JP2008293616A - Erasing method for nonvolatile semiconductor memory - Google Patents

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憲 隅谷
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an erasing method to reliably complete erasure in consideration of an amount of decrease and increase of a threshold voltage due to collective erasure and due to restorative write processing. <P>SOLUTION: All or part of a reference erasing step, which includes an erasure verifying step and a collective erasing step for all memory cells and is configured to be repeated, includes an over-erasure verifying step of determining an over-erasure state, and a restoring step of restoring the over-erasure state to an erasure state. The second and the subsequent collective erasing steps are configured to perform collective erasure using an erasure voltage pulse in which at least either of an amplitude or a pulse width of an erasure voltage pulse in the previous collective erasing step is increased, or the second and the subsequent restoring steps are configured to perform restore and write processing using a restoring and writing voltage pulse in which at least either of an amplitude or a pulse width of a restoring and writing voltage pulse in the previous restoring step is reduced. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、不揮発性半導体記憶装置の消去方法に関する。   The present invention relates to a method for erasing a nonvolatile semiconductor memory device.

従来、フラッシュメモリ等の不揮発性半導体記憶装置は、一般的に、メモリセルの複数で構成されるメモリセルブロックを所定数備えて構成されるメモリセルアレイを備えており、所定数のメモリセルで構成されるアドレス単位での読み出し処理、アドレス単位での書き込み処理、複数アドレスで構成されるメモリセルブロック単位での一括消去処理を実行可能に構成されている。   2. Description of the Related Art Conventionally, a nonvolatile semiconductor memory device such as a flash memory generally includes a memory cell array including a predetermined number of memory cell blocks including a plurality of memory cells, and includes a predetermined number of memory cells. Read processing in units of addresses, write processing in units of addresses, and batch erase processing in units of memory cell blocks composed of a plurality of addresses.

以下、従来技術に係るフラッシュメモリの構成及び処理動作について、図9〜図13を基に説明する。   Hereinafter, the configuration and processing operation of the flash memory according to the prior art will be described with reference to FIGS.

先ず、従来技術に係るフラッシュメモリの一構成例について、図9及び図10を基に簡単に説明する。ここで、図9は、従来技術に係るメモリセルアレイの概略構成例を示しており、図10は、一般的なETOX型フラッシュメモリのメモリセルの概略構成を示している。   First, a configuration example of a flash memory according to the prior art will be briefly described with reference to FIGS. Here, FIG. 9 shows a schematic configuration example of a memory cell array according to the prior art, and FIG. 10 shows a schematic configuration of a memory cell of a general ETOX type flash memory.

具体的には、従来技術に係るフラッシュメモリは、図9に示すように、メモリセルの複数を行及び列方向にマトリクス状に配列して構成されたメモリセルブロックを、所定数備えて構成されるメモリセルアレイを備えて構成されている。尚、図9では、説明のために、メモリセルアレイ内の1つのメモリセルブロックの構成について示している。   Specifically, as shown in FIG. 9, the flash memory according to the prior art is configured to include a predetermined number of memory cell blocks configured by arranging a plurality of memory cells in a matrix in the row and column directions. The memory cell array is configured. For the sake of explanation, FIG. 9 shows the configuration of one memory cell block in the memory cell array.

メモリセルMは、図10に示すように、P型半導体基板1005上にフローティングゲート1002を介して形成された制御ゲート1001、フローティングゲート1002の下部領域に隣接する領域であって、P型半導体基板1005内に形成されたN型拡散領域であるドレイン1003及びソース1004を備えて構成されている。   As shown in FIG. 10, the memory cell M is a region adjacent to a lower region of the control gate 1001 and the floating gate 1002 formed on the P-type semiconductor substrate 1005 via the floating gate 1002. A drain 1003 and a source 1004 which are N-type diffusion regions formed in the region 1005 are provided.

フローティングゲート1002は制御ゲート1001やP型半導体基板1005等と電気的に絶縁されており、フローティングゲート1002内に蓄積された電荷の多寡により、メモリセルの特性、即ち、記憶状態が変化する。   The floating gate 1002 is electrically insulated from the control gate 1001, the P-type semiconductor substrate 1005, and the like, and the characteristics of the memory cell, that is, the storage state, change depending on the amount of charges accumulated in the floating gate 1002.

ここで、図11は、2値メモリセルのしきい値電圧分布の一例を模式的に示している。図11に示す2値メモリセルでは、比較的低い電圧を制御ゲート1001に印加すればドレイン1003とソース1004間のP型半導体基板1005内領域にチャネル領域を発生させることができる状態、即ち、しきい値電圧が低い状態を消去状態“1”とし、しきい値電圧が高い状態を書き込み状態“0”としている。より具体的には、図11に示す2値メモリセルの場合、しきい値電圧が電圧Ve0〜Veの範囲内にあるメモリセルMは消去状態“1”に、しきい値電圧が電圧Vw以上であるメモリセルMは、書き込み状態“0”に分類される。   Here, FIG. 11 schematically shows an example of the threshold voltage distribution of the binary memory cell. In the binary memory cell shown in FIG. 11, when a relatively low voltage is applied to the control gate 1001, a channel region can be generated in the region in the P-type semiconductor substrate 1005 between the drain 1003 and the source 1004. The state where the threshold voltage is low is the erase state “1”, and the state where the threshold voltage is high is the write state “0”. More specifically, in the case of the binary memory cell shown in FIG. 11, the memory cell M whose threshold voltage is in the range of voltages Ve0 to Ve is in the erased state “1” and the threshold voltage is equal to or higher than the voltage Vw. The memory cell M is classified into the write state “0”.

尚、図11では、消去状態に対し“1”を、書き込み状態に対し“0”を割り当てる場合について説明したが、各状態に割り当てる値は任意である。また、参照電圧Vrは、読み出し処理においてメモリセルの記憶状態の判定に用いる参照電圧の値を示している。   In FIG. 11, the case where “1” is assigned to the erased state and “0” is assigned to the written state has been described, but the value assigned to each state is arbitrary. The reference voltage Vr indicates the value of the reference voltage used for determining the storage state of the memory cell in the read process.

図12は、消去状態及び複数の書き込み状態に対応する3値以上の情報を記憶可能に構成された多値メモリセルの一例として、4値メモリセルのしきい値電圧分布を模式的に示している。図12に示す4値メモリセルでは、しきい値電圧が最も低い電圧Ve0〜Veの範囲内にある4値メモリセルを消去状態“11”に、しきい値電圧がVw10を下限値とする領域にある4値メモリセルを書き込み状態“10”に、しきい値電圧がVw01を下限値とする領域にある4値メモリセルを書き込み状態“01”に、しきい値電圧が電圧Vw00以上である4値メモリセルを書き込み状態“00”に分類している。   FIG. 12 schematically shows a threshold voltage distribution of a quaternary memory cell as an example of a multi-value memory cell configured to be able to store information of three or more values corresponding to an erase state and a plurality of write states. Yes. In the quaternary memory cell shown in FIG. 12, the quaternary memory cell having the lowest threshold voltage within the range of voltages Ve0 to Ve is in the erased state “11”, and the threshold voltage is a region where Vw10 is the lower limit. The quaternary memory cell in the write state “10”, the threshold voltage of the quaternary memory cell in the region where Vw01 is the lower limit value is in the write state “01”, and the threshold voltage is the voltage Vw00 or higher. The quaternary memory cell is classified into the write state “00”.

尚、図12では、消去状態に対し“11”を、各書き込み状態に対し、しきい値の低い順に“10”“01”“00”を割り当てる場合について説明したが、各状態に割り当てる値は任意である。また、参照電圧VrL、参照電圧VrM、参照電圧VrHは、読み出し処理においてメモリセルの記憶状態の判定に用いる参照電圧の値を示している。   In FIG. 12, “11” is assigned to the erased state, and “10”, “01”, and “00” are assigned to each written state in ascending order of threshold values. Is optional. Further, the reference voltage VrL, the reference voltage VrM, and the reference voltage VrH indicate reference voltage values used for determining the storage state of the memory cell in the read process.

メモリセルアレイは、図9に示すように、m×n個のメモリセルMをマトリクス状に配列して構成されており、同一行のメモリセルMの制御ゲート1001を相互に接続して共通のワード線WL0〜WLm−1(mは2以上の整数)とし、同一列のメモリセルMのドレイン1003を相互に接続して共通のビット線BL0〜BLn−1(nは2以上の整数)としている。更に、メモリセルMのソース1004を共通のソース線SLに接続して構成されている。   As shown in FIG. 9, the memory cell array is configured by arranging m × n memory cells M in a matrix, and by connecting the control gates 1001 of the memory cells M in the same row to each other, a common word Lines WL0 to WLm-1 (m is an integer greater than or equal to 2), and drains 1003 of memory cells M in the same column are connected to each other to form common bit lines BL0 to BLn-1 (n is an integer greater than or equal to 2). . Furthermore, the source 1004 of the memory cell M is connected to a common source line SL.

尚、図示しないが、メモリセルアレイの周囲には、アドレス信号に含まれるロウアドレスをデコードし、読み出し処理や書き込み処理の処理対象となるメモリセルMの制御ゲート1001に接続する選択ワード線に、各処理に応じて設定された電圧を印加するロウデコーダ、アドレス信号に含まれるカラムアドレスをデコードし、処理対象のビット線を選択するカラムデコーダ、ソース線SLに対する印加電圧を切り替えるソーススイッチ等を備えている。   Although not shown, each row address included in the address signal is decoded around the memory cell array, and each selected word line connected to the control gate 1001 of the memory cell M to be read or written is processed. A row decoder that applies a voltage set according to processing, a column decoder that decodes a column address included in an address signal and selects a bit line to be processed, a source switch that switches an applied voltage to the source line SL, and the like are provided. Yes.

続いて、従来技術に係るメモリセルアレイに対する読み出し処理、書き込み処理、一括消去処理の動作原理を図13に基づいて簡単に説明する。以下、簡単のために、2値メモリセルに対するアドレス単位での読み出し処理、アドレス単位での書き込み処理、複数アドレスからなるメモリセルブロック単位での一括消去処理について夫々説明する。ここで、図13は、2値メモリセルに対する読み出し処理、書き込み処理、一括消去処理の夫々における電圧条件を示している。   Next, the operation principle of the read process, write process, and batch erase process for the memory cell array according to the prior art will be briefly described with reference to FIG. Hereinafter, for the sake of simplicity, a reading process for a binary memory cell in an address unit, a writing process in an address unit, and a batch erasing process in a memory cell block unit composed of a plurality of addresses will be described. Here, FIG. 13 shows voltage conditions in the read process, write process, and batch erase process for the binary memory cell.

読み出し処理では、図13に示すように、ロウデコーダが、アドレス信号に含まれるロウアドレスにより特定される選択ワード線に対し、正電圧の制御ゲート電圧5Vを印加し、選択ワード線以外の非選択ワード線に、0Vを印加する。ソーススイッチはソース線SLにソース電圧0Vを印加する。カラムデコーダは、各ビット線BL0〜BLn−1の内読み出し処理対象となるメモリセルに接続されたビット線をセンスアンプに接続し、正電圧のドレイン電圧1Vを印加する。尚、読み出し処理対象ではない非選択ワード線に接続されたメモリセルについては、制御ゲート及びソースに0Vが印加されることから、ゲート・ソース間に電圧差がほとんど生じないため、非選択メモリセルには記憶状態に関係なく電流は流れず、読み出し処理にほぼ影響を与えない。   In the read process, as shown in FIG. 13, the row decoder applies a positive control gate voltage of 5 V to the selected word line specified by the row address included in the address signal, and the non-selected other than the selected word line is selected. 0V is applied to the word line. The source switch applies a source voltage of 0 V to the source line SL. The column decoder connects a bit line connected to a memory cell to be read out of each of the bit lines BL0 to BLn-1 to a sense amplifier, and applies a positive drain voltage of 1V. For memory cells connected to unselected word lines that are not subject to read processing, 0 V is applied to the control gate and source, so that there is almost no voltage difference between the gate and source. No current flows regardless of the storage state, and the read process is hardly affected.

より具体的には、上述した読み出し処理では、図10に示すメモリセルMの制御ゲート1001に5V、ドレイン1003に1V、ソース1004に0Vが印加される。このとき、ドレイン1003・ソース1004間のP型半導体基板1005内領域にチャネル領域が発生し電流が流れるが、メモリセルMが消去状態である場合には、しきい値電圧が低いため、ドレイン1003・ソース1004間に比較的大きな電流が流れる。これに対し、メモリセルMが書き込み状態である場合には、しきい値電圧が高いため、ドレイン1003・ソース1004間には比較的小さな電流しか流れない。これにより、センスアンプ回路において、メモリセルMに流れる電流値から求められるメモリセルMのしきい値電圧に基づいて記憶状態を判定することが可能になる。   More specifically, in the above read process, 5 V is applied to the control gate 1001 of the memory cell M shown in FIG. 10, 1 V is applied to the drain 1003, and 0 V is applied to the source 1004. At this time, a channel region is generated in a region in the P-type semiconductor substrate 1005 between the drain 1003 and the source 1004 and a current flows. However, when the memory cell M is in the erased state, the threshold voltage is low, so the drain 1003 A relatively large current flows between the sources 1004. On the other hand, when the memory cell M is in the write state, since the threshold voltage is high, only a relatively small current flows between the drain 1003 and the source 1004. As a result, in the sense amplifier circuit, the storage state can be determined based on the threshold voltage of the memory cell M obtained from the value of the current flowing through the memory cell M.

例えば、図11に示す2値メモリセルの場合には、メモリセルMのしきい値電圧の値が、読み出し処理における参照電圧Vrより小さい場合は、消去状態“1”と判定し、参照電圧Vrより大きい場合は、書き込み状態“0”と判定する。   For example, in the case of the binary memory cell shown in FIG. 11, if the value of the threshold voltage of the memory cell M is smaller than the reference voltage Vr in the read process, it is determined that the erase state is “1” and the reference voltage Vr If it is larger, it is determined that the write state is “0”.

書き込み処理では、図13に示すように、ロウデコーダが、書き込み処理の対象となる書き込み対象メモリセルMの制御ゲート1001に接続する選択ワード線に対し、正電圧の制御ゲート電圧10Vを印加し、書き込み処理の対象とならないメモリセルMの制御ゲート1001に接続する非選択ワード線に対し、0Vを印加する。ソーススイッチはソース線SLにソース電圧0Vを印加する。カラムデコーダは、各ビット線BL0〜BLn−1の内の書き込み処理対象の選択ビット線に対し、正電圧のドレイン電圧5Vを印加する。尚、読み出し処理の場合と同様に、非選択メモリセルの制御ゲート及びソースには0Vが印加されることから、非選択メモリセルの特性は影響を受けない。   In the write process, as shown in FIG. 13, the row decoder applies a positive control gate voltage of 10 V to the selected word line connected to the control gate 1001 of the write target memory cell M to be written, 0 V is applied to the unselected word line connected to the control gate 1001 of the memory cell M that is not the target of the writing process. The source switch applies a source voltage of 0 V to the source line SL. The column decoder applies a positive drain voltage of 5 V to the selected bit line to be written in each of the bit lines BL0 to BLn-1. As in the case of the read process, 0 V is applied to the control gate and source of the non-selected memory cell, so that the characteristics of the non-selected memory cell are not affected.

より具体的には、上述した書き込み処理では、図10に示すメモリセルMの制御ゲート1001に10V、ドレイン1003に5V、ソース1004に0Vが印加される。ドレイン1003に高い正電圧を印加することにより、ソース1004近傍のチャネル領域に高エネルギのホットエレクトロンを発生させ、更に、制御ゲート1001にドレイン1003よりも高い正電圧を印加することで、ホットエレクトロンを一定の確率でフローティングゲート1002に注入させる。この書き込み処理は、CHE方式(チャネル・ホット・エレクトロン方式)と呼ばれている。この書き込み処理では、図11において、メモリセルMのしきい値電圧の値が電圧Vwの値を超えた場合に、書き込み処理が正常に終了したと判定する。   More specifically, in the above-described writing process, 10 V is applied to the control gate 1001 of the memory cell M shown in FIG. 10, 5 V is applied to the drain 1003, and 0 V is applied to the source 1004. By applying a high positive voltage to the drain 1003, high-energy hot electrons are generated in the channel region in the vicinity of the source 1004. Further, by applying a positive voltage higher than that of the drain 1003 to the control gate 1001, hot electrons are generated. It is injected into the floating gate 1002 with a certain probability. This writing process is called a CHE method (channel hot electron method). In this write process, in FIG. 11, when the value of the threshold voltage of the memory cell M exceeds the value of the voltage Vw, it is determined that the write process has been completed normally.

一括消去処理では、図13に示すように、ロウデコーダが、一括消去処理の対象となる消去対象メモリセルブロックの全てのワード線WL0〜WLm−1に対し、負電圧の制御ゲート電圧−10Vを印加する。ソーススイッチは、消去対象メモリセルブロックのソース線SLに高い正電圧のソース電圧10Vを印加する。これにより、消去対象メモリセルブロックを構成するm×n個の全てのメモリセルが一括して消去される。   In the batch erase process, as shown in FIG. 13, the row decoder applies a negative control gate voltage of −10 V to all the word lines WL0 to WLm−1 of the erase target memory cell block that is the target of the batch erase process. Apply. The source switch applies a high positive source voltage of 10 V to the source line SL of the memory cell block to be erased. As a result, all m × n memory cells constituting the memory cell block to be erased are erased collectively.

より具体的には、上述した一括消去処理では、図10に示すメモリセルMの制御ゲート1001に−10Vを、ソース1004に10Vが印加される。このような条件で電圧を印加すると、フローティングゲート1002に蓄積された電荷は、トンネル効果によりソース1004に抜ける。尚、この現象は、FNトンネル現象(Fowler Nordheim Tunneling)と呼ばれている。一括消去処理では、図11において、メモリセルMのしきい値電圧の値が、電圧Veの値より小さくなった場合に、一括消去処理が正常に終了したと判定する。   More specifically, in the batch erase process described above, −10 V is applied to the control gate 1001 and 10 V is applied to the source 1004 of the memory cell M shown in FIG. When a voltage is applied under such conditions, the charge accumulated in the floating gate 1002 escapes to the source 1004 due to the tunnel effect. This phenomenon is called an FN tunnel phenomenon (Fowler Nordheim Tunneling). In the batch erasing process, when the threshold voltage value of the memory cell M becomes smaller than the voltage Ve in FIG. 11, it is determined that the batch erasing process is normally completed.

ところで、フラッシュメモリ等の不揮発性半導体記憶装置における一括消去処理では、フローティングゲート1002内の電荷量が非常に少なくなり、しきい値電圧の値が消去状態のしきい値電圧の下限値、例えば、図11において、電圧Ve0より小さい過消去状態のメモリセル(過消去メモリセル)が発生する場合がある。   By the way, in the batch erasing process in a nonvolatile semiconductor memory device such as a flash memory, the amount of charge in the floating gate 1002 is very small, and the threshold voltage value is the lower limit value of the threshold voltage in the erased state, for example, In FIG. 11, an overerased memory cell (overerased memory cell) smaller than the voltage Ve0 may occur.

過消去メモリセルが存在すると、読み出し処理や書き込み処理の実行に支障が生じる場合がある。具体的には、例えば、過消去メモリセルに接続されているビット線に接続された他のメモリセルに対する読み出し処理を実行する場合、読み出し処理の対象とならない非選択ワード線に接続されたメモリセルの制御ゲート及びソースには、上述したように、0Vが印加される。このとき、通常の非選択メモリセルのゲート・ソース間には電圧差がほとんど生じないが、過消去状態の非選択ワード線に接続されたメモリセルの場合、しきい値電圧が負電圧となって非常に低いため、完全にオフせず、無視できない程度の電流を流すことがある。この電流は、読み出し処理における誤読み出しの原因となる。   If an overerased memory cell exists, there may be a problem in execution of read processing and write processing. Specifically, for example, when executing a read process for another memory cell connected to a bit line connected to an overerased memory cell, a memory cell connected to an unselected word line that is not subject to the read process As described above, 0 V is applied to the control gate and the source. At this time, there is almost no voltage difference between the gate and source of a normal unselected memory cell, but in the case of a memory cell connected to an overselected unselected word line, the threshold voltage becomes a negative voltage. Therefore, the current is not completely turned off and a current that cannot be ignored may flow. This current causes erroneous reading in the reading process.

また、例えば、過消去メモリセルと同一のビット線に接続された他のメモリセルに対する書き込み処理を実行する場合には、ビット線(ドレイン)に高電圧を印加するが、過消去状態の非選択メモリセルが流す電流によりビット線電圧が低下し、書き込み対象のメモリセルへの書き込み処理が正常に実行できなくなる可能性がある。   Also, for example, when executing a write process to another memory cell connected to the same bit line as the overerased memory cell, a high voltage is applied to the bit line (drain), but the overerased state is not selected. There is a possibility that the bit line voltage decreases due to the current flowing through the memory cell, and the writing process to the memory cell to be written cannot be executed normally.

尚、近年、様々な要因により、過消去メモリセルが発生し易くなってきている。具体的には、例えば、過消去メモリセルの発生率増加要因として、加工プロセスの微細化や、記憶容量の増大に伴うメモリセル数の増大による一括消去処理の消去対象メモリセルブロックのメモリセル数の増大がある。   In recent years, overerased memory cells are easily generated due to various factors. Specifically, for example, the number of memory cells in the memory cell block to be erased in the batch erasing process due to the miniaturization of the processing process and the increase in the number of memory cells accompanying the increase in the storage capacity as a factor of increasing the occurrence rate of overerased memory cells There is an increase.

微細化が進むと、一般的に、製造バラツキに起因するメモリセル特性のバラツキが大きくなり、一括消去処理におけるメモリセルの消去速度のバラツキが大きくなる。また、消去対象メモリセルブロックのメモリセル数が増大すると、バラツキの大きいメモリセル数も増大する。そして、一括消去処理では、メモリセルブロック単位で消去処理を実行することから、比較的早く消去状態となるメモリセル及び比較的遅く消去状態となるメモリセルの何れにも、同じ回数の消去処理が実行されることとなる。このため、比較的遅く消去状態となるメモリセルが消去状態になるまで一括消去処理を繰り返し実行すると、比較的早く消去状態となるメモリセルは、消去状態となった後も必要以上に消去処理が実行されることとなり、過消去状態となる。   As the miniaturization progresses, the variation in memory cell characteristics due to manufacturing variations generally increases, and the variation in erasing speed of memory cells in the batch erasing process increases. Further, when the number of memory cells in the memory cell block to be erased increases, the number of memory cells with large variations also increases. In the batch erase process, since the erase process is executed in units of memory cell blocks, the same number of erase processes are performed on both the memory cells that are in the erased state relatively early and the memory cells that are in the erased state relatively late. Will be executed. For this reason, if the batch erase process is repeatedly executed until the memory cells that are in the erased state relatively late are in the erased state, the memory cells that are in the erased state relatively quickly are erased more than necessary after the erased state. It will be executed, and it will be in an over-erased state.

このため、従来の不揮発性半導体記憶装置には、過消去メモリセルによる読み出し処理や書き込み処理における不具合を防止するために、例えば、一括消去処理において発生した過消去メモリセルに対し、記憶状態を過消去状態から消去状態に修復する修復書き込み処理を実行するものがある。   For this reason, in the conventional nonvolatile semiconductor memory device, in order to prevent problems in the read process and write process by the over-erased memory cell, for example, the over-erased memory cell generated in the batch erase process is over-stored. Some perform a repair writing process for restoring from an erased state to an erased state.

以下、修復書き込み処理を実行する場合の一括消去処理の処理手順について図14を基に説明する。ここで、図14は、修復書き込み処理を実行する場合の一括消去処理の処理手順の一例を示すフローチャートである。尚、ここでは、簡単のために、消去対象メモリセルブロックのメモリセルが、図11に示す2値メモリセルである場合を想定して説明する。   Hereinafter, the processing procedure of the batch erasing process when executing the repair writing process will be described with reference to FIG. Here, FIG. 14 is a flowchart illustrating an example of a processing procedure of the batch erasure process when the repair writing process is executed. Here, for the sake of simplicity, description will be made assuming that the memory cell of the memory cell block to be erased is the binary memory cell shown in FIG.

不揮発性半導体記憶装置は、先ず、現在の処理対象のアドレスを示すアドレス変数の値を初期化する(ステップ#1001)。ここでは、アドレス変数に、消去対象メモリセルブロックの先頭アドレスが設定される。次に、消去対象メモリセルブロック内の全てのメモリセルに対し、所定の消去電圧条件で消去電圧パルスを印加して一括消去処理を実行する(ステップ#1002)。   First, the nonvolatile semiconductor memory device initializes the value of an address variable indicating the current processing target address (step # 1001). Here, the start address of the memory cell block to be erased is set in the address variable. Next, an erase voltage pulse is applied to all the memory cells in the memory cell block to be erased under a predetermined erase voltage condition to execute batch erase processing (step # 1002).

引き続き、消去対象メモリセルブロック内のメモリセルの夫々に対し、メモリセルの記憶状態が未消去状態であるか否かを判定する消去ベリファイ処理を実行する(ステップ#1003)。ここでの消去ベリファイ処理は、アドレス単位で実行するように構成されており、アドレス変数が示すアドレスのメモリセルMの夫々に対し、未消去状態であるか否かを判定する。また、未消去状態であるか否かの判定は、具体的には、各メモリセルMのしきい値電圧と図11に示す参照電圧Veを比較し、メモリセルMのしきい値電圧が電圧Veより大きい場合に、未消去状態であると判定する。   Subsequently, an erase verify process for determining whether or not the storage state of the memory cell is an unerased state is executed for each of the memory cells in the memory cell block to be erased (step # 1003). The erase verify process here is configured to be executed in units of addresses, and it is determined whether or not each of the memory cells M at the address indicated by the address variable is in an unerased state. The determination as to whether or not the memory cell M is in the unerased state is made by comparing the threshold voltage of each memory cell M with the reference voltage Ve shown in FIG. When it is larger than Ve, it is determined that the state is not erased.

ステップ#1003において消去ベリファイ処理が実行されたメモリセルMに、未消去状態と判定された未消去メモリセルが1つでも含まれている場合は、ステップ#1002に移行して(ステップ#1004でNo分岐)、再度、消去電圧条件により消去電圧パルスの振幅及びパルス幅等を再設定し、再設定した消去電圧パルスを印加して一括消去処理を実行する(ステップ#1002)。   If the memory cell M that has been erase-verified in step # 1003 includes at least one unerased memory cell that has been determined to be in an unerased state, the process proceeds to step # 1002 (in step # 1004). No branch), again, the erase voltage pulse amplitude, pulse width, and the like are reset according to the erase voltage condition, and the batch erase process is executed by applying the reset erase voltage pulse (step # 1002).

ステップ#1003において消去ベリファイ処理が実行されたメモリセルMに未消去状態と判定された未消去メモリセルが含まれていない場合は(ステップ#1004でYes分岐)、ステップ#1005に移行して、アドレス変数の値をインクリメントする(ステップ#1005)。消去対象メモリセルブロック内に消去ベリファイ処理が完了していないアドレスがある場合は(ステップ#1006でNo分岐)、ステップ#1002に移行して、アドレス変数が示すアドレスのメモリセルMに対する消去ベリファイ処理を実行する。   If the memory cell M that has been erase-verified in step # 1003 does not include an unerased memory cell determined to be in an unerased state (Yes branch in step # 1004), the process proceeds to step # 1005, The value of the address variable is incremented (step # 1005). If there is an address in the erase target memory cell block for which the erase verify process has not been completed (No branch at step # 1006), the process proceeds to step # 1002 to erase erase process for the memory cell M at the address indicated by the address variable. Execute.

消去対象メモリセルブロック内の全てのアドレスに対する一括消去処理が完了すると(ステップ#1006でYes分岐)、アドレス変数の値を初期化し、消去対象メモリセルブロックの先頭アドレスを設定する(ステップ#1007)。続いて、消去対象メモリセルブロック内のメモリセルの夫々に対し、過消去状態であるか否かを判定する過消去ベリファイ処理を実行する(ステップ#1008)。ここでの過消去ベリファイ処理は、アドレス単位で実行するように構成されており、アドレス変数が示すアドレスのメモリセルMの夫々に対し、過消去状態であるか否かを判定する。また、過消去状態であるか否かの判定は、具体的には、各メモリセルMのしきい値電圧と図11に示す参照電圧Ve0を比較し、メモリセルMのしきい値電圧が電圧Ve0より小さい場合に、過消去状態であると判定する。   When the batch erase process for all addresses in the erase target memory cell block is completed (Yes in step # 1006), the value of the address variable is initialized and the start address of the erase target memory cell block is set (step # 1007). . Subsequently, an overerase verify process for determining whether or not the memory cell in the erase target memory cell block is in an overerase state is executed (step # 1008). The overerase verify process here is configured to be executed in units of addresses, and it is determined whether or not each of the memory cells M at the address indicated by the address variable is in an overerase state. The determination as to whether or not the memory cell M is in the over-erased state is specifically made by comparing the threshold voltage of each memory cell M with the reference voltage Ve0 shown in FIG. When it is smaller than Ve0, it is determined that the over-erased state is established.

ステップ#1008において過消去ベリファイ処理が実行されたメモリセルMに、過消去状態と判定されたメモリセルMがある場合は(ステップ#1009でYes分岐)、過消去状態のメモリセルMに対する修復書き込み処理を実行し(ステップ#1010)、その後、ステップ#1008に移行する。ここでは、修復書き込み処理として、通常の書き込み処理における書き込み電圧パルスよりも電圧振幅またはパルス幅の小さい修復書き込み電圧パルスを用いた弱書き込み処理を実行する。過消去状態は、上述したように、例えば、図10において、メモリセルMのフローティングゲート1002内の電荷量が非常に少なくなり、しきい値電圧が下がり過ぎて図11に示す電圧Ve0より小さくなっている状態である。従って、弱書き込み処理により、フローティングゲート1002内の電荷量を増やし、しきい値電圧を上昇させて電圧Ve0より高くすることで、メモリセルの記憶状態を過消去状態から消去状態に修復することができる。尚、過消去メモリセルに対して通常の書き込み処理を実行すると、しきい値電圧が上がり過ぎ、消去状態のしきい値電圧の上限値Veを超える可能性があるので、適切に消去状態の電圧範囲Ve0〜Veに書き込むために、弱書き込み処理を実行する。   If there is a memory cell M that has been determined to be in an overerased state in the memory cell M that has been subjected to the overerase verify process in step # 1008 (Yes branch in step # 1009), a repair write to the overerased memory cell M The process is executed (step # 1010), and then the process proceeds to step # 1008. Here, as the repair write process, a weak write process using a repair write voltage pulse having a smaller voltage amplitude or pulse width than the write voltage pulse in the normal write process is executed. As described above, in the over-erased state, for example, in FIG. 10, the amount of charge in the floating gate 1002 of the memory cell M becomes very small, and the threshold voltage is too low to be lower than the voltage Ve0 shown in FIG. It is in a state. Therefore, the memory state of the memory cell can be restored from the overerased state to the erased state by increasing the amount of charge in the floating gate 1002 and increasing the threshold voltage to be higher than the voltage Ve0 by the weak write process. it can. Note that if normal write processing is performed on an overerased memory cell, the threshold voltage increases excessively and may exceed the upper limit value Ve of the erased state threshold voltage. In order to write in the range Ve0 to Ve, weak write processing is executed.

ステップ#1008において過消去ベリファイ処理が実行されたメモリセルMに、過消去状態と判定されたメモリセルがない場合は(ステップ#1009でNo分岐)、アドレス変数の値をインクリメントして更新し(ステップ#1011)、アドレス変数の値が、消去対象メモリセルブロック内の過消去ベリファイ処理を実行していないアドレスを示す場合は(ステップ#1012でNo分岐)、ステップ#1008に移行してアドレス変数が示すアドレスのメモリセルMに対し過消去ベリファイ処理を実行する。消去対象メモリセルブロック内の全てのアドレスに対して過消去ベリファイ処理が実行されると(ステップ#1012でYes分岐)、処理を終了する。   If the memory cell M that has been subjected to the overerase verify process in step # 1008 has no memory cell that is determined to be in the overerase state (No branch in step # 1009), the value of the address variable is incremented and updated ( In Step # 1011), when the value of the address variable indicates an address for which the over-erase verify process in the memory cell block to be erased has not been executed (No branch in Step # 1012), the process proceeds to Step # 1008. Overerase verify processing is executed for the memory cell M at the address indicated by. When the overerase verify process is executed for all addresses in the erase target memory cell block (Yes in step # 1012), the process ends.

尚、図14に示すフローチャートにおいて、ステップ#1002の一括消去処理の実行回数をカウントし、所定回数内に消去処理が完了しない場合に、処理を終了してエラー出力するように構成しても良い。   In the flowchart shown in FIG. 14, the number of executions of the batch erase process in step # 1002 may be counted, and if the erase process is not completed within a predetermined number of times, the process may be terminated and an error output may be output. .

図15は、図14に示す一括消去処理、消去ベリファイ処理、過消去ベリファイ処理及び修復書き込み処理における消去対象の選択メモリセルの制御ゲート電圧の遷移と、デバイスの消費電流の遷移を示している。電圧VGNDは接地電圧を示している。 FIG. 15 shows the transition of the control gate voltage of the selected memory cell to be erased and the transition of the current consumption of the device in the batch erase process, erase verify process, overerase verify process and repair write process shown in FIG. The voltage V GND indicates the ground voltage.

時間t0〜te1の初期設定時(図14のステップ#1001)、図10に示すメモリセルMの制御ゲート1001のゲート電圧は、図15に示すように、0V(電圧VGND)となっている。時間te1において、一括消去処理が開始されると(図14のステップ#1002)、消去対象メモリセルブロック内の全てのメモリセルMの制御ゲート1001に、負電圧の消去電圧パルスVn1が印加される。このときの消費電流Wn1は、図13に示す電圧条件で消去処理を行う場合、ソース1004から半導体基板1005へ抜けるバンド間電流が支配的であるため、消去電圧パルスVn1の印加開始からの経過時間に応じて減少する。 At the initial setting of time t0 to te1 (step # 1001 in FIG. 14), the gate voltage of the control gate 1001 of the memory cell M shown in FIG. 10 is 0 V (voltage V GND ) as shown in FIG. . When the batch erase process is started at time te1 (step # 1002 in FIG. 14), a negative erase voltage pulse Vn1 is applied to the control gates 1001 of all the memory cells M in the memory cell block to be erased. . Since the current consumption Wn1 at this time is dominant when the erasing process is performed under the voltage condition shown in FIG. 13, the band-to-band current from the source 1004 to the semiconductor substrate 1005 is dominant. Decrease depending on

引き続き、時間tev1において、消去ベリファイ処理が開始されると(図14のステップ#1003)、消去対象メモリセルブロック内のメモリセルの制御ゲートに、正電圧の消去ベリファイ電圧パルスVev1が印加される。尚、消去ベリファイ処理における消費電流Wev1〜Wevk(kは1以上の整数)は、センスアンプを駆動するため、一括消去処理における消費電流Wn1〜Wnkよりも大きくなる。同様にして、消去対象メモリセルブロック内の全てのメモリセルについて未消去状態ではないと判定されるまで、一括消去処理及び消去ベリファイ処理が繰り返し実行される。   Subsequently, when the erase verify process is started at time tev1 (step # 1003 in FIG. 14), a positive erase verify voltage pulse Vev1 is applied to the control gate of the memory cell in the memory cell block to be erased. Note that the consumption currents Wev1 to Wevk (k is an integer of 1 or more) in the erase verify process are larger than the consumption currents Wn1 to Wnk in the batch erase process because the sense amplifier is driven. Similarly, the batch erase process and the erase verify process are repeatedly executed until it is determined that all the memory cells in the erase target memory cell block are not in the unerased state.

時間toev1において、過消去ベリファイ処理が開始されると(図14のステップ#1008)、過消去ベリファイ処理の対象となるメモリセルの制御ゲートに、正電圧の過消去ベリファイ電圧パルスVoev1が印加される。尚、過消去ベリファイ処理では、メモリセルのしきい値電圧を、消去ベリファイ処理における参照電圧Veより低い参照電圧Ve0と比較する。尚、ここでは、消去ベリファイ処理で用いた参照電圧と同じ参照電圧を用いて過消去状態であるか否かを判定することから、電圧Ve0及び電圧Veの関係に応じて、過消去ベリファイ電圧パルスVoev1の電圧振幅を消去ベリファイ電圧パルスVev1〜Vevkの電圧振幅より大きく(電圧Voev>電圧Vev)設定している。また、過消去ベリファイ処理における消費電流Woev1は、図15に示すように、過消去ベリファイ電圧パルスVoev1の電圧振幅が、消去ベリファイ電圧パルスVev1〜Vevkの電圧振幅より大きく設定されているため、消去ベリファイ処理における消費電流Wev1〜Wevkよりも大きくなる。   When the overerase verify process is started at time toev1 (step # 1008 in FIG. 14), a positive overerase verify voltage pulse Voev1 is applied to the control gate of the memory cell targeted for the overerase verify process. . In the overerase verify process, the threshold voltage of the memory cell is compared with a reference voltage Ve0 lower than the reference voltage Ve in the erase verify process. Here, since the over-erased state is determined using the same reference voltage as the reference voltage used in the erase verify process, the over-erase verify voltage pulse is determined according to the relationship between the voltage Ve0 and the voltage Ve. The voltage amplitude of Voev1 is set larger than the voltage amplitude of the erase verify voltage pulses Vev1 to Vevk (voltage Voev> voltage Vev). Further, as shown in FIG. 15, the current consumption Woev1 in the overerase verify process is such that the voltage amplitude of the overerase verify voltage pulse Voev1 is set larger than the voltage amplitude of the erase verify voltage pulses Vev1 to Vevk. It becomes larger than current consumption Wev1 to Wevk in the process.

時間toep1において、修復書き込み処理が開始されると(図14のステップ#1010)、修復書き込み処理の対象となる過消去メモリセルの制御ゲートに、正電圧の修復書き込み電圧パルスVoepが印加される。修復書き込み電圧パルスVoepは、メモリセルの特性等に応じて、電圧振幅及びパルス幅が設定される。修復書き込み処理における消費電流Woep1は、修復書き込み処理の対象となる過消去メモリセルの数が、一括消去処理、消去ベリファイ処理及び過消去ベリファイ処理の処理対象となるメモリセル数に比べて少ないことから、他の処理における消費電流よりも小さくなる。同様にして、過消去状態のメモリセルが判定されなくなるまで、過消去ベリファイ処理と修復書き込み処理を繰り返し実行する。   When the repair write process is started at time toep1 (step # 1010 in FIG. 14), a positive repair write voltage pulse Voep is applied to the control gate of the overerased memory cell that is the target of the repair write process. The voltage amplitude and pulse width of the repair write voltage pulse Voep are set according to the characteristics of the memory cell. The current consumption Woep1 in the repair write process is that the number of overerased memory cells to be subjected to the repair write process is smaller than the number of memory cells to be subjected to the batch erase process, the erase verify process, and the overerase verify process. It becomes smaller than the current consumption in other processes. Similarly, the overerase verify process and the repair write process are repeatedly executed until no overerased memory cell is determined.

尚、図15に示すように、時間toev1以前は一括消去処理と消去ベリファイ処理が繰り返し実行され、時間toev1以降は過消去ベリファイ処理と修復書き込み処理が繰り返し実行されることから、時間toev1の前後でメモリセルの制御ゲートの電圧変動により、処理内容が明確に判別できる。   As shown in FIG. 15, the batch erase process and the erase verify process are repeatedly executed before the time toev1, and the overerase verify process and the repair write process are repeatedly executed after the time toev1, so before and after the time toev1. The processing contents can be clearly discriminated by the voltage fluctuation of the control gate of the memory cell.

過消去メモリセルによる読み出し処理や書き込み処理における不具合を防止するための他の技術には、例えば、読み出し処理において、過消去メモリセルのリーク電流を遮断するために、選択ワード線に正電圧を、非選択ワード線に負電圧を印加する不揮発性半導体記憶装置がある(例えば、特許文献2参照)。また、例えば、いかなる状態のメモリセルであっても強制的にオフできるオフ電圧を生成するオフ電圧発生手段を備え、過消去ベリファイ処理の実行時に、過消去ベリファイ処理の対象とならないメモリセルの制御ゲートにオフ電圧を印加する不揮発性半導体記憶装置がある(例えば、特許文献3参照)。   Other techniques for preventing problems in read processing and write processing by overerased memory cells include, for example, a positive voltage on a selected word line in order to cut off leakage current of overerased memory cells in read processing, There is a nonvolatile semiconductor memory device that applies a negative voltage to an unselected word line (see, for example, Patent Document 2). In addition, for example, an off-voltage generating unit that generates an off-voltage that can be forcibly turned off in any state of memory cells is provided, and control of memory cells that are not subjected to over-erase verification processing when over-erase verification processing is performed There is a nonvolatile semiconductor memory device that applies an off voltage to a gate (see, for example, Patent Document 3).

更に、例えば、一括消去処理及び消去ベリファイ処理を繰り返し実施し、一括消去処理の実行中に、所定の時間間隔でリークチェックを行い、リークチェックの結果がNGの場合に、一括消去処理を中断して過消去ベリファイ処理及び弱書き込み処理を実施し、過消去ベリファイ処理及び弱書き込み処理の実行終了後、中断していた一括消去処理を再開する不揮発性半導体記憶装置がある(例えば、特許文献1参照)。尚、特許文献1に記載の不揮発性半導体記憶装置では、一括消去処理及び消去ベリファイ処理の繰り返し中に、一括消去処理の実行を中断して過消去ベリファイ処理及び弱書き込み処理を実施するので、過消去メモリセルの発生をより早い段階で検出して解消することができる。   Further, for example, the batch erase process and the erase verify process are repeatedly performed, and during the batch erase process, a leak check is performed at a predetermined time interval. If the result of the leak check is NG, the batch erase process is interrupted. There is a non-volatile semiconductor memory device that performs over-erase verify processing and weak write processing, and resumes the interrupted batch erase processing after execution of over-erase verify processing and weak write processing ends (see, for example, Patent Document 1). ). Note that in the nonvolatile semiconductor memory device described in Patent Document 1, during the repetition of the batch erase process and the erase verify process, the execution of the batch erase process is interrupted and the over erase verify process and the weak write process are performed. Generation of an erase memory cell can be detected and eliminated at an earlier stage.

特開2000−260189号公報JP 2000-260189 A 特開平6−162787号公報JP-A-6-162787 特開平7−169286号公報JP-A-7-169286

しかしながら、図14に示す消去処理手順で一括消去される不揮発性半導体記憶装置や、特許文献1に記載の不揮発性半導体記憶装置では、一括消去処理による消去対象メモリセルのしきい値電圧の低下量と、修復書き込み処理(弱書き込み処理)による過消去メモリセルのしきい値電圧の上昇量のバランスが考慮されていない。このため、一括消去処理により過消去状態となり、弱書き込み処理により未消去状態となるメモリセルが発生する可能性があり、このような消去対象メモリセルの場合、しきい値電圧を消去状態の範囲内にすることができず、消去処理が正常に終了できない場合が生じる可能性があるという問題がある。   However, in the nonvolatile semiconductor memory device collectively erased by the erase processing procedure shown in FIG. 14 and the nonvolatile semiconductor memory device described in Patent Document 1, the amount of decrease in the threshold voltage of the memory cell to be erased by the batch erase processing In addition, the balance of the increase amount of the threshold voltage of the overerased memory cell due to the repair writing process (weak writing process) is not taken into consideration. For this reason, there is a possibility that a memory cell that is over-erased by the batch erase process and becomes an unerased state by the weak write process may be generated. There is a problem that there is a possibility that the erasing process cannot be completed normally.

本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、一括消去処理によるメモリセルのしきい値電圧の低下量と、修復書き込み処理によるメモリセルのしきい値電圧の上昇量のバランスを考慮して、消去処理をより確実に正常に完了させることができる不揮発性半導体記憶装置の消去方法を提供する点にある。   The present invention has been made in view of the above problems, and its purpose is to reduce the amount of decrease in the threshold voltage of the memory cell due to batch erase processing and the amount of increase in the threshold voltage of the memory cell due to repair write processing. In view of balance, it is an object to provide an erasing method of a nonvolatile semiconductor memory device that can complete erasure processing more reliably and normally.

上記目的を達成するための本発明に係る不揮発性半導体記憶装置は、メモリセルの複数を備えるメモリセルアレイを備え、所定数の前記メモリセルからなるメモリセル群単位での一括消去処理を実行可能な不揮発性半導体記憶装置の消去方法であって、一括消去処理の対象である消去対象メモリセル群の前記メモリセルの夫々に対し、前記メモリセルの記憶状態が未消去状態であるか否かを判定する消去ベリファイ処理を実行する消去ベリファイ工程と、前記消去ベリファイ工程において前記未消去状態であると判定された前記メモリセルがある場合に、前記消去対象メモリセル群を構成する全ての前記メモリセルに対し、所定の消去電圧条件に基づいて消去電圧パルスを印加する一括消去処理を実行する一括消去工程と、前記消去対象メモリセル群の前記メモリセルの夫々に対し、前記メモリセルの記憶状態が過消去状態であるか否かを判定する過消去ベリファイ処理を実行する過消去ベリファイ工程と、前記過消去ベリファイ工程において前記過消去状態であると判定された前記メモリセルがある場合に、前記過消去状態の前記メモリセルに対し、前記過消去状態を修復するための修復電圧条件に基づいて修復書き込み電圧パルスを印加する修復書き込み処理を実行する修復工程と、を備え、前記消去ベリファイ工程及び前記一括消去工程を含む基準消去工程を繰り返し実行する際に、毎回、或いは、所定の修復実行条件に合致した場合にのみ、前記過消去ベリファイ工程及び前記修復工程を前記基準消去工程内において実行し、2回目以降の前記一括消去工程において、前記消去電圧条件に基づいて、前回の前記一括消去工程における前記消去電圧パルスの振幅またはパルス幅の少なくとも何れか一方を増加させた前記消去電圧パルスを用いて前記一括消去処理を実行することを第1の特徴とする。   In order to achieve the above object, a nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention includes a memory cell array including a plurality of memory cells, and can execute batch erase processing in units of a memory cell group including a predetermined number of memory cells. A method for erasing a nonvolatile semiconductor memory device, wherein a determination is made as to whether or not the storage state of the memory cell is an unerased state for each of the memory cells of a memory cell group to be erased that is a target of batch erase processing. When there is an erase verify process for executing the erase verify process and the memory cells determined to be in the unerased state in the erase verify process, all the memory cells constituting the erase target memory cell group On the other hand, a batch erase process for executing a batch erase process for applying an erase voltage pulse based on a predetermined erase voltage condition, and the erasure target memo An overerase verify process for executing an overerase verify process for determining whether or not the storage state of the memory cell is an overerase state for each of the memory cells of the cell group; and the overerase verify process in the overerase verify process. When there is the memory cell determined to be in the erased state, a repair write voltage pulse is applied to the memory cell in the overerased state based on a repair voltage condition for repairing the overerased state A repair process that executes a writing process, and repeatedly executing a reference erase process including the erase verify process and the batch erase process, or only when a predetermined repair execution condition is met. The over-erase verify process and the repair process are executed in the reference erase process, and in the batch erase process after the second time, Executing the batch erase process using the erase voltage pulse in which at least one of the amplitude or the pulse width of the erase voltage pulse in the previous batch erase step is increased based on a last voltage condition; It is characterized by.

上記目的を達成するための本発明に係る不揮発性半導体記憶装置の消去方法は、メモリセルの複数を備えるメモリセルアレイを備え、所定数の前記メモリセルからなるメモリセル群単位での一括消去処理を実行可能な不揮発性半導体記憶装置の消去方法であって、一括消去処理の対象である消去対象メモリセル群の前記メモリセルの夫々に対し、前記メモリセルの記憶状態が未消去状態であるか否かを判定する消去ベリファイ処理を実行する消去ベリファイ工程と、前記消去ベリファイ工程において前記未消去状態であると判定された前記メモリセルがある場合に、前記消去対象メモリセル群を構成する全ての前記メモリセルに対し、所定の消去電圧条件に基づいて消去電圧パルスを印加する一括消去処理を実行する一括消去工程と、前記消去対象メモリセル群の前記メモリセルの夫々に対し、前記メモリセルの記憶状態が過消去状態であるか否かを判定する過消去ベリファイ処理を実行する過消去ベリファイ工程と、前記過消去ベリファイ工程において前記過消去状態であると判定された前記メモリセルがある場合に、前記過消去状態の前記メモリセルに対し、前記過消去状態を修復するための修復電圧条件に基づいて修復書き込み電圧パルスを印加する修復書き込み処理を実行する修復工程と、を備え、前記消去ベリファイ工程及び前記一括消去工程を含む基準消去工程を繰り返し実行する際に、毎回、或いは、所定の修復実行条件に合致した場合にのみ、前記過消去ベリファイ工程及び前記修復工程を前記基準消去工程内において実行し、2回目以降の前記修復工程において、前記修復電圧条件に基づいて、前回の前記修復工程における前記修復書き込み電圧パルスの振幅またはパルス幅の少なくとも何れか一方を減少させた前記修復書き込み電圧パルスを用いて前記修復書き込み処理を実行することを第2の特徴とする。   In order to achieve the above object, an erasing method of a nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention includes a memory cell array including a plurality of memory cells, and performs batch erasing processing for each memory cell group including a predetermined number of memory cells. An erasing method for a non-volatile semiconductor memory device that can be executed, wherein whether or not the memory cell is in an unerased state with respect to each of the memory cells of a memory cell group to be erased that is a target of batch erase processing An erase verify process for executing an erase verify process for determining whether or not there is the memory cell determined to be in the unerased state in the erase verify process, and all the memory cells constituting the erase target memory cell group A batch erase process for executing a batch erase process for applying an erase voltage pulse to a memory cell based on a predetermined erase voltage condition; An overerase verify process for executing an overerase verify process for determining whether or not the storage state of the memory cell is an overerase state for each of the memory cells of the target memory cell group; and When there is the memory cell determined to be in the over-erased state, a repair write voltage pulse is applied to the memory cell in the over-erased state based on a repair voltage condition for repairing the over-erased state A repair process for executing a repair write process, and when the reference erase process including the erase verify process and the batch erase process is repeatedly executed, every time or only when a predetermined repair execution condition is met The over-erase verify process and the repair process are executed in the reference erase process, and in the second and subsequent repair processes. Executing the repair write process using the repair write voltage pulse in which at least one of the amplitude and the pulse width of the repair write voltage pulse in the previous repair process is decreased based on the repair voltage condition. The second feature.

上記特徴の本発明に係る不揮発性半導体記憶装置の消去方法は、2回目以降の前記一括消去工程において、前記消去電圧条件に基づいて、前回の前記一括消去工程における前記消去電圧パルスの振幅またはパルス幅の少なくとも何れか一方を増加させた前記消去電圧パルスを用いて前記一括消去処理を実行することを第3の特徴とする。   According to the erasing method of the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention having the above characteristics, the amplitude or pulse of the erase voltage pulse in the previous batch erase step based on the erase voltage condition in the second and subsequent batch erase steps. A third feature is that the batch erase process is executed using the erase voltage pulse in which at least one of the widths is increased.

上記何れかの特徴の本発明に係る不揮発性半導体記憶装置の消去方法は、前記修復工程において、前記過消去状態の前記メモリセルの複数に対して同時に前記修復書き込み電圧パルスを印加して前記修復書き込み処理を実行することを第4の特徴とする。   In the nonvolatile semiconductor memory device erasing method according to the present invention having any one of the above characteristics, in the repairing step, the repairing write voltage pulse is simultaneously applied to the plurality of the memory cells in the over-erased state to perform the repairing. The fourth feature is to execute the writing process.

上記何れかの特徴の本発明に係る不揮発性半導体記憶装置の消去方法は、前記過消去ベリファイ工程において、前記過消去ベリファイ処理の実行において、前記過消去ベリファイ処理の結果を、所定のバッファ回路に記憶し、前記修復工程において、前記バッファ回路に記憶された前記過消去ベリファイ処理の結果に基づいて、前記修復書き込み処理を実行することを第5の特徴とする。   The non-volatile semiconductor memory device erasing method according to the present invention having any one of the above features is characterized in that, in the over-erase verify process, the over-erase verify process results in a predetermined buffer circuit in the over-erase verify process. According to a fifth feature of the present invention, the repair write process is executed based on the result of the over-erase verify process stored in the buffer circuit.

上記何れかの特徴の本発明に係る不揮発性半導体記憶装置の消去方法は、前記メモリセルが消去状態及び複数の書き込み状態に対応する3値以上の情報を記憶可能に構成され、前記不揮発性半導体記憶装置が、前記メモリセルの記憶状態を2値判定するセンスアンプの複数からなるセンスアンプ群を、所定の前記メモリセル別に備えたセンスアンプ回路を備えて構成され、前記消去ベリファイ工程において、消去対象の前記メモリセル毎に、対応する前記センスアンプ群を構成する前記センスアンプの内の1つを用いて前記消去ベリファイ処理を実行し、前記過消去ベリファイ工程において、消去対象の前記メモリセル毎に、対応する前記センスアンプ群を構成する前記センスアンプの内、前記消去ベリファイ処理で用いる前記センスアンプを除く他の1つのセンスアンプを用い、前記過消去ベリファイ処理を、前記消去ベリファイ処理と同時に実行することを第6の特徴とする。   An erasing method of a nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention having any one of the above characteristics is configured such that the memory cell can store information of three or more values corresponding to an erased state and a plurality of write states, and the nonvolatile semiconductor The memory device is configured to include a sense amplifier circuit including a sense amplifier group including a plurality of sense amplifiers that determine a storage state of the memory cell in a binary manner for each predetermined memory cell. In the erase verify step, For each of the target memory cells, the erase verify process is executed using one of the sense amplifiers constituting the corresponding sense amplifier group, and in the over-erase verify process, for each of the memory cells to be erased Among the sense amplifiers constituting the corresponding sense amplifier group, the sense amplifiers used in the erase verify process Using another one sense amplifier, except, the over-erase verify process, and sixth aspect of the executing simultaneously with the erase verify process.

上記特徴の不揮発性半導体記憶装置の消去方法によれば、消去ベリファイ工程及び一括消去工程を含む基準消去工程を繰り返し実行するように構成し、更に、基準消去工程の全部或いは一部が過消去ベリファイ工程及び修復工程を含むように構成して、基準消去工程の実行毎に、一括消去処理におけるメモリセルのしきい値電圧の低下量が、修復書き込み処理におけるメモリセルのしきい値電圧の上昇量に対し、相対的且つ段階的に大きくなるように構成したので、メモリセルの記憶状態をより確実に消去状態にすることが可能になる。   According to the erasing method of the nonvolatile semiconductor memory device having the above characteristics, the reference erasing process including the erasing verify process and the batch erasing process is repeatedly executed, and further, all or a part of the reference erasing process is over-erase verify. Each time the reference erase process is executed, the amount of decrease in the threshold voltage of the memory cell in the batch erase process is the amount of increase in the threshold voltage of the memory cell in the repair write process. On the other hand, since it is configured so as to increase in a relative and stepwise manner, the storage state of the memory cell can be more reliably brought into the erased state.

具体的には、例えば、図14に示す消去処理手順で一括消去される従来の不揮発性半導体記憶装置や特許文献1〜3に記載の不揮発性半導体記憶装置のように、一括消去処理におけるメモリセルのしきい値電圧の低下量と修復書き込み処理におけるメモリセルのしきい値電圧の上昇量の関係が固定的に設定されている場合には、消去対象のメモリセルの特性によっては、基準消去工程を繰り返した場合に、記憶状態が過消去状態と未消去状態を往復し、消去状態にすることが困難な場合が生じることが考えられる。これに対し、上記特徴の不揮発性半導体記憶装置では、基準消去工程の実行毎に、一括消去処理におけるメモリセルのしきい値電圧の低下量と修復書き込み処理におけるメモリセルのしきい値電圧の上昇量の関係を可変に構成したので、基準消去工程を繰り返し実行することにより、消去対象のメモリセルの特性によらず、記憶状態をより確実に消去状態にすることができる。   Specifically, for example, a conventional non-volatile semiconductor memory device collectively erased by an erase process procedure shown in FIG. 14 or a memory cell in a batch erase process, such as the non-volatile semiconductor memory devices described in Patent Documents 1 to 3. When the relationship between the amount of decrease in the threshold voltage of the memory cell and the amount of increase in the threshold voltage of the memory cell in the repair writing process is fixedly set, depending on the characteristics of the memory cell to be erased, the reference erase process When the above is repeated, it may be difficult for the storage state to reciprocate between the over-erased state and the non-erased state to make it an erased state. In contrast, in the nonvolatile semiconductor memory device having the above characteristics, the amount of decrease in the threshold voltage of the memory cell in the batch erase process and the increase in the threshold voltage of the memory cell in the repair write process each time the reference erase process is executed. Since the relationship between the amounts is variably configured, the storage state can be more reliably brought into the erased state regardless of the characteristics of the memory cell to be erased by repeatedly executing the reference erase step.

また、上記特徴の不揮発性半導体記憶装置の消去方法によれば、一括消去処理におけるメモリセルのしきい値電圧の低下量、または、修復書き込み処理におけるメモリセルのしきい値電圧の上昇量の設定を、電圧振幅またはパルス幅で調整するように構成したので、装置構成を複雑化することなく比較的容易に本発明装置を構築することができる。   In addition, according to the erasing method of the nonvolatile semiconductor memory device having the above characteristics, the setting of the decrease amount of the threshold voltage of the memory cell in the batch erasing process or the increase amount of the threshold voltage of the memory cell in the repair writing process Is configured to be adjusted by the voltage amplitude or the pulse width, so that the apparatus of the present invention can be constructed relatively easily without complicating the apparatus configuration.

更に、上記第5の特徴の不揮発性半導体記憶装置の消去方法の如く、修復書き込み処理をメモリセル単位ではなく、複数のメモリセルからなるバッファ単位で実行するように構成すれば、修復書き込み処理に係る時間を低減できる。また、バッファ書き込み処理を実行可能な不揮発性半導体記憶装置の場合に、バッファ書き込み用のバッファ回路を、修復書き込み処理に流用すれば、新たに専用のバッファ回路を設ける必要がなく、チップ面積を増大させることがない。   Further, if the repair write process is executed not in units of memory cells but in units of buffers consisting of a plurality of memory cells as in the nonvolatile semiconductor memory device erasing method of the fifth feature, the repair write process can be performed. Such time can be reduced. Further, in the case of a nonvolatile semiconductor memory device capable of executing buffer write processing, if the buffer circuit for buffer writing is diverted to the repair write processing, there is no need to newly provide a dedicated buffer circuit and the chip area is increased. I will not let you.

上記第6の特徴の不揮発性半導体記憶装置の消去方法の如く、メモリセルアレイが3値以上の情報を記憶可能な多値メモリセルで構成され、1つのメモリセルに2値判定を行うセンスアンプが複数備えられている場合、1つのセンスアンプを消去ベリファイ処理に、他の1つのセンスアンプを過消去ベリファイ処理に利用するように構成すれば、消去ベリファイ処理と過消去ベリファイ処理を同時に実行することが可能になる。これによって、消去ベリファイ処理及び過消去ベリファイ処理の全体で処理時間を短縮することが可能になる。   As described in the sixth feature of the nonvolatile semiconductor memory device erasing method, the memory cell array is composed of multi-level memory cells capable of storing information of three or more values, and a sense amplifier for performing binary determination on one memory cell is provided. If multiple sense amplifiers are provided, if one sense amplifier is used for the erase verify process and the other sense amplifier is used for the over erase verify process, the erase verify process and the over erase verify process can be executed simultaneously. Is possible. As a result, the processing time can be shortened in the entire erase verify process and over-erase verify process.

以下、本発明に係る不揮発性半導体記憶装置の消去方法(以下、適宜「本発明方法」と略称する)の実施形態を図面に基づいて説明する。   Embodiments of a method for erasing a nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention (hereinafter referred to as “method of the present invention” where appropriate) will be described below with reference to the drawings.

〈第1実施形態〉
本発明方法の第1実施形態について、図1〜図4を基に説明する。
<First Embodiment>
1st Embodiment of the method of this invention is described based on FIGS.

先ず、本発明方法を適用する不揮発性半導体記憶装置の構成について、図1を基に簡単に説明する。ここで、図1は、不揮発性半導体記憶装置1において、本発明方法の実行に係る部分の概略部分構成例を示している。   First, the configuration of a nonvolatile semiconductor memory device to which the method of the present invention is applied will be briefly described with reference to FIG. Here, FIG. 1 shows a schematic partial configuration example of a portion related to execution of the method of the present invention in the nonvolatile semiconductor memory device 1.

不揮発性半導体記憶装置1は、図1に示すように、メモリセルの複数を行及び列方向にマトリクス状に配列して構成されたメモリセルブロックを所定数備えて構成されるメモリセルアレイ70、装置外部から制御線L2を介して制御信号を、アドレス線L3を介してアドレス信号を受け付け、データ線L4を介してデータ信号の交換を行うための入出力バッファ10、書き込み処理時に書き込み対象のメモリセルの期待値を示す期待値データ等を記憶するバッファ回路40、2値判定によりメモリセルの記憶状態を判定するセンスアンプの1または複数からなるセンスアンプ群をビット線毎に備えたセンスアンプ回路60、入出力バッファ10を介して外部コマンドを受け付け、当該外部コマンドを解読してライトステートマシン30及びバッファ回路40を制御するUI(User Interface)回路20、UI回路20から内部制御信号群を受け付け、当該内部制御信号群に基づいて制御レジスタ回路50を介して装置内の各内部回路を制御し、メモリセルアレイ70に対する書き込み処理及び消去処理等の制御を行うライトステートマシン30を備えて構成されている。   As shown in FIG. 1, the nonvolatile semiconductor memory device 1 includes a memory cell array 70 including a predetermined number of memory cell blocks configured by arranging a plurality of memory cells in a matrix in the row and column directions. An input / output buffer 10 for receiving a control signal from the outside via a control line L2, an address signal via an address line L3, and exchanging data signals via a data line L4, and a memory cell to be written during a write process A buffer circuit 40 that stores expected value data indicating the expected value of the sense amplifier, and a sense amplifier circuit 60 that includes a sense amplifier group that includes one or a plurality of sense amplifiers that determine the storage state of a memory cell by binary determination for each bit line The external command is received via the input / output buffer 10, and the external command is decoded and the write state machine 30 and the buffer are decoded. An internal control signal group is received from a UI (User Interface) circuit 20 and a UI circuit 20 that control the factory circuit 40, and each internal circuit in the apparatus is controlled via the control register circuit 50 based on the internal control signal group. A write state machine 30 that performs control such as writing processing and erasing processing on the memory cell array 70 is provided.

尚、不揮発性半導体記憶装置1のメモリセルアレイ70の構成は、上述した図9に示す従来のメモリセルアレイの構成と同じであり、メモリセルアレイ70を構成するメモリセルの構成は、上述した図10に示す従来のメモリセルMの構成と同じである。具体的には、メモリセルアレイ70は、図9に示すように、m×n個のメモリセルMをマトリクス状に配列して構成されており、同一行のメモリセルMの制御ゲート1001を相互に接続して共通のワード線WL0〜WLm−1(mは2以上の整数)とし、同一列のメモリセルMのドレイン1003を相互に接続して共通のビット線BL0〜BLn−1(nは2以上の整数)としている。更に、メモリセルMのソース1004を共通のソース線SLに接続して構成されている。   The configuration of the memory cell array 70 of the nonvolatile semiconductor memory device 1 is the same as the configuration of the conventional memory cell array shown in FIG. 9 described above, and the configuration of the memory cells constituting the memory cell array 70 is shown in FIG. This is the same as the configuration of the conventional memory cell M shown. Specifically, as shown in FIG. 9, the memory cell array 70 is configured by arranging m × n memory cells M in a matrix, and the control gates 1001 of the memory cells M in the same row are connected to each other. The common word lines WL0 to WLm-1 (m is an integer equal to or greater than 2) are connected to each other, and the drains 1003 of the memory cells M in the same column are connected to each other to connect the common bit lines BL0 to BLn-1 (n is 2). It is an integer above. Furthermore, the source 1004 of the memory cell M is connected to a common source line SL.

次に、本実施形態における本発明方法の処理手順について、図2及び図3を基に説明する。ここで、図2は、本実施形態における本発明方法の処理手順を示している。   Next, the processing procedure of the method of the present invention in this embodiment will be described with reference to FIGS. Here, FIG. 2 shows a processing procedure of the method of the present invention in the present embodiment.

尚、本実施形態の不揮発性半導体記憶装置1は、メモリセルの複数からなるアドレス単位での消去ベリファイ処理(消去ベリファイ工程)及び複数アドレスからなるメモリセルブロック単位での一括消去処理(一括消去工程)を含む基準消去工程を繰り返し実行するように構成されている。更に、本実施形態では、基準消去工程において、毎回、アドレス単位での過消去ベリファイ処理(過消去ベリファイ工程)及びメモリセル単位或いはアドレス単位での修復書き込み処理(修復工程)を実行する。   The nonvolatile semiconductor memory device 1 of the present embodiment includes an erase verify process (erase verify process) in units of addresses composed of a plurality of memory cells and a batch erase process (collective erase process) in units of memory cells composed of a plurality of addresses. ) Is repeatedly executed. Further, in the present embodiment, in the reference erase process, an over-erase verify process (over-erase verify process) in units of addresses and a repair write process (repair process) in units of memory cells or addresses are executed each time.

不揮発性半導体記憶装置1は、UI回路20が外部コマンドにより所定のメモリセルブロックに対する消去要求を受け付けると、先ず、ライトステートマシン30が初期設定を行う(ステップ#101)。具体的には、本実施形態では、アドレス単位で実行する消去ベリファイ処理や過消去ベリファイ処理において、現在の処理対象のアドレスを示すアドレス変数に、一括消去処理の対象である消去対象メモリセルブロック(消去対象メモリセル群に相当)の先頭アドレスの値を設定する。   In the nonvolatile semiconductor memory device 1, when the UI circuit 20 receives an erase request for a predetermined memory cell block by an external command, first, the write state machine 30 performs initial setting (step # 101). Specifically, in this embodiment, in an erase verify process or an over-erase verify process executed in units of addresses, an address variable indicating the current process target address is added to an erase target memory cell block ( The value of the top address of the memory cell group to be erased) is set.

続いて、不揮発性半導体記憶装置1は、消去対象メモリセルブロックを構成する全てのメモリセルに対し、所定の消去電圧条件に基づいて消去電圧パルスを印加する一括消去処理を実行する(ステップ#102、一括消去工程)。ここで、図3は、本実施形態における消去電圧条件を示している。具体的には、例えば、1回目の一括消去処理では、図9に示す消去対象メモリセルブロックにおいて、各メモリセルの制御ゲートに接続するワード線WL0〜WLm−1に負電圧−10Vを、各メモリセルのソースに接続するソース線SLに正電圧2Vを印加する。   Subsequently, the nonvolatile semiconductor memory device 1 executes batch erase processing for applying an erase voltage pulse to all the memory cells constituting the memory cell block to be erased based on a predetermined erase voltage condition (step # 102). Batch erase process). Here, FIG. 3 shows the erase voltage condition in the present embodiment. Specifically, for example, in the first batch erase process, in the erase target memory cell block shown in FIG. 9, each of the word lines WL0 to WLm-1 connected to the control gates of the memory cells is set to a negative voltage of -10V. A positive voltage of 2 V is applied to the source line SL connected to the source of the memory cell.

引き続き、不揮発性半導体記憶装置1は、消去対象メモリセルブロックのメモリセルの夫々に対し、メモリセルの記憶状態が未消去状態であるか否かを判定する消去ベリファイ処理を実行する(ステップ#103、消去ベリファイ工程)。ここで、本実施形態では、消去ベリファイ処理はアドレス単位で実行されるように構成されている。アドレス変数が示すアドレスのメモリセルに1つでも未消去状態であると判定された未消去メモリセルがある場合は(ステップ#104でYes分岐)、再度一括消去処理が必要であることを示す再消去フラグを設定する(ステップ#105)。   Subsequently, the nonvolatile semiconductor memory device 1 executes an erase verify process for determining whether or not the storage state of the memory cell is an unerased state for each memory cell of the memory cell block to be erased (step # 103). , Erase verify process). Here, in the present embodiment, the erase verify process is configured to be executed in units of addresses. If at least one of the memory cells at the address indicated by the address variable has an unerased memory cell determined to be in an unerased state (Yes branch at step # 104), a re-indicating that a batch erase process is necessary again An erase flag is set (step # 105).

続いて、不揮発性半導体記憶装置1は、消去対象メモリセルブロックのメモリセルの夫々に対し、メモリセルの記憶状態が過消去状態であるか否かを判定する過消去ベリファイ処理を実行する(ステップ#106、過消去ベリファイ工程)。ここで、本実施形態では、過消去ベリファイ処理はアドレス単位で実行されるように構成されている。   Subsequently, the nonvolatile semiconductor memory device 1 performs an overerase verify process for determining whether or not the storage state of the memory cell is an overerase state for each of the memory cells in the memory cell block to be erased (step) # 106, over-erase verify process). Here, in the present embodiment, the over-erase verify process is configured to be executed in units of addresses.

引き続き、不揮発性半導体記憶装置1は、ステップ#106の過消去ベリファイ工程において過消去状態であると判定された過消去メモリセルがある場合に(ステップ#107でYes分岐)、過消去状態のメモリセルに対し、過消去状態を修復するための修復電圧条件に基づいて修復書き込み電圧パルスを印加する修復書き込み処理を実行する(ステップ#108、修復工程)。尚、本実施形態では、修復書き込み電圧パルスの振幅及びパルス幅は固定的に予め設定されている。更に、ステップ#108の修復工程の実行後、修復工程における修復書き込み処理により過消去メモリセルが未消去状態となる場合があることを考慮し、ステップ#103に移行して同じアドレスのメモリセルの夫々に対し消去ベリファイ処理を実行する。本実施形態の本発明方法では、ステップ#108の修復工程の実行後にステップ#103の消去ベリファイ工程を実行するので、修復書き込み処理により未消去状態になる過消去メモリセルが発生した場合でも、再度、一括消去処理が実行されるので、処理をより確実に正常に終了させることができる。   Subsequently, when there is an overerased memory cell that is determined to be in the overerased state in the overerase verify process in step # 106 (Yes branch in step # 107), the nonvolatile semiconductor memory device 1 stores the overerased memory. A repair write process for applying a repair write voltage pulse to the cell based on a repair voltage condition for repairing the over-erased state is executed (step # 108, repair process). In this embodiment, the amplitude and pulse width of the repair write voltage pulse are fixedly set in advance. Furthermore, after executing the repair process in step # 108, considering that the overerased memory cell may be in an unerased state due to the repair write process in the repair process, the process proceeds to step # 103 and the memory cell with the same address is transferred. An erase verify process is executed for each of them. In the method of the present invention of this embodiment, the erase verify process of step # 103 is executed after the repair process of step # 108. Therefore, even if an overerased memory cell that becomes an unerased state is generated by the repair write process, the process is again performed. Since the batch erasure process is executed, the process can be completed more reliably and normally.

ステップ#106の過消去ベリファイ工程において過消去状態であると判定された過消去メモリセルがない場合は(ステップ#107でNo分岐)、アドレス変数の値をインクリメントし(ステップ#109)、消去対象メモリセルブロックの全てのメモリセルについて消去ベリファイ処理(ステップ#103)、過消去ベリファイ処理(ステップ#106)及び修復書き込み処理(#108)が終了するまで(ステップ#110でNo分岐)、ステップ#103〜ステップ#108を繰り返し実行する。   If there is no overerased memory cell determined to be in the overerased state in the overerase verify process of step # 106 (No branch in step # 107), the value of the address variable is incremented (step # 109), and the erase target Until all of the memory cells in the memory cell block are erase verified (step # 103), over-erased verified (step # 106), and repaired and written (# 108) (No branch at step # 110), step # Steps 103 to 108 are repeatedly executed.

消去対象メモリセルブロックの全てのメモリセルについて消去ベリファイ処理(ステップ#103)、過消去ベリファイ処理(ステップ#106)及び修復書き込み処理(#108)が終了すると(ステップ#110でYes分岐)、不揮発性半導体記憶装置1は、一括消去処理の実行が必要であることを示す再消去フラグが設定されている場合は(ステップ#111でYes分岐)、再度、基準消去工程(ステップ#102〜#111)を実行するために、消去電圧条件に基づいて次回の一括消去工程(ステップ#102)で用いる消去電圧パルスの振幅を再設定する(ステップ#112)。ここでは、更に、アドレス変数の初期化を行う。   When the erase verify process (step # 103), the over-erase verify process (step # 106), and the repair write process (# 108) are completed for all the memory cells in the erase target memory cell block (Yes branch at step # 110), the nonvolatile memory When the re-erase flag indicating that it is necessary to execute the batch erase process is set (Yes in step # 111), the volatile semiconductor memory device 1 again performs the reference erase process (steps # 102 to # 111). ), The amplitude of the erase voltage pulse used in the next batch erase process (step # 102) is reset based on the erase voltage condition (step # 112). Here, the address variable is further initialized.

詳細には、このステップ#112では、2回目以降の一括消去処理の設定を行う。図3に示す消去電圧条件では、一括消去処理の実行毎に、ソースに印加する消去電圧パルスの振幅を増加させるように設定されている。より具体的には、図3に示す消去電圧条件では、2回目〜5回目の一括消去工程(ステップ#102)において、ソースに印加する消去電圧パルスの振幅を2Vずつ増加させるように設定している。尚、5回目以降の基準消去工程では、不揮発性半導体記憶装置1における印加電圧パルスの電圧振幅のピーク値の制約等により、ソースに印加する消去電圧パルスの振幅を増加させない設定にしている。   More specifically, in this step # 112, the second and subsequent batch erase processing is set. In the erase voltage condition shown in FIG. 3, the amplitude of the erase voltage pulse applied to the source is set to increase every time the batch erase process is executed. More specifically, in the erase voltage condition shown in FIG. 3, in the second to fifth batch erase steps (step # 102), the amplitude of the erase voltage pulse applied to the source is set to increase by 2V. Yes. In the fifth and subsequent reference erase steps, the amplitude of the erase voltage pulse applied to the source is set not to increase due to restrictions on the peak value of the voltage amplitude of the applied voltage pulse in the nonvolatile semiconductor memory device 1.

このように消去電圧条件を設定することにより、一括消去処理によるメモリセルのしきい値電圧の低下量を、一括消去処理の実行毎に増加させることができる。つまり、本発明方法では、基準消去工程の実行毎に、修復書き込み処理におけるメモリセルのしきい値電圧の上昇量に対し、一括消去処理によるメモリセルのしきい値電圧の低下量を相対的に増加させることができる。これにより、本発明方法を適用した不揮発性半導体記憶装置1では、基準消去工程において、過消去状態の程度が順次大きくなるため、これに対する修復書き込み処理によって未消去状態となりにくくなるため、消去対象のメモリセルの記憶状態が過消去状態と未消去状態とを往復するのをより効果的に防止でき、消去対象のメモリセルをより確実に消去状態にすることが可能になる。   By setting the erase voltage condition in this way, the amount of decrease in the threshold voltage of the memory cell due to the batch erase process can be increased every time the batch erase process is executed. That is, in the method of the present invention, each time the reference erase process is executed, the amount of decrease in the threshold voltage of the memory cell due to the batch erase process is relatively less than the amount of increase in the threshold voltage of the memory cell in the repair write process. Can be increased. As a result, in the nonvolatile semiconductor memory device 1 to which the method of the present invention is applied, the level of the over-erased state is sequentially increased in the reference erasing process. It is possible to more effectively prevent the memory cell storage state from reciprocating between the over-erased state and the unerased state, and the memory cell to be erased can be more surely brought into the erased state.

不揮発性半導体記憶装置1は、図2に示すように、ステップ#112において2回目以降の一括消去処理における消去電圧パルス等の再設定が終了すると、ステップ#102に移行して、再度、一括消去処理(ステップ#102)を実行する。   As shown in FIG. 2, the nonvolatile semiconductor memory device 1 proceeds to step # 102 when the resetting of the erase voltage pulse or the like in the second and subsequent batch erase processing is completed in step # 112, and batch erase again. Processing (step # 102) is executed.

ステップ#111において、一括消去処理の実行が必要であることを示す再消去フラグが設定されていない場合(ステップ#111でNo分岐)、不揮発性半導体記憶装置1は、消去対象メモリセルブロック内に過消去状態及び未消去状態のメモリセルが存在せず、全てのメモリセルが消去状態となったと判断して、処理を終了する。   In step # 111, when the re-erase flag indicating that the batch erase process needs to be executed is not set (No branch in step # 111), the nonvolatile semiconductor memory device 1 is in the memory cell block to be erased. It is determined that there are no over-erased and unerased memory cells and all the memory cells are in an erased state, and the process is terminated.

尚、本実施形態では、消去電圧パルスの振幅を増加させる構成について説明したが、これに限るものではない。例えば、電圧振幅ではなくパルス幅を増加させても良いし、振幅及びパルス幅の両方を増加させるように構成しても良い。また、例えば、先ず、図3に示す消去電圧条件に従って電圧振幅を増加させ、5回目以降はパルス幅を増加させるように構成しても良い。更に、本実施形態では、消去電圧パルスの振幅の増加量を、一定量(2V)ずつとしたが、一定割合ずつ増加させる等、他の条件で増加させるように構成しても良い。消去電圧パルスの電圧振幅及びパルス幅の初期値及び増加量は、製造プロセスやメモリセルの特性に応じて設定する。   In the present embodiment, the configuration for increasing the amplitude of the erase voltage pulse has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, not the voltage amplitude but the pulse width may be increased, or both the amplitude and the pulse width may be increased. For example, first, the voltage amplitude may be increased in accordance with the erase voltage condition shown in FIG. 3, and the pulse width may be increased after the fifth time. Furthermore, in this embodiment, the amount of increase in the amplitude of the erase voltage pulse is set to a constant amount (2 V), but it may be configured to increase under other conditions, such as increasing by a constant rate. The initial value and increase amount of the voltage amplitude and pulse width of the erase voltage pulse are set according to the manufacturing process and the characteristics of the memory cell.

以下、本実施形態の本発明方法により、基準消去工程(ステップ#102〜ステップ#112、一括消去処理、消去ベリファイ処理、過消去ベリファイ処理及び修復書き込み処理)を繰り返し実行する場合における不揮発性半導体記憶装置1の消費電流について説明する。ここで、図4は、本実施形態における基準消去工程を繰り返し実行した場合における消去対象の選択メモリセルの制御ゲート電圧の遷移と、不揮発性半導体記憶装置1の消費電流の遷移を示している。図4において、期間C1〜Cx(xは1以上の整数)は、各基準処理工程に対応し、電圧VGNDは接地電圧を示している。 Hereinafter, the nonvolatile semiconductor memory in the case where the reference erase process (step # 102 to step # 112, batch erase process, erase verify process, overerase verify process and repair write process) is repeatedly executed by the method of the present invention of the present embodiment The current consumption of the device 1 will be described. Here, FIG. 4 shows the transition of the control gate voltage of the selected memory cell to be erased and the transition of the consumption current of the nonvolatile semiconductor memory device 1 when the reference erase process in this embodiment is repeatedly executed. In FIG. 4, periods C1 to Cx (x is an integer equal to or greater than 1) correspond to each reference processing step, and the voltage V GND indicates the ground voltage.

図4に示すように、時間t0〜te1の初期設定(ステップ#101)では、消去対象メモリセルブロックの選択メモリセルの制御ゲート電圧は、0V(VGND)となっている。 As shown in FIG. 4, in the initial setting of time t0 to te1 (step # 101), the control gate voltage of the selected memory cell in the memory cell block to be erased is 0 V (V GND ).

時間te1において、一括消去工程(ステップ#102)の実行が開始されると、消去対象メモリセルブロックの全てのメモリセルの制御ゲートに、負電圧の消去電圧パルスVn1(本実施形態では−10V)が印加される。本実施形態の一括消去工程では、図3に示す電圧条件で一括消去処理を行うため、一括消去工程における消費電流Wn1は、従来技術と同様に、選択メモリセルのソースから半導体基板へ抜けるバンド間電流が支配的となり、消去電圧パルスVn1の印加開始からの経過時間に応じて減少する。   When execution of the batch erase process (step # 102) is started at time te1, a negative erase voltage pulse Vn1 (−10 V in this embodiment) is applied to the control gates of all memory cells in the memory cell block to be erased. Is applied. In the batch erase process of the present embodiment, since the batch erase process is performed under the voltage conditions shown in FIG. 3, the current consumption Wn1 in the batch erase process is the same as in the prior art between the bands from the source of the selected memory cell to the semiconductor substrate. The current becomes dominant and decreases according to the elapsed time from the start of application of the erase voltage pulse Vn1.

引き続き、時間tev10において、消去ベリファイ工程(ステップ#103)の実行が開始されると、消去ベリファイ処理の対象となるメモリセル、即ち、アドレス変数が示すアドレスのメモリセルの制御ゲートに、正電圧の消去ベリファイ電圧パルスVev10が印加される。尚、消去ベリファイ処理における消費電流Wev10〜Wevx0は、センスアンプを駆動するため、一括消去処理における消費電流Wn1〜Wnxよりも大きくなる。   Subsequently, when execution of the erase verify process (step # 103) is started at time tv10, a positive voltage is applied to the control gate of the memory cell to be erase verified, that is, the memory cell at the address indicated by the address variable. An erase verify voltage pulse Vev10 is applied. The consumption currents Wev10 to Wevx0 in the erase verify process are larger than the consumption currents Wn1 to Wnx in the batch erase process because the sense amplifier is driven.

続いて、時間tov10において、過消去ベリファイ工程(ステップ#106)の実行が開始されると、過消去ベリファイ処理の対象となるメモリセル、即ち、アドレス変数が示すアドレスのメモリセルの制御ゲートに、正電圧の過消去ベリファイ電圧パルスVov10が印加される。尚、本実施形態では、従来技術の場合と同様に、過消去ベリファイ電圧パルスVov10の電圧振幅を消去ベリファイ電圧パルスVev10の電圧振幅より大きく(電圧Vov10>電圧Vev10)設定している。過消去ベリファイ処理における消費電流Wov10は、図4に示すように、過消去ベリファイ電圧パルスVov10の電圧振幅が、消去ベリファイ電圧パルスVev10の電圧振幅より大きく設定されているため、消去ベリファイ処理における消費電流Wev10よりも大きくなる。   Subsequently, when execution of the overerase verify process (step # 106) is started at time tov10, the control gate of the memory cell to be subjected to the overerase verify process, that is, the memory cell at the address indicated by the address variable, A positive over-erase verify voltage pulse Vov10 is applied. In the present embodiment, the voltage amplitude of the overerase verify voltage pulse Vov10 is set larger than the voltage amplitude of the erase verify voltage pulse Vev10 (voltage Vov10> voltage Vev10), as in the case of the prior art. As shown in FIG. 4, the current consumption Wov10 in the overerase verify process is such that the voltage amplitude of the overerase verify voltage pulse Vov10 is set larger than the voltage amplitude of the erase verify voltage pulse Vev10. It becomes larger than Wev10.

同様に、他の基準消去工程においても、同一の基準消去工程に含まれる処理間では、過消去ベリファイ電圧パルスの電圧振幅が消去ベリファイ電圧パルスの電圧振幅より大きく設定されており、過消去ベリファイ処理における消費電流は、消去ベリファイ処理における消費電流よりも大きくなる。   Similarly, in other reference erase steps, the voltage amplitude of the overerase verify voltage pulse is set to be larger than the voltage amplitude of the erase verify voltage pulse between the processes included in the same reference erase step. The current consumption in is larger than the current consumption in the erase verify process.

過消去ベリファイ工程(ステップ#106)において、過消去メモリセルが検出された場合は、修復工程(ステップ#108)が実行される。時間top10の修復工程では、修復書き込み処理の対象となる過消去メモリセルの制御ゲートに、正電圧の修復書き込み電圧パルスVop10が印加される。修復書き込み電圧パルスVop10は、メモリセルの特性等に応じて、電圧振幅及びパルス幅が設定される。修復書き込み処理における消費電流Wop10は、従来技術の場合と同様に、修復書き込み処理の対象となる過消去メモリセルの数が、一括消去処理、消去ベリファイ処理及び過消去ベリファイ処理の処理対象となるメモリセル数に比べて少ないことから、他の処理における消費電流よりも小さくなる。   If an overerased memory cell is detected in the overerase verify process (step # 106), a repair process (step # 108) is executed. In the repair process at time top10, a positive repair write voltage pulse Vop10 is applied to the control gate of the overerased memory cell to be repaired. The voltage amplitude and pulse width of the repair write voltage pulse Vop10 are set according to the characteristics of the memory cell. As in the case of the prior art, the current consumption Wop10 in the repair writing process is such that the number of overerased memory cells to be subjected to the repair writing process is the memory to be processed by the batch erase process, the erase verify process, and the overerase verify process. Since it is smaller than the number of cells, it is smaller than the current consumption in other processes.

尚、図4の基準消去工程C1では、一括消去工程(ステップ#102)、消去ベリファイ工程(ステップ#103)、過消去ベリファイ工程(ステップ#106)及び修復工程(ステップ#108)の全てを実行する場合について示したが、例えば、過消去ベリファイ工程(ステップ#106)において、過消去メモリセルが検出されない場合は、基準消去工程Cxに示すように、修復工程(ステップ#108)は実行されない。   In the reference erase process C1 of FIG. 4, all of the batch erase process (step # 102), the erase verify process (step # 103), the overerase verify process (step # 106), and the repair process (step # 108) are executed. For example, when an overerased memory cell is not detected in the overerase verify process (step # 106), the repair process (step # 108) is not executed as shown in the reference erase process Cx.

また、本実施形態では、消去ベリファイ工程(ステップ#103)を実行した後に、過消去ベリファイ工程(ステップ#106)及び修復工程(ステップ#108)を実行したが、過消去ベリファイ工程(ステップ#106)及び修復工程(ステップ#108)を実行した後に、消去ベリファイ工程(ステップ#103)を実行するように構成しても良い。この場合の消費電流は、図4に示す場合と対応関係が同じになる。   In this embodiment, the overerase verify process (step # 106) and the repair process (step # 108) are executed after the erase verify process (step # 103). However, the overerase verify process (step # 106) is performed. ) And the repair process (step # 108), the erase verify process (step # 103) may be executed. The current consumption in this case has the same correspondence as the case shown in FIG.

〈第2実施形態〉
本発明方法の第2実施形態について、図5及び図6を基に説明する。尚、本実施形態では、上記第1実施形態とは、一括消去工程で用いる消去電圧パルス及び修復工程で用いる修復書き込み電圧パルスの設定が異なる場合について説明する。具体的には、上記第1実施形態では、修復書き込み電圧パルスの設定を固定し、基準消去工程毎に一括消去工程で用いる消去電圧パルスの設定変更を行う場合について説明したが、本実施形態では、消去電圧パルスの設定を固定し、基準消去工程毎に修復工程で用いる修復書き込み電圧パルスの設定変更を行う場合について説明する。
Second Embodiment
A second embodiment of the method of the present invention will be described with reference to FIGS. In the present embodiment, the case where the setting of the erase voltage pulse used in the batch erase process and the repair write voltage pulse used in the repair process are different from those in the first embodiment will be described. Specifically, in the first embodiment, the case where the setting of the repair write voltage pulse is fixed and the setting of the erase voltage pulse used in the batch erase process is changed every reference erase process has been described. A case will be described in which the setting of the erase voltage pulse is fixed and the setting of the repair write voltage pulse used in the repair process is changed for each reference erase process.

尚、本実施形態において、本発明方法を適用する不揮発性半導体記憶装置1の構成は、図1に示す第1実施形態の不揮発性半導体記憶装置1の構成と同じである。   In the present embodiment, the configuration of the nonvolatile semiconductor memory device 1 to which the method of the present invention is applied is the same as the configuration of the nonvolatile semiconductor memory device 1 of the first embodiment shown in FIG.

本実施形態の本発明方法について、図5及び図6を基に説明する。ここで、図5は、本実施形態における本発明方法の処理手順を示している。   The method of the present invention of this embodiment will be described with reference to FIGS. Here, FIG. 5 shows a processing procedure of the method of the present invention in the present embodiment.

尚、本実施形態の不揮発性半導体記憶装置1は、上記第1実施形態と同様に、消去ベリファイ工程及び一括消去工程を含む基準消去工程を繰り返し実行するように構成され、更に、基準消去工程において、毎回、過消去ベリファイ工程及び修復工程を実行する。また、図5に示すステップ#101、#103〜#107、#109〜#111の処理手順は、上記第1実施形態と同じである。   The nonvolatile semiconductor memory device 1 of this embodiment is configured to repeatedly execute a reference erase process including an erase verify process and a batch erase process, as in the first embodiment. Each time, an over-erase verify process and a repair process are executed. Further, the processing procedures of steps # 101, # 103 to # 107, and # 109 to # 111 shown in FIG. 5 are the same as those in the first embodiment.

不揮発性半導体記憶装置1は、UI回路20が外部コマンドにより所定のメモリセルブロックに対する消去要求を受け付けると、先ず、ライトステートマシン30が初期設定を行う(ステップ#101)。ここでは、上記第1実施形態と同様に、アドレス変数に消去対象メモリセルブロックの先頭アドレスの値を設定する。   In the nonvolatile semiconductor memory device 1, when the UI circuit 20 receives an erase request for a predetermined memory cell block by an external command, first, the write state machine 30 performs initial setting (step # 101). Here, as in the first embodiment, the value of the start address of the memory cell block to be erased is set in the address variable.

続いて、不揮発性半導体記憶装置1は、消去対象メモリセルブロックを構成する全てのメモリセルに対し、所定の消去電圧条件に基づいて消去電圧パルスを印加する一括消去処理を実行する(ステップ#201、一括消去工程)。尚、本実施形態では、一括消去処理で用いる消去電圧パルスの振幅及びパルス幅は固定的に設定されている。具体的には、図13に示す従来技術に係る不揮発性半導体記憶装置の場合と同じ消去電圧パルスを用いて一括消去処理を行う。従って、ここでは、各メモリセルの制御ゲートに接続するワード線WL0〜WLm−1に負電圧−10Vを、各メモリセルのソースに接続するソース線SLに正電圧10Vを印加する。   Subsequently, the nonvolatile semiconductor memory device 1 executes batch erase processing for applying an erase voltage pulse to all the memory cells constituting the memory cell block to be erased based on a predetermined erase voltage condition (step # 201). Batch erase process). In this embodiment, the amplitude and pulse width of the erase voltage pulse used in the batch erase process are fixedly set. Specifically, the batch erase process is performed using the same erase voltage pulse as that of the nonvolatile semiconductor memory device according to the prior art shown in FIG. Therefore, here, a negative voltage of −10 V is applied to the word lines WL0 to WLm−1 connected to the control gates of the memory cells, and a positive voltage of 10 V is applied to the source line SL connected to the sources of the memory cells.

引き続き、不揮発性半導体記憶装置1は、消去対象メモリセルブロック内のアドレス変数が示すアドレスのメモリセルの夫々に対し、消去ベリファイ処理を実行する(ステップ#103、消去ベリファイ工程)。消去ベリファイ処理により、1つでも未消去状態であると判定された未消去メモリセルがある場合は(ステップ#104でYes分岐)、再度一括消去処理が必要であることを示す再消去フラグを設定する(ステップ#105)。   Subsequently, the nonvolatile semiconductor memory device 1 executes an erase verify process for each of the memory cells at the address indicated by the address variable in the memory cell block to be erased (step # 103, erase verify process). If there is at least one unerased memory cell determined to be in an unerased state by the erase verify process (Yes in step # 104), a re-erase flag is set to indicate that a batch erase process is required again (Step # 105).

続いて、不揮発性半導体記憶装置1は、消去対象メモリセルブロック内のアドレス変数が示すアドレスのメモリセルの夫々に対し、過消去ベリファイ処理を実行する(ステップ#106、過消去ベリファイ工程)。   Subsequently, the non-volatile semiconductor memory device 1 performs overerase verify processing on each of the memory cells at the address indicated by the address variable in the erase target memory cell block (step # 106, overerase verify process).

引き続き、不揮発性半導体記憶装置1は、ステップ#106の過消去ベリファイ工程において過消去状態であると判定された過消去メモリセルがある場合に(ステップ#107でYes分岐)、過消去状態のメモリセルに対し、過消去状態を修復するための修復電圧条件に基づいて修復書き込み電圧パルスを印加する修復書き込み処理を実行する(ステップ#202、修復工程)。ここで、図6は、本実施形態における修復電圧条件を示している。具体的には、例えば、1回目の修復書き込み処理では、図9に示す消去対象メモリセルブロックにおいて、各メモリセルの制御ゲートに接続するワード線WL0〜WLm−1に正電圧3.5Vを、修復書き込み処理対象のメモリセルのドレインに接続するビット線BL0〜BLn−1に正電圧5Vを印加し、各メモリセルのソースに接続するソース線SLを接地電圧0Vに接続する。ステップ#202の修復工程の実行後、ステップ#103に移行して同じアドレスのメモリセルの夫々に対し消去ベリファイ処理を実行する。   Subsequently, when there is an overerased memory cell that is determined to be in the overerased state in the overerase verify process in step # 106 (Yes branch in step # 107), the nonvolatile semiconductor memory device 1 stores the overerased memory. A repair write process for applying a repair write voltage pulse to the cell based on a repair voltage condition for repairing the over-erased state is executed (step # 202, repair process). Here, FIG. 6 shows repair voltage conditions in the present embodiment. Specifically, for example, in the first repair writing process, in the erase target memory cell block shown in FIG. 9, a positive voltage of 3.5 V is applied to the word lines WL0 to WLm−1 connected to the control gates of the memory cells. A positive voltage of 5V is applied to the bit lines BL0 to BLn-1 connected to the drain of the memory cell to be repaired and the source line SL connected to the source of each memory cell is connected to the ground voltage of 0V. After executing the repair process of step # 202, the process proceeds to step # 103, and the erase verify process is executed for each memory cell having the same address.

ステップ#106の過消去ベリファイ工程において過消去状態であると判定された過消去メモリセルがない場合は(ステップ#107でNo分岐)、アドレス変数の値をインクリメントし(ステップ#109)、消去対象メモリセルブロックの全てのメモリセルについて消去ベリファイ処理(ステップ#103)、過消去ベリファイ処理(ステップ#106)及び修復書き込み処理(ステップ#202)が終了するまで(ステップ#110でNo分岐)、ステップ#103〜#107、#202を繰り返し実行する。   If there is no overerased memory cell determined to be in the overerased state in the overerase verify process of step # 106 (No branch in step # 107), the value of the address variable is incremented (step # 109), and the erase target Steps until the erase verify process (step # 103), the over-erase verify process (step # 106) and the repair write process (step # 202) are completed for all the memory cells in the memory cell block (No branch at step # 110). Steps # 103 to # 107 and # 202 are repeatedly executed.

消去対象メモリセルブロックの全てのメモリセルについて消去ベリファイ処理(ステップ#103)、過消去ベリファイ処理(ステップ#106)及び修復書き込み処理(#202)が終了すると(ステップ#110でYes分岐)、不揮発性半導体記憶装置1は、一括消去処理の実行が必要であることを示す再消去フラグが設定されている場合は(ステップ#111でYes分岐)、再度、基準消去工程(ステップ#102〜#111)を実行するために、修復電圧条件に基づいて次回の修復工程(ステップ#202)で用いる修復書き込み電圧パルスの振幅を再設定し(ステップ#203)、更に、アドレス変数の初期化を行う。   When the erase verify process (step # 103), the over-erase verify process (step # 106), and the repair write process (# 202) are completed for all the memory cells in the erase target memory cell block (Yes branch at step # 110), the nonvolatile memory When the re-erase flag indicating that it is necessary to execute the batch erase process is set (Yes in step # 111), the volatile semiconductor memory device 1 again performs the reference erase process (steps # 102 to # 111). ), The amplitude of the repair write voltage pulse used in the next repair process (step # 202) is reset based on the repair voltage condition (step # 203), and the address variable is initialized.

詳細には、ステップ#203では、2回目以降の修復工程の設定を行う。図6に示す修復電圧条件では、修復書き込み処理の実行毎に、過消去メモリセルの制御ゲートに印加する修復書き込み電圧パルスの振幅を減少させるように設定されている。具体的には、図6に示す修復電圧条件では、2回目〜4回目の修復工程(ステップ#202)において、過消去メモリセルの制御ゲートに印加する修復書き込み電圧パルスの振幅を0.5Vずつ減少させるように設定している。尚、本実施形態では、書き込み処理における印加電圧の制約等により、制御ゲートに印加する修復書き込み電圧パルスの振幅を2Vより小さい値に設定することが現実的ではないことから、5回目以降の基準消去工程では、修復工程を実行しない構成にしている。本実施形態では、図6に示す修復電圧条件を用いたが、これに限るものではなく、修復書き込み電圧パルスの振幅の初期値及び減少量は、製造プロセスやメモリセルの特性に応じて設定する。   Specifically, in step # 203, the second and subsequent repair processes are set. The repair voltage condition shown in FIG. 6 is set so as to reduce the amplitude of the repair write voltage pulse applied to the control gate of the overerased memory cell every time the repair write process is executed. Specifically, in the repair voltage condition shown in FIG. 6, in the second to fourth repair steps (step # 202), the amplitude of the repair write voltage pulse applied to the control gate of the over-erased memory cell is 0.5V each. It is set to decrease. In the present embodiment, it is not practical to set the amplitude of the repair write voltage pulse applied to the control gate to a value smaller than 2 V due to the restriction of the applied voltage in the write process, etc. In the erasing process, the repair process is not executed. In the present embodiment, the repair voltage condition shown in FIG. 6 is used. However, the present invention is not limited to this. The initial value and the decrease amount of the repair write voltage pulse are set according to the manufacturing process and the characteristics of the memory cell. .

このように修復電圧条件を設定することにより、修復書き込み処理によるメモリセルのしきい値電圧の上昇量を、修復書き込み処理の実行毎に減少させることができる。これにより、本実施形態の本発明方法は、基準消去工程の実行毎に、修復書き込み処理におけるメモリセルのしきい値電圧の上昇量に対し、一括消去処理によるメモリセルのしきい値電圧の低下量を相対的に増加させる上記第1実施形態と同様の効果を奏することができる。   By setting the repair voltage condition in this way, the amount of increase in the threshold voltage of the memory cell due to the repair write process can be reduced every time the repair write process is executed. As a result, the method of the present embodiment of the present embodiment reduces the threshold voltage of the memory cell by the batch erase process with respect to the increase amount of the threshold voltage of the memory cell in the repair write process every time the reference erase process is executed. An effect similar to that of the first embodiment in which the amount is relatively increased can be obtained.

尚、本実施形態では、メモリセルの制御ゲートに印加する修復書き込み電圧パルスの振幅を減少させる構成について説明したが、これに限るものではない。例えば、電圧振幅ではなくパルス幅を減少させても良いし、電圧振幅及びパルス幅の両方を減少させるように構成しても良い。また、例えば、先ず、図6に示す修復電圧条件に従って電圧振幅を減少させ、その後、パルス幅を順次減少させるように構成しても良い。更に、本実施形態では、修復書き込み電圧パルスの振幅またはパルス幅の減少量を、一定量(0.5V)ずつとしたが、一定割合ずつ減少させる等、他の条件で減少させるように構成しても良い。   In the present embodiment, the configuration for reducing the amplitude of the repair write voltage pulse applied to the control gate of the memory cell has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, not the voltage amplitude but the pulse width may be decreased, or both the voltage amplitude and the pulse width may be decreased. Further, for example, the voltage amplitude may be first reduced according to the repair voltage condition shown in FIG. 6, and then the pulse width may be sequentially reduced. Furthermore, in this embodiment, the amount of decrease in the amplitude or pulse width of the repair write voltage pulse is set to a constant amount (0.5 V), but it is configured to decrease under other conditions, such as decreasing by a constant rate. May be.

不揮発性半導体記憶装置1は、図5に示すように、ステップ#203において2回目以降の修復書き込み処理における修復書き込み電圧パルス等の再設定が終了すると、ステップ#201に移行して、再度、一括消去処理(ステップ#201)を実行する。   As shown in FIG. 5, the nonvolatile semiconductor memory device 1 proceeds to step # 201 upon completion of resetting of the repair write voltage pulse and the like in the second and subsequent repair write processes in step # 203, and once again in a batch. An erasing process (step # 201) is executed.

ステップ#111において、一括消去処理の実行が必要であることを示す再消去フラグが設定されていない場合(ステップ#111でNo分岐)、不揮発性半導体記憶装置1は、消去対象メモリセルブロック内に過消去状態及び未消去状態のメモリセルが存在せず、全てのメモリセルが消去状態となったと判断して、処理を終了する。   In step # 111, when the re-erase flag indicating that the batch erase process needs to be executed is not set (No branch in step # 111), the nonvolatile semiconductor memory device 1 is in the memory cell block to be erased. It is determined that there are no over-erased and unerased memory cells and all the memory cells are in an erased state, and the process is terminated.

〈第3実施形態〉
本発明方法の第3実施形態について、図7及び図8を基に説明する。尚、本実施形態では、上記第1及び第2実施形態とは、消去ベリファイ工程及び過消去ベリファイ工程の実行手順が異なる場合について説明する。具体的には、上記第1及び第2実施形態では、消去ベリファイ工程及び過消去ベリファイ工程を順次実行する場合について説明したが、本実施形態では、消去ベリファイ工程及び過消去ベリファイ工程を同時に並行して実行する場合について説明する。
<Third Embodiment>
A third embodiment of the method of the present invention will be described with reference to FIGS. In the present embodiment, a case where the execution procedure of the erase verify process and the overerase verify process is different from the first and second embodiments will be described. Specifically, in the first and second embodiments, the case where the erase verify process and the overerase verify process are sequentially executed has been described. However, in this embodiment, the erase verify process and the overerase verify process are performed in parallel. Will be described.

先ず、本発明方法を適用する不揮発性半導体記憶装置1の構成について、図1及び図7を基に簡単に説明する。   First, the configuration of the nonvolatile semiconductor memory device 1 to which the method of the present invention is applied will be briefly described with reference to FIGS.

本実施形態の不揮発性半導体記憶装置1は、図1に示すように、メモリセルアレイ70、入出力バッファ10、バッファ回路40、センスアンプ回路60、UI回路20、制御レジスタ回路50、及び、ライトステートマシン30を備えて構成されている。尚、入出力バッファ10、バッファ回路40、UI回路20、及び、制御レジスタ回路50の構成は、上記第1実施形態と同じである。   As shown in FIG. 1, the nonvolatile semiconductor memory device 1 of this embodiment includes a memory cell array 70, an input / output buffer 10, a buffer circuit 40, a sense amplifier circuit 60, a UI circuit 20, a control register circuit 50, and a write state. A machine 30 is provided. The configurations of the input / output buffer 10, the buffer circuit 40, the UI circuit 20, and the control register circuit 50 are the same as those in the first embodiment.

本実施形態のメモリセルアレイ70は、消去状態及び複数の書き込み状態に対応する3値以上の情報を記憶可能に構成された多値メモリセルを複数備えて構成されている。以下、消去状態及び3つの書き込み状態に対応する情報を記憶可能に構成された4値メモリセルを想定して説明する。尚、4値メモリセルの構成は、上述した図12に示す4値メモリセルの構成と同じである。   The memory cell array 70 of the present embodiment includes a plurality of multi-value memory cells configured to be able to store information of three or more values corresponding to an erase state and a plurality of write states. Hereinafter, description will be made assuming a quaternary memory cell configured to be able to store information corresponding to the erased state and the three written states. The configuration of the quaternary memory cell is the same as the configuration of the quaternary memory cell shown in FIG.

本実施形態のセンスアンプ回路60は、メモリセルの記憶状態を2値判定するセンスアンプの複数からなるセンスアンプ群を、ビット線毎に備えて構成されている。ここで、図7は、本実施形態のセンスアンプ回路60の概略構成例を示している。尚、図7では、簡単のために、センスアンプ回路60を構成する複数のセンスアンプ群の内の1つのセンスアンプ群について示している。   The sense amplifier circuit 60 of the present embodiment is configured to include a sense amplifier group including a plurality of sense amplifiers for binary determination of the storage state of the memory cell for each bit line. Here, FIG. 7 shows a schematic configuration example of the sense amplifier circuit 60 of the present embodiment. In FIG. 7, for the sake of simplicity, one sense amplifier group among a plurality of sense amplifier groups constituting the sense amplifier circuit 60 is shown.

具体的には、本実施形態のセンスアンプ回路60は、図7に示すように、4値メモリセルの記憶状態を判定するため、メモリセルアレイ70のビット線毎に3つのセンスアンプを備えて構成されている。センスアンプ610、620、630は、夫々、2値判定の基準となる参照電圧と処理対象のメモリセルのしきい値電圧を比較する2値判定により、処理対象のメモリセルの記憶状態を判定するように構成されている。   Specifically, as shown in FIG. 7, the sense amplifier circuit 60 of this embodiment includes three sense amplifiers for each bit line of the memory cell array 70 in order to determine the storage state of the quaternary memory cell. Has been. Each of the sense amplifiers 610, 620, and 630 determines the storage state of the memory cell to be processed by binary determination that compares the reference voltage serving as a reference for binary determination and the threshold voltage of the memory cell to be processed. It is configured as follows.

より詳細には、センスアンプ610は、差動増幅回路611とラッチ回路612を備えて構成されており、差動増幅回路611の入力ノードSENは、処理対象の4値メモリセルのドレインに、入力ノードVr1は、2値判定の基準となる参照電圧のしきい値電圧(読み出し処理では、例えば、電圧VrL)を持つリファレンスメモリセルのドレインに夫々接続されている。同様に、センスアンプ620は、差動増幅回路621とラッチ回路622を備えて構成されており、差動増幅回路621の入力ノードSENは、処理対象の4値メモリセルのドレインに、入力ノードVr2は、2値判定の基準となる参照電圧のしきい値電圧(読み出し処理では、例えば、電圧VrM)を持つリファレンスメモリセルのドレインに夫々接続されている。センスアンプ630は、差動増幅回路631とラッチ回路632を備えて構成されており、差動増幅回路631の入力ノードSENは、処理対象の4値メモリセルのドレインに、入力ノードVr3は、2値判定の基準となる参照電圧のしきい値電圧(読み出し処理では、例えば、電圧VrH)を持つリファレンスメモリセルのドレインに夫々接続されている。尚、読み出し処理では、図12に示す参照電圧VrL、VrM、VrHのしきい値電圧を持つ3つのリファレンスメモリセルのドレインを、差動増幅回路611の入力ノードVr1、差動増幅回路621の入力ノードVr2、差動増幅回路631の入力ノードVr3に夫々接続することにより、3つの2値判定を同時に実行して記憶状態を判定する。   More specifically, the sense amplifier 610 includes a differential amplifier circuit 611 and a latch circuit 612. The input node SEN of the differential amplifier circuit 611 is input to the drain of the quaternary memory cell to be processed. The node Vr1 is connected to a drain of a reference memory cell having a reference voltage threshold voltage (for example, the voltage VrL in the reading process) that serves as a criterion for binary determination. Similarly, the sense amplifier 620 includes a differential amplifier circuit 621 and a latch circuit 622. The input node SEN of the differential amplifier circuit 621 is connected to the drain of the quaternary memory cell to be processed at the input node Vr2. Are respectively connected to the drains of the reference memory cells having a reference voltage threshold voltage (for example, the voltage VrM in the reading process) that serves as a criterion for binary determination. The sense amplifier 630 includes a differential amplifier circuit 631 and a latch circuit 632. The input node SEN of the differential amplifier circuit 631 is the drain of the quaternary memory cell to be processed, and the input node Vr3 is 2 Each is connected to the drain of a reference memory cell having a reference voltage threshold voltage (for example, voltage VrH in the reading process) that serves as a reference for value determination. In the reading process, the drains of the three reference memory cells having the threshold voltages VrL, VrM, and VrH shown in FIG. 12 are used as the input node Vr1 of the differential amplifier circuit 611 and the input of the differential amplifier circuit 621. By connecting the node Vr2 and the input node Vr3 of the differential amplifier circuit 631, respectively, three binary determinations are executed simultaneously to determine the storage state.

更に、本実施形態では、センスアンプ回路60のセンスアンプ610、620、630の内の1つを用いて消去ベリファイ処理を実行し、消去ベリファイ処理で用いるセンスアンプ610を除く他の1つのセンスアンプ620を用いて過消去ベリファイ処理を実行する。これにより、消去ベリファイ処理と過消去ベリファイ処理を同時に実行することが可能になる。尚、本実施形態では、消去ベリファイ工程や過消去ベリファイ工程において、消去ベリファイ工程や過消去ベリファイ工程用の参照電圧に設定するために、消去ベリファイ工程や過消去ベリファイ工程用のしきい値電圧を有するリファレンスメモリセルに切り替える構成である場合を想定して説明するが、リファレンスメモリセルの数を制御する構成や、リファレンスメモリセルの制御ゲートの印加電圧を制御する構成であっても良い。   Further, in the present embodiment, erase verify processing is executed using one of the sense amplifiers 610, 620, 630 of the sense amplifier circuit 60, and one other sense amplifier excluding the sense amplifier 610 used in the erase verify processing. The over-erase verify process is executed using 620. As a result, the erase verify process and the over-erase verify process can be executed simultaneously. In the present embodiment, in order to set the reference voltage for the erase verify process or overerase verify process in the erase verify process or overerase verify process, the threshold voltage for the erase verify process or overerase verify process is set. Although the description will be made on the assumption that the reference memory cell is switched to a configuration having a reference memory cell, a configuration in which the number of reference memory cells is controlled or a configuration in which the voltage applied to the control gate of the reference memory cell is controlled may be employed.

次に、本実施形態の本発明方法について、図8を基に説明する。ここで、図8は、本実施形態における本発明方法の処理手順を示している。   Next, the method of the present invention of this embodiment will be described with reference to FIG. Here, FIG. 8 shows a processing procedure of the method of the present invention in the present embodiment.

尚、本実施形態の不揮発性半導体記憶装置1は、上記第1及び第2実施形態と同様に、消去ベリファイ工程及び一括消去工程を含む基準消去工程を繰り返し実行するように構成されている。更に、基準消去工程において、毎回、過消去ベリファイ工程及び修復工程を実行する。また、図8に示すステップ#101、#102、#104、#105、#107〜#112の処理手順は、上記第1実施形態と同じである。   Note that the nonvolatile semiconductor memory device 1 of the present embodiment is configured to repeatedly execute a reference erase process including an erase verify process and a batch erase process, as in the first and second embodiments. Further, in the reference erase process, an over-erase verify process and a repair process are executed each time. Further, the processing procedures of steps # 101, # 102, # 104, # 105, and # 107 to # 112 shown in FIG. 8 are the same as those in the first embodiment.

不揮発性半導体記憶装置1は、UI回路20が外部コマンドにより所定のメモリセルブロックに対する消去要求を受け付けると、先ず、ライトステートマシン30が初期設定を行う(ステップ#101)。ここでは、上記第1実施形態と同様に、アドレス変数に消去対象メモリセルブロックの先頭アドレスの値を設定する。   In the nonvolatile semiconductor memory device 1, when the UI circuit 20 receives an erase request for a predetermined memory cell block by an external command, first, the write state machine 30 performs initial setting (step # 101). Here, as in the first embodiment, the value of the start address of the memory cell block to be erased is set in the address variable.

続いて、不揮発性半導体記憶装置1は、消去対象メモリセルブロックを構成する全てのメモリセルに対し、所定の消去電圧条件に基づいて消去電圧パルスを印加する一括消去処理を実行する(ステップ#102、一括消去工程)。尚、本実施形態の消去電圧条件は、図3に示す第1実施形態の消去電圧条件と同じである。   Subsequently, the nonvolatile semiconductor memory device 1 executes batch erase processing for applying an erase voltage pulse to all the memory cells constituting the memory cell block to be erased based on a predetermined erase voltage condition (step # 102). Batch erase process). The erase voltage condition of this embodiment is the same as the erase voltage condition of the first embodiment shown in FIG.

引き続き、不揮発性半導体記憶装置1は、消去対象メモリセルブロック内のアドレス変数が示すアドレスのメモリセルの夫々に対し、消去ベリファイ処理と過消去ベリファイ処理を同時に実行する(ステップ#301、消去ベリファイ工程及び過消去ベリファイ工程)。具体的には、本実施形態では、例えば、消去ベリファイ処理の実行のため、図7に示すセンスアンプ回路60のセンスアンプ610を構成する差動増幅回路611の入力ノードVr1に、参照電圧Veのしきい値電圧をもつリファレンスメモリセルのドレインを接続する。更に、過消去ベリファイ処理の実行のため、センスアンプ620を構成する差動増幅回路621の入力ノードVr2に、参照電圧Ve0のしきい値電圧をもつリファレンスメモリセルのドレインを接続する。これにより、出力ノードDATLに消去ベリファイ処理の結果が、出力ノードDATMに過消去ベリファイ処理の結果が出力される。尚、ここでは、センスアンプ610を消去ベリファイ処理に、センスアンプ620を過消去ベリファイ処理に用いたが、消去ベリファイ処理及び過消去ベリファイ処理で用いるセンスアンプは、任意に選択可能である。   Subsequently, the nonvolatile semiconductor memory device 1 simultaneously executes the erase verify process and the overerase verify process for each of the memory cells at the address indicated by the address variable in the erase target memory cell block (step # 301, erase verify process). And over-erase verify process). Specifically, in this embodiment, for example, the reference voltage Ve is applied to the input node Vr1 of the differential amplifier circuit 611 constituting the sense amplifier 610 of the sense amplifier circuit 60 shown in FIG. A drain of a reference memory cell having a threshold voltage is connected. Further, in order to execute the overerase verify process, the drain of the reference memory cell having the threshold voltage of the reference voltage Ve0 is connected to the input node Vr2 of the differential amplifier circuit 621 constituting the sense amplifier 620. As a result, the result of the erase verify process is output to the output node DATL, and the result of the over-erase verify process is output to the output node DATM. Although the sense amplifier 610 is used for the erase verify process and the sense amplifier 620 is used for the over erase verify process here, the sense amplifier used in the erase verify process and the over erase verify process can be arbitrarily selected.

引き続き、不揮発性半導体記憶装置1は、消去ベリファイ処理により、1つでも未消去状態であると判定された未消去メモリセルがある場合は(ステップ#104でYes分岐)、再度一括消去処理が必要であることを示す再消去フラグを設定する(ステップ#105)。   Subsequently, if there is any non-erased memory cell that is determined to be in an unerased state by the erase verify process in the nonvolatile semiconductor memory device 1 (Yes in step # 104), the batch erase process is required again. Then, a re-erasure flag indicating that this is set is set (step # 105).

引き続き、不揮発性半導体記憶装置1は、ステップ#301の過消去ベリファイ工程において過消去状態であると判定された過消去メモリセルがある場合に(ステップ#107でYes分岐)、過消去状態のメモリセルに対し、過消去状態を修復するための修復電圧条件に基づいて修復書き込み電圧パルスを印加する修復書き込み処理を実行し(ステップ#108、修復工程)、その後、ステップ#301に移行する。尚、本実施形態の修復電圧条件は、上記第1実施形態の修復電圧条件と同じである。   Subsequently, when there is an overerased memory cell that is determined to be in the overerased state in the overerase verify process in step # 301 (Yes branch in step # 107), the nonvolatile semiconductor memory device 1 stores the overerased memory. A repair write process for applying a repair write voltage pulse to the cell based on a repair voltage condition for repairing the overerased state is executed (step # 108, repair process), and then the process proceeds to step # 301. The repair voltage condition of the present embodiment is the same as the repair voltage condition of the first embodiment.

ステップ#301の過消去ベリファイ工程において過消去状態であると判定された過消去メモリセルがない場合は(ステップ#107でNo分岐)、アドレス変数の値をインクリメントし(ステップ#109)、消去対象メモリセルブロックの全てのメモリセルについて、消去ベリファイ処理及び過消去ベリファイ処理(ステップ#301)、修復書き込み処理(ステップ#108)が終了するまで(ステップ#110でNo分岐)、ステップ#301、#104、#105、#107、#108を繰り返し実行する。   If there is no overerased memory cell determined to be in the overerased state in the overerase verify process of step # 301 (No branch in step # 107), the value of the address variable is incremented (step # 109), and the erase target Steps # 301, # until all of the memory cells in the memory cell block are erase verified, overerased verified (step # 301), and repaired and written (step # 108) are finished (No branch at step # 110). 104, # 105, # 107, and # 108 are repeatedly executed.

消去対象メモリセルブロックの全てのメモリセルについて、消去ベリファイ処理及び過消去ベリファイ処理(ステップ#301)、修復書き込み処理(ステップ#108)が終了すると(ステップ#110でYes分岐)、不揮発性半導体記憶装置1は、一括消去処理の実行が必要であることを示す再消去フラグが設定されている場合は(ステップ#111でYes分岐)、再度、基準消去工程(ステップ#102〜#111)を実行するために、消去電圧条件に基づいて次回の一括消去工程(ステップ#102)で用いる消去電圧パルスの振幅を再設定し(ステップ#112)、更に、アドレス変数の初期化を行う。   When all of the memory cells in the memory cell block to be erased have completed the erase verify process and over-erase verify process (step # 301) and the repair write process (step # 108) (Yes branch at step # 110), the nonvolatile semiconductor memory If the re-erasure flag indicating that it is necessary to execute the batch erasure process is set (Yes in step # 111), the apparatus 1 executes the reference erasure process (steps # 102 to # 111) again. Therefore, the amplitude of the erase voltage pulse used in the next batch erase process (step # 102) is reset based on the erase voltage condition (step # 112), and the address variable is initialized.

本実施形態では、消去ベリファイ処理と過消去ベリファイ処理を同時に実行するので、基準消去工程の実行にかかる時間を短縮できる。また、図7に示すように、1つのメモリセルの記憶状態を判定するために複数のセンスアンプを備える不揮発性半導体記憶装置1の場合には、新たにセンスアンプを追加することなく、本発明方法を適用することが可能であり、チップ面積の増大を抑えることができる。   In the present embodiment, since the erase verify process and the over-erase verify process are executed at the same time, the time required for executing the reference erase process can be shortened. Further, as shown in FIG. 7, in the case of the nonvolatile semiconductor memory device 1 having a plurality of sense amplifiers for determining the storage state of one memory cell, the present invention is not added to the present invention without newly adding a sense amplifier. A method can be applied, and an increase in chip area can be suppressed.

尚、本実施形態では、上記第1実施形態の場合、即ち、基準消去工程毎に一括消去工程で用いる消去電圧パルスの設定変更を行う場合において、消去ベリファイ処理及び過消去ベリファイ処理を同時に実行する場合について説明したが、これに限るものではない。上記第2実施形態の場合、即ち、基準消去工程毎に修復工程で用いる修復書き込み電圧パルスの設定変更を行う場合や、基準消去工程毎に、一括消去工程で用いる消去電圧パルスの設定変更と、修復工程で用いる修復書き込み電圧パルスの設定変更の両方を同時に或いは組み合わせて行う場合等に、消去ベリファイ処理及び過消去ベリファイ処理を同時に実行するように構成しても良い。   In the present embodiment, in the case of the first embodiment, that is, in the case where the setting of the erase voltage pulse used in the batch erase process is changed for each reference erase process, the erase verify process and the overerase verify process are executed simultaneously. Although the case has been described, the present invention is not limited to this. In the case of the second embodiment, that is, when the setting change of the repair write voltage pulse used in the repair process is performed for each reference erase process, or the setting change of the erase voltage pulse used in the batch erase process for each reference erase process; When both the setting change of the repair write voltage pulse used in the repair process is performed simultaneously or in combination, the erase verify process and the overerase verify process may be executed simultaneously.

〈第4実施形態〉
本発明方法の第4実施形態について図面を基に説明する。尚、本実施形態では、上記第1〜第3実施形態とは、修復書き込み処理の構成が異なる場合について説明する。具体的には、上記第1〜第3実施形態では、修復書き込み処理をアドレス単位で実行する場合について説明したが、本実施形態では、修復書き込み処理を、複数アドレスからなるバッファ単位で実行する場合について説明する。
<Fourth embodiment>
A fourth embodiment of the method of the present invention will be described with reference to the drawings. In the present embodiment, a case where the configuration of the repair writing process is different from the first to third embodiments will be described. Specifically, in the first to third embodiments, the case where the repair writing process is executed in units of addresses has been described, but in this embodiment, the repair writing process is executed in units of buffers consisting of a plurality of addresses. Will be described.

本実施形態における不揮発性半導体記憶装置1の構成について図1を基に説明する。   The configuration of the nonvolatile semiconductor memory device 1 in this embodiment will be described with reference to FIG.

本実施形態の不揮発性半導体記憶装置1は、図1に示すように、上記第1〜第3実施形態と同様に、メモリセルアレイ70、入出力バッファ10、バッファ回路40、センスアンプ回路60、UI回路20、及び、ライトステートマシン30を備えて構成されている。尚、不揮発性半導体記憶装置1のメモリセルアレイ70、入出力バッファ10、センスアンプ回路60、UI回路20及び制御レジスタ回路50の構成は、上記第1〜第3実施形態と同じである。   As shown in FIG. 1, the nonvolatile semiconductor memory device 1 of the present embodiment has a memory cell array 70, an input / output buffer 10, a buffer circuit 40, a sense amplifier circuit 60, a UI, as in the first to third embodiments. The circuit 20 and the light state machine 30 are provided. The configurations of the memory cell array 70, the input / output buffer 10, the sense amplifier circuit 60, the UI circuit 20, and the control register circuit 50 of the nonvolatile semiconductor memory device 1 are the same as those in the first to third embodiments.

本実施形態のバッファ回路40は、書き込み処理で用いる期待値データをバッファ単位で記録可能であり、更に、過消去ベリファイ処理の実行時に、過消去ベリファイ処理の結果を格納可能に構成されている。   The buffer circuit 40 of the present embodiment is configured to be able to record the expected value data used in the writing process in units of buffers, and to store the result of the overerase verify process when executing the overerase verify process.

本実施形態のライトステートマシン30は、書き込み処理をバッファ単位で実行可能に構成されている。バッファ単位での書き込み処理では、バッファ単位でバッファ回路40に記憶された期待値データを、1つの外部コマンドでまとめてメモリセルアレイ70に書き込む。   The write state machine 30 of the present embodiment is configured to be able to execute write processing in units of buffers. In the writing process in units of buffers, the expected value data stored in the buffer circuit 40 in units of buffers are collectively written into the memory cell array 70 with one external command.

更に、本実施形態のライトステートマシン30は、基準消去処理における消去ベリファイ処理(図2及び図5のステップ#103、図8のステップ#301)及び修復書き込み処理(図2及び図5のステップ#106、図8のステップ#301)をバッファ単位で実行可能に構成されている。過消去ベリファイ工程では、バッファ単位で過消去ベリファイ処理を実行し、その結果を、バッファ単位でバッファ回路40に記憶する。更に、修復工程(図2及び図8のステップ#108、図5及び図8のステップ#202)において、過消去ベリファイ処理においてバッファ回路40に記憶した過消去ベリファイ処理の結果と、修復電圧条件に基づいて、修復書き込み処理の対象となる過消去メモリセルの複数に対し、同時に修復書き込み電圧パルスを印加する。   Further, the write state machine 30 of the present embodiment includes an erase verify process (step # 103 in FIGS. 2 and 5 and step # 301 in FIG. 8) and a repair write process (step # in FIGS. 2 and 5) in the reference erase process. 106, step # 301) of FIG. 8 can be executed in units of buffers. In the overerase verify process, an overerase verify process is executed in units of buffers, and the result is stored in the buffer circuit 40 in units of buffers. Further, in the repair process (step # 108 in FIGS. 2 and 8, step # 202 in FIG. 5 and FIG. 8), the result of the overerase verify process stored in the buffer circuit 40 in the overerase verify process and the repair voltage condition Based on this, a repair write voltage pulse is simultaneously applied to a plurality of over-erased memory cells to be repaired.

本実施形態では、バッファ単位で基準消去工程を実行するように構成したので、過消去メモリセルに対する修復工程の実行時間を短縮することが可能になる。これによって、例えば、メモリセルアレイ70の大規模化等により過消去メモリセルの検出回数が増加することによる修復工程の実行時間の増加に対応可能になる。尚、バッファ単位での書き込み処理は、書き込み速度の高速化に有効であることから、多くの従来の不揮発性半導体記憶装置に搭載されている。従って、バッファ単位での書き込み処理を行う機能を搭載した不揮発性半導体記憶装置の場合は、装置構成の従来からの変更量を増加させることなく、本発明方法を容易に適用できる。   In the present embodiment, since the reference erase process is performed in units of buffers, it is possible to shorten the execution time of the repair process for the over-erased memory cells. Thus, for example, it is possible to cope with an increase in the execution time of the repair process due to an increase in the number of overerased memory cells detected due to an increase in the size of the memory cell array 70 or the like. Note that the writing process in units of buffers is effective in increasing the writing speed, and is therefore mounted in many conventional nonvolatile semiconductor memory devices. Therefore, in the case of a nonvolatile semiconductor memory device equipped with a function of performing writing processing in units of buffers, the method of the present invention can be easily applied without increasing the amount of change of the device configuration from the past.

〈別実施形態〉
〈1〉上記第1〜第4実施形態では、基準消去工程において、毎回、消去ベリファイ処理(消去ベリファイ工程)及び一括消去処理(一括消去工程)に加え、過消去ベリファイ処理(過消去ベリファイ工程)及び修復書き込み処理(修復工程)を実行する場合について説明したが、これに限るものではない。
<Another embodiment>
<1> In the first to fourth embodiments, in the reference erase process, in addition to the erase verify process (erase verify process) and the batch erase process (collective erase process), an over erase verify process (over erase verify process) is performed each time. In the above description, the repair writing process (repair process) is executed. However, the present invention is not limited to this.

過消去ベリファイ工程及び修復工程については、所定の修復実行条件に合致した場合にのみ実行しても良い。具体的には、例えば、過消去ベリファイ工程及び修復工程を実行する実行期間と不実行期間を設定するように構成しても良い。この場合は、例えば、過消去メモリセルの発生数が非常に少ないと考えられる比較的早い段階の基準消去工程においては、過消去ベリファイ工程及び修復工程を実行せず、過消去メモリセル数がある程度発生する段階の基準消去工程において過消去ベリファイ工程及び修復工程を実行するように設定する。   The over-erase verify process and the repair process may be executed only when predetermined repair execution conditions are met. Specifically, for example, an execution period and a non-execution period for executing the over-erase verification process and the repair process may be set. In this case, for example, in the relatively early reference erasure process in which the number of overerased memory cells is considered to be very small, the overerase verify process and the repair process are not executed, and the number of overerased memory cells is somewhat It is set so that the overerase verify process and the repair process are executed in the reference erase process at the stage of occurrence.

また、例えば、所定回数の基準消去工程毎に、過消去ベリファイ工程及び修復工程を実行するようにしても良い。更に、基準消去工程の実行回数の増加に伴って、過消去ベリファイ工程及び修復工程を実行する基準消去工程の割合が増加するように構成しても良いし、これら複数の修復実行条件を組み合わせる構成にしても良い。   Further, for example, the over-erase verify process and the repair process may be executed every predetermined number of reference erase processes. Further, as the number of executions of the reference erase process increases, the ratio of the reference erase process for executing the overerase verify process and the repair process may be increased, or a combination of these multiple repair execution conditions. Anyway.

〈2〉上記第1及び第3実施形態では、基準消去工程毎に一括消去処理における消去電圧パルスの設定を変更する場合について、上記第2実施形態では、基準消去工程毎に修復書き込み処理における修復書き込み電圧パルスの設定を変更する場合について説明したが、これに限るものではない。   <2> In the first and third embodiments, the setting of the erase voltage pulse in the batch erase process is changed for each reference erase process. In the second embodiment, the repair in the repair write process is performed for each reference erase process. Although the case where the setting of the write voltage pulse is changed has been described, the present invention is not limited to this.

第1〜第4実施形態において、例えば、基準消去工程毎に、一括消去処理における消去電圧パルスの設定変更と修復書き込み処理における修復書き込み電圧パルスの設定変更の両方を同時に実行するように構成しても良い。   In the first to fourth embodiments, for example, for each reference erase process, both the erase voltage pulse setting change in the batch erase process and the repair write voltage pulse setting change in the repair write process are executed simultaneously. Also good.

また、例えば、所定の選択条件に従って、一括消去処理における消去電圧パルスの設定変更と、修復書き込み処理における修復書き込み電圧パルスの設定変更の何れか若しくは両方を選択的に実行するように構成しても良い。この場合には、例えば、先ず、図3に示す第1実施形態による消去電圧パルスの設定変更を行い、印加電圧パルスの電圧振幅のピーク値の制約等により消去電圧パルスの振幅及びパルス幅を増加させることが難しくなった後に、図6に示す第2実施形態による修復書き込み電圧パルスの設定変更を行うように構成しても良い。   Further, for example, according to a predetermined selection condition, either or both of the setting change of the erase voltage pulse in the batch erasing process and the setting change of the repair writing voltage pulse in the repair writing process may be selectively executed. good. In this case, for example, first, the setting of the erase voltage pulse according to the first embodiment shown in FIG. 3 is changed, and the amplitude and pulse width of the erase voltage pulse are increased due to restrictions on the peak value of the voltage amplitude of the applied voltage pulse. It may be configured to change the setting of the repair write voltage pulse according to the second embodiment shown in FIG.

本発明に係る消去方法を適用した不揮発性半導体記憶装置の概略部分構成例を示すブロック図1 is a block diagram showing a schematic partial configuration example of a nonvolatile semiconductor memory device to which an erasing method according to the present invention is applied. 本発明に係る消去方法の第1実施形態における処理手順を示すフローチャートThe flowchart which shows the process sequence in 1st Embodiment of the erasing method based on this invention. 本発明に係る消去方法の第1実施形態における消去電圧条件を示す表Table showing erase voltage conditions in the first embodiment of the erase method according to the present invention 本発明に係る消去方法を適用した不揮発性半導体記憶装置における各基準消去工程のメモリセルの制御ゲート電圧と消費電流の関係を示すグラフ6 is a graph showing the relationship between the control gate voltage and current consumption of a memory cell in each reference erase step in a nonvolatile semiconductor memory device to which the erase method according to the present invention is applied. 本発明に係る消去方法の第2実施形態における処理手順を示すフローチャートThe flowchart which shows the process sequence in 2nd Embodiment of the erasing method based on this invention. 本発明に係る消去方法の第2実施形態における修復電圧条件を示す表Table showing repair voltage conditions in the second embodiment of the erasing method according to the present invention 本発明に係る消去方法を適用する不揮発性半導体記憶装置の第3実施形態におけるセンスアンプ回路の概略構成例を示す回路図A circuit diagram showing an example of schematic composition of a sense amplifier circuit in a 3rd embodiment of a nonvolatile semiconductor memory device to which an erasing method concerning the present invention is applied. 本発明に係る消去方法の第3実施形態における処理手順を示すフローチャートThe flowchart which shows the process sequence in 3rd Embodiment of the erasing method based on this invention. メモリセルアレイの部分的な概略構成例を示す概略部分回路図Schematic partial circuit diagram showing a partial schematic configuration example of a memory cell array ETOX型フラッシュメモリのメモリセルの概略構成例を示す概念図Conceptual diagram showing a schematic configuration example of a memory cell of an ETOX type flash memory 2値のメモリセルのしきい値電圧分布例を示す概略説明図Schematic explanatory diagram showing an example of threshold voltage distribution of a binary memory cell 4値のメモリセルのしきい値電圧分布例を示す概略説明図Schematic explanatory diagram showing an example of threshold voltage distribution of a quaternary memory cell 2値のメモリセルに対する読み出し処理、書き込み処理及び消去処理の電圧条件の一例を示す表Table showing an example of voltage conditions for read processing, write processing, and erase processing for binary memory cells 従来技術に係る消去方法の処理手順の一例を示すフローチャートThe flowchart which shows an example of the process sequence of the erasing method based on a prior art 従来技術に係る消去方法を適用した不揮発性半導体記憶装置におけるメモリセルの制御ゲート電圧と消費電流の関係を示すグラフThe graph which shows the relationship between the control gate voltage of a memory cell and current consumption in the non-volatile semiconductor memory device which applied the erasing method based on a prior art

符号の説明Explanation of symbols

1 不揮発性半導体記憶装置
10 入出力バッファ
20 UI回路
30 ライトステートマシン
40 バッファ回路
50 制御レジスタ回路
60 センスアンプ回路
70 メモリセルアレイ
610 センスアンプ
620 センスアンプ
630 センスアンプ
611 差動増幅回路
621 差動増幅回路
631 差動増幅回路
612 ラッチ回路
622 ラッチ回路
632 ラッチ回路
1001 制御ゲート
1002 フローティングゲート
1003 ドレイン
1004 ソース
1005 半導体基板
M メモリセル
WL ワード線
BL ビット線
SL ソース線
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Nonvolatile semiconductor memory device 10 Input / output buffer 20 UI circuit 30 Write state machine 40 Buffer circuit 50 Control register circuit 60 Sense amplifier circuit 70 Memory cell array 610 Sense amplifier 620 Sense amplifier 630 Sense amplifier 611 Differential amplifier circuit 621 Differential amplifier circuit 631 Differential amplifier circuit 612 Latch circuit 622 Latch circuit 632 Latch circuit 1001 Control gate 1002 Floating gate 1003 Drain 1004 Source 1005 Semiconductor substrate M Memory cell WL Word line BL Bit line SL Source line

Claims (6)

メモリセルの複数を備えるメモリセルアレイを備え、所定数の前記メモリセルからなるメモリセル群単位での一括消去処理を実行可能な不揮発性半導体記憶装置の消去方法であって、
一括消去処理の対象である消去対象メモリセル群の前記メモリセルの夫々に対し、前記メモリセルの記憶状態が未消去状態であるか否かを判定する消去ベリファイ処理を実行する消去ベリファイ工程と、
前記消去ベリファイ工程において前記未消去状態であると判定された前記メモリセルがある場合に、前記消去対象メモリセル群を構成する全ての前記メモリセルに対し、所定の消去電圧条件に基づいて消去電圧パルスを印加する一括消去処理を実行する一括消去工程と、
前記消去対象メモリセル群の前記メモリセルの夫々に対し、前記メモリセルの記憶状態が過消去状態であるか否かを判定する過消去ベリファイ処理を実行する過消去ベリファイ工程と、
前記過消去ベリファイ工程において前記過消去状態であると判定された前記メモリセルがある場合に、前記過消去状態の前記メモリセルに対し、前記過消去状態を修復するための修復電圧条件に基づいて修復書き込み電圧パルスを印加する修復書き込み処理を実行する修復工程と、を備え、
前記消去ベリファイ工程及び前記一括消去工程を含む基準消去工程を繰り返し実行する際に、毎回、或いは、所定の修復実行条件に合致した場合にのみ、前記過消去ベリファイ工程及び前記修復工程を前記基準消去工程内において実行し、
2回目以降の前記一括消去工程において、前記消去電圧条件に基づいて、前回の前記一括消去工程における前記消去電圧パルスの振幅またはパルス幅の少なくとも何れか一方を増加させた前記消去電圧パルスを用いて前記一括消去処理を実行することを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の消去方法。
A non-volatile semiconductor memory device erasing method comprising a memory cell array including a plurality of memory cells and capable of performing batch erasing processing in units of a memory cell group composed of a predetermined number of the memory cells,
An erase verify process for executing an erase verify process for determining whether or not the storage state of the memory cell is an unerased state for each of the memory cells of the memory cell group to be erased that is the target of the batch erase process;
When there is the memory cell that is determined to be in the unerased state in the erase verify step, the erase voltage is applied to all the memory cells constituting the erase target memory cell group based on a predetermined erase voltage condition. A batch erase process for executing a batch erase process to apply a pulse;
An overerase verify step for performing an overerase verify process for determining whether or not the storage state of the memory cell is an overerase state for each of the memory cells of the erase target memory cell group;
When there is the memory cell that is determined to be in the overerased state in the overerase verify step, the memory cell in the overerase state is based on a repair voltage condition for repairing the overerase state. A repair process for executing a repair write process for applying a repair write voltage pulse, and
When the reference erase process including the erase verify process and the batch erase process is repeatedly performed, the overerase verify process and the repair process are performed as the reference erase every time or only when a predetermined repair execution condition is met. Execute in the process,
In the second and subsequent batch erase steps, using the erase voltage pulse in which at least one of the amplitude or the pulse width of the erase voltage pulse in the previous batch erase step is increased based on the erase voltage condition. An erase method for a nonvolatile semiconductor memory device, wherein the batch erase process is executed.
メモリセルの複数を備えるメモリセルアレイを備え、所定数の前記メモリセルからなるメモリセル群単位での一括消去処理を実行可能な不揮発性半導体記憶装置の消去方法であって、
一括消去処理の対象である消去対象メモリセル群の前記メモリセルの夫々に対し、前記メモリセルの記憶状態が未消去状態であるか否かを判定する消去ベリファイ処理を実行する消去ベリファイ工程と、
前記消去ベリファイ工程において前記未消去状態であると判定された前記メモリセルがある場合に、前記消去対象メモリセル群を構成する全ての前記メモリセルに対し、所定の消去電圧条件に基づいて消去電圧パルスを印加する一括消去処理を実行する一括消去工程と、
前記消去対象メモリセル群の前記メモリセルの夫々に対し、前記メモリセルの記憶状態が過消去状態であるか否かを判定する過消去ベリファイ処理を実行する過消去ベリファイ工程と、
前記過消去ベリファイ工程において前記過消去状態であると判定された前記メモリセルがある場合に、前記過消去状態の前記メモリセルに対し、前記過消去状態を修復するための修復電圧条件に基づいて修復書き込み電圧パルスを印加する修復書き込み処理を実行する修復工程と、を備え、
前記消去ベリファイ工程及び前記一括消去工程を含む基準消去工程を繰り返し実行する際に、毎回、或いは、所定の修復実行条件に合致した場合にのみ、前記過消去ベリファイ工程及び前記修復工程を前記基準消去工程内において実行し、
2回目以降の前記修復工程において、前記修復電圧条件に基づいて、前回の前記修復工程における前記修復書き込み電圧パルスの振幅またはパルス幅の少なくとも何れか一方を減少させた前記修復書き込み電圧パルスを用いて前記修復書き込み処理を実行することを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の消去方法。
A non-volatile semiconductor memory device erasing method comprising a memory cell array including a plurality of memory cells and capable of performing batch erasing processing in units of a memory cell group composed of a predetermined number of the memory cells,
An erase verify process for executing an erase verify process for determining whether or not the storage state of the memory cell is an unerased state for each of the memory cells of the memory cell group to be erased that is the target of the batch erase process;
When there is the memory cell that is determined to be in the unerased state in the erase verify step, the erase voltage is applied to all the memory cells constituting the erase target memory cell group based on a predetermined erase voltage condition. A batch erase process for executing a batch erase process to apply a pulse;
An overerase verify step for performing an overerase verify process for determining whether or not the storage state of the memory cell is an overerase state for each of the memory cells of the erase target memory cell group;
When there is the memory cell that is determined to be in the overerased state in the overerase verify step, the memory cell in the overerase state is based on a repair voltage condition for repairing the overerase state. A repair process for executing a repair write process for applying a repair write voltage pulse, and
When the reference erase process including the erase verify process and the batch erase process is repeatedly performed, the overerase verify process and the repair process are performed as the reference erase every time or only when a predetermined repair execution condition is met. Execute in the process,
In the second and subsequent repair steps, using the repair write voltage pulse in which at least one of the amplitude or the pulse width of the repair write voltage pulse in the previous repair step is reduced based on the repair voltage condition A method for erasing a nonvolatile semiconductor memory device, wherein the repair writing process is executed.
2回目以降の前記一括消去工程において、前記消去電圧条件に基づいて、前回の前記一括消去工程における前記消去電圧パルスの振幅またはパルス幅の少なくとも何れか一方を増加させた前記消去電圧パルスを用いて前記一括消去処理を実行することを特徴とする請求項2に記載の不揮発性半導体記憶装置の消去方法。   In the second and subsequent batch erase steps, using the erase voltage pulse in which at least one of the amplitude or the pulse width of the erase voltage pulse in the previous batch erase step is increased based on the erase voltage condition. The method for erasing a nonvolatile semiconductor memory device according to claim 2, wherein the batch erasing process is executed. 前記修復工程において、前記過消去状態の前記メモリセルの複数に対して同時に前記修復書き込み電圧パルスを印加して前記修復書き込み処理を実行することを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の不揮発性半導体記憶装置の消去方法。   4. The repair write process is performed by applying the repair write voltage pulse to a plurality of the memory cells in the over-erased state at the same time in the repair process. 5. A method for erasing a nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1. 前記過消去ベリファイ工程において、前記過消去ベリファイ処理の実行において、前記過消去ベリファイ処理の結果を、所定のバッファ回路に記憶し、
前記修復工程において、前記バッファ回路に記憶された前記過消去ベリファイ処理の結果に基づいて、前記修復書き込み処理を実行することを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載の不揮発性半導体記憶装置の消去方法。
In the overerase verify process, in the execution of the overerase verify process, the result of the overerase verify process is stored in a predetermined buffer circuit;
5. The nonvolatile memory according to claim 1, wherein, in the repair process, the repair write process is executed based on a result of the over-erase verify process stored in the buffer circuit. 6. A method of erasing a semiconductor memory device.
前記メモリセルが消去状態及び複数の書き込み状態に対応する3値以上の情報を記憶可能に構成され、
前記不揮発性半導体記憶装置が、前記メモリセルの記憶状態を2値判定するセンスアンプの複数からなるセンスアンプ群を、所定の前記メモリセル別に備えたセンスアンプ回路を備えて構成され、
前記消去ベリファイ工程において、消去対象の前記メモリセル毎に、対応する前記センスアンプ群を構成する前記センスアンプの内の1つを用いて前記消去ベリファイ処理を実行し、
前記過消去ベリファイ工程において、消去対象の前記メモリセル毎に、対応する前記センスアンプ群を構成する前記センスアンプの内、前記消去ベリファイ処理で用いる前記センスアンプを除く他の1つのセンスアンプを用い、前記過消去ベリファイ処理を、前記消去ベリファイ処理と同時に実行することを特徴とする請求項1〜5の何れか1項に記載の不揮発性半導体記憶装置の消去方法。
The memory cell is configured to be capable of storing information of three or more values corresponding to an erase state and a plurality of write states,
The nonvolatile semiconductor memory device includes a sense amplifier circuit including a sense amplifier group including a plurality of sense amplifiers that determine a storage state of the memory cell in a binary manner for each predetermined memory cell.
In the erase verify step, for each of the memory cells to be erased, the erase verify process is executed using one of the sense amplifiers constituting the corresponding sense amplifier group,
In the over-erase verify step, one sense amplifier other than the sense amplifier used in the erase verify process is used among the sense amplifiers constituting the corresponding sense amplifier group for each memory cell to be erased. 6. The method of erasing a nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein the overerase verify process is executed simultaneously with the erase verify process.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN110176269A (en) * 2019-04-16 2019-08-27 华中科技大学 A kind of method and system of accuracy controlling non-volatile memory cells state
CN111951862A (en) * 2019-05-14 2020-11-17 北京兆易创新科技股份有限公司 Nonvolatile memory erasing processing method and device
CN114758689A (en) * 2022-04-08 2022-07-15 珠海博雅科技股份有限公司 Erasing method and power-on repair method for nonvolatile memory

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