的セルプログラミングを支援しない少なくとも一つのSLC EEPROMセルを含む。
また、本発明の別の実施例は、フラッシュメモリデバイスの駆動方法を含む。このような方法は、初期にNAND型EEPROMアレイからデータの第1及び第2ページを読み出した後、変形されたデータで前記データの第1及び第2ページを上書き(overwriting)することを含む。前記上書き動作は、前記NAND型EEPROMアレイに含まれるデータの3ページをエンコードする。
追加的な動作方法は、エンコードされたフラッシュメモリデータの第1及び第2ページを発生するようにフラッシュメモリデータの第1及び第2ページにフラッシュメモリデータの第3ページをエンコードすることを含む。そして、前記フラッシュメモリデバイス内のフラッシュメモリセルの第1ページは、前記エンコードされたフラッシュメモリデータの第1ページでプログラムされる。前記フラッシュメモリデバイス内のフラッシュメモリセルの第2ページは、また、前記エンコードされたフラッシュメモリデータの第2ページでプログラムされる。前記フラッシュメモリデータの第3ページは、前記フラッシュメモリセルの第1及び第2ページそれぞれからの前記エンコードされたフラッシュメモリデータの第1及び第2ページの読み出しに応答して発生できる。
本発明の奇数状態不揮発性メモリデバイス及び不揮発性メモリデバイスによれば、マルチビットエラーの可能性が減少する。
以下、本発明の実施例が示される添付図面を参照して、本発明についてさらに詳細に説明する。ところが、本発明は、様々な形態に実現でき、ここに説明される実施例に限定して解釈されてはならない。却って、これらの実施例は、このような開示をより徹底且つ完全にし、また当業者に発明の範囲を十分伝達するために提供されるものである。図面において、同一の参照番号は同一の構成要素を示す。なお、信号は、他の信号を考慮することなく、同期化されることも、及び/または簡単なブール演算(boolean operation)(例えば、反転)を経験することもある。
図4aを参照すると、EEPROMセルの一つのカラム40aは、一対のNAND型ストリングを含む。このような一対のNAND型ストリングは、上位NAND型ストリング及び下位NAND型ストリングを含むが、前記上位NAND型ストリングは、EEPROMセルの上位ブロックに属し、セルの多数のページを含み、前記下位NAND型ストリングは、EEPROMセルの下位ブロックに属し、セルの多数のページを含む。前記上位及び下位NAND型ストリングは、共通ソースラインCSLにつながる(tied)。前記上位NAND型ストリングは、前記上位ストリング選択ラインSSLUに連結されるゲート端子を有するNMOSトランジスタ、及び前記上位グラウンド選択ラインGSLUに連結されるゲート端子を有するNMOSトランジスタを含む。前記上位NAND型ストリングは、また、複数の3状態EEPROMセルを含む。これら3状態EEPROMセルは、それぞれのワードラインに連結されるコントロールゲートを有するが、前記それぞれのワードラインは、不揮発性メモリの複数のページ(PAGE1、PAGE3、…、PAGE39)と関連する。PAGE41およびPAGE43に関連する一対のSLC EEPROMセルもさらに提供される。これらSLC EEPROMは、仮想的ページプログラミング及び読み出し動作のアドレス空間の外にありうる。同様に、前記下位NAND型ストリングは、前記下位ストリング選択ラインSSLLに連結されるゲート端子を有するNMOSトランジスタ、及び前記下位グラウンド選択ラインGSLLに連結されるゲート端子を有するNMOSトランジスタを含む。前記下位NAND型ストリングは、また、複数の3状態EEPROMセルを含む。これら3状態EEPROMセルは、それぞれのワードラインに連結されるコントロールゲートを有するが、前記それぞれのワードラインは、不揮発性メモリの複数のページ(PAGE0、PAGE2、…、PEGE38)と関連する。PAGE40及びPAGE42に関連する一対のSLC EEPROMセルもさらに提供される。図4b〜図4e及び図5a〜図5cを用いて、下記においてさらに詳しく述べるように、メモリの下位ブロックの前記ページPAGE0、PAGE2、…、PAGE38に関連する前記EEPROMセル、及びメモリの上位ブロックの前記ページPAGE1、PAGE3、…、PAGE39に関連する前記EEPROMセルは、結合的に不揮発性メモリの複数の「仮想的(Virtual)」ページを形成することもできる。これら仮想的ページは、VPAGE44、VPAGE45、・・・、VPAGE63と表わされる。したがって、EEPROMセルの前記一つのカラム40aは、64ページ不揮発性メモリの一つのカラムを支援するものと図示される。本発明の実施例は、メモリのある特別なメモリの容量、ページ幅またはNANDストリング長さに限定されない。
図4bは本発明の実施例に係るEEPROMデバイス40bを示す。前記EEPROMデバイス40bは、上位及び下位メモリブロック、ページバッファ並びにデータ入/出力回路と共に不揮発性メモリアレイを含む。特に、前記EEPROMデバイス40bは、不揮発性メモリの2Nの「実際的(physical)」ページ(例えば、ロー(row))と不揮発性メモリのNの「仮想的」ページを支援する8つのカラムデバイスとして図示されるが、これは、SLC EEPROMセルの2Nページを支援する通常の不揮発性メモリの前記メモリアレイレイアウトフットプリント(footprint)(すなわち、領域ペナルティー(area penalty))をもたらすだけである。
図4cは対応する対内の前記下位セル以前にプログラムされる前記上位セルと共に、順次的方法で3状態EEPROMセルの前記対応する対をプログラムする動作を示す。このプログラム順序は、逆になることもある。ここでは、説明のために、前記上位セルは図4bにおけるワードラインWLU<0>及びビットラインBL<0>と関連する前記EEPROMセルとし、前記下位セルは図4bにおけるワードラインWLL<0>及びビットラインBL<0>と関連する前記EEPROMとする。
図4cに示すように、1/1として「実際的」データの2ビットをプログラムすることは、前記上位及び下位セルのしきい値電圧に何の変化も伴わない。よって、前記対内の前記上位及び下位セルのしきい値電圧は、それらの元々「消去された」レベル(すなわち、Vth<VR1、ここで、VR1は第1基準電圧)に維持される。1/0として「実際的」データの2ビットをプログラムすることは、前記上位セルのしきい値電圧に何の変化も伴わなかったが、前記下位セルのしきい値電圧をVR1とVR2間のレベルに上昇させる。同様に、0/1として「実際的」データの2ビットをプログラムすることは、前記上位セルのしきい値電圧をVR1とVR2間のレベルに上昇させるが、前記下位セルのしきい値電圧に何の変化も伴わない。最後に、0/0として「実際的」データの2ビットをプログラムすることは、図示の如く、前記上位及び下位セルのしきい値電圧をVR1とVR2間のレベルに上昇させる。前記上位セルに対するプログラム及び読み出し動作は、前記下位セルのプログラム及び読み出し動作とは独立しており、その反対の場合も同様である。
図4dは図4cに従い「実際的」データの2ビットで3状態EEPROMセルの対応する対がプログラムされた後、「仮想的」データの第3ビットで前記対をプログラムする動作を示す。これらのプログラム動作は、ケース(a)〜(h)を含む。ケース(a)において、前記「仮想的」プログラムは、1/1/1としての前記3ビットデータを得るために、前記セルの対のしきい値電圧に何の変化も要求しない。特別ケース(S)であるケース(b)において、前記「仮想的」プログラムは、1/1/0としての前記3ビットデータを得るために、前記対内の前記上位セル及び下位セル両方とものしきい値電圧をVR2超過レベル(すなわち、Vth>VR、ここで、VR2は第2基準電圧)に上昇させることを要求する。ケース(c)において、前記「仮想的」プログラムは、1/0/1としての前記3ビットデータを得るために、前記セルの対のしきい値電圧に何の変化も要求しない。ケース(d)において、前記「仮想的」プログラムは、1/0/0としての前記3ビットデータを得るために、前記対内の下位セルのしきい値電圧をVR2超過レベルに上昇させることを要求する。ケース(e)において、前記「仮想的」プログラムは、0/1/1としての前記3ビットデータを得るために、前記セルの対のしきい値電圧にいずれの追加的な変化も要求しない。ケース(f)において、前記「仮想的」プログラムは、0/1/0としての前記3ビットデータを得るために、前記対の上位セルのしきい値電圧をVR2超過レベルに上昇させることを要求する。ケース(g)において、前記「仮想的」プログラムは、0/0/1としての前記3ビットデータを得るために、前記セルの対のしきい値電圧に何の追加的な変化も要求しない。最後に、ケース(h)において、前記「仮想的」プログラムは、0/0/0としての前記3ビットデータを得るために、前記対内の上位セルのしきい値電圧をVR2超過レベルに上昇させることを要求する。
特に、各仮想的ページプログラム動作は、上位ブロック及び下位ブロックを有するマルチページメモリアレイにおいて対応する上位及び下位実際的ページからの複数の読み出し動作を含む。ブロック102で示されるように、前記メモリアレイの上位ページにおけるEEPROMセルは、ノーマルSLC読み出し動作を用いて読み出すことができる。このSLC読み出し動作は、前記メモリアレイの上位ブロックで選択されたワードラインを前記第1基準電圧VR1にセットすることを含む。このような読み出しデータの上位ページは、参照符号A1で定義される。その後、対応するデータの下位ページは、ノーマルSLC読み出し動作を用いて読み出すことができる(ブロック104)。このようなSLC読み出し動作は、前記メモリアレイの下位ブロックで選択されたワードラインを前記第1基準電圧VR1とセットすることを含む。このような読み出しデータの下位ページは、参照符号A2で定義される。
そして、データの第3ページA3として言及されるデータの仮想的ページは、このようなデータの第3ページA3と共に、「実際的」データの上位ページA1及び「実際的」データの下位ページA2の両方をエンコードすることにより、前記メモリアレイの仮想的ページにプログラムされる。このようなエンコード動作の結果は、「エンコードされた」上位セルデータAlおよび「エンコードされた」下位セルデータA2が発生する。図5bに示すように、このようなエンコード動作は非破壊的であるが、これはA1がA1から直接デコードされることも、A2がA2から直接デコードされることも可能であることを意味する。これらのエンコード動作は、データの第1ページであるAl<7:0>が<10110001>と同等であり、データの第2ページであるA2<7:0>が<01110110>と同等であり、データの第3ページであるA3<7:0>が<10001010>と同等であるケースを例として、図4d及び図5aを参照してさらに詳細に説明できる:
A1<7:0>=<10110001>;
A2<7:0>=<01110110>;及び
A3<7:0>=<10001010>
(ENCODE)
A1<7:0>=<10SS0001>;及び
A2<7:0>=<01SS0110>。
このような例において、A1<7:0>及びA2<7:0>における上付き文字「P」は、しきい値電圧をVR2超過レベルに高めるプログラミングを示し、「S」は一対の下位セル及び上位セル両方ともがVR2超過レベルのしきい値電圧を持つようにさらにプログラムされる図4dの前記特別ケース(b)を示す。したがって、他のものの中で、前記の例は、前記EEPROMデバイス40bのカラム6のEEPROMセルの一対が0/1/0(すなわち、A1<6>=0、A2<6>=1及びA3<6>=0)としてデータの3ビットを支援するようにプログラムされることを示すが、これは図4dにおいてケース(f)に対応する。前記EEPROMデバイス40bのカラム0のEEPROMセルの他の対は、1/0/0(すなわち、A1<0>=1、A2<0>=0及びA3<0>=0)としてデータの3ビットを支援するようにプログラムされることを示すが、これは図4dにおいてケース(d)に対応する。
図4e及び図5aを参照すると、前記エンコードされたデータA1及びA2がデータの前記上位ページA1及び下位ページA2からの読み出しに応答して発生すると(ブロック102〜104)、A1に関連するEEPROMセルの前記対応する上位ページは、前記エンコードされたデータA1でプログラムされ、その後第2基準電圧VR2で確認される(ブロック106及び108)。その後、A2に関連するEEPROMセルの前記対応する下位ページは、前記エンコードされたデータA2でプログラムされ、その後第2基準電圧VR2で確認される(ブロック110及び112)。このような上位及び下位プログラムの順序は、本発明の他の実施例で逆になることもある。
図5bはEEPROMセルの選択されたページから「実際的」データを読み出す動作200を示す。このような「実際的」データは、図5aで示される前記3ビットデータ中のBIT1及びBIT2に対応する。このような読み出し動作200は、不揮発性メモリアレイの対応する上位及び下位ページからの特別ケース読み出し動作の遂行を含む。ブロック202及び204によって示されるように、このような特別ケース読み出し動作は、非選択されたワードラインを同時にVREADにセットしながら、前記上位及び下位ブロックにおける前記上位及び下位ページに対する選択されたワードラインをそれぞれ第2基準電圧VR2にセットすることを含む。ブロック206によって示されるように、前記上位及び下位ブロックに連結される前記対応するビットラインのいずれのものでもディスチャージされるか否かを決定するためのチェックが行われる。もしこのようなチェックの結果が否定的答えであれば、これは前記特別ケースが存在している(すなわち、BIT1/BIT2/BIT3=1/1/0)ことを意味し、前記対応する実際的セルに対する前記読み出しデータはロジック1の値と同等である(ブロック210)。もしこのようなチェックの結果が肯定的答えであれば、前記選択されたワードラインセットを第1基準電圧VR1にセットして、ノーマルSLC読み出しが前記選択されたセル上で行われる(ブロック208)。次いで、選択された実際的ページに対する前記読み出しデータは、ページバッファから出力される(ブロック212)。したがって、前記の例に対して、(Al<7:0>=<10SS0001>でプログラムされた)前記選択された上位ページの特別ケース読み出しは、次の第1ビットライン条件:BL<7:0>=<00110000>を発生するが、これはA1<5:4>=<11>を示す(ブロック202〜204)。対照的に、(A1<7:0>=<10110001>でプログラムされた)前記選択された上位ページのノーマルSLC読み出しは、次の第2ビットライン条件:BL<7:0>=<01111110>を発生する(ブロック208)。このような第1及び第2ビットライン条件(BL<7:0>=<00110000>及びBL<7:0>=<01111110>は、前記ページバッファと結合してA1<7:0>を<10110001>として発生する(ブロック212)。このようなA1の値は、第1ビットライン条件によって設定された束縛(constraint)に従属する第2ビットライン条件と関連する全てのビットを反転することにより発生するが、これは特別ケースプログラムの存在によってAl<5:4>=<11>を要求する。
図5cはEEPROMセルの一対のページから仮想的データを読み出す動作(300)を示す。ブロック302及び304において、前記選択された上位ページにおけるセルのいずれでも、図4dによって定義される前記ケース(b)、ケース(f)或いはケース(h)の条件を満足するか否かを感知するために、前記上位ブロックに対する前記選択及び非選択されたワードラインは、それぞれVR2及びVREADにセットされる。したがって、(Al<7:0>=<10SS0001>でプログラムされた)前記例に対して、このような読み出し動作は次の第3ビットライン条件:BL<7:0>=<01110100>を発生するが、これはページバッファ内の第1ラッチに記憶される(ブロック306)。その後、ブロック308及び310において、前記選択された下位ページにおけるセルのいずれでも、図4dによって定義される前記ケース(b)或いはケース(d)条件を満足するか否かを感知するために、前記下位ブロックに対する前記選択及び非選択されたワードラインは、それぞれVR2及びVREADにセットされる。したがって、(A2<7:0>=<01SS0110>でプログラムされた)前記の例に対して、このような読み出し動作は次の第4ビットライン条件:BL<7:0>=<00110001>を発生するが、これはページバッファ内の第2ラッチに記憶される(ブロック306)。
ブロック314において、第1及び第2ラッチにおける前記データは、ビット別(bit-by-bit base)に比較される:
BL<7:0>=<01110100>;
BL<7:0>=<00110001>。
但し、BL<5:4>=BL<5:4>=<11>なので、A3<5:4>=<00>である(ブロック316)。ブロック318において、残りのビットに対してNOR動作が行われるため、A3<7:6;3:0>=<10;1010>を算出する。そして、前記データは、前記ページバッファから出力される(ブロック320)。本発明の他の実施例において、前記ページバッファは、上述した読み出し動作を解決するために、異なる動作を行うことができる。
図4dによって示される上述した読み出し動作は、本発明の実施例が、どのようにしきい値電圧プログラミングエラーに応答して起こるマルチ−ビットエラーを免れるおそれがないかについて説明する。例えば、ケース(a)によって示されるプログラム状態が読み出しの際にケース(c)またはケース(e)として間違って反映されると、1/1/1の正しい3ビットデータ値は、A2において一つのビットエラーを示す1/0/1、或いはA1において一つのビットエラーを示す0/1/1として読み出されるものと間違って反映されるであろう。同様に、ケース(g)によって示されるプログラム状態が読み出しの際にケース(c)、ケース(e)またはケース(h)として間違って反映されると、0/0/1の正しい3ビットデータ値は、A1において一つのビットエラーを示す1/0/1、或いはA2において一つのビットエラーを示す0/1/1、或いはA3において一つのビットエラーを示す0/0/0として読み出されるものと間違って反映されるであろう。図4dによって示される他のプログラム状態においても同様である。
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施例について説明したが、これらの実施例は例示的なものに過ぎない。当該技術分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは理解するであろう。よって、本発明の真正な技術的な保護範囲は、特許請求の範囲の技術的思想によって定められるべきである。
本発明は、マルチビットエラーの可能性を減少させるもので、不揮発性半導体メモリ装置に利用可能である。
EEPROMセルのNAND型ストリングを有する従来の不揮発性メモリデバイスの回路図である。 従来の技術に係る、消去及びプログラムされたEEPROMセルの相対的なしきい値電圧を示すグラフである。 プログラミングバイアス条件を示すEEPROMセルのNAND型ストリングの回路図である。 従来の技術に係る、消去されたEEPROMセル及びプログラムされたEEPROMセルからデータを読み出す動作中のNAND型ストリングにおける電流流れを示す図である。 従来の技術に係る4状態EEPROMセルの相対的なしきい値電圧を示すグラフである。 従来の技術に係る3状態EEPROMセルの相対的なしきい値電圧を示すグラフである。 メモリの同じロー(row)で対を成すときに3ビットデータを支援する2つの隣接する3状態EEPROMセルのしきい値電圧分布を示す図である。 本発明の実施例に係る仮想的ページプログラミングを支援するEEPROMセルの上位及び下位NAND型ストリングの回路図である。 本発明の実施例に係るNAND型EEPROMデバイスの回路図である。 本発明の実施例に係る3状態EEPROMセルをプログラムする動作を示す図である。 本発明の実施例に係る3状態EEPROMセルをプログラムする動作を示す図である。 本発明の実施例に係るEEPROMセルの「仮想的」ページをプログラムする動作を示す流れ図である。 本発明の実施例に係る仮想的EEPROMセルをプログラムする動作を示す図である。 本発明の実施例に係る3状態EEPROMセルからデータを読み出す動作を示す流れ図である。 本発明の実施例に係る3状態EEPROMセルからデータを読み出す動作を示す流れ図である。

Claims (35)

  1. 集積回路デバイスにおいて、
    データの第1及び第2ブロックを個別的にそれぞれ支援するように形成され、前記データの第1及び第2ブロック上にエンコードされるデータの第3ブロックを結合的に支援するようにさらに形成される3状態不揮発性メモリセルの少なくとも第1及び第2ブロックを自分内に有するメモリアレイを備えることを特徴とする集積回路デバイス。
  2. 前記メモリアレイは、
    前記データの第3ブロックのプログラミングが、前記データの第3ブロックに含まれるデータの全ての値に対して只一つの基準電圧で確認されるように形成されることを特徴とする請求項1に記載の集積回路デバイス。
  3. 集積回路デバイスにおいて、
    個別的にそれぞれの実際的メモリセルとして、そして結合的に一つの仮想的メモリセルとして動作するように形成される少なくとも2つの奇数状態メモリセルを有するメモリアレイを備えることを特徴とする集積回路デバイス。
  4. 前記メモリアレイは、
    前記仮想的メモリセルのプログラミングが、前記仮想的メモリセルに含まれるデータの全ての値に対して只一つの基準電圧で確認されるように形成されることを特徴とする請求項3に記載の集積回路デバイス。
  5. 前記メモリアレイは、
    前記仮想的メモリセルに関連する前記実際的メモリセルのいずれか一つが前記一つの基準電圧を超過するしきい値電圧にプログラムされるか否かを評価することにより、前記仮想的メモリセルの読み出しが行われるように形成されるフラッシュメモリアレイであることを特徴とする請求項4に記載の集積回路デバイス。
  6. フラッシュメモリアレイにおいて、
    それぞれ個別的に実際的メモリセルの第1及び第2ブロックとして、そして結合的に一つの仮想的メモリセルのブロックとして動作するように形成される3状態メモリセルの第1ブロック及び第2ブロックを備えることを特徴とするフラッシュメモリアレイ。
  7. 前記メモリセルの第1ブロックは、
    EEPROMセルの複数のNANDストリングを備えることを特徴とする請求項6に記載のフラッシュメモリアレイ。
  8. EEPROMセルの前記複数のNANDストリングそれぞれは、少なくとも一つのSLC EEPROMセルを含むことを特徴とする請求項7に記載のフラッシュメモリアレイ。
  9. フラッシュメモリデバイスの駆動方法において、
    NAND型EEPROMアレイからデータの第1及び第2ページを読み出した後、前記NAND型EEPROMアレイにデータの3ページをエンコードするように変形されたデータで前記データの第1及び第2ページを上書き(overwriting)することにより、データの第3ページで前記NAND型EEPROMアレイをプログラムする段階を備えることを特徴とするフラッシュメモリデバイスの駆動方法。
  10. 前記プログラムする段階は、
    前記NAND型EEPROMアレイでEEPROMセルの2ページからデータの3ページを読み出す段階によって追従される(followed)ことを特徴とする請求項9に記載のフラッシュメモリデバイスの駆動方法。
  11. 前記EEPROMセルは、3状態EEPROMセルであることを特徴とする請求項10に記載のフラッシュメモリデバイスの駆動方法。
  12. フラッシュメモリデバイスの駆動方法において、
    エンコードされたフラッシュメモリデータの第1及び第2ページを発生するようにフラッシュメモリデータの第1及び第2ページにフラッシュメモリデータの第3ページをエンコードする段階と、
    前記エンコードされたフラッシュメモリデータの第1ページで前記フラッシュメモリデバイス内のフラッシュメモリセルの第1ページをプログラムする段階と、
    前記エンコードされたフラッシュメモリデータの第2ページで前記フラッシュメモリデバイス内のフラッシュメモリセルの第2ページをプログラムする段階と、
    前記フラッシュメモリセルの第1及び第2ページそれぞれからの前記エンコードされたフラッシュメモリデータの第1及び第2ページの読み出しに応答して前記フラッシュメモリデータの第3ページを発生させる段階とを備えることを特徴とするフラッシュメモリデバイスの駆動方法。
  13. 前記エンコードする段階は、
    前記フラッシュメモリセルの第1及び第2ページそれぞれから前記エンコードされたフラッシュメモリデータの第1及び第2ページを読み出す段階によって先行される(preceded)ことを特徴とする請求項12に記載のフラッシュメモリデバイスの駆動方法。
  14. 前記エンコードされたフラッシュメモリデータの第1ページで前記フラッシュメモリデバイス内のフラッシュメモリセルの第1ページをプログラムする段階は、
    前記フラッシュメモリセルの第1ページからの前記エンコードされたフラッシュメモリデータの第1ページの読み出しに応答して前記フラッシュメモリデータの第1ページを発生させる段階によって追従されることを特徴とする請求項12に記載のフラッシュメモリデバイスの駆動方法。
  15. 前記エンコードされたフラッシュメモリデータの第2ページで前記フラッシュメモリデバイス内のフラッシュメモリセルの第2ページをプログラムする段階は、
    前記フラッシュメモリセルの第2ページからの前記エンコードされたフラッシュメモリデータの第2ページの読み出しに応答して前記フラッシュメモリデータの第2ページを発生させる段階によって追従されることを特徴とする請求項12に記載のフラッシュメモリデバイスの駆動方法。
  16. 集積回路デバイスにおいて、
    個別的にEEPROMセルのNページ実際的ブロックとして、そして結合的にEEPROMセルのNページ仮想的ブロックとして動作するように形成されるEEPROMセルの少なくとも第1及び第2Nページブロックを自分内に有するNAND型フラッシュメモリアレイを備えることを特徴とする集積回路デバイス。
  17. フラッシュメモリデバイスの駆動方法において、
    メモリアレイ内のEEPROMセルの第1ページからデータの第1ページを読み出す段階と、
    メモリアレイ内のEEPROMセルの第2ページからデータの第2ページを読み出す段階と、
    前記フラッシュメモリセルの第1及び第2ページそれぞれからの前記エンコードされたフラッシュメモリデータの第1及び第2ページをページバッファに読み出すとともに、前記ページバッファ内のデータの第1及び第2ページをデータの第3ページにデコードすることにより、前記メモリアレイから前記データの第3ページを読み出す段階とを備えることを特徴とするフラッシュメモリデバイスの駆動方法。
  18. EEPROMセルの第1及び第2ページは、
    EEPROMセルの別のマルチページブロック内にあることを特徴とする請求項17に記載のフラッシュメモリデバイスの駆動方法。
  19. 前記データの第3ページが、
    前記データの第1ページまたは前記データの第2ページを読み出す前に読み出されることを特徴とする請求項17に記載のフラッシュメモリデバイスの駆動方法。
  20. 不揮発性半導体メモリデバイスにおいて、
    電気的に消去及びプログラム可能なメモリセルが直列に連結される複数のメモリストリングを備えるメモリセルアレイであって、前記メモリストリングそれぞれは、奇数個のしきい値電圧状態を記憶する少なくとも一つのメモリセルを有する前記メモリセルアレイと、
    前記メモリストリングに電気的に連結される複数のビットラインと、
    ストリング内のそれぞれのセルに連結される複数のワードラインとを備え、
    前記奇数状態セルからのデータの1ビットを読み出し及びプログラムすることは、1つより多くのワードラインが選択されるようにイネーブルすることにより行われることを特徴とする不揮発性半導体メモリデバイス。
  21. 前記奇数状態メモリセルは、2つのセルを単位にして動作することを特徴とする請求項20に記載の不揮発性半導体メモリデバイス。
  22. 前記メモリセルストリングは、
    11つの3状態セルと1つの2状態セルを備えることを特徴とする請求項21に記載の不揮発性半導体メモリデバイス。
  23. 前記2状態セルは、
    前記ビットラインに近いストリングの一端に連結されることを特徴とする請求項22に記載の不揮発性半導体メモリデバイス。
  24. 前記メモリセルストリングは、
    22つの3状態セルと2つの2状態セルを備えることを特徴とする請求項21に記載の不揮発性半導体メモリデバイス
  25. 前記2状態セルの少なくとも一つは、
    前記ビットラインに近いストリングの一端に連結されることを特徴とする請求項24に記載の不揮発性半導体メモリデバイス。
  26. 不揮発性半導体メモリデバイスにおいて、
    電気的に消去及びプログラミング可能なメモリセルが直列に連結される複数のメモリストリングを備えるメモリセルアレイであって、前記メモリストリングそれぞれは、奇数個のしきい値電圧状態を記憶する少なくとも一つのメモリセルを自分内に有する前記メモリセルアレイと、
    前記メモリストリングに電気的に連結される複数のビットラインと、
    ストリング内のそれぞれのセルに連結される複数のワードラインとを備え、
    前記奇数状態セルからのデータの1ビットを読み出し及びプログラムすることは、ビットラインを活性化することにより行われることを特徴とする不揮発性半導体メモリデバイス。
  27. 前記メモリセルは、
    3状態セルであることを特徴とする請求項26に記載の不揮発性半導体メモリデバイス。
  28. 前記奇数状態メモリセルは、
    2つのセルを単位にして動作することを特徴とする請求項26に記載の不揮発性半導体メモリデバイス。
  29. 前記メモリセルストリングは、
    11つの3状態セルと1つの2状態セルを備えることを特徴とする請求項27に記載の不揮発性半導体メモリデバイス。
  30. 前記2状態セルは、
    前記ビットラインに近いストリングの一端に連結されることを特徴とする請求項29に記載の不揮発性半導体メモリデバイス。
  31. 前記メモリセルストリングは、
    2つの3状態セルと2つの2状態セルを備えることを特徴とする請求項27に記載の不揮発性半導体メモリデバイス。
  32. 前記2状態セルの少なくとも一つは、
    前記ビットラインに近いストリングの一端に連結されることを特徴とする請求項31に記載の不揮発性半導体メモリデバイス。
  33. フラッシュメモリアレイにおいて、
    複数のメモリブロックを備えるメモリセルアレイであって、前記各メモリブロックは、複数のメモリストリング及び複数のビットラインを備え、前記ビットラインそれぞれは、第1メモリストリング及び第2メモリストリングに連結され、
    3状態メモリセルの前記第1メモリストリング及び前記第2メモリストリングは、それぞれ個別的に第1及び第2ページブロックとして、そして結合的に仮想的メモリセルの第3ページブロックとして作用することを特徴とするフラッシュメモリアレイ。
  34. 前記メモリセルの第1ページブロックは、
    EEPROMセルの複数のNANDストリングを備えることを特徴とする請求項33に記載のフラッシュメモリアレイ。
  35. EEPROMセルの複数のNANDストリングそれぞれは、
    少なくとも一つのSLC EEPROMセルを含むことを特徴とする請求項34に記載のフラッシュメモリアレイ。
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