JP2010020837A - Nonvolatile semiconductor memory device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、不揮発性半導体記憶の書き込みに係り、詳しくは、高速、且つ高精度にメモリセルの閾値を制御することが可能な書き込み手段を有する不揮発性半導体記憶装置に関する。 The present invention relates to writing of a nonvolatile semiconductor memory, and more particularly to a nonvolatile semiconductor memory device having a writing means capable of controlling a threshold value of a memory cell at high speed and with high accuracy.
多値セルから成るメモリチップなど、書き込み時にメモリの閾値を高精度に制御する必要がある場合、ISPP(Incremental Step Pulse Programming)などのゲート電圧ステップ方式による書き込み方式が適用される。ところが、ISPPでは、多段階にゲート電圧をステップアップしていくため、メモリセルのバラツキにより書き込み時間が遅くなるという問題が発生する。 When it is necessary to control the memory threshold with high precision at the time of writing, such as a memory chip composed of multi-value cells, a writing method using a gate voltage step method such as ISPP (Incremental Step Pulse Programming) is applied. However, in ISPP, the gate voltage is stepped up in multiple steps, and thus there is a problem that the writing time is delayed due to variations in memory cells.
ISPPゲート電圧ステップ方式による書き込み方式について説明する。図5は、ISPP電圧ステップ方式によるワード電圧とメモリセルの閾値との関係を示すセル書き込み図である。横軸は、書き込み時のワード電圧を示し、縦軸は、その条件で一定時間書き込みを行った後の、メモリセル閾値電圧Vtmを示す。 A writing method using the ISPP gate voltage step method will be described. FIG. 5 is a cell writing diagram showing the relationship between the word voltage and the memory cell threshold value by the ISPP voltage step method. The horizontal axis shows the word voltage at the time of writing, and the vertical axis shows the memory cell threshold voltage Vtm after writing for a certain time under the conditions.
図5において、2本の斜め線のうち、閾値が高い側の線が、書き込みが早いセルの書き込み動作を示し、低い側の線が、書き込みが遅いセルの書き込み動作を示している。全てのメモリセルの閾値は、矢印で示されるこの2本の線の間にばらついて分布し、矢印の右端に相当するセルが書き込みの遅いメモリセルを示している。ワード線の書き込み開始電圧は、書き込み単位の全てのメモリセルに対し、書き込みが早いセルがオーバープログラムされないように設定されている。閾値が高い側の線の左側の矢印で示される範囲は、書き込みが早いセルがオーバープログラムされないように設定されるマージン電圧を示す。書き込み単位の全てのメモリセルの書き込みが完了する際のワード電圧は、書き込みの遅いメモリセルによって決定される。 In FIG. 5, of the two diagonal lines, the line with the higher threshold indicates the write operation of the cell with faster writing, and the line with the lower side indicates the write operation of the cell with the slower write. The threshold values of all the memory cells are distributed between the two lines indicated by the arrows, and the cell corresponding to the right end of the arrow indicates a memory cell that is slowly written. The write start voltage of the word line is set so that the fast write cell is not over-programmed with respect to all the memory cells in the write unit. A range indicated by an arrow on the left side of a line with a higher threshold indicates a margin voltage set so that a cell with fast writing is not overprogrammed. The word voltage when writing of all the memory cells in the writing unit is completed is determined by the memory cell that is slow to write.
書き込みが早いセルと書き込みの遅いメモリセルとの間の書き込み完了に必要なワード電圧のバラツキをVcg−rangeとし、書き込みが早いセルがオーバープログラムされないように設定されるマージン電圧をVcg−marginとし、書き込み電圧が単調増加するステップ電圧をΔVcgとすると、書き込み完了に必要な書き込み回数Nは以下の式で表される。
N=(Vcg−range+Vcg−margin)/ΔVcg+1
例えば、Vcg−range=1.6V、Vcg−margin=0.5V、ΔVcg=0.1Vとすると、書き込み回数Nは、22回となる。
Vcg-range is a variation in word voltage necessary for completion of writing between a cell with early writing and a memory cell with slow writing, and a margin voltage set so that a cell with early writing is not overprogrammed is Vcg-margin. Assuming that the step voltage at which the write voltage monotonously increases is ΔVcg, the number N of times of writing required for completion of writing is expressed by the following equation.
N = (Vcg−range + Vcg−margin) / ΔVcg + 1
For example, if Vcg-range = 1.6V, Vcg-margin = 0.5V, and ΔVcg = 0.1V, the number of times of writing N is 22 times.
この書き込み動作を、再び図5において詳しく説明する。書き込み単位の全てのメモリセルの閾値Vtm11が、‘11’で示される閾値バラツキで分布しているものとする。この全てのメモリセルの閾値を、‘10’で示されるバラツキで分布している閾値Vtm10に変化させる書き込みを行う場合、書き込みが早いセルがオーバープログラムされないように設定されるマージン電圧の下限電圧(Vcg1=2.7)を、ワード電圧として書き込み単位の全てのメモリセルに印加し、変化した閾値が閾値Vtm10の分布に入るメモリセルがあれば、そのセルの書き込みを完了する。 This write operation will be described again in detail with reference to FIG. It is assumed that the threshold values Vtm11 of all the memory cells in the writing unit are distributed with a threshold variation indicated by '11'. When writing is performed to change the threshold values of all the memory cells to the threshold value Vtm10 distributed with variation indicated by '10', a lower limit voltage (a margin voltage that is set so as not to overprogram the cells that are written quickly) Vcg1 = 2.7) is applied as a word voltage to all memory cells in the writing unit, and if there is a memory cell whose changed threshold value falls within the distribution of the threshold value Vtm10, the writing of that cell is completed.
続いてステップ電圧(ΔVcg=0.1V)をVcg1=2.7Vの電圧に連続的に加算し、加算する度に書き込みを完了したメモリセル以外のセルを読み出し、変化した閾値が閾値Vtm10の分布に入るメモリセルがあれば、そのセルの書き込みを完了し、ワード電圧が、ワード電圧のバラツキVcg−rangeの上限に到達する電圧、Vcg2=5.5Vになるまで繰り返す。この場合、書き込み回数Nは、29回となる。同様に、‘01’で示されるバラツキで分布している閾値Vtm01に変化させる書き込みを行う場合は、Vcg3=4.5V及びVcg4=7.2Vであるため、書き込み回数Nは、28回となる。 Subsequently, the step voltage (ΔVcg = 0.1V) is continuously added to the voltage of Vcg1 = 2.7V, and each time the addition is performed, cells other than the memory cell that has been written are read, and the changed threshold value is the distribution of the threshold Vtm10 If there is a memory cell that enters, the writing of the cell is completed, and the process is repeated until the word voltage reaches a voltage Vcg2 = 5.5V at which the word voltage reaches the upper limit of the variation Vcg-range of the word voltage. In this case, the write count N is 29 times. Similarly, when writing is performed to change to the threshold value Vtm01 distributed with variations indicated by “01”, since Vcg3 = 4.5V and Vcg4 = 7.2V, the number of times of writing N is 28 times. .
このことから、メモリセルの閾値を所定の値に設定するための書き込み完了に要する時間は、ワード電圧を印加し、閾値の変化を判定し、書き込み完了のメモリセルを除き、次のワード電圧を印加するまでの時間をTとすると、閾値Vtm10の場合は、29・Tの時間を必要とし、閾値Vtm01の場合は、28・Tの時間を必要とする。この時間を低減するには、書き込み回数Nを減らす必要がある。 From this, the time required for the completion of writing to set the threshold value of the memory cell to a predetermined value is determined by applying a word voltage, determining a change in the threshold value, excluding the memory cell that has been written, and then setting the next word voltage. Assuming that the time until application is T, in the case of the threshold value Vtm10, a time of 29 · T is required, and in the case of the threshold value Vtm01, a time of 28 · T is required. In order to reduce this time, it is necessary to reduce the number N of times of writing.
特許文献1には、書き込み時間の増加を抑えつつ、書き込み後の閾値電圧の分布幅を狭めることを目的に、電気的にデータの書換えが可能な不揮発性半導体メモリセルにデータを書き込む書き込み回路であり、メモリセルに書き込み電圧と書き込み制御電圧とを供給してメモリセルに書き込みを行ってメモリセルの書き込み状態を変化させ、書き込み制御電圧の供給状態を変えて書き込み状態の変化速度を緩和し、書き込み制御電圧の供給状態を更に変えて緩和された書き込み状態の変化速度を制御し、書き込み状態の変化速度が緩和されている間にメモリセルに対する書き込みを完了させる旨の記載がされている。ところがこれによると、メモリセルの書き込み状態を変化させるために、書き込み電圧と書き込み制御電圧との2つの電圧レベルを制御して供給するため、制御が複雑となる。
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、その目的は、書き込み制御を複雑にすることなく、高速に、且つ高精度にメモリセルの閾値を制御することが可能な書き込み手段を有する不揮発性半導体記憶装置を提供することにある。 The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to control the threshold value of the memory cell at high speed and with high accuracy without complicating the write control. An object of the present invention is to provide a nonvolatile semiconductor memory device having a writing means.
本発明の不揮発性半導体記憶装置は、ワード電圧をメモリセルアレイ上の各ワード線に出力して書き込みを行うワード電圧供給手段と、メモリセルアレイの各メモリセルの閾値の変化を複数の判定レベルに対して判定するベリファイ手段とを有する不揮発性半導体記憶装置であって、ワード電圧供給手段は、ワード電圧として書き込み開始電圧を出力して最初の書き込みを行い、引き続き、書き込み開始電圧に所定のステップ電圧を加算する毎に、ステップ電圧が加算された電圧をワード電圧として出力し、ベリファイ手段は、書き込みが行われる毎に各メモリセルの閾値の変化の度合いを複数の判定レベルに対して判定し、その判定結果に応じて次の書き込みを所定のスキップ回数、スキップさせ、且つ、所定の閾値に達したメモリセルに対しては書き込みを完了させながら、各メモリセルの全ての閾値を所定の閾値に設定することを特徴とする。これにより、判定結果に応じて次の書き込みを所定の回数スキップさせるため、書き込み制御を複雑にすることなく、書き込み動作の回数を軽減ことが可能となる。 The nonvolatile semiconductor memory device of the present invention includes a word voltage supply means for outputting a word voltage to each word line on the memory cell array and writing, and a change in threshold value of each memory cell in the memory cell array with respect to a plurality of determination levels. A word voltage supply unit that outputs a write start voltage as a word voltage to perform a first write, and subsequently applies a predetermined step voltage to the write start voltage. Each time the voltage is added, the voltage obtained by adding the step voltage is output as a word voltage, and the verify means determines the degree of change in the threshold value of each memory cell with respect to a plurality of determination levels each time writing is performed. Depending on the determination result, the next write is skipped a predetermined number of skips, and the memory cell that has reached a predetermined threshold While complete writing to, and sets all threshold values of the memory cells to a predetermined threshold value. As a result, since the next writing is skipped a predetermined number of times according to the determination result, the number of write operations can be reduced without complicating the write control.
本発明の不揮発性半導体記憶装置の書き込み開始電圧は、各メモリセルのうち書き込みが早いメモリセルがオーバープログラムされないように設定された電圧であり、最後の判定レベルは、書き込み完了判定レベルであることを特徴とする。これにより、全てのメモリセルはオーバープログラムされることなくプログラムされるため、高精度の閾値制御が可能となる。 The write start voltage of the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention is a voltage that is set so that a memory cell that is quickly written out of each memory cell is not over-programmed, and the last determination level is a write completion determination level It is characterized by. Thereby, since all the memory cells are programmed without being overprogrammed, highly accurate threshold value control is possible.
本発明の不揮発性半導体記憶装置のステップ電圧は、複数の判定レベルの近傍に分布しているメモリセルが、ステップ電圧が加算されたワード電圧によりオーバープログラムされないように設定された電圧であり、前記スキップ回数は、複数の判定レベルのレベル差を前記ステップ電圧で分割した回数であることを特徴とする。これにより、書き込み回数を最小限に制御した高精度の閾値制御が可能となり、書き込み時間を大幅に短縮することができる。 The step voltage of the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention is a voltage set so that memory cells distributed in the vicinity of a plurality of determination levels are not overprogrammed by the word voltage to which the step voltage is added, The skip count is a count obtained by dividing a level difference between a plurality of determination levels by the step voltage. Thereby, highly accurate threshold control in which the number of times of writing is controlled to the minimum is possible, and the writing time can be greatly shortened.
本発明の不揮発性半導体記憶装置のメモリセルアレイが多値セルにより構成され、多値セルの各々の閾値を所定の多値の閾値に書き込みを行うため、多値セルの各々の閾値に対する複数の判定レベルに対応する判定結果に応じて次の書き込みを所定のスキップ回数、スキップさせ、且つ、所定の閾値に達したメモリセルに対しては書き込みを完了させながら、多値セルの全ての閾値を前記所定の閾値に設定することを特徴とする。これにより、多値セルにおいても同様に、判定結果に応じて次の書き込みを所定の回数スキップさせるため、書き込み制御を複雑にすることなく、書き込み動作の回数を軽減ことが可能となる。 Since the memory cell array of the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention is composed of multi-value cells and each threshold value of the multi-value cell is written to a predetermined multi-value threshold value, a plurality of determinations for each threshold value of the multi-value cell are performed. Depending on the determination result corresponding to the level, the next writing is skipped for a predetermined number of skips, and all threshold values of the multi-value cells are set while completing the writing to the memory cells that have reached the predetermined threshold value. A predetermined threshold value is set. As a result, similarly in the multilevel cell, the next write is skipped a predetermined number of times according to the determination result, so that the number of write operations can be reduced without complicating the write control.
本発明の不揮発性半導体記憶装置の多値セルの各々に所定の閾値の書き込みを行うため、書き込み開始電圧は、多値セルのうち書き込みが早いメモリセルがオーバープログラムされないように設定された電圧であり、最後の判定レベルは、書き込み完了判定レベルであることを特徴とする。これにより、多値セルにおける全てのメモリセルは、オーバープログラムされることなくプログラムされるため、高精度の閾値制御が可能となる。 In order to perform writing of a predetermined threshold value to each of the multi-value cells of the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention, the write start voltage is a voltage that is set so that a memory cell that is quickly written out of the multi-value cells is not over-programmed. Yes, the last determination level is a write completion determination level. As a result, all the memory cells in the multi-value cell are programmed without being overprogrammed, so that highly accurate threshold control is possible.
本発明の不揮発性半導体記憶装置の多値セルの各々に所定の閾値の書き込みを行うため、書き込み開始電圧に加算されるステップ電圧は、複数の判定レベルの近傍に分布しているメモリセルが、ステップ電圧が加算されたワード電圧によりオーバープログラムされないように設定された電圧であり、前記スキップ回数は、複数の判定レベルのレベル差を前記ステップ電圧で分割した回数であること特徴とする。これにより、多値セルにおける書き込み回数を最小限に制御した高精度の閾値制御が可能となり、書き込み時間を大幅に短縮することができる。 In order to perform writing of a predetermined threshold value to each of the multi-value cells of the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention, the step voltage added to the write start voltage is a memory cell distributed in the vicinity of a plurality of determination levels. The skip voltage is a voltage set so as not to be overprogrammed by the word voltage to which the step voltage is added, and the skip count is a count obtained by dividing a level difference between a plurality of determination levels by the step voltage. Thereby, highly accurate threshold control in which the number of times of writing in the multi-value cell is controlled to the minimum is possible, and the writing time can be greatly shortened.
本発明の不揮発性半導体記憶装置の多値セルの閾値の変化を判定するベリファイ手段が、多値セルの読み出し時の多値レベルを判定する複数の判定レベルと、書き込み対象セルの変化を判定する複数の判定レベルとを切り替える切換手段を有していることを特徴とする。これにより、簡単な切り替え操作で、メモリの用途切替が行われる。 The verify means for determining the change of the threshold value of the multilevel cell of the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention determines a plurality of determination levels for determining the multilevel level at the time of reading the multilevel cell and the change of the write target cell. It has a switching means for switching between a plurality of determination levels. Thereby, the usage of the memory is switched by a simple switching operation.
本発明によれば、判定結果に応じて次の書き込みを所定の回数スキップさせ、且つ、オーバープログラムされることがないため、書き込み制御を複雑にすることなく書き込み回数を軽減ことが可能となり、高速、且つ高精度にメモリセルの閾値を制御することができ、書き込み時間を大幅に短縮できる書き込み手段を有する不揮発性半導体記憶装置を提供することが可能となる。 According to the present invention, since the next writing is skipped a predetermined number of times according to the determination result and is not overprogrammed, it is possible to reduce the number of times of writing without complicating the writing control. In addition, it is possible to provide a nonvolatile semiconductor memory device having writing means that can control the threshold value of the memory cell with high accuracy and can significantly reduce the writing time.
図1は、本発明による不揮発性半導体記憶装置の実施例を示す装置構成のブロック図である。図1において、不揮発性半導体記憶装置100は、メモリセルアレイ10、ワード電圧供給手段20、及びベリファイ手段30を有している。ワード電圧供給手段20は、プログラムカウンタ22、ワード電圧発生器24、及びXデコーダ26を有している。ベリファイ手段30は、センスアンプ33、及びコンパレータ37を有している。
FIG. 1 is a block diagram of a device configuration showing an embodiment of a nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention. In FIG. 1, the nonvolatile
図2は、本発明による実施例の書き込み時のワード電圧とメモリセルの閾値との関係を示すセル書き込み図である。図5との共通の項目については、説明を省略する。図1の回路を基に、図2の書き込み動作を説明する。ベリファイ手段30は、3レベルのベリファイレベルV1(4V)、V2(5V)、及びV3(6V)を有し、初期閾値Vtm11が、‘11’の領域で示される閾値バラツキで分布している書き込み単位のメモリセルを、ベリファイレベルV3(6V)を超えた‘00’の領域で示されるバラツキで分布している閾値Vtm00に全て変化させる書き込みを行うとする。ただし、以下の記載では、発明内容を簡単に説明するため、図2中に丸で示す3ビットのセルを書き込み単位として説明する。 FIG. 2 is a cell writing diagram showing the relationship between the word voltage at the time of writing and the threshold value of the memory cell in the embodiment according to the present invention. Description of items common to FIG. 5 is omitted. The write operation of FIG. 2 will be described based on the circuit of FIG. The verify means 30 has three levels of verify levels V1 (4V), V2 (5V), and V3 (6V), and the initial threshold value Vtm11 is distributed with the threshold variation indicated by the region '11'. It is assumed that writing is performed to change all the memory cells in the unit to the threshold value Vtm00 distributed in the variation indicated by the region of “00” exceeding the verify level V3 (6V). However, in the following description, a 3-bit cell indicated by a circle in FIG.
最初にワード電圧供給手段20のワード電圧発生器24は、書き込みが早いセルがオーバープログラムされないように設定されたマージン電圧の下限に到達する電圧である書き込み開始電圧(Vcg1=2.5V)をワード電圧VPWとして、Xデコーダ26を介して書き込み単位の全てのメモリセルに印加する。その後、プログラムカウンタ22から出力されるステップ電圧制御信号PGCOUNTのタイミングに同期して書き込み開始電圧に所定のステップ電圧(0.1V)を加算し、そのタイミング毎に、ワード電圧VPWとして出力する。
First, the
ベリファイ手段30のセンスアンプ33は、書き込み開始電圧により変化した閾値が閾値Vtm10もしくはVtm01の範囲に入るメモリセルがあるか否かを、判定レベルとなるベリファイレベルV1/V2/V3を基に判断し、書き込みをスキップさせるスキップ数を決定する2ビットのディジタル値SAOUTをコンパレータ37に出力する。コンパレータ37は、この2ビットのディジタル値を基に、書き込み回路40を制御し、ワード電圧発生器24の出力するワード電圧のタイミングに同期させて、メモリセルのドレイン電圧の供給をスキップさせる。
The
最初に、図2中のn=20回の書き込み動作について説明する。セル1のように、閾値がベリファイレベルV1を越えて閾値Vtm10の範囲に入っていなければ、全てのセルの閾値はまだ閾値Vtm11の範囲内に留まっているため、最大のステップ電圧であるベリファイレベルの差(V3−V1=2.0V)の電圧を更に加えても、ベリファイレベルV3をはるかに超えてオーバープログラムされることはない。このため、センスアンプ33は、閾値Vtm10及びVtm01の範囲に入るメモリセルが無いことを示す、2ビットのディジタル値SAOUT(‘11’)を出力する。
First, the write operation of n = 20 times in FIG. 2 will be described. Like the cell 1, if the threshold value does not exceed the verify level V1 and is not within the range of the threshold value Vtm10, the threshold values of all the cells are still within the threshold value Vtm11. Even if the voltage of the difference of (V3−V1 = 2.0V) is further added, it is not overprogrammed far beyond the verify level V3. Therefore, the
コンパレータ37はこれを基に、ワード電圧VPWがステップ電圧(0.1V)ずつ増加され、最大ステップ電圧2Vが加算された4.5Vとなるまでの間、すなわち、ステップ電圧加算回数Nsが2.0/0.1−1=19回となる回数だけ書き込みをスキップするように、書き込み回路40を制御し、メモリセルのドレイン電圧の供給を19回スキップさせる。この際、コンパレータ37が、プログラムカウンタ22から出力される複数書き込み回に1回ハイレベルとなるスキップタイミング信号PGMnを基に、19回スキップした後のみに書き込みを実行するために必要な書き込みデータWDATAを、書き込み回路40に出力する。
Based on this, the
セル2のように、閾値がベリファイレベルV1を越えて、且つ、ベリファイレベルV2を越えていない時、メモリセルの閾値は、閾値Vtm10の範囲に存在している状態にある。このため、中間のステップ電圧であるベリファイレベルの差(V3−V2=1ボルト)の電圧を更に加えても、ベリファイレベルV3をはるかに超えてオーバープログラムされることはない。
Like the
このためセンスアンプ33は、2ビットのディジタル値SAOUT(‘10’)を出力し、コンパレータ37はこれを基に、ワード電圧VPWがステップ電圧(0.1V)ずつ増加され、5.5Vとなるまでの間、すなわち、ステップ電圧加算回数Nsが1.0/0.1−1=9回となる回数だけ書き込みをスキップするように、書き込み回路40を制御し、メモリセルのドレイン電圧の供給を9回スキップさせた後、中間のステップ電圧1.0Vが加算されたワード電圧が5.5Vとなった時点のみに、書き込みデータWDATAを出力し書き込みが行われる。
For this reason, the
セル3の場合、メモリセルの閾値は、閾値Vtm01の範囲に存在している状態となる。このため、最終的にターゲットとする分布幅を実現するために必要な最小ステップ電圧を加えないと、ベリファイレベルV3をはるかに超えてオーバープログラムされるセルが発生する可能性がある。 In the case of the cell 3, the threshold value of the memory cell exists in the range of the threshold value Vtm01. For this reason, if the minimum step voltage necessary to finally realize the target distribution width is not applied, cells that are overprogrammed far beyond the verify level V3 may occur.
このためセンスアンプ33は、閾値Vtm01の分布に入るメモリセルが存在することを示す2ビットのディジタル値SAOUT(‘01’)を出力する。コンパレータ37はこれを基に、書き込み回路40を制御し、この場合、最小のステップ電圧(0.1V)が加算される毎に書き込みを行う。この書き込みにより、変化した閾値が閾値Vtm00の分布に入るメモリセルがあるとセンスアンプ33は、閾値Vtm00の分布に入るメモリセルが存在することを示す2ビットのディジタル値SAOUT(00)を出力する。この信号が検出されたセルは、書き込みが完了したと判断され、書き込みは終了される。全てのメモリセルの閾値が所定のベリファイレベルV3を超えた時点で、書き込み動作が終了する。
Therefore, the
図3は、書き込み時のワード電圧とビット線の電圧との関係を示す書き込みタイミング図である。最初にワード電圧供給手段20が、ワード電圧VPWとして書き込み開始電圧を書き込み単位の全てのメモリセルに印加する。この書き込みが、例えば図1のワード線WL0とビット線BL0〜BLnとの交点に連なる各メモリセルで行われる場合がPGM区間で示され、BL0〜BLnには、次々とメモリセルのドレイン電圧が書き込み回路から供給される。また、BL0、BL1、BLnに接続されるメモリセルの閾値の動きは、図2で説明したセル1、セル2、セル3と同等に動きをするものとする。
FIG. 3 is a write timing diagram showing the relationship between the word voltage and the bit line voltage during writing. First, the word voltage supply means 20 applies the write start voltage as the word voltage VPW to all the memory cells in the write unit. For example, the case where the writing is performed in each memory cell connected to the intersection of the word line WL0 and the bit lines BL0 to BLn in FIG. 1 is shown in the PGM section, and the drain voltages of the memory cells are successively applied to BL0 to BLn. Supplied from the writing circuit. In addition, the threshold values of the memory cells connected to BL0, BL1, and BLn move in the same manner as the
以下にn=20回目の動作を説明する。BL0のベリファイ手段30のセンスアンプ33は、メモリセルの閾値が‘10’で示される閾値バラツキの範囲にあるため、n=21〜29回の書き込みをスキップするため、2ビットのディジタル値SAOUT(‘10’)を出力する。コンパレータ37はこれを基に、書き込み回路40を制御し、メモリセルのドレイン電圧の供給を9回スキップさせた後、中間のステップ電圧である1.0Vが加算されたワード電圧が5.5Vとなった時点で書き込みを行う。BLnにおいては、メモリセルの閾値が‘11’で示される閾値バラツキの範囲にあるため、n=19回スキップされた後、最大のステップ電圧である2.0Vが加算されたワード電圧が6.5Vとなった時点で書き込みが行われる。
The operation at the n = 20th time will be described below. The
BL0のメモリセルについては閾値が‘01’で示される閾値バラツキの範囲にあるため、センスアンプ33から2ビットのディジタル値SAOUT(‘01’)が出力され、コンパレータ37は、最小のステップ電圧(0.1V)が加算される毎に書き込みを行う。これにより、n=21回目の書き込みにおいて、センスアンプ33はBL0のメモリセルの閾値が‘00’で示される閾値バラツキの範囲にあると判定し、変化した閾値が閾値Vtm00の範囲にあることを示す2ビットのディジタル値SAOUT(00)を出力する。この信号が検出されると、BL0のメモリセルの書き込みが完了したと判断され、書き込みは停止される。
Since the threshold value of the memory cell BL0 is in the range of the threshold variation indicated by “01”, a 2-bit digital value SAOUT (“01”) is output from the
BL1のメモリセルについても、n=30回目の書き込み動作時に、閾値は、‘01’で示される閾値バラツキの範囲にあるため、以降、最小のステップ電圧(0.1V)が加算された書き込みが繰り返し行われ、閾値が‘00’で示される閾値バラツキの範囲に入ると、BL1のメモリセルの書き込みが完了したと判断され、書き込みは停止される。 Also for the memory cell of BL1, since the threshold value is in the range of threshold variation indicated by '01' at the time of n = 30th write operation, the write with the minimum step voltage (0.1V) added thereafter is performed. When it is repeatedly performed and the threshold value enters the range of the threshold variation indicated by “00”, it is determined that the writing of the memory cell of BL1 is completed, and the writing is stopped.
BLnのメモリセルは、20回の書き込みがスキップされ、最大のステップ電圧2.0Vが加算された6.5Vが印加された後、閾値が‘10’で示される閾値バラツキの範囲にあると判定される。以下は図3には示されないが、BL1に接続されるメモリセルと同様に、次のステップでn=9回の書き込みがスキップされ、中間のステップ電圧1.0Vが加算された7.5Vの電圧が印加される。今度はメモリセルの閾値は、‘01’で示される閾値バラツキの範囲にあるため、最小のステップ電圧(0.1V)が加算された書き込みが繰り返し行われ、閾値が‘00’で示される閾値バラツキの範囲に入ると、BLnのメモリセルの書き込みが完了したと判断され、書き込みは停止される。これにより、ワード線WL0上のメモリセルの書き込みが終了する。 The BLn memory cell is determined to be within the threshold variation range indicated by '10' after 20 writing is skipped and 6.5V with the maximum step voltage of 2.0V is applied. Is done. The following is not shown in FIG. 3, but, similarly to the memory cell connected to BL1, n = 9 writes are skipped in the next step, and an intermediate step voltage of 1.0V is added to 7.5V. A voltage is applied. This time, since the threshold value of the memory cell is in the range of the threshold variation indicated by “01”, the writing with the minimum step voltage (0.1 V) added is repeatedly performed, and the threshold value is indicated by “00”. When entering the range of variation, it is determined that writing of the memory cell of BLn is completed, and writing is stopped. Thereby, the writing of the memory cell on the word line WL0 is completed.
このように、ワード電圧供給手段20による書き込み回数は、図2のケースでは、合計8回の書き込み回数となり、書き込み回数を大幅に削減させることが可能となる。このため、書き込み時間も大幅に削減することができる。また、書き込み電圧と書き込み制御電圧との2つの電圧レベルを制御して供給する必要が無く、書き込み電圧だけの制御でよいため、複雑な制御を必要としない。また、本発明の書き込み方式では、同一ワード線上の同時書き込み単位のメモリセル毎に、書き込みスキップ回数を変えることができるので、同時書き込み数が多く、書き込みバラツキが大きい場合でも書き込み時間を大幅に短縮することが可能となる。 As described above, the number of times of writing by the word voltage supply means 20 is 8 in total in the case of FIG. 2, and the number of times of writing can be greatly reduced. For this reason, the writing time can be significantly reduced. Further, it is not necessary to control and supply the two voltage levels of the write voltage and the write control voltage, and only the write voltage may be controlled, so that complicated control is not required. Further, in the write method of the present invention, the number of write skips can be changed for each memory cell of the simultaneous write unit on the same word line, so the write time is greatly shortened even when the number of simultaneous writes is large and the write variation is large. It becomes possible to do.
さらに、メモリセルアレイが多値セルで構成される場合、多値の各閾値レベルに対応させて、前述のベリファイレベルV3を決定し、且つ、メモリセルアレイに依存する書き込み開始電圧に対応させてベリファイレベルV1を決定することにより、ベリファイレベルV2が決定され、各閾値レベルに対する3つのベリファイレベルを決定することができる。これにより、多値セルで構成されるメモリセルアレイの各閾値の書き込み動作を高速化することが可能となる。 Further, when the memory cell array is composed of multi-value cells, the above-described verify level V3 is determined corresponding to each multi-value threshold level, and the verify level corresponding to the write start voltage depending on the memory cell array. By determining V1, verify level V2 is determined, and three verify levels for each threshold level can be determined. As a result, it is possible to speed up the write operation of each threshold value of the memory cell array composed of multi-value cells.
図4は、本発明によるセンスアンプの実施例を示す回路ブロック図である。図4において、センスアンプ33は、ベリファイレベル入力切換手段34とレベル判定手段35とデコーダ36とを有している。ベリファイレベル入力切換手段34は複数のスイッチ34−1〜43−3から構成され、各スイッチの入力の一方には書き込み対象セルの閾値レベルを判定するベリファイレベルV1〜V3がそれぞれ入力され、他方には多値読み出し時に必要なリファレンスレベルVm1〜Vm3がそれぞれ入力されている。
FIG. 4 is a circuit block diagram showing an embodiment of the sense amplifier according to the present invention. In FIG. 4, the
各スイッチの出力はレベル判定手段のレベル判定器35−1〜35−3の一方の入力にそれぞれ入力され、他方には書き込みにより変化したメモリセルの閾値Vmtが読み出され、入力されている。レベル判定器35−1〜35−3は、リファレンスレベル及びベリファイレベルを基に閾値Vmtの変化の度合いを判定し、その結果を出力する。デコーダ36は、この判定結果から閾値Vmtが4つのステートの内の何れに属するかを示す2値のディジタル出力SAOUT(‘11’〜‘00’)の1つをベリファイチェック回路37へ出力する。
The output of each switch is input to one input of level determiners 35-1 to 35-3 of the level determining means, and the threshold Vmt of the memory cell changed by writing is read and input to the other. The level determiners 35-1 to 35-3 determine the degree of change in the threshold value Vmt based on the reference level and the verify level, and output the result. Based on the determination result, the
このように、スイッチ34−1〜43−3をベリファイレベルV1〜V3側にオンすることにより、図1において説明した書き込み対象セルの書き込み閾値の変化を判定することができ、リファレンスレベルVm1〜Vm3側にオンすることにより、段落[0035]において説明した多値のメモリセルで構成されるメモリセルアレイにおいて、通常読み出し時の多値レベルを判定することができる。ベリファイレベルV1〜V3及びリファレンスレベルVm1〜Vm3の供給は、各電流・電圧変換回路から供給され(図示されず)、さらにベリファイレベルV1〜V3は、多値の各閾値レベルに対応したベリファイレベルが切り替えられて適宜供給される。これにより、多値構成のメモリを採用する不揮発性半導体記憶装置において、通常読み出し時に使用するセンスアンプにスイッチのみを追加することにより本発明が適用できる。 As described above, by turning on the switches 34-1 to 43-3 to the verify levels V1 to V3, it is possible to determine the change in the write threshold value of the write target cell described in FIG. 1, and the reference levels Vm1 to Vm3. By turning on the multi-level memory cell, it is possible to determine the multi-level level during normal reading in the memory cell array composed of multi-level memory cells described in paragraph [0035]. The verify levels V1 to V3 and the reference levels Vm1 to Vm3 are supplied from each current / voltage conversion circuit (not shown), and the verify levels V1 to V3 have verify levels corresponding to multi-value threshold levels. It is switched and supplied as appropriate. As a result, in a nonvolatile semiconductor memory device employing a multi-valued memory, the present invention can be applied by adding only a switch to a sense amplifier used during normal reading.
以上説明したように、本発明によると、書き込まれた閾値変化の判定結果に応じて、次の書き込みを複数回スキップさせ、書き込み制御を複雑にすることなく、書き込み動作を行う回数を軽減ことができる。このため、非選択セルに対するドレインディスターブが緩和されるため記憶特性の信頼性が高く、高速、且つ高精度にメモリセルの閾値を制御することができる書き込み手段を有する不揮発性半導体記憶装置を提供することが可能となる。 As described above, according to the present invention, the number of times of the write operation can be reduced without complicating the write control by skipping the next write a plurality of times according to the determination result of the written threshold value change. it can. Therefore, there is provided a non-volatile semiconductor memory device having a writing means capable of controlling the threshold value of a memory cell with high reliability and high speed and high accuracy since drain disturbance for unselected cells is alleviated. It becomes possible.
10 メモリセルアレイ
20 ワード電圧供給手段
22 プログラムカウンタ
24 ワード電圧発生器
26 Xデコーダ
30 ベリファイ手段
33 センスアンプ
34 ベリファイレベル入力切換手段
34−1〜3 スイッチ
35 レベル判定手段
35−1〜3 レベル判定器
36 デコーダ
37 コンパレータ回路
40 書き込み回路
100 不揮発性半導体記憶装置
Vtm メモリセルの閾値
VPW ワード電圧
V1〜V3 ベリファイレベル
Vm1〜Vm3 リファレンスレベル
‘11’ V1以下の閾値の集合領域
‘10’ V1−V2間の閾値の集合領域
‘01’ V2−V3間の閾値の集合領域
‘00’ V3以上の閾値の集合領域
WL0〜WLn ワード線
BL0〜BLn ビット線
Ns ステップ電圧加算回数
n スキップ数
WDATA 書き込みデータ
SAOUT 2値のディジタル値
PGMn スキップタイミング信号
PGCOUNT ステップ電圧制御信号
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記ワード電圧供給手段は、前記ワード電圧として書き込み開始電圧を出力して最初の書き込みを行い、引き続き、前記書き込み開始電圧に所定のステップ電圧を加算する毎に、前記ステップ電圧が加算された電圧を前記ワード電圧として出力し、
前記ベリファイ手段は、前記書き込みが行われる毎に前記各メモリセルの閾値の変化の度合いを前記複数の判定レベルに対して判定し、その判定結果に応じて次の書き込みを所定のスキップ回数、スキップさせ、且つ、所定の閾値に達したメモリセルに対しては書き込みを完了させながら、前記各メモリセルの全ての閾値を前記所定の閾値に設定することを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。 Nonvolatile having word voltage supply means for outputting by writing word voltage to each word line on the memory cell array, and verify means for judging a change in threshold value of each memory cell in the memory cell array with respect to a plurality of judgment levels A semiconductor memory device,
The word voltage supply means outputs a write start voltage as the word voltage to perform the first write, and each time a predetermined step voltage is subsequently added to the write start voltage, the voltage obtained by adding the step voltage is used. Output as the word voltage,
The verify means determines the degree of change in the threshold value of each memory cell for each of the plurality of determination levels each time the write is performed, and skips the next write for a predetermined number of skips according to the determination result. In addition, the nonvolatile semiconductor memory device is characterized in that all threshold values of the memory cells are set to the predetermined threshold value while completing writing to the memory cells that have reached the predetermined threshold value.
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---|---|---|---|---|
US9406390B2 (en) | 2014-10-08 | 2016-08-02 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Storage device and reliability verification method |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009129480A (en) * | 2007-11-20 | 2009-06-11 | Toshiba Corp | Method of controlling threshold in nonvolatile semiconductor memory device |
JP2011526049A (en) * | 2008-06-27 | 2011-09-29 | サンディスク コーポレイション | Improved programming algorithm to reduce faults with minimal additional time penalty |
-
2008
- 2008-07-10 JP JP2008180365A patent/JP5412063B2/en active Active
-
2009
- 2009-01-30 KR KR1020090007660A patent/KR20100007688A/en not_active Application Discontinuation
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009129480A (en) * | 2007-11-20 | 2009-06-11 | Toshiba Corp | Method of controlling threshold in nonvolatile semiconductor memory device |
JP2011526049A (en) * | 2008-06-27 | 2011-09-29 | サンディスク コーポレイション | Improved programming algorithm to reduce faults with minimal additional time penalty |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9406390B2 (en) | 2014-10-08 | 2016-08-02 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Storage device and reliability verification method |
US9613711B2 (en) | 2014-10-08 | 2017-04-04 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Storage device and method of reading a storage device in which reliability verification operation is selectively omitted |
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