JP2011065704A - Nonvolatile semiconductor memory device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a highly reliable nonvolatile semiconductor memory device. <P>SOLUTION: The nonvolatile semiconductor memory device includes a control circuit 3 configured to control a soft program operation for setting data of memory cells MC to a threshold voltage distribution state where an excessive erasing state is eliminated after the data are collectively erased. The control circuit 3 applies a voltage Vspgm to word lines WL when characteristics of the memory cells MC are determined to be in the initial state, and applies voltages Vwld_spgm1 higher than the voltage Vspgm by a predetermined voltage value to dummy word lines WLDD, WLDS. When the characteristics of the memory cells MC are determined to be deteriorated, the control circuit 3 executes a soft program operation by applying a voltage Vspgm to the word lines WL and applying voltages Vwld_spgm2 lower than the voltages Vwld_spgm1 by a predetermined voltage value to the dummy word lines WLDD, WLDS. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、不揮発性半導体記憶装置に関し、特に電気的書き換え可能な不揮発性メモリセルを用いて構成される不揮発性半導体記憶装置に関する。   The present invention relates to a nonvolatile semiconductor memory device, and more particularly to a nonvolatile semiconductor memory device configured using electrically rewritable nonvolatile memory cells.

電気的書き換えが可能でかつ、高集積化が可能な不揮発性半導体記憶装置として、NAND型フラッシュメモリが知られている。NAND型フラッシュメモリでは、複数のメモリセルを隣接するもの同士でソース/ドレイン拡散層を共有する形で直列接続して、NANDセルユニットを構成する。NANDセルユニットの両端はそれぞれ、選択ゲートトランジスタを介してビット線及びソース線に接続される。この様なNANDセルユニット構成により、NOR型と比べて単位セル面積が小さくかつ大容量記憶が可能となる。   A NAND flash memory is known as a nonvolatile semiconductor memory device that can be electrically rewritten and can be highly integrated. In a NAND flash memory, a plurality of memory cells are connected in series so that adjacent memory cells share a source / drain diffusion layer to constitute a NAND cell unit. Both ends of the NAND cell unit are connected to a bit line and a source line via a select gate transistor, respectively. With such a NAND cell unit configuration, the unit cell area is smaller than that of the NOR type and large capacity storage is possible.

NAND型フラッシュメモリのメモリセルは、半導体基板にトンネル絶縁膜を介して形成された電荷蓄積層(浮遊ゲート電極)とその上にゲート間絶縁膜を介して積層された制御ゲート電極とを有し、浮遊ゲート電極の電荷蓄積状態によりデータを不揮発に記憶する。例えば、浮遊ゲート電極に電子を注入したしきい値電圧の高い状態をデータ“0”、浮遊ゲート電極の電子を放出させたしきい値電圧の低い状態をデータ“1”として、2値データ記憶を行う。最近は、書き込まれるしきい値電圧分布を細分化して、4値、8値等の多値記憶も行われている。   A memory cell of a NAND flash memory has a charge storage layer (floating gate electrode) formed on a semiconductor substrate via a tunnel insulating film, and a control gate electrode stacked thereon via an inter-gate insulating film. The data is stored in a nonvolatile manner according to the charge accumulation state of the floating gate electrode. For example, binary data storage is performed with data “0” being a high threshold voltage state in which electrons are injected into the floating gate electrode and data “1” being a low threshold voltage state in which electrons are emitted from the floating gate electrode. I do. Recently, the threshold voltage distribution to be written is subdivided and multi-value storage such as 4-value and 8-value is also performed.

NAND型フラッシュメモリのデータ書き込み動作は、選択ワード線に沿って配列されたメモリセルを1ページとして、ページ単位で行われる。具体的に書き込み動作は、選択ワード線に書き込み電圧を与え、FNトンネリングによりセルチャネルから浮遊ゲート電極に電子を注入するという動作として行われる。この場合、書き込みデータ“0”、“1”に応じて、セルチャネルの電位が制御される。   The data write operation of the NAND flash memory is performed on a page-by-page basis with the memory cells arranged along the selected word line as one page. Specifically, the write operation is performed as an operation of applying a write voltage to the selected word line and injecting electrons from the cell channel to the floating gate electrode by FN tunneling. In this case, the cell channel potential is controlled in accordance with the write data “0”, “1”.

即ち、“0”データ書き込みの場合は、ビット線に電圧Vssを与えて、これを導通させた選択ゲートトランジスタを介して選択メモリセルのチャネルまで転送する。このとき、選択メモリセルでは浮遊ゲート電極とチャネルとの間に大きな電界がかかって、浮遊ゲート電極に電子が注入される。一方、“1”データ書き込み(非書き込み)の場合は、ビット線に電源電圧Vddを与えて、セルチャネルを電圧Vdd−Vth(Vthは選択ゲートトランジスタのしきい値電圧)まで充電した後、選択ゲートトランジスタが非導通状態になりセルチャネルをフローティング状態にする。このとき、セルチャネルがワード線との容量結合により電位上昇して、浮遊ゲート電極への電子注入が禁止される。   That is, in the case of writing “0” data, the voltage Vss is applied to the bit line, and the bit line is transferred to the channel of the selected memory cell through the selection gate transistor that is turned on. At this time, in the selected memory cell, a large electric field is applied between the floating gate electrode and the channel, and electrons are injected into the floating gate electrode. On the other hand, in the case of “1” data write (non-write), the power supply voltage Vdd is applied to the bit line, the cell channel is charged to the voltage Vdd−Vth (Vth is the threshold voltage of the select gate transistor), and then selected. The gate transistor is turned off, and the cell channel is brought into a floating state. At this time, the potential of the cell channel rises due to capacitive coupling with the word line, and electron injection into the floating gate electrode is prohibited.

近年、最小加工寸法がますます小さくなるにつれて、隣接するメモリセルの浮遊ゲート電極間の容量結合等の影響が大きくなっている。この影響により、メモリセルの望ましくないしきい値電圧変動(誤書き込み)が生じることがある。特に、NANDセルユニット端部のメモリセルが直接選択ゲートトランジスタに接続されている場合、NANDセルユニット端部にあるメモリセルと、それ以外のメモリセルとで動作特性がばらついて、誤書き込みの可能性が高くなる。これに対しては、選択ゲートトランジスタの隣に、データ記憶に利用されないダミーセルを配置する方式が有効である。   In recent years, as the minimum processing size becomes smaller and smaller, the influence of capacitive coupling between floating gate electrodes of adjacent memory cells has increased. This influence may cause undesirable threshold voltage fluctuations (erroneous writing) of the memory cell. In particular, when the memory cell at the end of the NAND cell unit is directly connected to the selection gate transistor, the operation characteristics vary between the memory cell at the end of the NAND cell unit and the other memory cells, and erroneous writing is possible. Increases nature. For this, a system in which a dummy cell not used for data storage is arranged next to the selection gate transistor is effective.

また、一括消去後にメモリセルの過消去状態を解消させるために、所謂ソフトプログラム動作を行う方式が知られている(例えば、特許文献1参照)。ソフトプログラム動作は、隣接するメモリセルの浮遊ゲート電極間容量結合によるデータ変化を防止する上で重要になる。特に微細化の進んだNAND型フラッシュメモリにおける誤書き込み対策技術として重要である。   Also, a method of performing a so-called soft program operation is known in order to eliminate an over-erased state of memory cells after batch erasure (see, for example, Patent Document 1). The soft program operation is important in preventing data change due to capacitive coupling between floating gate electrodes of adjacent memory cells. In particular, it is important as a technique for preventing erroneous writing in a NAND flash memory that has been miniaturized.

特開2008−305536号公報JP 2008-305536 A

本発明は、信頼性の高い不揮発性半導体記憶装置を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a highly reliable nonvolatile semiconductor memory device.

本発明の一態様に係る不揮発性半導体記憶装置は、複数の不揮発性メモリセルを直列接続してなるメモリストリング、及び前記メモリストリングの両端にそれぞれ接続される選択トランジスタを含むNANDセルユニットを配列してなるメモリセルアレイと、前記不揮発性メモリセルの制御ゲート電極に接続されるワード線と、前記NANDセルユニットの第1の端部に接続されるビット線と、前記NANDセルユニットの第2の端部に接続されるソース線と、所定範囲の前記不揮発性メモリセルのデータを一括消去した後、過消去状態を解消した第1のしきい値電圧分布状態に設定するソフトプログラム動作を制御する制御回路とを備え、前記制御回路は、前記不揮発性メモリセルの特性が第1状態にあると判定される場合において、前記ワード線のうち前記NANDセルユニットの端部の前記不揮発性メモリセルに接続された第2のワード線を除く第1のワード線に、前記不揮発性メモリセルを前記第1のしきい値電圧分布状態に設定するための第1電圧を印加し、前記第2のワード線に、前記第1電圧より所定の電圧値だけ高い第2電圧を印加して前記ソフトプログラム動作を実行し、前記不揮発性メモリセルの特性が第2状態にあると判定される場合において、前記第1のワード線に、前記第1電圧の電圧値以下の第3電圧を印加し、前記第2のワード線に、前記第2電圧より所定の電圧値だけ低い第4電圧を印加して前記ソフトプログラム動作を実行することを特徴とする。   A nonvolatile semiconductor memory device according to an aspect of the present invention includes a NAND cell unit including a memory string formed by connecting a plurality of nonvolatile memory cells in series, and select transistors respectively connected to both ends of the memory string. A memory cell array, a word line connected to a control gate electrode of the nonvolatile memory cell, a bit line connected to a first end of the NAND cell unit, and a second end of the NAND cell unit Control for controlling a soft program operation for setting the first threshold voltage distribution state in which the overerased state is canceled after collectively erasing the data of the source line connected to the unit and the nonvolatile memory cell in a predetermined range A circuit, wherein the control circuit determines that the characteristic of the nonvolatile memory cell is in the first state, The nonvolatile memory cell is connected to the first threshold voltage except for the second word line connected to the nonvolatile memory cell at the end of the NAND cell unit. A first voltage for setting a distributed state is applied, a second voltage higher than the first voltage by a predetermined voltage value is applied to the second word line, the soft program operation is executed, and the nonvolatile memory In the case where it is determined that the characteristic of the volatile memory cell is in the second state, a third voltage equal to or lower than the voltage value of the first voltage is applied to the first word line, and the second word line is The soft program operation is performed by applying a fourth voltage lower than the second voltage by a predetermined voltage value.

本発明によれば、信頼性の高い不揮発性半導体記憶装置を提供することができる。   According to the present invention, a highly reliable nonvolatile semiconductor memory device can be provided.

第1の実施の形態に係る不揮発性半導体記憶装置のメモリセルアレイ及び制御回路を示す図である。1 is a diagram showing a memory cell array and a control circuit of a nonvolatile semiconductor memory device according to a first embodiment. FIG. 第1の実施の形態に係る不揮発性半導体記憶装置のしきい値電圧分布を示す図である。It is a figure which shows the threshold voltage distribution of the non-volatile semiconductor memory device which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施の形態に係る不揮発性半導体記憶装置のソフトプログラム動作を説明する図である。It is a figure explaining the soft program operation | movement of the non-volatile semiconductor memory device which concerns on 1st Embodiment. 不揮発性半導体記憶装置のソフトプログラム動作の問題を説明する図である。It is a figure explaining the problem of the soft program operation | movement of a non-volatile semiconductor memory device. 不揮発性半導体記憶装置のソフトプログラム動作の問題を説明する図である。It is a figure explaining the problem of the soft program operation | movement of a non-volatile semiconductor memory device. 第1の実施の形態に係る不揮発性半導体記憶装置のソフトプログラム動作を説明する図である。It is a figure explaining the soft program operation | movement of the non-volatile semiconductor memory device which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施の形態に係る不揮発性半導体記憶装置のソフトプログラム動作を説明する図である。It is a figure explaining the soft program operation | movement of the non-volatile semiconductor memory device which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施の形態に係る不揮発性半導体記憶装置のソフトプログラム動作を説明する図である。It is a figure explaining the soft program operation | movement of the non-volatile semiconductor memory device which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施の形態に係る不揮発性半導体記憶装置のソフトプログラム動作を説明する図である。It is a figure explaining the soft program operation | movement of the non-volatile semiconductor memory device which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施の形態に係る不揮発性半導体記憶装置のソフトプログラム動作を説明する図である。It is a figure explaining the soft program operation | movement of the non-volatile semiconductor memory device which concerns on 1st Embodiment. 第2の実施の形態に係る不揮発性半導体記憶装置のソフトプログラム動作を説明する図である。It is a figure explaining the soft program operation | movement of the non-volatile semiconductor memory device which concerns on 2nd Embodiment. 実施の形態に係る制御回路の動作を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining operation | movement of the control circuit which concerns on embodiment. 実施の形態に係る制御回路の動作を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining operation | movement of the control circuit which concerns on embodiment. 実施の形態に係る制御回路の動作を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining operation | movement of the control circuit which concerns on embodiment. 実施の形態に係る制御回路の動作を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining operation | movement of the control circuit which concerns on embodiment.

次に、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の実施の形態における図面の記載では、同一の構成を有する箇所には同一の符号を付して重複する説明を省略する。また、以下の実施の形態において、不揮発性半導体記憶装置は、積層ゲート構造のメモリセルを用いたNAND型フラッシュメモリであるものとして説明する。しかし、この構成はあくまでも一例であって、本発明がこれに限定されるものでないことは言うまでもない。   Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the description of the drawings in the following embodiments, portions having the same configuration are denoted by the same reference numerals and redundant description is omitted. In the following embodiments, the nonvolatile semiconductor memory device will be described as a NAND flash memory using a memory cell having a stacked gate structure. However, this configuration is merely an example, and it goes without saying that the present invention is not limited to this.

(第1の実施の形態)
[第1の実施の形態に係る不揮発性半導体記憶装置の構成]
以下、本発明の第1の実施の形態に係る不揮発性半導体記憶装置の構成について、図1を参照して説明する。
(First embodiment)
[Configuration of Nonvolatile Semiconductor Memory Device According to First Embodiment]
The configuration of the nonvolatile semiconductor memory device according to the first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.

図1は、本実施の形態のNAND型フラッシュメモリのメモリセルアレイ及び制御回路を示す図である。NAND型フラッシュメモリのNANDセルユニット1は、ソース側選択ゲートトランジスタSTS、及びドレイン側選択ゲートトランジスタSTDと、選択ゲートトランジスタSTS、STDにそれぞれ接続されたダミーセルDCと、ダミーセルDCの間に直列接続された複数個のメモリセルMCn(n=0〜63)とを有する。NANDセルユニット1内において、複数個のメモリセルMCnは隣接するもの同士でソース/ドレイン領域を共有し、メモリストリングを形成している。メモリセルアレイは、複数のNANDセルユニット1が行列上に設けられることにより構成されている。   FIG. 1 is a diagram showing a memory cell array and a control circuit of the NAND flash memory according to the present embodiment. The NAND cell unit 1 of the NAND flash memory is connected in series between the source side select gate transistor STS, the drain side select gate transistor STD, the dummy cell DC connected to each of the select gate transistors STS, STD, and the dummy cell DC. A plurality of memory cells MCn (n = 0 to 63). In the NAND cell unit 1, a plurality of memory cells MCn share a source / drain region with adjacent ones to form a memory string. The memory cell array is configured by providing a plurality of NAND cell units 1 on a matrix.

メモリセルMCは、シリコン基板のP型ウェルに形成されたN型ソース/ドレイン領域を有し、制御ゲート電極と電荷蓄積層としての浮遊ゲート電極とを有する積層ゲート構造であるものとする。NAND型フラッシュメモリは、この浮遊ゲート電極に保持する電荷量を書き込み動作、消去動作で変化させる。これにより、メモリセルMCのしきい値電圧を変化させて、1ビット或いは多ビットのデータを1つのメモリセルに記憶する。ここで、メモリセルMC0、MC63が直接選択ゲートトランジスタSTS、STDと接続されている場合、NANDセルユニット1の端部にあるメモリセルM0、M63と、それ以外のメモリセルMCとで動作特性がばらつく。そのため、通常のデータ保持には用いないダミーセルDCをNANDセルユニット1の端部に設け、データ保持に用いるメモリセルMCの特性を均一にしている。   The memory cell MC has an N-type source / drain region formed in a P-type well of a silicon substrate, and has a stacked gate structure having a control gate electrode and a floating gate electrode as a charge storage layer. The NAND flash memory changes the amount of charge held in the floating gate electrode by a write operation and an erase operation. Thereby, the threshold voltage of the memory cell MC is changed, and 1-bit or multi-bit data is stored in one memory cell. Here, when the memory cells MC0 and MC63 are directly connected to the selection gate transistors STS and STD, the operation characteristics of the memory cells M0 and M63 at the end of the NAND cell unit 1 and the other memory cells MC are different. It varies. For this reason, dummy cells DC that are not used for normal data holding are provided at the end of the NAND cell unit 1 to make the characteristics of the memory cells MC used for data holding uniform.

なお、NANDセルユニット1の端部にダミーセルDCを設けずに、メモリセルアレイを構成することもできる。この場合、NANDセルユニット1の端部に設けられることになるメモリセルMC0、MC63も情報の記憶に供される。以下の実施の形態においては、NANDセルユニット1の端部にダミーセルDCが設けられた構成を前提として説明するが、本発明に係るNAND型フラッシュメモリは、これに限定されるものではない。すなわち、NANDセルユニット1の端部のメモリセルMCをダミーセルDCではなく、データ記憶用のセルとして用いたものにも、本発明は適用可能である。   Note that the memory cell array can be configured without providing the dummy cell DC at the end of the NAND cell unit 1. In this case, the memory cells MC0 and MC63 to be provided at the end of the NAND cell unit 1 are also used for storing information. In the following embodiments, description will be made on the assumption that the dummy cell DC is provided at the end of the NAND cell unit 1, but the NAND flash memory according to the present invention is not limited to this. That is, the present invention can be applied to a case where the memory cell MC at the end of the NAND cell unit 1 is used as a data storage cell instead of the dummy cell DC.

図1中X方向に配列された複数のメモリセルMCnの制御ゲート電極は、ワード線WLn(n=0〜63)により共通接続されている。また、複数のソース側選択ゲートトランジスタSTSのゲート電極は、ソース側選択ゲート線SGSにより共通接続されている。そして、複数のドレイン側選択ゲートトランジスタSTDのゲート電極は、ドレイン側選択ゲート線SGDにより共通接続されている。図1中X方向に配列された複数のダミーセルDCの制御ゲート電極は、ドレイン側ダミーワード線WLDD、又はソース側ダミーワード線WLDSにより共通接続されている。NAND型フラッシュメモリにおいては、ワード線WLnを共有する複数のNANDセルユニット1の集合がブロックを構成する。   Control gate electrodes of a plurality of memory cells MCn arranged in the X direction in FIG. 1 are commonly connected by a word line WLn (n = 0 to 63). The gate electrodes of the plurality of source side select gate transistors STS are commonly connected by a source side select gate line SGS. The gate electrodes of the plurality of drain side select gate transistors STD are commonly connected by a drain side select gate line SGD. The control gate electrodes of the plurality of dummy cells DC arranged in the X direction in FIG. 1 are commonly connected by a drain side dummy word line WLDD or a source side dummy word line WLDS. In the NAND flash memory, a set of a plurality of NAND cell units 1 sharing a word line WLn constitutes a block.

ドレイン側選択ゲートトランジスタSTDのドレイン領域にはビット線コンタクトBLCが接続されている。このビット線コンタクトBLCは図1中Y方向に伸びるビット線BLに接続されている。また、ソース側選択ゲートトランジスタSTSは、ソース領域を介して図1中X方向に伸びるソース線SLに接続されている。ビット線BLの一端側に、セルデータの読み出し、書き込み、消去、及びソフトプログラムの各動作に供されるセンスアンプ回路SAが配置される。ワード線WLの一端側に、ワード線WL、ダミーワード線WLDS、WLDD、及び選択ゲート線SGS、SGDの選択駆動を行うロウデコーダ/ドライバ2が配置される。   A bit line contact BLC is connected to the drain region of the drain side select gate transistor STD. This bit line contact BLC is connected to a bit line BL extending in the Y direction in FIG. The source side select gate transistor STS is connected to a source line SL extending in the X direction in FIG. 1 via a source region. A sense amplifier circuit SA used for cell data read, write, erase, and soft program operations is arranged on one end side of the bit line BL. A row decoder / driver 2 that selectively drives the word lines WL, dummy word lines WLDS, WLDD, and select gate lines SGS, SGD is disposed on one end side of the word lines WL.

そして、NAND型フラッシュメモリには、メモリセルアレイに対する読み出し動作、書き込み動作及び消去動作を制御するとともに、後に詳述するソフトプログラム動作に供される制御回路3が設けられている。制御回路3は、各種の情報に基づきNANDセルユニット1に設けられたダミーセルDCやメモリセルMCの特性が初期状態にあるか、劣化した状態にあるか、又はどの程度劣化した状態にあるかを判定する。一例として、制御回路3は、消去動作時のパルス印加回数、NAND型フラッシュメモリへの書き込み/消去動作回数、書き込み動作時のパルス印加回数、又はソフトプログラム動作時のパルス印加回数等に基づいてこの判定を実行する。また、制御回路3は、センスアンプ回路SA及びロウデコーダ/ドライバ2の動作に基づいて、NAND型フラッシュメモリへの書き込み/消去動作回数や、書き込み動作時、ソフトプログラム動作時のパルス印加回数を記憶する。   The NAND flash memory is provided with a control circuit 3 for controlling a read operation, a write operation, and an erase operation with respect to the memory cell array and used for a soft program operation described in detail later. The control circuit 3 determines whether the characteristics of the dummy cells DC and the memory cells MC provided in the NAND cell unit 1 are in an initial state, in a deteriorated state, or to what extent they are deteriorated based on various types of information. judge. As an example, the control circuit 3 determines the number of pulses applied during the erase operation, the number of write / erase operations to the NAND flash memory, the number of pulses applied during the write operation, or the number of pulses applied during the soft program operation. Make a decision. Further, the control circuit 3 stores the number of write / erase operations to the NAND flash memory and the number of pulse application times during the write operation and the soft program operation based on the operations of the sense amplifier circuit SA and the row decoder / driver 2. To do.

次に、本実施の形態のNAND型フラッシュメモリのデータ記憶状態について、図2を参照して説明する。図2は、本実施の形態のNAND型フラッシュメモリのメモリセルMCのしきい値電圧分布を示す図である。   Next, the data storage state of the NAND flash memory according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a diagram showing a threshold voltage distribution of the memory cell MC of the NAND flash memory according to the present embodiment.

NAND型フラッシュメモリのメモリセルMCが2値データ(1ビット/セル)を記憶する場合、データのしきい値電圧分布は図2(a)のようになる。しきい値電圧が負の状態がデータ“1”(消去状態)であり、しきい値電圧が正の状態がデータ“0”である。また、NAND型フラッシュメモリのメモリセルMCが4値データ(2ビット/セル)を記憶する場合、データのしきい値電圧分布は図2(b)のようになる。この場合、しきい値電圧の低い方から、4種類のしきい値電圧分布(E、A、B、C)が設けられる。これらのしきい値電圧分布に対して、4通りのデータ“11”、“01”、“00”、“10”が割り付けられる。ここで、しきい値電圧分布Eは、一括ブロック消去により得られる負しきい値電圧状態である。   When the memory cell MC of the NAND flash memory stores binary data (1 bit / cell), the threshold voltage distribution of the data is as shown in FIG. A state where the threshold voltage is negative is data “1” (erased state), and a state where the threshold voltage is positive is data “0”. When the memory cell MC of the NAND flash memory stores quaternary data (2 bits / cell), the threshold voltage distribution of the data is as shown in FIG. In this case, four types of threshold voltage distributions (E, A, B, C) are provided from the lower threshold voltage. Four types of data “11”, “01”, “00”, and “10” are assigned to these threshold voltage distributions. Here, the threshold voltage distribution E is a negative threshold voltage state obtained by batch block erase.

NAND型フラッシュメモリのデータ読み出し動作では、メモリセルアレイ内の非選択ワード線WLには、データによらず非選択メモリセルが導通する読み出しパス電圧Vreadが印加される。なお、それぞれの非選択メモリセルに加えられる読み出しパス電圧Vreadは異なっていても良い。また、ダミーワード線WLDD、WLDS及び選択ゲート線SGS、SGDには、ダミーセルDC及び選択ゲートトランジスタSTS、STDが導通する読み出しパス電圧がそれぞれ印加される。なお、この読み出しパス電圧は、ダミーセルDC及び選択ゲートトランジスタSTS、STDで異なっていても良い。   In the data read operation of the NAND flash memory, a read pass voltage Vread that makes a non-selected memory cell conductive regardless of data is applied to the non-selected word line WL in the memory cell array. Note that the read pass voltage Vread applied to each non-selected memory cell may be different. Further, a read pass voltage for conducting the dummy cell DC and the select gate transistors STS and STD is applied to the dummy word lines WLDD and WLDS and the select gate lines SGS and SGD, respectively. The read pass voltage may be different between the dummy cell DC and the select gate transistors STS and STD.

2値データの読み出し動作時には、選択メモリセルMCに接続された選択ワード線WLに、2つのしきい値電圧分布の間の電圧(例えば、電圧0V)を印加する。この電圧印加により、NANDセルユニット1に電流が流れるか否かを検出してデータ読み出しが実行される。一方、4値データの読み出し動作時には、選択ワード線WLに印加される電圧の電圧値は、選択メモリセルMCの4通りのしきい値電圧分布に対応して、各しきい値電圧分布の間の電圧AR、BR、又はCRに設定される。電圧ARは最も低い電圧で、BR、CRの順に電圧値が大きくなる。4値データの読み出し動作時では、電圧AR、BR、CRのいずれのときにNANDセルユニット1に電流が流れるか否かを検出することによりデータ読み出しが実行される。   During the binary data read operation, a voltage (for example, voltage 0 V) between two threshold voltage distributions is applied to the selected word line WL connected to the selected memory cell MC. By applying this voltage, it is detected whether or not a current flows through the NAND cell unit 1, and data reading is executed. On the other hand, during the read operation of quaternary data, the voltage value of the voltage applied to the selected word line WL corresponds to the four threshold voltage distributions of the selected memory cell MC. Voltage AR, BR, or CR. The voltage AR is the lowest voltage, and the voltage value increases in the order of BR and CR. In the four-value data read operation, data read is performed by detecting whether or not a current flows through the NAND cell unit 1 at any of the voltages AR, BR, and CR.

“0”データの書き込み動作時には、選択ワード線WLに書き込み電圧Vpgm(例えば、15V〜20V)が印加される。また、ビット線BLに電圧Vssを与えて、これを導通させたドレイン側選択ゲートトランジスタSTDを介して選択メモリセルMCのチャネル(以下「セルチャネル」と称する)まで転送する。このとき、選択メモリセルMCでは浮遊ゲート電極とセルチャネルとの間に大きな電界がかかり、FNトンネリングによりセルチャネルから浮遊ゲート電極に電子が注入される。多値データ記憶の場合、書き込みパルスの印加回数を異ならせ、浮遊ゲートに注入される電子の量を調整することにより、しきい値電圧分布を複数個、設けることができる。   During the write operation of “0” data, a write voltage Vpgm (for example, 15 V to 20 V) is applied to the selected word line WL. In addition, the voltage Vss is applied to the bit line BL, and the bit line BL is transferred to the channel (hereinafter referred to as “cell channel”) of the selected memory cell MC through the drain side select gate transistor STD that is turned on. At this time, in the selected memory cell MC, a large electric field is applied between the floating gate electrode and the cell channel, and electrons are injected from the cell channel to the floating gate electrode by FN tunneling. In the case of multi-value data storage, a plurality of threshold voltage distributions can be provided by adjusting the number of electrons injected into the floating gate by changing the number of times of application of the write pulse.

“1”データの書き込み動作(非書き込み)時には、ビット線BLに電源電圧Vddを与えて、これを導通させたドレイン側選択ゲートトランジスタSTDを介して選択メモリセルMCのセルチャネルまで転送する。セルチャネルを電圧Vdd−Vth(Vthは選択ゲートトランジスタのしきい値電圧)まで充電した後、選択ゲートトランジスタが非導通状態になりセルチャネルをフローティング状態にする。この場合、選択ワード線WLに書き込み電圧Vpgmが印加されたとしても、セルチャネルが選択ワード線WLとの容量結合により電位上昇して、浮遊ゲート電極へは電子が注入されない。その結果、メモリセルMCは、“1”データを保持する。   In a “1” data write operation (non-write), the power supply voltage Vdd is applied to the bit line BL, and the bit line BL is transferred to the cell channel of the selected memory cell MC via the drain side select gate transistor STD. After charging the cell channel to the voltage Vdd-Vth (Vth is the threshold voltage of the selection gate transistor), the selection gate transistor is turned off and the cell channel is brought into a floating state. In this case, even if the write voltage Vpgm is applied to the selected word line WL, the potential of the cell channel rises due to capacitive coupling with the selected word line WL, and electrons are not injected into the floating gate electrode. As a result, the memory cell MC holds “1” data.

NAND型フラッシュメモリにおけるデータ消去動作は、ブロック単位で実行される。データ消去動作は、選択ブロックのダミーワード線WLDD、WLDSを含む全ワード線WLを0Vとし、メモリセルアレイが形成されたP型ウェルに正の昇圧された消去電圧(例えば、18V〜20V)を印加して行われる。これにより、選択ブロックの全メモリセルMCで浮遊ゲート電極の電子が放出された負のしきい値電圧状態(消去状態)が得られる。この後、必要に応じて消去ベリファイ動作を行う。消去ベリファイ動作は、NANDセルユニット1の全メモリセルMCが負のしきい値電圧まで消去されているか否かを確認する動作として行われる。具体的に消去ベリファイ動作は、全ワード線に所定の電圧(例えば0V)を与え、NANDセルユニット1に電流が流れるか否かを検出する。   The data erasing operation in the NAND flash memory is executed in units of blocks. In the data erasing operation, all word lines WL including the dummy word lines WLDD and WLDS of the selected block are set to 0V, and a positive boosted erasing voltage (for example, 18V to 20V) is applied to the P-type well in which the memory cell array is formed. Done. As a result, a negative threshold voltage state (erased state) in which electrons of the floating gate electrode are emitted in all the memory cells MC of the selected block is obtained. Thereafter, an erase verify operation is performed as necessary. The erase verify operation is performed as an operation for confirming whether or not all memory cells MC of the NAND cell unit 1 have been erased to a negative threshold voltage. Specifically, in the erase verify operation, a predetermined voltage (for example, 0 V) is applied to all the word lines, and it is detected whether or not a current flows through the NAND cell unit 1.

次に、図3を参照してNAND型フラッシュメモリのソフトプログラム動作について説明する。上述の消去動作では通常、しきい値電圧分布の下限値制御は行われない。そのため、消去後のメモリセルMCのしきい値電圧分布は、図3の左方に示すしきい値電圧分布EBSのようになる。この場合、NANDセルユニット1内には、過消去状態のメモリセルMCが含まれ得る。メモリセルMC間でしきい値電圧に違いがあると、その後の動作において、隣接するメモリセルMCの浮遊ゲート電極間の容量結合によるデータ変化(誤書き込み)が発生する可能性がある。そこで、全メモリセルMC及びダミーセルDCに対し、弱い書き込み条件、即ち通常の書き込み電圧(例えば、15V〜20V)より低い書き込み電圧Vspgm(例えば、10V〜15V)を用いるソフトプログラム動作を行って、過消去状態を解消させる。これにより、メモリセルMCのしきい値電圧分布は、図3の右方に示すしきい値電圧分布EASのようになる。ソフトプログラム動作の結果、メモリセルMCのしきい値電圧分布の範囲を全体として狭くすることができる。   Next, the soft program operation of the NAND flash memory will be described with reference to FIG. In the above erase operation, the lower limit value control of the threshold voltage distribution is not normally performed. Therefore, the threshold voltage distribution of the memory cell MC after erasing becomes like the threshold voltage distribution EBS shown on the left side of FIG. In this case, the NAND cell unit 1 may include an over-erased memory cell MC. If there is a difference in threshold voltage between the memory cells MC, there is a possibility that data change (erroneous writing) due to capacitive coupling between floating gate electrodes of adjacent memory cells MC may occur in the subsequent operation. Therefore, a soft program operation using a weak write condition, that is, a write voltage Vspgm (for example, 10 V to 15 V) lower than a normal write voltage (for example, 15 V to 20 V) is performed on all memory cells MC and dummy cells DC. Eliminate the erased state. As a result, the threshold voltage distribution of the memory cell MC becomes the threshold voltage distribution EAS shown on the right side of FIG. As a result of the soft program operation, the range of the threshold voltage distribution of the memory cell MC can be narrowed as a whole.

このソフトプログラム動作の後にソフトプログラムベリファイ動作を行う。これは、所定個数のメモリセルMC又はダミーセルDCのしきい値電圧がソフトプログラムベリファイレベル1(電圧Vspv1)を超えたかを確認する動作として行われる。所定個数のメモリセルMC又はダミーセルDCのしきい値電圧が、図3に示すソフトプログラムベリファイレベル1(電圧Vspv1)を超えたことをもって、ベリファイパスとする。また、ソフトプログラム動作において、メモリセルMC又はダミーセルDCのしきい値電圧が上がりすぎると、消去状態と書き込み状態との判別ができない。そのため、所定個数のメモリセルMC又はダミーセルDCのしきい値電圧が、ソフトプログラムベリファイレベル2(電圧Vspv2)を超えたことをもって、ベリファイフェイルとする。   After this soft program operation, a soft program verify operation is performed. This is performed as an operation for confirming whether the threshold voltage of the predetermined number of memory cells MC or dummy cells DC has exceeded the soft program verify level 1 (voltage Vspv1). When the threshold voltage of the predetermined number of memory cells MC or dummy cells DC exceeds the soft program verify level 1 (voltage Vspv1) shown in FIG. In the soft program operation, if the threshold voltage of the memory cell MC or the dummy cell DC is excessively increased, the erased state and the written state cannot be distinguished. Therefore, when the threshold voltage of the predetermined number of memory cells MC or dummy cells DC exceeds the soft program verify level 2 (voltage Vspv2), a verify failure is set.

ここで、ソフトプログラム動作において、全てのワード線WL及びダミーワード線WLDD、WLDSに同一のソフトプログラム電圧Vspgmを印加する動作とすると、以下のような問題が生じる。次に、この問題について、図4及び図5を参照して説明する。   Here, in the soft program operation, if the same soft program voltage Vspgm is applied to all the word lines WL and the dummy word lines WLDD and WLDS, the following problems occur. Next, this problem will be described with reference to FIGS.

まず、NAND型フラッシュメモリの書き込み/消去動作回数が少なく、ダミーセルDC及びメモリセルMCの特性が初期の状態(第1状態)にある場合について、図4を参照して説明する。書き込み/消去動作回数が少ない場合、メモリセルMC及びダミーセルDCは両者とも劣化しておらず、特性の差は少ない。ここで、ソフトプログラム動作において、全てのワード線WL及びダミーワード線WLDD、WLDSに、同一のソフトプログラム電圧Vspgm(例えば10V)が印加されるものとする(図4(a)参照)。また、ドレイン側選択ゲート線SGDにはドレイン側選択ゲート電圧Vsgd(例えば2.5V)が印加され、ソース側選択ゲート線SGSには、ソース側選択ゲート電圧Vsgs(例えば0V)が印加される。   First, a case where the number of write / erase operations of the NAND flash memory is small and the characteristics of the dummy cells DC and the memory cells MC are in the initial state (first state) will be described with reference to FIG. When the number of write / erase operations is small, both the memory cell MC and the dummy cell DC are not deteriorated, and the difference in characteristics is small. Here, in the soft program operation, the same soft program voltage Vspgm (for example, 10 V) is applied to all the word lines WL and the dummy word lines WLDD and WLDS (see FIG. 4A). Further, a drain side selection gate voltage Vsgd (for example, 2.5 V) is applied to the drain side selection gate line SGD, and a source side selection gate voltage Vsgs (for example, 0 V) is applied to the source side selection gate line SGS.

ここで、選択ゲート電圧Vsgd、Vsgsは、ソフトプログラム電圧Vspgmよりも低い。ダミーセルDCは、この選択ゲート電圧Vsgd、Vsgsがゲート電極に印加される選択ゲートトランジスタSTD、STSに隣接している。そのため、ダミーセルDCは、両隣のワード線WLにソフトプログラム電圧Vspgmが印加される通常のメモリセルMCよりも、ソフトプログラム動作による書き込みが遅くなる。その結果、ソフトプログラム動作後において、ダミーセルDCと、通常のメモリセルMCとでしきい値電圧の値がばらつく。すなわち、図4(b)に実線(After SPROG)で示すように、通常のメモリセルMCのしきい値電圧よりも、ダミーセルDCのしきい値電圧のほうが低い状態となる。   Here, the selection gate voltages Vsgd and Vsgs are lower than the soft program voltage Vspgm. The dummy cell DC is adjacent to the selection gate transistors STD and STS to which the selection gate voltages Vsgd and Vsgs are applied to the gate electrode. Therefore, in the dummy cell DC, writing by the soft program operation is slower than the normal memory cell MC in which the soft program voltage Vspgm is applied to the adjacent word lines WL. As a result, the threshold voltage value varies between the dummy cell DC and the normal memory cell MC after the soft program operation. That is, as indicated by a solid line (After SPROG) in FIG. 4B, the threshold voltage of the dummy cell DC is lower than the threshold voltage of the normal memory cell MC.

この状態で、読み出し動作が複数回実行されると、リードディスターブによりメモリセルMC及びダミーセルDCのしきい値電圧が上昇する(図4(b)の破線(After Read Disturb)参照)。このとき、ダミーセルDCのしきい値が低いためリートディスターブの影響を受けやすく、ダミーセルDCのしきい値電圧の上昇幅が、通常のメモリセルMCのしきい値電圧の上昇幅よりも大きくなる。リードディスターブの発生時にダミーセルDCのしきい値電圧の上昇幅が大きいと、ダミーセルDCに隣接するメモリセルMC0、MC63との間でセル間干渉が生じ、メモリセルM0、MC63のしきい値電圧が上昇する。その結果、メモリセルM0、MC63のデータの意図しない変化(誤書き込み)が生じるという問題がある。   In this state, when the read operation is executed a plurality of times, the threshold voltage of the memory cell MC and the dummy cell DC rises due to the read disturb (see the broken line (After Read Disturb) in FIG. 4B). At this time, since the threshold value of the dummy cell DC is low, the threshold voltage of the dummy cell DC is easily affected by the read disturb, and the threshold voltage of the dummy cell DC is larger than the threshold voltage of the normal memory cell MC. If the threshold voltage increase of the dummy cell DC is large when read disturb occurs, inter-cell interference occurs between the memory cells MC0 and MC63 adjacent to the dummy cell DC, and the threshold voltages of the memory cells M0 and MC63 are reduced. To rise. As a result, there is a problem that unintended change (erroneous writing) of data in the memory cells M0 and MC63 occurs.

次に、NAND型フラッシュメモリの書き込み/消去動作が複数回繰り返され、ダミーセルDC及びメモリセルMCが劣化した状態(第2状態)にある場合について、図5を参照して説明する。メモリセルMCへの書き込み/消去動作が複数回繰り返されると、NANDセルユニット1の端部近傍のダミーセルDCは、選択ゲートトランジスタSTS、STDの影響により、NANDセルユニット1内の通常のメモリセルMCよりも早くトンネル絶縁膜が劣化する。ダミーセルDCのトンネル絶縁膜が劣化すると、同じソフトプログラム動作でも過剰な電子が浮遊ゲート電極に注入され、書き込み速度が通常のメモリセルMCよりも速くなる。   Next, a case where the write / erase operation of the NAND flash memory is repeated a plurality of times and the dummy cell DC and the memory cell MC are in a deteriorated state (second state) will be described with reference to FIG. When the write / erase operation to the memory cell MC is repeated a plurality of times, the dummy cell DC in the vicinity of the end of the NAND cell unit 1 becomes a normal memory cell MC in the NAND cell unit 1 due to the influence of the selection gate transistors STS and STD. The tunnel insulating film deteriorates faster. When the tunnel insulating film of the dummy cell DC deteriorates, excessive electrons are injected into the floating gate electrode even in the same soft program operation, and the writing speed becomes faster than that of the normal memory cell MC.

ここでもソフトプログラム動作において、図5(c)に示すように、全てのワード線WL及びダミーワード線WLDD、WLDSに同一のソフトプログラム電圧Vspgmを印加するものとする。ダミーセルDCが劣化している場合、書き込み速度が通常のメモリセルMCよりも速くなるため、図5(a)に示すように、通常のメモリセルMCのしきい値電圧よりも、ダミーセルDCのしきい値電圧のほうが高い状態となる。その結果、図5(b)に示すように、ソフトプログラム動作後のしきい値電圧分布において、一部のダミーセルDCが、過書き込み状態(OP:オーバープログラム状態)となる。もし、しきい値電圧がソフトプログラムベリファイレベル2(電圧Vspv2)を超える過書き込み状態OPのダミーセルDCの数が所定数を超えている場合、ソフトプログラム動作を正常に終了できない。そのため、そのNANDセルユニット1が含まれるブロックが、ブロック不良と判定されてしまう問題がある。   Again, in the soft program operation, as shown in FIG. 5C, the same soft program voltage Vspgm is applied to all the word lines WL and the dummy word lines WLDD and WLDS. When the dummy cell DC is deteriorated, the writing speed is higher than that of the normal memory cell MC. Therefore, as shown in FIG. 5A, the dummy cell DC is set to be higher than the threshold voltage of the normal memory cell MC. The threshold voltage is higher. As a result, as shown in FIG. 5B, in the threshold voltage distribution after the soft program operation, some dummy cells DC are overwritten (OP: overprogrammed state). If the number of dummy cells DC in the overwritten state OP in which the threshold voltage exceeds the soft program verify level 2 (voltage Vspv2) exceeds a predetermined number, the soft program operation cannot be terminated normally. Therefore, there is a problem that a block including the NAND cell unit 1 is determined as a block failure.

これらの問題を解決するため、本実施の形態の不揮発性半導体記憶装置は、以下に示すようなソフトプログラム動作を実行する。   In order to solve these problems, the nonvolatile semiconductor memory device of the present embodiment executes a soft program operation as shown below.

[第1の実施の形態に係る不揮発性半導体記憶装置の動作]
図6及び図7は、本実施の形態のNAND型フラッシュメモリのソフトプログラム動作を説明する図である。図6は、NAND型フラッシュメモリの書き込み/消去回数が少なく、ダミーセルDC及びメモリセルMCの特性が初期の状態にある場合のソフトプログラム動作を示している。図7は、NAND型フラッシュメモリの書き込み/消去動作が複数回繰り返され、ダミーセルDC及びメモリセルMCが劣化した状態にある場合のソフトプログラム動作を示している。
[Operation of Nonvolatile Semiconductor Memory Device According to First Embodiment]
6 and 7 are diagrams for explaining the soft program operation of the NAND flash memory according to the present embodiment. FIG. 6 shows a soft program operation when the number of times of writing / erasing of the NAND flash memory is small and the characteristics of the dummy cell DC and the memory cell MC are in the initial state. FIG. 7 shows a soft program operation in the case where the write / erase operation of the NAND flash memory is repeated a plurality of times and the dummy cells DC and the memory cells MC are in a deteriorated state.

まず、NAND型フラッシュメモリの書き込み/消去回数が少なく、ダミーセルDC及びメモリセルMCの特性が初期の状態にある場合について、図6を参照して説明する。本実施の形態のNAND型フラッシュメモリは、制御回路3によりダミーセルDC及びメモリセルMCの特性が初期状態にあるか、劣化した状態にあるかを判定することができる。この制御回路3の動作については、後に詳述する。制御回路3により、ダミーセルDC及びメモリセルMCの特性が初期の状態にあると判定された場合、図6(a)に示すように、通常のメモリセルMCに接続されたワード線WLには、ソフトプログラム電圧Vspgmが印加される。このソフトプログラム電圧Vspgmは、例えば10Vに設定される。また、ダミーセルDCに接続されたダミーワード線WLDD、WLDSには、ダミーワード線用ソフトプログラム電圧Vwld_spgm1が印加される。このダミーワード線用ソフトプログラム電圧Vwld_spgm1は、ダミーセルDC及びメモリセルMCの特性が初期の状態にある場合、ソフトプログラム電圧Vspgm(例えば10V)より所定の値だけ高い電圧値(例えば11V)に設定される。また、ドレイン側選択ゲート線SGDにはドレイン側選択ゲート電圧Vsgd(例えば2.5V)が印加され、ソース側選択ゲート線SGSには、ソース側選択ゲート電圧Vsgs(例えば0V)が印加される。   First, a case where the number of times of writing / erasing of the NAND flash memory is small and the characteristics of the dummy cell DC and the memory cell MC are in an initial state will be described with reference to FIG. In the NAND flash memory according to the present embodiment, the control circuit 3 can determine whether the characteristics of the dummy cells DC and the memory cells MC are in an initial state or in a deteriorated state. The operation of the control circuit 3 will be described in detail later. When the control circuit 3 determines that the characteristics of the dummy cell DC and the memory cell MC are in the initial state, as shown in FIG. 6A, the word line WL connected to the normal memory cell MC includes A soft program voltage Vspgm is applied. The soft program voltage Vspgm is set to 10 V, for example. The dummy word line soft program voltage Vwld_spgm1 is applied to the dummy word lines WLDD and WLDS connected to the dummy cell DC. The dummy word line soft program voltage Vwld_spgm1 is set to a voltage value (for example, 11V) that is higher than the soft program voltage Vspgm (for example, 10V) by a predetermined value when the characteristics of the dummy cell DC and the memory cell MC are in the initial state. The Further, a drain side selection gate voltage Vsgd (for example, 2.5 V) is applied to the drain side selection gate line SGD, and a source side selection gate voltage Vsgs (for example, 0 V) is applied to the source side selection gate line SGS.

上記の電圧値はソフトプログラム動作における1つの例であり、ワード線WL及びダミーワード線WLDD、WLDSに印加される各電圧の電圧値の大小関係は、電圧Vwld_spgm1が電圧Vspgmより大きければよい。本実施の形態のNAND型フラッシュメモリにおいて、ダミーセルDC及びメモリセルMCの特性が初期の状態にある場合には、ワード線WLにこのような電圧を印加してソフトプログラム動作を実行する。ソフトプログラム動作は、ワード線WL及びダミーワード線WLDD、WLDSへのソフトプログラム電圧印加を複数回繰り返す動作としても良い。   The above voltage value is one example in the soft program operation, and the magnitude relationship between the voltage values of the voltages applied to the word line WL and the dummy word lines WLDD and WLDS only needs to be greater than the voltage Vspgm1. In the NAND flash memory according to the present embodiment, when the characteristics of the dummy cell DC and the memory cell MC are in the initial state, such a voltage is applied to the word line WL to execute the soft program operation. The soft program operation may be an operation in which the soft program voltage application to the word line WL and the dummy word lines WLDD and WLDS is repeated a plurality of times.

ここで、選択ゲート電圧Vsgd、Vsgsは、ソフトプログラム電圧Vspgmよりも低いため、選択ゲートトランジスタSTD、STSに隣接するダミーセルDCの書き込み速度が遅くなるおそれがある。しかし、ダミーワード線WLDD、WLDSに電圧Vspgmより大きいダミーワード線用ソフトプログラム電圧Vwld_spgm1が印加されている。そのため、ダミーセルDCの書き込み速度は、通常のメモリセルMCと同程度の速度となる。その結果、ソフトプログラム動作後において、ダミーセルDCと、通常のメモリセルMCとでしきい値電圧の値がばらつくことがない。すなわち、図6(b)に実線(After SPROG)で示すように、ソフトプログラム動作後のダミーセルDCのしきい値電圧と、通常のメモリセルMCのしきい値電圧とが略同一の値となる。   Here, since the selection gate voltages Vsgd and Vsgs are lower than the soft program voltage Vspgm, the writing speed of the dummy cells DC adjacent to the selection gate transistors STD and STS may be reduced. However, the dummy word lines WLDD and WLDS are applied with the dummy word line soft program voltage Vwld_spgm1 higher than the voltage Vspgm. Therefore, the writing speed of the dummy cell DC is almost the same as that of the normal memory cell MC. As a result, the threshold voltage value does not vary between the dummy cell DC and the normal memory cell MC after the soft program operation. That is, as indicated by a solid line (After SPROG) in FIG. 6B, the threshold voltage of the dummy cell DC after the soft program operation and the threshold voltage of the normal memory cell MC are substantially the same value. .

次に、NAND型フラッシュメモリの書き込み/消去動作が複数回繰り返され、ダミーセルDC及びメモリセルMCが劣化した状態にある場合について、図7を参照して説明する。制御回路3により、ダミーセルDC及びメモリセルMCの特性が劣化した状態にあると判定された場合も、図7(b)に示すように、通常のメモリセルMCに接続されたワード線WLには、ソフトプログラム電圧Vspgm(例えば10V)が印加される。また、ダミーセルDCに接続されたダミーワード線WLDD、WLDSには、ダミーワード線用ソフトプログラム電圧Vwld_spgm2が印加される。このダミーワード線用ソフトプログラム電圧Vwld_spgm2は、ダミーセルDCが劣化した状態にある場合、ソフトプログラム電圧Vspgmより所定の値だけ低い電圧値(例えば9V)に設定される。また、ドレイン側選択ゲート線SGDにはドレイン側選択ゲート電圧Vsgd(例えば2.5V)が印加され、ソース側選択ゲート線SGSには、ソース側選択ゲート電圧Vsgs(例えば0V)が印加される。   Next, a case where the write / erase operation of the NAND flash memory is repeated a plurality of times and the dummy cell DC and the memory cell MC are in a deteriorated state will be described with reference to FIG. Even when it is determined by the control circuit 3 that the characteristics of the dummy cell DC and the memory cell MC are in a deteriorated state, the word line WL connected to the normal memory cell MC is not connected to the word line WL as shown in FIG. A soft program voltage Vspgm (for example, 10 V) is applied. The dummy word line soft program voltage Vwld_spgm2 is applied to the dummy word lines WLDD and WLDS connected to the dummy cell DC. The dummy word line soft program voltage Vwld_spgm2 is set to a voltage value (for example, 9 V) lower than the soft program voltage Vspgm by a predetermined value when the dummy cell DC is in a deteriorated state. Further, a drain side selection gate voltage Vsgd (for example, 2.5 V) is applied to the drain side selection gate line SGD, and a source side selection gate voltage Vsgs (for example, 0 V) is applied to the source side selection gate line SGS.

上記の電圧値はソフトプログラム動作における1つの例であり、ワード線WL及びダミーワード線WLDD、WLDSに印加される各電圧の電圧値の大小関係は、電圧Vwld_spgm2が電圧Vspgmより小さければよい。本実施の形態のNAND型フラッシュメモリにおいて、ダミーセルDC及びメモリセルMCの特性が劣化した状態にある場合には、ワード線WLにこのような電圧を印加してソフトプログラム動作を実行する。ソフトプログラム動作は、ワード線WL及びダミーワード線WLDD、WLDSへのソフトプログラム電圧印加を複数回繰り返す動作としても良い。   The above voltage value is one example in the soft program operation, and the magnitude relationship between the voltage values of the voltages applied to the word line WL and the dummy word lines WLDD, WLDS only needs to be smaller than the voltage Vspgm. In the NAND flash memory according to the present embodiment, when the characteristics of the dummy cell DC and the memory cell MC are deteriorated, such a voltage is applied to the word line WL to execute the soft program operation. The soft program operation may be an operation in which the soft program voltage application to the word line WL and the dummy word lines WLDD and WLDS is repeated a plurality of times.

上述の実施の形態は、ダミーセルDCの状態を、初期状態及び劣化状態の2つの状態として説明した。これは、劣化状態の進展具合により、3つ以上の複数の状態に分けることもできる。ダミーセルDCの状態が複数の状態にある場合について、図8A〜図9を参照して説明する。図8A及び図9は、ソフトプログラム動作におけるワード線WL及びダミーワード線WLDD、WLDSへの印加電圧(各図の(a)に相当)と、ソフトプログラム動作後のメモリセルのしきい値電圧の値とを示す図(各図の(b)に相当)である。図8Aは、ダミーセルDCの特性が初期の状態にある場合を示し、図9は、ダミーセルDCの特性が劣化した状態にある場合を示している。   In the above-described embodiment, the state of the dummy cell DC has been described as the two states of the initial state and the deteriorated state. This can also be divided into a plurality of three or more states depending on the progress of the deterioration state. A case where the dummy cell DC is in a plurality of states will be described with reference to FIGS. 8A to 9. FIG. 8A and FIG. 9 show the voltages applied to the word lines WL and the dummy word lines WLDD and WLDS (corresponding to (a) in each figure) in the soft program operation, and the threshold voltages of the memory cells after the soft program operation. It is a figure (equivalent to (b) of each figure) showing a value. FIG. 8A shows a case where the characteristics of the dummy cell DC are in an initial state, and FIG. 9 shows a case where the characteristics of the dummy cell DC are deteriorated.

図8Bに示す状態は、NAND型フラッシュメモリの書き込み/消去動作が複数回繰り返され、ダミーセルDCがやや劣化した状態(第3状態)にある場合である。ダミーセルDCがやや劣化した状態とは、初期状態から劣化状態に移る中間の状態である。このダミーセルDCがやや劣化した状態(第3状態)では、ワード線WL及びダミーワード線WLDD、WLDSに印加される各電圧の電圧値の大小関係において、電圧Vwld_spgmと電圧Vspgmとを等しくすることができる。この場合に、ダミーワード線WLDD、WLDSに加わる電圧を電圧Vwld_spgm3とする。   The state shown in FIG. 8B is a case where the write / erase operation of the NAND flash memory is repeated a plurality of times and the dummy cell DC is in a slightly deteriorated state (third state). The state in which the dummy cell DC is slightly deteriorated is an intermediate state in which the dummy cell DC shifts from the initial state to the deteriorated state. In the state where the dummy cell DC is slightly deteriorated (third state), the voltage Vwld_spgm and the voltage Vspgm may be equalized in the magnitude relationship between the voltage values of the voltages applied to the word line WL and the dummy word lines WLDD and WLDS. it can. In this case, a voltage applied to the dummy word lines WLDD and WLDS is set to a voltage Vwld_spgm3.

ここで、ソフトプログラム動作時におけるダミーワード線WLDD、WLDSに加わる電圧は、ダミーセルDCの劣化状態が進むにつれて、電圧Vwld_spgm1→電圧Vwld_spgm3→電圧Vwld_spgm2のように変化する(図8A(a)、図8B、図9(a))。ダミーセルDC及びメモリセルMCの劣化状態の進展に基づいて、ソフトプログラム動作時におけるワード線WLに加わる電圧Vspgmと、ダミーワード線WLDD、WLDSに加わる電圧との関係は、それぞれ
電圧Vwld_spgm1>電圧Vspgm
電圧Vwld_spgm3=電圧Vspgm
電圧Vwld_spgm2<電圧Vspgm
となる。
Here, the voltages applied to the dummy word lines WLDD and WLDS during the soft program operation change as voltage Vwld_spgm1 → voltage Vwld_spgm3 → voltage Vwld_spgm2 as the degradation state of the dummy cell DC progresses (FIG. 8A (a), FIG. 8B). FIG. 9 (a)). Based on the progress of the deterioration state of the dummy cell DC and the memory cell MC, the relationship between the voltage Vspgm applied to the word line WL and the voltage applied to the dummy word lines WLDD and WLDS during the soft program operation is as follows: voltage Vwld_spgm1> voltage Vspgm
Voltage Vwld_spgm3 = voltage Vspgm
Voltage Vwld_spgm2 <voltage Vspgm
It becomes.

言い換えると、ソフトプログラム動作時におけるダミーワード線WLDDに加わる電圧は、NAND型フラッシュメモリの書き込み/消去動作が複数回繰り返されるに従い、電圧Vwld_spgm1>電圧Vwld_spgm3>電圧Vwld_spgm2と変化するといえる。   In other words, it can be said that the voltage applied to the dummy word line WLDD during the soft program operation changes as voltage Vwld_spgm1> voltage Vwld_spgm3> voltage Vwld_spgm2 as the write / erase operation of the NAND flash memory is repeated a plurality of times.

上述のように、NAND型フラッシュメモリへの書き込み/消去動作が繰り返されて劣化したダミーセルDCは、書き込み速度が通常のメモリセルMCよりも速くなる。しかし、図7(b)に示すように、本実施の形態に係るソフトプログラム動作では、ダミーセルDCの劣化状態においてダミーワード線用ソフトプログラム電圧Vwld_spgm2が、ソフトプログラム電圧Vspgmよりも低い電圧に設定される。また、図8Bに示すように、ダミーセルDCがやや劣化した状態において、ダミーワード線用ソフトプログラム電圧Vwld_spgm3はソフトプログラム電圧Vspgmと同程度の電圧に設定される。そのため、ダミーセルDCへの書き込み速度は、通常のメモリセルMCと同程度の速度となる。その結果、ソフトプログラム動作後において、ダミーセルDCと、通常のメモリセルMCとでしきい値電圧の値がばらつくことがない。図7(a)に示すように、ソフトプログラム動作後のしきい値電圧分布において、過書き込み状態(OP:オーバープログラム状態)のセルが発生することがない。   As described above, the dummy cell DC deteriorated by repeated write / erase operations to the NAND flash memory has a higher write speed than the normal memory cell MC. However, as shown in FIG. 7B, in the soft program operation according to the present embodiment, the dummy word line soft program voltage Vwld_spgm2 is set to a voltage lower than the soft program voltage Vspgm in the degradation state of the dummy cell DC. The Further, as shown in FIG. 8B, in the state where the dummy cell DC is slightly deteriorated, the dummy word line soft program voltage Vwld_spgm3 is set to the same level as the soft program voltage Vspgm. Therefore, the writing speed to the dummy cell DC is almost the same as that of the normal memory cell MC. As a result, the threshold voltage value does not vary between the dummy cell DC and the normal memory cell MC after the soft program operation. As shown in FIG. 7A, in the threshold voltage distribution after the soft program operation, cells in an overwritten state (OP: overprogrammed state) do not occur.

[第1の実施の形態に係る不揮発性半導体記憶装置の効果]
本実施の形態に係るNAND型フラッシュメモリのソフトプログラム動作の効果を、図8A乃至図9を参照して説明する。
[Effect of Nonvolatile Semiconductor Memory Device According to First Embodiment]
The effect of the soft program operation of the NAND flash memory according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 8A to 9.

図8A(a)及び図9(a)に示すように、本実施の形態に係るNAND型フラッシュメモリでは、ソフトプログラム動作時に、ワード線WLと、ダミーワード線WLDS、WLDDとに異なる電圧を印加している。すなわち、ワード線WLにはソフトプログラム電圧Vspgm、ダミーワード線WLDS、WLDDにはダミーワード線用ソフトプログラム電圧Vwld_spgm1、Vwld_spgm2を印加している。また、ダミーセルDC及びメモリセルMCの特性が初期の状態にある場合と、ダミーセルDCが劣化した状態にある場合とで、ソフトプログラム電圧Vspgmとダミーワード線用ソフトプログラム電圧Vwld_spgm1、Vwld_spgm2との電圧値の大小関係を変化させている。その結果、図8A(b)及び図9(b)に示すように、本実施の形態に係るNAND型フラッシュメモリでは、ソフトプログラム動作後のメモリセルMCとダミーセルDCとのしきい値電圧のばらつきを抑えることができる。   As shown in FIGS. 8A (a) and 9 (a), in the NAND flash memory according to the present embodiment, different voltages are applied to the word lines WL and the dummy word lines WLDS, WLDD during the soft program operation. is doing. That is, the soft program voltage Vspgm is applied to the word line WL, and the dummy word line soft program voltages Vwld_spgm1 and Vwld_spgm2 are applied to the dummy word lines WLDS and WLDD. The voltage values of the soft program voltage Vspgm and the dummy word line soft program voltages Vwld_spgm1 and Vwld_spgm2 when the characteristics of the dummy cell DC and the memory cell MC are in the initial state and when the dummy cell DC is in a deteriorated state. The magnitude relationship is changed. As a result, as shown in FIGS. 8A (b) and 9 (b), in the NAND flash memory according to the present embodiment, variations in the threshold voltage between the memory cell MC and the dummy cell DC after the soft program operation are performed. Can be suppressed.

ダミーセルDC及びメモリセルMCの特性が初期の状態にある場合、図8A(b)に示すように、ソフトプログラム動作後のダミーセルDCのしきい値電圧と、通常のメモリセルMCのしきい値電圧とが略同一の値となる。この状態で、読み出し動作が実行された場合、リードディスターブによりメモリセルMC及びダミーセルDCのしきい値電圧が上昇する(図8A(b)の破線(After Read Disturb)参照)。ここで、リードディスターブによるダミーセルDCのしきい値電圧の上昇幅は、ダミーセルDCのしきい値が通常のメモリセルMCのしきい値電圧とほぼ同じであるため、通常のメモリセルMCのしきい値電圧の上昇幅とほぼ等しい。このため、リードディスターブの発生時においても、ダミーセルDCに隣接するメモリセルMC0、MC63に及ぼす影響が少なくなり、メモリセルM0、MC63への誤書き込みを防ぐことができる。   When the characteristics of the dummy cell DC and the memory cell MC are in the initial state, as shown in FIG. 8A (b), the threshold voltage of the dummy cell DC after the soft program operation and the threshold voltage of the normal memory cell MC Are substantially the same value. When a read operation is performed in this state, the threshold voltage of the memory cell MC and the dummy cell DC rises due to read disturb (see the broken line (After Read Disturb) in FIG. 8A (b)). Here, the threshold voltage increase of the dummy cell DC due to read disturb is the same as the threshold voltage of the normal memory cell MC because the threshold voltage of the dummy cell DC is substantially the same as the threshold voltage of the normal memory cell MC. It is almost equal to the rise of the value voltage. Therefore, even when read disturb occurs, the influence on the memory cells MC0 and MC63 adjacent to the dummy cell DC is reduced, and erroneous writing to the memory cells M0 and MC63 can be prevented.

また、ダミーセルDC及びメモリセルMCが劣化した状態にある場合も、図9(b)に示すように、ソフトプログラム動作後のダミーセルDCのしきい値電圧と、通常のメモリセルMCのしきい値電圧とが略同一の値となる。すなわち、ソフトプログラム動作後のしきい値電圧分布において、過書き込み状態(OP:オーバープログラム状態)のセルが発生することがない(図7(a)のしきい値電圧分布参照)。その結果、しきい値電圧がソフトプログラムベリファイレベル2(電圧Vspv2)を超える過書き込み状態OPのダミーセルDCやメモリセルMCの数が所定数を超えることがなく、ソフトプログラム動作を正常に終了することができる。このように、本実施の形態に係るNAND型フラッシュメモリは、ソフトプログラム動作を確実に実行することができる。   Further, even when the dummy cell DC and the memory cell MC are in a deteriorated state, as shown in FIG. 9B, the threshold voltage of the dummy cell DC after the soft program operation and the threshold value of the normal memory cell MC The voltage is substantially the same value. That is, in the threshold voltage distribution after the soft program operation, cells in the over-written state (OP: over-programmed state) do not occur (see the threshold voltage distribution in FIG. 7A). As a result, the number of dummy cells DC and memory cells MC in the overwritten state OP in which the threshold voltage exceeds the soft program verify level 2 (voltage Vspv2) does not exceed the predetermined number, and the soft program operation is normally terminated. Can do. Thus, the NAND flash memory according to the present embodiment can surely execute the soft program operation.

また、ダミーセルDC及びメモリセルMCが劣化した状態にある場合において、ダミーワード線用ソフトプログラム電圧Vwld_spgm2をソフトプログラム電圧Vspgmと同じにして、ダミーワード線にダミーワード線用ソフトプログラム電圧Vwld_spgm2を加える回数を、ワード線にソフトプログラム電圧Vspgmを加える回数より少なくすることも考えられる。しかし、劣化状態において、ダミーワード線にダミーワード線用ソフトプログラム電圧Vwld_spgm2(=Vspgm)を一回加えただけで、ダミーセルDCのしきい値がソフトプログラムベリファイレベル2(電圧Vspv2)を超えてしまう場合には対応できない。   In addition, when the dummy cell DC and the memory cell MC are in a deteriorated state, the number of times the dummy word line soft program voltage Vwld_spgm2 is added to the dummy word line by setting the dummy word line soft program voltage Vwld_spgm2 to be the same as the soft program voltage Vspgm. Is less than the number of times that the soft program voltage Vspgm is applied to the word line. However, in a deteriorated state, the threshold value of the dummy cell DC exceeds the soft program verify level 2 (voltage Vspv2) just by applying the dummy word line soft program voltage Vwld_spgm2 (= Vspgm) once to the dummy word line. I can not cope with the case.

(第2の実施の形態)
[第2の実施の形態に係る不揮発性半導体記憶装置の構成]
次に、本発明の第2の実施の形態に係る不揮発性半導体記憶装置について説明する。第2の実施の形態に係る不揮発性半導体記憶装置の構成は、第1の実施の形態と同様であるため、その説明を省略する。第2の実施の形態に係る不揮発性半導体記憶装置は、ワード線WLに印加するソフトプログラム電圧Vspgmの電圧値を変化させる点において、第1の実施の形態と異なる。
(Second Embodiment)
[Configuration of Nonvolatile Semiconductor Memory Device According to Second Embodiment]
Next, a non-volatile semiconductor memory device according to a second embodiment of the present invention will be described. Since the configuration of the nonvolatile semiconductor memory device according to the second embodiment is the same as that of the first embodiment, description thereof is omitted. The nonvolatile semiconductor memory device according to the second embodiment is different from the first embodiment in that the voltage value of the soft program voltage Vspgm applied to the word line WL is changed.

[第2の実施の形態に係る不揮発性半導体記憶装置の動作]
図10は、本実施の形態のNAND型フラッシュメモリのソフトプログラム動作を説明する図である。図10(a)は、ダミーセルDC及びメモリセルMCの特性が初期の状態にある場合のソフトプログラム動作時におけるワード線WL、及びダミーワード線WLDD、WLDSへの電圧印加状態を示している。図10(b)は、ダミーセルDC及びメモリセルMCが劣化した状態にある場合のソフトプログラム動作時におけるワード線WL、及びダミーワード線WLDD、WLDSへの電圧印加状態を示している。本実施の形態に係るソフトプログラム動作においては、ダミーセルDC及びメモリセルMCの特性が初期の状態にある場合と、劣化した状態にある場合とで、ワード線WLに印加するソフトプログラム電圧Vspgmの電圧値を変化させている。
[Operation of Nonvolatile Semiconductor Memory Device According to Second Embodiment]
FIG. 10 is a diagram for explaining the soft program operation of the NAND flash memory according to the present embodiment. FIG. 10A shows a voltage application state to the word line WL and the dummy word lines WLDD and WLDS during the soft program operation when the characteristics of the dummy cell DC and the memory cell MC are in the initial state. FIG. 10B shows a voltage application state to the word line WL and the dummy word lines WLDD and WLDS during the soft program operation when the dummy cell DC and the memory cell MC are in a deteriorated state. In the soft program operation according to the present embodiment, the voltage of the soft program voltage Vspgm applied to the word line WL depending on whether the characteristics of the dummy cell DC and the memory cell MC are in the initial state or in the degraded state. The value is changed.

まず、NAND型フラッシュメモリの書き込み/消去回数が少なく、ダミーセルDC及びメモリセルMCの特性が初期の状態にある場合について、図10(a)を参照して説明する。制御回路3により、ダミーセルDC及びメモリセルMCの特性が初期の状態にあると判定された場合、図10(a)に示すように、通常のメモリセルMCに接続されたワード線WLには、ソフトプログラム電圧Vspgmが印加される。このソフトプログラム電圧Vspgmは、例えば10Vに設定される。また、ダミーセルDCに接続されたダミーワード線WLDD、WLDSには、ダミーワード線用ソフトプログラム電圧Vwld_spgm1が印加される。このダミーワード線用ソフトプログラム電圧Vwld_spgm1は、ダミーセルDC及びメモリセルMCの特性が初期の状態にある場合、ソフトプログラム電圧Vspgmより所定の値だけ高い電圧値(例えば11V)に設定される。また、ドレイン側選択ゲート線SGDにはドレイン側選択ゲート電圧Vsgd(例えば2.5V)が印加され、ソース側選択ゲート線SGSには、ソース側選択ゲート電圧Vsgs(例えば0V)が印加される。   First, a case where the number of times of writing / erasing of the NAND flash memory is small and the characteristics of the dummy cell DC and the memory cell MC are in an initial state will be described with reference to FIG. When the control circuit 3 determines that the characteristics of the dummy cell DC and the memory cell MC are in the initial state, as shown in FIG. 10A, the word line WL connected to the normal memory cell MC includes A soft program voltage Vspgm is applied. The soft program voltage Vspgm is set to 10 V, for example. The dummy word line soft program voltage Vwld_spgm1 is applied to the dummy word lines WLDD and WLDS connected to the dummy cell DC. The dummy word line soft program voltage Vwld_spgm1 is set to a voltage value (for example, 11 V) higher than the soft program voltage Vspgm by a predetermined value when the characteristics of the dummy cell DC and the memory cell MC are in the initial state. Further, a drain side selection gate voltage Vsgd (for example, 2.5 V) is applied to the drain side selection gate line SGD, and a source side selection gate voltage Vsgs (for example, 0 V) is applied to the source side selection gate line SGS.

上記の電圧値はソフトプログラム動作における1つの例であり、ワード線WL及びダミーワード線WLDD、WLDSに印加される各電圧の電圧値の大小関係は、電圧Vwld_spgm1が電圧Vspgmより大きければよい。本実施の形態のNAND型フラッシュメモリにおいて、ダミーセルDC及びメモリセルMCの特性が初期の状態にある場合には、ワード線WLにこのような電圧を印加してソフトプログラム動作を実行する。   The above voltage value is one example in the soft program operation, and the magnitude relationship between the voltage values of the voltages applied to the word line WL and the dummy word lines WLDD and WLDS only needs to be greater than the voltage Vspgm1. In the NAND flash memory according to the present embodiment, when the characteristics of the dummy cell DC and the memory cell MC are in the initial state, such a voltage is applied to the word line WL to execute the soft program operation.

次に、NAND型フラッシュメモリの書き込み/消去動作が複数回繰り返され、ダミーセルDC及びメモリセルMCが劣化した状態にある場合について、図10(b)を参照して説明する。制御回路3により、ダミーセルDC及びメモリセルMCの特性が劣化した状態にあると判定された場合、図10(b)に示すように、通常のメモリセルMCに接続されたワード線WLには、ソフトプログラム電圧Vspgm’が印加される。ここで、本実施の形態におけるソフトプログラム動作では、ダミーセルDC及びメモリセルMCの状態が初期状態にある場合と、劣化状態にある場合とでワード線WLに印加するソフトプログラム電圧の電圧値を変化させる。すなわち、ダミーセルDC及びメモリセルMCの特性が劣化した状態にある場合、ソフトプログラム電圧Vspgm’の電圧値を、初期状態の場合のソフトプログラム電圧Vspgmより、所定の値だけ低い電圧値(例えば9V)に設定する。   Next, a case where the write / erase operation of the NAND flash memory is repeated a plurality of times and the dummy cells DC and the memory cells MC are in a deteriorated state will be described with reference to FIG. When it is determined by the control circuit 3 that the characteristics of the dummy cell DC and the memory cell MC are in a degraded state, as shown in FIG. 10B, the word line WL connected to the normal memory cell MC includes A soft program voltage Vspgm ′ is applied. Here, in the soft program operation in the present embodiment, the voltage value of the soft program voltage applied to the word line WL is changed depending on whether the dummy cell DC and the memory cell MC are in the initial state or in the deteriorated state. Let That is, when the characteristics of the dummy cell DC and the memory cell MC are in a deteriorated state, the voltage value of the soft program voltage Vspgm ′ is lower than the soft program voltage Vspgm in the initial state by a predetermined value (for example, 9 V). Set to.

また、ダミーセルDCに接続されたダミーワード線WLDD、WLDSには、ダミーワード線用ソフトプログラム電圧Vwld_spgm2が印加される。このダミーワード線用ソフトプログラム電圧Vwld_spgm2は、ダミーセルDC及びメモリセルMCが劣化した状態にある場合、ソフトプログラム電圧Vspgm’より所定の値だけ低い電圧値(例えば8V)に設定される。また、ドレイン側選択ゲート線SGDにはドレイン側選択ゲート電圧Vsgd(例えば2.5V)が印加され、ソース側選択ゲート線SGSには、ソース側選択ゲート電圧Vsgs(例えば0V)が印加される。   The dummy word line soft program voltage Vwld_spgm2 is applied to the dummy word lines WLDD and WLDS connected to the dummy cell DC. The dummy word line soft program voltage Vwld_spgm2 is set to a voltage value (for example, 8 V) lower than the soft program voltage Vspgm ′ by a predetermined value when the dummy cell DC and the memory cell MC are in a deteriorated state. Further, a drain side selection gate voltage Vsgd (for example, 2.5 V) is applied to the drain side selection gate line SGD, and a source side selection gate voltage Vsgs (for example, 0 V) is applied to the source side selection gate line SGS.

上記の電圧値はソフトプログラム動作における1つの例であり、ワード線WL及びダミーワード線WLDD、WLDSに印加される各電圧の電圧値の大小関係は、電圧Vwld_spgm2が電圧Vspgm’より小さければよい。本実施の形態のNAND型フラッシュメモリにおいて、ダミーセルDC及びメモリセルMCの特性が劣化した状態にある場合には、ワード線WLにこのような電圧を印加してソフトプログラム動作を実行する。また、電圧Vwld_spgm2は電圧Vwld_spgm1より小さくなり、電圧Vspgm’は電圧Vspgmよりも小さくなる。   The above voltage value is one example in the soft program operation, and the magnitude relationship between the voltage values of the voltages applied to the word line WL and the dummy word lines WLDD and WLDS only needs to be smaller than the voltage Vspgm ′. In the NAND flash memory according to the present embodiment, when the characteristics of the dummy cell DC and the memory cell MC are deteriorated, such a voltage is applied to the word line WL to execute the soft program operation. Further, the voltage Vwld_spgm2 is smaller than the voltage Vwld_spgm1, and the voltage Vspgm 'is smaller than the voltage Vspgm.

[第2の実施の形態に係る不揮発性半導体記憶装置の効果]
本実施の形態に係るNAND型フラッシュメモリでも、ソフトプログラム動作時に、ワード線WLと、ダミーワード線WLDS、WLDDとに異なる電圧を印加している。また、ダミーセルDC及びメモリセルMCの特性が初期の状態にある場合と、ダミーセルDC及びメモリセルMCが劣化した状態にある場合とで、ソフトプログラム電圧Vspgmとダミーワード線用ソフトプログラム電圧Vwld_spgm1、Vwld_spgm2との電圧値の大小関係を変化させている。その結果、本実施の形態に係るNAND型フラッシュメモリでも、ソフトプログラム動作後のメモリセルMCとダミーセルDCとのしきい値電圧のばらつきが抑えられる。
[Effects of Nonvolatile Semiconductor Memory Device According to Second Embodiment]
Also in the NAND flash memory according to the present embodiment, different voltages are applied to the word line WL and the dummy word lines WLDS and WLDD during the soft program operation. The soft program voltage Vspgm and the dummy word line soft program voltages Vwld_spgm1 and Vwld_spgm2 depending on whether the characteristics of the dummy cell DC and the memory cell MC are in the initial state or the dummy cell DC and the memory cell MC are in a deteriorated state. The magnitude relationship of the voltage value is changed. As a result, even in the NAND flash memory according to the present embodiment, variations in threshold voltage between the memory cell MC and the dummy cell DC after the soft program operation can be suppressed.

ここで、NAND型フラッシュメモリへの書き込み/消去動作が複数回繰り返されると、ダミーセルDCのみならず通常のメモリセルMCも劣化する。すなわち、メモリセルMCのトンネル絶縁膜も、書き込み/消去動作が繰り返されるにつれ劣化し、書き込み速度が速くなる。メモリセルMCの特性が初期の状態にある場合と、メモリセルMCが劣化した状態にある場合とで、ソフトプログラム電圧Vspgmの電圧値を同じ値にした場合、ソフトプログラム動作において一部のメモリセルMCが、過書き込み状態(OP:オーバープログラム状態)となるおそれがある。もし、しきい値電圧がソフトプログラムベリファイレベル2(電圧Vspv2)を超える過書き込み状態OPのメモリセルMCの数が所定数を超えている場合、ソフトプログラム動作を正常に終了できない。   Here, if the write / erase operation to the NAND flash memory is repeated a plurality of times, not only the dummy cell DC but also the normal memory cell MC deteriorates. That is, the tunnel insulating film of the memory cell MC also deteriorates as the write / erase operation is repeated, and the write speed is increased. When the voltage value of the soft program voltage Vspgm is set to the same value when the characteristics of the memory cell MC are in the initial state and when the memory cell MC is in a deteriorated state, a part of the memory cells in the soft program operation There is a possibility that the MC becomes overwritten (OP: overprogrammed). If the number of memory cells MC in the overwritten state OP in which the threshold voltage exceeds the soft program verify level 2 (voltage Vspv2) exceeds a predetermined number, the soft program operation cannot be terminated normally.

しかし、本実施の形態に係るNAND型フラッシュメモリにおいては、図10に示すように、ワード線に印加するソフトプログラム電圧Vspgm’を、ソフトプログラム電圧Vspgmよりも低い電圧にしている。そのため、劣化状態のメモリセルMCへの書き込み速度が抑えられ、過書き込み状態(OP:オーバープログラム状態)のセルが発生することがない。その結果、しきい値電圧がソフトプログラムベリファイレベル2(電圧Vspv2)を超える過書き込み状態OPのダミーセルDCやメモリセルMCの数が所定数を超えることがなく、ソフトプログラム動作を正常に終了することができる。このように、本実施の形態に係るNAND型フラッシュメモリは、ソフトプログラム動作を確実に実行することができる。   However, in the NAND flash memory according to the present embodiment, as shown in FIG. 10, the soft program voltage Vspgm 'applied to the word line is set to a voltage lower than the soft program voltage Vspgm. Therefore, the writing speed to the memory cell MC in the deteriorated state is suppressed, and a cell in an overwritten state (OP: overprogrammed state) does not occur. As a result, the number of dummy cells DC and memory cells MC in the overwritten state OP in which the threshold voltage exceeds the soft program verify level 2 (voltage Vspv2) does not exceed the predetermined number, and the soft program operation is normally terminated. Can do. Thus, the NAND flash memory according to the present embodiment can surely execute the soft program operation.

また、第1の実施の形態と同様に、NAND型フラッシュメモリの書き込み/消去動作が複数回繰り返され、ダミーセルDCがやや劣化した状態(第3状態)が存在していても良い。この場合も第1の実施の形態と同様に、電圧Vwld_spgm1>電圧Vwld_spgm3>電圧Vwld_spgm2と変化する。   Similarly to the first embodiment, there may exist a state (third state) in which the write / erase operation of the NAND flash memory is repeated a plurality of times and the dummy cells DC are slightly deteriorated. Also in this case, as in the first embodiment, the voltage Vwld_spgm1> the voltage Vwld_spgm3> the voltage Vwld_spgm2.

以上、本発明の実施の形態に係るNAND型フラッシュメモリを説明した。このNAND型フラッシュメモリは、ダミーセルDC及びメモリセルMCの特性が初期の状態にある場合と劣化した状態にある場合とで、ワード線に印加するソフトプログラム電圧Vspgmとダミーワード線用ソフトプログラム電圧Vwld_spgm1、Vwld_spgm2との電圧値の大小関係を変化させている。このダミーセルDC及びメモリセルMCの特性が初期状態にあるか、劣化した状態にあるかの判定は、制御回路3により行われている。以下では、制御回路3によるダミーセルDC及びメモリセルMCの特性の判定動作について説明する。ここで、以下に説明する制御回路3による判定動作は、第1及び第2の実施の形態のいずれにおいても適用され得るものである。   The NAND flash memory according to the embodiment of the present invention has been described above. In this NAND flash memory, the soft program voltage Vspgm applied to the word line and the dummy word line soft program voltage Vwld_spgm1 depending on whether the characteristics of the dummy cell DC and the memory cell MC are in the initial state or in the degraded state. , Vwld_spgm2 is changed in voltage magnitude relationship. The control circuit 3 determines whether the characteristics of the dummy cell DC and the memory cell MC are in an initial state or in a deteriorated state. Hereinafter, the determination operation of the characteristics of the dummy cell DC and the memory cell MC by the control circuit 3 will be described. Here, the determination operation by the control circuit 3 described below can be applied to both the first and second embodiments.

[制御回路3による判定動作1]
図11は、本実施の形態のNAND型フラッシュメモリのソフトプログラム動作時における、制御回路3の動作を説明するフローチャートである。
[Determination Operation 1 by Control Circuit 3]
FIG. 11 is a flowchart for explaining the operation of the control circuit 3 during the soft program operation of the NAND flash memory according to the present embodiment.

第1及び第2の実施の形態に係るNAND型フラッシュメモリのソフトプログラム動作は、消去動作に続いて実行される。ここで、上述のように、データの消去は、メモリセルMCの制御ゲート電圧を0Vとし、メモリセルMCが形成されているウェルに高電圧の消去パルスを与える。これにより、浮遊ゲート電極からトンネル絶縁膜を通して半導体基板に電子を放出し、メモリセルMCのしきい値電圧を負の方向にシフトさせる。この消去パルスの印加は、電圧値を増加させつつ複数回実行される。制御回路3は、この消去パルスの印加回数に基づいて、ダミーセルDC及びメモリセルMCの特性を判定することができる。以下、図11を参照して説明する。   The soft program operation of the NAND flash memory according to the first and second embodiments is executed following the erase operation. Here, as described above, in erasing data, the control gate voltage of the memory cell MC is set to 0 V, and a high voltage erase pulse is applied to the well in which the memory cell MC is formed. Thereby, electrons are emitted from the floating gate electrode to the semiconductor substrate through the tunnel insulating film, and the threshold voltage of the memory cell MC is shifted in the negative direction. The application of the erase pulse is executed a plurality of times while increasing the voltage value. The control circuit 3 can determine the characteristics of the dummy cell DC and the memory cell MC based on the number of times of application of the erase pulse. Hereinafter, a description will be given with reference to FIG.

NAND型フラッシュメモリの消去動作時には、ウェルに印加する消去パルス電圧を、所定の電圧値だけ増加させつつ複数回印加する。(ステップS11)。この後、消去が完了したかどうかを調べるベリファイ動作により消去動作が完了したことを確認する。この際、制御回路3は消去パルスが何回印加されたかを検知する(ステップS12)。制御回路3は、消去動作時の消去パルスの印加回数と、あらかじめ設定された判定値とを比較する(ステップS13)。   During the erase operation of the NAND flash memory, the erase pulse voltage applied to the well is applied a plurality of times while being increased by a predetermined voltage value. (Step S11). Thereafter, it is confirmed that the erase operation is completed by a verify operation for checking whether or not the erase is completed. At this time, the control circuit 3 detects how many times the erase pulse has been applied (step S12). The control circuit 3 compares the number of erase pulses applied during the erase operation with a preset determination value (step S13).

ここで、ダミーセルDC及びメモリセルMCは、NAND型フラッシュメモリの動作を繰り返すたびに、トンネル絶縁膜が劣化する。ダミーセルDC及びメモリセルMCは、トンネル絶縁膜が劣化するにつれ、浮遊ゲート電極から電子を放出する消去動作の速度が遅くなる。そのため、ダミーセルDC及びメモリセルMCが劣化するにつれ、消去動作に必要なパルス印加回数が増える。制御回路3は、この消去動作時の消去パルス印加回数と判定値とを比較する。   Here, in the dummy cell DC and the memory cell MC, the tunnel insulating film deteriorates every time the operation of the NAND flash memory is repeated. In the dummy cell DC and the memory cell MC, as the tunnel insulating film deteriorates, the speed of the erase operation for emitting electrons from the floating gate electrode becomes slower. Therefore, as the dummy cell DC and the memory cell MC deteriorate, the number of times of pulse application necessary for the erase operation increases. The control circuit 3 compares the number of times of erasing pulse application during the erasing operation with the determination value.

制御回路は、消去動作時の消去パルスの印加回数と判定値とに基づいて、ダミーセルDC及びメモリセルMCの状態を判定する(ステップS14)。例えば、消去動作時の消去パルスの印加回数が所定値を超えている場合に、制御回路3は、ダミーセルDC及びメモリセルMCは劣化状態にあると判定する一方、消去動作時の消去パルスの印加回数が所定値以下である場合に、制御回路3は、ダミーセルDC及びメモリセルMCは初期状態にあると判定する。また、制御回路3は複数の判定値を有し、その判定値との比較により初期状態、やや劣化した状態、劣化状態等の複数の状態を判定することができる。   The control circuit determines the states of the dummy cells DC and the memory cells MC based on the number of erase pulses applied during the erase operation and the determination value (step S14). For example, when the number of times of application of the erase pulse during the erase operation exceeds a predetermined value, the control circuit 3 determines that the dummy cell DC and the memory cell MC are in a deteriorated state, while applying the erase pulse during the erase operation. When the number of times is equal to or less than the predetermined value, the control circuit 3 determines that the dummy cell DC and the memory cell MC are in the initial state. The control circuit 3 has a plurality of determination values, and can determine a plurality of states such as an initial state, a slightly deteriorated state, and a deteriorated state by comparison with the determination values.

センスアンプ回路SA及びロウデコーダ/ドライバ2は、この制御回路3の判定結果に基づいて、上述の実施の形態の電圧印加方法を実行する。なお、このリセットパルス印加回数に基づく判定動作は、リセット動作時にリセットパルス印加回数を直接検知するため、制御回路3にリセットパルス印加回数を保持する必要がない。この場合、制御回路3内に情報を記憶する領域を設ける必要がなく、NAND型フラッシュメモリをより簡易な構成とすることができる。   The sense amplifier circuit SA and the row decoder / driver 2 execute the voltage application method of the above-described embodiment based on the determination result of the control circuit 3. The determination operation based on the number of reset pulse applications directly detects the number of reset pulse applications at the time of the reset operation, and thus does not require the control circuit 3 to hold the number of reset pulse applications. In this case, it is not necessary to provide an area for storing information in the control circuit 3, and the NAND flash memory can have a simpler configuration.

[制御回路3による判定動作2]
図12は、本実施の形態のNAND型フラッシュメモリのソフトプログラム動作時における、制御回路3の動作を説明するフローチャートである。図12は、制御回路3が、NAND型フラッシュメモリへの書き込み/消去動作回数に基づいて判定動作を実行する場合を示している。
[Determination Operation 2 by Control Circuit 3]
FIG. 12 is a flowchart for explaining the operation of the control circuit 3 during the soft program operation of the NAND flash memory according to the present embodiment. FIG. 12 shows a case where the control circuit 3 executes a determination operation based on the number of write / erase operations to the NAND flash memory.

この場合、NAND型フラッシュメモリに対して書き込み/消去動作が実行されるたびに、センスアンプ回路SA及びロウデコーダ/ドライバ2から制御回路3内へと書き込み/消去動作が実行されたという情報が送られる。制御回路3は、この情報に基づきNAND型フラッシュメモリへの書き込み/消去動作が実行された回数を記憶する。制御回路3は、このNAND型フラッシュメモリへの書き込み/消去動作回数に基づいて、ダミーセルDC及びメモリセルMCの特性を判定することができる。以下、図12を参照して説明する。   In this case, each time a write / erase operation is performed on the NAND flash memory, information that the write / erase operation has been performed is sent from the sense amplifier circuit SA and the row decoder / driver 2 into the control circuit 3. It is done. Based on this information, the control circuit 3 stores the number of times the write / erase operation to the NAND flash memory has been executed. The control circuit 3 can determine the characteristics of the dummy cell DC and the memory cell MC based on the number of write / erase operations to the NAND flash memory. Hereinafter, a description will be given with reference to FIG.

制御回路3による判定動作が開始されると、制御回路3は内部の記憶領域から、NAND型フラッシュメモリへの書き込み/消去動作回数についての情報を取得する(ステップS21)。ここで、書き込み/消去動作回数の情報は、ソフトプログラム動作が実行されるブロックに対して、過去に何回書き込み/消去動作が実行されたかを表す。制御回路3は、このNAND型フラッシュメモリへの書き込み/消去動作回数と、あらかじめ設定された判定値とを比較する(ステップS22)。   When the determination operation by the control circuit 3 is started, the control circuit 3 acquires information on the number of write / erase operations to the NAND flash memory from the internal storage area (step S21). Here, the information on the number of write / erase operations indicates how many times the program / erase operations have been executed in the past for the block on which the soft program operation is executed. The control circuit 3 compares the number of write / erase operations to the NAND flash memory with a preset determination value (step S22).

上述のように、ダミーセルDC及びメモリセルMCは、NAND型フラッシュメモリの書き込み/消去動作を繰り返すたびに、トンネル絶縁膜が劣化する。制御回路3は、このNAND型フラッシュメモリの書き込み/消去動作回数と判定値とに基づいて、ダミーセルDC及びメモリセルMCの状態を判定する(ステップS23)。   As described above, in the dummy cell DC and the memory cell MC, the tunnel insulating film deteriorates every time the write / erase operation of the NAND flash memory is repeated. The control circuit 3 determines the states of the dummy cells DC and the memory cells MC based on the number of write / erase operations of the NAND flash memory and the determination value (step S23).

例えば、制御回路3は、NAND型フラッシュメモリへの書き込み/消去動作回数が所定値を超えている場合に、ダミーセルDC及びメモリセルMCは劣化状態にあると判定する。一方、制御回路3は、NAND型フラッシュメモリへの書き込み/消去動作回数が所定値以下である場合に、ダミーセルDC及びメモリセルMCは初期状態にあると判定する。また、制御回路3は複数の判定値を有し、その判定値との比較により初期状態、やや劣化した状態、劣化状態等の複数の状態を判定することができる。センスアンプ回路SA及びロウデコーダ/ドライバ2は、この制御回路3の判定結果に基づいて、上述の実施の形態の電圧印加方法を実行する。   For example, the control circuit 3 determines that the dummy cell DC and the memory cell MC are in a degraded state when the number of write / erase operations to the NAND flash memory exceeds a predetermined value. On the other hand, the control circuit 3 determines that the dummy cell DC and the memory cell MC are in the initial state when the number of write / erase operations to the NAND flash memory is equal to or less than a predetermined value. The control circuit 3 has a plurality of determination values, and can determine a plurality of states such as an initial state, a slightly deteriorated state, and a deteriorated state by comparison with the determination values. The sense amplifier circuit SA and the row decoder / driver 2 execute the voltage application method of the above-described embodiment based on the determination result of the control circuit 3.

[制御回路3による判定動作3]
図13は、本実施の形態のNAND型フラッシュメモリのソフトプログラム動作時における、制御回路3の動作を説明するフローチャートである。図13は、制御回路3が、NAND型フラッシュメモリへの書き込み動作時のパルス印加回数に基づいて判定動作を実行する場合を示している。
[Determination Operation 3 by Control Circuit 3]
FIG. 13 is a flowchart for explaining the operation of the control circuit 3 during the soft program operation of the NAND flash memory according to the present embodiment. FIG. 13 shows a case where the control circuit 3 executes the determination operation based on the number of pulse application times during the write operation to the NAND flash memory.

データ書き込み動作時には、選択ワード線WLに書き込み電圧(例えば、15V〜20V)が印加される。また、選択メモリセルMCのチャネルに電圧Vssを印加する。これにより、選択メモリセルMCの浮遊ゲート電極とセルチャネルとの間に大きな電界をかけて、セルチャネルから浮遊ゲート電極に電子を注入する。この書き込みパルスの印加は、電圧値を増加させつつ複数回実行される。この書き込み動作が実行される際、センスアンプ回路SA及びロウデコーダ/ドライバ2から制御回路3へと書き込みパルスを何回印加したかという情報が送られる。制御回路3は、この情報に基づき書き込み動作時のパルス印加回数を記憶する。制御回路3は、この書き込み動作時のパルス印加回数に基づいて、ダミーセルDC及びメモリセルMCの特性を判定することができる。以下、図13を参照して説明する。   During the data write operation, a write voltage (for example, 15V to 20V) is applied to the selected word line WL. Further, the voltage Vss is applied to the channel of the selected memory cell MC. As a result, a large electric field is applied between the floating gate electrode of the selected memory cell MC and the cell channel, and electrons are injected from the cell channel into the floating gate electrode. The application of the write pulse is executed a plurality of times while increasing the voltage value. When this write operation is executed, information on how many times the write pulse has been applied is sent from the sense amplifier circuit SA and the row decoder / driver 2 to the control circuit 3. Based on this information, the control circuit 3 stores the number of pulse applications during the write operation. The control circuit 3 can determine the characteristics of the dummy cell DC and the memory cell MC based on the number of pulse applications during the write operation. Hereinafter, a description will be given with reference to FIG.

制御回路3による判定動作が開始されると、制御回路3は内部の記憶領域から、書き込み動作時のパルス印加回数についての情報を取得する(ステップS31)。ここで、書き込み動作時のパルス印加回数の情報は、ソフトプログラム動作が実行されるブロックに対して、前回書き込み動作が実行された際のパルス印加回数を表す。制御回路3は、書き込み動作時のパルス印加回数と、あらかじめ設定された判定値とを比較する(ステップS32)。   When the determination operation by the control circuit 3 is started, the control circuit 3 acquires information on the number of pulse applications during the write operation from the internal storage area (step S31). Here, the information on the number of times of pulse application at the time of the write operation represents the number of times of pulse application at the time when the previous write operation was executed for the block where the soft program operation is executed. The control circuit 3 compares the number of pulse applications during the write operation with a preset determination value (step S32).

上述のように、ダミーセルDC及びメモリセルMCは、トンネル絶縁膜が劣化するにつれ、浮遊ゲート電極に電子を注入する書き込み動作の速度が速くなる。そのため、ダミーセルDC及びメモリセルMCが劣化するにつれ、書き込み動作に必要なパルス印加回数は減少する。制御回路3は、この書き込み動作時のパルス印加回数と判定値とに基づいて、ダミーセルDC及びメモリセルMCの状態を判定する(ステップS33)。   As described above, in the dummy cell DC and the memory cell MC, the speed of the write operation for injecting electrons into the floating gate electrode increases as the tunnel insulating film deteriorates. Therefore, as the dummy cell DC and the memory cell MC deteriorate, the number of pulse applications necessary for the write operation decreases. The control circuit 3 determines the state of the dummy cell DC and the memory cell MC based on the number of pulse applications during the write operation and the determination value (step S33).

例えば、制御回路3は、書き込み動作時のパルス印加回数が所定値未満である場合に、ダミーセルDC及びメモリセルMCは劣化状態にあると判定する。一方、制御回路3は、書き込み動作時のパルス印加回数が所定値以上である場合に、ダミーセルDC及びメモリセルMCは初期状態にあると判定する。また、制御回路3は複数の判定値を有し、その判定値との比較により初期状態、やや劣化した状態、劣化状態等の複数の状態を判定することができる。センスアンプ回路SA及びロウデコーダ/ドライバ2は、この制御回路3の判定結果に基づいて、上述の実施の形態の電圧印加方法を実行する。   For example, the control circuit 3 determines that the dummy cell DC and the memory cell MC are in a deteriorated state when the number of pulse applications during the write operation is less than a predetermined value. On the other hand, the control circuit 3 determines that the dummy cell DC and the memory cell MC are in the initial state when the number of pulse applications during the write operation is equal to or greater than a predetermined value. The control circuit 3 has a plurality of determination values, and can determine a plurality of states such as an initial state, a slightly deteriorated state, and a deteriorated state by comparison with the determination values. The sense amplifier circuit SA and the row decoder / driver 2 execute the voltage application method of the above-described embodiment based on the determination result of the control circuit 3.

[制御回路3による判定動作4]
図14は、本実施の形態のNAND型フラッシュメモリのソフトプログラム動作時における、制御回路3の動作を説明するフローチャートである。図14は、制御回路3が、NAND型フラッシュメモリへのソフトプログラム動作時のパルス印加回数に基づいて判定動作を実行する場合を示している。
[Determination Operation 4 by Control Circuit 3]
FIG. 14 is a flowchart for explaining the operation of the control circuit 3 during the soft program operation of the NAND flash memory according to the present embodiment. FIG. 14 shows a case where the control circuit 3 executes the determination operation based on the number of pulse applications during the soft program operation to the NAND flash memory.

書き込み動作時と同様に、ソフトプログラム動作時も、ソフトプログラム電圧の電圧値を増加させつつ複数回パルスを印加する。このソフトプログラム動作が実行される際、センスアンプ回路SA及びロウデコーダ/ドライバ2から制御回路3へとソフトプログラムパルスを何回印加したかという情報が送られる。制御回路3は、この情報に基づきソフトプログラム動作時のパルス印加回数を記憶する。制御回路3は、例えば、このソフトプログラム動作時のパルス印加回数に基づいて、ダミーセルDC及びメモリセルMCの特性を判定することができる。以下、図14を参照して説明する。   Similar to the write operation, the pulse is applied a plurality of times while increasing the voltage value of the soft program voltage during the soft program operation. When this soft program operation is executed, information on how many times the soft program pulse has been applied is sent from the sense amplifier circuit SA and the row decoder / driver 2 to the control circuit 3. Based on this information, the control circuit 3 stores the number of pulse applications during the soft program operation. For example, the control circuit 3 can determine the characteristics of the dummy cell DC and the memory cell MC based on the number of pulse application times during the soft program operation. Hereinafter, a description will be given with reference to FIG.

制御回路3による判定動作が開始されると、制御回路3は内部の記憶領域から、ソフトプログラム動作時のパルス印加回数についての情報を取得する(ステップS41)。ここで、ソフトプログラム動作時のパルス印加回数の情報は、ソフトプログラム動作が実行されるブロックに対して、前回ソフトプログラム動作が実行された際のパルス印加回数を表す。制御回路3は、ソフトプログラム動作時のパルス印加回数と、あらかじめ設定された判定値とを比較する(ステップS42)。   When the determination operation by the control circuit 3 is started, the control circuit 3 acquires information about the number of pulse applications during the soft program operation from the internal storage area (step S41). Here, the information on the number of times of pulse application during the soft program operation represents the number of times of pulse application when the previous soft program operation was executed for the block in which the soft program operation is executed. The control circuit 3 compares the number of pulse applications during the soft program operation with a preset determination value (step S42).

上述のように、ダミーセルDC及びメモリセルMCは、トンネル絶縁膜が劣化するにつれ、浮遊ゲート電極に電子を注入する書き込み動作の速度が速くなる。そのため、ダミーセルDC及びメモリセルMCが劣化するにつれ、ソフトプログラム動作に必要なパルス印加回数は減少する。制御回路3は、このソフトプログラム動作時のパルス印加回数と判定値とに基づいて、ダミーセルDC及びメモリセルMCの状態を判定する(ステップS43)。   As described above, in the dummy cell DC and the memory cell MC, the speed of the write operation for injecting electrons into the floating gate electrode increases as the tunnel insulating film deteriorates. Therefore, as the dummy cell DC and the memory cell MC deteriorate, the number of pulse applications necessary for the soft program operation decreases. The control circuit 3 determines the states of the dummy cells DC and the memory cells MC based on the number of pulse applications during the soft program operation and the determination value (step S43).

制御回路3は、ソフトプログラム動作時のパルス印加回数が所定値未満である場合に、ダミーセルDC及びメモリセルMCは劣化状態にあると判定する。一方、制御回路3は、ソフトプログラム動作時のパルス印加回数が所定値以上である場合に、ダミーセルDC及びメモリセルMCは初期状態にあると判定する。また、制御回路3は複数の判定値を有し、その判定値との比較により初期状態、やや劣化した状態、劣化状態等の複数の状態を判定することができる。センスアンプ回路SA及びロウデコーダ/ドライバ2は、この制御回路3の判定結果に基づいて、上述の実施の形態の電圧印加方法を実行する。   The control circuit 3 determines that the dummy cell DC and the memory cell MC are in a deteriorated state when the number of pulse applications during the soft program operation is less than a predetermined value. On the other hand, the control circuit 3 determines that the dummy cell DC and the memory cell MC are in the initial state when the number of pulse applications during the soft program operation is equal to or greater than a predetermined value. The control circuit 3 has a plurality of determination values, and can determine a plurality of states such as an initial state, a slightly deteriorated state, and a deteriorated state by comparison with the determination values. The sense amplifier circuit SA and the row decoder / driver 2 execute the voltage application method of the above-described embodiment based on the determination result of the control circuit 3.

以上、制御回路3によるセルの特性の判定動作について説明した。ここで、NAND型フラッシュメモリにおいて、制御回路3の判定動作は上述の動作のいずれか1つであってもよいし、複数の判定動作を組み合わせてもよい。   The cell characteristic determination operation by the control circuit 3 has been described above. Here, in the NAND flash memory, the determination operation of the control circuit 3 may be any one of the above-described operations, or a plurality of determination operations may be combined.

[その他]
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更、追加、組み合わせ等が可能である。例えば、NANDセルユニット1の端部にダミーセルDCを設けずに、メモリセルアレイを構成することもできる。この場合、実施の形態における説明のうち、ダミーセルDCをメモリセルMC0、MC63とし、ダミーワード線WLDD、WLDSとすることによりダミーセルDCが設けられていない場合の説明となる。
[Others]
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to these, A various change, addition, a combination, etc. are possible in the range which does not deviate from the meaning of invention. For example, the memory cell array can be configured without providing the dummy cell DC at the end of the NAND cell unit 1. In this case, in the description of the embodiment, the dummy cells DC are the memory cells MC0 and MC63, and the dummy word lines WLDD and WLDS are used so that the dummy cells DC are not provided.

選択トランジスタSTD、STSの間に直列接続されるメモリセルMCnの数は複数(2のべき乗)であればよく、その数は64個に限定されるものではない。そして、メモリセルに記憶されるデータは2値データ、又は4値データであるものとして説明したが、これはその他の値のデータ(例えば8値データ)であってもよい。   The number of memory cells MCn connected in series between the select transistors STD and STS may be plural (power of 2), and the number is not limited to 64. The data stored in the memory cell has been described as being binary data or quaternary data, but this may be data of other values (for example, 8-value data).

また、ダミーセルDCはNANDセルユニット1のドレイン側選択ゲート線SGD側のみ、または、ソース側選択ゲート線SGS側のみに配置されている場合でも、本発明の実施の形態を適用できる。また、ダミーセルDCはNANDセルユニット1の端部に1つ設けられる場合だけでなく2つ以上設けられていても良い。この場合、ドレイン側選択ゲート線SGD及びソース側選択ゲート線SGSに隣接するダミーセルDCにのみ本発明の実施の形態を適用しても良いし、全てのダミーセルDCに本発明の実施の形態を適用しても良い。   Further, even when the dummy cell DC is arranged only on the drain side selection gate line SGD side or only on the source side selection gate line SGS side of the NAND cell unit 1, the embodiment of the present invention can be applied. Further, not only one dummy cell DC is provided at the end of the NAND cell unit 1, but also two or more dummy cells DC may be provided. In this case, the embodiment of the present invention may be applied only to the dummy cells DC adjacent to the drain side selection gate line SGD and the source side selection gate line SGS, or the embodiment of the present invention is applied to all dummy cells DC. You may do it.

1・・・NANDセルユニット、 2・・・ロウデコーダ/ドライバ、 3・・・制御回路、 MC・・・メモリセル、 WL・・・ワード線、 BL・・・ビット線、 SL・・・ソース線、 STS・・・ソース側選択ゲートトランジスタ、 SGS・・・ソース側選択ゲート線、 STD・・・ドレイン側選択ゲートトランジスタ、 SGD・・・ドレイン側選択ゲート線、 DC・・・ダミーセル、 WLDS・・・ソース側ダミーワード線 WLDD・・・ドレイン側ダミーワード線。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... NAND cell unit, 2 ... Row decoder / driver, 3 ... Control circuit, MC ... Memory cell, WL ... Word line, BL ... Bit line, SL ... Source STS ... Source side select gate line, SGS ... Source side select gate line, STD ... Drain side select gate transistor, SGD ... Drain side select gate line, DC ... Dummy cell, WLDS ..Source side dummy word line WLDD... Drain side dummy word line.

Claims (6)

複数の不揮発性メモリセルを直列接続してなるメモリストリング、及び前記メモリストリングの両端にそれぞれ接続される選択トランジスタを含むNANDセルユニットを配列してなるメモリセルアレイと、
前記不揮発性メモリセルの制御ゲート電極に接続されるワード線と、
前記NANDセルユニットの第1の端部に接続されるビット線と、
前記NANDセルユニットの第2の端部に接続されるソース線と、
所定範囲の前記不揮発性メモリセルのデータを一括消去した後、過消去状態を解消した第1のしきい値電圧分布状態に設定するソフトプログラム動作を制御する制御回路とを備え、
前記制御回路は、
前記不揮発性メモリセルの特性が第1状態にあると判定される場合において、
前記ワード線のうち前記NANDセルユニットの端部の前記不揮発性メモリセルに接続された第2のワード線を除く第1のワード線に、前記不揮発性メモリセルを前記第1のしきい値電圧分布状態に設定するための第1電圧を印加し、
前記第2のワード線に、前記第1電圧より所定の電圧値だけ高い第2電圧を印加して前記ソフトプログラム動作を実行し、
前記不揮発性メモリセルの特性が第2状態にあると判定される場合において、
前記第1のワード線に、前記第1電圧の電圧値以下の第3電圧を印加し、
前記第2のワード線に、前記第2電圧より所定の電圧値だけ低い第4電圧を印加して前記ソフトプログラム動作を実行する
ことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
A memory cell array formed by arranging a memory string formed by connecting a plurality of nonvolatile memory cells in series, and NAND cell units each including a selection transistor connected to both ends of the memory string;
A word line connected to a control gate electrode of the nonvolatile memory cell;
A bit line connected to a first end of the NAND cell unit;
A source line connected to a second end of the NAND cell unit;
A control circuit for controlling a soft program operation for setting the first threshold voltage distribution state in which the over-erased state is canceled after collectively erasing data of the nonvolatile memory cells in a predetermined range,
The control circuit includes:
In the case where it is determined that the characteristics of the nonvolatile memory cell are in the first state,
The non-volatile memory cell is connected to the first threshold voltage on a first word line excluding a second word line connected to the non-volatile memory cell at the end of the NAND cell unit among the word lines. Apply a first voltage to set the distribution state,
Applying a second voltage higher than the first voltage by a predetermined voltage value to the second word line to execute the soft program operation;
In the case where it is determined that the characteristics of the nonvolatile memory cell are in the second state,
Applying a third voltage equal to or lower than the voltage value of the first voltage to the first word line;
The nonvolatile semiconductor memory device, wherein the soft program operation is executed by applying a fourth voltage lower than the second voltage by a predetermined voltage value to the second word line.
前記第4電圧は、前記第3電圧よりも所定の電圧値だけ低い電圧であることを特徴とする請求項1記載の不揮発性半導体記憶装置。   The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein the fourth voltage is a voltage lower than the third voltage by a predetermined voltage value. 前記第3電圧は、前記第1電圧よりも所定の電圧値だけ低い電圧であることを特徴とする請求項1又は2に記載の不揮発性半導体記憶装置。   The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein the third voltage is a voltage lower than the first voltage by a predetermined voltage value. 前記不揮発性メモリセルのうち前記NANDセルユニットの端部に設けられた前記不揮発性メモリセルは、データの記憶のために用いられないダミーセルであり、
前記第2のワード線は、前記ダミーセルの制御ゲート電極に接続されるダミーワード線であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の不揮発性半導体記憶装置。
The nonvolatile memory cell provided at the end of the NAND cell unit among the nonvolatile memory cells is a dummy cell that is not used for data storage,
4. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein the second word line is a dummy word line connected to a control gate electrode of the dummy cell.
前記制御回路は、前記不揮発性メモリセルが形成された半導体基板にパルス電圧を印加して、所定範囲の前記不揮発性メモリセルのデータを一括消去する消去動作を制御するとともに、
前記制御回路は、前記消去動作時のパルス印加回数に基づいて前記不揮発性メモリセルの特性が第1状態にあるか第2状態にあるかを判定する
ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の不揮発性半導体記憶装置。
The control circuit applies a pulse voltage to the semiconductor substrate on which the nonvolatile memory cells are formed, and controls an erase operation for collectively erasing data of the nonvolatile memory cells in a predetermined range,
5. The control circuit according to claim 1, wherein the control circuit determines whether the characteristic of the nonvolatile memory cell is in a first state or a second state based on the number of pulse applications during the erasing operation. The nonvolatile semiconductor memory device according to any one of the above.
前記制御回路は、前記不揮発性メモリセルのうちの1つを選択メモリセルとして選択して、前記選択メモリセルに接続された選択ワード線にパルス電圧を印加して前記選択メモリセルにデータを書き込む書き込み動作、及び前記不揮発性メモリセルが形成された半導体基板にパルス電圧を印加して、所定範囲の前記不揮発性メモリセルのデータを一括消去する消去動作を制御するとともに、
前記制御回路は、前記書き込み動作又は前記消去動作が実行された回数に基づいて前記不揮発性メモリセルの特性が第1状態にあるか第2状態にあるかを判定する
ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の不揮発性半導体記憶装置。
The control circuit selects one of the nonvolatile memory cells as a selected memory cell, applies a pulse voltage to a selected word line connected to the selected memory cell, and writes data to the selected memory cell. A write operation and a pulse voltage is applied to the semiconductor substrate on which the nonvolatile memory cell is formed to control an erase operation for collectively erasing data of the nonvolatile memory cell in a predetermined range,
The control circuit determines whether a characteristic of the nonvolatile memory cell is in a first state or a second state based on the number of times the write operation or the erase operation is performed. The nonvolatile semiconductor memory device according to any one of 1 to 4.
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