JP2009037720A - Nonvolatile semiconductor memory device - Google Patents

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Takuya Futayama
拓也 二山
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nonvolatile semiconductor memory device and a nonvolatile memory system which have a means for reducing writing errors in a nonvolatile semiconductor memory device of a multi-value storage method. <P>SOLUTION: In a nonvolatile semiconductor memory device of a multi-value storage method, when writing is completed earlier and verification is performed to a memory cell whose threshold level can be easily shifted, a plurality of verify voltages lower than a normal verify level are set and the plurality of verify voltages are switched step by step according to the number of times of applying a writing voltage pulse. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、電気的に書き替え可能な不揮発性メモリセルを用いて構成される不揮発性半導体記憶装置に関する。 The present invention relates to a nonvolatile semiconductor memory device configured using electrically rewritable nonvolatile memory cells.

電気的に書き替え可能な不揮発性半導体記憶装置としてEEPROM(Electronically Erasable and Programmable Read Only Memory)を用いたNAND型フラッシュメモリが提案されている。近年、更に大容量のフラッシュメモリを実現するために、1つの不揮発性メモリセル(以下、単に「メモリセル」という場合がある)が多ビットのデータの記憶を行う多値記憶方式が種々提案されている(例えば、特許文献1参照。)。 A NAND flash memory using an EEPROM (Electronically Erasable and Programmable Read Only Memory) has been proposed as an electrically rewritable nonvolatile semiconductor memory device. In recent years, in order to realize a larger-capacity flash memory, various multi-value storage systems in which a single nonvolatile memory cell (hereinafter sometimes simply referred to as “memory cell”) stores multi-bit data have been proposed. (For example, refer to Patent Document 1).

上記多値記憶方式は、低電圧領域から高電圧領域にわたり広範な電圧領域を多分割しメモリセル閾値として使用する。より高い電圧領域に閾値を設定する場合には、より高い書き込み電圧によって書き込みが行われる必要がある。 In the multi-value storage system, a wide voltage region is divided into a plurality of voltage ranges from a low voltage region to a high voltage region and used as a memory cell threshold. When a threshold value is set in a higher voltage region, writing needs to be performed with a higher writing voltage.

書き込み対象となるメモリセルに対して高電圧領域を閾値として設定する場合で、かつ、そのメモリセルの同一ワード線上に隣接するメモリセルが既に書き込みを終了しており、既に書き込みの終了したメモリセル(すなわち、上記隣接するメモリセル)の閾値が低電圧領域にあるとき、書き込み対象となるメモリセルのワード線へ高電圧の書き込み電圧を印加すると、次のような現象が発生する。すなわち、既に書き込みの終了した隣接メモリセルのワード線にも同じ高電圧が長い時間印加されるため、隣接するメモリセルの低電圧領域にあった閾値が影響を受けて高電位側に遷移する。また、近年のデザインルールの縮小により、書き込み対象となるメモリセルの浮遊ゲートと隣接するメモリセルの浮遊ゲートとの間の容量結合が無視できなくなってきた。このためによっても、書き込みが終了したメモリセルの閾値が高電位側に遷移する場合がある。この隣接するメモリセルの閾値が、高電位側に遷移して当初書き込まれたデータ値に対応する閾値の範囲内を超えてしまうと、誤書き込みが生じるという問題がある。
特開2003−196988公報
When a high voltage region is set as a threshold for a memory cell to be written, and a memory cell adjacent on the same word line of the memory cell has already been written, and the memory cell that has already been written When the threshold voltage of the memory cell (that is, the adjacent memory cell) is in the low voltage region, the following phenomenon occurs when a high voltage is applied to the word line of the memory cell to be written. That is, since the same high voltage is applied to the word line of the adjacent memory cell that has already been written for a long time, the threshold value in the low voltage region of the adjacent memory cell is affected and transitions to the high potential side. Also, due to the recent reduction in design rules, capacitive coupling between a floating gate of a memory cell to be written and a floating gate of an adjacent memory cell cannot be ignored. For this reason, the threshold value of the memory cell for which writing has been completed may transition to the high potential side. If the threshold value of the adjacent memory cell is shifted to the high potential side and exceeds the range of the threshold value corresponding to the initially written data value, there is a problem that erroneous writing occurs.
JP 2003-196988 A

本発明は、多値記憶方式の不揮発性半導体記憶装置であり、誤書き込みを低減する手段を備える不揮発性半導体記憶装置を提供する。 The present invention provides a nonvolatile semiconductor memory device that is a nonvolatile semiconductor memory device of a multi-value storage system and includes means for reducing erroneous writing.

本発明の一実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置は、複数の書き込みデータに対応した複数の閾値レベルが選択的に設定される電気的に書き替え可能な不揮発性メモリセルが複数配列されたメモリセルアレイと、前記不揮発性メモリセルに対して印加される書き込み電圧とベリファイ電圧とを含む複数の電圧を発生する電圧発生部と、前記書き込み電圧がパルス電圧として前記不揮発性メモリセルに対して印加されるときに、前記書き込み電圧パルスの印加数をカウントするカウンタ部と、前記閾値レベルごとに、複数設定されたベリファイ電圧のデータと、前記複数のベリファイ電圧が切り替えられる基準となる前記書き込み電圧パルスの印加数を記憶する記憶部と、前記閾値レベルごとに、前記カウンタ部がカウントする前記書き込み電圧パルスの印加数と、前記記憶部に記憶された前記書き込み電圧パルスの印加数と、を比較する比較部と、前記比較部の比較結果に基づいて、前記不揮発性メモリセルに対して印加される複数のベリファイ電圧を段階的に切り替えてベリファイの制御を行う制御部と、を備えることを特徴としている。 A nonvolatile semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention includes a memory in which a plurality of electrically rewritable nonvolatile memory cells in which a plurality of threshold levels corresponding to a plurality of write data are selectively set are arranged A cell array; a voltage generator for generating a plurality of voltages including a write voltage and a verify voltage applied to the nonvolatile memory cell; and the write voltage applied to the nonvolatile memory cell as a pulse voltage. A counter unit that counts the number of applied write voltage pulses, a plurality of verify voltage data set for each threshold level, and a reference voltage for switching the plurality of verify voltages. A storage unit that stores the number of applications, and the writing that the counter unit counts for each threshold level A comparison unit that compares the number of applied pressure pulses with the number of application of the write voltage pulse stored in the storage unit, and a voltage applied to the nonvolatile memory cell based on a comparison result of the comparison unit. And a control unit that performs verification control by switching a plurality of verification voltages in stages.

また、本発明の別の一実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置は、複数の書き込みデータに対応した複数の閾値レベルが選択的に設定される電気的に書き替え可能な不揮発性メモリセルが複数配列されたメモリセルアレイと、前記不揮発性メモリセルに対して印加される書き込み電圧と第1書き込み方式のベリファイ電圧と第2書き込み方式のベリファイ電圧とを含む複数の電圧を発生する電圧発生部と、前記書き込み電圧がパルス電圧として前記不揮発性メモリセルに対して印加されるときに、前記書き込み電圧パルスの印加数をカウントするカウンタ部と、前記閾値レベルごとに、複数設定された第1の書き込み方式のベリファイ電圧のデータと、前記複数の第1の書き込み方式のベリファイ電圧が切り替えられる基準となる前記書き込み電圧パルスの印加数と、を記憶する記憶部と、前記閾値レベルごとに、前記カウンタ部がカウントする前記書き込み電圧パルスの印加数と、前記記憶部に記憶された前記第1の書き込み方式のベリファイ電圧が切り替えられる基準となる電圧パルスの印加数とを比較した比較結果を出力する比較部と、前記比較部の前記比較結果に基づいて、前記不揮発性メモリセルに対して印加される前記複数の第1の書き込み方式のベリファイ電圧を段階的に切り替えるとともに、前記第1の書き込み方式のベリファイ結果に基づいて、前記メモリセルアレイのビット線電位の制御を行う制御部と、を備えることを特徴とする。 In addition, a nonvolatile semiconductor memory device according to another embodiment of the present invention includes a plurality of electrically rewritable nonvolatile memory cells in which a plurality of threshold levels corresponding to a plurality of write data are selectively set. An arrayed memory cell array; and a voltage generator for generating a plurality of voltages including a write voltage applied to the nonvolatile memory cell, a first write method verify voltage, and a second write method verify voltage; When the write voltage is applied as a pulse voltage to the nonvolatile memory cell, a counter unit that counts the number of write voltage pulses applied, and a plurality of first write methods set for each threshold level The verify voltage data and the write that is a reference for switching the verify voltages of the plurality of first write methods A storage unit that stores the number of applied voltage pulses, a number of application of the write voltage pulse counted by the counter unit for each threshold level, and a verification of the first write method stored in the storage unit. A comparison unit that outputs a comparison result comparing the number of voltage pulses applied as a reference for switching the voltage, and the plurality of applications applied to the nonvolatile memory cell based on the comparison result of the comparison unit And a controller that switches the verify voltage of the first write method stepwise and controls the bit line potential of the memory cell array based on the verify result of the first write method. .

また、本発明の別の一実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置は、複数の書き込みデータに対応した複数の閾値レベルが選択的に設定される電気的に書き替え可能な不揮発性メモリセルが複数配列されたメモリセルアレイと、前記不揮発性メモリセルに対して印加される書き込み電圧と第1書き込み方式のベリファイ電圧と第2書き込み方式のベリファイ電圧とを含む複数の電圧を発生する電圧発生部と、前記書き込み電圧がパルス電圧として前記不揮発性メモリセルに対して印加されるときに、前記書き込み電圧パルスの印加数をカウントするカウンタ部と、前記閾値レベルごとに、複数設定された第2の書き込み方式のベリファイ電圧のデータと、前記複数の第2の書き込み方式のベリファイ電圧が切り替えられる基準となる前記書き込み電圧パルスの印加数と、を記憶する記憶部と、前記閾値レベルごとに、前記カウンタ部がカウントする前記書き込み電圧パルスの印加数と、前記記憶部に記憶された前記第2の書き込み方式のベリファイ電圧が切り替えられる基準となる電圧パルスの印加数とを比較した比較結果を出力する比較部と、前記比較部の前記比較結果に基づいて、前記不揮発性メモリセルに対して印加される前記複数の第2の書き込み方式のベリファイ電圧を段階的に切り替え、前記第1の書き込み方式のベリファイ結果に基づいて、前記メモリセルアレイのビット線電位の制御を行う制御部と、を備えることを特徴とする。 In addition, a nonvolatile semiconductor memory device according to another embodiment of the present invention includes a plurality of electrically rewritable nonvolatile memory cells in which a plurality of threshold levels corresponding to a plurality of write data are selectively set. An arrayed memory cell array; and a voltage generator for generating a plurality of voltages including a write voltage applied to the nonvolatile memory cell, a first write method verify voltage, and a second write method verify voltage; When the write voltage is applied as a pulse voltage to the nonvolatile memory cell, a counter unit that counts the number of write voltage pulses applied, and a plurality of second write methods set for each threshold level The verify voltage data and the write that serves as a reference for switching the verify voltages of the plurality of second write methods A storage unit that stores the number of applied voltage pulses, a number of application of the write voltage pulse counted by the counter unit for each threshold level, and a verification of the second write method stored in the storage unit. A comparison unit that outputs a comparison result comparing the number of voltage pulses applied as a reference for switching the voltage, and the plurality of applications applied to the nonvolatile memory cell based on the comparison result of the comparison unit And a control unit that switches the verify voltage of the second write method stepwise and controls the bit line potential of the memory cell array based on the verify result of the first write method.

本発明の一実施形態によれば、誤書き込みを低減する手段を備える不揮発性半導体記憶装置を提供することができる。 According to an embodiment of the present invention, it is possible to provide a nonvolatile semiconductor memory device including means for reducing erroneous writing.

以下、図面を参照して本発明の望ましい実施形態を詳細に説明する。但し、本発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、以下に示す実施形態の記載の内容に限定して解釈されるものではない。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention can be implemented in many different modes and should not be construed as being limited to the description of the embodiments described below.

図1は、本発明の第1の実施形態に係るNAND型フラッシュメモリのメモリチップの機能ブロック構成を示している。図2は、メモリセルアレイ12のメモリセルの配列を示した図である。メモリセルアレイ12は、図2に示すように、複数のNANDセルユニットを配列して構成される。各NANDセルユニットは、複数個の電気的書き替え可能な不揮発性メモリセル(例えば、MC00−MC0n)と、その両端をそれぞれソース線CELSRCとビット線BLとに接続するための選択ゲートトランジスタ(例えば、S01、S02)を有する。 FIG. 1 shows a functional block configuration of a memory chip of a NAND flash memory according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram showing an array of memory cells in the memory cell array 12. As shown in FIG. 2, the memory cell array 12 is configured by arranging a plurality of NAND cell units. Each NAND cell unit includes a plurality of electrically rewritable nonvolatile memory cells (for example, MC00-MC0n) and select gate transistors (for example, for connecting both ends to the source line CELSRC and the bit line BL, respectively). , S01, S02).

メモリセルMC00−MC0nの制御ゲートは、それぞれ異なるワード線WL0−WLnに接続される。選択ゲートトランジスタS01,S02のゲートは、ワード線と並行する選択ゲート線SGS,SGDに接続される。 Control gates of memory cells MC00-MC0n are connected to different word lines WL0-WLn, respectively. The gates of the selection gate transistors S01 and S02 are connected to selection gate lines SGS and SGD parallel to the word line.

ワード線を共有するNANDセルユニットの集合は、データ消去の単位となるブロックを構成する。図2に示すように、通常ビット線の方向に複数のブロックBLK0、BLK1、…が配列される。 A set of NAND cell units sharing a word line constitutes a block serving as a data erasing unit. As shown in FIG. 2, a plurality of blocks BLK0, BLK1,... Are arranged in the normal bit line direction.

ロウデコーダ10は、メモリセルアレイ12のワード線の選択とワード線の駆動を行うワード線駆動回路を含む。 The row decoder 10 includes a word line driving circuit that selects a word line of the memory cell array 12 and drives the word line.

カラムデコーダ14は、ビット線の選択を行う。センスアンプ回路13は、メモリセルアレイ12のビット線に接続されて、入出力データを一時的に保持するセンスアンプ回路を介してデータの書き込みや読み出しを行う機能及び、書き込みデータや読み出しデータを保持するデータラッチ機能を有する。 The column decoder 14 selects a bit line. The sense amplifier circuit 13 is connected to a bit line of the memory cell array 12 and holds data to be written and read through a sense amplifier circuit that temporarily holds input / output data, and holds write data and read data. Has a data latch function.

データ読み出し時、センスアンプ回路13に読み出されたデータは、I/Oコントロール回路2を介して外部入出力端子I/O1〜I/O8に出力される。 At the time of data reading, the data read to the sense amplifier circuit 13 is output to the external input / output terminals I / O1 to I / O8 via the I / O control circuit 2.

データ書き込み時、外部コントローラから入出力端子I/O1〜I/O8に供給される書き込みデータは、I/Oコントロール回路2を介し、センスアンプ回路13にロードされる。 At the time of data writing, write data supplied from the external controller to the input / output terminals I / O 1 to I / O 8 is loaded into the sense amplifier circuit 13 via the I / O control circuit 2.

入出力端子I/O1〜I/O8からI/Oコントロール回路2を介して供給されるコマンドは、コマンドレジスタ7を介して、制御信号発生回路(内部コントローラ)8でデコードされる。チップイネーブル信号/CE、書き込みイネーブル信号/WE、読み出しイネーブル信号/RE、アドレスラッチイネーブル信号ALE、コマンドラッチイネーブル信号CLE等の外部制御信号は、外部からロジックコントロール回路3を介して、制御信号発生回路8に供給される。制御信号発生回路8は、動作モードに応じて供給される外部制御信号及びコマンドに基づいて、データ書き込み及び消去のシーケンス制御、及びデータ読み出しの制御を行う。 A command supplied from the input / output terminals I / O 1 to I / O 8 via the I / O control circuit 2 is decoded by the control signal generation circuit (internal controller) 8 via the command register 7. External control signals such as a chip enable signal / CE, a write enable signal / WE, a read enable signal / RE, an address latch enable signal ALE, and a command latch enable signal CLE are supplied from the outside via a logic control circuit 3 as a control signal generation circuit. 8 is supplied. The control signal generation circuit 8 performs data write / erase sequence control and data read control based on an external control signal and command supplied according to the operation mode.

ステータスレジスタ5は、チップ内部の種々の状態を外部に知らせるためのものである。ステータスレジスタ5は、例えば、チップがレディ/ビジー状態のいずれにあるかを示すデータを保持するレディ/ビジーレジスタ、書き込みのパス/フェイルを示すデータを保持する書き込みステータスレジスタ、誤書き込み状態の有無(誤書き込みベリファイのパス/フェイル)を示すデータを保持する誤書き込みステータスレジスタ、過書き込み状態の有無(過書き込みベリファイのパス/フェイル)を示すデータを保持する過書き込みステータスレジスタなどを有する。 The status register 5 is for notifying the outside of various states inside the chip. The status register 5 includes, for example, a ready / busy register that holds data indicating whether the chip is in a ready / busy state, a write status register that holds data indicating a write pass / fail, and the presence / absence of an erroneous write state ( An erroneous write status register for holding data indicating erroneous write verify pass / fail), an overwrite status register for holding data indicating presence / absence of overwrite state (overwrite verify pass / fail), and the like.

ROMヒューズ122は、例えば、メモリセルアレイ12中のメモリセルと同じ構造を持つメモリセルによって形成される。ROMヒューズ122は、メモリセルアレイ12とは別の領域に形成されていてもよい。あるいは、メモリセルアレイ12中の一部分に設定されていてもよい。図1では、メモリセルアレイ12を、第1の記憶領域121と第2の記憶領域とに分けている。この第1の記憶領域121は、通常のデータを、第2の記憶領域は、ROMヒューズ122として通常のデータとは別のデータを記憶する。さらに、ROMヒューズ122は、メタルヒューズで構成することもできる。 The ROM fuse 122 is formed by a memory cell having the same structure as the memory cell in the memory cell array 12, for example. The ROM fuse 122 may be formed in a region different from the memory cell array 12. Alternatively, it may be set in a part of the memory cell array 12. In FIG. 1, the memory cell array 12 is divided into a first storage area 121 and a second storage area. The first storage area 121 stores normal data, and the second storage area stores data different from the normal data as the ROM fuse 122. Furthermore, the ROM fuse 122 can also be constituted by a metal fuse.

メモリセルアレイ12やロウデコーダ10は、動作モードに応じて種々の高電圧Vpp(書き込み電圧Vpgm、ベリファイ電圧Vr、書き込みパス電圧Vpass、読み出し電圧Vread等)が必要である。電圧発生回路9は、これらの高電圧Vppを発生するために設けられている。この電圧発生回路9は、制御信号発生回路8により制御される。 The memory cell array 12 and the row decoder 10 require various high voltages Vpp (write voltage Vpgm, verify voltage Vr, write pass voltage Vpass, read voltage Vread, etc.) depending on the operation mode. The voltage generation circuit 9 is provided for generating these high voltages Vpp. The voltage generation circuit 9 is controlled by a control signal generation circuit 8.

次に、NAND型フラッシュメモリのメモリの書き込み動作について説明する。図3は、NAND型フラッシュメモリのメモリセル部の構成の一例を示す断面図である。NAND型フラッシュメモリのメモリセル部の基本単位は、例えば、図3に示すように、直列に接続された複数のメモリセルMC00〜MC0nと二つの選択ゲートトランジスタS01とS02により構成されている。選択ゲートトランジスタS02は、ビット線BLに接続され、選択ゲートトランジスタS01は、メモリセルアレイ内で共通のソース線CELSRCに接続されている。1つのメモリセルは、p型ウェル(p−Well)31上に形成されたN型拡散層33をソース/ドレインとし、ワード線WLへと接続される制御ゲート35及び浮遊ゲート(FG)34を有する。この浮遊ゲート(FG)34に注入される電子量は、ワード線に印加する書き込み電圧Vpgm及びその印加時間を変化させることにより制御される。メモリセルの閾値(Vt)は、浮遊ゲート(FG)34に注入された電子量により変化する。したがって、メモリセルの閾値(Vt)は、書き込み電圧Vpgmにより制御される。 Next, the write operation of the NAND flash memory will be described. FIG. 3 is a cross-sectional view showing an example of the configuration of the memory cell portion of the NAND flash memory. As shown in FIG. 3, for example, the basic unit of the memory cell portion of the NAND flash memory is composed of a plurality of memory cells MC00 to MC0n connected in series and two select gate transistors S01 and S02. The selection gate transistor S02 is connected to the bit line BL, and the selection gate transistor S01 is connected to a common source line CELSRC in the memory cell array. One memory cell uses an N-type diffusion layer 33 formed on a p-type well (p-well) 31 as a source / drain, and includes a control gate 35 and a floating gate (FG) 34 connected to the word line WL. Have. The amount of electrons injected into the floating gate (FG) 34 is controlled by changing the write voltage Vpgm applied to the word line and its application time. The threshold value (Vt) of the memory cell changes depending on the amount of electrons injected into the floating gate (FG) 34. Therefore, the threshold value (Vt) of the memory cell is controlled by the write voltage Vpgm.

図4は、書き込み動作時におけるNANDセルユニットへの電圧印加条件の一例を示した図である。書き込み電圧Vpgmは、書き込む対象となるワード線、例えば、WL0に印加される。1つのワード線WL0には、多数のメモリセルが配列されている。メモリセルへの書き込みは、1つのワード線を単位として行われる。本明細書では、便宜上この書き込み対象となるワード線を、「選択ワード線」という場合がある。 FIG. 4 is a diagram showing an example of voltage application conditions to the NAND cell unit during the write operation. The write voltage Vpgm is applied to a word line to be written, for example, WL0. A large number of memory cells are arranged on one word line WL0. Writing to the memory cell is performed in units of one word line. In this specification, for convenience, the word line to be written may be referred to as a “selected word line”.

WL0を除く書き込み対象ではない他の非選択ワード線WL1〜WLnは、書き込みパス電圧Vpassが印加される。 The write pass voltage Vpass is applied to the other non-selected word lines WL1 to WLn that are not write targets except WL0.

書き込み電圧Vpgmは、書き込むデータに対応する閾値の範囲に収まるように、例えば14V〜20V程度の電圧で、パルス方式でステップアップしながら選択ワード線WL0に印加される。 The write voltage Vpgm is applied to the selected word line WL0 while stepping up in a pulse manner at a voltage of, for example, about 14V to 20V so as to fall within the threshold range corresponding to the data to be written.

ビット線BL0側に配置されている選択ゲートトランジスタS02は、浮遊ゲート(FG)を持たない通常のトランジスタの構造になっている。そのゲートには、電源電圧Vddよりも少し低い電圧が印加されている。ソース線側の選択ゲートトランジスタS01は、ビット線BL0側選択ゲートトランジスタS02と同様の構造である。そして、そのゲートの電位は、0Vに制御される。 The selection gate transistor S02 arranged on the bit line BL0 side has a normal transistor structure having no floating gate (FG). A voltage slightly lower than the power supply voltage Vdd is applied to the gate. The selection gate transistor S01 on the source line side has the same structure as the selection gate transistor S02 on the bit line BL0 side. The potential of the gate is controlled to 0V.

図4に示すように、書き込みの対象となるビット線BL0の電位は、センスアンプ回路を通じて0Vに制御される。そして、書き込み対象となる選択ワード線上のメモリセルが目的とする閾値の範囲に設定され書き込みが終わると、図4に示すビット線BL1のようにビット線電位は、センスアンプ回路を通じて電源電圧Vddとなるように制御される。 As shown in FIG. 4, the potential of the bit line BL0 to be written is controlled to 0V through the sense amplifier circuit. When the memory cell on the selected word line to be written is set within the target threshold range and the writing is completed, the bit line potential is set to the power supply voltage Vdd through the sense amplifier circuit as in the bit line BL1 shown in FIG. It is controlled to become.

書き込みの場合、ビット線BL0に印加された0Vが選択ゲートトランジスタS01の手前のメモリセルまで転送される。このため、選択ワード線WL0に書き込み電圧Vpgmが印加されると、書き込み対象となるメモリセルMC00のチャネルの電位は、0Vとなり、選択ワード線WL0とチャネルとの間にVpgmの電位差が生じる。この電位差により、ファウラー・ノルドハイム(FN)トンネル電流が発生し、浮遊ゲート(FG0)34に電子が注入される。注入された電子により、メモリセルMC00の閾値(Vt)の分布が正側にシフトする。これに対して、WL0を除く書き込み対象ではない他の非選択ワード線WL1〜WLnは、ファウラー・ノルドハイム(FN)トンネル電流が流れない程度の書き込みパス電圧Vpassが印加される。このため、非選択ワード線に接続されているメモリセルの閾値(Vt)分布は、ほとんど変わらない。 In the case of writing, 0V applied to the bit line BL0 is transferred to the memory cell before the select gate transistor S01. For this reason, when the write voltage Vpgm is applied to the selected word line WL0, the channel potential of the memory cell MC00 to be written becomes 0 V, and a potential difference of Vpgm is generated between the selected word line WL0 and the channel. Due to this potential difference, a Fowler-Nordheim (FN) tunnel current is generated, and electrons are injected into the floating gate (FG0). Due to the injected electrons, the distribution of the threshold value (Vt) of the memory cell MC00 is shifted to the positive side. On the other hand, other non-selected word lines WL1 to WLn that are not to be written except WL0 are applied with a write pass voltage Vpass that does not allow a Fowler-Nordheim (FN) tunnel current to flow. For this reason, the threshold value (Vt) distribution of the memory cells connected to the unselected word lines is hardly changed.

他方、メモリセルへの書き込みが終了した場合、あるいはメモリセルに書き込みを行わない場合には、図4のビット線BL1のように、ビット線電位は、センスアンプ回路を通じて電源電圧Vddとなるように制御される。また、選択ゲートトランジスタS12のゲートにはVddよりも若干低い電圧が印加されている。このため、選択ゲートトランジスタS12は、カットオフ状態となる。これにより、メモリセルMC10〜MC1nのチャネルが浮遊状態になる。その状態でVpass又はVpgmが、ワード線WL0〜WLに印加されると、メモリセルMC10〜MC1nのチャネル電位は昇圧されて例えば8V程度まで上昇する。このため、選択ワード線WL0とチャネルとの間の電位差は大きくならない。すなわち、FNトンネル電流が流れない状態になり、メモリセルの閾値(Vt)分布はほとんどシフトしない。 On the other hand, when writing into the memory cell is completed or when writing into the memory cell is not performed, the bit line potential is set to the power supply voltage Vdd through the sense amplifier circuit as in the bit line BL1 in FIG. Be controlled. A voltage slightly lower than Vdd is applied to the gate of the selection gate transistor S12. For this reason, the select gate transistor S12 is cut off. As a result, the channels of the memory cells MC10 to MC1n are in a floating state. In this state, when Vpass or Vpgm is applied to the word lines WL0 to WL, the channel potential of the memory cells MC10 to MC1n is boosted and raised to, for example, about 8V. For this reason, the potential difference between the selected word line WL0 and the channel does not increase. That is, the FN tunnel current does not flow, and the threshold (Vt) distribution of the memory cell hardly shifts.

以下では、上記NAND型フラッシュメモリのメモリチップの1つのメモリセルの閾値を細かく分けて多値データの記憶動作を制御するデータ書き込み方式について説明する。 In the following, a data writing method for controlling the storage operation of multi-value data by finely dividing the threshold value of one memory cell of the memory chip of the NAND flash memory will be described.

図3に示す浮遊ゲート(FG)34に注入される電子の量は、ワード線に印加される書き込み電圧値及びその印加時間の制御により変化させることができる。メモリセルの閾値電圧(以下、単に「閾値」という場合がある)は、図3に示す浮遊ゲート(FG)34に注入される電子の量に応じて変化する。多値データの記憶は、記憶すべきデータに応じて、このメモリセルの閾値(Vt)を変化させることにより実現できる。メモリセルにデータを書き込む場合、書き込むデータに応じてメモリセルの閾値は、正確に制御される必要がある。このため、例えば、メモリセルの制御ゲートに印加される電圧が徐々に増加していく書き込み方法が実行される。このような書き込み方法は、「ステップアップ書き込み方法」と呼ばれている。 The amount of electrons injected into the floating gate (FG) 34 shown in FIG. 3 can be changed by controlling the write voltage value applied to the word line and the application time thereof. The threshold voltage of the memory cell (hereinafter sometimes simply referred to as “threshold”) varies depending on the amount of electrons injected into the floating gate (FG) 34 shown in FIG. Multi-value data can be stored by changing the threshold value (Vt) of the memory cell in accordance with the data to be stored. When data is written to the memory cell, the threshold value of the memory cell needs to be accurately controlled according to the data to be written. For this reason, for example, a writing method in which the voltage applied to the control gate of the memory cell gradually increases is executed. Such a writing method is called a “step-up writing method”.

図5は、ステップアップ書き込み方法の一例を示す図である。この図5は、1つのワード線に印加する書き込み電圧(Vpgm)は、パルス形状にステップアップして印加されることを示している。縦軸は、書き込み電圧(Vpgm)を示し、横軸は、ワード線に書き込み電圧(Vpgm)パルスを印加する回数(プログラム電圧印加回数)を示している。Vpgmの各ステップアップの幅51は、例えば0.2Vとする。初期書き込み電圧パルスの値は、例えば14Vとする。そして、その後書き込み電圧パルスを0.2Vずつステップアップする。パルスの山部と山部の間の底部52では、ベリファイが行われ、この底部52のときに図5には図示していないが、選択ワード線にベリファイ電圧が印加される。 FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a step-up writing method. FIG. 5 shows that the write voltage (Vpgm) applied to one word line is applied step-up to a pulse shape. The vertical axis represents the write voltage (Vpgm), and the horizontal axis represents the number of times the program voltage (Vpgm) pulse is applied to the word line (number of program voltage applications). The width 51 of each step-up of Vpgm is, for example, 0.2V. The value of the initial write voltage pulse is, for example, 14V. Thereafter, the write voltage pulse is stepped up by 0.2V. Verification is performed at the bottom 52 between the peaks of the pulse, and a verify voltage is applied to the selected word line at the bottom 52, although not shown in FIG.

ベリファイの際に印加されるベリファイ電圧は、閾値分布の下限値に相当する電圧として設定される。多値記憶方式の場合、書き込みデータに応じて、閾値が分布するべき範囲が設定され、ベリファイ電圧は、それぞれの閾値分布の下限値に相当する電圧として設定される。書き込み動作において、書き込み対象のメモリセルの閾値レベルがベリファイ電圧を超えると、そのメモリセルに対する書き込みは終了する。このため、そのメモリセルを含むNANDセルユニットが接続されているビット線の電位は0VからVddとなるように制御される。 The verify voltage applied at the time of verify is set as a voltage corresponding to the lower limit value of the threshold distribution. In the case of the multi-value storage method, a range in which thresholds should be distributed is set according to write data, and the verify voltage is set as a voltage corresponding to the lower limit value of each threshold distribution. In the write operation, when the threshold level of the write target memory cell exceeds the verify voltage, the write to the memory cell is completed. For this reason, the potential of the bit line to which the NAND cell unit including the memory cell is connected is controlled from 0 V to Vdd.

以下では、メモリセルに書き込むべき多値のデータが4値である場合を例に説明する。図6(a)〜(c)は、4値の場合のメモリセルの閾値の分布を示した図である。本明細書では便宜上、4つの閾値の分布により形成されるメモリセルのグループを、閾値レベルの低い順からLevelE、LevelA、LevelB、LevelC、と呼称する。また、各グループにメモリセルを属させるために設定されるべき閾値をグループの名称で代用する。例えば、メモリセルをグループLevelAに属させるために設定する閾値をLevelAと呼称する。LevelAに対応するベリファイ電圧をベリファイLevelAと呼称し、LevelBに対応するベリファイ電圧をベリファイLevelBと呼称し、LevelCに対応するベリファイ電圧をベリファイLevelCと呼称する。 Hereinafter, a case where multivalued data to be written in a memory cell is four values will be described as an example. FIGS. 6A to 6C are diagrams showing threshold value distributions of memory cells in the case of four values. In this specification, for convenience, a group of memory cells formed by the distribution of four threshold values is referred to as Level E, Level A, Level B, and Level C from the lowest threshold level. Further, a group name is substituted for a threshold value to be set in order to make a memory cell belong to each group. For example, a threshold value set for causing a memory cell to belong to the group Level A is referred to as Level A. The verify voltage corresponding to Level A is referred to as verify Level A, the verify voltage corresponding to Level B is referred to as Verify Level B, and the verify voltage corresponding to Level C is referred to as Verify Level C.

図7(a)は、LevelAに対応するベリファイLevelAを超えるまでに、パルス状の書き込み電圧を複数のメモリセルに印加したときの、書き込み電圧を印加した回数のばらつきを示した分布図である。図7(b)は、同様に、LevelBに対応するベリファイLevelBを超えるまでに、パルス状の書き込み電圧を複数のメモリセルに印加したときの、書き込み電圧を印加した回数のばらつきを示した分布図である。図7(c)は、LevelCに対応するベリファイLevelCを超えるまでに、パルス状の書き込み電圧を複数のメモリセルに印加したときの、書き込み電圧印加回数のばらつきを示した分布図である。 FIG. 7A is a distribution diagram showing variations in the number of times the write voltage is applied when a pulsed write voltage is applied to a plurality of memory cells before the verify Level A corresponding to Level A is exceeded. Similarly, FIG. 7B is a distribution diagram showing the variation in the number of times the write voltage is applied when the pulsed write voltage is applied to a plurality of memory cells before the verify Level B corresponding to Level B is exceeded. It is. FIG. 7C is a distribution diagram showing the variation in the number of write voltage application times when a pulsed write voltage is applied to a plurality of memory cells before the verify level C corresponding to the level C is exceeded.

データ書き込み動作の前に、選択ブロック内の全メモリセルは消去状態に設定される。このため、全てのメモリセルが一番低い閾値LevelEの状態になる。メモリセルの閾値をLevelEのままにする場合は、書き込みが行われず、消去されたときの状態のままである。ステップアップ書き込み方法では、たとえば、低い閾値のデータから先に書き込みが終了していく。例えば1つのメモリセルの閾値を4分割して記憶する場合、より低い閾値のLevelAから順にLevelB、LevelCの書き込みが終わる。 Prior to the data write operation, all memory cells in the selected block are set to an erased state. For this reason, all the memory cells are in the state of the lowest threshold level E. When the threshold value of the memory cell is left at Level E, writing is not performed and the state at the time of erasing is maintained. In the step-up writing method, for example, the writing is finished first from the low threshold data. For example, when the threshold value of one memory cell is divided into four and stored, the writing of Level B and Level C ends in order from Level A having the lower threshold value.

しかし、メモリセルは、メモリセルごとにゲート酸化膜の厚さやカップリング比などにばらつきがあるため、一定の書き込み電圧の印加数によって同じ閾値範囲内に設定することができない。例えば1.0Vの閾値以上に設定する場合、あるメモリセルでは、3回のパルス印加で1.0Vの閾値に設定されるが、別のあるメモリセルでは6回のパルス印加でようやく1.0Vの閾値に設定される、というようにばらつきがある。図7(a)〜図7(c)それぞれの分布の左側71は、少ないパルス印加回数で書き込みが終了する(書き込みが早く終了する)メモリセルを示している。図7(a)〜図7(c)に示す分布の右側72は、より多くのパルス印加回数で書き込みが終了する(書き込みが遅く終了する)メモリセルを示している。 However, since the thickness of the gate oxide film, the coupling ratio, and the like vary among the memory cells, the memory cells cannot be set within the same threshold range depending on the number of applied write voltages. For example, in the case where the threshold value is set to 1.0 V or more, a certain memory cell is set to a threshold value of 1.0 V by three pulse applications, but in another memory cell, it is finally 1.0 V by six pulse applications. There is a variation such as being set to the threshold value. The left side 71 of each distribution of FIGS. 7A to 7C shows a memory cell in which writing is completed (writing is completed early) with a small number of pulse applications. The right side 72 of the distribution shown in FIGS. 7A to 7C shows a memory cell in which writing is finished (writing is finished late) with a larger number of pulse applications.

書き込みは、多数のメモリセルが配列された1つのワード線を単位として行われる。書き込み電圧Vpgmは、ステップアップしながらパルス電圧として書き込む対象となる選択ワード線に印加される。したがって、同一の選択ワード線上に配列されたメモリセルのうち、図7(a)の分布の左側のような、書き込みが早く終了し、かつ、低い閾値分布の場合は、書き込み終了後も、その選択ゲートに書き込み電圧Vpgmが印加され続ける。このため、このようなメモリセルの閾値は高電位側にシフトしやすい。特にこのようなメモリセルが選択ゲートトランジスタに隣接する場合、閾値が高電位側にシフトする現象が生じやすい。 Writing is performed in units of one word line in which a large number of memory cells are arranged. The write voltage Vpgm is applied to the selected word line to be written as a pulse voltage while stepping up. Therefore, among the memory cells arranged on the same selected word line, when writing is completed early as shown on the left side of the distribution in FIG. The write voltage Vpgm is continuously applied to the selection gate. For this reason, the threshold value of such a memory cell is easily shifted to the high potential side. In particular, when such a memory cell is adjacent to the selection gate transistor, a phenomenon in which the threshold value is shifted to the high potential side easily occurs.

以下では、閾値が高電位側にシフトする現象の一例について説明する。図4は、ワード線WL0を選択して書き込みを行う場合の電圧印加条件の一例を示した回路図である。図8は、ワード線WLnを選択して書き込みを行う場合の電圧印加条件の一例を示した回路図である。図4に示すメモリセルMC10及び図8に示すメモリセルMC1nは、閾値が高電位側にシフトする現象が生じやすいメモリセルである。 Hereinafter, an example of a phenomenon in which the threshold value shifts to the high potential side will be described. FIG. 4 is a circuit diagram showing an example of voltage application conditions when writing is performed by selecting the word line WL0. FIG. 8 is a circuit diagram showing an example of voltage application conditions when writing is performed by selecting the word line WLn. The memory cell MC10 illustrated in FIG. 4 and the memory cell MC1n illustrated in FIG. 8 are memory cells in which a phenomenon in which the threshold value shifts to the high potential side is likely to occur.

まず、メモリセルMC10の閾値が高電位側にシフトする現象について図4と図9(a)を用いて説明する。図9(a)は、ワード線WL0を選択して書き込みを行う場合のソース線CELSRCと、選択ゲートトランジスタS11と、メモリセルMC10の断面模式図である。 First, a phenomenon in which the threshold value of the memory cell MC10 shifts to the high potential side will be described with reference to FIGS. 4 and 9A. FIG. 9A is a schematic cross-sectional view of the source line CELSRC, the selection gate transistor S11, and the memory cell MC10 when writing is performed by selecting the word line WL0.

図4に示すメモリセルMC10は、所望の閾値レベルに設定され書き込みが終わっているので、ビット線BL1には、Vddが印加されている。書き込みが終了したメモリセルのビット線BL1は、Vddが印加されるからである。ソース線CELSRCに接続される選択ゲートトランジスタS11のゲート線SGSは、0Vである。これにより、選択ゲートトランジスタS11は、カットオフしている。したがって、選択ゲートトランジスタS11のN型拡散層のうち、ソース線CELSRCに接続されている方(CELSRC側拡散層)は、ソース線CELSRCの電位である0Vとなる。なお、0Vは一例である。CELSRCの電位が0Vより高いVdd(電源電圧)となっていてもよい。CELSRCの電位を0Vよりも高い電位にしても後述のように同様の現象が発生する。 Since the memory cell MC10 shown in FIG. 4 is set to a desired threshold level and writing is completed, Vdd is applied to the bit line BL1. This is because Vdd is applied to the bit line BL1 of the memory cell for which writing has been completed. The gate line SGS of the selection gate transistor S11 connected to the source line CELSRC is 0V. Thereby, the selection gate transistor S11 is cut off. Therefore, among the N-type diffusion layers of the selection gate transistor S11, the one connected to the source line CELSRC (CELSRC side diffusion layer) becomes 0 V that is the potential of the source line CELSRC. Note that 0V is an example. The potential of CELSRC may be Vdd (power supply voltage) higher than 0V. Even if the CELSRC potential is set to a potential higher than 0V, the same phenomenon occurs as described later.

図9(a)において、選択ゲートトランジスタS11のドレインとメモリセルMC10のソースとはN型拡散層33を共有している。メモリセルMC10のチャネル層CH1は浮遊状態であるので、WL0に印加されるVpgmの影響を受けて、メモリセルMC10のチャネル電位は、昇圧されて例えば8V程度まで上昇している。これに対し、CELSRC側拡散層の電位は、0Vである。このため、選択ゲートトランジスタS11のCELSRC側拡散層とメモリセルMC10のチャネル層CH1との間に電位差が生じて、CELSRCからN型拡散層33へ向けて電子が加速され、N型拡散層33の選択ゲートトランジスタS11側端部において電子と正孔の対を形成し、その正孔がセルp-Well31へ流れる現象が生じる。この現象をGIDL(Gate Induced Drain Leakage)と呼称する。また、発生した電子と正孔の対の電子が、メモリセルMC10の制御ゲートWL0に印加されている書き込み電圧Vpgmに引っ張られて、ある確率でメモリセルMC10のフローティングゲートFGに注入される現象も生じる。これにより、既に書き込みが終了しているメモリセルMC10は、そのフローティングゲートFGにさらに電子が注入されるため、閾値がより高い方向へ変化してしまう。最悪の場合は、当初設定した閾値範囲を超えて、書き込むべきデータ値と閾値の対応が取れず誤書き込みになる可能性がある。 In FIG. 9A, the drain of the select gate transistor S11 and the source of the memory cell MC10 share the N-type diffusion layer 33. Since the channel layer CH1 of the memory cell MC10 is in a floating state, the channel potential of the memory cell MC10 is boosted and raised to, for example, about 8V due to the influence of Vpgm applied to WL0. On the other hand, the potential of the CELSRC side diffusion layer is 0V. Therefore, a potential difference is generated between the CELSRC side diffusion layer of the select gate transistor S11 and the channel layer CH1 of the memory cell MC10, and electrons are accelerated from CELSRC toward the N-type diffusion layer 33. A pair of electrons and holes is formed at the end portion on the side of the select gate transistor S11, and the hole flows to the cell p-Well31. This phenomenon is called GIDL (Gate Induced Drain Leakage). There is also a phenomenon in which the generated pair of electrons and holes are pulled by the write voltage Vpgm applied to the control gate WL0 of the memory cell MC10 and injected into the floating gate FG of the memory cell MC10 with a certain probability. Arise. As a result, in the memory cell MC10 that has already been written, electrons are further injected into the floating gate FG, so that the threshold value changes in a higher direction. In the worst case, there is a possibility that the data value to be written and the threshold value cannot be matched and the erroneous writing is performed beyond the initially set threshold value range.

同様に、メモリセルMC1nの閾値が高電位側にシフトする現象について図8と図9(b)を用いて説明する。図9(b)は、ワード線WLnを選択して書き込みを行う場合のビット線BL1と、選択ゲートトランジスタS12と、メモリセルMC1nの断面模式図である。 Similarly, a phenomenon in which the threshold value of the memory cell MC1n is shifted to the high potential side will be described with reference to FIGS. 8 and 9B. FIG. 9B is a schematic cross-sectional view of the bit line BL1, the select gate transistor S12, and the memory cell MC1n when writing is performed by selecting the word line WLn.

図8に示すメモリセルMC1nは、所望の閾値レベルに設定され書き込みが終わっているので、ビット線BL1には、Vddが印加されている。選択ゲートトランジスタS12の選択ゲート線SGDには、Vddよりも若干低い電圧が印加されているので、選択ゲートトランジスタS12はカットオフしている。このため、選択ゲートトランジスタS12のビット線BL1側の電位は、ビット線BL1に接続されているので、Vddである。 Since the memory cell MC1n shown in FIG. 8 is set to a desired threshold level and writing is finished, Vdd is applied to the bit line BL1. Since a voltage slightly lower than Vdd is applied to the selection gate line SGD of the selection gate transistor S12, the selection gate transistor S12 is cut off. Therefore, the potential on the bit line BL1 side of the select gate transistor S12 is Vdd because it is connected to the bit line BL1.

図9(b)において、選択ゲートトランジスタS12のドレインとメモリセルMC1nのソースとはN型拡散層を共有している。メモリセルMC1nのチャネル層CHnは、浮遊状態でVpgmの影響を受けて、メモリセルMC1nのチャネル電位は、昇圧されて例えば8V程度まで上昇している。これに対し、ドレイン側N型拡散層BL1は、Vddである。このため、選択ゲートトランジスタS12のドレイン側N型拡散層BL1とメモリセルMC1nのチャネル層CHnとの間に電位差が生じて、ドレイン側N型拡散層BL1からN型拡散層33へ向けて電子が加速され、N型拡散層33の選択ゲートトランジスタS12側端部において電子と正孔の対を形成し、その正孔がセルp-Well31へ流れる上記GIDLと同様の現象が生じる。また、発生した電子正孔対の電子が、メモリセルMC1nの制御ゲートWLnに印加されている書き込み電圧Vpgmに引っ張られて、ある確率でメモリセルMC10のフローティングゲートFGに注入される現象も生じる。これにより、既に書き込みが終了しているメモリセルMC1nは、そのフローティングゲートFGにさらに電子が注入されるため、閾値がより高い方向へ変化してしまう。最悪の場合は、当初設定した閾値範囲を超えて、書き込むべきデータ値と閾値の対応が取れず誤書き込みになる可能性がある。 In FIG. 9B, the drain of the select gate transistor S12 and the source of the memory cell MC1n share an N-type diffusion layer. The channel layer CHn of the memory cell MC1n is affected by Vpgm in a floating state, and the channel potential of the memory cell MC1n is boosted and raised to about 8V, for example. On the other hand, the drain side N-type diffusion layer BL1 is Vdd. Therefore, a potential difference is generated between the drain-side N-type diffusion layer BL1 of the select gate transistor S12 and the channel layer CHn of the memory cell MC1n, and electrons are transferred from the drain-side N-type diffusion layer BL1 to the N-type diffusion layer 33. Accelerated, a pair of electrons and holes is formed at the end of the N-type diffusion layer 33 on the side of the selection gate transistor S12, and the same phenomenon as the above GIDL in which the holes flow to the cell p-Well 31 occurs. In addition, a phenomenon occurs in which the generated electron-hole pair electrons are pulled by the write voltage Vpgm applied to the control gate WLn of the memory cell MC1n and injected into the floating gate FG of the memory cell MC10 with a certain probability. As a result, in the memory cell MC1n in which writing has already been completed, electrons are further injected into the floating gate FG, so that the threshold value changes in a higher direction. In the worst case, there is a possibility that the data value to be written and the threshold value cannot be matched and the erroneous writing is performed beyond the initially set threshold value range.

図6(a)は、メモリセルアレイ121全てのメモリセルの閾値の分布の一例を示した図である。図6(b)は、SGS及びSGDに隣接しないメモリセル(図4及び図8に示すワード線WL1乃至WLn−1に接続されたメモリセル。このようなメモリセルを選択ゲートトランジスタに隣接しない位置のメモリセルと呼称する。)の閾値の分布を示した図である。図6(c)は、SGS及びSGDに隣接するメモリセル(図4及び図8に示すワード線WL0、WLnに接続されたメモリセル。このようなメモリセルを選択ゲートトランジスタに隣接する位置のメモリセルと呼称する。)の閾値の分布を示した図である。 FIG. 6A is a diagram showing an example of threshold value distribution of all memory cells in the memory cell array 121. FIG. 6B shows memory cells that are not adjacent to SGS and SGD (memory cells connected to the word lines WL1 to WLn-1 shown in FIGS. 4 and 8). Such memory cells are not adjacent to the select gate transistor. FIG. 3 is a diagram showing a distribution of threshold values. 6C shows a memory cell adjacent to SGS and SGD (a memory cell connected to the word lines WL0 and WLn shown in FIGS. 4 and 8). Such a memory cell is located at a position adjacent to the selection gate transistor. It is a figure showing the distribution of threshold values.

図6(c)に示すSGS及びSGDに隣接するメモリセルの閾値の分布は、GIDLの影響により、図6(b)に示すSGS及びSGDに隣接しないメモリセルの閾値分布と比較して、閾値分布の右側が高い電位側にシフトしていることが示されている。その結果、図6(a)に示す全てのメモリセルの閾値分布の右側が高い電位側に分布している。 The threshold distribution of the memory cells adjacent to SGS and SGD shown in FIG. 6C is compared with the threshold distribution of the memory cells not adjacent to SGS and SGD shown in FIG. It is shown that the right side of the distribution is shifted to the higher potential side. As a result, the right side of the threshold distribution of all the memory cells shown in FIG. 6A is distributed on the high potential side.

また、メモリセルがSGS及びSGDに隣接するかしないかに関わらず、隣接するメモリセルとの浮遊ゲートの対向側面間容量によっても、メモリセルの閾値分布が高い電位側に遷移する場合もある。 Further, regardless of whether or not the memory cell is adjacent to SGS and SGD, the threshold distribution of the memory cell may transition to a higher potential side depending on the capacitance between the opposing side surfaces of the floating gate with the adjacent memory cell.

図10は、隣接するメモリセルとの浮遊ゲートの対向側面間容量を説明する図である。図10(a)において、浮遊ゲート(FG)1001が、その左右上下に位置する浮遊ゲート1002、1003、1004、1005により囲まれている。メモリ容量の大容量化などを目的として、デザインルールが縮小されると、浮遊ゲート1001と、それに隣接する浮遊ゲート1002、1003、1004、1005との間の距離が小さくなる。このため、浮遊ゲートの間に容量結合が発生する。この容量を「対向側面間容量」と呼称する。したがって、デザインルールが縮小されると、浮遊ゲート1001と、浮遊ゲート1002、1003、1004、1005との間の対向側面間容量が無視できないこととなる。また、浮遊ゲートとコントロールゲートとの間に形成される絶縁膜の薄膜化が困難であることも、対向側面間容量が無視できなくなることの理由である。 FIG. 10 is a diagram for explaining the capacitance between the opposing side surfaces of the floating gate with the adjacent memory cell. In FIG. 10A, a floating gate (FG) 1001 is surrounded by floating gates 1002, 1003, 1004, and 1005 positioned on the left, right, and top and bottom. When the design rule is reduced for the purpose of increasing the memory capacity, the distance between the floating gate 1001 and the floating gates 1002, 1003, 1004, 1005 adjacent thereto is reduced. For this reason, capacitive coupling occurs between the floating gates. This capacity is referred to as “capacity between opposing side surfaces”. Therefore, when the design rule is reduced, the capacitance between the opposing side surfaces between the floating gate 1001 and the floating gates 1002, 1003, 1004, and 1005 cannot be ignored. In addition, it is difficult to reduce the thickness of the insulating film formed between the floating gate and the control gate, which is why the capacitance between the opposing side surfaces cannot be ignored.

図10(a)において、浮遊ゲート1001と、浮遊ゲート1002、1003、1004、1005との間のコンデンサの記号は、この無視することができなくなる対向側面間容量の存在を模式的に示す。例えば、浮遊ゲート1001を有するメモリセルにデータの書き込みがされ、浮遊ゲート1001に電子が注入されると、浮遊ゲート1001の電位が低くなる。浮遊ゲート1001のこの電位の変化は、対向側面間容量を介して隣接する浮遊ゲート1002、1003、1004、1005にも波及し、各々の浮遊ゲートの電位が低くなる。このため、見かけ上、浮遊ゲート1001に隣接する浮遊ゲート1002、1003、1004、1005は、電子の量が増えたのと同様になり、浮遊ゲート1002、1003、1004、1005を有するメモリセルの閾値が高い値に遷移することとなる。メモリセルに隣接するメモリセルの浮遊ゲートへの電子の注入量が多ければ多いほど、この波及の効果は顕著となり、メモリセルの閾値がより高い値に遷移する。また、浮遊ゲートの総容量に対して浮遊ゲート間の対向側面間容量の割合が高くなるほど、メモリセルの閾値がより高い値に遷移する。このように周囲のメモリセルにより閾値が上昇する現象を、「メモリセル間干渉」と呼称する場合がある。 In FIG. 10A, the symbol of the capacitor between the floating gate 1001 and the floating gates 1002, 1003, 1004, and 1005 schematically indicates the existence of the capacitance between the opposing side surfaces that cannot be ignored. For example, when data is written to a memory cell having the floating gate 1001 and electrons are injected into the floating gate 1001, the potential of the floating gate 1001 is lowered. This change in potential of the floating gate 1001 also affects the adjacent floating gates 1002, 1003, 1004, and 1005 via the capacitance between the opposing side surfaces, and the potential of each floating gate is lowered. Therefore, apparently, the floating gates 1002, 1003, 1004, and 1005 adjacent to the floating gate 1001 are the same as the amount of electrons increased, and the threshold value of the memory cell having the floating gates 1002, 1003, 1004, and 1005 is increased. Will transition to a higher value. The greater the amount of electrons injected into the floating gate of the memory cell adjacent to the memory cell, the more prominent this effect is, and the threshold value of the memory cell transitions to a higher value. Further, the higher the ratio of the capacitance between the opposing side surfaces between the floating gates with respect to the total capacitance of the floating gate, the higher the threshold value of the memory cell. Such a phenomenon that the threshold value is increased by surrounding memory cells may be referred to as “inter-memory cell interference”.

また、微細化が進むと、図10(b)に示すように、対角方向の浮遊ゲート間の対向側面間容量の影響も大きくなってくる。すなわち、浮遊ゲート1001の上下左右の浮遊ゲート1002、1003、1004、1005によるメモリセル干渉に加えて、浮遊ゲート1001の斜め方向に配置されている浮遊ゲート1006、1007、1008、1009によるメモリセル間干渉による閾値の上昇も発生しやすくなる。 Further, as the miniaturization progresses, as shown in FIG. 10B, the influence of the capacitance between the opposing side surfaces between the floating gates in the diagonal direction increases. That is, in addition to the memory cell interference by the floating gates 1002, 1003, 1004, and 1005 on the upper, lower, left, and right sides of the floating gate 1001, between the memory cells by the floating gates 1006, 1007, 1008, and 1009 arranged in the oblique direction of the floating gate 1001. An increase in threshold value due to interference also tends to occur.

図11は、NAND型フラッシュメモリのワード線に平行な方向のメモリアレイの断面を示す。図11(a)に符号を付して示すように、断面は浮遊ゲートセル構造を示す。すなわち、ワード線と制御ゲートを兼ねた領域1101があり、その下面には、アクティブ領域1102がある。領域1101とアクティブ領域1102との間には、ONO膜1103と、絶縁膜1104と、素子分離領域(Shallow Trench Isolation)1105、1106、1107、1108などとに囲まれた部分に浮遊ゲートが存在している。 FIG. 11 shows a cross section of the memory array in a direction parallel to the word line of the NAND flash memory. As shown in FIG. 11A with reference numerals, the cross section shows a floating gate cell structure. That is, there is a region 1101 that serves as a word line and a control gate, and an active region 1102 is provided on the lower surface thereof. Between the region 1101 and the active region 1102, there is a floating gate in a portion surrounded by the ONO film 1103, the insulating film 1104, and element isolation regions (Shallow Trench Isolation) 1105, 1106, 1107, 1108, and the like. ing.

今、浮遊ゲートとして、図11(a)から(d)に示す三つの浮遊ゲートFG1、FG2、FG3に注目する。図11(a)は、全てのメモリセルに対して消去処理がされた状態を示しているとする。この状態を示すために、浮遊ゲートFG1、FG2、FG3に、それぞれ「E」を付している。「E」はメモリセルの閾値が最低のレベルにあることを示すと解釈することができる。 Attention is now paid to the three floating gates FG1, FG2, and FG3 shown in FIGS. 11A to 11D as floating gates. FIG. 11A shows a state where all memory cells have been erased. In order to indicate this state, “E” is assigned to the floating gates FG1, FG2, and FG3, respectively. “E” can be interpreted to indicate that the threshold of the memory cell is at the lowest level.

次に、浮遊ゲートFG2を有するメモリセルにデータが書き込まれたとする。そして、図11(b)に示すように、浮遊ゲートFG2を有するメモリセルの閾値が、P2に設定されたとする。 Next, it is assumed that data is written in the memory cell having the floating gate FG2. Then, as shown in FIG. 11B, it is assumed that the threshold value of the memory cell having the floating gate FG2 is set to P2.

そして、次に、浮遊ゲートFG1を有するメモリセルの閾値が、浮遊ゲートFG2を有するメモリセルの閾値よりも高くなるようにデータの書き込みが行われたとする。図11(c)に示すように浮遊ゲートFG1を有するメモリセルの閾値が、P1に設定される。すると、浮遊ゲートFG1とFG2との間に対向側面間容量が存在するので、浮遊ゲートFG2を有するメモリセルの閾値が上昇し、P2’に変動する。 Next, it is assumed that data is written so that the threshold value of the memory cell having the floating gate FG1 is higher than the threshold value of the memory cell having the floating gate FG2. As shown in FIG. 11C, the threshold value of the memory cell having the floating gate FG1 is set to P1. Then, since the capacitance between the opposing side surfaces exists between the floating gates FG1 and FG2, the threshold value of the memory cell having the floating gate FG2 rises and changes to P2 '.

さらに、浮遊ゲートFG3を有するメモリセルの閾値が、浮遊ゲートFG2を有するメモリセルの閾値よりも高くなるようにデータの書き込みが行われたとする。図11(d)に示すように浮遊ゲートFG3を有するメモリセルの閾値が、P3に設定される。すると、浮遊ゲートFG2は、浮遊ゲートFG1とFG3との間の対向側面間容量の影響を受けることになる。この結果、浮遊ゲートFG2を有するメモリセルの閾値は、さらに上昇し、P2’’となる。 Further, it is assumed that data is written so that the threshold value of the memory cell having the floating gate FG3 is higher than the threshold value of the memory cell having the floating gate FG2. As shown in FIG. 11D, the threshold value of the memory cell having the floating gate FG3 is set to P3. Then, the floating gate FG2 is affected by the capacitance between the opposing side surfaces between the floating gates FG1 and FG3. As a result, the threshold value of the memory cell having the floating gate FG2 further increases and becomes P2 ″.

図11では、ワード線方向に並ぶメモリセルのメモリセル干渉について説明した。ビット線方向に並ぶメモリセルのメモリセル干渉についても同様に説明することができる。 In FIG. 11, the memory cell interference of the memory cells arranged in the word line direction has been described. The memory cell interference of the memory cells arranged in the bit line direction can be similarly described.

図12は、以上説明した対向側面間容量の影響による、メモリセルの閾値の変動を説明する図である。図12(a)は、あるベリファイレベルを用いて書き込みが行われた直後のメモリセルの閾値のバラツキを示す。図12(b)は、その後、メモリセルの周囲のメモリセルに対しても書き込みが行われた場合、対向側面間容量の影響により、メモリセルの閾値のバラツキが全体として閾値が上がる方向に遷移する。もし、区間1201に、別の読み出しレベルが存在してしまうと、メモリセルに保持されるデータの誤書き込みが発生することになる。 FIG. 12 is a diagram for explaining the variation of the threshold value of the memory cell due to the influence of the capacitance between the opposing side surfaces described above. FIG. 12A shows the variation in the threshold value of the memory cell immediately after writing is performed using a certain verify level. In FIG. 12B, when writing is also performed on the memory cells around the memory cell, the threshold value variation of the memory cell is increased as a whole due to the influence of the capacitance between the opposite side surfaces. To do. If another read level exists in the section 1201, erroneous writing of data held in the memory cell occurs.

以上の対向側面間容量による閾値の変動の発生は、浮遊ゲート構造を有するメモリセルアレイにだけ発生するものではない。例えば、MONOS(Metal−Oxide−Nitride−Oxide−Semiconductor)構造などを有するチャージトラップ型のメモリセルにおいても、デザインルールの縮小とともに発生し得る現象である。 The occurrence of the threshold fluctuation due to the capacitance between the opposing side surfaces does not occur only in the memory cell array having the floating gate structure. For example, even in a charge trap type memory cell having a MONOS (Metal-Oxide-Nitride-Oxide-Semiconductor) structure or the like, this phenomenon may occur as design rules are reduced.

本発明の一つの側面は、図6(c)、図12(b)に示すような閾値の遷移が生じても、誤書き込みにならないように書き込み時に、書き込み電圧の印加回数によってベリファイ電圧を段階的にステップアップする書き込み方式を用いたものである。 One aspect of the present invention is that the verify voltage is stepped according to the number of times of application of the write voltage at the time of writing so as not to be erroneously written even if a threshold value transition as shown in FIGS. 6C and 12B occurs. This is a method using a writing method that steps up.

(第1の実施形態)
本発明の第1の実施形態は、ベリファイ電圧を閾値の分布の一つの下限値に相当する電圧として設定するのではなく、多段階のベリファイ電圧を閾値分布の下限値よりも低い電圧に複数設定して、書き込み電圧の印加回数によってベリファイ電圧を切り替えるものである。以下は、4値の一括書き込み方式を例にして説明する。なお、本発明の第1の実施形態は、4値の一括書き込み方式に限定されるものではなく、8値や16値などの多値についても実施できるものである。また、本発明の第1の実施形態は、同一ワード線上の全ビット線に接続されるメモリセルを一括して書き込む方式だけでなく、ビット線シールド方式など、同一ワード線上のメモリセルに対する書き込みを、数回に分けて行う書き込み方式についても実施できるものである。さらに、同一ワード線上のメモリセルに消去状態以外の全ての閾値レベルのデータを一括して書き込む方式だけでなく、特定の閾値レベルのデータを先に、他の閾値レベルのデータを後に書き込む方式にも実施できるものである。
(First embodiment)
In the first embodiment of the present invention, the verification voltage is not set as a voltage corresponding to one lower limit value of the threshold distribution, but a plurality of multi-level verification voltages are set to voltages lower than the lower limit value of the threshold distribution. Thus, the verify voltage is switched depending on the number of application times of the write voltage. In the following, a four-value batch writing method will be described as an example. Note that the first embodiment of the present invention is not limited to the 4-value batch writing method, and can be implemented for multi-values such as 8-value and 16-value. In the first embodiment of the present invention, not only a method of writing memory cells connected to all bit lines on the same word line at a time, but also writing to memory cells on the same word line such as a bit line shield method. The writing method performed in several steps can also be implemented. Furthermore, not only a method of writing all threshold level data other than the erased state to memory cells on the same word line in a batch, but also a method of writing data of a specific threshold level first and data of another threshold level later. Can also be implemented.

図13(a)は、選択ワード線に印加される書き込み電圧(Vpgm)がパルス動作でステップアップされることを示している図である。図13(b)は、上記書き込み電圧(Vpgm)の各パルスが立ち下がった後、次の書き込み電圧パルスが立ち上がるまでの間に行われるベリファイリードの動作において、選択ワード線に印加されるベリファイ電圧を示した図である。ベリファイ電圧として、閾値LevelA、LevelB、LevelCごとに対応した電圧が印加される。 FIG. 13A is a diagram showing that the write voltage (Vpgm) applied to the selected word line is stepped up by a pulse operation. FIG. 13B shows the verify voltage applied to the selected word line in the verify read operation performed after each pulse of the write voltage (Vpgm) falls and before the next write voltage pulse rises. FIG. As the verify voltage, a voltage corresponding to each of the threshold levels Level A, Level B, and Level C is applied.

図13(b)に示した例では、各閾値レベルに対応するベリファイ電圧は、以下に例示されるように設定される。すなわち、LevelAについては、ベリファイ電圧を例えば第1のベリファイ電圧〜第4のベリファイ電圧の4段階に設定する。そして、1回目乃至3回目の各書き込み電圧Vpgmのパルス印加の後に第1のベリファイ電圧(A−1)、4乃至6回目の各書き込み電圧Vpgmのパルス印加の後に第2のベリファイ電圧(A−2)、7回目乃至10回目の各書き込み電圧Vpgmのパルス印加の後に第3のベリファイ電圧(A−3)、11回目以降の各書き込み電圧Vpgmのパルス印加の後に第4のベリファイ電圧(A−4)が使用される。 In the example shown in FIG. 13B, the verify voltage corresponding to each threshold level is set as exemplified below. That is, for Level A, the verify voltage is set to, for example, four stages of the first verify voltage to the fourth verify voltage. The first verify voltage (A-1) after the first to third pulse application of each write voltage Vpgm, and the second verify voltage (A−) after the fourth to sixth pulse application of each write voltage Vpgm. 2) The third verify voltage (A-3) after the seventh to tenth pulse application of each write voltage Vpgm, and the fourth verify voltage (A−) after the eleventh pulse application of each write voltage Vpgm. 4) is used.

LevelBについては、ベリファイ電圧を第1のベリファイ電圧〜第3のベリファイ電圧の3段階に分割し、1回目乃至6回目の各書き込み電圧Vpgmのパルス印加の後に第1のベリファイ電圧(B−1)、7乃至9回目の各書き込み電圧Vpgmのパルス印加の後に第2のベリファイ電圧(B−2)、10回目以降の各書き込み電圧Vpgmのパルス印加の後に第3のベリファイ電圧(B−3)が使用される。 For Level B, the verify voltage is divided into three stages of the first verify voltage to the third verify voltage, and the first verify voltage (B-1) is applied after the first to sixth pulse application of each write voltage Vpgm. The second verify voltage (B-2) after the seventh to ninth pulse application of each write voltage Vpgm, and the third verify voltage (B-3) after the tenth and subsequent pulse application of each write voltage Vpgm. used.

LevelCについては、ベリファイ電圧を第1のベリファイ電圧と第2のベリファイ電圧の2段階に分割し、1回目乃至10回目の各書き込み電圧Vpgmのパルス印加の後に第1のベリファイ電圧(C−1)、11回目以降の各書き込み電圧Vpgmのパルス印加の後に第2のベリファイ電圧(C−2)が使用される。 For Level C, the verify voltage is divided into two stages of a first verify voltage and a second verify voltage, and the first verify voltage (C-1) is applied after the first to tenth pulse application of each write voltage Vpgm. The second verify voltage (C-2) is used after the 11th and subsequent pulses of each write voltage Vpgm.

なお、本発明の第1の実施形態は、図13(a)、(b)に示したものに限られず、様々なバリエーションが考えられる。例えば、LevelB、LevelCは、複数の段階に分けずに1つのベリファイ電圧としてもよいし、LevelCのみを複数の段階に分けずに1つのベリファイ電圧としてもよい。さらに、より多くの段階を設定してもよい。 The first embodiment of the present invention is not limited to that shown in FIGS. 13A and 13B, and various variations are conceivable. For example, Level B and Level C may be set as one verify voltage without being divided into a plurality of stages, or only Level C may be set as one verify voltage without being divided into a plurality of stages. Furthermore, more stages may be set.

次に、図13(a)、(b)に示した方法を実現する手段の構成について、図1のブロック図を用いて説明する。例えば、図1に示すROMヒューズ122に、書き込み動作に関する初期設定データが記憶される。記憶される初期設定データとしては、閾値レベルの数、各閾値レベルに応じたベリファイ電圧に関するデータ、各閾値レベルに応じたベリファイ電圧を切り替える設定、閾値レベルに応じてベリファイ電圧を切り替える書き込み電圧Vpgmのステップアップ数、ベリファイ電圧等である。本明細書においては、便宜上、閾値レベルに応じてベリファイ電圧を切り替えるトリガーとなる書き込み電圧Vpgmのステップアップ数を「ベリファイ電圧切替ステップアップ数」と呼称する。 Next, the configuration of means for realizing the method shown in FIGS. 13A and 13B will be described with reference to the block diagram of FIG. For example, initial setting data relating to a write operation is stored in the ROM fuse 122 shown in FIG. The initial setting data to be stored includes the number of threshold levels, data related to the verify voltage corresponding to each threshold level, settings for switching the verify voltage according to each threshold level, and the write voltage Vpgm for switching the verify voltage according to the threshold level. Step-up number, verify voltage, etc. In this specification, for the sake of convenience, the step-up number of the write voltage Vpgm that triggers switching of the verify voltage according to the threshold level is referred to as “verify voltage switching step-up number”.

ROMヒューズ122などに記憶されるこれらの書き込み動作に関する初期設定データは、メモリ出荷前にプログラミングされるようにしてもよいし、外部コントローラ(図示せず)から入出力端子I/O1〜I/O8、I/Oコントロール回路2を通じて、データレジスタ/センスアンプ回路13にロードされ、ROMヒューズ122などに書き込まれるようにしてもよい。 Initial setting data relating to these write operations stored in the ROM fuse 122 or the like may be programmed before the memory is shipped, or input / output terminals I / O1 to I / O8 from an external controller (not shown). The data register / sense amplifier circuit 13 may be loaded through the I / O control circuit 2 and written into the ROM fuse 122 or the like.

電源が投入されると、パワーオンリセット回路が作動し、制御信号発生回路8は、自動的に上記ベリファイ電圧切替ステップアップ数のデータを含む初期設定データをデータレジスタ/センスアンプ13に読み出すように制御し、ベリファイ電圧切替ステップアップ数のデータは、パラメータレジスタ4に転送、保持され、さらに、制御信号発生回路8に転送される。このパラメータレジスタ4は、制御信号発生回路8内部に含めてもよい。 When the power is turned on, the power-on reset circuit operates, and the control signal generation circuit 8 automatically reads the initial setting data including the data of the verify voltage switching step-up number to the data register / sense amplifier 13. The data of the control and verify voltage switching step-up number is transferred and held in the parameter register 4 and further transferred to the control signal generation circuit 8. The parameter register 4 may be included in the control signal generation circuit 8.

図13(a)、(b)の例では、ROMヒューズ122からパラメータレジスタ4に転送されるベリファイ電圧切替ステップアップ数のデータは、以下のとおりとなる。閾値LevelAについては、ステップアップ数3、6、10のときにベリファイ電圧が切り替えられるので、3、6、10の値を示すデータがパラメータレジスタ4に転送される。閾値LevelBについては、ステップアップ数6、9のときにベリファイ電圧が切り替えられるので、6、9の値を示すデータがパラメータレジスタ4に転送される。閾値LevelCについては、ステップアップ数10のときにベリファイ電圧が切り替えられるので、10の値を示すデータがパラメータレジスタ4に転送される。このベリファイ電圧切替ステップアップ数のデータは、比較回路16に転送される。また比較回路16に保持されてもよい。この比較回路16は、制御信号発生回路8内部に含めてもよい。 In the examples of FIGS. 13A and 13B, the verify voltage switching step-up data transferred from the ROM fuse 122 to the parameter register 4 is as follows. With respect to the threshold Level A, the verify voltage is switched when the number of step-ups is 3, 6, and 10, so that data indicating values of 3, 6, and 10 is transferred to the parameter register 4. With respect to the threshold Level B, the verify voltage is switched when the number of step-ups is 6 and 9, so that data indicating the values of 6 and 9 is transferred to the parameter register 4. As for the threshold Level C, the verify voltage is switched when the step-up number is 10, so that data indicating a value of 10 is transferred to the parameter register 4. The verify voltage switching step-up number data is transferred to the comparison circuit 16. Further, it may be held in the comparison circuit 16. The comparison circuit 16 may be included in the control signal generation circuit 8.

他方、ROMヒューズ122に記憶された閾値LevelA、B、Cそれぞれのベリファイ電圧に対応するデータがパラメータレジスタ4を通じて制御信号発生回路8に転送、保持される。閾値LevelA、B、Cそれぞれのベリファイ電圧に対応するデータは、図13(b)に示す例で説明すると、閾値LevelAについては、4つのベリファイ電圧を切り替えること、第1のベリファイ電圧がA−1(例えば0.1V)、第2のベリファイ電圧がA−2(例えば0.3V)、第3のベリファイ電圧がA−3(例えば0.5V)、第4のベリファイ電圧がA−4(例えば0.7V)を示すデータである。閾値LevelBについては、3つのベリファイ電圧を切り替えること、第1のベリファイ電圧がB−1(例えば1.5V)、第2のベリファイ電圧がB−2(例えば1.6V)、第3のベリファイ電圧がB−3(例えば1.7V)を示すデータである。閾値LevelCについては、2つのベリファイ電圧を切り替えること、第1のベリファイ電圧がC−1(例えば2.6V)、第2のベリファイ電圧がC−2(例えば2.7V)である。 On the other hand, data corresponding to the verify voltages of the threshold levels A, B, and C stored in the ROM fuse 122 is transferred and held in the control signal generation circuit 8 through the parameter register 4. The data corresponding to the verify voltages of the threshold levels A, B, and C will be described with reference to the example shown in FIG. 13B. For the threshold level A, the four verify voltages are switched, and the first verify voltage is A-1. (For example, 0.1 V), the second verify voltage is A-2 (for example, 0.3 V), the third verify voltage is A-3 (for example, 0.5 V), and the fourth verify voltage is A-4 (for example, 0.7V). As for the threshold level B, the three verify voltages are switched, the first verify voltage is B-1 (for example, 1.5 V), the second verify voltage is B-2 (for example, 1.6 V), and the third verify voltage is Is data indicating B-3 (for example, 1.7 V). For the threshold Level C, switching between two verify voltages, the first verify voltage is C-1 (for example 2.6V), and the second verify voltage is C-2 (for example 2.7V).

制御信号発生回路8には、カウンタ回路が設けられており(図示せず)、電圧発生回路9が生成する書き込み電圧をステップアップする際のパルス(立ち上りまたは立ち下りいずれでもよい)をカウントした値を保持する。このカウント値は、比較回路16に転送される。また保持されてもよい。 The control signal generation circuit 8 is provided with a counter circuit (not shown), and is a value obtained by counting pulses (either rising or falling) when stepping up the write voltage generated by the voltage generation circuit 9 Hold. This count value is transferred to the comparison circuit 16. It may also be held.

比較回路16は、閾値LevelA、LevelB、LevelCそれぞれについて、カウント値とベリファイ電圧切替ステップアップ数のデータとを比較し、その結果を制御信号発生回路8に転送する。制御信号発生回路8は、閾値LevelA、LevelB、LevelCそれぞれについて、その比較結果によりベリファイ電圧を制御する信号を発生する。電圧発生回路9は、制御信号発生回路8から転送される制御信号に基づき閾値LevelA、LevelB、LevelCそれぞれについて、ベリファイ電圧を発生する。 The comparison circuit 16 compares the count value and the data of the verify voltage switching step-up number for each of the threshold levels Level A, Level B, and Level C, and transfers the result to the control signal generation circuit 8. The control signal generation circuit 8 generates a signal for controlling the verify voltage for each of the threshold levels Level A, Level B, and Level C based on the comparison result. The voltage generation circuit 9 generates a verify voltage for each of the threshold levels Level A, Level B, and Level C based on the control signal transferred from the control signal generation circuit 8.

GIDLに起因する閾値レベルのシフト量は、閾値レベルの低いメモリセルほど大きく、閾値レベルの高いメモリセルほど小さいと考えられる。そこで、上記の例では、閾値LevelAについてはベリファイ電圧のステップ幅を大きくし、閾値LevelB、閾値LevelCとなるにしたがってベリファイ電圧のステップ幅を小さくすることが望ましい。 It is considered that the shift amount of the threshold level due to GIDL is larger as the memory cell has a lower threshold level and smaller as the memory cell has a higher threshold level. Therefore, in the above example, it is desirable to increase the step width of the verify voltage for the threshold Level A and to decrease the step width of the verify voltage as the threshold Level B and the threshold Level C are reached.

以上に示した閾値LevelA、B、Cそれぞれのベリファイ電圧と書き込み電圧Vpgmのパルス印加回数との関係を表にすると、表1のようになる。なお、表1に挙げた数値は一例であって、これに限定されるものではなく、ベリファイ電圧の切り替え数、それぞれのベリファイ電圧値、ベリファイ電圧切替ステップ数ともに、多数のバリエーションがありうる。

Figure 2009037720
Table 1 shows the relationship between the verify voltages of the threshold levels A, B, and C and the number of pulse application times of the write voltage Vpgm shown above. The numerical values listed in Table 1 are merely examples, and the present invention is not limited to this. There are many variations in the number of verify voltage switches, the respective verify voltage values, and the number of verify voltage switching steps.
Figure 2009037720

比較回路16による、カウンタ値とステップアップ数とを比較した結果により、制御信号発生回路8は、閾値レベルに応じて以下に示すように電圧発生回路9を制御する。ステップアップ数が2以下の間、制御信号発生回路8は、閾値LevelA、B、Cともにそれぞれの第1のベリファイ電圧(A−1、B−1、C−1)を生成するように電圧発生回路9を制御する。 Based on the result of comparing the counter value and the step-up number by the comparison circuit 16, the control signal generation circuit 8 controls the voltage generation circuit 9 as follows according to the threshold level. While the number of step-ups is 2 or less, the control signal generation circuit 8 generates voltages so that the threshold levels A, B, and C generate the first verify voltages (A-1, B-1, and C-1), respectively. The circuit 9 is controlled.

ステップアップ数が3乃至5の間、制御信号発生回路8は、閾値LevelAについては、第2のベリファイ電圧(A−2)を、閾値LevelB、Cについては、第1のベリファイ電圧(B−1、C−1)を生成するように電圧発生回路9を制御する。 While the step-up number is 3 to 5, the control signal generation circuit 8 sets the second verify voltage (A-2) for the threshold Level A, and the first verify voltage (B-1) for the threshold Levels B and C. , C-1) is controlled.

ステップアップ数が6乃至8の間、制御信号発生回路8は、閾値LevelAについては、第3のベリファイ電圧(A−3)を、閾値LevelBについては、第2のベリファイ電圧(B−2)を、閾値LevelCについては、第1のベリファイ電圧(C−1)を生成するように電圧発生回路9を制御する。 While the step-up number is 6 to 8, the control signal generation circuit 8 applies the third verify voltage (A-3) for the threshold Level A and the second verify voltage (B-2) for the threshold Level B. For the threshold Level C, the voltage generation circuit 9 is controlled so as to generate the first verify voltage (C-1).

ステップアップ数が9のとき、制御信号発生回路8は、閾値LevelAについては、第3のベリファイ電圧(A−3)を、閾値LevelBについては、第3のベリファイ電圧(B−3)を、閾値LevelCについて第1のベリファイ電圧(C−1)を生成するように電圧発生回路9を制御する。 When the step-up number is 9, the control signal generation circuit 8 sets the third verify voltage (A-3) for the threshold Level A and the third verify voltage (B-3) for the threshold Level B. The voltage generation circuit 9 is controlled so as to generate the first verify voltage (C-1) for Level C.

ステップアップ数が10以降、制御信号発生回路8は、閾値LevelAについては、第4のベリファイ電圧(A−4)を、閾値LevelBについては、第3のベリファイ電圧(B−3)を、閾値LevelCについては、第2のベリファイ電圧(C−2)を生成するように電圧発生回路9を制御する。 After the step-up number is 10, the control signal generation circuit 8 sets the fourth verify voltage (A-4) for the threshold Level A, the third verify voltage (B-3) for the threshold Level B, and the threshold Level C. For the above, the voltage generation circuit 9 is controlled so as to generate the second verify voltage (C-2).

図20は、本発明の第1の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置がメモリセルにデータを書き込む際の処理の流れを説明するフローチャートを示す。ステップS2001の処理として、カウンタ回路のカウント値を初期化する。例えば、1に初期化する。ステップS2002の処理として、書き込み電圧(Vpgm)の値を決定する。上述のように書き込み電圧はステップアップするので、書き込み電圧の値は主にカウンタ回路のカウント値により決定される。ステップS2003の処理として、ステップS2002で決定された書き込み電圧(Vpgm)を選択ワード線に印加し、データ書き込みを行う。 FIG. 20 is a flowchart for explaining the flow of processing when the nonvolatile semiconductor memory device according to the first embodiment of the present invention writes data to the memory cell. In step S2001, the count value of the counter circuit is initialized. For example, it is initialized to 1. In step S2002, the write voltage (Vpgm) value is determined. Since the write voltage is stepped up as described above, the value of the write voltage is mainly determined by the count value of the counter circuit. In step S2003, the write voltage (Vpgm) determined in step S2002 is applied to the selected word line to perform data write.

次に、ステップS2004の処理として、閾値に対応するベリファイ電圧の値を決定する。すなわち、データが書き込まれるメモリセルの閾値がLevelE、LevelA、LevelB、LevelCの何れか、また、カウンタ回路のカウント値を用いた比較回路16による比較結果がどのようになっているかに応じて、ベリファイ電圧が決定される。また、以下に述べるように、選択ワード線の位置を考慮してベリファイ電圧が決定されてもよい。 Next, as the processing in step S2004, the value of the verify voltage corresponding to the threshold value is determined. That is, depending on whether the threshold value of the memory cell into which data is written is Level E, Level A, Level B, or Level C, and the comparison result by the comparison circuit 16 using the count value of the counter circuit, The voltage is determined. Further, as described below, the verify voltage may be determined in consideration of the position of the selected word line.

そして、ステップS2005の処理として、選択ワード線にステップS2004で決定されたベリファイ電圧を印加し、閾値のベリファイを行う。このとき、選択ワード線に複数の閾値に設定されるメモリセルが複数存在すれば、それぞれの閾値などに応じたベリファイ電圧が複数順次印加されてベリファイが行われるようになっていてもよい。 In step S2005, the verify voltage determined in step S2004 is applied to the selected word line to verify the threshold value. At this time, if there are a plurality of memory cells set to a plurality of thresholds on the selected word line, a plurality of verify voltages corresponding to the respective thresholds may be sequentially applied to perform the verification.

ステップS2006として、ベリファイの結果を参照し、選択ワード線に接続された全てのメモリセルの閾値が、書き込まれるデータに応じた値であるかどうかを判断する。その判断が肯定的なものであれば、ステップS2007へ処理を移行させ、書き込み成功を、不揮発性半導体記憶装置が接続された外部の機器に通知し、処理を終了する。 In step S2006, the verification result is referred to, and it is determined whether or not the threshold values of all the memory cells connected to the selected word line are values corresponding to the data to be written. If the determination is affirmative, the process proceeds to step S2007, the writing success is notified to an external device connected to the nonvolatile semiconductor memory device, and the process is terminated.

もし、ステップS2006の判断の結果が否定的であれば、ステップS2008へ処理を移行し、ROMヒューズ122などに格納されているループ回数の上限を示すパラメータであるMAXと、カウンタ回路のカウント値を比較する。もし、カウント値がMAXを超えているならば、ステップS2009へ処理を移行し、書き込みの失敗を通知し、処理を終了する。もし、カウント値がMAXを超えていなければステップS2010の処理において、カウント値のインクリメントを行い、ステップS2002へ戻る。 If the result of the determination in step S2006 is negative, the process proceeds to step S2008, and MAX, which is a parameter indicating the upper limit of the number of loops stored in the ROM fuse 122, and the count value of the counter circuit are set. Compare. If the count value exceeds MAX, the process proceeds to step S2009, a write failure is notified, and the process ends. If the count value does not exceed MAX, in step S2010, the count value is incremented, and the process returns to step S2002.

以上に示した本発明の第1の実施形態は、メモリセルが選択ゲートトランジスタと隣接するかどうか、メモリセルと選択ゲートトランジスタの間に他のメモリセルがいくつ存在するか、を示すメモリセルと選択ゲートトランジスタの位置関係に応じて適用の有無を以下のように決めてもよい。メモリセルと選択ゲートトランジスタの位置関係は、そのメモリセルを接続するワード線とSGS、SGDとの位置関係で記述することが可能である。そこで、ワード線とSGS、SGDとの位置関係を考慮してベリファイ電圧を変更するようにしてもよい。 The first embodiment of the present invention described above includes a memory cell that indicates whether a memory cell is adjacent to a selection gate transistor and how many other memory cells exist between the memory cell and the selection gate transistor. The presence or absence of application may be determined as follows according to the positional relationship of the select gate transistors. The positional relationship between the memory cell and the select gate transistor can be described by the positional relationship between the word line connecting the memory cell and SGS and SGD. Therefore, the verify voltage may be changed in consideration of the positional relationship between the word line and SGS and SGD.

すなわち、以上に示した本発明の第1の実施形態は、GIDLの影響を受けやすい図4に示すSGSに近いワード線WL0の書き込みに限定して適用されるものとし、残りのワード線WL1〜WLnについては、通常のベリファイ電圧を用いて書き込みが行われるようにしてもよい。 That is, the first embodiment of the present invention described above is applied only to the writing of the word line WL0 close to SGS shown in FIG. 4 that is easily affected by GIDL, and the remaining word lines WL1 to WL1 are applied. For WLn, writing may be performed using a normal verify voltage.

また、本発明の第1の実施形態は、GIDLの影響を受けやすい図4及び図8に示すSGS、SGDに近いワード線WL0とWLnに限定して適用されるものとし、残りのワード線WL1〜WLn−1については、通常の一つのベリファイ電圧を用いて書き込みが行われるようにしてもよい。 Further, the first embodiment of the present invention is applied only to the word lines WL0 and WLn close to SGS and SGD shown in FIGS. 4 and 8 that are easily affected by GIDL, and the remaining word lines WL1. With respect to ˜WLn−1, writing may be performed using one normal verify voltage.

図14(b)は、本発明の第1の実施形態によりSGSに隣接するワード線WL0上のメモリセルにおいて、LevelAの第1のベリファイ電圧(A−1)から、第二のベリファイ電圧(A−2)に切替わる直前(図13(b)のステップアップ数3の書き込み直後)における、閾値LevelAのデータが書き込まれるべきメモリセルの閾値分布を示した図である。 FIG. 14B shows the memory cell on the word line WL0 adjacent to the SGS according to the first embodiment of the present invention, from the first verify voltage (A-1) of Level A to the second verify voltage (A FIG. 14 is a diagram showing threshold distributions of memory cells to which data of threshold level A should be written immediately before switching to (-2) (immediately after writing of step-up number 3 in FIG. 13B).

図14(c)は、本発明の第1の実施形態によりSGSに隣接するワード線WL0上のメモリセルにおいて、LevelBの第1のベリファイ電圧(B−1)から、第二のベリファイ電圧(B−2)に切替わる直前(図13(b)のステップアップ数6の書き込み直後)における、閾値LevelBのデータが書き込まれるべきメモリセルの閾値分布を示した図である。 FIG. 14C shows the first verify voltage (B-1) of the Level B to the second verify voltage (B-1) in the memory cell on the word line WL0 adjacent to the SGS according to the first embodiment of the invention. -2) is a diagram showing a threshold distribution of memory cells to which data of threshold level B should be written immediately before switching to (just after writing of step-up number 6 in FIG. 13B).

また、図14(d)は、本発明の第1の実施形態によりSGSに隣接するワード線WL0上のメモリセルにおいて、LevelCの第1のベリファイ電圧(C−1)から、第二のベリファイ電圧(C−2)に切替わる直前(図13(b)のステップアップ数10の書き込み直後)における、閾値LevelCのデータが書き込まれるべきメモリセルの閾値分布を示した図である。なお、閾値LevelEのデータが書き込まれるべきメモリセルについては、書き込みが行われない消去状態の閾値分布を示している。 FIG. 14D shows the second verify voltage from the first verify voltage (C-1) of Level C in the memory cell on the word line WL0 adjacent to SGS according to the first embodiment of the present invention. It is the figure which showed the threshold value distribution of the memory cell in which the data of threshold LevelC should be written just before switching to (C-2) (immediately after writing of the step-up number of 10 in FIG. 13B). Note that, for memory cells to which data of threshold level E is to be written, the threshold distribution in an erased state where writing is not performed is shown.

図14(a)は、SGSに隣接するワード線WL0上のメモリセル全ての書き込みを終えた後のメモリセルの閾値分布を示す図である。これらは、SGDに隣接するワード線WLn上のメモリセルの閾値分布に関しても同様である。 FIG. 14A is a diagram showing the threshold distribution of the memory cells after all the memory cells on the word line WL0 adjacent to the SGS have been written. The same applies to the threshold distribution of the memory cells on the word line WLn adjacent to the SGD.

ここまで説明した本発明の第1の実施形態によれば、図14(b)に示すように早く書き込みを終了したメモリセルの閾値レベルは、本来の閾値分布よりも低い電位に分布する。しかし、GIDLによりメモリセルの閾値レベルが高い電位に遷移すると、図14(a)に示すようにほぼ本来の閾値分布に収まることとなる。また、概略SGSに近いメモリセルから、SGDに近いメモリセルに向かって順に書き込みを行う場合には、WL0上のメモリセルは、WLn上のメモリセルよりも先に書き込みが完了し、閾値のシフト量が大きくなるため、LevelA、LevelB、LevelCに対応する各ベリファイレベルについては、SGSに隣接するワード線WL0上のメモリセルに対するベリファイの電圧値は、SGDに隣接するワード線WLn上のメモリセルに対するベリファイの電圧値よりも低く設定することが望ましい。 According to the first embodiment of the present invention described so far, as shown in FIG. 14B, the threshold level of the memory cell that has finished writing earlier is distributed at a potential lower than the original threshold distribution. However, when the threshold level of the memory cell is changed to a high potential due to GIDL, the threshold value distribution is almost within the original threshold distribution as shown in FIG. In addition, when writing is performed sequentially from the memory cell close to SGS toward the memory cell close to SGD, the memory cell on WL0 completes writing earlier than the memory cell on WLn, and the threshold shift is performed. Since the amount increases, for each verify level corresponding to Level A, Level B, and Level C, the verify voltage value for the memory cell on word line WL0 adjacent to SGS is equal to the memory cell on word line WLn adjacent to SGD. It is desirable to set it lower than the verify voltage value.

また、本発明の第1の実施形態は、GIDLの影響を受けやすい、SGSに近いメモリや、SGDに近いメモリセルにのみ適用可能なものではなく、任意の位置のメモリセルに対しても適用することができる。 In addition, the first embodiment of the present invention is not only applicable to a memory close to SGS or a memory cell close to SGD that is easily affected by GIDL, but also to a memory cell at an arbitrary position. can do.

すなわち、メモリセル(例えば、図8のMC0n−2)への書き込みが行われた後に、その周囲のメモリセル(例えば、図8のMC1n−2、MC0n−1など)への書き込みが行われる場合、対向側面間容量などにより図8のMC0n−2のメモリセルの閾値が高い方に遷移する場合がある。そこで、本発明の第1の実施形態で説明したように、複数のベリファイ電圧を用いて書き込みをすることにより、周囲のメモリセルへの書き込みによる閾値の遷移を相殺することができる。 That is, after writing into a memory cell (for example, MC0n-2 in FIG. 8), writing into a surrounding memory cell (for example, MC1n-2, MC0n-1 in FIG. 8) is performed. In some cases, the threshold value of the memory cell MC0n-2 in FIG. Therefore, as described in the first embodiment of the present invention, threshold value transitions caused by writing to surrounding memory cells can be canceled by writing using a plurality of verify voltages.

図15は、複数のベリファイ電圧として上述の(A−1)、(A−2)、(A−3)、(A−4)を用いて、任意の位置のメモリセルに書き込みを行った場合の、メモリセルの閾値の分布の遷移を説明する図である。 FIG. 15 shows a case where writing is performed to a memory cell at an arbitrary position using the above-described (A-1), (A-2), (A-3), and (A-4) as a plurality of verify voltages. It is a figure explaining the transition of the distribution of the threshold value of a memory cell.

図15(a)は、ベリファイ電圧として最も低い(A−1)を用いて書き込みを行った直後の閾値の分布を示す。そして、もし、十分な閾値が得られれば、それで書き込みの処理が終了する。また、もし、(A−1)で十分な閾値が得られなければ、次にベリファイ電圧として2番目に低い(A−2)が用いられる。その結果、図15(b)に示される閾値の分布が得られる。なお、図15(b)に示す分布が左右非対称であり、閾値の低いほうに裾を引いている理由の一つは、ベリファイ電圧として(A−1)を用いて十分な閾値が得られたと判断されたメモリセルが存在しているからである。 FIG. 15A shows a threshold distribution immediately after writing using the lowest verify voltage (A-1). If a sufficient threshold is obtained, the writing process is completed. If a sufficient threshold is not obtained in (A-1), the next lowest verify voltage (A-2) is used. As a result, the threshold distribution shown in FIG. 15B is obtained. Note that one of the reasons that the distribution shown in FIG. 15B is asymmetrical and has a lower threshold is that a sufficient threshold is obtained using (A-1) as the verify voltage. This is because the determined memory cell exists.

以下同様に、(A−2)を用いても十分な閾値が得られなければ、ベリファイ電圧として(A−3)が用いられ、図15(d)に示す閾値の分布が得られる。(A−3)を用いても十分な閾値が得られなければ、ベリファイ電圧として(A−4)が用いられて、図15(e)に示す電圧の分布が得られる。 Similarly, if a sufficient threshold is not obtained even when (A-2) is used, (A-3) is used as the verify voltage, and the threshold distribution shown in FIG. 15 (d) is obtained. If a sufficient threshold is not obtained even when (A-3) is used, (A-4) is used as the verify voltage, and the voltage distribution shown in FIG.

ベリファイ電圧として(A−1)、(A−2)、(A−3)、(A−4)を用いる場合について説明したが、他のベリファイ電圧(B−1)、(B−2)、(B−3)、(C−1)、(C−2)を用いて書き込みを行う場合についても同様である。また、ベリファイ電圧の数は、ここに示した数に限定されず、適宜な数を採用することができる。 Although the case where (A-1), (A-2), (A-3), and (A-4) are used as the verify voltages has been described, other verify voltages (B-1), (B-2), The same applies to writing using (B-3), (C-1), and (C-2). The number of verify voltages is not limited to the number shown here, and an appropriate number can be adopted.

また、閾値の分布が左右非対称で裾を引く別の理由としては、周囲のメモリセルへの書き込みの状況によっては、メモリセル間干渉を受けないメモリセルも発生し得、そのようなメモリセルは、低いベリファイ電圧での書き込みの閾値を保持し続けることになる。しかし、一般的には、周囲のメモリセルへの書き込みが行われることにより、そのような低いベリファイ電圧での書き込みの閾値を保持し続けるメモリセルの数は指数関数的に減少するものと考えられる。 Another reason why the threshold distribution is asymmetrical and has a trailing edge is that depending on the situation of writing to surrounding memory cells, memory cells that are not subject to interference between memory cells may also occur, and such memory cells Therefore, the threshold value for writing at a low verify voltage is kept. However, in general, it is considered that the number of memory cells that continue to maintain the threshold for writing at such a low verify voltage decreases exponentially by writing to the surrounding memory cells. .

また、低いベリファイ電圧での書き込みの閾値を保持し続けるメモリセルが存在することで、閾値が低く設定され、それが原因で誤読み出しが発生するとしても、次のように解決することができる。すなわち、I/Oコントロール回路2に入力されたデータをそのままメモリセルアレイ121に書き込むのではなく、データレジスタ/センスアンプ回路13などにより、エラー訂正コードなどを付加して冗長性を持たせて書き込む。そして、読み出し時には、チップ外部に具備されたECC(Error Correction Circuit)(不図示)によりエラー訂正を行うようにすれば、読み出し時のエラーを少なくすることができる。 Further, even if a threshold value is set low due to the presence of a memory cell that continues to hold a threshold value for writing at a low verify voltage, and erroneous reading occurs due to this, the problem can be solved as follows. That is, the data input to the I / O control circuit 2 is not written in the memory cell array 121 as it is, but is written with redundancy by adding an error correction code or the like by the data register / sense amplifier circuit 13 or the like. At the time of reading, error correction at the time of reading can be reduced if error correction is performed by an ECC (Error Correction Circuit) (not shown) provided outside the chip.

また、先に書き込みが完了するメモリセルへのデータの書き込みに用いられるベリファイ電圧を、後に書き込みが完了するメモリセルへのデータの書き込みに用いられるベリファイ電圧より低めに設定するようにしてもよい。逆に言えば、後に書き込みが完了するメモリセルへのデータの書き込みように用いられるベリファイ電圧を先に書き込みが完了するメモリセルへのデータの書き込みに用いられるベリファイ電圧よりも高く設定してもよい。これにより、後に書き込みが完了するメモリセルの閾値が先に書き込みが完了するメモリセルの閾値よりも高く設定されることになる。 Alternatively, the verify voltage used for writing data to the memory cell that has been written first may be set lower than the verify voltage used to write data to the memory cell that has been written later. In other words, the verify voltage used to write data to the memory cell where writing is completed later may be set higher than the verify voltage used to write data to the memory cell where writing is completed first. . As a result, the threshold value of the memory cell in which writing is completed later is set higher than the threshold value of the memory cell in which writing is completed first.

これらのベリファイ電圧は、例えば、ROMヒューズ領域122に記憶され、制御信号発生回路8により読み取られて、制御が行われる。 These verify voltages are stored, for example, in the ROM fuse region 122 and read by the control signal generation circuit 8 to be controlled.

本実施例は、上述のように、選択ゲートトランジスタに隣接するワード線に接続されるメモリセルだけでなく、選択ゲートトランジスタに隣接しないメモリセルに対しても適用できる。この場合、選択ゲートに隣接しないメモリセルに対しては、ベリファイ電圧の段階的な変化量を、選択ゲートトランジスタに隣接するメモリセルよりも小さく設定することが好ましい。言い換えれば、選択ゲートトランジスタに隣接するメモリセルに対しては、ベリファイ電圧の段階的な変化量を、選択ゲートトランジスタに隣接しないメモリセルよりも大きく設定するのが好ましい。なぜなら、選択ゲートトランジスタに隣接するメモリセルに対しては、メモリセル間干渉により生じるメモリセル閾値の上昇に加え、GIDLにより生じる電子注入で生じるメモリセル閾値上昇が発生するからである。また、選択ゲートトランジスタに隣接するメモリセルに関しては、概略ソース線側に近いワード線に接続されるセルから順に書き込みを行う場合には、ソース線側の選択ゲートトランジスタに隣接するメモリセルには、ビット線側の選択ゲートトランジスタに隣接するメモリセルよりも、ベリファイ電圧の段階的な変化量を大きく設定することが望ましい。 As described above, this embodiment can be applied not only to a memory cell connected to a word line adjacent to a selection gate transistor but also to a memory cell not adjacent to a selection gate transistor. In this case, for a memory cell not adjacent to the selection gate, it is preferable to set the stepwise change amount of the verify voltage smaller than that of the memory cell adjacent to the selection gate transistor. In other words, for the memory cell adjacent to the select gate transistor, it is preferable to set the stepwise change amount of the verify voltage larger than that of the memory cell not adjacent to the select gate transistor. This is because for the memory cell adjacent to the select gate transistor, in addition to an increase in the memory cell threshold value caused by inter-memory cell interference, an increase in the memory cell threshold value caused by electron injection caused by GIDL occurs. As for the memory cell adjacent to the selection gate transistor, when writing is performed in order from the cell connected to the word line close to the source line side, the memory cell adjacent to the selection gate transistor on the source line side includes: It is desirable to set the stepwise change amount of the verify voltage larger than that of the memory cell adjacent to the select gate transistor on the bit line side.

以上に示した本発明の第1の実施形態によれば、多値記憶方式の不揮発性半導体記憶装置において、通常のベリファイ電圧よりも低いベリファイ電圧を段階的に設定することにより、比較的低い書き込み電圧Vpgmで書き込みが終了するメモリセルについては、通常設定されるべき閾値レベルよりも低い閾値レベルの段階で、書き込みを早く終了することになる。 According to the first embodiment of the present invention described above, in the multi-value storage type nonvolatile semiconductor memory device, by setting the verify voltage lower than the normal verify voltage stepwise, relatively low write For a memory cell in which writing is completed with the voltage Vpgm, the writing is ended earlier at a threshold level lower than the threshold level to be normally set.

これにより書き込みを早く終了したメモリセルの閾値レベルがGIDLやメモリセル間干渉などによって高い電位に遷移しても、その遷移分を相殺することとなるので、結果的に書き込みデータに対応した閾値範囲に収まるようにすることができる。 As a result, even if the threshold level of the memory cell that has finished writing earlier transitions to a higher potential due to GIDL or inter-memory cell interference, the amount of the transition is canceled out. As a result, the threshold range corresponding to the write data Can fit in.

(第2の実施形態)
本発明の第2の実施形態は、第1の実施形態と同様に書き込み電圧Vpgmのステップアップ数に応じて通常のベリファイ電圧よりも低いベリファイ電圧を段階的に設定するだけでなく、以下の書き込み方式を併せて用いる。本発明の第2の実施形態で用いる書き込み方式は、閾値分布を狭くするために、書き込む各閾値レベルのターゲットよりもやや低い閾値レベルまで書き込みが完了した場合に、それ以降の書き込みでは、書き込み電圧の印加時におけるビット線電位を0Vと電源電圧Vddとの間の電位に制御する方式である。本発明では、便宜上この書き込み方式を第2の書き込み方式と呼称し、第1の実施形態において用いた通常の書き込み方式を第1の書き込み方式と呼称する。
(Second Embodiment)
The second embodiment of the present invention not only sets the verify voltage lower than the normal verify voltage stepwise according to the number of steps up of the write voltage Vpgm as in the first embodiment, but also performs the following write Use together. In the writing method used in the second embodiment of the present invention, in order to narrow the threshold distribution, when writing is completed to a threshold level slightly lower than the target of each threshold level to be written, In this method, the bit line potential at the time of application is controlled to a potential between 0 V and the power supply voltage Vdd. In the present invention, for convenience, this writing method is referred to as a second writing method, and the normal writing method used in the first embodiment is referred to as a first writing method.

図16は、第2の書き込み方式を用いた場合の電圧の印加パターンについて説明するための図である。第2の書き込み方式は、第1の書き込み方式のように任意の位置のメモリセルに対して適用できる。ここでは、図16に示すメモリセルMC00について書き込みが行われるとする。第2の書き込み方式では、ベリファイ動作を大きく2段階に分け、通常のベリファイ電圧(Vr)と通常のベリファイ電圧よりも低いロウベリファイ電圧(VL)とに分けられる。第1の書き込み方式では、書き込み対象となるメモリセルのビット線は0Vになるように制御される。そして、選択ワード線に印加される書き込み電圧14V〜20V程度とチャネル電位0Vとの電位差によって、書き込み対象となるメモリセルのフローティングゲートには電子が注入される。 FIG. 16 is a diagram for explaining a voltage application pattern when the second writing method is used. The second write method can be applied to a memory cell at an arbitrary position as in the first write method. Here, it is assumed that writing is performed on the memory cell MC00 shown in FIG. In the second write method, the verify operation is roughly divided into two stages, that is, a normal verify voltage (Vr) and a low verify voltage (VL) lower than the normal verify voltage. In the first write method, the bit line of the memory cell to be written is controlled to be 0V. Electrons are injected into the floating gate of the memory cell to be written by the potential difference between the write voltage of about 14V to 20V applied to the selected word line and the channel potential of 0V.

これに対して、第2の書き込み方式では、書き込み対象となるメモリセルの閾値が、このロウベリファイ電圧(VL)を超えると、図17(b)に示すようにビット線BL0の電圧が、0Vから書き込み制御電圧(Vreg)に制御される。書き込み制御電圧(Vreg)は、0VとVddとの中間電位に設定される。そして、選択ワード線に印加される書き込み電圧14V〜20V程度とチャネル電位Vregとの電位差を小さくすることによって、書き込み対象となるメモリセルのフローティングゲートに注入される電子の増加量を第1の書き込み方式よりも小さくする。これにより、ベリファイ電圧に達するまで、書き込み電圧パルスの印加とベリファイを繰り返し実行し、書き込み対象となるメモリセルの閾値は、目的の閾値範囲内に設定される。この結果、メモリセルの閾値分布を一定の範囲に集中させることができること、言い換えれば、メモリセルの閾値の制御性が高くなり、最終的に閾値分布は狭まる。 On the other hand, in the second write method, when the threshold value of the memory cell to be written exceeds the row verify voltage (VL), the voltage of the bit line BL0 is 0 V as shown in FIG. To the write control voltage (Vreg). The write control voltage (Vreg) is set to an intermediate potential between 0V and Vdd. Then, by reducing the potential difference between the write voltage 14V to 20V applied to the selected word line and the channel potential Vreg, the amount of increase in electrons injected into the floating gate of the memory cell to be written is reduced to the first write. Make it smaller than the method. Thus, the application of the write voltage pulse and the verification are repeatedly executed until the verify voltage is reached, and the threshold value of the memory cell to be written is set within the target threshold range. As a result, the threshold distribution of the memory cell can be concentrated in a certain range, in other words, the controllability of the threshold of the memory cell is increased, and the threshold distribution is finally narrowed.

図17(a)は、第2の書き込み方式による閾値レベルの変遷を示した図である。図17(b)は、第2の書き込み方式において、書き込み対象のメモリセルの閾値レベルがロウベリファイ電圧(VL)を超えたときに、ビット線電位が0Vから0VとVddとの間の中間電位Vregに制御されることを示した図である。図17(a)に示すように、このロウベリファイ電圧(VL)に達するまで閾値分布は、左側の山のように広がっている。閾値レベルがロウベリファイ電圧(VL)を超えると、図17(b)に示すようにビット線は0VとVddとの中間電位である書き込み制御電圧(Vreg)に制御される。この状態で書き込み電圧パルスを印加すると、チャネルからフローティングゲートへの電子注入の増加量は緩やかになり、ゆっくりとベリファイ電圧(Vr)に達するまで、書き込み電圧パルスの印加とベリファイが繰り返し実行される。これにより、書き込み対象となるメモリセルの閾値の変位が緩やかになる。最終的に閾値分布は、図17(a)に示す右側の山のようにより狭い分布範囲に設定されることになる。 FIG. 17A is a diagram showing transition of the threshold level according to the second writing method. FIG. 17B shows an intermediate potential between 0 V to 0 V and Vdd when the threshold level of the memory cell to be written exceeds the low verify voltage (VL) in the second programming method. It is the figure which showed being controlled by Vreg. As shown in FIG. 17A, the threshold distribution spreads like a mountain on the left side until the low verify voltage (VL) is reached. When the threshold level exceeds the low verify voltage (VL), the bit line is controlled to a write control voltage (Vreg) that is an intermediate potential between 0 V and Vdd, as shown in FIG. When a write voltage pulse is applied in this state, the amount of increase in electron injection from the channel to the floating gate is moderated, and the write voltage pulse is applied and verified repeatedly until the verify voltage (Vr) is slowly reached. Thereby, the displacement of the threshold value of the memory cell to be written becomes moderate. Eventually, the threshold distribution is set to a narrower distribution range such as the right mountain shown in FIG.

本発明の第2の実施形態は、ベリファイ電圧(Vr)だけでなく、第2の書き込み方式のロウベリファイ電圧(VL)も、書き込み電圧Vpgmのステップアップ数に応じて多段階に分割することが可能である。 In the second embodiment of the present invention, not only the verify voltage (Vr) but also the row verify voltage (VL) of the second write method can be divided in multiple stages according to the number of steps up of the write voltage Vpgm. Is possible.

図18(b)に示した一例を用いて説明すると、LevelAについては、ベリファイ電圧(Vr)は、第1のベリファイ電圧〜第4のベリファイ電圧に4分割され、1回目乃至3回目の各書き込み電圧Vpgmのパルス印加の後に第1のベリファイ電圧(A−1)、4乃至6回目の各書き込み電圧Vpgmのパルス印加の後に第2のベリファイ電圧(A−2)、7回目乃至10回目の各書き込み電圧Vpgmのパルス印加の後に第3のベリファイ電圧(A−3)、11回目以降の各書き込み電圧Vpgmのパルス印加の後に第4のベリファイ電圧(A−4)が使用される。また、ロウベリファイ電圧(VL)は同様に、第1のロウベリファイ電圧〜第4のロウベリファイ電圧に4分割され、1回目乃至3回目の各書き込み電圧Vpgmのパルス印加の後に第1のロウベリファイ電圧(AL−1)、4乃至6回目の各書き込み電圧Vpgmのパルス印加の後に第2のロウベリファイ電圧(AL−2)、7回目乃至10回目の各書き込み電圧Vpgmのパルス印加の後に第3のロウベリファイ電圧(AL−3)、11回目以降の各書き込み電圧Vpgmのパルス印加の後に第4のロウベリファイ電圧(AL−4)が使用される。 To explain using the example shown in FIG. 18B, for Level A, the verify voltage (Vr) is divided into a first verify voltage to a fourth verify voltage and each of the first to third write operations is performed. The first verify voltage (A-1) after applying the pulse of the voltage Vpgm, the second verify voltage (A-2) after applying the pulses of the fourth to sixth write voltages Vpgm, and the seventh to tenth times of each. The third verify voltage (A-3) is used after the pulse application of the write voltage Vpgm, and the fourth verify voltage (A-4) is used after the pulse application of each write voltage Vpgm for the eleventh and subsequent times. Similarly, the row verify voltage (VL) is divided into a first row verify voltage to a fourth row verify voltage, and the first row verify voltage is applied after the first to third write voltage Vpgm is applied. Voltage (AL-1), the second row verify voltage (AL-2) after the fourth to sixth pulse application of each write voltage Vpgm, and the third after the seventh to tenth write voltage Vpgm pulse application. The fourth row verify voltage (AL-4) is used after the pulse application of the write verify voltage Vpgm for the eleventh and subsequent times.

LevelBについては、ベリファイ電圧(Vr)は、第1のベリファイ電圧〜第3のベリファイ電圧に3分割され、1回目乃至6回目の各書き込み電圧Vpgmのパルス印加の後に第1のベリファイ電圧(B−1)、7乃至9回目の各書き込み電圧Vpgmのパルス印加の後に第2のベリファイ電圧(B−2)、10回目以降の各書き込み電圧Vpgmのパルス印加の後に第3のベリファイ電圧(B−3)が使用される。また、ロウベリファイ電圧(VL)は、第1のロウベリファイ電圧〜第3のロウベリファイ電圧に3分割され、1回目乃至6回目の各書き込み電圧Vpgmのパルス印加の後に第1のロウベリファイ電圧(BL−1)、7乃至9回目の各書き込み電圧Vpgmのパルス印加の後に第2のロウベリファイ電圧(BL−2)、10回目以降の各書き込み電圧Vpgmのパルス印加の後に第3のロウベリファイ電圧(BL−3)が使用される。 For Level B, the verify voltage (Vr) is divided into a first verify voltage to a third verify voltage, and the first verify voltage (B−) is applied after the first to sixth write voltages Vpgm are applied. 1) The second verify voltage (B-2) after the 7th to 9th pulse application of each write voltage Vpgm, and the third verify voltage (B-3) after the 10th and subsequent pulse application of each write voltage Vpgm. ) Is used. In addition, the row verify voltage (VL) is divided into a first row verify voltage to a third row verify voltage, and the first row verify voltage (VL) is applied after the first to sixth write voltage Vpgm is applied. BL-1), the second row verify voltage (BL-2) after the 7th to 9th pulse application of each write voltage Vpgm, and the 3rd row verify voltage after the 10th pulse application of each write voltage Vpgm. (BL-3) is used.

LevelCについては、ベリファイ電圧(Vr)は、第1のベリファイ電圧と第2のベリファイ電圧とに2分割され、1回目乃至10回目の各書き込み電圧Vpgmのパルス印加の後に第1のベリファイ電圧(C−1)、11回目以降の各書き込み電圧Vpgmのパルス印加の後に第2のベリファイ電圧(C−2)が使用される。また、ロウベリファイ電圧(VL)は、第1のロウベリファイ電圧と第2のロウベリファイ電圧とに2分割され、1回目乃至10回目の各書き込み電圧Vpgmのパルス印加の後に第1のロウベリファイ電圧(CL−1)、11回目以降の各書き込み電圧Vpgmのパルス印加の後に第2のロウベリファイ電圧(CL−2)が使用される。 For Level C, the verify voltage (Vr) is divided into a first verify voltage and a second verify voltage, and the first verify voltage (Cr) is applied after the first to tenth write voltage Vpgm is applied. -1) The second verify voltage (C-2) is used after pulse application of each write voltage Vpgm after the 11th time. The row verify voltage (VL) is divided into a first row verify voltage and a second row verify voltage, and the first row verify voltage is applied after the first to tenth write voltage Vpgm is applied. (CL-1), the second row verify voltage (CL-2) is used after the 11th and subsequent pulses of each write voltage Vpgm.

なお、本発明の第2の実施形態は、図18(a)、(b)に示したものに限られず、様々なバリエーションが考えられる。例えば、LevelB、LevelCは、段階に分けずに1つのロウベリファイ電圧、1つのベリファイ電圧としてもよいし、LevelCのみを段階に分けずに1つのロウベリファイ電圧、1つのベリファイ電圧としてもよい。さらに、より多くの段階を設定してもよい。 Note that the second embodiment of the present invention is not limited to that shown in FIGS. 18A and 18B, and various variations are conceivable. For example, Level B and Level C may be one row verify voltage and one verify voltage without being divided into stages, or only Level C may be one row verify voltage and one verify voltage without being divided into stages. Furthermore, more stages may be set.

また、ロウベリファイ電圧とベリファイ電圧の差は、LevelA,LevelB、LevelCとの間で異なっていてもよいし、同じであってもよい。また、同じLevelにおいては、各分割でのロウベリファイ電圧とベリファイ電圧の差が異なっていてもよいし、同じであってもよい。また、ロウベリファイ電圧の分割とベリファイ電圧の分割とは異なっていてもよい。例えば、LevelAについては、ロウベリファイ電圧は、Vpgmのパルス印加の数により、1回目乃至3回目、4回目乃至6回目、7回目乃至10回目、11回目以降により分割されていたが、一方ベリファイ電圧は、1回目乃至4回目、5回目乃至10回目、11回目以降により分割されていてもよい。 The difference between the low verify voltage and the verify voltage may be different among Level A, Level B, and Level C, or may be the same. In the same level, the difference between the row verify voltage and the verify voltage in each division may be different or the same. Further, the division of the low verify voltage may be different from the division of the verify voltage. For example, for Level A, the row verify voltage is divided into the first to third, fourth to sixth, seventh to tenth, and eleventh and subsequent times depending on the number of pulse application of Vpgm. May be divided by the first to fourth, fifth to tenth, eleventh and subsequent times.

また、パルス印加により、メモリセルの閾値がロウベリファイ電圧を超えたときの、電圧Vregは、そのロウベリファイ電圧に応じて設定されていてもよい。例えば、ロウベリファイ電圧が(AL−1)である場合にビット線に加えられる電圧Vregは、ロウベリファイ電圧が(BL―1)である場合よりも高く設定されていてもよい。このように設定することにより、ベリファイ電圧が低く浮遊ゲートに少ない電子が注入される場合には、ロウベリファイ電圧を超えてからの電子の注入量を少なくして、注入量を細かく制御することが可能となる。 Further, the voltage Vreg when the threshold value of the memory cell exceeds the row verify voltage by pulse application may be set according to the row verify voltage. For example, the voltage Vreg applied to the bit line when the row verify voltage is (AL-1) may be set higher than when the row verify voltage is (BL-1). By setting in this way, when the verify voltage is low and a small number of electrons are injected into the floating gate, it is possible to control the injection amount finely by reducing the injection amount of electrons after exceeding the low verify voltage. It becomes possible.

次に、図18(a)、(b)に示した本発明の第2の実施形態を実現する手段の構成については、ロウベリファイ電圧(VL)の初期設定データが増える点と、電圧発生回路9がロウベリファイ電圧(VL)を生成する点以外は、本発明の第1の実施形態と同じである。図1のブロック図を用いて説明する。図1に示すROMヒューズ122などに、書き込み動作に関する初期設定データが記憶される。記憶される初期データは、閾値レベルのデータ、各閾値レベルに応じたロウベリファイ電圧(VL)のデータ、閾値レベルに応じたベリファイ電圧(Vr)のデータ、閾値レベルに応じてロウベリファイ電圧(VL)を切り替える書き込み電圧Vpgmのステップアップ数、閾値レベルに応じてベリファイ電圧(Vr)を切り替える書き込み電圧Vpgmのステップアップ数、ロウベリファイ電圧(VL)の値、ベリファイ電圧(Vr)の値等である。本明細書においては、便宜上、閾値レベルに応じてロウベリファイ電圧を切り替える書き込み電圧Vpgmのステップアップ数を「ロウベリファイ電圧切替ステップアップ数(VL切替ステップアップ数)」と呼称する。また、閾値レベルに応じてベリファイ電圧を切り替える書き込み電圧Vpgmのステップアップ数を「ベリファイ電圧切替ステップアップ数(Vr切替ステップアップ数)」と呼称する。 Next, regarding the configuration of the means for realizing the second embodiment of the present invention shown in FIGS. 18A and 18B, the initial setting data of the low verify voltage (VL) increases, and the voltage generation circuit 9 is the same as the first embodiment of the present invention except that 9 generates a low verify voltage (VL). This will be described with reference to the block diagram of FIG. Initial setting data relating to the write operation is stored in the ROM fuse 122 shown in FIG. The initial data to be stored are threshold level data, row verify voltage (VL) data corresponding to each threshold level, verify voltage (Vr) data corresponding to the threshold level, and row verify voltage (VL) corresponding to the threshold level. The step-up number of the write voltage Vpgm for switching, the step-up number of the write voltage Vpgm for switching the verify voltage (Vr) according to the threshold level, the value of the row verify voltage (VL), the value of the verify voltage (Vr), etc. . In this specification, for the sake of convenience, the step-up number of the write voltage Vpgm for switching the row verification voltage in accordance with the threshold level is referred to as “row verification voltage switching step-up number (VL switching step-up number)”. Further, the step-up number of the write voltage Vpgm for switching the verify voltage in accordance with the threshold level is referred to as “verify voltage switching step-up number (Vr switching step-up number)”.

図18(a)、(b)の例では、ROMヒューズ122からパラメータレジスタ4に転送されるロウベリファイ電圧切替ステップアップ数のデータは以下のとおりとなる。閾値LevelAについては、ステップアップ数3、6、10のときにロウベリファイ電圧が切り替えられるので、3、6、10の値を示すデータがパラメータレジスタ4に転送される。閾値LevelBについては、ステップアップ数6、9のときにロウベリファイ電圧が切り替えられるので、6、9の値を示すデータがパラメータレジスタ4に転送される。閾値LevelCについては、ステップアップ数10のときにロウベリファイ電圧が切り替えられるので、10の値を示すデータがパラメータレジスタ4に転送される。このロウベリファイ電圧切替ステップアップ数のデータは、比較回路16に転送、保持される。この比較回路16は、制御信号発生回路8内部に含めてもよい。 In the examples of FIGS. 18A and 18B, the row verification voltage switching step-up data transferred from the ROM fuse 122 to the parameter register 4 is as follows. With respect to the threshold Level A, the row verify voltage is switched when the number of step-ups is 3, 6, and 10, so that data indicating the values of 3, 6, and 10 is transferred to the parameter register 4. For the threshold Level B, the row verify voltage is switched when the number of step-ups is 6 and 9, so that data indicating the values of 6 and 9 is transferred to the parameter register 4. As for the threshold Level C, the row verify voltage is switched when the step-up number is 10, so that data indicating a value of 10 is transferred to the parameter register 4. The data of the number of step-ups for the low verify voltage switching is transferred and held in the comparison circuit 16. The comparison circuit 16 may be included in the control signal generation circuit 8.

ベリファイ電圧切替ステップアップ数のデータについては、第1の実施形態で説明した例と同様である。 The data of the verify voltage switching step-up number is the same as the example described in the first embodiment.

他方、ROMヒューズ122に記憶された閾値LevelA、LevelB、LevelCそれぞれのロウベリファイ電圧(VL)に対応するデータは、パラメータレジスタ4を通じて制御信号発生回路8に転送、保持される。閾値LevelA、LevelB、LevelCそれぞれのロウベリファイ電圧(VL)に対応するデータは、図18(b)に示す例で説明すると、閾値LevelAについては、4つのロウベリファイ電圧を切り替えること、第1のロウベリファイ電圧がAL−1(例えば0V)、第2のロウベリファイ電圧がAL−2(例えば0.2V)、第3のロウベリファイ電圧がAL−3(例えば0.4V)、第4のベリファイ電圧がA−4(例えば0.6V)を示すデータである。閾値LevelBについては、3つのベリファイ電圧を切り替えること、第1のベリファイ電圧がBL−1(例えば1.4V)、第2のベリファイ電圧がBL−2(例えば1.5V)、第3のベリファイ電圧がBL−3(例えば1.6V)を示すデータである。閾値LevelCについては、2つのベリファイ電圧を切り替えること、第1のベリファイ電圧がCL−1(例えば2.5V)、第2のベリファイ電圧がCL−2(例えば2.6V)である。 On the other hand, data corresponding to each of the low verify voltages (VL) of the threshold levels A, B, and C stored in the ROM fuse 122 is transferred and held in the control signal generation circuit 8 through the parameter register 4. The data corresponding to the row verify voltages (VL) of the threshold levels A, Level B, and Level C will be described with reference to the example shown in FIG. 18B. For the threshold level A, the four row verify voltages are switched, and the first row verify voltage (VL) is switched. The verify voltage is AL-1 (eg, 0V), the second row verify voltage is AL-2 (eg, 0.2V), the third row verify voltage is AL-3 (eg, 0.4V), and the fourth verify voltage. Is data indicating A-4 (for example, 0.6 V). As for the threshold level B, the three verify voltages are switched, the first verify voltage is BL-1 (for example, 1.4V), the second verify voltage is BL-2 (for example, 1.5V), and the third verify voltage. Is data indicating BL-3 (for example, 1.6 V). Regarding the threshold Level C, switching between two verify voltages is performed, the first verify voltage is CL-1 (for example, 2.5 V), and the second verify voltage is CL-2 (for example, 2.6 V).

ROMヒューズ122に記憶された閾値LevelA、LevelB、LevelCそれぞれのベリファイ電圧(Vr)に対応するデータについては、本発明の第1の実施形態に示した例と同様である。 The data corresponding to the verify voltages (Vr) of the threshold levels A, B, and C stored in the ROM fuse 122 is the same as the example shown in the first embodiment of the present invention.

制御信号発生回路8に含まれるカウンタ回路、電圧発生回路9が生成する書き込み電圧をステップアップする際のパルス(立ち上りまたは立ち下りいずれでもよい)をカウントした値を保持する。このカウント値は、比較回路16に転送、保持される。この比較回路16は、制御信号発生回路8内部に含めてもよい。 A counter circuit included in the control signal generation circuit 8 and a value obtained by counting pulses (which may be rising or falling) when stepping up the write voltage generated by the voltage generation circuit 9 are held. This count value is transferred to and held in the comparison circuit 16. The comparison circuit 16 may be included in the control signal generation circuit 8.

比較回路16は、閾値LevelA、LevelB、LevelCそれぞれについて、前記カウント値とロウベリファイ電圧切替ステップアップ数のデータ及びベリファイ電圧切替ステップアップ数のデータとを比較し、その結果を制御信号発生回路8に転送する。制御信号発生回路8は、閾値LevelA、LevelB、LevelCそれぞれについて、その比較結果により、ロウベリファイ電圧(VL)及びベリファイ電圧(Vr)を制御する信号を発生する。電圧発生回路9は、制御信号発生回路8から転送される制御信号に基づき閾値LevelA、LevelB、LevelCそれぞれについて、ロウベリファイ電圧及びベリファイ電圧を発生する。 The comparison circuit 16 compares the count value with the data of the row verification voltage switching step-up number and the data of the verification voltage switching step-up number for each of the threshold levels Level A, Level B, and Level C, and the result is sent to the control signal generation circuit 8. Forward. The control signal generation circuit 8 generates a signal for controlling the row verify voltage (VL) and the verify voltage (Vr) for each of the threshold levels Level A, Level B, and Level C based on the comparison result. The voltage generation circuit 9 generates a low verify voltage and a verify voltage for each of the threshold levels Level A, Level B, and Level C based on the control signal transferred from the control signal generation circuit 8.

GIDLやメモリセル間干渉などに起因する閾値レベルのシフト量は、閾値レベルの低いメモリセルほど大きく、閾値レベルの高いメモリセルほど小さい。そこで、上記の例では、閾値LevelAについてはロウベリファイ電圧及びベリファイ電圧のステップ幅を大きくし、閾値LevelB、閾値LevelCとなるにしたがってロウベリファイ電圧及びベリファイ電圧のステップ幅を小さくすることが望ましい。 The shift amount of the threshold level due to GIDL or inter-memory cell interference is larger as the memory cell has a lower threshold level and smaller as the memory cell has a higher threshold level. Therefore, in the above example, it is desirable to increase the step width of the low verify voltage and the verify voltage for the threshold Level A, and to decrease the step width of the low verify voltage and the verify voltage as the threshold Level B and threshold Level C are reached.

以上に示した閾値LevelA、B、Cそれぞれのロウベリファイ電圧(VL)と書き込み電圧Vpgmのパルス印加回数との関係、及び閾値LevelA、B、Cそれぞれのベリファイ電圧(Vr)と書き込み電圧Vpgmのパルス印加回数との関係を表にすると、表2のようになる。なお、表2に挙げた数値は一例であって、これに限定されるものではなく、ベリファイ電圧の切り替え数、それぞれのベリファイ電圧値、ベリファイ電圧切替ステップ数ともに、多数のバリエーションがありうる。また、各レベルのロウベリファイ電圧は、各レベルのベリファイレベルよりも低く設定する限り、切り替えるステップアップ数は、ベリファイレベルの切り替えステップアップ数に対して、メモリセルの特性に合わせて任意に設定しても同様の効果が得られる。

Figure 2009037720
The relationship between the low verify voltage (VL) of each of the threshold levels A, B, and C and the number of pulses applied to the write voltage Vpgm, and the verify voltage (Vr) of each of the threshold levels A, B, and C and the pulse of the write voltage Vpgm. Table 2 shows the relationship with the number of times of application. The numerical values listed in Table 2 are merely examples, and the present invention is not limited to them. There are many variations in the number of verify voltage switches, the respective verify voltage values, and the number of verify voltage switching steps. As long as the low verify voltage of each level is set lower than the verify level of each level, the number of step-ups to be switched is arbitrarily set in accordance with the characteristics of the memory cell with respect to the number of verify level switching step-ups. However, the same effect can be obtained.
Figure 2009037720

以上に示した本発明の第2の実施形態は、任意の位置のメモリセルに適用することが可能であるが、特に、GIDLの影響を受けやすい図4に示すSGSに近いワード線WL0の書き込みに限定して適用されるものとし、残りのワード線WL1〜WLnについては、通常のロウベリファイ電圧及びベリファイ電圧を用いて書き込みが行われるようにしてもよい。 The above-described second embodiment of the present invention can be applied to a memory cell at an arbitrary position. In particular, writing to the word line WL0 close to SGS shown in FIG. 4 that is easily affected by GIDL. The remaining word lines WL1 to WLn may be written using a normal row verify voltage and a verify voltage.

また、本発明の第2の実施形態は、GIDLの影響を受けやすい図4及び図8に示すSGS、SGDに近いワード線WL0とWLnに限定して適用されるものとし、残りのワード線WL1〜WLn−1については、通常のロウベリファイ電圧及びベリファイ電圧を用いて書き込みが行われるようにしてもよい。 The second embodiment of the present invention is applied only to the word lines WL0 and WLn close to SGS and SGD shown in FIGS. 4 and 8 that are easily affected by GIDL, and the remaining word lines WL1. With respect to .about.WLn-1, writing may be performed using a normal row verify voltage and a verify voltage.

図19(b)は、本発明の第2の実施形態によりSGSに隣接するワード線WL0上のメモリセルにおいて、LevelAの第1のベリファイ電圧(A−1)から、第二のベリファイ電圧(A−2)に切替わる直前(図13(b)のステップアップ数3の書き込み直後)における、ロウベリファイを終えた直後のLevelAに書き込みを行うメモリセルの閾値分布を示した図である。 FIG. 19B shows a first verify voltage (A-1) of Level A to a second verify voltage (A-1) in a memory cell on the word line WL0 adjacent to SGS according to the second embodiment of the present invention. FIG. 14 is a diagram showing threshold distributions of memory cells that perform writing to Level A immediately after the row verification is completed immediately before switching to (−2) (immediately after writing with a step-up number of 3 in FIG. 13B).

図19(c)は、本発明の第2の実施形態によりSGSに隣接するワード線WL0上のメモリセルにおいて、LevelBの第1のベリファイ電圧(B−1)から、第二のベリファイ電圧(B−2)に切替わる直前(図13(b)のステップアップ数6の書き込み直後)における、ロウベリファイを終えた直後のLevelBに書き込みを行うメモリセルの閾値分布を示した図である。 FIG. 19C shows a second verify voltage (B-1) from the first verify voltage (B-1) of Level B in the memory cell on the word line WL0 adjacent to the SGS according to the second embodiment of the present invention. FIG. 14 is a diagram showing threshold distributions of memory cells that perform writing to Level B immediately after the row verification is completed immediately before switching to (−2) (immediately after writing with a step-up number of 6 in FIG. 13B).

また、図19(d)は、本発明の第2の実施形態によりSGSに隣接するワード線WL0上のメモリセルにおいて、LevelCの第1のベリファイ電圧(C−1)から、第二のベリファイ電圧(C−2)に切替わる直前(図13(b)のステップアップ数10の書き込み直後)における、ロウベリファイを終えた直後のLevelCに書き込みを行うメモリセルの閾値分布を示した図である。 FIG. 19D shows the second verify voltage from the first verify voltage (C-1) of Level C in the memory cell on the word line WL0 adjacent to the SGS according to the second embodiment of the present invention. It is the figure which showed the threshold value distribution of the memory cell which writes in LevelC immediately after finishing row verification just before switching to (C-2) (immediately after writing of the step-up number 10 of FIG.13 (b)).

なお、閾値LevelEについては、書き込み動作が行われない消去状態の閾値分布を示している。 Note that the threshold LevelE indicates a threshold distribution in an erased state where no write operation is performed.

図19(a)は、SGSに隣接するワード線WL0上のメモリセル全ての書き込みを終えた後のメモリセル閾値分布を示す図である。これらは、SGDに隣接するワード線WLn上のメモリセルの閾値分布に関しても同様である。 FIG. 19A is a diagram showing a memory cell threshold distribution after all the memory cells on the word line WL0 adjacent to the SGS have been written. The same applies to the threshold distribution of the memory cells on the word line WLn adjacent to the SGD.

本発明の第2の実施形態によれば、図19(b)に示すようにロウベリファイを終了した直後のメモリセルの閾値レベルは、本来の閾値分布よりも低い電位に分布する。しかし、書き込み対象となるメモリセルの閾値レベルがロウベリファイ電圧を超えた後に、書き込み対象となるビット線の電位が0VとVddとの中間電位に制御される。これにより、閾値分布はより狭まるとともに、GIDLやメモリセル間干渉によりメモリセルの閾値レベルが高い電位に遷移しても、図19(a)に示すようにほぼ本来の閾値分布に収まり、かつ、閾値分布は狭まることになる。 According to the second embodiment of the present invention, as shown in FIG. 19B, the threshold level of the memory cell immediately after the end of the row verification is distributed at a potential lower than the original threshold distribution. However, after the threshold level of the memory cell to be written exceeds the low verify voltage, the potential of the bit line to be written is controlled to an intermediate potential between 0V and Vdd. As a result, the threshold distribution becomes narrower, and even if the threshold level of the memory cell is shifted to a high potential due to GIDL or inter-memory cell interference, the threshold distribution is almost within the original threshold distribution as shown in FIG. The threshold distribution will be narrowed.

また、概略SGSに近いメモリセルから、SGDに近いメモリセルに向かって順に書き込みを行う場合には、WL0上のメモリセルは、WLn上のメモリセルよりも先に書き込みが完了し、閾値シフト量が大きくなるため、LevelA、LevelB、LevelCの各ベリファイレベルは、SGSに隣接するワード線WL0上のメモリセルに対する電圧値は、SGDに隣接するワード線WLn上のメモリセルに対する電圧値よりも低く設定することが望ましい。 In addition, when writing is performed sequentially from a memory cell close to SGS to a memory cell close to SGD, the memory cell on WL0 completes writing before the memory cell on WLn, and the threshold shift amount Therefore, the verify levels of Level A, Level B, and Level C are set so that the voltage value for the memory cell on the word line WL0 adjacent to SGS is lower than the voltage value for the memory cell on the word line WLn adjacent to SGD. It is desirable to do.

以上に示した本発明の第2の実施形態によれば、多値記憶方式の不揮発性半導体記憶装置において、通常のベリファイ電圧よりも低いベリファイ電圧を段階的に設定するとともに、通常のロウベリファイ電圧よりも低いロウベリファイ電圧を段階的に設定することにより、比較的低い書き込み電圧Vpgmで書き込みが終了するメモリセルについては、通常設定されるべき閾値レベルよりも低い閾値レベルの段階で、ロウベリファイを終え、さらに書き込みを早く終了することになる。 According to the second embodiment of the present invention described above, in the non-volatile semiconductor memory device of the multi-value storage system, the verify voltage lower than the normal verify voltage is set stepwise and the normal row verify voltage is set. By setting a lower row verify voltage in a stepwise manner, a memory cell that has been written with a relatively low write voltage Vpgm is subjected to a row verify at a threshold level lower than the threshold level that should normally be set. This completes the writing process sooner.

これにより書き込みを早く終了したメモリセルの閾値レベルがGIDLやメモリセル間干渉などによって高い電位に遷移しても、その遷移分を相殺することとなるので、結果的に書き込みデータに対応した閾値範囲に収まるようにすることができるとともに、閾値分布をより狭めることができる。本明細書においては4値を例に用いたが、各閾値分布が狭いので本発明の第2の実施形態は、8値や16値などにもより有効な形態として使用することができる。 As a result, even if the threshold level of the memory cell that has finished writing earlier transitions to a higher potential due to GIDL or inter-memory cell interference, the amount of the transition is canceled out. As a result, the threshold range corresponding to the write data And the threshold distribution can be further narrowed. In this specification, four values are used as an example. However, since each threshold distribution is narrow, the second embodiment of the present invention can be used as a more effective form for eight values, sixteen values, and the like.

また、上述のように、選択ゲートトランジスタに隣接するワード線に接続されるメモリセルだけでなく、選択ゲートトランジスタに隣接しないメモリセルに対しても適用できる。この場合、選択ゲートトランジスタに隣接しないメモリセルに対しては、選択ゲートトランジスタに隣接するメモリセルよりもロウベリファイ電圧および、ベリファイ電圧の段階的な変化量を、小さく設定するのが好ましい。言い換えれば、選択ゲートトランジスタに隣接するメモリセルに対しては、ロウベリファイ電圧および、ベリファイ電圧の段階的な変化量を、選択ゲートトランジスタに隣接しないメモリセルよりも大きく設定することが好ましい。なぜなら、選択ゲートトランジスタに隣接するメモリセルに対しては、メモリセル間干渉により生じるメモリセル閾値上昇に加え、GIDLにより生じる電子注入で生じるメモリセル閾値上昇が発生するからである。また、選択ゲートトランジスタに隣接するメモリセルに関しては、概略ソース線側に近いワード線に接続されるセルから順に書き込みを行う場合には、ソース線側の選択ゲートトランジスタに隣接するメモリセルには、ビット線側の選択ゲートトランジスタに隣接するメモリセルよりも、ロウベリファイ電圧および、ベリファイ電圧の段階的な変化量を大きく設定することが望ましい。 Further, as described above, the present invention can be applied not only to memory cells connected to the word line adjacent to the selection gate transistor but also to memory cells not adjacent to the selection gate transistor. In this case, it is preferable to set the row verify voltage and the stepwise change amount of the verify voltage to be smaller for the memory cell not adjacent to the select gate transistor than in the memory cell adjacent to the select gate transistor. In other words, for the memory cell adjacent to the select gate transistor, it is preferable to set the row verify voltage and the stepwise change amount of the verify voltage larger than those of the memory cell not adjacent to the select gate transistor. This is because for the memory cell adjacent to the select gate transistor, in addition to the memory cell threshold value increase caused by the inter-memory cell interference, the memory cell threshold value increase caused by the electron injection caused by GIDL occurs. As for the memory cell adjacent to the selection gate transistor, when writing is performed in order from the cell connected to the word line close to the source line side, the memory cell adjacent to the selection gate transistor on the source line side includes: It is desirable to set the row verify voltage and the stepwise change amount of the verify voltage larger than those of the memory cells adjacent to the select gate transistor on the bit line side.

(第3の実施形態)
本発明の第2の実施形態においては、ロウベリファイ電圧(VL)とベリファイ電圧(Vr)とにそれぞれVL切替ステップアップ数とVr切替ステップアップ数とが定められている。すなわち、図18(b)に示されているように、書き込み電圧Vpgmの印加回数がVL切替ステップアップ数又はVr切替ステップアップになると、ロウベリファイ電圧(VL)又はベリファイ電圧(Vr)がステップアップする。それに対して、以下に説明される本発明の第3の実施形態として、ロウベリファイ電圧(VL)がステップアップするが、ベリファイ電圧(Vr)はステップアップしない形態について説明する。
(Third embodiment)
In the second embodiment of the present invention, the VL switching step-up number and the Vr switching step-up number are determined for the low verify voltage (VL) and the verify voltage (Vr), respectively. That is, as shown in FIG. 18B, when the number of application times of the write voltage Vpgm reaches the VL switching step-up number or the Vr switching step-up, the row verify voltage (VL) or the verify voltage (Vr) is stepped up. To do. On the other hand, as a third embodiment of the present invention described below, a mode in which the low verify voltage (VL) is stepped up but the verify voltage (Vr) is not stepped up will be described.

図21は、本発明の第3の実施形態におけるロウベリファイ電圧(VL)とベリファイ電圧(Vr)との推移の一例を示す。すなわち、閾値LevelAについてのロウベリファイ電圧は、第1のロウベリファイ電圧〜第4のロウベリファイ電圧に4分割されている。1回目乃至3回目の各書き込み電圧Vpgmのパルス印加の後に第1のロウベリファイ電圧(ALー1)、4回目乃至6回目の各書き込み電圧Vpgmのパルス印加の後に第2のロウベリファイ電圧(AL−2)、7回目乃至10回目の各書き込み電圧Vpgmのパルス印加の後に第3のロウベリファイ電圧(AL−3)、11回目以降の各書き込み電圧Vpgmのパルス印加の後に第4のロウベリファイ電圧(ALー4)が使用される。 FIG. 21 shows an example of transition between the low verify voltage (VL) and the verify voltage (Vr) in the third embodiment of the present invention. In other words, the row verify voltage for the threshold Level A is divided into four parts from the first row verify voltage to the fourth row verify voltage. The first row verify voltage (AL-1) after the first to third pulse application of each write voltage Vpgm, and the second row verify voltage (AL-1) after the fourth to sixth pulse application of each write voltage Vpgm. -2), the third row verify voltage (AL-3) after the seventh to tenth pulse application of each write voltage Vpgm, and the fourth row verify voltage after the eleventh pulse application of each write voltage Vpgm. (AL-4) is used.

閾値LevelBについてのロウベリファイ電圧は、1回目乃至6回目の各書き込み電圧Vpgmのパルス印加の後に第1のロウベリファイ電圧(BLー1)、7回目乃至9回目の各書き込み電圧Vpgmのパルス印加の後に第2のロウベリファイ電圧(BL−2)、10回目以降の各書き込み電圧Vpgmのパルス印加の後に第3のロウベリファイ電圧(BL−3)が使用される。 The row verify voltage for the threshold Level B is obtained by applying the first row verify voltage (BL-1) after the first to sixth pulse application of the write voltage Vpgm, and the seventh to ninth pulse application of the write voltage Vpgm. Later, the second row verify voltage (BL-2) is used after the pulse application of each write voltage Vpgm after the 10th time.

閾値LevelCについてのロウベリファイ電圧は、1回目乃至10回目の各書き込み電圧Vpgmのパルス印加の後に第1のロウベリファイ電圧(CL−1)、11回目以降の各書き込み電圧Vpgmのパルス印加の後に第2のロウベリファイ電圧(CLー2)が使用される。 The row verify voltage for the threshold level C is the first row verify voltage (CL-1) after the first to tenth pulse application of each write voltage Vpgm, and the first and subsequent write voltage Vpgm after the eleventh pulse application. A low verify voltage of 2 (CL-2) is used.

以上のようにロウベリファイ電圧が分割されているのに対して、閾値LevelA、LevelB及びLevelCについてのベリファイ電圧は分割されていない。書き込み電圧Vpgmのパルス印加のどの回の後においても、それぞれA、B、Cという電圧の値が用いられる。 While the low verify voltage is divided as described above, the verify voltages for the thresholds Level A, Level B, and Level C are not divided. After any number of pulse application of the write voltage Vpgm, voltage values of A, B, and C are used, respectively.

図21に示した閾値LevelA、LevelB及びLevelCのそれぞれのロウベリファイ電圧(VL)と書き込み電圧Vpgmのパルス印加回数との関係、及び閾値LevelA、LevelB及びLevelCそれぞれのベリファイ電圧(Vr)を表にすると、表3のようになる。なお、図21、表3に示したのは一例であって、VL切替ステップ数、それぞれのロウベリファイ電圧値、ベリファイ電圧値には多数のバリエーションがあり得る。また、各閾値のロウベリファイ電圧は、各レベルのベリファイ電圧よりも低く設定する限り、VL切替ステップ数は、メモリセルの特性に合わせて任意に設定できる。

Figure 2009037720
When the relationship between the row verify voltage (VL) of each of the threshold levels A, Level B and Level C shown in FIG. 21 and the number of pulse application times of the write voltage Vpgm and the verify voltage (Vr) of each of the threshold levels A, Level B and Level C are tabulated Table 3 shows. 21 and Table 3 are only examples, and there can be many variations in the number of VL switching steps, the respective row verify voltage values, and verify voltage values. Further, as long as the low verify voltage of each threshold is set lower than the verify voltage of each level, the number of VL switching steps can be arbitrarily set in accordance with the characteristics of the memory cell.
Figure 2009037720

ROMヒューズ122などには、表3と同等のデータが格納される。そして、パワーオンリセット回路の動作により、それらのデータが読み出され、パラメータレジスタ4に転送、保持され、書き込みの際のベリファイ時に参照される。 Data equivalent to Table 3 is stored in the ROM fuse 122 or the like. These data are read out by the operation of the power-on reset circuit, transferred to the parameter register 4, held, and referred to during verification at the time of writing.

以下では、ロウベリファイ電圧をステップアップし、ベリファイ電圧を一定にすることにより、メモリセルの閾値の制御性が改善できることを、図22、図23を参照して説明を行う。 Hereinafter, it will be described with reference to FIGS. 22 and 23 that the controllability of the threshold value of the memory cell can be improved by stepping up the row verify voltage and making the verify voltage constant.

図22(a)は、選択ワード線に書き込み電圧を印加することにより、メモリセルの閾値が変化することを示す。図22(a)において、選択ワード線に書き込み電圧を印加する前のメモリセルの閾値の分布が、V1からV2の範囲の分布2201であるとする。選択ワード線に書き込み電圧を印加すると、分布2201が閾値電圧の高い方に向かって移動し、V3からV4の範囲の分布2202が得られることになる。 FIG. 22A shows that the threshold value of the memory cell is changed by applying a write voltage to the selected word line. In FIG. 22A, it is assumed that the threshold distribution of the memory cell before applying the write voltage to the selected word line is a distribution 2201 in the range from V1 to V2. When a write voltage is applied to the selected word line, the distribution 2201 moves toward the higher threshold voltage, and a distribution 2202 in the range from V3 to V4 is obtained.

図22(b)はメモリセルの閾値の分布をσプロットと呼ばれる手法を用いて表現した図である。図22(a)では、閾値に対して、その閾値を持つメモリセルの数をプロットしていた。一方、σプロットを用いた図22(b)においては、閾値に対して、その閾値以下の閾値を有するメモリセルの数(あるいは累積個数)をプロットする。したがって、図22(a)の分布2201に対して、V1からV2の範囲に広義に単調に増加する曲線2203が得られ、分布2202に対して曲線2204が得られることになる。分布2201がシフトして分布2202になることは、曲線2203がシフトして曲線2204になることにより表現される。 FIG. 22B is a diagram expressing the threshold distribution of the memory cells using a technique called σ plot. In FIG. 22A, the number of memory cells having the threshold value is plotted against the threshold value. On the other hand, in FIG. 22B using the σ plot, the number (or cumulative number) of memory cells having a threshold equal to or lower than the threshold is plotted against the threshold. Therefore, for the distribution 2201 in FIG. 22A, a curve 2203 that monotonously increases in a broad range from V1 to V2 is obtained, and a curve 2204 is obtained for the distribution 2202. The shift of the distribution 2201 to the distribution 2202 is expressed by the shift of the curve 2203 to the curve 2204.

図23は、ある閾値の分布に対するσプロットによる表現の例である。この場合、σプロットの表現による曲線が、ある閾値のベリファイ電圧(Vr)を含む範囲で定義されているとする。すると、その曲線は、そのベリファイ電圧(Vr)より低い閾値を持つメモリセルの部分2301とベリファイ電圧(Vr)より低くない閾値を持つメモリセルの部分2302に分割できる。 FIG. 23 is an example of expression by a σ plot for a certain threshold distribution. In this case, it is assumed that the curve expressed by the σ plot is defined within a range including a certain threshold verify voltage (Vr). Then, the curve can be divided into a memory cell portion 2301 having a threshold lower than the verify voltage (Vr) and a memory cell portion 2302 having a threshold not lower than the verify voltage (Vr).

そして、選択ワード線に書き込み電圧が印加される時には、部分2301を構成するメモリセルを有するNANDセルユニットが接続されるビット線の電圧は0Vとなり、部分2302を構成するメモリセルを有するNANDセルユニットが接続されるビット線の電圧には、0VとVddの中間の電圧Vregとなる。したがって部分2302を構成するメモリセルの閾値の変化が、部分2301を構成するメモリセルの閾値の変化よりも小さくなる。このため、選択ワード線に書き込み電圧を印加した後の閾値の曲線は、印加前よりも狭い範囲で定義されるものとなる。このため、メモリセルの閾値の制御性が改善できる When a write voltage is applied to the selected word line, the voltage of the bit line to which the NAND cell unit having the memory cells constituting the portion 2301 is connected becomes 0 V, and the NAND cell unit having the memory cells constituting the portion 2302 The voltage of the bit line connected to is a voltage Vreg intermediate between 0V and Vdd. Accordingly, the change in the threshold value of the memory cell constituting the portion 2302 is smaller than the change in the threshold value of the memory cell constituting the portion 2301. Therefore, the threshold curve after the write voltage is applied to the selected word line is defined in a narrower range than before the application. For this reason, the controllability of the threshold value of the memory cell can be improved.

以下では、本発明の一実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置がメモリセルにデータの書き込みを行う際の動作について図24と図25を参照して説明する。 Hereinafter, an operation when the nonvolatile semiconductor memory device according to the embodiment of the present invention writes data to a memory cell will be described with reference to FIGS. 24 and 25. FIG.

図24は、ビット線に印加する電圧の制御を説明する図である。本発明の一実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置は、選択ワード線に書き込み電圧を印加する際に、少なくとも3種類の電圧0、Vreg、Vddをビット線に印加する。そこで、制御信号発生回路8、データレジスタおよびセンスアンプ回路13などに、図24(a)として示す表と同等のテーブルを管理する。すなわち、ビット線に印加するべき電圧をビット線ごとに制御する。 FIG. 24 is a diagram for explaining the control of the voltage applied to the bit line. The nonvolatile semiconductor memory device according to one embodiment of the present invention applies at least three kinds of voltages 0, Vreg, and Vdd to the bit line when applying the write voltage to the selected word line. Therefore, a table equivalent to the table shown in FIG. 24A is managed in the control signal generation circuit 8, the data register, the sense amplifier circuit 13, and the like. That is, the voltage to be applied to the bit line is controlled for each bit line.

図24(a)に示すテーブルの管理は、図24(b)に示す状態遷移図に従って行われる。データの書き込み時の初期には、ノード2401に示されるようにビット線の電圧は0Vとなる。ロウベリファイ電圧VLでのベリファイに失敗する限り、ビット線の電圧は0Vとする。もし、ロウベリファイ電圧VLでのベリファイに成功すると、ノード2402に遷移が行われ、ビット線の電圧はVregとなる。そして、ベリファイ時にはベリファイ電圧Vrが用いられる。ベリファイ電圧Vrでのベリファイが失敗する限り、ビット線の電圧はVregとなる。もし、ベリファイ電圧Vrでのベリファイが成功すると、ノード2403に遷移が行われ、ビット線の電圧はVddとなる。そして、書き込みが終了するまで、ビット線の電圧はVddとなる。 The management of the table shown in FIG. 24A is performed according to the state transition diagram shown in FIG. In the initial stage of data writing, the voltage of the bit line is 0V as indicated by the node 2401. As long as the verification with the row verification voltage VL fails, the voltage of the bit line is set to 0V. If the verification with the low verification voltage VL is successful, a transition is made to the node 2402, and the voltage of the bit line becomes Vreg. A verify voltage Vr is used at the time of verify. As long as the verification at the verify voltage Vr fails, the voltage of the bit line becomes Vreg. If the verification with the verify voltage Vr is successful, a transition is made to the node 2403 and the voltage of the bit line becomes Vdd. Then, the voltage of the bit line is Vdd until the writing is completed.

図25は、本発明の一実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置がメモリセルにデータの書き込みを行う際の処理の流れを説明するフローチャートである。なお、本発明の第1の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置がメモリセルにデータを書き込む際の処理の流れを説明するフローチャートの図20と同じ処理が行われるステップには同じ符号を付してある。 FIG. 25 is a flowchart for explaining the flow of processing when the nonvolatile semiconductor memory device according to one embodiment of the present invention writes data to the memory cell. Steps in which the same processing as in FIG. 20 of the flowchart for explaining the flow of processing when the nonvolatile semiconductor memory device according to the first embodiment of the present invention writes data to the memory cell are performed are denoted by the same reference numerals. It is.

ステップS2001の処理として、カウンタ回路のカウント値を初期化する。ステップS2501の処理として、データの書き込み時に消去状態を維持しないメモリセルの全てのビット線の電圧を0Vとするための設定を行う。具体的には、図24(a)に示されるテーブルにおいて、消去状態を維持しないメモリセルの全てのビット線電位の列の全ての欄の値を0Vとする。次にステップS2002の処理として書き込み電圧(Vpgm)の値を決定する。ステップS2003の処理として、ステップS2002で決定された書き込み電圧(Vpgm)を選択ワード線に印加し、メモリセルにデータの書き込みを行う。 In step S2001, the count value of the counter circuit is initialized. As processing in step S2501, a setting is made to set the voltages of all the bit lines of the memory cells that do not maintain the erased state when data is written to 0V. Specifically, in the table shown in FIG. 24A, the values in all the columns of all the bit line potential columns of the memory cells that do not maintain the erased state are set to 0V. Next, the value of the write voltage (Vpgm) is determined as the process of step S2002. In step S2003, the write voltage (Vpgm) determined in step S2002 is applied to the selected word line, and data is written to the memory cell.

ステップS2502の処理として、閾値に対応するベリファイ電圧の値を決定する。データの書き込みが行われるメモリセルのターゲットとなる閾値がLevelE、LevelA、LevelB、LevelCの何れであるか、また、カウンタ回路のカウント値を用いた比較回路16による比較結果がどのようになっているか、ロウベリファイに成功しているかどうかに応じて、ベリファイ電圧が決定される。また、上述したように、選択ワード線の位置を考慮してベリファイ電圧が決定されてもよい。 In step S2502, the value of the verify voltage corresponding to the threshold value is determined. Whether the threshold value that is the target of the memory cell to which data is written is Level E, Level A, Level B, or Level C, and the comparison result by the comparison circuit 16 using the count value of the counter circuit. The verify voltage is determined depending on whether or not the row verify is successful. Further, as described above, the verify voltage may be determined in consideration of the position of the selected word line.

そして、ステップS2503の処理として、選択ワード線にステップS2004で決定されたベリファイ電圧を印加し、閾値のベリファイを行う。このとき、選択ワード線に複数の閾値に設定されるメモリセルが複数存在すれば、それぞれの閾値などに応じた複数のベリファイ電圧が順次印加されてベリファイが行われるようになっていてもよい。 In step S2503, the verify voltage determined in step S2004 is applied to the selected word line to verify the threshold value. At this time, if there are a plurality of memory cells set to a plurality of thresholds on the selected word line, a plurality of verify voltages corresponding to the respective thresholds may be sequentially applied to perform verification.

ステップS2504の処理として、ベリファイの結果に基づいて、図24(b)の状態遷移に従って、次のデータ書き込み時(次に行われるステップS2003の処理時)にビット線に印加する電圧を決定する。 As the processing in step S2504, the voltage to be applied to the bit line at the time of the next data write (in the next processing of step S2003) is determined according to the state transition of FIG.

以下、図20と同様なので説明は省略する。 Hereinafter, since it is the same as that of FIG. 20, description is abbreviate | omitted.

このように、本発明の一実施形態によれば、ロウベリファイ電圧をステップアップし、ベリファイ電圧を一定とすることにより、メモリセルの閾値の制御性が改善できる。 Thus, according to an embodiment of the present invention, the controllability of the threshold value of the memory cell can be improved by stepping up the row verify voltage and keeping the verify voltage constant.

また、本発明の第2の実施形態の説明で述べたように、種々の適用例、変形例を挙げることもできる。例えば、本発明の第3の実施形態は、選択ゲートトランジスタに隣接するメモリセルについて行い、他のメモリセルについては、他の実施形態を用いるとしてもよい。 In addition, as described in the description of the second embodiment of the present invention, various application examples and modifications can be given. For example, the third embodiment of the present invention may be performed for a memory cell adjacent to a select gate transistor, and other embodiments may be used for other memory cells.

(第4の実施形態)
本発明の第2の実施形態においては、図18(b)に示されているように、書き込み電圧Vpgmの印加回数がVL切替ステップアップ数又はVr切替ステップアップになると、ロウベリファイ電圧(VL)又はベリファイ電圧(Vr)がステップアップする。それに対して、以下に説明される本発明の第4の実施形態として、ロウベリファイ電圧(VL)はステップアップせず、ベリファイ電圧(Vr)がステップアップする形態について説明する。
(Fourth embodiment)
In the second embodiment of the present invention, as shown in FIG. 18B, when the number of application times of the write voltage Vpgm reaches the VL switching step-up number or the Vr switching step-up, the row verification voltage (VL) Alternatively, the verify voltage (Vr) is stepped up. On the other hand, as a fourth embodiment of the present invention to be described below, a mode in which the verify voltage (Vr) is stepped up without stepping up the low verify voltage (VL) will be described.

図26は、本発明の第4の実施形態におけるロウベリファイ電圧(VL)とベリファイ電圧(Vr)との推移の一例を示す。すなわち、閾値LevelAについてのベリファイ電圧は、第1のベリファイ電圧〜第4のベリファイ電圧に4分割されている。1回目乃至3回目の各書き込み電圧Vpgmのパルス印加の後に第1のベリファイ電圧(Aー1)、4回目乃至6回目の各書き込み電圧Vpgmのパルス印加の後に第2のベリファイ電圧(A−2)、7回目乃至10回目の各書き込み電圧Vpgmのパルス印加の後に第3のベリファイ電圧(A−3)、11回目以降の各書き込み電圧Vpgmのパルス印加の後に第4のベリファイ電圧(Aー4)が使用される。 FIG. 26 shows an example of transition between the low verify voltage (VL) and the verify voltage (Vr) in the fourth embodiment of the present invention. That is, the verify voltage for the threshold Level A is divided into four parts from the first verify voltage to the fourth verify voltage. The first verify voltage (A-1) after the first to third pulse application of each write voltage Vpgm, and the second verify voltage (A-2) after the fourth to sixth pulse application of each write voltage Vpgm. ), The third verify voltage (A-3) after the seventh to tenth pulse application of each write voltage Vpgm, and the fourth verify voltage (A-4) after the eleventh pulse application of each write voltage Vpgm. ) Is used.

閾値LevelBについてのベリファイ電圧は、1回目乃至6回目の各書き込み電圧Vpgmのパルス印加の後に第1のベリファイ電圧(Bー1)、7回目乃至9回目の各書き込み電圧Vpgmのパルス印加の後に第2のベリファイ電圧(B−2)、10回目以降の各書き込み電圧Vpgmのパルス印加の後に第3のベリファイ電圧(B−3)が使用される。 The verify voltage for the threshold level B is the first verify voltage (B-1) after the first to sixth pulse application of the write voltage Vpgm, and the seventh to ninth ninth write voltage Vpgm after the pulse application. 2 verify voltage (B-2), the third verify voltage (B-3) is used after the tenth and subsequent pulses of each write voltage Vpgm.

閾値LevelCについてのベリファイ電圧は、1回目乃至10回目の各書き込み電圧Vpgmのパルス印加の後に第1のベリファイ電圧(C−1)、11回目以降の各書き込み電圧Vpgmのパルス印加の後に第2のベリファイ電圧(Cー2)が使用される。 The verify voltage for the threshold level C is the first verify voltage (C-1) after the first to tenth pulse application of each write voltage Vpgm, and the second after the 11th and subsequent pulse application of each write voltage Vpgm. A verify voltage (C-2) is used.

以上のようにベリファイ電圧は分割されているのに対して、閾値LevelA、LevelB及びLevelCのロウベリファイ電圧は分割されていない。書き込み電圧Vpgmのパルス印加のどの回の後においても、それぞれ、AL、BL、CLというロウベリファイ電圧の値が用いられる。 As described above, the verify voltage is divided, whereas the row verify voltages of the threshold levels A, B, and C are not divided. After every pulse application of the write voltage Vpgm, the values of the row verify voltages AL, BL, and CL are used, respectively.

図26に示した閾値LevelA、LevelB及びLevelCのそれぞれのベリファイ電圧(Vr)と書き込み電圧Vpgmのパルス印加回数との関係、及び閾値LevelA、LevelB及びLevelCそれぞれのロウベリファイ電圧(VL)を表にすると、表4のようになる。なお、図26、表4に示したのは一例であって、Vr切替ステップ数、それぞれのベリファイ電圧値、ロウベリファイ電圧値には多数のバリエーションがありうる。また、各閾値のロウベリファイ電圧は、各レベルのベリファイ電圧よりも低く設定する限り、Vr切替ステップ数は、メモリセルの特性に合わせて任意に設定できる。

Figure 2009037720
The relationship between the verify voltage (Vr) of each of the threshold levels A, Level B and Level C and the number of pulse application times of the write voltage Vpgm shown in FIG. 26 and the low verify voltage (VL) of each of the threshold levels A, Level B and Level C are tabulated. Table 4 shows. FIG. 26 and Table 4 show an example, and there can be many variations in the number of Vr switching steps, the respective verify voltage values, and the low verify voltage values. Further, as long as the low verify voltage of each threshold is set lower than the verify voltage of each level, the number of Vr switching steps can be arbitrarily set according to the characteristics of the memory cell.
Figure 2009037720

ROMヒューズ122などには、表4と同等のデータが格納される。そして、パワーオンリセット回路の動作により、それらのデータが読み出され、パラメータレジスタ4に転送、保持され、書き込みの際のベリファイ時に参照される。 The ROM fuse 122 and the like store data equivalent to that in Table 4. These data are read out by the operation of the power-on reset circuit, transferred to the parameter register 4, held, and referred to during verification at the time of writing.

図27は、以上のようにベリファイ電圧をステップアップすることにより、メモリセルの閾値の制御性が改善できることをσプロットの表現を用いて説明する図である。ロウベリファイ電圧VLとステップアップするベリファイ電圧Vr−1、Vr−2があるとする。すると、セルの累積個数を示す曲線は、VLより低い部分2701、VL以上Vr−1未満の部分2702と、Vr−1以上Vr−2未満の部分2703などに分割される。 FIG. 27 is a diagram for explaining that the controllability of the threshold value of the memory cell can be improved by stepping up the verify voltage as described above, using the expression of the σ plot. Assume that there are a low verify voltage VL and verify voltages Vr-1 and Vr-2 that step up. Then, the curve indicating the cumulative number of cells is divided into a portion 2701 lower than VL, a portion 2702 that is greater than or equal to VL and less than Vr-1, a portion 2703 that is greater than or equal to Vr-1 and less than Vr-2, and the like.

部分2701を構成するメモリセルを有するNANDセルユニットが接続されるビット線の電圧は0Vとなるので、選択ワード線に書き込み電圧Vpgmを印加すると、閾値は部分2702、2703を構成するメモリセルよりも大きく上昇することになる。 Since the voltage of the bit line to which the NAND cell unit having the memory cells constituting the portion 2701 is connected is 0V, the threshold voltage is higher than that of the memory cells constituting the portions 2702 and 2703 when the write voltage Vpgm is applied to the selected word line. It will rise greatly.

また、あるレベルの書き込みが進むにつれ、ビット線から共通ソース線へ電流を流すNANDセルユニットの数が増える。すなわち、共通ソース線に流れ込む電流が増加し、共通ソース線に存在する電気抵抗により、共通ソース線の電位が上昇する。このために、ベリファイ時には、見かけ上メモリセルの閾値が高くなるという現象が発生する。この現象は、メモリセルの閾値が低い電圧の範囲に分布している程顕著となる。 Further, as a certain level of writing progresses, the number of NAND cell units that allow current to flow from the bit line to the common source line increases. That is, the current flowing into the common source line increases, and the potential of the common source line rises due to the electric resistance existing in the common source line. For this reason, a phenomenon occurs in which the threshold value of the memory cell is apparently increased during the verification. This phenomenon becomes more prominent as the threshold value of the memory cell is distributed in a low voltage range.

また、この現象は、ビット線とビット線制御回路とが一対一に接続されている場合に顕著に発生する。図28では、一対一の接続の例として、ビット線制御回路が各ビット線の同じ一端部に接続されている。それに対して、図29では、ビット線制御回路がビット線の一端部と他端部に交互に配置されている。 This phenomenon occurs remarkably when the bit line and the bit line control circuit are connected one-to-one. In FIG. 28, as an example of one-to-one connection, a bit line control circuit is connected to the same one end of each bit line. In contrast, in FIG. 29, the bit line control circuits are alternately arranged at one end and the other end of the bit line.

図28、図29に示されるようにビット線とビット線制御回路とが一対一に接続されているとする。ベリファイ時には、まず、SGSを"L"にSGDを"H"として、ビット線を経由してNANDセルユニットに電荷をチャージする。そして、SGDを"L"とした後に選択ワード線にベリファイ電圧を印加しまた非選択ワード線にパス電圧を印加する。この状態で、SGD及びSGSを"H"として、全てのビット線の電位変化をビット線制御回路のセンスアンプにより検出を行う。ビット線の電位変化の検出について、例えば、次のように二段階で行なわれる場合を説明する。まず、一段階目のビット線電位変化の検出では、閾値がベリファイ電圧よりも明らかに低いメモリセルを検出し、そのメモリセルが接続されるビット線を共通ソース線の電位(例えば接地電位)に放電する。ベリファイ電圧よりも明らかに低いメモリセルが接続されるビット線の電位変化が大きくなるので、一段階目にてベリファイ対象から除外する。次に二段階目のビット線の電位変化の検出では、閾値がおおよそベリファイ電圧以上のメモリセルのビット線の電位変化のみを検出する。これにより、二段階目のビット線の電位変化の検出では、一段階目の場合よりもSGDおよびSGSを"H"としたときにビット線から共通ソース線に流れる電流が減少し、共通ソース線に存在する電気抵抗により、共通ソース線の電位が上昇するのを抑制できる。しかし、この場合、あるレベルの書き込みが行なわれるにつれ、二段階目のビット線の電位変化の検出では、SGDおよびSGSを"H"としたときにビット線から共通ソース線に流れる電流が増加する。これは、あるレベルの書き込みが行なわれるにつれ、書き込み対象のメモリセルの閾値が上昇していき、一段階目のビット線の電位変化の検出時にベリファイ対象から除外されたメモリセルが、除外されなくなっていくためである。その結果、あるレベルの書き込みが進むにつれ、すでに書き込みが完了したメモリセルの閾値が徐々に上昇する。 Assume that the bit lines and the bit line control circuits are connected one-on-one as shown in FIGS. At the time of verification, first, SGS is set to “L” and SGD is set to “H” to charge the NAND cell unit via the bit line. Then, after setting SGD to “L”, a verify voltage is applied to the selected word line, and a pass voltage is applied to the non-selected word line. In this state, SGD and SGS are set to “H”, and the potential change of all the bit lines is detected by the sense amplifier of the bit line control circuit. For example, a case where the detection of the change in the potential of the bit line is performed in two steps as follows will be described. First, in detecting the bit line potential change at the first stage, a memory cell whose threshold is clearly lower than the verify voltage is detected, and the bit line to which the memory cell is connected is set to the potential of the common source line (for example, ground potential). Discharge. Since the potential change of the bit line to which the memory cell clearly lower than the verify voltage is connected becomes large, it is excluded from the verification target in the first stage. Next, in the detection of the potential change of the bit line in the second stage, only the potential change of the bit line of the memory cell whose threshold is approximately the verify voltage or higher is detected. Thereby, in the detection of the potential change of the bit line at the second stage, the current flowing from the bit line to the common source line is reduced when SGD and SGS are set to “H”, compared with the case of the first stage. It is possible to suppress an increase in the potential of the common source line due to the electrical resistance present in the. However, in this case, as a certain level of writing is performed, the current flowing from the bit line to the common source line increases when SGD and SGS are set to “H” in the detection of the potential change of the bit line at the second stage. . This is because the threshold value of the memory cell to be written increases as a certain level of writing is performed, and the memory cell excluded from the verification target when the potential change of the bit line in the first stage is detected is not excluded. It is to go. As a result, as a certain level of programming progresses, the threshold value of the memory cell that has already been programmed increases gradually.

しかし、ベリファイ電圧(Vr)をステップアップさせることにより、あるレベルの書き込みが進むにつれ、二段階目のビット線の電位変化において、ビット線から共通ソース線に流れる電流が増加するのに対応して各ステップでのベリファイ電圧(Vr)を高く設定することで、でONとなるメモリセルの数を一定もしくは減少させることができ、共通ソース線の電位の上昇に対応してベリファイを行うことができる。その結果、すでに書き込みが完了したメモリセルの閾値の上昇をキャンセルすることができる。 However, by stepping up the verify voltage (Vr), as a certain level of writing progresses, the current flowing from the bit line to the common source line increases in the potential change of the bit line at the second stage. By setting the verify voltage (Vr) high in each step, the number of memory cells that are turned ON can be made constant or decreased, and verification can be performed in response to an increase in the potential of the common source line. . As a result, it is possible to cancel the increase in the threshold value of the memory cell that has already been written.

したがって、ロウベリファイ電圧を一定とし、ベリファイ電圧をステップアップすることにより、メモリセルの閾値の制御性が改善できる。 Therefore, the controllability of the threshold value of the memory cell can be improved by keeping the row verify voltage constant and stepping up the verify voltage.

また、本発明の第2の実施形態の説明で述べたように、種々の適用例、変形例を挙げることもできる。例えば、本発明の第4の実施形態は、選択ゲートトランジスタに隣接するメモリセルについて行い、他のメモリセルについては、他の実施形態を用いるとしてもよい。 In addition, as described in the description of the second embodiment of the present invention, various application examples and modifications can be given. For example, the fourth embodiment of the present invention may be performed for a memory cell adjacent to a select gate transistor, and other embodiments may be used for other memory cells.

(選択ワード線の電圧の変化について)
以下、本発明の各実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の選択ワード線の時間変化について説明を行う。
(Change in voltage of selected word line)
Hereinafter, the time change of the selected word line of the nonvolatile semiconductor memory device according to each embodiment of the present invention will be described.

図30は、ロウベリファイ電圧を用いず、また、ベリファイ電圧をステップアップさせず、ワード線に印加するVpgmをステップアップさせる場合の選択ワード線の時間に応じた電圧の変化の一例を示す。メモリセルには4値のデータが書き込まれるとする。それぞれに対応する閾値をLevelE、LevelA、LevelB、LevelCとし、閾値LevelA、LevelB、LevelCのベリファイ電圧の値をAV、BV、CVと表記する。この場合、ワード線にはVpgmの電圧が印加されてメモリセルにデータの書き込みがされる。その後、ベリファイ電圧としてAV、BV、CVが順に印加される。もし、ベリファイに失敗すれば、次に、ステップアップしたVpgmが選択ワード線に印加され、ベリファイ電圧としてAV、BV、CVが順に印加されることになる。 FIG. 30 shows an example of a change in voltage according to the time of the selected word line when the row verify voltage is not used, the verify voltage is not stepped up, and Vpgm applied to the word line is stepped up. It is assumed that 4-level data is written in the memory cell. The thresholds corresponding to the respective levels are denoted as Level E, Level A, Level B, and Level C, and the verification voltage values of the threshold Level A, Level B, and Level C are denoted as AV, BV, and CV. In this case, a voltage of Vpgm is applied to the word line, and data is written to the memory cell. Thereafter, AV, BV, and CV are sequentially applied as verify voltages. If the verification fails, the stepped-up Vpgm is applied to the selected word line, and AV, BV, and CV are sequentially applied as verification voltages.

図31は、ロウベリファイ電圧を用いないが、ベリファイ電圧をステップアップさせ、ワード線に印加するVpgmをステップアップさせる場合の選択ワード線の時間に応じた電圧の変化の一例を示す。図30と同様に、メモリセルには4値のデータが書き込まれるとする。この場合、ワード線にVpgmの電圧が印加されてメモリセルにデータの書き込みがされる。その後、ベリファイ電圧としてAV、BV、CVが順に印加される。もし、ベリファイに失敗すれば、次には、ステップアップしたVpgmが印加され、ベリファイ電圧としてAV、BV、CVが順に印加されることになる。このとき、2回目のVpgm印加後にはAVをステップアップさせ、3回目のVpgm印加後にはAVとBVとをステップアップさせ、4回目と5回目のVpgm印加後にはCVをステップアップさせている。したがって、図31は、本発明の第1の実施形態での選択ワード線の電圧変化の一例を示す。 FIG. 31 shows an example of a change in voltage according to the time of the selected word line when the verify voltage is stepped up and Vpgm applied to the word line is stepped up without using the row verify voltage. Similarly to FIG. 30, it is assumed that 4-level data is written in the memory cell. In this case, a voltage of Vpgm is applied to the word line, and data is written into the memory cell. Thereafter, AV, BV, and CV are sequentially applied as verify voltages. If the verification fails, the stepped-up Vpgm is applied next, and AV, BV, and CV are sequentially applied as the verification voltages. At this time, the AV is stepped up after the second Vpgm application, the AV and BV are stepped up after the third Vpgm application, and the CV is stepped up after the fourth and fifth Vpgm applications. Therefore, FIG. 31 shows an example of the voltage change of the selected word line in the first embodiment of the present invention.

図32は、図31の変化の変形例である。図31と同様に、メモリセルには4値のデータが書き込まれるとする。この例では、書き込み電圧Vpgmの値に応じて、複数の閾値のうち、一部の閾値に対応するベリファイ電圧の印加の省略が行われている。すなわち、書き込み電圧Vpgmが低い間は、メモリセルには低い閾値に対応するデータが書き込まれ得るが高い閾値に対応するデータは書き込まれない。そこで、書き込み電圧Vpgmが低い間は、高い閾値に対応するベリファイ電圧の印加を省略する。また、高い閾値に対応するデータが書き込まれるメモリセルが存在しない場合には、その高い閾値に対応するベリファイ電圧を印加する必要もないので省略できる。 FIG. 32 is a modification of the change of FIG. As in FIG. 31, it is assumed that 4-level data is written in the memory cell. In this example, in accordance with the value of the write voltage Vpgm, the application of the verify voltage corresponding to some of the threshold values is omitted. That is, while the write voltage Vpgm is low, data corresponding to a low threshold can be written to the memory cell, but data corresponding to a high threshold is not written. Therefore, application of the verify voltage corresponding to the high threshold is omitted while the write voltage Vpgm is low. Further, when there is no memory cell in which data corresponding to a high threshold value is written, it is not necessary to apply a verify voltage corresponding to the high threshold value and can be omitted.

図32では、1回目のVpgm印加後においては、AVだけを印加し、2回目、3回目のVpgm印加後においては、AV、BVを印加し、4回目以降のVpgm印加後においては、AV,BV,CBを印加している。 In FIG. 32, only AV is applied after the first Vpgm application, AV and BV are applied after the second and third Vpgm applications, and AV and VVm are applied after the fourth and subsequent Vpgm applications. BV and CB are applied.

図33は、ロウベリファイ電圧を用い、ベリファイ電圧をステップアップさせず、ワード線に印加するVpgmをステップアップさせる場合の選択ワード線の時間に応じた電圧の変化の一例を示す。図30と同様に、メモリセルには4値のデータが書き込まれるとする。図33では、ワード線にVpgmの電圧が印加されてメモリセルにデータの書き込みがされる。その後、ベリファイ電圧としてロウベリファイ電圧AVL、ベリファイ電圧AV、ロウベリファイ電圧BVL、ベリファイ電圧としてBV、ロウベリファイ電圧としてCVL、ベリファイ電圧としてCVが印加されている。 FIG. 33 shows an example of a change in voltage according to the time of the selected word line when the row verify voltage is used, the verify voltage is not stepped up, and Vpgm applied to the word line is stepped up. Similarly to FIG. 30, it is assumed that 4-level data is written in the memory cell. In FIG. 33, a voltage of Vpgm is applied to the word line, and data is written to the memory cell. Thereafter, the low verify voltage AVL, the verify voltage AV, the low verify voltage BVL, the verify voltage BV, the low verify voltage CVL, and the verify voltage CV are applied as the verify voltages.

図34は、ロウベリファイ電圧をステップアップさせ、ベリファイ電圧をステップアップさせず、ワード線に印加するVpgmをステップアップさせる場合の選択ワード線の時間に応じた変化の一例を示す。図30と同様に、メモリセルには4値のデータが書き込まれるとする。この場合、図33と同様に、ベリファイ電圧としてロウベリファイ電圧AVL、ベリファイ電圧AV、ロウベリファイ電圧BVL、ベリファイ電圧としてBV、ロウベリファイ電圧としてCVL、ベリファイ電圧としてCVが印加されている。ただし、図34では、2回目のVpgm印加後にAVLをステップアップさせ、3回目のVpgm印加後にはAVLとBVLをステップアップさせ、4回目のVpgm印加後にはBVLをステップアップさせ、5回目のVpgm印加後にはCVLをステップアップさせている。したがって、図34は、本発明の第4の実施形態での選択ワード線の電圧変化の一例を示す。 FIG. 34 shows an example of a change according to the time of the selected word line when the row verify voltage is stepped up, the verify voltage is not stepped up, and Vpgm applied to the word line is stepped up. Similarly to FIG. 30, it is assumed that 4-level data is written in the memory cell. In this case, as in FIG. 33, the low verify voltage AVL, the verify voltage AV, the low verify voltage BVL, the verify voltage BV, the low verify voltage CVL, and the verify voltage CV are applied as the verify voltages. However, in FIG. 34, AVL is stepped up after the second Vpgm application, AVL and BVL are stepped up after the third Vpgm application, and BVL is stepped up after the fourth Vpgm application, and the fifth Vpgm is applied. After application, the CVL is stepped up. Therefore, FIG. 34 shows an example of the voltage change of the selected word line in the fourth embodiment of the present invention.

図35は、図34の変化の変形例である。図30と同様に、メモリセルには4値のデータが書き込まれるとする。この例では、書き込み電圧Vpgmの値に応じて、複数の閾値のうち、一部の閾値に対応するベリファイ電圧の印加の省略が行われている。すなわち、書き込み電圧Vpgmが低い間は、メモリセルには低い閾値に対応するデータが書き込まれ得るが高い閾値に対応するデータは書き込まれない。そこで、高い閾値に対応するベリファイ電圧の印加を省略する。また、高い閾値に対応するデータが書き込まれるメモリセルが存在しない場合には、その高い閾値に対応するベリファイ電圧を印加する必要もないので省略できる。 FIG. 35 is a modification of the change of FIG. Similarly to FIG. 30, it is assumed that 4-level data is written in the memory cell. In this example, in accordance with the value of the write voltage Vpgm, the application of the verify voltage corresponding to some of the threshold values is omitted. That is, while the write voltage Vpgm is low, data corresponding to a low threshold can be written to the memory cell, but data corresponding to a high threshold is not written. Therefore, the application of the verify voltage corresponding to the high threshold is omitted. Further, when there is no memory cell in which data corresponding to a high threshold value is written, it is not necessary to apply a verify voltage corresponding to the high threshold value and can be omitted.

図35では、1回目のVpgmにおいては、AVL、AVを印加し、2回目、3回目のVpgm印加後においては、AVL、AV、BVL、BVを印加し、4回目以降のVpgm印加後においては、AV,BV,CBを印加している。AVL、BVL、CVLのステップアップについては、図34の場合と同様である。 In FIG. 35, AVL and AV are applied in the first Vpgm, AVL, AV, BVL, and BV are applied after the second and third Vpgm applications, and after the fourth and subsequent Vpgm applications. , AV, BV and CB are applied. The step-up of AVL, BVL, and CVL is the same as in FIG.

図36は、ロウベリファイ電圧をステップアップさせず、また、ベリファイ電圧もステップアップさせ、ワード線に印加するVpgmをステップアップさせる場合の選択ワード線の時間に応じた電圧の変化の一例を示す。図30と同様に、メモリセルには4値のデータが書き込まれるとする。図36においては、ベリファイ電圧AV、BV、CVは図32と同様にステップアップしているが、ロウベリファイ電圧AVL、BVL、CVLはステップアップしていない。したがって、図36は、本発明の第3の実施形態に対応すると言える。 FIG. 36 shows an example of a change in voltage according to the time of the selected word line when the row verify voltage is not stepped up, the verify voltage is also stepped up, and Vpgm applied to the word line is stepped up. Similarly to FIG. 30, it is assumed that 4-level data is written in the memory cell. In FIG. 36, the verify voltages AV, BV, and CV are stepped up as in FIG. 32, but the row verify voltages AVL, BVL, and CVL are not stepped up. Therefore, it can be said that FIG. 36 corresponds to the third embodiment of the present invention.

図37は、図36の変形例である。図30と同様に、メモリセルには4値のデータが書き込まれるとする。この例では、書き込み電圧Vpgmの値に応じて、複数の閾値のうち、一部の閾値に対応するロウベリファイ電圧とベリファイ電圧の印加の省略が行われている。すなわち、書き込み電圧Vpgmが低い間は、メモリセルには低い閾値に対応するデータが書き込まれ得るが高い閾値に対応するデータは書き込まれない。そこで、高い閾値に対応するベリファイ電圧の印加を省略する。また、高い閾値に対応するデータが書き込まれるメモリセルが存在しない場合には、その高い閾値に対応するベリファイ電圧を印加する必要もないので省略できる。 FIG. 37 is a modification of FIG. Similarly to FIG. 30, it is assumed that 4-level data is written in the memory cell. In this example, depending on the value of the write voltage Vpgm, the application of the row verify voltage and the verify voltage corresponding to some of the threshold values is omitted. That is, while the write voltage Vpgm is low, data corresponding to a low threshold can be written to the memory cell, but data corresponding to a high threshold is not written. Therefore, the application of the verify voltage corresponding to the high threshold is omitted. Further, when there is no memory cell in which data corresponding to a high threshold value is written, it is not necessary to apply a verify voltage corresponding to the high threshold value and can be omitted.

なお、実際の不揮発性半導体記憶装置においては、例えば閾値LevelAのロウベリファイ電圧またはベリファイ電圧は0Vとなる場合があり、図30から図37のような選択ワード線の電圧の時間変化を測定すると、0Vのベリファイ電圧や0Vロウベリファイ電圧の印加は現れない場合がある。また図30から図37では、閾値の大きさの順にロウベリファイ電圧、ベリファイ電圧が印加される場合が示されているが、実際の不揮発性半導体記憶装置においては、異なる順に印加される場合がある。 In an actual nonvolatile semiconductor memory device, for example, the row verify voltage or verify voltage of the threshold Level A may be 0 V, and when the time change of the voltage of the selected word line as shown in FIGS. 30 to 37 is measured, The application of 0V verify voltage or 0V low verify voltage may not appear. FIGS. 30 to 37 show the case where the row verify voltage and the verify voltage are applied in the order of the threshold value, but in an actual nonvolatile semiconductor memory device, they may be applied in a different order. .

(その他の実施形態)
本発明の第1の実施形態として、ベリファイ電圧をステップアップしてデータをメモリセルに書き込む形態について主に説明した。本発明の第2の実施形態として、ロウベリファイ電圧とベリファイ電圧とをステップアップしてデータをメモリセルに書き込む形態について主に説明した。本発明の第3の実施形態として、ロウベリファイ電圧をステップアップさせず、ベリファイ電圧をステップアップしてデータをメモリセルに書き込む形態について主に説明した。本発明の第4の実施形態として、ロウベリファイ電圧をステップアップさせるが、ベリファイ電圧をステップアップせずにデータをメモリセルに書き込む形態について主に説明した。
(Other embodiments)
As the first embodiment of the present invention, the mode in which the verify voltage is stepped up and data is written in the memory cell has been mainly described. As the second embodiment of the present invention, the mode in which the row verify voltage and the verify voltage are stepped up to write data to the memory cell has been mainly described. As the third embodiment of the present invention, the description has mainly been given of the mode in which the data is written to the memory cell by stepping up the verify voltage without stepping up the row verify voltage. As the fourth embodiment of the present invention, the description is mainly given of the mode in which the row verify voltage is stepped up, but the data is written to the memory cell without stepping up the verify voltage.

最初に述べたように、本発明は、これらの実施形態に限定して解釈されるべきではない。例えば、LevelAについては、本発明の第3の実施形態のようにロウベリファイ電圧をステップアップさせず、ベリファイ電圧をステップアップし、LevelBについては、本発明の第2の実施形態のようにロウベリファイ電圧とベリファイ電圧とをステップアップし、LevelCについては、本発明の第1の実施形態のようにロウベリファイ電圧を用いず、ベリファイ電圧をステップアップするようにしてもよい。すなわち、閾値に応じて、ベリファイ電圧の印加の態様が異なっていてもよい。 As stated initially, the present invention should not be construed as limited to these embodiments. For example, for Level A, the verify voltage is not stepped up as in the third embodiment of the present invention, but the verify voltage is stepped up. For Level B, the row verify voltage is not increased as in the second embodiment of the present invention. The voltage and the verify voltage may be stepped up, and for Level C, the verify voltage may be stepped up without using the row verify voltage as in the first embodiment of the present invention. That is, the manner of applying the verify voltage may be different depending on the threshold value.

また、ロウベリファイ電圧を用いる場合、上述の説明では、Vregの値は一つを用いる場合について説明したが、Vregが複数設定されていてもよい。そして、選択ワード線への書き込み電圧Vpgmの印加の回数に応じて、複数のVregから一つが選択されてビット線に印加されるようになっていてもよい。 Further, in the case where the row verify voltage is used, in the above description, the case where one value of Vreg is used has been described, but a plurality of Vregs may be set. Then, one of the plurality of Vregs may be selected and applied to the bit line according to the number of times of application of the write voltage Vpgm to the selected word line.

また、一つのワード線について、1回目から例えば3回目までの初期の書き込み電圧Vpgmの印加時のベリファイにおいては、本発明の第2の実施形態を用い、例えば4回目から10回目までの中期の書き込み電圧Vpgmの印加時のベリファイにおいては、本発明の第3の実施形態を用い、その後の11回目以降の後期の書き込み電圧Vpgmの印加時のベリファイにおいては第1の実施形態を用いるようにしてもよい。すなわち、書き込み回数に応じて、ベリファイ電圧の印加の態様が異なっていてもよい。 Further, in the verification at the time of applying the initial write voltage Vpgm from the first time to the third time for one word line, the second embodiment of the present invention is used, for example, the middle period from the fourth time to the tenth time. The third embodiment of the present invention is used for verifying when the write voltage Vpgm is applied, and the first embodiment is used for verifying when the write voltage Vpgm is applied in the latter period after the 11th time. Also good. That is, the manner of applying the verify voltage may be different depending on the number of times of writing.

また、一つのブロックについて、ワード線の位置に応じてベリファイ電圧の印加の態様が異なっていてもよい。 In addition, for one block, the manner of applying the verify voltage may be different depending on the position of the word line.

また、不揮発性半導体記憶装置の総動作時間の長さに応じてベリファイ電圧の印加の態様が異なっていてもよい。 In addition, the manner in which the verify voltage is applied may be different depending on the total operation time of the nonvolatile semiconductor memory device.

また、本発明の第2の実施形態によれば、例えば、複数の書き込みデータに対応した複数の閾値レベルが選択的に設定される電気的に書き替え可能な不揮発性メモリセルが複数配列されたメモリセルアレイと、前記不揮発性メモリセルに対して印加される書き込み電圧と第1書き込み方式のベリファイ電圧と第2書き込み方式のベリファイ電圧とを含む複数の電圧を発生する電圧発生部と、前記書き込み電圧がパルス電圧として前記不揮発性メモリセルに対して印加されるときに、前記書き込み電圧パルスの印加数をカウントするカウンタ部と、前記閾値レベルごとに、複数設定された第1の書き込み方式のベリファイ電圧のデータと、複数設定された第2の書き込み方式のベリファイ電圧のデータと、前記複数の第1の書き込み方式のベリファイ電圧が切り替えられる基準となる前記書き込み電圧パルスの印加数と、前記複数の第2の書き込み方式のベリファイ電圧が切り替えられる基準となる前記書き込み電圧パルスの印加数と、を記憶する記憶部と、前記閾値レベルごとに、前記カウンタ部がカウントする前記書き込み電圧パルスの印加数と、前記記憶部に記憶された前記第1の書き込み方式のベリファイ電圧が切り替えられる基準となる電圧パルスの印加数とを比較した第1の比較結果を出力するとともに、前記カウンタ部がカウントする前記書き込み電圧パルスの印加数と、前記記憶部に記憶された前記第2の書き込み方式のベリファイ電圧が切り替えられる基準となる電圧パルスの印加数とを比較した第2の比較結果を出力する比較部と、前記比較部の前記第1の比較結果に基づいて、前記不揮発性メモリセルに対して印加される前記複数の第1の書き込み方式のベリファイ電圧を段階的に切り替え、前記比較部の前記第2の比較結果に基づいて、前記不揮発性メモリセルに対して印加される前記複数の第2の書き込み方式のベリファイ電圧を段階的に切り替えるとともに、前記第1の書き込み方式のベリファイ結果に基づいて、前記メモリセルアレイのビット線電位の制御を行う制御部と、を備えることを特徴とする不揮発性半導体記憶装置を提供することができる。 Further, according to the second embodiment of the present invention, for example, a plurality of electrically rewritable nonvolatile memory cells in which a plurality of threshold levels corresponding to a plurality of write data are selectively set are arranged. A memory cell array; a voltage generator for generating a plurality of voltages including a write voltage applied to the nonvolatile memory cell; a verify voltage of a first write method; and a verify voltage of a second write method; and the write voltage Is applied as a pulse voltage to the non-volatile memory cell, and a counter unit that counts the number of write voltage pulses applied, and a plurality of first write method verify voltages set for each threshold level Data, a plurality of second write method verification voltage data, and a plurality of first write method verifications. A storage unit for storing the number of application of the write voltage pulse serving as a reference for switching the write voltage and the number of application of the write voltage pulse serving as a reference for switching the verify voltages of the plurality of second write methods; The number of application of the write voltage pulse counted by the counter unit for each threshold level, and the number of application of the voltage pulse serving as a reference for switching the verify voltage of the first write method stored in the storage unit, And a reference for switching the number of applied write voltage pulses counted by the counter unit and the verify voltage of the second write method stored in the storage unit. A comparator that outputs a second comparison result comparing the number of applied voltage pulses; and the first comparison of the comparator Based on the results, the verify voltages of the plurality of first write schemes applied to the nonvolatile memory cells are switched in stages, and the non-volatile properties are determined based on the second comparison results of the comparison unit. The verify voltage of the plurality of second write methods applied to the memory cell is switched in stages, and the bit line potential of the memory cell array is controlled based on the verify result of the first write method. It is possible to provide a non-volatile semiconductor memory device including a control unit.

この第2の実施形態において、第1の書き込み方式のベリファイ電圧の値を複数としたまま、第2の書き込み方式のベリファイ電圧の値を単数としてもよい。あるいは、この第2の実施形態において、第1の書き込み方式のベリファイ電圧の値を単数とするが、第2の書き込み方式のベリファイ電圧の値を複数としてもよい。 In the second embodiment, the verify voltage value of the second write method may be singular while the verify voltage value of the first write method is plural. Alternatively, in this second embodiment, the value of the verify voltage of the first write method is singular, but the value of the verify voltage of the second write method may be plural.

また、本発明の一実施形態によれば、上記の不揮発性半導体記憶装置において、前記複数の第1の書き込み方式のベリファイ電圧の切り替え又は/及び前記複数の第2の書き込み方式のベリファイ電圧の切り替えが行われる対象となる前記不揮発性メモリセルは、選択ゲートトランジスタに隣接する不揮発性メモリセルであることを特徴とすることもできる。 According to an embodiment of the present invention, in the nonvolatile semiconductor memory device described above, switching of the verify voltages of the plurality of first write methods or / and switching of the verify voltages of the plurality of second write methods. The non-volatile memory cell to be subjected to the process can be a non-volatile memory cell adjacent to the select gate transistor.

また、本発明の一実施形態によれば、上記の不揮発性半導体記憶装置において、前記制御部は、前記第1の書き込み方式の複数のベリファイ電圧又は/および前記第2の書き込み方式の複数のベリファイ電圧の切り替え時における電圧の変化量のうち、選択ゲートトランジスタに隣接していない不揮発性メモリセルの前記変化量を、前記選択ゲートトランジスタに隣接する不揮発性メモリセルの前記変化量より小さくする制御を行うことを特徴とすることもできる。 According to an embodiment of the present invention, in the nonvolatile semiconductor memory device, the control unit includes a plurality of verify voltages of the first write method and / or a plurality of verify of the second write method. Of the amount of change in voltage at the time of voltage switching, control is performed so that the amount of change in a non-volatile memory cell not adjacent to the select gate transistor is smaller than the amount of change in the non-volatile memory cell adjacent to the select gate transistor. It can also be characterized by doing.

また、本発明の一実施形態によれば、上記の不揮発性半導体記憶装置において、ワード線に共通接続される不揮発性メモリセルにおいて、前記複数の第1の書き込み方式のベリファイ電圧の切り替え又は/及び前記複数の第2の書き込み方式のベリファイ電圧の切り替えが行われる対象となる前記不揮発性メモリセルに隣接する不揮発性メモリセルは、まだ書き込みが完了していない場合には、より高い閾値レベルが設定されることを特徴とすることもできる。 In addition, according to an embodiment of the present invention, in the nonvolatile semiconductor memory device described above, in the nonvolatile memory cells commonly connected to the word line, the verify voltage switching of the plurality of first write methods or / and A higher threshold level is set for a nonvolatile memory cell adjacent to the nonvolatile memory cell to be subjected to switching of the verify voltages of the plurality of second write methods when writing has not yet been completed. It can also be characterized.

また、本発明の一実施形態によれば、上記の不揮発性半導体記憶装置において、前記複数の第1の書き込み方式のベリファイ電圧の切り替え又は/及び前記複数の第2の書き込み方式のベリファイ電圧の切り替えが行われる対象となる前記不揮発性メモリセルは、前記不揮発性メモリセルの閾値レベルの設定がされる順序が他の不揮発性メモリセルの全部又は一部よりも先である不揮発性メモリセルであることを特徴とすることもできる。 According to an embodiment of the present invention, in the nonvolatile semiconductor memory device described above, switching of the verify voltages of the plurality of first write methods or / and switching of the verify voltages of the plurality of second write methods. The non-volatile memory cell to be subjected to the operation is a non-volatile memory cell in which the order of setting the threshold level of the non-volatile memory cell is earlier than all or part of the other non-volatile memory cells It can also be characterized.

また、本発明の一実施形態によれば、上記の不揮発性半導体記憶装置において、前記第1の書き込み方式にて閾値レベルが設定される不揮発性メモリセルが接続されるビット線には0Vが印加され、前記第2の書き込み方式にて閾値レベルが設定される不揮発性メモリセルが接続されるビット線には0Vと書き込み禁止の電圧との間の電圧が印加されることを特徴とすることもできる。 According to one embodiment of the present invention, in the above-described nonvolatile semiconductor memory device, 0 V is applied to the bit line to which the nonvolatile memory cell whose threshold level is set by the first write method is connected. In addition, a voltage between 0 V and a write inhibit voltage is applied to a bit line connected to a nonvolatile memory cell whose threshold level is set in the second write method. it can.

本発明の一実施形態に係るNAND型フラッシュメモリのメモリチップの機能ブロック構成を示した図である。1 is a diagram showing a functional block configuration of a memory chip of a NAND flash memory according to an embodiment of the present invention. メモリセルアレイのメモリセルの配列を示した図である。It is the figure which showed the arrangement | sequence of the memory cell of a memory cell array. NAND型フラッシュメモリのメモリセル部の構成の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of a structure of the memory cell part of NAND type flash memory. ワード線WL0を選択して書き込みを行う場合の電圧印加条件の一例を示した回路図である。FIG. 5 is a circuit diagram showing an example of voltage application conditions when writing is performed by selecting a word line WL0. ステップアップ書き込み方法の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the step-up writing method. (a)は、メモリセル全体の閾値分布を示した図であり、(b)は、SGS及びSGDに隣接しないメモリセルの閾値分布を示した図であり、(c)は、SGS及びSGDに隣接するメモリセルの閾値分布を示した図である。(A) is the figure which showed the threshold value distribution of the whole memory cell, (b) is the figure which showed the threshold value distribution of the memory cell which is not adjacent to SGS and SGD, (c) is SGS and SGD It is the figure which showed the threshold value distribution of an adjacent memory cell. (a)は、LevelAに対応する書き込み電圧を印加したときの、書き込み電圧印加回数のばらつきを示した分布図であり、(b)は、LevelBに対応する書き込み電圧を印加したときの、書き込み電圧印加回数のばらつきを示した分布図であり、(c)は、LevelCに対応する書き込み電圧を印加したときの、書き込み電圧印加回数のばらつきを示した分布図である。(A) is a distribution diagram showing variations in the number of write voltage application times when a write voltage corresponding to Level A is applied, and (b) is a write voltage when a write voltage corresponding to Level B is applied. FIG. 6C is a distribution diagram showing variation in the number of application times, and FIG. 6C is a distribution diagram showing variation in the number of application times of the write voltage when a write voltage corresponding to Level C is applied. ワード線WLnを選択して書き込みを行う場合の電圧印加条件の一例を示した回路図である。It is a circuit diagram showing an example of a voltage application condition when writing is performed by selecting a word line WLn. (a)は、SGSに隣接するメモリセルの断面模式図であり、(b)は、SGDに隣接するメモリセルの断面模式図である。(A) is a cross-sectional schematic diagram of the memory cell adjacent to SGS, (b) is a cross-sectional schematic diagram of the memory cell adjacent to SGD. (a)は、隣接するメモリセルとの浮遊ゲートの対向側面間容量を説明する図であり、(b)は、斜め方向にも隣接するメモリセルとの浮遊ゲートの対向側面間容量を説明する図である。(A) is a figure explaining the capacity | capacitance between the opposing side surfaces of the floating gate with an adjacent memory cell, (b) demonstrates the capacity | capacitance between the opposing side surfaces of the floating gate with the memory cell which adjoins also diagonally. FIG. NAND型フラッシュメモリにおけるワード線方向のメモリアレイの断面図である。2 is a cross-sectional view of a memory array in a word line direction in a NAND flash memory. FIG. 対向側面間容量の影響による閾値の変動を説明する図である。It is a figure explaining the fluctuation | variation of the threshold value by the influence of the capacity | capacitance between opposing side surfaces. (a)は、本発明の第1の実施形態に係るステップアップ書き込み方式を示した図であり、(b)は、本発明の第1の実施形態に係るベリファイ電圧を示した図である。(A) is the figure which showed the step-up write system which concerns on the 1st Embodiment of this invention, (b) is the figure which showed the verify voltage which concerns on the 1st Embodiment of this invention. (a)は、本発明の第1の実施形態により全書き込みが終了した後のSGS、SGDに隣接するメモリセル全ての閾値分布を示した図であり、(b)は、本発明の第1の実施形態により書き込みを終えた直後のSGSに隣接するメモリセルの閾値分布を示した図である。(A) is a figure which showed the threshold value distribution of all the memory cells adjacent to SGS and SGD after completion | finish of all the writing by the 1st Embodiment of this invention, (b) is 1st of this invention It is the figure which showed the threshold value distribution of the memory cell adjacent to SGS immediately after finishing writing by embodiment of this. 4つのベリファイ電圧を用いてデータの書き込みを行う際のメモリセルの閾値の分布の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of threshold value distribution of the memory cell at the time of writing data using four verification voltages. 本発明の一実施形態に係る書き込み方式を用いた場合の電圧印加条件の一例を示した回路図である。It is the circuit diagram which showed an example of the voltage application conditions at the time of using the write system which concerns on one Embodiment of this invention. (a)は、本発明の一実施形態に係る書き込み方式による閾値レベルの変遷を示した図であり、(b)は、本発明の一実施形態に係る書き込み方式において、ビット線電位が0Vから0VとVddとの間の中間電位Vregに制御されることを示した図である。(A) is a diagram showing a transition of a threshold level by a write method according to an embodiment of the present invention, and (b) is a diagram illustrating a bit line potential from 0 V in the write method according to an embodiment of the present invention. It is the figure which showed being controlled to the intermediate potential Vreg between 0V and Vdd. (a)は、本発明の一実施形態に係るステップアップ書き込み方式を示した図であり、(b)は、本発明の一実施形態に係るロウベリファイ電圧及びベリファイ電圧を示した図である。(A) is a diagram showing a step-up write method according to an embodiment of the present invention, and (b) is a diagram showing a row verify voltage and a verify voltage according to an embodiment of the present invention. (a)は、本発明の一の実施形態により全書き込みが終了した後のSGSに隣接するメモリセル全ての閾値分布を示した図であり、(b)は、本発明の一実施形態によりロウベリファイを終えた直後のメモリセルの閾値分布を示した図である。(A) is a diagram showing threshold distributions of all memory cells adjacent to the SGS after all writing is completed according to an embodiment of the present invention, and (b) is a diagram illustrating a row distribution according to an embodiment of the present invention. It is the figure which showed the threshold value distribution of the memory cell immediately after finishing verification. 本発明の一実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の動作を説明するフローチャートである。3 is a flowchart for explaining the operation of the nonvolatile semiconductor memory device according to the embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置におけるロウベリファイ電圧及びベリファイ電圧を示した図である。FIG. 4 is a diagram showing a row verify voltage and a verify voltage in the nonvolatile semiconductor memory device according to the embodiment of the present invention. (a)は、メモリセルの閾値の変化を示す一例図であり、(b)は、メモリセルの閾値の変化をσプロットにより示す一例図である。(A) is an example figure which shows the change of the threshold value of a memory cell, (b) is an example figure which shows the change of the threshold value of a memory cell by (sigma) plot. 本発明の第3の実施形態において、メモリセルの閾値の制御性が改善できることを説明するための図である。It is a figure for demonstrating that the controllability of the threshold value of a memory cell can be improved in the 3rd Embodiment of this invention. (a)は、本発明の一実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置がビット線に印加する電圧を管理するために用いるテーブルの一例図であり、(b)は、ビット線に印加する電圧変化の遷移の一例図である。(A) is an example figure of the table used in order for the non-volatile semiconductor memory device concerning one Embodiment of this invention to manage the voltage applied to a bit line, (b) is a voltage change applied to a bit line. It is an example figure of transition. 本発明の一実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の処理のフローチャートである。4 is a flowchart of processing of the nonvolatile semiconductor memory device according to the embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置のロウベリファイ電圧及びベリファイ電圧を示した図である。FIG. 4 is a diagram showing a row verify voltage and a verify voltage of the nonvolatile semiconductor memory device according to the embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態において、メモリセルの閾値の制御性が改善できることを説明するための図である。FIG. 5 is a diagram for explaining that the controllability of the threshold value of the memory cell can be improved in the embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態において、メモリセルアレイのビット線とビット線制御回路とが一対一に接続された等価回路図である。FIG. 3 is an equivalent circuit diagram in which bit lines and bit line control circuits of a memory cell array are connected one-to-one in an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態において、メモリセルアレイのビット線とビット線制御回路とが一対一に接続された等価回路図である。FIG. 3 is an equivalent circuit diagram in which bit lines and bit line control circuits of a memory cell array are connected one-to-one in an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態におけるワード線に印加される電圧の変化の一例図である。It is an example figure of the change of the voltage applied to the word line in one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態におけるワード線に印加される電圧の変化の一例図である。It is an example figure of the change of the voltage applied to the word line in one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態におけるワード線に印加される電圧の変化の一例図である。It is an example figure of the change of the voltage applied to the word line in one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態におけるワード線に印加される電圧の変化の一例図である。It is an example figure of the change of the voltage applied to the word line in one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態におけるワード線に印加される電圧の変化の一例図である。It is an example figure of the change of the voltage applied to the word line in one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態におけるワード線に印加される電圧の変化の一例図である。It is an example figure of the change of the voltage applied to the word line in one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態におけるワード線に印加される電圧の変化の一例図である。It is an example figure of the change of the voltage applied to the word line in one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態におけるワード線に印加される電圧の変化の一例図である。It is an example figure of the change of the voltage applied to the word line in one Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

FG、34 フローティングゲート
VL ロウベリファイ電圧
Vpass 書き込みパス電圧
Vpgm 書き込み電圧
Vr ベリファイ電圧
Vreg 書き込み制御電圧
Vt 閾値
1 NAND型フラッシュメモリ
2 I/Oコントロール回路
3 ロジックコントロール回路
4 パラメータレジスタ
7 コマンドレジスタ
8 制御信号発生回路(内部コントローラ)
9 電圧発生回路
10 ロウデコーダ
12 メモリセルアレイ
13 データレジスタ/センスアンプ回路
14 カラムデコーダ
16 比較回路
121 第1の記憶領域
122 第2の記憶領域、ROMヒューズ(パルス印加数記憶部)
FG, 34 Floating gate VL Low verify voltage Vpass Write pass voltage Vpgm Write voltage Vr Verify voltage Vreg Write control voltage Vt Threshold 1 NAND flash memory
2 I / O control circuit 3 Logic control circuit 4 Parameter register 7 Command register 8 Control signal generation circuit (internal controller)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 9 Voltage generation circuit 10 Row decoder 12 Memory cell array 13 Data register / sense amplifier circuit 14 Column decoder 16 Comparison circuit 121 1st memory area 122 2nd memory area, ROM fuse (pulse application number memory | storage part)

Claims (10)

複数の書き込みデータに対応した複数の閾値レベルが選択的に設定される電気的に書き替え可能な不揮発性メモリセルが複数配列されたメモリセルアレイと、
前記不揮発性メモリセルに対して印加される書き込み電圧とベリファイ電圧とを含む複数の電圧を発生する電圧発生部と、
前記書き込み電圧がパルス電圧として前記不揮発性メモリセルに対して印加されるときに、前記書き込み電圧パルスの印加数をカウントするカウンタ部と、
前記閾値レベルごとに、複数設定されたベリファイ電圧のデータと、前記複数のベリファイ電圧が切り替えられる基準となる前記書き込み電圧パルスの印加数を記憶する記憶部と、
前記閾値レベルごとに、前記カウンタ部がカウントする前記書き込み電圧パルスの印加数と、前記記憶部に記憶された前記書き込み電圧パルスの印加数と、を比較する比較部と、
前記比較部の比較結果に基づいて、前記不揮発性メモリセルに対して印加される複数のベリファイ電圧を段階的に切り替えてベリファイの制御を行う制御部と、
を備えることを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
A memory cell array in which a plurality of electrically rewritable nonvolatile memory cells in which a plurality of threshold levels corresponding to a plurality of write data are selectively set are arranged;
A voltage generator for generating a plurality of voltages including a write voltage and a verify voltage applied to the nonvolatile memory cell;
A counter unit that counts the number of write voltage pulses applied when the write voltage is applied as a pulse voltage to the nonvolatile memory cell;
A storage unit that stores data of a plurality of verify voltages set for each threshold level and the number of application of the write voltage pulse serving as a reference for switching the plurality of verify voltages;
A comparison unit that compares the number of application of the write voltage pulse counted by the counter unit with the number of application of the write voltage pulse stored in the storage unit for each threshold level;
Based on the comparison result of the comparison unit, a control unit that performs verification control by switching a plurality of verification voltages applied to the nonvolatile memory cell in stages;
A non-volatile semiconductor memory device comprising:
前記制御部は、前記複数のベリファイ電圧の切り替え時における電圧の変化量を、前記閾値レベルに応じて変わるように制御することを特徴とする請求項1に記載の不揮発性半導体記憶装置。 2. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein the control unit controls an amount of change in voltage when the plurality of verify voltages are switched so as to change in accordance with the threshold level. 3. 前記制御部は、前記複数のベリファイ電圧の切り替え時における電圧の変化量のうち、選択ゲートトランジスタに隣接していない不揮発性メモリセルの前記変化量を、前記選択ゲートトランジスタに隣接する不揮発性メモリセルの前記変化量より小さくする制御を行う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。 The control unit uses the change amount of the non-volatile memory cell not adjacent to the select gate transistor among the change amount of the voltage at the time of switching the plurality of verify voltages to the non-volatile memory cell adjacent to the select gate transistor. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 2, wherein control is performed to make the change amount smaller than the change amount of the non-volatile semiconductor memory device. 前記複数のベリファイ電圧の切り替えが行われる対象となる前記不揮発性メモリセルは、選択ゲートトランジスタに隣接する不揮発性メモリセルであることを特徴とする請求項1に記載の不揮発性半導体記憶装置。 2. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein the nonvolatile memory cell to which the plurality of verify voltages are switched is a nonvolatile memory cell adjacent to a selection gate transistor. 前記制御部は、前記複数のベリファイ電圧の切り替え時における電圧の変化量を前記不揮発性メモリセルと選択ゲートトランジスタとの位置関係に応じて変化させることを特徴とする請求項1に記載の不揮発性半導体記憶装置。 2. The nonvolatile memory according to claim 1, wherein the control unit changes a voltage change amount when the plurality of verify voltages are switched according to a positional relationship between the nonvolatile memory cell and the select gate transistor. 3. Semiconductor memory device. ワード線に共通接続される不揮発性メモリセルにおいて、前記複数のベリファイ電圧の切り替えが行われる対象となる不揮発性メモリセルに隣接する書き込みが完了していない不揮発性メモリセルには、より高い閾値レベルが設定されることを特徴とする請求項1に記載の不揮発性半導体記憶装置。 In a non-volatile memory cell commonly connected to a word line, a higher threshold level is applied to a non-volatile memory cell adjacent to the non-volatile memory cell to which the plurality of verify voltages are to be switched is not completed. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein 前記複数のベリファイ電圧の切り替えが行われる対象となる前記不揮発性メモリセルは、
前記不揮発性メモリセルの閾値レベルの設定がされる順序が他の不揮発性メモリセルの全て又は一部よりも先である不揮発性メモリセルであることを特徴とする請求項1に記載の不揮発性半導体記憶装置。
The nonvolatile memory cell that is a target for switching the plurality of verify voltages is:
The nonvolatile memory cell according to claim 1, wherein the nonvolatile memory cell is a nonvolatile memory cell in which the order of setting the threshold level of the nonvolatile memory cell is earlier than all or a part of the other nonvolatile memory cells. Semiconductor memory device.
複数の書き込みデータに対応した複数の閾値レベルが選択的に設定される電気的に書き替え可能な不揮発性メモリセルが複数配列されたメモリセルアレイと、
前記不揮発性メモリセルに対して印加される書き込み電圧と第1書き込み方式のベリファイ電圧と第2書き込み方式のベリファイ電圧とを含む複数の電圧を発生する電圧発生部と、
前記書き込み電圧がパルス電圧として前記不揮発性メモリセルに対して印加されるときに、前記書き込み電圧パルスの印加数をカウントするカウンタ部と、
前記閾値レベルごとに、複数設定された第1の書き込み方式のベリファイ電圧のデータと、複数設定された第2の書き込み方式のベリファイ電圧のデータと、前記複数の第1の書き込み方式のベリファイ電圧が切り替えられる基準となる前記書き込み電圧パルスの印加数と、前記複数の第2の書き込み方式のベリファイ電圧が切り替えられる基準となる前記書き込み電圧パルスの印加数と、を記憶する記憶部と、
前記閾値レベルごとに、前記カウンタ部がカウントする前記書き込み電圧パルスの印加数と、前記記憶部に記憶された前記第1の書き込み方式のベリファイ電圧が切り替えられる基準となる電圧パルスの印加数とを比較した第1の比較結果を出力するとともに、前記カウンタ部がカウントする前記書き込み電圧パルスの印加数と、前記記憶部に記憶された前記第2の書き込み方式のベリファイ電圧が切り替えられる基準となる電圧パルスの印加数とを比較した第2の比較結果を出力する比較部と、
前記比較部の前記第1の比較結果に基づいて、前記不揮発性メモリセルに対して印加される前記複数の第1の書き込み方式のベリファイ電圧を段階的に切り替え、前記比較部の前記第2の比較結果に基づいて、前記不揮発性メモリセルに対して印加される前記複数の第2の書き込み方式のベリファイ電圧を段階的に切り替えるとともに、前記第1の書き込み方式のベリファイ結果に基づいて、前記メモリセルアレイのビット線電位の制御を行う制御部と、
を備えることを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
A memory cell array in which a plurality of electrically rewritable nonvolatile memory cells in which a plurality of threshold levels corresponding to a plurality of write data are selectively set are arranged;
A voltage generator for generating a plurality of voltages including a write voltage applied to the nonvolatile memory cell, a first write method verify voltage, and a second write method verify voltage;
A counter unit that counts the number of write voltage pulses applied when the write voltage is applied as a pulse voltage to the nonvolatile memory cell;
For each of the threshold levels, a plurality of first write method verify voltage data, a plurality of second write method verify voltage data, and a plurality of first write method verify voltages are provided. A storage unit that stores the number of application of the write voltage pulse that is a reference to be switched and the number of application of the write voltage pulse that is a reference for switching the verify voltage of the plurality of second write methods;
For each threshold level, the number of application of the write voltage pulse counted by the counter unit and the number of application of the voltage pulse serving as a reference for switching the verify voltage of the first write method stored in the storage unit. The first comparison result is output, and the reference voltage for switching the number of application of the write voltage pulse counted by the counter unit and the verify voltage of the second write method stored in the storage unit A comparison unit that outputs a second comparison result comparing the number of applied pulses;
Based on the first comparison result of the comparison unit, the verification voltages of the plurality of first write methods applied to the nonvolatile memory cell are switched in stages, and the second voltage of the comparison unit is changed. Based on the comparison result, the verify voltages of the plurality of second write schemes applied to the nonvolatile memory cells are switched in stages, and the memory based on the verify results of the first write scheme. A control unit for controlling the bit line potential of the cell array;
A non-volatile semiconductor memory device comprising:
複数の書き込みデータに対応した複数の閾値レベルが選択的に設定される電気的に書き替え可能な不揮発性メモリセルが複数配列されたメモリセルアレイと、
前記不揮発性メモリセルに対して印加される書き込み電圧と、第1書き込み方式のベリファイ電圧と、前記第1の書き込み方式のベリファイ電圧よりも大きな電圧である第2書き込み方式のベリファイ電圧と、を含む複数の電圧を発生する電圧発生部と、
前記書き込み電圧がパルス電圧として前記不揮発性メモリセルに対して印加されるときに、前記書き込み電圧パルスの印加数をカウントするカウンタ部と、
前記閾値レベルごとに、前記第1の書き込み方式のベリファイ電圧のデータと、第2の書き込み方式のベリファイ電圧のデータと、前記第1又は前記第2の書き込み方式のベリファイ電圧が切り替えられる基準となる前記書き込み電圧パルスの印加数と、を記憶する記憶部と、
前記閾値レベルごとに、前記カウンタ部がカウントする前記書き込み電圧パルスの印加数と、前記記憶部に記憶された前記第1又は前記第2の書き込み方式のベリファイ電圧が切り替えられる基準となる前記書き込み電圧パルスの印加数と、を比較した比較結果を出力する比較部と、
前記比較部比較結果に基づいて、前記不揮発性メモリセルに対して印加される前記第1の又は前記第2の書き込み方式のベリファイ電圧を段階的に切り替え、前記第1の書き込み方式のベリファイ結果に基づいて、前記メモリセルアレイのビット線電位の制御を行う制御部と、
を備えることを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
A memory cell array in which a plurality of electrically rewritable nonvolatile memory cells in which a plurality of threshold levels corresponding to a plurality of write data are selectively set are arranged;
A write voltage applied to the non-volatile memory cell; a first write method verify voltage; and a second write method verify voltage that is higher than the first write method verify voltage. A voltage generator for generating a plurality of voltages;
A counter unit that counts the number of write voltage pulses applied when the write voltage is applied as a pulse voltage to the nonvolatile memory cell;
For each threshold level, the reference voltage data of the first write method, the verify voltage data of the second write method, and the verify voltage of the first or second write method are switched. A storage unit for storing the number of application of the write voltage pulse;
The write voltage serving as a reference for switching the number of application of the write voltage pulse counted by the counter unit and the verify voltage of the first or second write method stored in the storage unit for each threshold level A comparison unit that outputs a comparison result comparing the number of applied pulses;
Based on the comparison result of the comparison unit, the verify voltage of the first or second write method applied to the nonvolatile memory cell is switched stepwise to obtain the verify result of the first write method. A control unit for controlling the bit line potential of the memory cell array,
A non-volatile semiconductor memory device comprising:
前記電圧発生部は、前記第1の書き込み方式のベリファイ電圧又は前記第2の書き込み方式のベリファイ電圧のいずれかとして複数の電圧を発生させ、
前記記憶部は、前記第1の書き込み方式のベリファイ電圧のデータ又は前記第2の書き込み方式のベリファイ電圧のデータのいずれかとして複数のベリファイ電圧のデータを記憶し、前記第1の書き込み方式のベリファイ電圧又は前記第2の書き込み方式のベリファイ電圧のうち複数のベリファイ電圧が切り替えられる基準となる前記書き込み電圧パルスの印加数を記憶することを特徴とする請求項9に記載の不揮発性半導体記憶装置。
The voltage generator generates a plurality of voltages as either the verify voltage of the first write method or the verify voltage of the second write method,
The storage unit stores data of a plurality of verify voltages as either the verify voltage data of the first write method or the verify voltage data of the second write method, and the verify of the first write method 10. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 9, wherein the number of applied write voltage pulses serving as a reference for switching a plurality of verify voltages among the voltages or the verify voltages of the second write method is stored.
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