JP2009295232A - Semiconductor memory device and its driving method - Google Patents

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瀬 覚 高
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor memory device which can suppress degradation of reliability of read out data, speed up writing, and store multilevel data. <P>SOLUTION: The semiconductor memory device comprises a plurality of word lines WL extended in a first direction, a plurality of bit lines BL extended in a second direction crossing the first direction, a plurality of memory cells MC set at lattice shaped intersections formed by the word lines and bit lines for storing N bits data (N≥2), and sense amps 40 set for the plurality of bit lines to detect the data stored in the memory cells or write the data into the memory cells. It also writes data at a plurality of levels out of the N bit data into the memory cells as data with a first threshold voltage data and reads data by using error correcting codes when reading the data written as data with the first threshold voltage. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体記憶装置およびその駆動方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor memory device and a driving method thereof.

不揮発性半導体記憶装置であるEEPROM型NAND型フラッシュメモリにおいて、多値データを記憶可能なメモリが提案されている。   In the EEPROM type NAND flash memory which is a nonvolatile semiconductor memory device, a memory capable of storing multi-value data has been proposed.

EEPROM型NAND型フラッシュメモリのような不揮発性半導体記憶装置は、著しく微細化が進んでいる。このため、隣接するメモリセルの相互間隔が非常に狭まっている。隣接するメモリセルの相互間隔が狭くなると、隣接するセル相互の浮遊ゲート間の容量(FG−FG間容量) が大きくなる。したがって、先に書いたメモリセルの閾値電圧Vthが、FG−FG間容量により、後に書いた隣接セルのデータに応じて変動してしまうという問題が生じている。これは、近接効果と呼ばれている。特に、1つのメモリセルにNビットデータ( N≧2) を記憶する多値メモリは、1データ当たりの閾値電圧の分布を非常に狭くする必要がある。従って、多値メモリでは、近接効果の問題が顕著となる。   Nonvolatile semiconductor memory devices such as EEPROM type NAND flash memories are remarkably miniaturized. For this reason, the mutual interval between adjacent memory cells is very narrow. When the interval between adjacent memory cells is narrowed, the capacitance between floating gates between adjacent cells (FG-FG capacitance) increases. Therefore, there arises a problem that the threshold voltage Vth of the memory cell written earlier varies according to the data of the adjacent cell written later due to the capacitance between FG and FG. This is called the proximity effect. In particular, a multilevel memory that stores N-bit data (N ≧ 2) in one memory cell needs to have a very narrow threshold voltage distribution per data. Therefore, the problem of the proximity effect becomes significant in the multilevel memory.

また、微細化が進むと、近接効果の増大だけでなく、データリテンション特性が悪化する。微細化が進むと、浮遊ゲートが小さくなるので、蓄積される電子数が減少するからである。近接効果の増大およびデータリテンション特性の悪化によって、メモリセルの閾値分布が広がってしまう。特に、多値メモリでは、閾値分布が広がることは読出しマージンの低下に繋がり、データの信頼性を低下させてしまう。これに対処するために、書込み時の閾値分布を狭くしようとすると、書込み速度が低下してしまう。つまり、読出しデータの信頼性と書込み速度とはトレードオフの関係にある。
特開2004−192789号公報
Further, as the miniaturization progresses, not only the proximity effect increases but also the data retention characteristics deteriorate. This is because as the miniaturization progresses, the floating gate becomes smaller and the number of accumulated electrons decreases. The increase in the proximity effect and the deterioration of the data retention characteristic widen the threshold distribution of the memory cells. In particular, in a multi-level memory, widening of the threshold distribution leads to a decrease in read margin, thereby reducing data reliability. In order to cope with this, if an attempt is made to narrow the threshold distribution at the time of writing, the writing speed is lowered. That is, the reliability of read data and the write speed are in a trade-off relationship.
JP 2004-192789 A

読出しデータの信頼性の低下を抑制し、書込み速度が速く、かつ、多値データを記憶することができる半導体記憶装置を提供する。   Provided is a semiconductor memory device capable of suppressing a decrease in reliability of read data, having a high writing speed, and storing multi-value data.

本発明に係る実施形態に従った半導体記憶装置は、第1の方向に延伸する複数のワード線と、前記第1の方向と交差する第2の方向に延伸する複数のビット線と、前記ワード線と前記ビット線とによって構成される格子形状の交点に対応して設けられ、Nビットデータ(N≧2)を格納する複数のメモリセルと、前記複数のビット線に対応して設けられ、前記メモリセルに格納されたデータを検出し、あるいは、前記メモリセルへデータを書き込むセンスアンプとを備え、
前記Nビットデータのうち複数準位のデータを第1の閾値電圧のデータとして前記メモリセルに書き込み、前記第1の閾値電圧として書き込まれたデータを読み出すときには、誤り訂正コードを用いて該データを読み出すことを特徴とする。
A semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention includes a plurality of word lines extending in a first direction, a plurality of bit lines extending in a second direction intersecting the first direction, and the word A plurality of memory cells that are provided corresponding to intersections of a lattice shape constituted by a line and the bit line, and store N bit data (N ≧ 2), and are provided corresponding to the plurality of bit lines, A sense amplifier that detects data stored in the memory cell or writes data to the memory cell;
When data of a plurality of levels among the N-bit data is written to the memory cell as data of a first threshold voltage, and the data written as the first threshold voltage is read, the data is stored using an error correction code. It is characterized by reading.

本発明に係る実施形態に従った書込みコントローラは、第1の方向に延伸する複数のワード線と、前記第1の方向と交差する第2の方向に延伸する複数のビット線と、前記ワード線と前記ビット線とによって構成される格子形状の交点近傍に対応して設けられ、Nビットデータ(N≧2)を格納する複数のメモリセルと、前記複数のビット線に対応して設けられ、前記メモリセルに格納されたデータを検出し、あるいは、前記メモリセルへデータを書き込むセンスアンプとを含むメモリ部へデータを書き込む書込みコントローラであって、
前記Nビットデータのうち複数準位のデータを第1の閾値電圧のデータとして前記メモリセルに書き込むように前記メモリ部を制御する。
A write controller according to an embodiment of the present invention includes a plurality of word lines extending in a first direction, a plurality of bit lines extending in a second direction crossing the first direction, and the word lines And a plurality of memory cells that store N-bit data (N ≧ 2), and are provided corresponding to the plurality of bit lines. A write controller that detects data stored in the memory cell or writes data to a memory unit including a sense amplifier that writes data to the memory cell;
The memory unit is controlled to write a plurality of levels of N-bit data to the memory cell as first threshold voltage data.

本発明に係る実施形態に従った読出しコントローラは、第1の方向に延伸する複数のワード線と、前記第1の方向と交差する第2の方向に延伸する複数のビット線と、前記ワード線と前記ビット線とによって構成される格子形状の交点近傍に対応して設けられ、Nビットデータ(N≧2)を格納する複数のメモリセルと、前記複数のビット線に対応して設けられ、前記メモリセルに格納されたデータを検出し、あるいは、前記メモリセルへデータを書き込むセンスアンプとを含むメモリ部からデータを読み出す読出しコントローラであって、
前記Nビットデータのうち複数準位のデータを第1の閾値電圧のデータとして格納する前記メモリセルから該データを読み出すときに、誤り訂正コードを用いて該データを読み出すように前記メモリ部を制御する。
A read controller according to an embodiment of the present invention includes a plurality of word lines extending in a first direction, a plurality of bit lines extending in a second direction intersecting the first direction, and the word lines And a plurality of memory cells that store N-bit data (N ≧ 2), and are provided corresponding to the plurality of bit lines. A read controller that detects data stored in the memory cell or reads data from a memory unit including a sense amplifier that writes data to the memory cell;
Controlling the memory unit to read out the data using an error correction code when reading out the data from the memory cell storing a plurality of levels of the N-bit data as data of a first threshold voltage To do.

本発明に係る実施形態に従った半導体記憶装置の駆動方法は、第1の方向に延伸する複数のワード線と、前記第1の方向と交差する第2の方向に延伸する複数のビット線と、前記ワード線と前記ビット線とによって構成される格子形状の交点近傍に対応して設けられ、Nビットデータ(N≧2)を格納する複数のメモリセルと、前記複数のビット線に対応して設けられ、前記メモリセルに格納されたデータを検出し、あるいは、前記メモリセルへデータを書き込むセンスアンプとを備えた半導体記憶装置の駆動方法であって、
前記Nビットデータのうち複数準位のデータを第1の閾値電圧のデータとして前記メモリセルに書き込み、
前記第1の閾値電圧として書き込まれたデータを読み出すときには、誤り訂正コードを用いて該データを読み出すことを具備する。
A method for driving a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention includes a plurality of word lines extending in a first direction, and a plurality of bit lines extending in a second direction intersecting the first direction. A plurality of memory cells that are provided in the vicinity of the intersection of the lattice shape constituted by the word lines and the bit lines and store N-bit data (N ≧ 2), and correspond to the plurality of bit lines. A method for driving a semiconductor memory device, comprising: a sense amplifier that detects data stored in the memory cell or writes data to the memory cell;
A plurality of levels of data among the N-bit data are written to the memory cell as first threshold voltage data,
When the data written as the first threshold voltage is read, the data is read using an error correction code.

本発明による半導体記憶装置は、多値データを格納することができ、読出しデータの信頼性の低下を抑制し、かつ、書込み速度を速くすることができる。   The semiconductor memory device according to the present invention can store multi-value data, suppress a decrease in reliability of read data, and increase a writing speed.

以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。本実施形態は、本発明を限定するものではない。   Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings. This embodiment does not limit the present invention.

(第1の実施形態)
図1は、本発明に係る第1の実施形態に従ったNAND型フラッシュメモリ10(以下、単にメモリ10という)の構成の一例を示すブロック図である。メモリ10は、メモリセルアレイ100、ロウデコーダ20、カラムデコーダ30、センスアンプ群40( ここにはビット線駆動回路も含む) 、入出力バッファ50、アドレスバッファ60、電圧生成回路70、パワーオンリセット回路80、制御回路90、ラッチ回路200、外部I/Oパッド210、NANDコントローラ220を備えている。さらに、ステートマシン、コマンドインタフェース等を備えているが、図1では省略されている。
(First embodiment)
FIG. 1 is a block diagram showing an example of the configuration of a NAND flash memory 10 (hereinafter simply referred to as a memory 10) according to the first embodiment of the present invention. The memory 10 includes a memory cell array 100, a row decoder 20, a column decoder 30, a sense amplifier group 40 (including a bit line driving circuit), an input / output buffer 50, an address buffer 60, a voltage generation circuit 70, and a power-on reset circuit. 80, a control circuit 90, a latch circuit 200, an external I / O pad 210, and a NAND controller 220. Furthermore, although a state machine, a command interface, and the like are provided, they are omitted in FIG.

NANDコントローラ220がデータおよび制御信号(コマンド)を出力する。尚、NANDコントローラ220は、メモリ10とともにカード内に組み込まれている場合がある。データおよび制御信号は、外部I/Oパッドを介して入出力バッファ50に入力される。入出力バッファ50は、データおよび制御信号をコマンドインタフェースおよびカラムデコーダ30へ送る。ステートマシンは、データおよび制御信号に基づいて、カラムデコーダ30およびロウデコーダ20を制御する。ロウデコーダ20は、制御信号をデコードし、アドレス信号に基づいて或るワード線を選択する。カラムデコーダ30は、センスアンプ群40とデータバスとの間に設けられている。カラムデコーダ30は、センスアンプ群40内のセンスアンプを選択し、選択センスアンプにラッチされた読出しデータをデータバスへ転送し、あるいは、外部から受け取ったデータを選択センスアンプへ転送する。センスアンプ群40は、ビット線に対応して設けられた複数のセンスアンプで構成されている。各センスアンプの構成は、公知のものでよい。   The NAND controller 220 outputs data and a control signal (command). The NAND controller 220 may be incorporated in the card together with the memory 10. Data and control signals are input to the input / output buffer 50 via an external I / O pad. The input / output buffer 50 sends data and control signals to the command interface and column decoder 30. The state machine controls the column decoder 30 and the row decoder 20 based on the data and the control signal. The row decoder 20 decodes the control signal and selects a certain word line based on the address signal. The column decoder 30 is provided between the sense amplifier group 40 and the data bus. The column decoder 30 selects a sense amplifier in the sense amplifier group 40, transfers read data latched by the selected sense amplifier to the data bus, or transfers data received from the outside to the selected sense amplifier. The sense amplifier group 40 includes a plurality of sense amplifiers provided corresponding to the bit lines. The configuration of each sense amplifier may be a known one.

データ書込み時には、センスアンプは、データを一旦ラッチし、このデータを当該カラムのビット線を介して選択ワード線に接続されたメモリセルへ書き込む。データ読出し時には、センスアンプは、選択ワード線に接続されたメモリセル内のデータを検出する。センスアンプは、読み出されたデータを入出力バッファ50、外部I/Oパッド210を介してメモリ10の外部へ出力する。センスアンプは、例えば、8ビットデータまたは16ビットデータからなるページ単位でデータを書き込み、あるいは、読み出す。   At the time of data writing, the sense amplifier once latches the data and writes this data to the memory cell connected to the selected word line via the bit line of the column. At the time of data reading, the sense amplifier detects data in the memory cell connected to the selected word line. The sense amplifier outputs the read data to the outside of the memory 10 via the input / output buffer 50 and the external I / O pad 210. For example, the sense amplifier writes or reads data in units of pages composed of 8-bit data or 16-bit data.

アドレスバッファ60は、外部から受け取ったアドレス情報をエンコードしてロウデコーダ20およびカラムデコーダ30へ送る。   The address buffer 60 encodes address information received from the outside and sends it to the row decoder 20 and the column decoder 30.

電圧生成回路70は、制御回路90からのモード信号、電圧生成タイミング制御信号および電圧レベル設定信号を受けて、外部から供給された電源電圧VCCを用いて参照用の基準電圧Vref、あるいは、プログラム電圧Vpgm等の内部電圧を生成する。電圧生成回路70は、内部電圧をロウデコーダ20、カラムデコーダ30、センスアンプ群40等へ供給する。   The voltage generation circuit 70 receives the mode signal, the voltage generation timing control signal, and the voltage level setting signal from the control circuit 90, and uses the power supply voltage VCC supplied from the outside as a reference voltage Vref for reference or a program voltage. An internal voltage such as Vpgm is generated. The voltage generation circuit 70 supplies the internal voltage to the row decoder 20, the column decoder 30, the sense amplifier group 40, and the like.

パワーオンリセット回路80は、電源が投入されたことを検知して、制御回路90のレジスタをリセットして初期化動作を行うための信号を出力する。パワーオンリセット回路80は、電源投入後、電源電圧が所定の電圧レベルに達するまでの間ロウ(low)レベルであり、電源電圧が所定の電圧レベルに達するとハイレベルとなるパワーオンリセット信号を出力する。   The power-on reset circuit 80 detects that power is turned on, resets the register of the control circuit 90, and outputs a signal for performing an initialization operation. The power-on reset circuit 80 outputs a power-on reset signal that is low after the power is turned on until the power supply voltage reaches a predetermined voltage level, and goes high when the power supply voltage reaches the predetermined voltage level. Output.

制御回路90は、外部から受け取ったコマンドに従って、データ読出し動作、データ書込み動作、データ消去動作等を示すモード信号を生成する。制御回路90は、また、各モードで必要な電圧を生成するタイミングを示すタイミング制御信号、レジスタに格納されている設定電圧を示す電圧設定信号、アドレス制御信号、メモリセルへのアクセス制御信号を出力する。初期化制御回路91は、パワーオンリセット信号を受けて、アドレスバッファ60、ロウデコーダ20、カラムデコーダ30、センスアンプ群40、ラッチ回路200および電圧生成回路70を初期化する制御信号を出力する。また、ROMリード制御回路92は、パワーオンリセット信号を受けて、ROMリード動作を開始するための制御信号を出力する。   The control circuit 90 generates a mode signal indicating a data read operation, a data write operation, a data erase operation, or the like according to a command received from the outside. The control circuit 90 also outputs a timing control signal indicating timing for generating a voltage required in each mode, a voltage setting signal indicating a setting voltage stored in a register, an address control signal, and an access control signal for a memory cell. To do. In response to the power-on reset signal, the initialization control circuit 91 outputs a control signal for initializing the address buffer 60, the row decoder 20, the column decoder 30, the sense amplifier group 40, the latch circuit 200, and the voltage generation circuit 70. The ROM read control circuit 92 receives a power-on reset signal and outputs a control signal for starting a ROM read operation.

ROM120は、タイマ調整、各種電圧調整のためのトリミングデータ、電源投入後に読み出す必要のある各種データ(ヒューズデータ)、メモリセルアレイ100に存在する不良セルを他の冗長セルに置換するための置換アドレスデータ(リダンダンシデータ)などを格納する。ROM120に格納されているデータは、センスアンプ群40およびカラムデコーダ30を介してラッチ回路200に送られ、保持される。これは、ROMリード動作と呼ばれている。   ROM 120 is trimming data for timer adjustment, various voltage adjustments, various data (fuse data) that needs to be read after power-on, and replacement address data for replacing defective cells existing in memory cell array 100 with other redundant cells. (Redundancy data) and the like are stored. Data stored in the ROM 120 is sent to the latch circuit 200 via the sense amplifier group 40 and the column decoder 30 and held therein. This is called a ROM read operation.

センスアンプ群40は、各ビット線BLに対応して設けられた複数のセンスアンプを含む。各センスアンプは、ビット線BLを介してメモリセルMCに格納されたデータを読み出し、あるいは、メモリセルMCへデータを書き込む。各センスアンプは、ラッチ機能を有し、読み出したデータまたは書き込むべきデータを一時的に保持することができるように構成されている。   The sense amplifier group 40 includes a plurality of sense amplifiers provided corresponding to the bit lines BL. Each sense amplifier reads data stored in the memory cell MC via the bit line BL or writes data to the memory cell MC. Each sense amplifier has a latch function and is configured to temporarily hold read data or data to be written.

一方、ECC(Error Correction Code)情報は、メモリセルアレイ100の一部に保持されている。もしくは、メモリセルアレイ100と同様な場所に専用にECC情報が保持される場合もある。どちらの場合でも、ECC情報はセンスアンプ群40を用いてデータの読出しと書き込みが行われる。   On the other hand, ECC (Error Correction Code) information is held in a part of the memory cell array 100. Alternatively, ECC information may be held exclusively in the same location as the memory cell array 100. In either case, the ECC information is read and written using the sense amplifier group 40.

本実施形態において、ECCは、読出しデータにエラービットがある場合に使用されるほか、単一の閾値電圧に重複している複数準位のデータを読み出す場合にも使用される。   In the present embodiment, the ECC is used when there is an error bit in the read data, and also when reading data of a plurality of levels overlapping with a single threshold voltage.

図2は、メモリセルアレイ100の構成の一例を示す図である。メモリセルアレイ100は、メモリセルブロック(以下、ブロックともいう)BLOCK0〜BLOCKmに分割されている。この例では、ブロックBLOCK0〜BLOCKmは、それぞれデータ消去の最小単位である。その他、任意のメモリセル数でブロックを構成する事ができる。各ブロックBLOCK0〜BLOCKmは、複数のページで構成される。ページは、データ読出し/データ書込みの単位である。各ページは、ワード線に対応しており、或るロウアドレスで特定される複数のメモリセルのデータによって構成される。   FIG. 2 is a diagram illustrating an example of the configuration of the memory cell array 100. The memory cell array 100 is divided into memory cell blocks (hereinafter also referred to as blocks) BLOCK0 to BLOCKm. In this example, the blocks BLOCK0 to BLOCKm are the minimum units for data erasure. In addition, a block can be configured with an arbitrary number of memory cells. Each block BLOCK0 to BLOCKm is composed of a plurality of pages. A page is a unit of data read / data write. Each page corresponds to a word line and is constituted by data of a plurality of memory cells specified by a certain row address.

図3は、ブロックBLOCK0〜BLOCKmのそれぞれの構成の一例を示す図である。或るブロックBLOCKi(i=0〜m)は、各カラムのビット線BLに対応して設けられた複数のNANDストリングNSを含む。NANDストリングNSは、直列に接続された複数のメモリセルMCと、これらのメモリセルMCの両端に接続された選択ゲートトランジスタSTとで形成されている。NANDストリングNSの一端は、対応するビット線BLに接続され、その他端は共通ソース線SLに接続されている。例えば、NANDストリングNSi(i=0〜5)は、それぞれビット線BLi(i=0〜5)に接続されている。   FIG. 3 is a diagram illustrating an example of the configuration of each of the blocks BLOCK0 to BLOCKm. A certain block BLOCKi (i = 0 to m) includes a plurality of NAND strings NS provided corresponding to the bit lines BL of each column. The NAND string NS is formed of a plurality of memory cells MC connected in series and select gate transistors ST connected to both ends of these memory cells MC. One end of the NAND string NS is connected to the corresponding bit line BL, and the other end is connected to the common source line SL. For example, the NAND strings NSi (i = 0 to 5) are connected to the bit lines BLi (i = 0 to 5), respectively.

メモリセルMCのコントロールゲートは、そのメモリセルMCが属するページのワード線WLに接続されている。例えば、ページi(i=0〜4)に属するメモリセルMCのコントロールゲートは、ワード線WLi(i=0〜4)に接続されている。選択トランジスタSTのゲートは、選択ゲート線SGL1またはSGL2に接続されている。   The control gate of the memory cell MC is connected to the word line WL of the page to which the memory cell MC belongs. For example, the control gate of the memory cell MC belonging to the page i (i = 0 to 4) is connected to the word line WLi (i = 0 to 4). The gate of the selection transistor ST is connected to the selection gate line SGL1 or SGL2.

複数のワード線WLは、第1の方向としてのロウ方向に延伸しており、複数のビット線BLは、ロウ方向にほぼ直交するように交差する第2の方向としてのカラム方向に延伸している。ロウ方向およびカラム方向は便宜的に呼称されるものであるので、第1の方向をカラム方向としかつ第2の方向をロウ方向としても差し支えない。   The plurality of word lines WL extend in the row direction as the first direction, and the plurality of bit lines BL extend in the column direction as the second direction intersecting so as to be substantially orthogonal to the row direction. Yes. Since the row direction and the column direction are referred to for convenience, the first direction may be the column direction and the second direction may be the row direction.

図3に示すように、メモリセルMCは、ワード線WLとビット線BLとによって構成される格子形状の交点に対応して設けられている。例えば、ワード線WL0〜WL4とビット線BL0〜BL5とによって構成される格子形状の交点は、5×6のマトリクス状に位置する。メモリセルMCは、これらの交点に対応するように5×6のマトリクス状に二次元配置されている。尚、本実施形態のブロックは、5×6(30個)のメモリセルMCから成るが、1ブロック内のメモリセルMCの個数は、これに限定されない。即ち、ワード線の本数およびビット線の本数は、それぞれ5および6に限定されない。   As shown in FIG. 3, the memory cell MC is provided corresponding to a lattice-shaped intersection formed by the word line WL and the bit line BL. For example, the lattice-shaped intersections constituted by the word lines WL0 to WL4 and the bit lines BL0 to BL5 are located in a 5 × 6 matrix. The memory cells MC are two-dimensionally arranged in a 5 × 6 matrix so as to correspond to these intersections. The block of the present embodiment is composed of 5 × 6 (30) memory cells MC, but the number of memory cells MC in one block is not limited to this. That is, the number of word lines and the number of bit lines are not limited to 5 and 6, respectively.

メモリセルMCは、フローティングゲートおよびコントロールゲートを有するn型FEF(Field-Effect Transistor)で構成されている。ワード線によってコントロールゲートに電位を与え、フローティングゲートに電荷(電子)を蓄積し、あるいは、フローティングゲートから電荷(電子)を放出する。これにより、メモリセルMCにデータを書き込み、あるいは、メモリセルMCのデータを消去する。フローティングゲートに蓄積された電荷(電子)の数により、メモリセルMCは、多値データを電気的に記憶することができる。   The memory cell MC is composed of an n-type FEF (Field-Effect Transistor) having a floating gate and a control gate. A potential is applied to the control gate by the word line, and charges (electrons) are accumulated in the floating gate, or charges (electrons) are discharged from the floating gate. As a result, data is written to the memory cell MC or data in the memory cell MC is erased. Depending on the number of charges (electrons) accumulated in the floating gate, the memory cell MC can electrically store multi-value data.

更に、メモリセルMCは電荷蓄積型の不揮発性メモリでもよい。更にメモリセルMCは抵抗変化を情報として利用するタイプのメモリ素子であっても良い。     Further, the memory cell MC may be a charge storage type nonvolatile memory. Further, the memory cell MC may be a memory element of a type that uses resistance change as information.

図4は、本実施形態の一例として4値データを格納するメモリセルMCの閾値電圧を示すグラフである。メモリセルMCは、4値データ(11、10、01、00)のいずれかを記憶する。4値データのうち下位ビットは、Lower Pageデータとして、上位ビットは、Upper Pageデータとして各メモリセルMCに格納される。図4では、Lower Pageデータは丸で示され、Upper Pageデータは四角で示されている。尚、縦軸は、メモリセルMCの個数を示す。よって、図4に示す各状態のグラフの幅Wは、閾値電圧のばらつきを示す。従って、各状態のグラフの幅Wは小さい方が好ましい。   FIG. 4 is a graph showing the threshold voltage of the memory cell MC storing quaternary data as an example of this embodiment. The memory cell MC stores any one of quaternary data (11, 10, 01, 00). Of the quaternary data, the lower bit is stored in each memory cell MC as Lower Page data, and the upper bit is stored as Upper Page data. In FIG. 4, the lower page data is indicated by a circle, and the upper page data is indicated by a square. The vertical axis represents the number of memory cells MC. Therefore, the width W of the graph in each state shown in FIG. 4 indicates variations in threshold voltage. Therefore, it is preferable that the width W of the graph in each state is small.

E状態(11)は、Erase状態(消去状態)であり、Lower PageデータおよびUpper Pageデータとしてデータ“0”が書き込まれていない状態である。データの書込み前には、全メモリセルMCはE状態にある。E状態では、メモリセルMCの閾値電圧は負である。他のA状態〜C状態は、メモリセルMCの書き込み状態における閾値電圧であり、0〜5Vの間の正電圧に割り当てられる。   The E state (11) is an erase state (erased state) in which data “0” is not written as lower page data and upper page data. Prior to data writing, all memory cells MC are in the E state. In the E state, the threshold voltage of the memory cell MC is negative. The other A state to C state are threshold voltages in the write state of the memory cell MC, and are assigned to positive voltages between 0 and 5V.

4値データの書込みは、Lower Page書込みおよびUpper Page書込みの2回の動作で実行される。Lower Page書込みは、Lower Pageデータを決定する。これにより、メモリセルMCのデータ状態は、E状態およびB状態、あるいは、A状態およびC状態のいずれかに振り分けられる。Upper Page書込みは、Upper Pageデータを決定する。これにより、メモリセルMCのデータ状態は、E状態、B状態、A状態およびC状態のいずれかに振り分けられる。   The writing of the quaternary data is executed by two operations of the lower page writing and the upper page writing. Lower Page writing determines Lower Page data. As a result, the data state of the memory cell MC is distributed to either the E state and the B state, or the A state and the C state. Upper Page writing determines Upper Page data. As a result, the data state of the memory cell MC is assigned to one of the E state, the B state, the A state, and the C state.

Lower Page書込みにおいて、Lower Pageデータを1のままとする場合、ビット線をハイレベルにすることによって選択ワード線に接続されたメモリセルMCのフローティングゲートに電子が蓄積されないようにする。これにより、メモリセルMCは、E状態(消去状態)を維持する。一方、Lower Pageデータに0を書き込む場合、ビット線をロウレベルにすることによって選択ワード線に接続されたメモリセルMCのフローティングゲートに電子を蓄積する。これにより、Lower Pageデータに0が書き込まれ、A状態となる。   In lower page writing, when the lower page data is kept at 1, the bit line is set to high level so that electrons are not accumulated in the floating gate of the memory cell MC connected to the selected word line. Thereby, the memory cell MC maintains the E state (erased state). On the other hand, when 0 is written in the lower page data, electrons are accumulated in the floating gate of the memory cell MC connected to the selected word line by setting the bit line to the low level. As a result, 0 is written in the lower page data, and the A state is entered.

Upper Page書込みにおいて、Upper Pageデータを1のままとする場合、ビット線をハイレベルにすることによって選択ワード線に接続されたメモリセルMCのフローティングゲートに電子が蓄積されないようにする。これにより、E状態のメモリセルMCは、E状態(消去状態)を維持し、A状態のメモリセルMCは、A状態を維持する。一方、Upper Pageデータに0を書き込む場合、ビット線をロウレベルにすることによって選択ワード線に接続されたメモリセルMCのフローティングゲートに電子を蓄積する。E状態のメモリセルMCのUpper Pageに0を書き込むと、B状態のメモリセルMCになる。A状態のメモリセルMCのUpper Pageに0を書き込むと、C状態のメモリセルMCになる。このとき、選択ワード線の電圧を、Lower Page書込みにおける選択ワード線の電圧よりも高くする。あるいは、ビット線の電位を、Lower Page書込みにおけるビット線の電圧よりも低くする。これにより、Upper Pageの0書込みにおいてフローティングゲートに蓄積される電子量は、Lower Pageの0書込におけるそれよりも多くなる。よって、B状態のメモリセルMCの閾値電圧は、A状態のメモリセルMCの閾値電圧よりも高くなり、A状態(10)とB状態(01)とを区別することができる。このように、メモリセルMCは、閾値電圧によって状態E、A、B、Cの4つの状態になり得る。   In upper page writing, when the upper page data remains at 1, the bit line is set to high level so that electrons are not accumulated in the floating gate of the memory cell MC connected to the selected word line. Thereby, the memory cell MC in the E state maintains the E state (erased state), and the memory cell MC in the A state maintains the A state. On the other hand, when 0 is written in the upper page data, electrons are stored in the floating gate of the memory cell MC connected to the selected word line by setting the bit line to the low level. When 0 is written to the Upper Page of the memory cell MC in the E state, the memory cell MC in the B state is obtained. When 0 is written to the upper page of the memory cell MC in the A state, the memory cell MC in the C state is obtained. At this time, the voltage of the selected word line is set higher than the voltage of the selected word line in lower page writing. Alternatively, the potential of the bit line is set lower than the voltage of the bit line in lower page writing. As a result, the amount of electrons accumulated in the floating gate in the upper page zero write becomes larger than that in the lower page zero write. Therefore, the threshold voltage of the memory cell MC in the B state is higher than the threshold voltage of the memory cell MC in the A state, and the A state (10) and the B state (01) can be distinguished. Thus, the memory cell MC can be in four states E, A, B, and C depending on the threshold voltage.

Vcgr10は、読出し時にデータ(10)と(11)を区別する際にコントロールゲートに印加される電圧である。Vcgr01は、読出し時にデータ(01)と(10)を区別する際にコントロールゲートに印加される電圧である。Vcgr00は、読出し時にデータ(00)と(01)を区別する際にコントロールゲートに印加される電圧である。例えば、閾値電圧がVcgr10(0V)よりも小さい場合に、メモリセルMCはE状態(11)である。E状態と判断されたセルを除いたセルのうち、閾値電圧がVcgr01(1V)よりも小さい場合に、メモリセルMCはA状態(10)であり、閾値電圧がVcgr00(2V)よりも小さい場合に、メモリセルMCはB状態(10)である。それ以外のセルはC状態と判断される。   Vcgr10 is a voltage applied to the control gate when distinguishing data (10) and (11) at the time of reading. Vcgr01 is a voltage applied to the control gate when distinguishing data (01) and (10) at the time of reading. Vcgr00 is a voltage applied to the control gate when distinguishing data (00) and (01) at the time of reading. For example, when the threshold voltage is smaller than Vcgr10 (0 V), the memory cell MC is in the E state (11). When the threshold voltage is lower than Vcgr01 (1V) among the cells excluding the cells determined to be in the E state, the memory cell MC is in the A state (10) and the threshold voltage is lower than Vcgr00 (2V). The memory cell MC is in the B state (10). Other cells are determined to be in the C state.

また、図4に示すVcgv10は、データ(10)のベリファイリード時にコントロールゲートに印加される電圧であり、Vcgrに対して一定のマージン(例えば、0.4V)を考慮して設定される。Vcgv10は、例えば、0.4Vである。Vcgv01は、データ(01)のベリファイリードに用いられるリード電圧であり、例えば、1.4Vである。Vcgv00は、データ(00)のベリファイリードに用いられるリード電圧であり、例えば、2.4Vである。Vreadは、データ読出し時に非選択メモリセルのコントロールゲートに印加される電圧である。   Further, Vcgv10 shown in FIG. 4 is a voltage applied to the control gate at the time of verify reading of data (10), and is set in consideration of a constant margin (for example, 0.4 V) with respect to Vcgr. Vcgv10 is, for example, 0.4V. Vcgv01 is a read voltage used for verify read of data (01), and is 1.4 V, for example. Vcgv00 is a read voltage used for verify read of data (00), and is 2.4 V, for example. Vread is a voltage applied to the control gate of the non-selected memory cell when reading data.

4値データの読出しは、3回の読出しステップにより実現できる。例えば、第1のステップにおいてVcgr10(0V)をコントロールゲートに印加する。これにより、E状態のメモリセルMCを検出することができる。第2のステップにおいてVcgr00(2V)をコントロールゲートに印加する。これにより、C状態のメモリセルMCを検出することができる。さらに、第3のステップにおいてVcgr01(1V)をコントロールゲートに印加する。これにより、A状態およびB状態のメモリセルMCを検出することができる。   Reading of quaternary data can be realized by three reading steps. For example, Vcgr10 (0 V) is applied to the control gate in the first step. Thereby, the memory cell MC in the E state can be detected. In the second step, Vcgr00 (2V) is applied to the control gate. Thereby, the memory cell MC in the C state can be detected. Further, in the third step, Vcgr01 (1V) is applied to the control gate. Thereby, the memory cells MC in the A state and the B state can be detected.

図5は、書込み動作時間を示す説明図である。図5には、QWR(Quick Pass Write)を一例として示している。横軸は、図4と同様に閾値電圧である。メモリセルMCの閾値電圧は、データの書込みによってターゲット分布Vtgtの範囲内に収まる必要がある。実際に割り当てられている(現実にターゲットとされる)閾値電圧は、破線で示すように割り当て幅の範囲である。しかし、近接効果および読出し時のノイズ等を含めたノイズ成分Vnを考慮すると、ターゲット分布はVtgtで示す範囲に広がってしまう。   FIG. 5 is an explanatory diagram showing the write operation time. FIG. 5 shows QWR (Quick Pass Write) as an example. The horizontal axis is the threshold voltage as in FIG. The threshold voltage of the memory cell MC needs to be within the range of the target distribution Vtgt by writing data. The threshold voltage actually assigned (actually targeted) is in the range of the assigned width as shown by the broken line. However, in consideration of the noise component Vn including the proximity effect and noise at the time of reading, the target distribution spreads in a range indicated by Vtgt.

通常、1回の書き込み(1回の電圧印加)では全てのメモリセルMCの閾値電圧をターゲット分布内にシフトさせることはできない。1回の電圧印加では、閾値電圧は1回書きの分布D1のように広い範囲に分布する。1回書きの分布D1の幅をVp1とする。次に、閾値電圧が割当て範囲を超えないように、書込みステップを繰り返す。このとき、書込みステップごとに選択ワード線の電位をステップアップさせる。これにより、閾値電圧がステップ電圧幅ΔVPGMずつ上昇するようにデータがメモリセルMCへ書き込まれる。ステップ電圧幅ΔVPGMは、閾値電圧の割り当て幅Waの2倍である。各書込みステップでは、VLから割当て範囲までの閾値電圧を有するメモリセルMCに対しては、(1/2)ΔVPGMだけ閾値電圧をシフトさせるように弱い書込みを実行する。これにより、VLから割当て範囲までにある閾値電圧は割当て範囲Waを超えない。この書込みステップを繰り返すことによって、1回書きの分布幅Vp1に分布していた閾値電圧は、割り当て幅Waの範囲内へシフトされる。尚、上述のようにノイズ成分Vnを考慮すると、各メモリセルMCの閾値電圧は、実際には、ターゲット分布Vtgtの範囲内に収まる。   Normally, the threshold voltage of all the memory cells MC cannot be shifted into the target distribution by one writing (one voltage application). With a single voltage application, the threshold voltage is distributed over a wide range, such as a one-time writing distribution D1. The width of the one-time distribution D1 is Vp1. Next, the writing step is repeated so that the threshold voltage does not exceed the allocated range. At this time, the potential of the selected word line is stepped up for each writing step. As a result, data is written into the memory cell MC so that the threshold voltage increases by the step voltage width ΔVPGM. The step voltage width ΔVPGM is twice the threshold voltage allocation width Wa. In each write step, weak write is executed so that the threshold voltage is shifted by (1/2) ΔVPGM to the memory cell MC having the threshold voltage from VL to the allocation range. Thereby, the threshold voltage from VL to the allocation range does not exceed the allocation range Wa. By repeating this writing step, the threshold voltage distributed in the one-time writing distribution width Vp1 is shifted into the range of the allocation width Wa. In consideration of the noise component Vn as described above, the threshold voltage of each memory cell MC actually falls within the range of the target distribution Vtgt.

1回書きの後の書込みステップの回数は、(Vp1−ΔVPGM)/ΔVPGM+1である。従って、書込みステップの回数を減少させるためには、ステップ幅ΔVPGMを大きくする必要がある。ここで、図5からわかるように、もし、割当て幅Waを大きくすることができれば、ステップ幅ΔVPGMを大きくすることができる。   The number of write steps after one write is (Vp1−ΔVPGM) / ΔVPGM + 1. Therefore, in order to reduce the number of write steps, it is necessary to increase the step width ΔVPGM. Here, as can be seen from FIG. 5, if the allocation width Wa can be increased, the step width ΔVPGM can be increased.

図6は、第1の実施形態によるフラッシュメモリのデータ準位を示す概念図である。図4では、4値データ(2ビットデータ)のデータ準位を示したが、図6では、8値データ(3ビットデータ)のデータ準位を示す。本実施形態のメモリセルは、3値以上の任意の多値データを格納するメモリセルであればよい。データ準位は、或るデータを記憶したときにメモリセルが取り得る閾値電圧の準位である。従来のデータ準位において、Erはメモリセルの閾値電圧が最も低い準位(消去状態)を示す。A〜Gの順にメモリセルの閾値電圧が高くなっている。   FIG. 6 is a conceptual diagram showing data levels of the flash memory according to the first embodiment. 4 shows the data level of 4-level data (2-bit data), but FIG. 6 shows the data level of 8-level data (3-bit data). The memory cell of the present embodiment may be a memory cell that stores arbitrary multi-value data of three or more values. The data level is a threshold voltage level that a memory cell can take when certain data is stored. In the conventional data level, Er indicates a level (erased state) in which the threshold voltage of the memory cell is the lowest. The threshold voltage of the memory cell increases in the order of A to G.

図6の破線で示す分布は、割当て範囲に書き込まれた当初の閾値分布を示す。実線で示す分布は、近接効果によって広がった現実の書込み分布である。図6の横軸は、メモリセルの閾値電圧を示し、縦軸はセル数を示す。   The distribution indicated by the broken line in FIG. 6 indicates the initial threshold distribution written in the allocation range. The distribution indicated by the solid line is an actual writing distribution spread by the proximity effect. The horizontal axis in FIG. 6 indicates the threshold voltage of the memory cell, and the vertical axis indicates the number of cells.

本実施形態では、センスアンプ40は、Nビットデータのうち複数のデータ準位を第1の閾値電圧のデータとしてメモリセルに書き込む。例えば、センスアンプ40は、ErおよびAのデータ準位を閾値電圧Vt1のデータとしてメモリセルに書き込む。即ち、複数のデータ準位ErおよびAは、実質的に同一の閾値電圧に重複してメモリセルに格納される。これにより、8つのデータ準位のうち1つのデータ準位を省略することができる。つまり、本実施形態のメモリセルは、3ビットデータを7準位で記憶することができる。その結果、データ準位間の隙間(読出しマージン)Mrおよび各データ準位の分布幅Vtgtの一方あるいは両方を広げることができる。読出しマージンMrを広げることによって、読出しデータの信頼性を高めることができる。分布幅Vtgtを広げることによって、書込み速度を向上させることができる。読出しマージンMrおよび分布幅Vtgtの両方を広げることによって、読出しデータの信頼性と書込み速度とのトレードオフの関係を解消することができる。また、状況に応じて読出しマージンMrまたは分布幅Vtgtのいずれか一方を広げてもよい。尚、データを格納したメモリセルの最大閾値電圧と最小閾値電圧との差は一定であるとする。   In the present embodiment, the sense amplifier 40 writes a plurality of data levels of N-bit data to the memory cell as data of the first threshold voltage. For example, the sense amplifier 40 writes the data levels of Er and A to the memory cell as data of the threshold voltage Vt1. That is, the plurality of data levels Er and A are stored in the memory cell overlapping with substantially the same threshold voltage. As a result, one of the eight data levels can be omitted. That is, the memory cell of this embodiment can store 3-bit data at 7 levels. As a result, one or both of the gap (read margin) Mr between the data levels and the distribution width Vtgt of each data level can be widened. By increasing the read margin Mr, the reliability of read data can be increased. By increasing the distribution width Vtgt, the writing speed can be improved. By expanding both the read margin Mr and the distribution width Vtgt, the trade-off relationship between the reliability of read data and the write speed can be eliminated. Further, either the read margin Mr or the distribution width Vtgt may be widened depending on the situation. It is assumed that the difference between the maximum threshold voltage and the minimum threshold voltage of the memory cell storing data is constant.

本実施形態をより一般化すると、Nビットデータをメモリセルへ格納する場合、データ準位は、2未満で足りる。これにより、メモリセルの最大閾値電圧および最小閾値電圧を一定とすれば、読出しマージンMrおよび分布幅Vtgtの両方を広げることができる。 To further generalize this embodiment, when N-bit data is stored in a memory cell, the data level is less than 2N . Thereby, if the maximum threshold voltage and the minimum threshold voltage of the memory cell are fixed, both the read margin Mr and the distribution width Vtgt can be widened.

或る注目メモリセルのデータは、該注目メモリセルに隣接するメモリセルに高い閾値電圧を有するデータが書き込まれると、近接効果の影響を大きく受ける傾向がある。例えば、隣接メモリセルに準位Gのデータが書かれたときの注目メモリセルへの近接効果は、隣接メモリセルに準位Aのデータが書かれたときのそれよりも大きくなる。そのため、隣接メモリセルには、閾値電圧の低いデータが書き込まれることが好ましい。本実施形態によれば、同一の閾値電圧に重複させる複数準位のデータは、メモリセルの閾値電圧が最も低いデータ準位Erおよび二番目に低いデータ準位Aである。よって、準位B〜Fは、図6に示すように従来よりも閾値電圧が低い準位へ移動している。即ち、閾値電圧の最も高い準位G以外の準位の各閾値電圧が低下する。これにより、準位G以外の準位のデータを隣接メモリセルへ書き込んだ場合に、注目メモリセルに対する近接効果が軽減される。   Data of a certain memory cell tends to be greatly affected by the proximity effect when data having a high threshold voltage is written in a memory cell adjacent to the memory cell of interest. For example, the proximity effect to the target memory cell when the level G data is written in the adjacent memory cell is larger than that when the level A data is written in the adjacent memory cell. Therefore, it is preferable that data having a low threshold voltage is written in the adjacent memory cell. According to the present embodiment, the data of a plurality of levels to be overlapped with the same threshold voltage is the data level Er having the lowest threshold voltage of the memory cell and the data level A having the second lowest. Therefore, the levels B to F are moved to levels having a lower threshold voltage than the conventional level as shown in FIG. That is, each threshold voltage other than the level G having the highest threshold voltage is lowered. As a result, when data of a level other than the level G is written to the adjacent memory cell, the proximity effect on the memory cell of interest is reduced.

図7(A)から図7(C)は、第1の実施形態の変形例を示す。図6では、最下位準位のデータErおよび最下位から二番目の準位のデータAを重複(合体)させていた。しかし、図7(A)に示すように、最上位準位のデータGと最上位から二番目の準位のデータFとを重複させてもよい。この場合、近接効果の低減において、図6の実施形態よりも劣る場合があるが、読出しマージンMrおよび分布幅Vtgtの両方を広げることができる。よって、図7(A)の変形例であっても、本実施形態の効果を得ることができる。図7(B)は、データ準位BおよびCを重複させた変形例である。図7(B)の変形例であっても、図7(A)と同様に、本実施形態の効果を得ることができる。   FIG. 7A to FIG. 7C show a modification of the first embodiment. In FIG. 6, the data Er of the lowest level and the data A of the second lowest level are overlapped (combined). However, as shown in FIG. 7A, the highest level data G and the second level data F from the highest level may be overlapped. In this case, the reduction of the proximity effect may be inferior to the embodiment of FIG. 6, but both the read margin Mr and the distribution width Vtgt can be widened. Therefore, even in the modification of FIG. 7A, the effect of the present embodiment can be obtained. FIG. 7B shows a modification in which data levels B and C are overlapped. Even in the modification of FIG. 7B, the effect of the present embodiment can be obtained in the same manner as in FIG.

図7(C)は、4つのデータ準位を2つの閾値電圧に重複させた変形例である。より詳細には、データ準位ErとAとを重複させ、或る1つの閾値電圧を割り当て、さらに、データ準位BとCとを重複させ、他の閾値電圧を割当てている。これにより、本変形例のメモリセルは、3ビットデータを6準位で記憶することができる。その結果、読出しマージンMrおよび分布幅Vtgtの一方あるいは両方をさらに広げることができる。図7(C)の変形例も、本実施形態の効果を得ることができる。   FIG. 7C shows a modification in which four data levels are overlapped with two threshold voltages. More specifically, the data levels Er and A are overlapped and one threshold voltage is assigned, and further, the data levels B and C are overlapped and another threshold voltage is assigned. As a result, the memory cell of this modification can store 3-bit data in 6 levels. As a result, one or both of the read margin Mr and the distribution width Vtgt can be further expanded. The modification of FIG. 7C can also obtain the effect of this embodiment.

さらに、図7(A)〜図7(C)の例に限定されず、データ準位Er〜Gのうちの任意の2つのデータ準位を重複させてもよい。また、重複させるデータ準位のペア数は、図7(C)の変形例のように2つ以上であってよい。   Furthermore, the present invention is not limited to the examples of FIGS. 7A to 7C, and any two data levels of the data levels Er to G may be overlapped. Further, the number of pairs of data levels to be overlapped may be two or more as in the modified example of FIG.

本実施形態では、2つのデータ準位は、ほぼ同一の閾値電圧に重複させていた。しかし、2つのデータ準位に対応する閾値電圧は、多少ずれていてもよい。即ち、2つのデータ準位の閾値分布が完全に一つの山に重複する必要は無く、2つのピークを有する山になってもよい。そのような場合でも、本実施形態の効果は失われない。   In the present embodiment, the two data levels are overlapped with substantially the same threshold voltage. However, the threshold voltages corresponding to the two data levels may be slightly shifted. That is, the threshold distributions of the two data levels do not need to completely overlap one peak, and may be a peak having two peaks. Even in such a case, the effect of this embodiment is not lost.

次に、データの読出しにおけるデータの復号化について説明する。本実施形態では、2つのデータ準位ErおよびAの閾値分布が重複しているため、該2つのデータの区別がなくなっている。そこで、本実施形態では、単一の閾値電圧として書き込まれた複数準位のデータ(合体ビットともいう)を読み出すときには、誤り訂正コードを用いて該データを復元して読み出す。   Next, data decoding in data reading will be described. In the present embodiment, since the threshold distributions of the two data levels Er and A overlap, the distinction between the two data is lost. Therefore, in this embodiment, when reading data of a plurality of levels (also referred to as coalesced bits) written as a single threshold voltage, the data is restored and read using an error correction code.

図8は、本実施形態における読出しデータを示す概念図である。メモリのアクセス単位は、ブロックである。このブロックは図2のブロックと同一でも良いし、図2とは別の大きさのデータの塊でもよい。アクセスされるブロックは、データ領域Dataおよびエラー訂正符号ECCからなる。各ブロックのデータ領域Dataに対応してエラー訂正符号ECCが割当てられている。エラー訂正符号ECCは、データ領域100に格納されており、データ読出し時にデータ領域100から得られる。エラー訂正符号ECCは、データの合体ビット数kの情報を含む。その情報はkのビット数そのものであっても良いし、kの値と別な値:例えば通常のECC情報とともに予め決められた方式に従ってエンコードされたものであっても良い。更に、合体ビット数kはECC領域と別の領域に保持されていても良い。   FIG. 8 is a conceptual diagram showing read data in the present embodiment. A memory access unit is a block. This block may be the same as the block of FIG. 2, or may be a data chunk having a size different from that of FIG. A block to be accessed includes a data area Data and an error correction code ECC. An error correction code ECC is assigned corresponding to the data area Data of each block. The error correction code ECC is stored in the data area 100 and is obtained from the data area 100 when data is read. The error correction code ECC includes information on the number k of combined bits of data. The information may be the number of bits of k itself, or may be a value different from the value of k: for example, encoded according to a predetermined method together with normal ECC information. Further, the combined bit number k may be held in a different area from the ECC area.

本実施形態では、合体ビット数kは、1つの閾値電圧に重複して書き込まれているデータ準位のペア数である。例えば、図6の下段に示す形態および図7(A)および図7(B)に示す形態では、合体ビット数kは、1である。図7(C)に示す形態では、合体ビット数kは、2である。   In the present embodiment, the combined bit number k is the number of pairs of data levels that are written redundantly to one threshold voltage. For example, in the form shown in the lower part of FIG. 6 and the form shown in FIGS. 7A and 7B, the number k of combined bits is 1. In the form shown in FIG. 7C, the combined bit number k is two.

図9は、本実施形態におけるデータの復号化を示すフロー図である。まず、メモリセルに格納されている元データに含まれている合体ビット数kを検知する(S10)。kが0である場合、元データには合体ビットが含まれていない。よって、通常通りにデータを復号化すればよい。エラーの有無を検知し(S20)、エラーが元データに無い場合には、元データは誤り訂正の必要なく、そのまま復元データとして読み出されてよい。エラーが元データにある場合には、ECCを用いて元データのエラーを訂正する(S30)。このときの誤り訂正は、公知の誤り訂正方法を用いればよい。エラーが多いために誤り訂正が不可能な場合には、そのブロックはNGとなる。これは従来から通常行われている動作である。   FIG. 9 is a flowchart showing data decryption in the present embodiment. First, the merged bit number k included in the original data stored in the memory cell is detected (S10). When k is 0, the original data does not include a coalescing bit. Therefore, data may be decrypted as usual. The presence or absence of an error is detected (S20), and if the error does not exist in the original data, the original data may be read as restored data without any error correction. If the error is in the original data, the error in the original data is corrected using ECC (S30). For error correction at this time, a known error correction method may be used. If error correction is impossible due to many errors, the block is NG. This is a conventionally performed operation.

ECCの一例としては、例えば、k+1以上の符号間距離を有するコードがある。合体ビット数kは、ブロックごとに予め判明している。よって、例えば、合体ビット数kに応じて、ECCの符号間距離を変更する。これにより、合体ビット数kに応じた強さの誤り訂正を元データに施すことができる。ただし、誤り訂正方式については特に限定しない。誤り訂正方式には多数の方式があるので、ECCは、その方式に準拠したコードであればよい。   As an example of the ECC, for example, there is a code having an inter-code distance of k + 1 or more. The number of merged bits k is known in advance for each block. Therefore, for example, the ECC inter-code distance is changed according to the number k of merged bits. As a result, error correction with a strength corresponding to the number k of combined bits can be applied to the original data. However, the error correction method is not particularly limited. Since there are many error correction methods, the ECC may be a code that conforms to the method.

一般に、強い誤り訂正には多くの冗長ビットが必要である。従って、強い誤り訂正には、多数の冗長ビット数を保持するための広い面積を必要とする。一方、弱い誤り訂正には少ない冗長ビットで足りる。従って、弱い誤り訂正には冗長ビット保持ようの面積は小さくて済む。したがって、合体ビット数kおよびエラービット数に応じた強さの誤り訂正を適用することによって、チップ全体として必要な冗長ビット数を抑制しつつ、必要な強度の誤り訂正能力を実現することができる。   In general, many redundant bits are required for strong error correction. Therefore, strong error correction requires a large area to hold a large number of redundant bits. On the other hand, fewer redundant bits are sufficient for weak error correction. Therefore, an area for holding redundant bits is small for weak error correction. Therefore, by applying error correction with a strength corresponding to the number k of merged bits and the number of error bits, it is possible to achieve an error correction capability with a required strength while suppressing the number of redundant bits required for the entire chip. .

また、一般的に、強い誤り訂正には多くの回路が必要となるので、強い誤り訂正の処理時間は長くなる傾向がある。一方、弱い誤り訂正の処理時間は短い。従って、誤りの起きる程度に応じて、必要最小限の強度の誤り訂正だけを適用することによって、平均的な誤り処理時間の低減が図られる。本実施形態では、kの値が誤りの起こりやすさをあらわしているため、k値を見ながら、適用する誤り強度の度合いを、精度良く、予め決めておくことができる。   In general, since strong error correction requires many circuits, the processing time for strong error correction tends to be long. On the other hand, the processing time for weak error correction is short. Therefore, the average error processing time can be reduced by applying only the error correction with the minimum necessary strength according to the degree of error occurrence. In the present embodiment, since the value of k represents the likelihood of an error, the degree of error strength to be applied can be determined with high accuracy in advance while observing the k value.

本実施形態によれば、複数準位のデータを実質同一の閾値電圧に重複させるようにデータをメモリセルへ書き込む。これにより、読出しマージンMrおよび分布幅Vtgtの両方を広げることができ、その結果、読出しデータの信頼性および書込み速度を向上させることができる。また、実質同一の閾値電圧に書き込まれた複数準位のデータ(合体ビット)を読み出すときには、この合体ビットをエラーとしてみなし、誤り訂正を用いてデータを復号化する。よって、複数準位のデータを実質同一の閾値電圧に重複させたとしても、読出し動作に影響を与えない。   According to the present embodiment, data is written into the memory cell so that the data of a plurality of levels are overlapped with substantially the same threshold voltage. Thereby, both the read margin Mr and the distribution width Vtgt can be widened, and as a result, the reliability and write speed of read data can be improved. In addition, when reading data of a plurality of levels (combined bits) written at substantially the same threshold voltage, the combined bits are regarded as an error, and the data is decoded using error correction. Therefore, even if data of a plurality of levels are overlapped with substantially the same threshold voltage, the reading operation is not affected.

尚、図10のように、図9のステップS20のエラー検知ステップをステップS30に含めてもよい。この場合、kの値に関わらず、ステップS10からS30が実行される。しかし、図9と同等な処理が可能である。つまり、ステップS30においては、k=0の場合、kに応じた誤り訂正として、従来と同様に誤り訂正処理を実行すればよい。一方、kが1以上の場合、図9でkが1以上の場合に説明した誤り訂正処理と同一処理を実行すればよい。   As shown in FIG. 10, the error detection step of step S20 of FIG. 9 may be included in step S30. In this case, steps S10 to S30 are executed regardless of the value of k. However, processing equivalent to that in FIG. 9 is possible. That is, in step S30, if k = 0, error correction processing may be executed as in the conventional case as error correction according to k. On the other hand, when k is 1 or more, the same processing as the error correction processing described when k is 1 or more in FIG.

(第2の実施形態)
図11は、本発明に係る第2の実施形態に従ったNAND型フラッシュメモリの読出し動作を示すフロー図である。第2の実施形態では、合体ビットに任意のデータを割り付け、誤り検出を実行する。データ割付けと誤り検出とを繰り返すことによって、データを復号化する。第2の実施形態によるフラッシュメモリの構成は、第1の実施形態の構成と同様でよい。また、読出しデータの概念図は、図8に示すものと同様でよい。
(Second Embodiment)
FIG. 11 is a flowchart showing a read operation of the NAND flash memory according to the second embodiment of the present invention. In the second embodiment, arbitrary data is assigned to the merged bit, and error detection is executed. Data is decoded by repeating data allocation and error detection. The configuration of the flash memory according to the second embodiment may be the same as the configuration of the first embodiment. The conceptual diagram of the read data may be the same as that shown in FIG.

まず、メモリセルに格納されている元データに含まれている合体ビット数kを検知する(S10)。kが0である場合、元データには合体ビットが含まれていない。よって、通常通りにデータを復号化すればよい。エラーの有無を検知し(S20)、エラーが元データに無い場合には、元データは誤り訂正の必要なく、そのまま復元データとして読み出してよい。エラーが元データにある場合には、ECCを用いて元データのエラーを訂正する(S30)。このときの誤り訂正は、公知の誤り訂正方法を用いればよい。エラーが多いために誤り訂正が不可能な場合には、そのブロックはNGとなる。   First, the merged bit number k included in the original data stored in the memory cell is detected (S10). When k is 0, the original data does not include a coalescing bit. Therefore, data may be decrypted as usual. The presence or absence of an error is detected (S20), and if the error does not exist in the original data, the original data may be read as restored data without any error correction. If the error is in the original data, the error in the original data is corrected using ECC (S30). For error correction at this time, a known error correction method may be used. If error correction is impossible due to many errors, the block is NG.

合体ビット数kが1以上である場合、ECCを用いて元データのエラーを訂正する(S31)。訂正後OKであれば、復元データが得られたことになる。   If the combined bit number k is 1 or more, the error of the original data is corrected using ECC (S31). If it is OK after correction, restored data is obtained.

一方、エラー訂正がNGの場合には、元データの合体ビットに対して所定のデータの割付けを行う(S40)。データの割付けは、合体ビットに対して投機的に実行される。例えば、図6の下段に示すように、データ準位ErとAとが合体している場合、まず、ブロックに含まれている全合体ビットにデータ準位Aのデータを割り付ける。割付後のデータに誤り訂正を施す(S50)。割付後のデータが訂正不要あるいは訂正可能である場合には、復元データが得られる。割付後のデータが訂正不能である場合には、ステップS40にて、再度、全合体ビットに別のデータを割り付ける。例えば、ブロックに含まれている全合体ビットのうち1ビットのみをデータ準位Erとし他のビットをデータ準位Aとする。さらに、再度、割付後のデータに誤り訂正を施す(S50)。ステップS40およびS50を繰り返すことによって、合体ビットのデータが復元される。もし、誤り訂正がm回以上失敗した場合(S60)、そのブロックをNGとする。   On the other hand, if the error correction is NG, predetermined data is assigned to the merged bits of the original data (S40). Data allocation is speculatively performed on the merged bits. For example, as shown in the lower part of FIG. 6, when the data levels Er and A are merged, first, the data of the data level A is allocated to all merged bits included in the block. Error correction is performed on the allocated data (S50). If the data after allocation is not necessary or can be corrected, restored data is obtained. If the allocated data cannot be corrected, another data is allocated to all the merged bits again in step S40. For example, only one bit out of all the combined bits included in the block is the data level Er, and the other bits are the data level A. Further, error correction is again performed on the allocated data (S50). By repeating steps S40 and S50, the data of the merged bit is restored. If error correction fails more than m times (S60), the block is determined to be NG.

尚、図12に示すように、ステップS20およびS30をステップS31に含めてもよい。この場合、kの値に関わらず、ステップS10からS31が実行される。しかし、図11と同等な処理が可能である。つまり、ステップS31においては、k=0の場合、kに応じた誤り訂正として、従来と同様に誤り訂正処理を実行すればよい。一方、kが1以上の場合、図11でkが1以上の場合に説明した誤り訂正処理と同一処理を実行すればよい。   In addition, as shown in FIG. 12, you may include step S20 and S30 in step S31. In this case, steps S10 to S31 are executed regardless of the value of k. However, processing equivalent to that in FIG. 11 is possible. That is, in step S31, when k = 0, error correction processing may be executed as in the conventional case as error correction according to k. On the other hand, when k is 1 or more, the same processing as the error correction processing described when k is 1 or more in FIG.

第2の実施形態によれば、合体ビットに様々なデータを割り付けることができるので、ステップS50における誤り訂正の成功確率を上昇させることができる。さらに、第2の実施形態は、第1の実施形態と同様に読出しデータの信頼性および書込み速度を向上させることができる。   According to the second embodiment, since various data can be assigned to the merged bit, the success probability of error correction in step S50 can be increased. Furthermore, the second embodiment can improve the reliability and write speed of read data as in the first embodiment.

第2の実施形態では、ブロック内の合体ビット数kが少ない場合、ステップS40およびS50の繰返し回数が少なくて済み、かつ、復元データが得られる確率が高くなる。   In the second embodiment, when the number k of merged bits in the block is small, the number of repetitions of steps S40 and S50 is small, and the probability that restored data is obtained increases.

第2の実施形態では、ステップS40およびS50の繰返し回数がm以上になった場合、そのブロックをNGとした。しかし、そのブロックを、さらに他の方法を用いて復号化してもよい。   In the second embodiment, when the number of repetitions of steps S40 and S50 is m or more, the block is determined as NG. However, the block may be decoded using other methods.

以上、主にフラッシュメモリに本技術を適用する方法を述べた。一方、本実施形態は、抵抗変化型メモリにも適用できる。例えば、抵抗変化型メモリは、温度の変化でメモリ素子の状態を変化させ、その状態による電気的な抵抗値の差を情報として記憶している。状態変化させる際にメモリセル自身は高温に曝される。その熱は近傍のセルにも少なからず影響を与える。これは微細化が進むとより顕著となる。即ち、抵抗変化型メモリにおいても、微細化によりセル間の近接効果問題が存在する。また、メモリ素子が微細化されると、必然的にデータリテンション特性の問題も生じる。   In the foregoing, the method of applying the present technology mainly to the flash memory has been described. On the other hand, the present embodiment can also be applied to a resistance change type memory. For example, a resistance change type memory changes the state of a memory element with a change in temperature, and stores a difference in electrical resistance value depending on the state as information. When the state is changed, the memory cell itself is exposed to a high temperature. The heat has a considerable effect on nearby cells. This becomes more prominent as miniaturization progresses. That is, the resistance change type memory also has a problem of proximity effect between cells due to miniaturization. Further, when the memory element is miniaturized, a problem of data retention characteristics inevitably occurs.

一般に、メモリデバイスは、大容量化への要求に応えるため、メモリ素子の微細化およびメモリ素子間隔を狭める。それにより、近接効果の増大およびデータリテンション特性の悪化は必然的に問題になる。このような問題に対処するために、本実施形態は、複数準位のデータを単一の閾値電圧のデータとしてメモリセルに格納する。これによる上記効果は、NAND型フラッシュメモリまたは抵抗変化型メモリに限らず、Nビットデータ(N≧2)(多値データ)を格納するメモリデバイス全般に有効に適用できる方式である。もちろん不揮発性メモリに限らず、DRAM等の揮発性メモリにも適用できる。   In general, in order to meet the demand for larger capacity, memory devices are miniaturized and the memory element intervals are reduced. As a result, an increase in proximity effect and deterioration of data retention characteristics inevitably become problems. In order to cope with such a problem, the present embodiment stores data of a plurality of levels in a memory cell as data of a single threshold voltage. The above-described effect is a system that can be effectively applied to all memory devices that store N-bit data (N ≧ 2) (multi-valued data), not limited to NAND flash memory or resistance change memory. Of course, the present invention can be applied not only to a nonvolatile memory but also to a volatile memory such as a DRAM.

また、近接効果が大きい場合、近接効果を補正する読出し方式を用いる場合がある。例えば、選択ワード線WLnに接続されたメモリセルMCからデータを読み出す場合、隣接するワード線WLn+1のデータに基づいて、近接効果をキャンセルするために選択ワード線WLnのデータに補正を施していた(DLA(Direct Look Ahead)方式)。しかし、本実施形態では、近接効果が小さいので、このようなデータの補正が不要となる。その結果、データの読出し速度も速くなる。   Further, when the proximity effect is large, a reading method for correcting the proximity effect may be used. For example, when data is read from the memory cell MC connected to the selected word line WLn, the data of the selected word line WLn is corrected in order to cancel the proximity effect based on the data of the adjacent word line WLn + 1 ( DLA (Direct Look Ahead) method). However, in the present embodiment, since the proximity effect is small, such correction of data becomes unnecessary. As a result, the data reading speed is also increased.

上記実施形態において、ECCを生成する制御回路90またはNANDコントローラ220は、メモリチップ10の内部に組み込まれていてもよく、メモリチップ10の外部に設けられていてもよい。制御回路90またはNANDコントローラ220は、図1に示すメモリチップ10にNビットデータを書き込む際に、上記実施形態で説明したように複数準位のデータを実質的に同一の閾値電圧に重複させてメモリセルに書き込む。このときに、制御回路90またはNANDコントローラ220は、図8に示したように各ブロックに対して、合体ビット数kの情報を含むECCを生成し、データ領域100に格納する。   In the above-described embodiment, the control circuit 90 or the NAND controller 220 that generates the ECC may be incorporated in the memory chip 10 or may be provided outside the memory chip 10. When writing the N-bit data to the memory chip 10 shown in FIG. 1, the control circuit 90 or the NAND controller 220 overlaps a plurality of levels of data with substantially the same threshold voltage as described in the above embodiment. Write to memory cell. At this time, as shown in FIG. 8, the control circuit 90 or the NAND controller 220 generates an ECC including information on the number of combined bits k for each block and stores it in the data area 100.

また、データを読み出す際には、制御回路90またはNANDコントローラ220は、データ領域100からECCを得て、このECC用いて合体ビットを含むデータを復号化するようにメモリチップ10を制御する。   Further, when reading data, the control circuit 90 or the NAND controller 220 obtains the ECC from the data area 100 and controls the memory chip 10 so as to decode the data including the merged bit by using this ECC.

本発明に係る第1の実施形態に従ったNAND型フラッシュメモリ10(以下、単にメモリ10という)の構成の一例を示すブロック図。1 is a block diagram showing an example of a configuration of a NAND flash memory 10 (hereinafter simply referred to as a memory 10) according to a first embodiment of the present invention. メモリセルアレイ100の構成の一例を示す図。2 is a diagram illustrating an example of a configuration of a memory cell array 100. FIG. ブロックBLOCK0〜BLOCKmのそれぞれの構成の一例を示す図。The figure which shows an example of each structure of block BLOCK0-BLOCKm. 本実施形態の一例として4値データを格納するメモリセルMCの閾値電圧を示すグラフ。The graph which shows the threshold voltage of the memory cell MC which stores quaternary data as an example of this embodiment. 書込み動作時間を示す説明図。Explanatory drawing which shows write-in operation time. 第1の実施形態によるフラッシュメモリのデータ準位を示す概念図。The conceptual diagram which shows the data level of the flash memory by 1st Embodiment. 第1の実施形態の変形例を示す図。The figure which shows the modification of 1st Embodiment. 本実施形態における読出しデータを示す概念図。The conceptual diagram which shows the read data in this embodiment. 本実施形態におけるデータの復号化を示すフロー図。The flowchart which shows the decoding of the data in this embodiment. 本実施形態の変形例におけるデータの復号化を示すフロー図。The flowchart which shows the decoding of the data in the modification of this embodiment. 本発明に係る第2の実施形態に従ったNAND型フラッシュメモリの読出し動作を示すフロー図。The flowchart which shows read-out operation | movement of the NAND type flash memory according to 2nd Embodiment based on this invention. 第2の実施形態の変形例に従ったNAND型フラッシュメモリの読出し動作を示すフロー図。The flowchart which shows read-out operation | movement of the NAND type flash memory according to the modification of 2nd Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

100…メモリセルアレイ
120…ROM
WL…ワード線
BL…ビット線
MC…メモリセル
Er、A、B、C、D、E、F、G…データ準位
100 ... Memory cell array 120 ... ROM
WL ... Word line BL ... Bit line MC ... Memory cells Er, A, B, C, D, E, F, G ... Data levels

Claims (5)

第1の方向に延伸する複数のワード線と、
前記第1の方向と交差する第2の方向に延伸する複数のビット線と、
前記ワード線と前記ビット線とによって構成される格子形状の交点に対応して設けられ、Nビットデータ(N≧2)を格納する複数のメモリセルと、
前記複数のビット線に対応して設けられ、前記メモリセルに格納されたデータを検出し、あるいは、前記メモリセルへデータを書き込むセンスアンプとを備え、
前記Nビットデータのうち複数準位のデータを第1の閾値電圧のデータとして前記メモリセルに書き込み、前記第1の閾値電圧として書き込まれたデータを読み出すときには、誤り訂正コードを用いて該データを読み出すことを特徴とする半導体記憶装置。
A plurality of word lines extending in a first direction;
A plurality of bit lines extending in a second direction intersecting the first direction;
A plurality of memory cells provided corresponding to intersections of a lattice shape constituted by the word lines and the bit lines, and storing N-bit data (N ≧ 2);
A sense amplifier that is provided corresponding to the plurality of bit lines, detects data stored in the memory cell, or writes data to the memory cell;
When data of a plurality of levels among the N-bit data is written to the memory cell as data of a first threshold voltage, and the data written as the first threshold voltage is read, the data is stored using an error correction code. A semiconductor memory device characterized by reading.
第1の方向に延伸する複数のワード線と、前記第1の方向と交差する第2の方向に延伸する複数のビット線と、前記ワード線と前記ビット線とによって構成される格子形状の交点近傍に対応して設けられ、Nビットデータ(N≧2)を格納する複数のメモリセルと、前記複数のビット線に対応して設けられ、前記メモリセルに格納されたデータを検出し、あるいは、前記メモリセルへデータを書き込むセンスアンプとを含むメモリ部へデータを書き込む書込みコントローラであって、
前記Nビットデータのうち複数準位のデータを第1の閾値電圧のデータとして前記メモリセルに書き込むように前記メモリ部を制御する書込みコントローラ。
A lattice-shaped intersection formed by a plurality of word lines extending in a first direction, a plurality of bit lines extending in a second direction intersecting the first direction, and the word lines and the bit lines A plurality of memory cells provided corresponding to the vicinity and storing N-bit data (N ≧ 2) and a data provided corresponding to the plurality of bit lines and detecting data stored in the memory cells; or A write controller for writing data to a memory unit including a sense amplifier for writing data to the memory cell,
A write controller that controls the memory unit to write data of a plurality of levels among the N-bit data to the memory cell as data of a first threshold voltage.
第1の方向に延伸する複数のワード線と、前記第1の方向と交差する第2の方向に延伸する複数のビット線と、前記ワード線と前記ビット線とによって構成される格子形状の交点近傍に対応して設けられ、Nビットデータ(N≧2)を格納する複数のメモリセルと、前記複数のビット線に対応して設けられ、前記メモリセルに格納されたデータを検出し、あるいは、前記メモリセルへデータを書き込むセンスアンプとを含むメモリ部からデータを読み出す読出しコントローラであって、
前記Nビットデータのうち複数準位のデータを第1の閾値電圧のデータとして格納する前記メモリセルから該データを読み出すときに、誤り訂正コードを用いて該データを読み出すように前記メモリ部を制御する読出しコントローラ。
A lattice-shaped intersection formed by a plurality of word lines extending in a first direction, a plurality of bit lines extending in a second direction intersecting the first direction, and the word lines and the bit lines A plurality of memory cells provided corresponding to the vicinity and storing N-bit data (N ≧ 2) and a data provided corresponding to the plurality of bit lines and detecting data stored in the memory cells; or A read controller for reading data from a memory unit including a sense amplifier for writing data to the memory cell,
Controlling the memory unit to read out the data using an error correction code when reading out the data from the memory cell storing a plurality of levels of data among the N-bit data as data of a first threshold voltage Read controller to do.
前記第1の閾値電圧に対応する前記複数準位のデータは、前記Nビットデータのうち前記メモリセルの閾値電圧が最も低いデータおよび二番目に低いデータであることを特徴とする請求項1に記載の半導体記憶装置。   The data of the plurality of levels corresponding to the first threshold voltage is data having a lowest threshold voltage and a second lowest data of the memory cell among the N-bit data. The semiconductor memory device described. 第1の方向に延伸する複数のワード線と、前記第1の方向と交差する第2の方向に延伸する複数のビット線と、前記ワード線と前記ビット線とによって構成される格子形状の交点近傍に対応して設けられ、Nビットデータ(N≧2)を格納する複数のメモリセルと、前記複数のビット線に対応して設けられ、前記メモリセルに格納されたデータを検出し、あるいは、前記メモリセルへデータを書き込むセンスアンプとを備えた半導体記憶装置の駆動方法であって、
前記Nビットデータのうち複数準位のデータを第1の閾値電圧のデータとして前記メモリセルに書き込み、
前記第1の閾値電圧として書き込まれたデータを読み出すときには、誤り訂正コードを用いて該データを読み出すことを具備する半導体記憶装置の駆動方法。
A lattice-shaped intersection formed by a plurality of word lines extending in a first direction, a plurality of bit lines extending in a second direction intersecting the first direction, and the word lines and the bit lines A plurality of memory cells provided corresponding to the vicinity and storing N-bit data (N ≧ 2) and a data provided corresponding to the plurality of bit lines and detecting data stored in the memory cells; or A method of driving a semiconductor memory device comprising a sense amplifier for writing data to the memory cell,
A plurality of levels of data among the N-bit data are written to the memory cell as first threshold voltage data,
A method for driving a semiconductor memory device, comprising: when reading data written as the first threshold voltage, reading the data using an error correction code.
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