JP2010135003A - Nonvolatile semiconductor memory - Google Patents

Nonvolatile semiconductor memory Download PDF

Info

Publication number
JP2010135003A
JP2010135003A JP2008310179A JP2008310179A JP2010135003A JP 2010135003 A JP2010135003 A JP 2010135003A JP 2008310179 A JP2008310179 A JP 2008310179A JP 2008310179 A JP2008310179 A JP 2008310179A JP 2010135003 A JP2010135003 A JP 2010135003A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
memory cell
verification voltage
threshold
writing
verification
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2008310179A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shoichi Matsumoto
章一 松本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP2008310179A priority Critical patent/JP2010135003A/en
Publication of JP2010135003A publication Critical patent/JP2010135003A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To make a memory cell to be easily multi-valued by narrowing a distribution width of threshold after the write-in of data in a nonvolatile semiconductor memory. <P>SOLUTION: After a first write-in operation, a second write-in operation is carried out by changing a threshold verifying voltage. At this time, since a relation of Verify(b)=Verify(a)-w/2 is in existence between a first threshold verifying voltage Verify(b) and a second threshold verifying voltage Verify(a), where the distribution width of the threshold after the first write-in operation is defined as w, the distribution width of the threshold after the second write-in operation becomes w/2. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、不揮発性半導体記憶装置に係り、特に、しきい値制御の精度を高くする書き込み方法を備えた不揮発性半導体記憶装置に関するものである。   The present invention relates to a nonvolatile semiconductor memory device, and more particularly to a nonvolatile semiconductor memory device provided with a writing method for increasing the accuracy of threshold control.

不揮発性半導体記憶装置の多値化技術は、一つのメモリセルに2アドレス分以上のデータを記憶させる技術であり、同一の集積度でデータ容量を倍以上に増やすことが可能なため、注目されている。しかし、多値化のためにはメモリセルトランジスタのしきい値分布幅を狭くすることが要求されるにもかかわらず、メモリセルの微細化に伴い個々のメモリセルトランジスタの製造上のばらつきは増加している。それに起因してメモリセルトランジスタのしきい値のばらつきも大きくなっているため、多値化の妨げになっている。   Multi-level technology for nonvolatile semiconductor memory devices is a technology for storing data for two addresses or more in a single memory cell, and it is possible to increase the data capacity more than double with the same integration degree, so it is attracting attention. ing. However, although the threshold distribution width of the memory cell transistor is required to be narrowed in order to increase the number of values, the variation in manufacturing of individual memory cell transistors increases with the miniaturization of the memory cell. is doing. As a result, the variation of the threshold value of the memory cell transistor is also large, which hinders multi-leveling.

この問題に対しては、しきい値の分布幅を狭くするために、目的とする検証電圧と消去時のしきい値との間に仮の検証電圧を設定していったん書き込みを行い、次に目的とする検証電圧に達しないメモリセルのみ再書き込みを行うという書き込み方法を備えた不揮発性半導体記憶装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。   For this problem, in order to narrow the threshold distribution width, a temporary verification voltage is set between the target verification voltage and the threshold value at the time of erasing, and then writing is performed. There has been proposed a nonvolatile semiconductor memory device including a writing method in which only a memory cell that does not reach a target verification voltage is rewritten (see, for example, Patent Document 1).

この方法は、まず、不揮発性半導体記憶装置に書き込みを行う際、所望のしきい値(Vth)レベルに到達させるため、書き込み動作を行った後、各メモリセルトランジスタに対してしきい値を検証する動作(以下検証動作、または検証読み出し)を行う。検証動作は、個々のメモリセルトランジスタに対して行われ、しきい値が検証電圧(Vt1)に達しているメモリセルトランジスタと未達のメモリセルトランジスタを判別する。書き込み動作においては、書き込み電圧および書き込み電圧を印加するパルス幅(印加時間)が、変更可能なパラメータとなっている。しきい値が検証電圧に達していないメモリセルトランジスタに対しては、書き込み動作および検証動作を繰り返し、各メモリセルトランジスタのしきい値を第1の検証電圧Vt1に到達させる。ここまでの検証動作を伴う書き込み(以下単に書き込みともいう)(1)は、各メモリセルトランジスタのしきい値が検証電圧Vt1を超えることを目的としているため、書き込み後の各メモリセルトランジスタのしきい値は、幅広い分布を示す。   In this method, first, when writing into a nonvolatile semiconductor memory device, in order to reach a desired threshold (Vth) level, the threshold is verified for each memory cell transistor after performing a write operation. Operation (hereinafter referred to as verification operation or verification read-out) is performed. The verification operation is performed for each memory cell transistor, and a memory cell transistor whose threshold value has reached the verification voltage (Vt1) is discriminated from a memory cell transistor that has not yet reached the verification voltage. In the write operation, the write voltage and the pulse width (application time) for applying the write voltage are changeable parameters. For the memory cell transistor whose threshold value has not reached the verification voltage, the write operation and the verification operation are repeated, and the threshold value of each memory cell transistor reaches the first verification voltage Vt1. The write (1), which is accompanied by the verify operation so far (1), is intended to cause the threshold value of each memory cell transistor to exceed the verify voltage Vt1. The threshold shows a wide distribution.

次に、検証電圧を第2の検証電圧Vt10に変化させ、書き込み電圧およびパルス幅も変化させて、しきい値がVt10に達していないメモリセルトランジスタに対して書き込み(2)を行う。書き込み(1)のときと同様に、各メモリセルトランジスタのしきい値が第2の検証電圧Vt10に達したら書き込み(2)は終了する。第1の検証電圧Vt1は、書き込み前(消去時)の各メモリセルトランジスタのしきい値と第2の検証電圧Vt10との間にあるので、書き込み(2)終了後のしきい値分布幅は、書き込み(1)のみの従来の書き込み方法に比べてVt1−Vt10の絶対値分だけ狭くなる。   Next, the verification voltage is changed to the second verification voltage Vt10, the writing voltage and the pulse width are also changed, and writing (2) is performed on the memory cell transistor whose threshold value has not reached Vt10. Similar to the write (1), the write (2) is completed when the threshold value of each memory cell transistor reaches the second verification voltage Vt10. Since the first verification voltage Vt1 is between the threshold value of each memory cell transistor before writing (at the time of erasing) and the second verification voltage Vt10, the threshold distribution width after the completion of writing (2) is Compared with the conventional writing method of writing (1) only, the absolute value of Vt1-Vt10 becomes narrower.

しかしながら、特許文献1では、上記第1の検証電圧と第2の検証電圧の関係が明らかでないため、しきい値の分布幅を狭くする効果が得られにくいという問題点があった。
特開平9−320285号公報(第7頁、図2)
However, in Patent Document 1, since the relationship between the first verification voltage and the second verification voltage is not clear, there is a problem that it is difficult to obtain the effect of narrowing the threshold distribution width.
Japanese Patent Laid-Open No. 9-320285 (page 7, FIG. 2)

本発明は、上記のような問題点を考慮し、不揮発性半導体装置のデータ書き込み後のしきい値の分布幅を狭くすることを目的としている。   In view of the above-described problems, an object of the present invention is to narrow a threshold distribution width after data writing in a nonvolatile semiconductor device.

上記目的を達成するために、本発明の一態様の不揮発性半導体記憶装置は、半導体基板上に配置された複数のメモリセルトランジスタと、前記複数のメモリセルトランジスタに書き込み動作によりデータを書き込む書き込み手段と、前記書き込み手段によってデータが書き込まれた複数のメモリセルトランジスタのしきい値と一定のしきい値検証電圧との大小関係を検証するしきい値検証手段と、を備え、前記しきい値検証電圧を第1の検証電圧に設定して所望のメモリセルトランジスタに第1の書き込み動作を行った後に、前記しきい値検証電圧を前記第1の検証電圧よりも前記第1の書き込み動作終了後のメモリセルトランジスタのしきい値分布幅の2分の1大きい第2の検証電圧に設定し、第2の検証電圧よりしきい値が小さいメモリセルトランジスタに対して第2の書き込み動作を行うことを特徴としている。   To achieve the above object, a nonvolatile semiconductor memory device according to one embodiment of the present invention includes a plurality of memory cell transistors arranged on a semiconductor substrate, and a writing unit that writes data to the plurality of memory cell transistors by a writing operation. And threshold verification means for verifying a magnitude relationship between threshold values of a plurality of memory cell transistors into which data has been written by the writing means and a constant threshold verification voltage, After setting the voltage to the first verification voltage and performing a first write operation on a desired memory cell transistor, the threshold verification voltage is set to be higher than the first verification voltage after the first write operation is completed. A memory cell transistor is set to a second verification voltage that is one-half larger than the threshold distribution width of the memory cell transistor, and has a smaller threshold value than the second verification voltage It is characterized by performing a second write operation to Le transistor.

第2の書き込み終了時のしきい値の分布幅を第1の書き込み後の分布幅の2分の1にすることができる。   The distribution width of the threshold value at the end of the second writing can be made half of the distribution width after the first writing.

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

以下では、書き込み後のメモリセルトランジスタのしきい値が、消去時のしきい値よりも高い場合について説明するが、書き込み後のしきい値が消去時よりも低い場合でも同様である。   In the following, the case where the threshold value of the memory cell transistor after writing is higher than the threshold value at the time of erasing will be described.

図1は、本発明の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置(例えば、NAND型フラッシュメモリ)のブロック構成を示す。この実施形態に係るNAND型フラッシュメモリは、メモリセルアレイ101、センスアンプ兼データラッチ102、カラムデコーダ103、ロウデコーダ104、アドレスバッファ105、データ入出力バッファ106、基板電位制御回路107、Vpgm発生回路108、Vpass発生回路109、Vread発生回路110、制御信号発生回路111によって構成されている。   FIG. 1 shows a block configuration of a nonvolatile semiconductor memory device (for example, a NAND flash memory) according to an embodiment of the present invention. The NAND flash memory according to this embodiment includes a memory cell array 101, a sense amplifier / data latch 102, a column decoder 103, a row decoder 104, an address buffer 105, a data input / output buffer 106, a substrate potential control circuit 107, and a Vpgm generation circuit 108. , A Vpass generation circuit 109, a Vread generation circuit 110, and a control signal generation circuit 111.

メモリセルアレイ101は後述するように、不揮発性のメモリセルを直列接続したNANDストリングを配列して構成される。   As will be described later, the memory cell array 101 is configured by arranging NAND strings in which nonvolatile memory cells are connected in series.

センスアンプ兼データラッチ(ビット線制御回路)102は、メモリセルアレイ101のビット線データをセンスし、あるいは書き込みデータを保持するために設けられている。この回路は、データ書き込み後の検証読出し及び書き込み不十分のメモリセルに対する再書き込みを行う際のビット線電位制御を行い、例えばCMOSフリップフロップを主体として構成されている。   The sense amplifier / data latch (bit line control circuit) 102 is provided to sense bit line data of the memory cell array 101 or hold write data. This circuit performs bit line potential control when performing verification reading after data writing and rewriting to an insufficiently written memory cell, and is composed mainly of, for example, a CMOS flip-flop.

また、センスアンプ兼データラッチ102は、データ入出力バッファ106に接続されている。センスアンプ兼データラッチ102とデータ入出力バッファ106の間の接続は、アドレスバッファ105からのアドレス信号を受けるカラムデコーダ103の出力により制御される。   The sense amplifier / data latch 102 is connected to the data input / output buffer 106. The connection between the sense amplifier / data latch 102 and the data input / output buffer 106 is controlled by the output of the column decoder 103 that receives the address signal from the address buffer 105.

ロウデコーダ104は、メモリセルアレイ101に対して、メモリセルの選択を行うため、具体的には制御ゲート及び選択ゲートを制御するために設けられている。   The row decoder 104 is provided to select a memory cell with respect to the memory cell array 101, specifically, to control a control gate and a selection gate.

書き込み電圧(Vpgm)発生回路108は、メモリセルアレイ101の選択されたメモリセルにデータ書き込みを行う際に、電源電圧より昇圧された書き込み電圧Vpgmを発生するために設けられている。このVpgm発生回路108とは別に、データ書き込み時に非選択のメモリセルに与えられる書き込み用中間電圧Vpassを発生するための書き込み用中間電圧(Vpass)発生回路109、及びデータ読み出し時(検証読み出し時を含む)に非選択のメモリセルに与えられる読み出し用中間電圧Vreadを発生するための読み出し用中間電圧(Vread)発生回路110が設けられている。   A write voltage (Vpgm) generation circuit 108 is provided to generate a write voltage Vpgm boosted from the power supply voltage when data is written to a selected memory cell of the memory cell array 101. In addition to the Vpgm generation circuit 108, a write intermediate voltage (Vpass) generation circuit 109 for generating a write intermediate voltage Vpass to be applied to a non-selected memory cell at the time of data write, and a data read (at the time of verification read) A read intermediate voltage (Vread) generation circuit 110 for generating a read intermediate voltage Vread to be applied to a non-selected memory cell.

書き込み用中間電圧Vpassおよび読み出し用中間電圧Vreadは、書き込み電圧Vpgmよりは低いが、電源電圧Vccより昇圧された電圧である。制御回路111は、書き込み動作、消去動作、読み出し動作、書き込み検証動作、過書き込み検証動作、データラッチ単位分のデータ消去動作、書き込み動作の初期電圧やステップアップ分の電圧パルスを可変設定するための再書き込み動作等を制御する。   The write intermediate voltage Vpass and the read intermediate voltage Vread are lower than the write voltage Vpgm but are boosted from the power supply voltage Vcc. The control circuit 111 is used to variably set a write operation, an erase operation, a read operation, a write verify operation, an overwrite verify operation, a data erase operation for a data latch unit, an initial voltage for a write operation, and a voltage pulse for a step-up. Controls rewrite operation and the like.

図2は、メモリセルアレイ101の等価回路である。メモリセルトランジスタMTが直列に複数個接続され、その両端に選択トランジスタSが接続されたNANDストリングが構成されている。電流経路の一方の端はビット線BLに接続され、他方の端は共通ソース線に接続されている。   FIG. 2 is an equivalent circuit of the memory cell array 101. A NAND string is configured in which a plurality of memory cell transistors MT are connected in series, and select transistors S are connected to both ends thereof. One end of the current path is connected to the bit line BL, and the other end is connected to the common source line.

図3は、メモリセルアレイ101を構成するNANDストリングの平面図である。   FIG. 3 is a plan view of a NAND string constituting the memory cell array 101. FIG.

図3に示すように、半導体基板31の主面に複数の素子領域AA0〜AA2が設けられている。これらの素子領域AA0〜AA2は、それぞれ所定方向、すなわち図3の上下方向に沿って帯状に形成され、互いに離間して配置されている。   As shown in FIG. 3, a plurality of element regions AA <b> 0 to AA <b> 2 are provided on the main surface of the semiconductor substrate 31. These element regions AA0 to AA2 are each formed in a strip shape along a predetermined direction, that is, the vertical direction in FIG.

これらの素子領域AA0〜AA2は、素子分離領域32によって絶縁分離されている。この素子領域AA0〜AA2には、メモリセルトランジスタMTのソース/ドレインとなる拡散領域34が複数個、メモリセルトランジスタMTのワード線WLによって互いに離間して形成されている。そして、隣接する拡散領域34を共有することにより複数のメモリセルトランジスタMTが直列に接続され、NANDストリングを形成している。   These element regions AA0 to AA2 are insulated and isolated by an element isolation region 32. In the element regions AA0 to AA2, a plurality of diffusion regions 34 serving as the source / drain of the memory cell transistor MT are formed apart from each other by the word line WL of the memory cell transistor MT. A plurality of memory cell transistors MT are connected in series by sharing adjacent diffusion regions 34 to form a NAND string.

素子領域AA0〜AA2および素子分離領域32上には、複数のメモリセルトランジスタMTのワード線WLが、上記所定方向と直交する方向、すなわち図3の横方向に沿って配置され、選択ゲートトランジスタS1/S2の選択ゲート線SGS/SGDがワード線WLと並行して配置されている。   On the element regions AA0 to AA2 and the element isolation region 32, the word lines WL of the plurality of memory cell transistors MT are arranged along the direction orthogonal to the predetermined direction, that is, the horizontal direction of FIG. 3, and the selection gate transistor S1 Selection gate lines SGS / SGD of / S2 are arranged in parallel with the word lines WL.

そして、各素子領域AA0〜AA2と交差するワード線WL下には、メモリセルトランジスタMTのチャネルがそれぞれ形成され、また各素子領域AA0〜AA2と交差する選択ゲート線SGS/SGDの下には、選択トランジスタS1/S2のチャネルがそれぞれ形成されている。選択トランジスタS1/S2の拡散領域SまたはDは、ソース線コンタクトおよびビット線コンタクトにそれぞれ接続されている。   Channels of the memory cell transistors MT are formed below the word lines WL intersecting with the element regions AA0 to AA2, respectively, and below the selection gate lines SGS / SGD intersecting with the element regions AA0 to AA2. Channels of the selection transistors S1 / S2 are formed respectively. The diffusion regions S or D of the selection transistors S1 / S2 are connected to the source line contact and the bit line contact, respectively.

図4は、図3中のA−A´線に沿った断面図である。   4 is a cross-sectional view taken along line AA ′ in FIG.

図4に示すように、各メモリセルは、半導体基板31中に形成された(Pウェル(図示せず))上に設けられたトンネル絶縁膜Tox、トンネル絶縁膜Tox上に設けられた浮遊ゲートFG、浮遊ゲートFG上に設けられたゲート間絶縁膜IPD、ゲート間絶縁膜IPD上に設けられた制御ゲートCG(41)、および制御ゲートCG(41)上に設けられたシリサイド層41Sを備えた積層構造である。それぞれのメモリセルは、浮遊ゲートFGに電荷を蓄積することによりしきい値が変化するメモリセルトランジスタMTを構成している。各浮遊ゲートFGは、それぞれのメモリセルトランジスタMTについて電気的に分離している。制御ゲートCGは、ワード線WL0〜WL31に接続され、ワード線方向のメモリセルトランジスタにおいて、電気的に共通接続されている。   As shown in FIG. 4, each memory cell includes a tunnel insulating film Tox provided on a (P well (not shown)) formed in a semiconductor substrate 31, and a floating gate provided on the tunnel insulating film Tox. FG, intergate insulating film IPD provided on floating gate FG, control gate CG (41) provided on intergate insulating film IPD, and silicide layer 41S provided on control gate CG (41) It is a laminated structure. Each memory cell constitutes a memory cell transistor MT whose threshold value changes by accumulating charges in the floating gate FG. Each floating gate FG is electrically isolated for each memory cell transistor MT. The control gate CG is connected to the word lines WL0 to WL31, and is electrically connected in common in the memory cell transistors in the word line direction.

また、各メモリセルトランジスタMTは、上記積層構造の側壁上に沿って設けられたスペーサ24、および上記積層構造を挟むようにPウェル中に設けられたソースSまたはドレインDを備えている。   Each memory cell transistor MT includes a spacer 24 provided along the side wall of the stacked structure, and a source S or drain D provided in a P well so as to sandwich the stacked structure.

選択トランジスタS1、S2は、ゲート絶縁膜Gox、ゲート間絶縁膜IPD、ゲート電極G、シリサイド層42Sを備えている。ゲート間絶縁膜IPDは、ゲート電極G中が分離され、その上下層が電気的に接続するように設けられている。シリサイド層42Sは、ゲート電極G上に設けられている。   The selection transistors S1 and S2 include a gate insulating film Gox, an inter-gate insulating film IPD, a gate electrode G, and a silicide layer 42S. The inter-gate insulating film IPD is provided so that the gate electrode G is separated and its upper and lower layers are electrically connected. The silicide layer 42S is provided on the gate electrode G.

また、選択トランジスタS1、S2は、ゲート電極Gの側壁上に沿って設けられたスペーサ24、およびゲート電極Gを挟むようにPウェル中に設けられたソースSまたはドレインDを備えている。   The selection transistors S1 and S2 include a spacer 24 provided along the side wall of the gate electrode G, and a source S or drain D provided in the P well so as to sandwich the gate electrode G.

選択トランジスタS1、S2は、ビット線BL方向に沿ったNANDストリングを選択してビット線BLに接続するため、選択トランジスタS1、S2のゲート電極Gはそれぞれ選択ゲート線SGS,SGDに接続されている。   Since the selection transistors S1 and S2 select a NAND string along the direction of the bit line BL and connect it to the bit line BL, the gate electrodes G of the selection transistors S1 and S2 are connected to the selection gate lines SGS and SGD, respectively. .

選択トランジスタS1のソースSは、層間絶縁膜17−1中のソース線コンタクトSC−1、SC−2を介してソース線SLに接続されている。   The source S of the selection transistor S1 is connected to the source line SL through source line contacts SC-1 and SC-2 in the interlayer insulating film 17-1.

層間絶縁膜37−1、37−2中にビット線BL2が設けられている。ビット線BL2は、層間絶縁膜37−1中のビット線コンタクトBC1〜BC3を介して選択トランジスタS2のドレインDと電気的に接続されている。   A bit line BL2 is provided in the interlayer insulating films 37-1 and 37-2. The bit line BL2 is electrically connected to the drain D of the selection transistor S2 via the bit line contacts BC1 to BC3 in the interlayer insulating film 37-1.

図5は、図3中のB−B´線に沿った断面図である。   FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line BB ′ in FIG.

図5に示すように、素子分離絶縁膜33により区画された素子領域において、ワード線WL2とビット線BL0〜BL2との交差位置にメモリセルトランジスタMT0〜MT2が配置されている。   As shown in FIG. 5, in the element region defined by the element isolation insulating film 33, memory cell transistors MT0 to MT2 are arranged at the intersections between the word line WL2 and the bit lines BL0 to BL2.

なお、NANDストリングには、選択ゲート線SGSおよびSGDはそれぞれ少なくとも1つ以上あればよい。NANDストリング内のメモリセルトランジスタMTの数は、この実施形態の場合に限られない。たとえば、NANDストリング内のメモリセルの数は複数であれば良く、2n個(nは正の整数)またはそれらに1個から4個程度のダミーセルを追加した数であることがアドレスデコードをする上で望ましい。   In the NAND string, at least one or more selection gate lines SGS and SGD are sufficient. The number of memory cell transistors MT in the NAND string is not limited to this embodiment. For example, the number of memory cells in the NAND string may be plural, and it is 2n (n is a positive integer) or a number obtained by adding about 1 to 4 dummy cells to them. Is desirable.

図6は、NAND型フラッシュメモリのデータ書き込み及び読み出しの基本的な動作条件を示す。   FIG. 6 shows basic operating conditions for writing and reading data in the NAND flash memory.

データ書き込みでは、ビット線BLにデータに応じて0V(“0”書き込みの場合)又はVcc(“1”書き込みの場合)を印加する。ビット線側の選択ゲートはVcc、ソース線側の選択ゲートは0Vである。続いて、選択されたメモリセル(図5では○で囲んだセル)の制御ゲートに20〜25V程度の書き込み電圧Vpgmをパルス状に印加し、非選択のメモリセルの制御ゲートに中間電圧Vpassを印加する。その結果、データ“0”のときは、ビット線側の選択ゲートトランジスタはONとなり、ビット線の電位(0V)がNANDストリングのチャネルに転送される。この場合、チャネル電位が0Vであるのに対し、選択されたメモリセルの浮遊ゲートは制御ゲートとの容量結合によって電位が高くなる。したがって、チャネル(半導体基板)と浮遊ゲートの間は高電界となり、トンネル電流で電子がチャネル(半導体基板)から浮遊ゲートに注入され、メモリセルトランジスタのしきい値電圧が正方向に移動する。データが“1”のときは、ビット線側の選択ゲートトランジスタはOFFであり、NANDストリングのチャネルはフローティングとなる。その場合、フローティングのチャネルは制御ゲートとの容量結合によって中間電位となり、選択メモリセルの浮遊ゲートとチャネル(半導体基板)との間は高電界とならない。したがって、浮遊ゲートへの電子の注入は行われず、メモリセルトランジスタのしきい値電圧は変化しない。   In data writing, 0 V (in the case of “0” writing) or Vcc (in the case of “1” writing) is applied to the bit line BL according to the data. The selection gate on the bit line side is Vcc, and the selection gate on the source line side is 0V. Subsequently, a write voltage Vpgm of about 20 to 25 V is applied in a pulse form to the control gate of the selected memory cell (the cell surrounded by a circle in FIG. 5), and the intermediate voltage Vpass is applied to the control gate of the non-selected memory cell. Apply. As a result, when the data is “0”, the selection gate transistor on the bit line side is turned on, and the potential (0 V) of the bit line is transferred to the channel of the NAND string. In this case, while the channel potential is 0 V, the floating gate of the selected memory cell has a higher potential due to capacitive coupling with the control gate. Accordingly, a high electric field is generated between the channel (semiconductor substrate) and the floating gate, electrons are injected from the channel (semiconductor substrate) into the floating gate by a tunnel current, and the threshold voltage of the memory cell transistor moves in the positive direction. When the data is “1”, the selection gate transistor on the bit line side is OFF, and the channel of the NAND string is in a floating state. In that case, the floating channel has an intermediate potential due to capacitive coupling with the control gate, and no high electric field is generated between the floating gate of the selected memory cell and the channel (semiconductor substrate). Therefore, electrons are not injected into the floating gate, and the threshold voltage of the memory cell transistor does not change.

書き込みパルス電圧の印加によるデータ書き込み動作の後、メモリセルトランジスタのしきい値が所望の電圧(検証電圧)に達しているか否かを調べるために、書き込み検証動作が行われる。書き込み検証動作は、データが書き込まれたメモリセルの制御ゲートに対して検証電圧を印加して、メモリセルトランジスタのON(電流が流れる状態)とOFF(電流が流れない状態)を判別することにより行われる。メモリセルトランジスタがOFFならば、メモリセルトランジスタのしきい値は検証電圧以下であるから書き込みは不十分であり、そのメモリセルに対して、書き込み電圧Vpgmをパルス電圧で印加することによって書き込みを繰り返す。   After the data write operation by applying the write pulse voltage, a write verify operation is performed in order to check whether the threshold value of the memory cell transistor has reached a desired voltage (verification voltage). In the write verification operation, a verification voltage is applied to the control gate of the memory cell in which data is written to determine whether the memory cell transistor is ON (current flows) or OFF (current does not flow). Done. If the memory cell transistor is OFF, the threshold value of the memory cell transistor is lower than the verification voltage, so that writing is insufficient, and writing is repeated by applying the write voltage Vpgm to the memory cell as a pulse voltage. .

図7は、本発明の実施形態に係る書き込み方法によるメモリセルトランジスタのしきい値分布の概念図である。   FIG. 7 is a conceptual diagram of the threshold distribution of the memory cell transistor by the writing method according to the embodiment of the present invention.

書き込み前(消去時)のしきい値分布は、201のようになっている。第1の検証電圧をVerify(b)として第1の検証書き込みを行った後のしきい値分布が202である。202の分布幅をwとして、Verify(a)=Verify(b)+w/2となるようなVerify(a)を第2の検証電圧とする。しきい値がVerify(a)に満たないメモリセルに対して、Verify(a)を検証電圧とした第2の検証書き込みを行った後のしきい値分布が203である。第2の検証書き込みでは、Verify(a)を超えたしきい値のメモリセルには書き込みは行われず、しきい値がVerify(a)に満たない約半数のメモリセルにのみ書き込みが行われる。第2の検証書き込みを受けたメモリセルは、第2の検証書き込み終了後はVerify(a)から上方にw/2の幅の範囲で分布する。結局、第2の書き込み終了後は、第2の書き込みを行わなかったメモリセルと合わせてVerify(a)からプラス方向にw/2幅の範囲に全てのメモリセルトランジスタのしきい値が分布する。   The threshold distribution before writing (at the time of erasing) is 201. A threshold distribution is 202 after the first verification write is performed with the first verification voltage as Verify (b). Assume that the distribution width of 202 is w, and Verify (a) such that Verify (a) = Verify (b) + w / 2 is set as the second verification voltage. The threshold distribution after the second verification write is performed with the verification voltage being Verify (a) for the memory cell whose threshold value is less than Verify (a) is 203. In the second verification writing, writing is not performed on a memory cell having a threshold value exceeding Verify (a), and writing is performed only on about half of the memory cells whose threshold value is less than Verify (a). The memory cells that have received the second verification write are distributed in the range of w / 2 width upward from Verify (a) after the completion of the second verification write. After all, after the completion of the second writing, the threshold values of all the memory cell transistors are distributed in the range of w / 2 width in the plus direction from Verify (a) together with the memory cells not subjected to the second writing. .

図8は、本発明の実施形態に係る書き込み方法を表すフローチャートである。   FIG. 8 is a flowchart showing the writing method according to the embodiment of the present invention.

まず、従来の方法での検証付き書き込みを行った際のしきい値の分布幅をwとする。最終的に目標とする書き込み検証電圧Verify(a)を第2の検証電圧とし、Verify(a)からw/2低い電圧を第1の検証電圧Verify(b)とする。   First, let w be the distribution width of the threshold when writing with verification by the conventional method. Finally, the target write verification voltage Verify (a) is set as the second verification voltage, and a voltage w / 2 lower than Verify (a) is set as the first verification voltage Verify (b).

各メモリセルに対して、第1の検証電圧Verify(b)を用いた第1の書き込み動作が行われる(S01)。次に、書き込み対象となったメモリセルトランジスタのしきい値がVerify(b)を超えたかどうかの検証動作が行われる(S02)。書き込み対象となった全てのメモリセルトランジスタのしきい値がVerify(b)を超えるまで第1の書き込み動作は続けられる(S01、S02)。書き込み対象となった全てのメモリセルトランジスタのしきい値がVerify(b)を超えたと判定されると、検証電圧をVerify(b)とした第1の書き込み動作は終了する(S03)。メモリセルトランジスタのしきい値分布は、主に各メモリセルの製造上のばらつきに起因するので、検証電圧の値にかかわらずほぼ同様であり、第1の書き込み終了後の分布幅はwである。   A first write operation using the first verification voltage Verify (b) is performed on each memory cell (S01). Next, a verification operation is performed to determine whether the threshold value of the memory cell transistor to be written exceeds Verify (b) (S02). The first write operation is continued until the threshold values of all memory cell transistors to be written exceed Verify (b) (S01, S02). When it is determined that the threshold values of all the memory cell transistors to be written have exceeded Verify (b), the first write operation with the verification voltage as Verify (b) ends (S03). The threshold distribution of the memory cell transistors is mainly caused by manufacturing variation of each memory cell, and is almost the same regardless of the value of the verification voltage, and the distribution width after the first writing is w. .

次に、書き込み検証電圧を第2の検証電圧Verify(a)として、各メモリセルのしきい値判別が行われる(S04)。具体的には、各メモリセルの制御ゲートに対して第2の検証電圧Verify(a)が印加され、メモリセルトランジスタのON(電流が流れる状態)とOFF(電流が流れない状態)が判別される。ONならばそのメモリセルはしきい値がVerify(a)より小さいので第2の書き込み動作の対象となる。OFFならばそのメモリセルはしきい値がVerify(a)より大きいので第2の書き込み動作の対象とならない。   Next, the threshold value of each memory cell is determined using the write verification voltage as the second verification voltage Verify (a) (S04). Specifically, the second verification voltage Verify (a) is applied to the control gate of each memory cell, and it is determined whether the memory cell transistor is ON (current flows) or OFF (current does not flow). The If the memory cell is ON, the threshold value of the memory cell is smaller than Verify (a), so that the second write operation is performed. If it is OFF, the memory cell has a threshold value higher than Verify (a) and is not a target of the second write operation.

しきい値がVerify(a)に満たないメモリセルに対しては、しきい値がVerify(a)に到達するまで第2の書き込み動作が行われる(S05、S06)。第2の書き込み動作においては、書き込み電圧と書き込みパルス幅はVerify(b)での第1の書き込み動作と同じでも良いし、変化させても良い。   For the memory cell whose threshold value is less than Verify (a), the second write operation is performed until the threshold value reaches Verify (a) (S05, S06). In the second write operation, the write voltage and the write pulse width may be the same as the first write operation in Verify (b) or may be changed.

書き込み対象となった全てのメモリセルトランジスタのしきい値がVerify(a)を超えたと判定されると、書き込み動作は終了する(S07)。   When it is determined that the threshold values of all the memory cell transistors to be written have exceeded Verify (a), the write operation ends (S07).

なお、第1の検証書き込み方法によるしきい値の分布幅wは、製品テストの段階で求めることができる。得られたwをパラメータとして製品チップのROMに記録すれば、書き込み時に参照することができる。   Note that the threshold distribution width w by the first verification writing method can be obtained at the stage of product testing. If the obtained w is recorded in the ROM of the product chip as a parameter, it can be referred to at the time of writing.

また、第1の検証書き込みを行った際のメモリセルトランジスタのしきい値の分布は正規分布になると考えられるので、第1の検証電圧Verify(b)を用いた第1の書き込みのしきい値分布の中央値が第2の検証電圧Verify(a)となるように、Verify(b)の値を定めても良い。   Further, since it is considered that the threshold distribution of the memory cell transistor at the time of the first verification write is a normal distribution, the threshold value of the first write using the first verification voltage Verify (b) is used. The value of Verify (b) may be determined so that the median value of the distribution becomes the second verification voltage Verify (a).

以上のように、本発明の実施形態によれば、第1の書き込み動作の後に検証電圧を変更して第2の書き込み動作を行うことによって、メモリセルトランジスタのしきい値分布に関し、従来の書き込み方法の2分の1の分布幅が得られる。また、この書き込み方法は、全メモリセルトランジスタの約2分の1に対して第2の書き込みを行うので、書き込み速度の低下を抑制しつつ、しきい値の分布幅を狭くすることができる。   As described above, according to the embodiment of the present invention, by performing the second write operation by changing the verification voltage after the first write operation, the conventional write operation is performed with respect to the threshold distribution of the memory cell transistor. One-half distribution width of the method is obtained. Further, in this writing method, since the second writing is performed on about one-half of all the memory cell transistors, it is possible to narrow the threshold distribution width while suppressing a decrease in writing speed.

本発明の実施形態に係るNAND型フラッシュメモリのブロック構成である。1 is a block configuration of a NAND flash memory according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係るNAND型フラッシュメモリのメモリセルの等価回路である。3 is an equivalent circuit of a memory cell of the NAND flash memory according to the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係るNAND型フラッシュメモリのNANDストリングの平面図である。1 is a plan view of a NAND string of a NAND flash memory according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係るNAND型フラッシュメモリのNANDストリングの断面図であり、図3のA−A´に沿って切断し、矢印方向に眺めた断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view of the NAND string of the NAND flash memory according to the embodiment of the present invention, cut along the line AA ′ of FIG. 3 and viewed in the direction of the arrow. 本発明の実施形態に係るNAND型フラッシュメモリのNANDストリングの断面図であり、図3のB−B´に沿って切断し、矢印方向に眺めた断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view of the NAND string of the NAND flash memory according to the embodiment of the present invention, cut along BB ′ in FIG. 3 and viewed in the direction of the arrow. 本発明の実施形態に係るNAND型フラッシュメモリの読み出しおよび書き込み条件である。5 shows reading and writing conditions of the NAND flash memory according to the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係るNAND型フラッシュメモリの書き込み後のしきい値分布の概念図である。It is a conceptual diagram of the threshold distribution after writing of the NAND flash memory according to the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係るNAND型フラッシュメモリの書き込み方法のフローチャートである。4 is a flowchart of a writing method of the NAND flash memory according to the embodiment of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

24 スペーサ
31 半導体基板
32 素子分離領域
33 素子分離絶縁膜
34 拡散領域(ソースまたはドレイン)
37 層間絶縁膜
41(CG) 制御ゲート
42 上部ゲート電極
41S、42S シリサイド層
BL0、BL1、BL2 ビット線
WL0〜WL31 ワード線
SGS、SGD 選択ゲート線
MT メモリセルトランジスタ
S1、S2 選択トランジスタ
Tox メモリセルトランジスタのトンネル絶縁膜
Gox 選択トランジスタのゲート絶縁膜
FG 浮遊ゲート
IPD ゲート間絶縁膜
BC ビット線コンタクト
SC ソース線コンタクト
S ソース
D ドレイン
G 選択トランジスタのゲート電極
101 メモリセルアレイ
102 ビット線制御回路
103 カラムデコーダ
104 ロウデコーダ
105 アドレスバッファ
106 データ入出力バッファ
107 基板電位制御回路
108 Vpgm発生回路
109 Vpass発生回路
110 Vread発生回路
111 制御信号発生回路
201 書き込み以前(消去時)のしきい値分布
202 Verify(b)への書き込み動作後のしきい値分布
203 Verify(b)への書き込み動作後、Verify(a)への書き込み動作を行った後のしきい値分布
w Verify(b)への書き込み動作後のしきい値分布幅
24 Spacer 31 Semiconductor substrate 32 Element isolation region 33 Element isolation insulating film 34 Diffusion region (source or drain)
37 Interlayer insulating film 41 (CG) Control gate 42 Upper gate electrodes 41S, 42S Silicide layers BL0, BL1, BL2 Bit lines WL0-WL31 Word lines SGS, SGD Select gate lines MT Memory cell transistors S1, S2 Select transistors Tox Memory cell transistors Tunnel insulating film Gox selection transistor gate insulating film FG floating gate IPD inter-gate insulating film BC bit line contact SC source line contact S source D drain G selection transistor gate electrode 101 memory cell array 102 bit line control circuit 103 column decoder 104 row Decoder 105 Address buffer 106 Data input / output buffer 107 Substrate potential control circuit 108 Vpgm generation circuit 109 Vpass generation circuit 110 Vread generation circuit 111 Control signal generation circuit 201 Threshold distribution 202 before writing (in erasing) Threshold distribution 203 after writing operation to Verify (b) After writing operation to Verify (b), writing operation to Verify (a) Threshold distribution width after writing operation to threshold distribution w Verify (b)

Claims (3)

半導体基板上に配置された複数のメモリセルトランジスタと、
前記複数のメモリセルトランジスタに書き込み動作によりデータを書き込む書き込み手段と、
前記書き込み手段によってデータが書き込まれた複数のメモリセルトランジスタのしきい値と一定のしきい値検証電圧との大小関係を検証するしきい値検証手段と、を備え、
前記しきい値検証電圧を第1の検証電圧に設定して所望のメモリセルトランジスタに第1の書き込み動作を行った後に、前記しきい値検証電圧を前記第1の検証電圧よりも前記第1の書き込み動作終了後のメモリセルトランジスタのしきい値分布幅の2分の1大きい第2の検証電圧に設定し、第2の検証電圧よりしきい値が小さいメモリセルトランジスタに対して第2の書き込み動作を行うことを特徴とした不揮発性半導体記憶装置。
A plurality of memory cell transistors disposed on a semiconductor substrate;
Writing means for writing data to the plurality of memory cell transistors by a writing operation;
Threshold verification means for verifying a magnitude relationship between a threshold value of a plurality of memory cell transistors in which data is written by the writing means and a constant threshold verification voltage; and
After the threshold verification voltage is set to the first verification voltage and a first write operation is performed on a desired memory cell transistor, the threshold verification voltage is set to the first verification voltage higher than the first verification voltage. Is set to a second verification voltage that is one-half larger than the threshold distribution width of the memory cell transistor after the end of the write operation, and the second verification voltage is smaller than the second verification voltage. A nonvolatile semiconductor memory device characterized by performing a writing operation.
半導体基板上に配置された複数のメモリセルトランジスタと、
前記複数のメモリセルトランジスタに書き込み動作によりデータを書き込む書き込み手段と、
前記書き込み手段によってデータが書き込まれた複数のメモリセルトランジスタのしきい値と一定のしきい値検証電圧との大小関係を検証するしきい値検証手段と、を備え、
前記しきい値検証電圧を第1の検証電圧に設定して所望のメモリセルトランジスタに第1の書き込み動作を行った後に、前記しきい値検証電圧を前記第1の検証電圧よりも前記第1の書き込み動作終了後のメモリセルトランジスタのしきい値分布幅の2分の1小さい第2の検証電圧に設定し、第2の検証電圧よりしきい値が大きいメモリセルトランジスタに対して第2の書き込み動作を行うことを特徴とした不揮発性半導体記憶装置。
A plurality of memory cell transistors disposed on a semiconductor substrate;
Writing means for writing data to the plurality of memory cell transistors by a writing operation;
Threshold verification means for verifying a magnitude relationship between a threshold value of a plurality of memory cell transistors in which data is written by the writing means and a constant threshold verification voltage; and
After the threshold verification voltage is set to the first verification voltage and a first write operation is performed on a desired memory cell transistor, the threshold verification voltage is set to the first verification voltage higher than the first verification voltage. Is set to a second verification voltage that is one-half smaller than the threshold distribution width of the memory cell transistor after the end of the write operation, and the second verification voltage is set to the second verification voltage greater than the second verification voltage. A nonvolatile semiconductor memory device characterized by performing a writing operation.
半導体基板上に配置された複数のメモリセルトランジスタと、
前記複数のメモリセルトランジスタに書き込み動作によりデータを書き込む書き込み手段と、
前記書き込み手段によってデータが書き込まれた複数のメモリセルトランジスタのしきい値と一定のしきい値検証電圧との大小関係を検証するしきい値検証手段と、を備え、
前記しきい値検証電圧を第1の検証電圧に設定して所望のメモリセルトランジスタに第1の書き込み動作を行った後に、第1の書き込み動作終了後のメモリセルトランジスタのしきい値分布の中央値を第2の検証電圧として、その第2の検証電圧を前記しきい値検証電圧に設定し、しきい値が第2の検証電圧に達しないメモリセルトランジスタに対して第2の書き込み動作を行うことを特徴とした不揮発性半導体記憶装置。
A plurality of memory cell transistors disposed on a semiconductor substrate;
Writing means for writing data to the plurality of memory cell transistors by a writing operation;
Threshold verification means for verifying a magnitude relationship between a threshold value of a plurality of memory cell transistors in which data is written by the writing means and a constant threshold verification voltage; and
After setting the threshold verification voltage to the first verification voltage and performing a first write operation on a desired memory cell transistor, the center of the threshold distribution of the memory cell transistor after the completion of the first write operation The value is set as the second verification voltage, the second verification voltage is set to the threshold verification voltage, and the second write operation is performed on the memory cell transistor whose threshold does not reach the second verification voltage. A non-volatile semiconductor memory device, characterized in that:
JP2008310179A 2008-12-04 2008-12-04 Nonvolatile semiconductor memory Pending JP2010135003A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008310179A JP2010135003A (en) 2008-12-04 2008-12-04 Nonvolatile semiconductor memory

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008310179A JP2010135003A (en) 2008-12-04 2008-12-04 Nonvolatile semiconductor memory

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2010135003A true JP2010135003A (en) 2010-06-17

Family

ID=42346139

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008310179A Pending JP2010135003A (en) 2008-12-04 2008-12-04 Nonvolatile semiconductor memory

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2010135003A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8755228B2 (en) 2012-08-09 2014-06-17 Kabushiki Kaisha Toshiba Writing method of nonvolatile semiconductor memory device

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8755228B2 (en) 2012-08-09 2014-06-17 Kabushiki Kaisha Toshiba Writing method of nonvolatile semiconductor memory device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8711635B2 (en) Nonvolatile semiconductor memory device
KR101204646B1 (en) Nand flash memory apprature and method of operating the same
JP3886673B2 (en) Nonvolatile semiconductor memory device
JP5259666B2 (en) Nonvolatile semiconductor memory device
JP5524134B2 (en) Nonvolatile semiconductor memory device
JP4881401B2 (en) NAND flash memory
KR101053002B1 (en) Nonvolatile Semiconductor Memory and Erasing Verification Method
JP2011198419A (en) Nonvolatile semiconductor memory device and write method thereof
JP2004127346A (en) Nonvolatile semiconductor memory device
JP2009266356A (en) Nand type flash memory
JP2012230753A (en) Semiconductor device and operating method thereof
JP2005527061A (en) Method for erasing flash memory using a pre-erase step
JP2011198437A (en) Nonvolatile semiconductor memory device
KR101017757B1 (en) NAND Flash Memory of using Common P-Well and Method of operating the same
JP2008204545A (en) Nonvolatile semiconductor memory
JP2010027165A (en) Nonvolatile semiconductor storage device and its data writing method
JP2011076678A (en) Nonvolatile semiconductor memory
WO2006059375A1 (en) Semiconductor device and semiconductor device control method
JP2011023705A (en) Nonvolatile semiconductor memory device
US9001592B2 (en) Semiconductor memory device and method of operating the same
US8929144B2 (en) Nonvolatile semiconductor memory device
US20130080718A1 (en) Semiconductor memory device and method of operating the same
JP2009295259A (en) Nonvolatile semiconductor storage device and method of writing data therefor
JP2011210337A (en) Nonvolatile semiconductor storage device and writing method thereof
JP2010135003A (en) Nonvolatile semiconductor memory

Legal Events

Date Code Title Description
RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20111125

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20111205