JP2010140555A - マルチレベルセルのデータ読出し方法 - Google Patents

Abstract

【課題】読出し時間を短縮することができるマルチレベルセルのデータ読出し方法を提供する。
【解決手段】第１ないし第４閾値電圧のうち、マルチレベルセルに第２あるいは第３閾値電圧を設定する場合は、セルを選択するアドレスの一部に第１レベルの情報を記憶させ、マルチレベルセルに第１あるいは第４閾値電圧を設定する場合は、前記アドレスの一部に第２レベルの情報を記憶させ、データの読出し時、前記情報のレベルを判定し、第１レベルならば、第２閾値電圧と第３閾値電圧間のレベルに相当する読出し電圧を印加してマルチレベルセルの閾値電圧を判定し、前記レベルが第２レベルならば、第１閾値電圧と第２閾値電圧間のレベルに相当する読出し電圧、および第３閾値電圧と第４閾値電圧間のレベルに相当する読出し電圧を順に印加してマルチレベルセルの閾値電圧を判定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、２ビットデータを読出すことができるマルチレベルセルのデータ読出し方法に関する。

近年、不揮発性半導体記憶装置の集積度をさらに高めるために、マルチレベルセルに対する研究が盛んに行われている。このマルチレベルセルは、特許文献１に開示されるように、複数の閾値電圧の１つを有して、１つのメモリセルで２ビットデータを読出せるものである。

図３は、従来のマルチレベルセルの閾値電圧、読出しデータ、およびマルチレベルセルに印加されるデータ読出し電圧の関係を示す図である。この図を参照して、従来のマルチレベルセルのデータ読出し方法を説明すると、マルチレベルセルの閾値電圧としては、低い方から第１閾値電圧Ｖｔ１、第２閾値電圧Ｖｔ２、第３閾値電圧Ｖｔ３、第４閾値電圧Ｖｔ４を有する。一方、データ読出し電圧としては、第１閾値電圧Ｖｔ１と第２閾値電圧Ｖｔ２間のレベルに相当する第１レベルＬ１と、第２閾値電圧Ｖｔ２と第３閾値電圧Ｖｔ３間のレベルに相当する第２レベルＬ２と、第３閾値電圧Ｖｔ３と第４閾値電圧Ｖｔ４間のレベルに相当する第３レベルＬ３とを有する。このデータ読出し電圧は、低い方の第１レベルＬ１から順に階段状にマルチレベルセルに印加される。

いま、マルチレベルセルが第１閾値電圧Ｖｔ１を有すると、マルチレベルセルは第１レベルＬ１のデータ読出し電圧が印加されただけで電流が流れ、この状態をデータ“１１”が読出された状態とする。次に、マルチレベルセルが第２閾値電圧Ｖｔ２を有すると、マルチレベルセルは第１レベルＬ１のデータ読出し電圧が印加された状態では電流が流れず、第２レベルＬ２のデータ読出し電圧が印加されると電流が流れるので、この状態をデータ“１０”が読出された状態とする。次に、マルチレベルセルが第３閾値電圧Ｖｔ３を有すると、マルチレベルセルは第１、第２レベルＬ１，Ｌ２のデータ読出し電圧が印加された状態では電流が流れず、第３レベルＬ３のデータ読出し電圧が印加されると電流が流れるので、この状態をデータ“００”が読出された状態とする。このとき、マルチレベルセルが第４閾値電圧Ｖｔ４を有すると、マルチレベルセルは第３レベルＬ３のデータ読出し電圧が印加されても電流が流れず、この状態をデータ“０１”が読出された状態とする。このようにして、マルチレベルセルは、２ビットデータを読出すことができる。
特開２００５−３２４３１号公報

しかしながら、上記のような従来のデータ読出し方法では、常に３回（第１レベルＬ１、第２レベルＬ２、第３レベルＬ３）のデータ読出し電圧の印加がなされる必要があるため、連続読出しにおける読出し時間が長いという問題点があった。

本発明は上記の点に鑑みなされたもので、読出し時間を短縮することができるマルチレベルセルのデータ読出し方法を提供することを目的とする。

本発明のマルチレベルセルのデータ読出し方法は、マルチレベルセルの閾値電圧として第１ないし第４閾値電圧を有し、マルチレベルセルに第２閾値電圧あるいは第３閾値電圧を設定する場合は、該マルチレベルセルを選択するアドレスの一部に第１レベルの情報を記憶させ、マルチレベルセルに第１閾値電圧あるいは第４閾値電圧を設定する場合は、前記アドレスの一部に第２レベルの情報を記憶させ、データの読出し時、前記アドレスの一部に記憶された情報のレベルを判定し、該レベルが第１レベルならば、第２閾値電圧と第３閾値電圧間のレベルに相当する読出し電圧を印加してマルチレベルセルの閾値電圧を判定し、読出しデータを確定し、前記レベルが第２レベルならば、第１閾値電圧と第２閾値電圧間のレベルに相当する読出し電圧、および第３閾値電圧と第４閾値電圧間のレベルに相当する読出し電圧を順に印加してマルチレベルセルの閾値電圧を判定し、読出しデータを確定することを特徴とする。

上記のような本発明によれば、マルチレベルセル選択アドレスの一部に記憶させた情報を参照しながら、最大２回の電圧印加でマルチレベルセルの閾値電圧を判定してデータを読出すことができる。したがって、読出し時間を短縮することができる。

以下、図面を参照して本発明によるマルチレベルセルのデータ読出し方法の実施の形態を詳細に説明する。図１(ａ)，(ｂ)は、本発明の実施の形態を説明するための図で、マルチレベルセルの閾値電圧、読出しデータ、およびマルチレベルセルに印加されるデータ読出し電圧の関係を示す。

この図に示すように、マルチレベルセルの閾値電圧としては、低い方から第１閾値電圧Ｖｔ１、第２閾値電圧Ｖｔ２、第３閾値電圧Ｖｔ３、第４閾値電圧Ｖｔ４を有する。第１閾値電圧Ｖｔ１は、データ“１１”に対応し、第２閾値電圧Ｖｔ２は、データ“１０”に対応し、第３閾値電圧Ｖｔ３は、データ“００”に対応し、第４閾値電圧Ｖｔ４は、データ“０１”に対応する。

また、データ読出し電圧としては、低い方から第１レベルＬ１、第２レベルＬ２、第３レベルＬ３を有する。第１レベルＬ１は、第１閾値電圧Ｖｔ１と第２閾値電圧Ｖｔ２間のレベルに相当し、第２レベルＬ２は、第２閾値電圧Ｖｔ２と第３閾値電圧Ｖｔ３間のレベルに相当し、第３レベルＬ３は、第３閾値電圧Ｖｔ３と第４閾値電圧Ｖｔ４間のレベルに相当する。

本発明の実施の形態では、上記のような閾値電圧の１つを、選択されたマルチレベルセルに設定してデータを書込むとき、マルチレベルセルを選択するアドレスの一部に、設定された閾値電圧に応じて情報を記憶させる。

マルチレベルセルを選択するアドレスとしては、Ａ０〜Ａ７ビットを有する。Ａ０〜Ａ２ビットはページアドレスの設定に割当てられているから、Ａ３ビットが上記情報の記憶に使用される。いま、マルチレベルセルの閾値電圧として第２閾値電圧Ｖｔ２または第３閾値電圧Ｖｔ３が設定されると、Ａ３ビットには上記情報として“Ｈ”レベルが記憶される。また、マルチレベルセルの閾値電圧として第１閾値電圧Ｖｔ１または第４閾値電圧Ｖｔ４が設定されると、Ａ３ビットには上記情報として“Ｌ”レベルが記憶される。

したがって、データ読出し動作に移り、読出し用のマルチレベルセルが選択されると、該マルチレベルセルを選択する前記アドレスのＡ３ビットの内容が判定される。そして、いま、Ａ３ビットの内容が“Ｈ”レベルであれば、マルチレベルセルに設定された閾値電圧は第２閾値電圧Ｖｔ２または第３閾値電圧Ｖｔ３であるから、図１(ａ)に示すように、第２閾値電圧Ｖｔ２と第３閾値電圧Ｖｔ３間のレベルに相当する第２レベルＬ２のデータ読出し電圧がマルチレベルセルに印加されて、マルチレベルセルの閾値電圧が判定される。すなわち、マルチレベルセルの閾値電圧が第２閾値電圧Ｖｔ２に設定されていて、第２レベルＬ２のデータ読出し電圧でマルチレベルセルに電流が流れれば、マルチレベルセルの閾値電圧は第２閾値電圧Ｖｔ２と判定され、読出しデータは“１０”と確定される。また、マルチレベルセルの閾値電圧が第３閾値電圧Ｖｔ３に設定されていて、第２レベルＬ２のデータ読出し電圧が印加されてもマルチレベルセルに電流が流れなければ、マルチレベルセルの閾値電圧は第３閾値電圧Ｖｔ３と判定され、読出しデータは“００”と確定される。

また、前記Ａ３ビットの内容判定で、Ａ３ビットの内容が“Ｌ”レベルであれば、マルチレベルセルに設定された閾値電圧は第１閾値電圧Ｖｔ１または第４閾値電圧Ｖｔ４であるから、図１(ｂ)に示すように、第１レベルＬ１のデータ読出し電圧（第１閾値電圧Ｖｔ１と第２閾値電圧Ｖｔ２間のレベルに相当する）と第３レベルＬ３のデータ読出し電圧（第３閾値電圧Ｖｔ３と第４閾値電圧Ｖｔ４間のレベルに相当する）が順に階段状にマルチレベルセルに印加されて、マルチレベルセルの閾値電圧が判定される。すなわち、マルチレベルセルの閾値電圧が第１閾値電圧Ｖｔ１に設定されていて、前記第１レベルＬ１のデータ読出し電圧が印加されたときにマルチレベルセルに電流が流れれば、マルチレベルセルの閾値電圧は第１閾値電圧Ｖｔ１と判定され、読出しデータは“１１”と確定される。また、マルチレベルセルの閾値電圧が第４閾値電圧Ｖｔ４に設定されていて、前記第３レベルＬ３のデータ読出し電圧が印加されても電流が流れなければ、マルチレベルセルの閾値電圧は第４閾値電圧Ｖｔ４と判定され、読出しデータは“０１”と確定される。

このように、上記の方法によれば、セル選択アドレスの一部に記憶させた情報を参照しながら、図１(ｂ)の最大２回の電圧印加でマルチレベルセルの閾値電圧を判定してデータを読出すことができる。したがって、読出し時間を短縮することができる。また、上記の方法によれば、Ａ３ビットの内容が“Ｌ”レベルで、第１閾値電圧Ｖｔ１と第４閾値電圧Ｖｔ４の判定を行うとき、第２閾値電圧Ｖｔ２と第３閾値電圧Ｖｔ３の判定は行われないから、第２閾値電圧Ｖｔ２と第３閾値電圧Ｖｔ３の分布が広がり、第２閾値電圧Ｖｔ２と第３閾値電圧Ｖｔ３間の間隔が狭まったとしても、正確な閾値電圧の判定を行うことができる。さらに、Ａ３ビットの内容が“Ｈ”レベルで、第２閾値電圧Ｖｔ２と第３閾値電圧Ｖｔ３の判定を行うときは、第２レベルＬ２の１回のみのデータ読出し電圧の印加であるから、時間をかけて正確なレベルにデータ読出し電圧を設定することができるので、第２閾値電圧Ｖｔ２と第３閾値電圧Ｖｔ３の分布が広がり、第２閾値電圧Ｖｔ２と第３閾値電圧Ｖｔ３間の間隔が狭まったとしても、やはり正確な閾値電圧の判定を行うことができる。

図２は、上記のようなデータ読出し方法を実現する回路を示す構成図である。この図において、１１はコア部で、マルチレベルセルを有するメモリセルアレイ１２と、ロウデコーダ１３と、カラムデコーダ１４と、センスアンプ１５とで構成される。また、１６はアドレスデコーダ、１７は読出し電圧発生回路であり、アドレスデコーダ１６にはアドレスＡ０〜Ａ７が入力される。このアドレスデコーダ１６と前記ロウデコーダ１３およびカラムデコーダ１４とにより、メモリセルアレイ１２の読出し用のマルチレベルセルが選択される。また、アドレスデコーダ１６は、アドレスＡ０〜Ａ７のうちＡ３ビットの内容をデコードして読出し電圧発生回路１７に出力する。したがって、読出し電圧発生回路１７は、入力されたＡ３ビットの内容に従って、第２レベルＬ２のデータ読出し電圧のみを、あるいは第１レベルＬ１と第３レベルＬ３の階段状のデータ読出し電圧を発生させて、メモリセルアレイ１２の選択されたマルチレベルセルにデータ読出し電圧として供給する。したがって、上記実施の形態のようなデータ読出し動作が実行される。

本発明のマルチレベルセルのデータ読出し方法の実施の形態を説明するための図で、マルチレベルセルの閾値電圧、読出しデータ、およびマルチレベルセルに印加されるデータ読出し電圧の関係を示す図。 本発明の実施の形態のデータ読出し方法を実現する回路を示す構成図。 従来のマルチレベルセルの閾値電圧、読出しデータ、およびマルチレベルセルに印加されるデータ読出し電圧の関係を示す図。

符号の説明

Ｖｔ１ 第１閾値電圧
Ｖｔ２ 第２閾値電圧
Ｖｔ３ 第３閾値電圧
Ｖｔ４ 第４閾値電圧
Ｌ１ データ読出し電圧の第１レベル
Ｌ２ データ読出し電圧の第２レベル
Ｌ３ データ読出し電圧の第３レベル

Claims (1)

1. マルチレベルセルの閾値電圧として第１ないし第４閾値電圧を有し、
   マルチレベルセルに第２閾値電圧あるいは第３閾値電圧を設定する場合は、該マルチレベルセルを選択するアドレスの一部に第１レベルの情報を記憶させ、
   マルチレベルセルに第１閾値電圧あるいは第４閾値電圧を設定する場合は、前記アドレスの一部に第２レベルの情報を記憶させ、
   データの読出し時、前記アドレスの一部に記憶された情報のレベルを判定し、該レベルが第１レベルならば、第２閾値電圧と第３閾値電圧間のレベルに相当する読出し電圧を印加してマルチレベルセルの閾値電圧を判定し、読出しデータを確定し、
   前記レベルが第２レベルならば、第１閾値電圧と第２閾値電圧間のレベルに相当する読出し電圧、および第３閾値電圧と第４閾値電圧間のレベルに相当する読出し電圧を順に印加してマルチレベルセルの閾値電圧を判定し、読出しデータを確定する
   ことを特徴とするマルチレベルセルのデータ読出し方法。

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