JP2009048760A - 不揮発性メモリのためのプログラム方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の実施の形態による電荷保存層を有する不揮発性メモリ装置のプログラム方法、メモリ装置、システムは、少なくとも一つの単位プログラムループを遂行するが、各単位プログラムループは少なくとも二つのページにプログラムパルスを印加し、前記少なくとも二つのページに時間遅延を加え、前記少なくとも二つのページに検証パルスを印加する。
【選択図】図2
Description
不揮発性メモリは、多様な種類の電子製品、一例としてパーソナルコンピュータ(PC:personal compueter)、個人情報端末機(PDA:personal digital assistant)、セルラーフォン(cellular phone)、デジタルスチルカメラ(digital still camera)、デジタルビデオカメラ(digital video camera)、ビデオゲームプレーヤ(video game player)、メモリカード(memory card)、及び他の電子機器に広く用いられる。
従って、本発明は、上述した諸問題点を解決するために提案されたものであって、その目的は、高速プログラムを遂行しながらフラッシュメモリセルのしきい値電圧の変化を防止/最小化できるフラッシュメモリ装置及びそれのプログラム方法、そして、それを含むメモリシステム及びコンピュータシステムを提供することにある。
NANDフラッシュメモリはNANDフラッシュアレイからの又はNANDフラッシュアレイへのデータアクセスの制御のためのグローバルバッファ(global buffer)、入出力バッファ(I/O Buffer)及びラッチも含むことができる。図2のNANDフラッシュメモリの詳細構造は一例であり、他の構造又は変更されたものが用いられ得る。NANDフラッシュアレイは、所望の配置と大きさを有し得る。
図4A及び図4Bに示すように、プログラムループは一つ又はそれ以上の単位プログラムループLoopi(iは1以上の整数である(i≧1))を含むことができる。図4A及び図4Bに示すような本発明の実施の形態において、各単位プログラムループLoopiはプログラム動作(program operation)P41、時間遅延動作(time delay operation)P42、及び/又は検証読み出し動作(verify read operation)P43を含むことができる。本発明の実施の形態において、時間遅延動作P42は、プログラム動作P41と検証読み出し動作P43との間にある。本発明の実施の形態において、時間遅延動作P42は電荷トラップ層(charge trap layer)で電荷が再分配及び/又は再結合されるための時間マージンを与える。本発明の実施の形態において、プログラムセルのしきい値電圧Vthは、時間遅延動作P42の間に変更され得る。
図6に示すように、プログラムループは一つ又はそれ以上の単位プログラムループLoopi(iは1以上の整数である(i≧1))を含むことができる。図6に示す本発明の実施の形態において、各単位プログラムループLoopiはプログラム動作P51、時間遅延動作P53、及び/又は検証読み出し動作P52を含むことができる。本発明の実施の形態において、時間遅延動作P53はプログラム動作P51後、及び検証読み出し動作P53後に遂行することができる。本発明の実施の形態において、時間遅延動作P53は電荷トラップ層で電荷が再分配、及び/又は再結合されるための時間マージンを与える。本発明の実施の形態において、プログラムセルのしきい値電圧Vthは時間遅延動作P53の間に変更され得る。
図8A及び図8Bに示すように、プログラムループは一つ又はそれ以上の単位プログラムループLoopi(iは1以上の整数である(i≧1))を含むことができる。図8A及び図8Bに示す本発明の実施の形態において、各単位プログラムループLoopiはプログラム動作P61、ソフト消去動作(S/E operation:soft erase operation)P62、及び/又は検証読み出し動作P63を含むことができる。本発明の実施の形態において、ソフト消去動作P62はプログラム動作P61と検証読み出し動作P63との間で遂行され得る。本発明の実施の形態において、ソフト消去動作P62は電荷トラップ層で電荷が再分配及び/又は再結合されることを加速する。本発明の実施の形態において、ソフト消去動作P62で提供される電圧(又は電界)は、プログラム動作P61で提供される電圧(又は電界)より低い電圧を有し得る。
本発明の実施の形態において、図2の制御ロジックと高電圧発生器はNANDフラッシュアレイのメモリセルトランジスタにパルスVseを供給できる。
図9に示すように、正のプログラム電圧Vpgmが制御ゲートに印加される時に、電界は制御ゲートから基板に形成され得る。
図10に示すように、正のソフト消去電圧が基板に印加される時、電界は基板から制御ゲートに形成されることができる。
図11に示すように、Loop0はプログラム動作P61、ソフト消去動作P62、及び/又は検証読み出し動作P63を含むことができる。図11に示すように、プログラム電圧Vpgmと検証電圧Vverifyは選択されたワードラインに印加されることができ、一方、プログラム電圧Vpassと検証読み出し電圧Vreadは選択されなかった全てのワードラインに印加され得る。図11の本発明の実施の形態において、電圧Vseはソフト消去電圧として基板に印加され得る。
図示するように、一つの単位プログラムループLoop0は時間遅延動作TDを含むことができ、他の単位プログラムループLoopiはソフト消去動作SEを含むことができる。同様に、一つの単位消去ループLoop0は時間遅延動作TDを含むことができ、他の単位消去ループLoopiはソフトプログラム動作SPを含むことができる。全てのプログラムループと消去ループで、時間遅延動作TDとソフト消去動作SE/ソフトプログラム動作SPとが交互に適用され得る。本発明の実施の形態において、第1動作は時間遅延動作TD、又はソフト消去動作SE/ソフトプログラム動作SPであり得る。
図13で時間遅延動作、又はソフトプログラム/消去動作SP/SEは、検証読み出し動作の後に遂行される。図示するように、一つの単位プログラムループLoop0は時間遅延動作TDを含むことができ、他の単位プログラムループLoop1はソフト消去動作SEを含むことができる。同様に、一つの単位消去ループLoop0は時間遅延動作TDを含むことができ、他の単位消去ループLoop1はソフト消去動作SPを含むことができる。プログラムと消去ループの全てで、時間遅延動作TDとソフト消去動作SE/ソフトプログラム動作SPとが交互に適用され得る。本発明の実施の形態において、最初の動作は時間遅延動作TD、又はソフト消去動作SE/ソフトプログラム動作SPであり得る。
図14で、一つの単位プログラムループは、時間遅延動作TDとソフト消去動作SEとを含むことができる。同様に、一つの単位消去ループは時間遅延動作TD及びソフトプログラム動作SPを全て含むことができる。
図示するように、一つの単位プログラムループLoop0は、時間遅延動作TDとソフト消去動作SEとを含むことができる。同様に、一つの単位消去ループLoop1は時間遅延動作TD及びソフト消去動作SPを含むことができる。
図15で、一つの単位プログラムループは、時間遅延動作TDとソフト消去動作SEとを含むことができる。同様に、一つの単位消去ループは時間遅延動作TD及びソフトプログラム動作SPを全て含むことができる。図15で、時間遅延動作TDとソフトプログラム/消去動作SP/SEは、検証読み出し動作の後に遂行される。
プログラムループは一つ又はそれ以上の単位プログラムループLoopi(iは1以上の整数である(i≧1))を含むことができる。図16Aに示すように、各単位プログラムループは電圧VIの印加により現れる一つ又はそれ以上のプログラム動作、tDにより現れる一つ又はそれ以上の時間遅延動作、及び/又は電圧VRの印加により現れる一つ又はそれ以上の検証読み出し動作を含むことができる。
図16Aで各ページPGnのための各ループLoopiはプログラム電圧VNと、その後に遂行される時間遅延tDと、さらにその後に遂行される検証読み出し電圧VRと、を含むことができる。
本発明の実施の形態において、不揮発性メモリ装置はNANDフラッシュメモリである。
本発明の実施の形態において、プログラムパルスが印加されたページPG0−PGnは不揮発性メモリの制御ゲートに印加された正のプログラム電圧により生成され得る。
図16Bに示すように、S2500でプログラムループはiプログラムループの最初から始めることができる。S2502で各ページPG0−PGnはプログラムされる。S2504で、各ページのためのプログラムは各プログラムページPGnに対してプログラムパルスVIを印加するステップと時間遅延TDを加えるステップとで構成されることができる。S2506で、プログラムページPGnが最終ページであるかが決定される。もし、最終ページでない場合、S2508でプログラムページインデックスnを増加させ、次のページのプログラムPGn+1でS2502にフローが復帰される。もし、S2506で最終プログラムページがプログラムされると、第1プログラムページPG1に検証パルスVRを印加するためにS2510に進行する。S2512で、それが検証された最終ページであるかが決定される。もし、最終ページでない場合、S2514でインデックスnを増加させ、次のページPGn+1で検証パルスを印加するためにS2510にフローが復帰する。もし、S2512で最終ページが検証されると、S2516に進行して進行されたループが最終ループLoopiであるかを決定する。もし、進行されたループが最終ループでない場合、S2518でループインデックスiを増加させ、次のループの開始のためにS2500にフローが復帰する。もし、S2516で最終ループが進行されると、プロセスは終了する。
図17Aに示すように、各単位プログラムループは電圧VIを印加することによって現れる一つ又はそれ以上のプログラム動作、tDによって現れる一つ又はそれ以上の時間遅延動作、及び/又は電圧VRを印加することによって現れる一つ又はそれ以上の検証読み出し動作を含むことができる。
図17Aに示すように、各ページPGnのための各ループLoopiはプログラム電圧VNと、その後に遂行される検証読み出し電圧VRと、さらにその後に遂行される時間遅延tDと、を含むことができる。
図16Aに基づき言及された全ての他の変更、修正及び代替は図17Aにも適用され得る。
図17Bに示すように、S2600でプログラムループはiプログラムループの最初から始めることができる。S2602で各ページPG0−PGnはプログラムされる。S2604で、各ページのためのプログラムは、各プログラムページPGnのためのプログラムパルスVIと検証パルスVRの印加を含むことができる。S2606で、プログラムページPGnが最終ページであるかが決定される。もし、最終ページでない場合、S2608でプログラムページインデックスnを増加させ、次のページのプログラムPGn+1で、S2602にフローが復帰される。もし、S2606で最終プログラムページがプログラムされると、第1プログラムページPG1に時間遅延tDを加えるためにS2610に進行する。S2612で、最終ページが検証されたか否かが決定される。もし、最終ページが検証されない場合、S2614でインデックスnを増加させ、次のページPGn+1で検証パルスを印加するためにS2610にフローが復帰される。もし、S2612で最終ページが検証されたことが決定されると、S2616に進行して、進行されたループが最終ループLoopiであるかを決定する。もし、最終ループでない場合、S2618でループインデックスiを増加させ、次のループを開始するためにS2600にフローが復帰される。もし、S2616で最終ループが進行されたことが決定されると、プロセスは終了する。
本発明の実施の形態において、時間遅延動作tDは電荷トラップ層内で電荷が再分配乃至再結合されるための時間の区間を許容する。本発明の実施の形態において、時間遅延動作tDは検証読み出し動作後に、及び/又はプログラム動作と検証読み出し動作との間にプログラムセルのしきい値電圧が減少するか、又は変化することを防止できる。
同様に、各第2ループLoop2のために、プログラム電圧V2の大きさは同一及び/又は区間tPが同一であり得る。本発明の他の実施の形態において、次のループに印加されるプログラム電圧VIは減少するか、同一に維持されるか、又は他のパターンに多様化され得る 。
図18Aに示すように、各ページPGnのための第1ループLoop1はプログラム電圧VI及び/又は最初の時間遅延tD部分を含むことができる。各ページPGnのための以降のループLoop2...nは、以前のループから時間遅延tDの満了と、その後に遂行される検証読み出し電圧VRと、さらにその後に遂行されるプログラム電圧VNと、また、さらにその後に遂行される次の時間遅延tDの部分又は全部を含むことができる。
図18Bに示すように、S2700でプログラムループはiプログラムループの最初から始めることができる。S2700で各ページPG0−PGnのための最初のループがプログラムされる。S2702に示すように、各プログラムページPGnのための最初のループのプログラムは、各プログラムページPGnのためのプログラムパルスVIと時間遅延tDとを含むことができる。S2704でプログラムページPGnが最終ページであるかが決定される。もし、最終ページでなければ、S2706でプログラムページインデックスnを増加させ、次のページPGn+1のプログラムのためにS2700にフローが復帰される。もし、S2704で最終プログラムページの最初ループのプログラムが完了すると、ページPG0−PGnそれぞれのi番目のループにより第2プログラムの遂行のためにS2708にフローが復帰される。
図4A乃至図15と関連し、上記で論議された変更例は、図16A乃至図18Bに示す本発明の実施の形態に適用され得る。
図19に示すように、NORフラッシュメモリはメモリアレイ(memory array)1100、X−選択器(X−selector)1200、Y−選択器(Y−selector)1300、SA/WD1400、入/出力インタフェース(I/O interface)1500、制御ロジック(control logic)1600、又はそのようなものを含むことができる。
本発明の実施の形態によるスタックフラッシュメモリ装置は立体的に配列されたメモリセルを具備する。メモリセルは、MOSトランジスタを形成するための半導体基板として用いられる積層された複数の半導体層を具備する。一方、説明の便宜上、図20には二つの半導体層のみ(即ち、第1半導体層100′及び第2半導体層200′を図示しているが、複数の半導体層が具備され得る。
上述した消去及びプログラム(又は、書き込み)方法の実施の形態は、図20のスタックフラッシュ構造(stack flash structure)に適用され得る。
図示するように、フィン型構造において、半導体基板は複数の領域に限定されることができる。例えば、半導体基板はセル領域Aと、周辺領域Cと、セル領域Aと周辺領域Cとの間の境界領域Bと、に区分され得る。セル領域Aはメモリトランジスタが形成される部分であって、周辺領域Cはメモリトランジスタの動作を制御するための周辺回路素子が形成される部分であり得る。境界領域Bはセル領域A及び周辺領域Cと区別されて使用されることもできるが、それよりは、セル領域A及び周辺領域Bのエッジ部分を含むものと理解され得る。
図22A及び図22Bに示すように、グラウンド選択トランジスタ、ストリング選択トランジスタ、及びセルトランジスタは、半導体基板50に定義された活性領域に形成される。グラウンド選択ラインGSL、ストリング選択ラインSSL、及びワードラインWLnは活性領域の上部を横切って形成される。ビットラインBLnはビットラインコンタクトDCを介してストリング選択ラインSSLの一側に形成されたソース/ドレイン領域に接続される。ゲート電極と活性領域との間に介在する電荷保存層64を含む。電荷保存層64はフローティングゲートであり得、SONOS、MONOS、又はTANOS構造の場合、電荷保存絶縁層60であり得る。また、電荷保存層64は半導体又は金属ナノクリスタルであり得る。電荷保存層64は図22Aに示すように各々が分離された領域を有するように構成されることができ、図22Bに示すように電荷保存絶縁層60内に構成されることもできる。
図示のように、NOR型フラッシュメモリ装置4000は行選択器(row selector)440、及び/又は列選択器(column selector)450を含むことができる。
行選択器440は複数の行デコーダRD1−RDmを含むことができる。一方、列選択器450は複数の列デコーダCD1−CDmを含むことができる。一対の行及び列デコーダはそれぞれのセクタSC1−SCmに添う。列選択器450は第1バンクBK1により整列されたグローバル列デコーダGCD1をさらに含むことができる。
図示のように、図25はメモリ制御部520に接続されたメモリ510を含むことができる。メモリ510は上述されたNANDフラッシュメモリ、又はNORフラッシュメモリであり得る。従って、メモリ510はこのようなメモリ構造に限定されず、本発明の実施の形態によって形成されたメモリセルを有する何れかのメモリ構造であり得る。
図示のように、図26はインタフェース515に接続されたメモリ510を含むことができる。メモリ510は上述したNANDフラッシュメモリ又はNORフラッシュメモリであり得る。従って、メモリ510はこのようなメモリ構造に限定されず、本発明の実施の形態によって形成されたメモリセルを有する何れかのメモリ構造であり得る。
カードのように具体化されたメモリ510とメモリ制御部520を有することを除けば、図27は図25と同様である。例えば、カード530はフラッシュメモリカードのようなメモリカードであり得る。即ち、カード530はデジタルカメラ、パーソナルコンピュータなどのような消費者電子機器と共に使用される工業標準として接し得るカードであり得る。メモリ制御部520は他の(例えば、外部)装置から受信された制御信号に基づいてメモリ510を制御できるように構成され得る。
図28はポータブル装置(portable device)6000を示す。ポータブル装置6000は、MP3プレーヤ(MP3 player)、ビデオプレーヤ(videoplayer)、統合ビデオ及びオーディオプレーヤ(combination video and audio player)などであり得る。図示のようにポータブル装置6000はメモリ510とメモリ制御部520を含むことができる。ポータブル装置6000はエンコーダ及びデコーダ610を含むことができ、表示装置(presentation components)620とインタフェース630とを含むことができる。
本発明の実施の形態において、ホストシステム7000はカード530に制御信号を提供することができ、メモリ制御部(memory controller)520はメモリ510の動作を制御できる。
図示のシステム2000はマイクロプロセッサ(micro processor)2100、ユーザインタフェース2200(例えば、キーパッド、キーボード及び/又はディスプレイ)、モデム2300、制御部2400、メモリ2500、及び/又はバッテリ2600を含むことができる。本発明の実施の形態において、各システム要素はバス(bus)2001を介して互いに結合されることができる。
Claims (23)
- 電荷保存層を有する不揮発性メモリのプログラム方法であって、
少なくとも一つの単位プログラムループを遂行するステップを含み、
前記各々の単位プログラムループは、
少なくとも二つのページにプログラムパルスを印加するステップと、
前記少なくとも二つのページに時間遅延を加えるステップと、
前記少なくとも二つのページに検証パルスを印加するステップと、を含むことを特徴とする不揮発性メモリ装置のプログラム方法。 - 前記プログラムパルスを印加するステップ、前記時間遅延を加えるステップ、前記検証パルスを印加するステップの順に遂行されることを特徴とする請求項1に記載の不揮発性メモリ装置のプログラム方法。
- 前記プログラムパルスを印加するステップ、前記検証パルスを印加するステップ、前記時間遅延を加えるステップの順に遂行されることを特徴とする請求項1に記載の不揮発性メモリ装置のプログラム方法。
- 前記少なくとも一つの単位プログラムループは、少なくとも二つの単位プログラムループを含むことを特徴とする請求項1に記載の不揮発性メモリ装置のプログラム方法。
- 各単位プログラムループの前記少なくとも二つのページに印加される前記プログラムパルスは、異なる大きさを有することを特徴とする請求項4に記載の不揮発性メモリ装置のプログラム方法。
- 各単位プログラムループの前記少なくとも二つのページに印加される前記プログラムパルスは、異なる区間を有することを特徴とする請求項4に記載の不揮発性メモリ装置のプログラム方法。
- 各単位プログラムループの前記少なくとも二つのページに印加される前記プログラムパルスは、互いに異なる区間と互いに異なる大きさとを有することを特徴とする請求項4に記載の不揮発性メモリ装置のプログラム方法。
- 連続的な単位プログラムループで前記少なくとも二つのページに印加される前記プログラムパルスは、以前の単位プログラムループで前記少なくとも二つのページに印加された前記プログラムパルスと異なる大きさを有することを特徴とする請求項4に記載の不揮発性メモリ装置のプログラム方法。
- 前記少なくとも二つの単位プログラムループはi(iは2以上の整数(i≧2))個のプログラムループを含むことを特徴とする請求項4に記載の不揮発性メモリ装置のプログラム方法。
- 前記時間遅延を加えるステップ、前記検証パルスを印加するステップ、前記プログラムパルスを印加するステップの順に遂行されることを特徴とする請求項1に記載の不揮発性メモリ装置のプログラム方法。
- 最初のプログラムループを遂行するステップをさらに含み、
前記最初のプログラムループを遂行するステップは、最初のプログラムパルスを前記少なくとも二つのページに印加するステップを含むことを特徴とする請求項10に記載の不揮発性メモリ装置のプログラム方法。 - 最終プログラムループを遂行するステップをさらに含み、
前記最終プログラムループを遂行するステップは、
前記少なくとも二つのページに最終時間遅延を加えるステップと、
前記少なくとも二つのページに最終検証パルスを印加するステップと、を含むことを特徴とする請求項11に記載の不揮発性メモリ装置のプログラム方法。 - 各単位プログラムループと前記最初のプログラムループで前記少なくとも二つのページに印加される前記プログラムパルスは異なる大きさを有することを特徴とする請求項12に記載の不揮発性メモリ装置のプログラム方法。
- 各単位プログラムループと前記最初のプログラムループで前記少なくとも二つのページに印加される前記プログラムパルスは、異なる区間を有することを特徴とする請求項12に記載の不揮発性メモリ装置のプログラム方法。
- 各単位プログラムループと前記最初のプログラムループで前記少なくとも二つのページに印加される前記プログラムパルスは、異なる区間と異なる大きさとを有することを特徴とする請求項12に記載の不揮発性メモリ装置のプログラム方法。
- 次の単位プログラムループで前記少なくとも二つのページに印加される前記プログラムパルスは、以前の単位プログラムループで前記少なくとも二つのページに印加される前記プログラムパルスと異なる大きさを有することを特徴とする請求項12に記載の不揮発性メモリ装置のプログラム方法。
- 次の単位プログラムループで前記少なくとも二つのページに印加される前記プログラムパルスは、前記最初のプログラムループで前記少なくとも二つのページに印加される前記プログラムパルスと異なる大きさを有することを特徴とする請求項12に記載の不揮発性メモリ装置のプログラム方法。
- 前記二つのページで遂行される動作は一致しないことを特徴とする請求項1に記載の不揮発性メモリ装置のプログラム方法。
- 前記不揮発性メモリがn(nは2以上の整数(n≧2))個のページを含む場合、前記不揮発性メモリの全体プログラム時間はiループが完了する時間のn倍より小さいことを特徴とする請求項9に記載の不揮発性メモリ装置のプログラム方法。
- 前記不揮発性メモリがn(nは2以上の整数(n≧2))個のページを含む場合、不揮発性メモリの全体プログラム時間はiループが完了する時間のn倍より小さいことを特徴とする請求項12に記載の不揮発性メモリ装置のプログラム方法。
- 複数のビットラインと複数のワードラインにより接続されたメモリセルトランジスタのアレイと、
少なくとも一つの単位プログラムループを遂行するプログラムロジックを含み、
各単位プログラムループを遂行するために前記プログラムロジックは、
前記複数のワードラインのうち少なくとも二つの選択されたワードラインにプログラムパルスを印加し、
前記複数のワードラインのうち前記少なくとも二つの選択されたワードラインに時間遅延を加え、
前記複数のワードラインのうち前記少なくとも二つの選択されたワードラインに検証パルスを印加することを特徴とする不揮発性メモリ装置。 - システムにおいて、
メモリと、
前記メモリを制御する制御部を含み、前記メモリは複数のビットラインと複数のワードラインにより接続されたメモリセルトランジスタのアレイと、
少なくとも一つの単位プログラムループを遂行するプログラムロジックを含み、
各単位プログラムループを遂行するために前記プログラムロジックは、前記複数のワードラインのうち少なくとも二つの選択されたワードラインにプログラムパルスを印加し、前記複数のワードラインのうち前記少なくとも二つの選択されたワードラインに時間遅延を加え、前記複数のワードラインのうち前記少なくとも二つの選択されたワードラインに検証パルスを印加することを特徴とするシステム。 - システムにおいて、
メモリと、
前記メモリを制御する制御機と、
前記メモリをアクセスするユーザインタフェースと、
前記メモリで許容された情報が送信されるモデムと、
前記メモリに電源を供給するバッテリと、
前記メモリ、前記制御機、前記ユーザインタフェース、前記モデム、及び前記バッテリに接続されたバスと、を含み、
前記メモリは複数のビットラインと複数のワードラインにより接続されたメモリセルトランジスタのアレイと、
少なくとも一つの単位プログラムループを遂行するプログラムロジックを含み、
各単位プログラムループを遂行するために前記プログラムロジックは、
前記複数のワードラインのうち少なくとも二つの選択されたワードラインにプログラムパルスを印加し、前記複数のワードラインのうち前記少なくとも二つの選択されたワードラインに時間遅延を加え、前記複数のワードラインのうち前記少なくとも二つの選択されたワードラインに検証パルスを印加することを特徴とするシステム。
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