JP2013145623A - 不揮発性半導体記憶装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】消去電圧印加動作及び消去ベリファイ動作を適切に実行することのできる不揮発性半導体記憶装置を提供する。
【解決手段】一の実施の形態に係る不揮発性半導体記憶装置は、複数のメモリセルを備えたメモリセルアレイと、メモリストリングに含まれる複数のメモリセルに対し消去電圧を印加して複数のメモリセルを消去状態に変化させる消去電圧印加動作と、複数のメモリセルが消去状態であるか否かを判定する消去ベリファイ動作とを含む消去動作を司る制御部とを備える。制御部は、消去電圧印加動作の実行回数が第1の回数未満の場合、複数のメモリセルの全てを対象として消去ベリファイ動作を実行するように構成されている。制御部は、消去電圧印加動作の実行回数が第1の回数以上の場合、複数のメモリセルの一部を対象として消去ベリファイ動作を実行した後、複数のメモリセルの残りの部分を対象として消去ベリファイ動作を実行するように構成されている。
【選択図】図7
【解決手段】一の実施の形態に係る不揮発性半導体記憶装置は、複数のメモリセルを備えたメモリセルアレイと、メモリストリングに含まれる複数のメモリセルに対し消去電圧を印加して複数のメモリセルを消去状態に変化させる消去電圧印加動作と、複数のメモリセルが消去状態であるか否かを判定する消去ベリファイ動作とを含む消去動作を司る制御部とを備える。制御部は、消去電圧印加動作の実行回数が第1の回数未満の場合、複数のメモリセルの全てを対象として消去ベリファイ動作を実行するように構成されている。制御部は、消去電圧印加動作の実行回数が第1の回数以上の場合、複数のメモリセルの一部を対象として消去ベリファイ動作を実行した後、複数のメモリセルの残りの部分を対象として消去ベリファイ動作を実行するように構成されている。
【選択図】図7
Description
本明細書に記載の実施の形態は、電気的書き換え可能な不揮発性半導体記憶装置に関する。
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のデータ消去動作では、消去動作が完了したか否かを確認するためのベリファイ読み出し動作(消去ベリファイ動作)を行うことができる。消去ベリファイ動作の結果、消去が十分になされていないと判断される場合には、消去電圧印加動作及び消去ベリファイ動作が繰り返される。ところで、1つのメモリセルに対し書き込み・消去動作が繰り返し行われると、メモリセルが劣化する。このメモリセルの劣化状態を考慮せず消去電圧印加動作及び消去ベリファイ動作を実行すると、消去電圧印加動作及び消去ベリファイ動作を適切に実行できないおそれがある。
以下に記載の実施の形態は、消去電圧印加動作及び消去ベリファイ動作を適切に実行することのできる不揮発性半導体記憶装置を提供するものである。
本発明の一の実施の形態に係る不揮発性半導体記憶装置は、複数のメモリセルが直列接続されたメモリストリング、メモリストリングの一端に接続される第1の選択トランジスタ、メモリストリングの他端に接続される第2の選択トランジスタ、第1の選択トランジスタを介してメモリストリングに接続されるビット線、第2の選択トランジスタを介してメモリストリングに接続されるソース線、及びメモリセルの制御ゲート電極に接続されたワード線を備えたメモリセルアレイと、メモリストリングに含まれる複数のメモリセルに対し消去電圧を印加して複数のメモリセルを消去状態に変化させる消去電圧印加動作と、複数のメモリセルが消去状態であるか否かを判定する消去ベリファイ動作とを含む消去動作を司る制御部とを備える。制御部は、1つの消去動作における消去電圧印加動作の実行回数が第1の回数未満の場合、複数のメモリセルの全てを対象として消去ベリファイ動作を実行するように構成されている。制御部は、1つの消去動作における消去電圧印加動作の実行回数が第1の回数以上の場合、複数のメモリセルの一部を対象として消去ベリファイ動作を実行した後、複数のメモリセルの残りの部分を対象として消去ベリファイ動作を実行するように構成されている。
次に、図面を参照して、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)
図1は、第1の実施の形態に係るNAND型フラッシュメモリの構成を示すブロック図である。図2は、第1の実施の形態に係るNAND型フラッシュメモリのメモリセルアレイの等価回路図である。
(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)
図1は、第1の実施の形態に係るNAND型フラッシュメモリの構成を示すブロック図である。図2は、第1の実施の形態に係るNAND型フラッシュメモリのメモリセルアレイの等価回路図である。
メモリセルアレイ11は、図2に示すように、NANDセルユニットNUをマトリクス配列して構成されている。各NANDセルユニットNUは、複数個(図2の例では64個)の直列接続された電気的書き換え可能な不揮発性メモリセルMC0−MC63(メモリストリング)と、メモリストリングの両端をそれぞれビット線BLと共通ソース線CELSRCに接続するための選択ゲートトランジスタS1及びS2を有する。ここで、各メモリセルMCは半導体基板上に形成されたp型ウェル上に、ゲート絶縁膜、電荷蓄積層(浮遊ゲート電極、トラップ準位を有する絶縁膜など)、ゲート間絶縁膜及び制御ゲート電極が積層された積層ゲート構造を有するものとする。
NANDセルユニットNU内のメモリセルMCの制御ゲートは異なるワード線WL0−WL63に接続される。選択ゲートトランジスタS1、S2のゲートはそれぞれ選択ゲート線SGD、SGSに接続される。1ワード線を共有するNANDセルユニットNUの集合は、データ消去の単位となるブロックを構成する。図2に示すように、ビット線方向に複数のブロックBLKn(nは1以上の整数)が配置される。各ビット線BLは、後述するセンスアンプ12に接続される。1本のワード線WLに共通に接続されたメモリセルMCが1ページを構成する。
図1に示すように、センスアンプ12は、メモリセルアレイ11のビット線方向に配置され、ビット線BLに接続されてページ単位のデータ読み出しを行うと共に、1ページの書き込みデータを保持するデータラッチを兼ねる。即ち、読み出し及び書き込みはページ単位で行われる。センスアンプ12には、入出力データを一時保持するデータキャッシュ及びカラム選択を行うカラム選択回路が付属する。
ロウデコーダ13は、メモリセルアレイ11のワード線方向に配置され、ロウアドレスに従ってワード線WL及び選択ゲート線SGD、SGSを選択駆動する。このロウデコーダ13は、ワード線ドライバ及び選択ゲート線ドライバを含む。また、センスアンプ12内のカラム選択回路を制御するカラムデコーダ18が、センスアンプ12に付随して設けられている。ロウデコーダ13、カラムデコーダ18及びセンスアンプ12は、メモリセルアレイ11のデータ読み出しと書き込みを行うための読み出し/書き込み回路を構成している。
ホスト(または、メモリコントローラ)MHは、入出力ポートI/OにアドレスデータAddやコマンドデータComを供給する。入出力ポートI/Oと、センスアンプ12との間では、入出力バッファ15及びデータ線14によりデータ転送が行われる。即ち、センスアンプ12に読み出されたページデータは、データ線14に出力され、入出力バッファ15を介して入出力ポートI/Oに出力される。また入出力ポートI/Oから供給される書き込みデータは、入出力バッファ15を介し、センスアンプ12にロードされる。
入出力ポートI/Oから供給されるアドレスデータAddは、アドレスレジスタ17を介してロウデコーダ13及びカラムデコーダ18に供給される。入出力ポートI/Oから供給されるコマンドデータComはデコードされて制御信号発生回路16にセットされる。
チップイネーブル信号/CE、アドレスラッチイネーブル信号ALE、コマンドラッチイネーブル信号CLE、書き込みイネーブル信号/WE、読み出しイネーブル信号/REの各外部制御信号は、制御信号発生回路16に供給される。制御信号発生回路16は、コマンドCom及び外部制御信号に基づいて、メモリ動作全般の動作制御を行う他、内部電圧発生回路19を制御して、データ読み出し、書き込み及び消去に必要な各種内部電圧を発生させる。これらの周辺回路が実施の形態の不揮発性半導体記憶装置の制御部を構成する。
また、入出力バッファ15、制御信号発生回路16、アドレスレジスタ17の機能をホスト(または、メモリコントローラ)MHに配置することもできる。
[データ記憶]
次に、不揮発性半導体記憶装置のデータ記憶方式の概略を、図3A及び図3Bを参照して説明する。図3A及び図3Bは、メモリセルMCに記憶するデータと閾値電圧の関係を示す。
次に、不揮発性半導体記憶装置のデータ記憶方式の概略を、図3A及び図3Bを参照して説明する。図3A及び図3Bは、メモリセルMCに記憶するデータと閾値電圧の関係を示す。
図3Aは、メモリセルMCが1ビット(2値データ)を記憶する場合の、データ(“1”、“0”)と閾値電圧分布との関係を示している。図3Bは、メモリセルMCが2ビット(4値データ)を記憶する場合の、データ(“11”、“01”、“10”、“00”)と閾値電圧分布との関係を示している。ブロック消去後のメモリセルMCの閾値電圧分布Eは、データ“1”、又は“11”が割り当てられる。また、閾値電圧分布A、B、Cにもそれぞれ書き込みデータが割り当てられる。
なお、図3A及び図3Bにおいて、読み出し電圧VA、VB、VCは、データを読み出す場合に選択した選択メモリセルMCの制御ゲート(選択ワード線WL)に印加される電圧である。読み出しパス電圧Vreadは、データの読み出しを行う場合に、非選択のメモリセルMCの制御ゲート(非選択ワード線WL)に対し印加され、非選択のメモリセルMCの保持データにかかわらず非選択のメモリセルMCを導通させる電圧である。電圧Vevは、メモリセルMCのデータを消去する場合において、その消去が完了したか否かを確認するためメモリセルMCに印加される消去ベリファイ電圧である。電圧Vevは、例えば負の電圧、または、0V(Vev≦0V)である。上述の各電圧の大小関係は、Vev≦VA<VB<VC<Vreadである。なお、電圧VAは負の電圧に設定することもできる。
[消去動作]
図4は、消去動作時の閾値電圧分布を説明する図である。図5は、消去電圧印加動作時に印加される電圧を説明する図である。図6は、消去電圧印加動作時の電圧を示す電圧波形図である。消去電圧印加動作は、上述のブロックBLK単位で実行される。ここで、選択されたブロックBLKのメモリセルMCを消去することを、ブロックを消去すると称する場合がある。図5に示すように、セルウェル(CPWELL)に消去電圧Vera(例えば、15V以上)、選択ブロック内の全ワード線WLに0Vを印加して、各メモリセルMCの浮遊ゲート電極の電荷をセルウェル側に引き抜いて、メモリセルMCの閾値電圧を低下させる。この時、選択ゲートトランジスタS1、S2のゲート酸化膜が破壊されないようにするため、選択ゲート線SGD、SGSはフローティング状態とする。また、ビット線BL及びソース線CELSRCもフローティング状態とする。これにより、図4に示すようにメモリセルMCの閾値電圧を負方向に移動させる。
図4は、消去動作時の閾値電圧分布を説明する図である。図5は、消去電圧印加動作時に印加される電圧を説明する図である。図6は、消去電圧印加動作時の電圧を示す電圧波形図である。消去電圧印加動作は、上述のブロックBLK単位で実行される。ここで、選択されたブロックBLKのメモリセルMCを消去することを、ブロックを消去すると称する場合がある。図5に示すように、セルウェル(CPWELL)に消去電圧Vera(例えば、15V以上)、選択ブロック内の全ワード線WLに0Vを印加して、各メモリセルMCの浮遊ゲート電極の電荷をセルウェル側に引き抜いて、メモリセルMCの閾値電圧を低下させる。この時、選択ゲートトランジスタS1、S2のゲート酸化膜が破壊されないようにするため、選択ゲート線SGD、SGSはフローティング状態とする。また、ビット線BL及びソース線CELSRCもフローティング状態とする。これにより、図4に示すようにメモリセルMCの閾値電圧を負方向に移動させる。
データ消去動作において、消去電圧Veraを印加した後に、メモリセルMCの閾値電圧が消去ベリファイ電圧Vev以下になっていることを確認するためのベリファイ読み出し動作(消去ベリファイ動作)を行う。消去ベリファイ動作の制御については、後述する。図6に示すように、1回目の消去電圧Veraの印加時には、消去電圧Veraは電圧Vera0に設定される。この1回目の消去電圧Veraの印加後に消去ベリファイ動作が実行される。消去ベリファイ動作により、消去不十分のメモリセルMCがあることが検知された場合、再度消去電圧印加動作を行う。再度消去電圧印加動作を行う場合、消去電圧Veraは、ステップアップ値ΔVera(>0)だけ大きい電圧に設定される(ステップアップ動作)。以下、データ消去が完了するまで消去電圧印加動作、消去ベリファイ動作、ステップアップ動作を繰り返す。繰り返し回数が多くなるほど、消去電圧VeraはΔVeraずつ増加する。
[消去ベリファイ動作]
次に、消去ベリファイ動作の制御について説明する。図7は、第1の実施の形態に係る消去電圧印加動作及び消去ベリファイ動作を説明するフローチャートである。図8及び図9は、第1の実施の形態に係る消去ベリファイ動作時の電圧を説明する図である。
次に、消去ベリファイ動作の制御について説明する。図7は、第1の実施の形態に係る消去電圧印加動作及び消去ベリファイ動作を説明するフローチャートである。図8及び図9は、第1の実施の形態に係る消去ベリファイ動作時の電圧を説明する図である。
図7に示すように、消去動作が開始されると、ステップS11において、消去電圧印加動作が実行される。消去電圧印加動作は、上述のように、セルウェルに消去電圧Veraを印加して、メモリセルMCの閾値電圧を低下させる動作である(図5参照)。次に、ステップS12において、消去電圧Veraの印加回数が第1の判定値X1未満であるか否かが判定される。第1の判定値X1は、例えば5回に設定される。消去電圧Veraの印加回数は、例えば制御信号発生回路16が内部電圧発生回路19に送付した消去電圧Veraの印加信号を加算することにより計数することができる。本実施の形態の不揮発性半導体記憶装置では、消去電圧Veraの印加回数が第1の判定値X1未満である場合、第1の消去ベリファイ動作を実行する(ステップS13)。一方、消去電圧Veraの印加回数が第1の判定値X1以上である場合、第2の消去ベリファイ動作を実行する(ステップS14)。この第1及び第2の消去ベリファイ動作について、図8及び図9を参照して説明する。
図8は、第1の消去ベリファイ動作時の電圧を説明する図である。図8は、メモリセルMCが消去ベリファイ電圧Vev(例えば−1V)まで消去されたか否かを読み出す例を示している。第1の消去ベリファイ動作時には、ソース線CELSRC及びセルウェルCPWELLに電圧1V、選択ブロックの全ワード線に0V、ビット線BLに2Vを印加する。選択ゲート線SG1、SG2にはブロック選択電圧(例えば4V)を印加して、導通させておく。図8に示す電圧印加状態により、ビット線BLから電流が流れ、ビット線BLの電圧が低下していることが検出された場合、NANDセルユニットNU内(または、ブロックBLK内)の全メモリセルMCの消去が十分に行われたことになり、消去動作を終了する。ここで、ビット線電圧が保持されれば、消去不十分のメモリセルMCがあることを示している。
図9は、第2の消去ベリファイ動作時の電圧を説明する図である。図9も、メモリセルMCが閾値電圧Vev(例えば−1V)まで消去されたか否かを読み出す例を示している。第2の消去ベリファイ動作は、選択ゲート線SG1、SG2にはブロック選択電圧(例えば4V)を印加し、ソース線CELSRC及びセルウェルCPWELLに電圧1V、ビット線BLに2Vを印加する点において、第1の消去ベリファイ動作と同様である。第2の消去ベリファイ動作は、第1段階と第2段階との2段階に分けて、1つのNANDセルユニットNU内(または、ブロックBLK内)のメモリセルMCに対して消去ベリファイ動作を実行する点が第1の消去ベリファイ動作と異なる。
第2の消去ベリファイ動作の第1段階では、選択ブロックのワード線WLのうち、ビット線BL側から数えて偶数番目のワード線WL(WL0、WL2、・・・)に0Vが印加され、奇数番目のワード線WL(WL1、WL3、・・・)に、メモリセルMCの消去状態にかかわらずメモリセルMCを導通させる電圧(例えば5V)が印加される。すなわち、偶数番目のメモリセルMCだけを対象として、消去ベリファイ動作が実行される。なお、奇数番目のワード線WLに印加される電圧は、メモリセルMCの消去状態にかかわらずメモリセルMCを導通させる電圧でなくても、偶数番目のワード線WLの電圧よりも高ければ良い。第1段階の電圧印加状態により、ビット線BLから電流が流れ、ビット線BLの電圧が低下していることが検出された場合、NANDセルユニットNU内の偶数番目のメモリセルMCの消去が十分に行われたことになる。ここで、ビット線電圧が保持されれば、消去不十分のメモリセルMCがあることを示している。
次に、第2の消去ベリファイ動作の第2段階では、ビット線BL側から数えて奇数番目のワード線WL(WL1、WL3、・・・)に0Vが印加され、偶数番目のワード線WL(WL0、WL2、・・・)に、メモリセルMCの消去状態にかかわらずメモリセルMCを導通させる電圧(例えば5V)が印加される。すなわち、奇数番目のメモリセルMCだけを対象として、消去ベリファイ動作が実行される。なお、偶数番目のワード線WLに印加される電圧は、メモリセルMCの消去状態にかかわらずメモリセルMCを導通させる電圧でなくても、奇数番目のワード線WLの電圧よりも高ければ良い。第2段階の電圧印加状態により、ビット線BLから電流が流れ、ビット線BLの電圧が低下していることが検出された場合、NANDセルユニットNU内の奇数番目のメモリセルMCの消去が十分に行われたことになる。ここで、ビット線電圧が保持されれば、消去不十分のメモリセルMCがあることを示している。以上のように、図9に示す第2の消去ベリファイ動作では、2段階に分けて、1つのNANDセルユニットNU内(または、ブロックBLK内)のメモリセルMCに対して消去ベリファイ動作を実行する。
図8及び図9に示す電圧印加状態は、ソース線CELSRC及びセルウェルCPWELLに所定電圧を印加して、選択ワード線WLに負の電圧を印加して読み出しを行う場合と同様の状態を得るいわゆるネガティブセンス方式の例である。消去ベリファイ動作は、図8及び図9に示す電圧値に限定されず、メモリセルMCの閾値電圧が消去ベリファイ電圧Vev(例えば、0V)以下であることが検出することができればよい。
この第1及び第2の消去ベリファイ動作の後に、消去ベリファイ動作が正常に終了したか否かを判定する(図7のステップS15、S16)。第1及び第2の消去ベリファイ動作により消去不十分のメモリセルMCがあると判定された場合、消去電圧Veraをステップアップ値ΔVeraだけ大きい電圧に設定して、再度消去電圧Veraの印加動作が実行される(ステップS11)。消去ベリファイ動作によりメモリセルMCが十分に消去されたと判定された場合、消去動作が終了する。ここで、第2の消去ベリファイ動作において第1段階、または、第2段階のいずれか一方が正常に終了した場合、次の第2の消去ベリファイ動作において、正常に終了した段階の消去ベリファイ動作を省略することができる。その結果、高速に消去ベリファイ動作を終了することができる。
なお、上述の実施の形態では、消去電圧Veraの印加回数が第1の判定値X1未満か否かに基づいて、第1の消去ベリファイ動作を実行するか第2の消去ベリファイ動作を実行するかが変更される例を説明した。この第1の判定値X1の値は、5回に限られず自由に変更することができる。以下の他の実施の形態でも同様である。また、第2の消去ベリファイ動作における第1段階と第2段階の順番も変更可能である。
[効果]
次に、本実施の形態に係る消去動作及び消去ベリファイ動作の効果について説明する。不揮発性半導体記憶装置のメモリセルMCに対し書き込み・消去動作が繰り返し行われると、トンネル絶縁膜が劣化する。トンネル絶縁膜が劣化すると、消去動作時に電荷蓄積層に蓄積された電荷が放出されにくくなる。その結果、メモリセルMCの閾値電圧が下がりにくくなる。1つのブロックに対するデータ消去動作を実行する場合、メモリセルMCに対する書き込み/消去回数が少ない状態(以下、「フレッシュ状態」と称する場合もある)では、少ない印加回数の消去電圧VeraだけでブロックBLKを十分に消去可能である。一方、メモリセルMCに対する書き込み/消去回数が多い状態(以下、「サイクルド状態」と称する場合もある)では、メモリセルMCの閾値電圧が下がりにくくなるため、消去電圧印加動作を多く実行しなければならず、消去動作の低速化を招くおそれがある。
次に、本実施の形態に係る消去動作及び消去ベリファイ動作の効果について説明する。不揮発性半導体記憶装置のメモリセルMCに対し書き込み・消去動作が繰り返し行われると、トンネル絶縁膜が劣化する。トンネル絶縁膜が劣化すると、消去動作時に電荷蓄積層に蓄積された電荷が放出されにくくなる。その結果、メモリセルMCの閾値電圧が下がりにくくなる。1つのブロックに対するデータ消去動作を実行する場合、メモリセルMCに対する書き込み/消去回数が少ない状態(以下、「フレッシュ状態」と称する場合もある)では、少ない印加回数の消去電圧VeraだけでブロックBLKを十分に消去可能である。一方、メモリセルMCに対する書き込み/消去回数が多い状態(以下、「サイクルド状態」と称する場合もある)では、メモリセルMCの閾値電圧が下がりにくくなるため、消去電圧印加動作を多く実行しなければならず、消去動作の低速化を招くおそれがある。
本実施の形態に係る消去電圧印加動作及び消去ベリファイ動作では、消去電圧の印加回数が第1の判定値X1未満の場合、第1の消去ベリファイ動作を実行する。メモリセルMCに対する書き込み/消去回数が少なければ、ブロックBLKは少ない印加回数の消去電圧Veraだけで十分に精度よく消去が可能である。メモリセルMCに対する書き込み/消去回数が少なく、メモリセルMCが劣化していない場合、第1の消去ベリファイ動作で消去ベリファイ動作をパスして、データ消去動作を終了することができる。
一方、本実施の形態に係る消去電圧印加動作及び消去ベリファイ動作では、消去電圧の印加回数が第1の判定値X1以上の場合、第2の消去ベリファイ動作を実行する。消去電圧の印加回数が第1の判定値X1以上の場合、メモリセルMCに対する書き込み/消去回数が多く、メモリセルMCの閾値電圧が下がりにくくなったブロックBLKである可能性が高い。そのようなブロックBLKに対して第2の消去ベリファイ動作を実行することにより、以下に説明するような効果が得られる。
図10は、第2の消去ベリファイ動作において印加される電圧によるメモリセルMCへの影響を模式的に示す図である。図10は、メモリセルMCの断面図を模式的に示している。メモリセルMCは、セルウェルCPWELLと、セルウェルCPWELL上にトンネル絶縁膜(図示略)を介して形成された電荷蓄積層FG及び制御ゲート電極CGを有する。電荷蓄積層FGと制御ゲート電極CGとの間にはゲート間絶縁膜(図示略)が配置されている。制御ゲート電極CGは紙面垂直方向に伸びるワード線WLの一部である。図10に示すように、第2の消去ベリファイ動作の対象となるメモリセルMCの電荷蓄積層FGに対しては、隣接ワード線WLn−1、WLn+1に印加される電圧(5V)による影響が及ぶ。メモリセルMCの電荷蓄積層FGの電位は、電圧(5V)が印加される隣接ワード線WLn−1、WLn+1との容量結合により上昇する。
その結果、第2の消去ベリファイ動作の対象となるメモリセルMCは、電圧0Vよりも隣接ワード線WLn−1、WLn+1との容量結合による上昇分だけ高い電圧が印加された状態となる。これは、消去ベリファイ電圧Vevを隣接ワード線WLn−1、WLn+1との容量結合による上昇分だけ高くした状態で消去ベリファイ動作を実行することと等価となる。この場合、図11に示すように、メモリセルMCの閾値電圧分布が、第1の消去ベリファイ動作でベリファイパスする分布Eよりも高い分布E’の状態でも、消去ベリファイ動作が終了する。
上述のように、第2の消去ベリファイ動作は、消去電圧印加回数が第1の判定値X1以上であり、メモリセルMCの閾値電圧が下がりにくくなった際に行われる。この第2の消去ベリファイ動作を2段階に分けて実行することにより、消去ベリファイ電圧Vevの値を高くした状態と同様の効果が得られる。すなわち、サイクルド状態の消去ベリファイ動作の判定条件を緩和することになる。ここで、消去ベリファイ電圧Vevは隣接する閾値電圧分布Aの下限に対してある程度のマージンを持った値となっているため、消去ベリファイ動作の判定条件を緩和しても問題は生じない。消去ベリファイ電圧Vevは、例えば、閾値電圧が下がりやすいフレッシュ状態のセルが1回の消去動作によってその閾値電圧分布の上限が消去ベリファイ電圧Vevよりも低くなる値に設定すれば、閾値電圧分布Aの下限に対してマージンを持った値にすることができる。そのため、メモリセルMCの閾値電圧分布の上限が消去ベリファイ電圧Vev以下となるまで消去電圧印加動作を繰り返す必要がなく、消去電圧印加動作の回数を抑えることができる。
また、判定条件を緩和する必要がないフレッシュ状態においては、第1の消去ベリファイ動作を実施する。すなわち、消去ベリファイ動作を1段階でおこなう第1の消去ベリファイ動作により高速に消去ベリファイ動作を行うことができる。その結果、消去動作を迅速に終了することが可能となる。また、フレッシュ状態のメモリセルMCでは、消去ベリファイ電圧Vevと閾値電圧分布Aの下限との間のマージンを大きく取ることができ、読み出し不良を低減することができる。
また、書き込み/消去回数を不揮発性のメモリセルに記憶しなくても、消去電圧Veraの印加回数を加算する回路があれば、フレッシュ状態とサイクルド状態とで異なる条件の消去ベリファイ動作を実行できる。その結果、動作の制御や回路構成を簡略化することができる。
[第2の実施の形態]
次に、第2の実施の形態の不揮発性半導体記憶装置を、図12乃至図13を参照して説明する。本実施の形態の不揮発性半導体記憶装置の全体構成は、第1の実施の形態と同様であり、その詳細な説明は省略する。また、第1の実施の形態と同様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。
次に、第2の実施の形態の不揮発性半導体記憶装置を、図12乃至図13を参照して説明する。本実施の形態の不揮発性半導体記憶装置の全体構成は、第1の実施の形態と同様であり、その詳細な説明は省略する。また、第1の実施の形態と同様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。
第1の実施の形態における消去動作及び消去ベリファイ動作では、消去電圧印加回数に基づいて第1の消去ベリファイ動作又は第2の消去ベリファイ動作のいずれを実行するかを制御していた。これに対し本実施の形態では、消去電圧印加回数に基づいて第1の消去ベリファイ動作、第2の消去ベリファイ動作、又は後述する第3の消去ベリファイ動作のいずれを実行するかを制御する点において、第1の実施の形態と異なる。以下、図12乃至図13を参照して説明する。
図12は、第2の実施の形態に係る消去電圧印加動作及び消去ベリファイ動作を説明するフローチャートである。図13は、第2の実施の形態に係る消去ベリファイ動作時の電圧を説明する図である。
図12に示すように、消去動作が開始されると、ステップS21において、消去電圧印加動作が実行される。消去電圧印加動作は、上述のように、セルウェルに消去電圧Veraを印加して、メモリセルMCの閾値電圧を低下させる動作である(図5参照)。次に、ステップS22において、消去電圧Veraの印加回数が第1の判定値X1未満であるか否かが判定される。第1の判定値X1は、例えば5回に設定される。消去電圧Veraの印加回数は、例えば制御信号発生回路16が内部電圧発生回路19に送付した消去電圧Veraの印加信号を加算することにより計数することができる。本実施の形態の不揮発性半導体記憶装置では、消去電圧Veraの印加回数が第1の判定値X1未満である場合、第1の消去ベリファイ動作を実行する(ステップS23)。
消去電圧Veraの印加回数が第1の判定値X1以上である場合、ステップS24において、消去電圧Veraの印加回数が第2の判定値X2(X2>X1)未満であるか否かが判定される。第2の判定値X2は、例えば10回に設定される。消去電圧Veraの印加回数が第1の判定値X1以上であり、第2の判定値X2未満である場合、第2の消去ベリファイ動作を実行する(ステップS25)。そして、消去電圧Veraの印加回数が第2の判定値X2以上である場合、第3の消去ベリファイ動作を実行する(ステップS26)。ここで、第1及び第2の消去ベリファイ動作は、上記の第1の実施の形態において図8及び図9を参照して説明した動作と同様である。以下、第3の消去ベリファイ動作について、図13を参照して説明する。
図13は、第3の消去ベリファイ動作時の電圧を説明する図である。図13は、メモリセルMCが閾値電圧Vev(例えば−1V)まで消去されたか否かを読み出す例を示している。図13では図示を省略しているが、第3の消去ベリファイ動作時も、選択ゲート線SG1、SG2にはブロック選択電圧(例えば4V)を印加し、ソース線CELSRC及びセルウェルCPWELLに電圧1V、ビット線BLに2Vを印加する。第3の消去ベリファイ動作は、第1段階乃至第4段階の4段階に分けて、1つのNANDセルユニットNU内(または、ブロックBLK内)のメモリセルMCに対して消去ベリファイ動作を実行する。
第3の消去ベリファイ動作の第1段階では、選択ブロックのワード線WLのうち、3つおきのワード線WL(WLn、WLn+4、・・・)に0Vが印加され、その他のワード線WL(WLn+1〜WLn+3、WLn+5〜WLn+7、・・・)に、メモリセルMCの消去状態にかかわらずメモリセルMCを導通させる電圧(例えば5V)が印加される。すなわち、3つおきのメモリセルMCだけを対象として、消去ベリファイ動作が実行される。なお、その他のワード線WLに印加される電圧は、メモリセルMCの消去状態にかかわらずメモリセルMCを導通させる電圧でなくても、3つおきのワード線WLの電圧よりも高ければ良い。第1段階の電圧印加状態により、ビット線BLから電流が流れ、ビット線BLの電圧が低下していることが検出された場合、NANDセルユニットNU内の3つおきのメモリセルMCの消去が十分に行われたことになる。ここで、ビット線電圧が保持されれば、消去不十分のメモリセルMCがあることを示している。
第3の消去ベリファイ動作の第2段階乃至第4段階では、それぞれ0Vを印加するワード線WLを1つずつずらしている。第3の消去ベリファイ動作の第2段階乃至第4段階でも、3つおきのワード線WLに0Vが印加され、その他のワード線WLに、メモリセルMCの消去状態にかかわらずメモリセルMCを導通させる電圧(例えば5V)が印加される。なお、その他のワード線WLに印加される電圧は、メモリセルMCの消去状態にかかわらずメモリセルMCを導通させる電圧でなくても、3つおきのワード線WLの電圧よりも高ければ良い。第2段階乃至第4段階のそれぞれの電圧印加状態により、ビット線BLから電流が流れ、ビット線BLの電圧が低下していることが検出された場合、消去ベリファイ動作の対象であるメモリセルMCの消去が十分に行われたことになる。ここで、ビット線電圧が保持されれば、消去不十分のメモリセルMCがあることを示している。以上のように、図13に示す第3の消去ベリファイ動作では、4段階に分けて、1つのNANDセルユニットNU内(または、ブロックBLK内)のメモリセルMCに対して消去ベリファイ動作を実行する。
消去ベリファイ動作は、図13に示す電圧値に限定されず、メモリセルMCの閾値電圧が消去ベリファイ電圧Vev以下であることが検出することができればよい。
この第1乃至第3の消去ベリファイ動作の後に、消去ベリファイ動作が正常に終了したか否かを判定する(図12のステップS27、S28、S29)。第1乃至第3の消去ベリファイ動作により消去不十分のメモリセルMCがあると判定された場合、消去電圧Veraをステップアップ値ΔVeraだけ大きい電圧に設定して、再度消去電圧Veraの印加動作が実行される(ステップS21)。消去ベリファイ動作によりメモリセルMCが十分に消去されたと判定された場合、消去動作が終了する。ここで、第3の消去ベリファイ動作において第1乃至第4段階のいずれかが正常に終了した場合、次の第3の消去ベリファイ動作において、正常に終了した段階の消去ベリファイ動作を省略することができる。その結果、高速に消去ベリファイ動作を終了することができる。
なお、上述の実施の形態では、消去電圧Veraの印加回数が第1の判定値X1及び第2の判定値X2に基づいて、第1乃至第3の消去ベリファイ動作のいずれを実行するかが変更される例を説明した。この第1の判定値X1及び第2の判定値X2の値は、5回又は10回に限られず自由に変更することができる。また、第3の消去ベリファイ動作における第1段階乃至第4段階の順番も自由に変更可能である。
[効果]
本実施の形態に係る消去電圧印加動作及び消去ベリファイ動作では、消去電圧印加回数が第1の判定値X1以上であり且つ第2の判定値X2未満の際、第2の消去ベリファイ動作を行う。第1の実施の形態で説明したように、第2の消去ベリファイ動作により、消去ベリファイ電圧Vevの値を高くした状態と同様の効果が得られる。そのため、メモリセルMCの閾値電圧分布の上限が消去ベリファイ電圧Vev以下となるまで消去電圧印加動作を繰り返す必要がなく、消去電圧印加動作の回数を抑えることができる。
本実施の形態に係る消去電圧印加動作及び消去ベリファイ動作では、消去電圧印加回数が第1の判定値X1以上であり且つ第2の判定値X2未満の際、第2の消去ベリファイ動作を行う。第1の実施の形態で説明したように、第2の消去ベリファイ動作により、消去ベリファイ電圧Vevの値を高くした状態と同様の効果が得られる。そのため、メモリセルMCの閾値電圧分布の上限が消去ベリファイ電圧Vev以下となるまで消去電圧印加動作を繰り返す必要がなく、消去電圧印加動作の回数を抑えることができる。
また、判定条件を緩和する必要がないフレッシュ状態においては、第1の消去ベリファイ動作を実施する。すなわち、消去ベリファイ動作を1段階でおこなう第1の消去ベリファイ動作により高速に消去ベリファイ動作を行うことができる。その結果、消去動作を迅速に終了することが可能となる。また、フレッシュ状態のメモリセルMCでは、消去ベリファイ電圧Vevと閾値電圧分布Aの下限との間のマージンを大きく取ることができ、読み出し不良を低減することができる。
また、本実施の形態に係る消去電圧印加動作及び消去ベリファイ動作では、消去電圧の印加回数が第2の判定値X2以上の場合、第3の消去ベリファイ動作を実行する。消去電圧の印加回数が第2の判定値X2以上の場合、メモリセルMCに対する書き込み/消去回数が多く、メモリセルMCの閾値電圧が下がりにくくなったブロックBLKである可能性が高い。本実施の形態では、そのようなブロックBLKに対して第3の消去ベリファイ動作を実行する。第3の消去ベリファイ動作の場合、消去ベリファイ動作が行われるメモリセルMCの電荷蓄積層FGの電位は、隣接ワード線WLとの容量結合とともに、隣接ワード線WLにさらに隣接するワード線WLとの容量結合によっても上昇する。
その結果、消去ベリファイ動作が行われるメモリセルMCは、電圧0Vよりも隣接ワード線WLや隣接ワード線WLにさらに隣接するワード線WLとの容量結合による上昇分だけ高い電圧が印加された状態となる。ここで、消去ベリファイ動作が行われるメモリセルMCに隣接するワード線WLの電圧を高くすることも考えられる。しかし、ワード線WLの電圧を高くすると誤書き込みの可能性が高くなる。そこで上述のように、第3の消去ベリファイ動作は、消去電圧印加回数が第2の判定値X2以上であり、メモリセルMCの閾値電圧が下がりにくくなった際に行われる。この第3の消去ベリファイ動作を4段階に分けて実行することにより、消去ベリファイ電圧Vevの値を第2の消去ベリファイ動作時よりも高くした状態と同様の効果が得られる。また、第3の消去ベリファイ動作において、消去ベリファイ動作が行われるメモリセルMCに隣接するワード線WLの電圧は第2の消去ベリファイ動作の電圧と同じにすることができる。そのため、閾値電圧分布の上限が消去ベリファイ電圧Vev以下となるまで消去電圧印加動作を繰り返す必要がなく、消去電圧印加動作の回数を抑えることができる。その結果、誤書き込みの発生を防止しつつ消去ベリファイ動作を迅速に終了することが可能となる。なお、第3の消去ベリファイ動作において、ベリファイ動作が行われるメモリセルMCに隣接するワード線WLの電圧を第2の消去ベリファイ動作の電圧よりも低くすることもできる。その結果、誤書き込みの発生をより抑えることができる。
[消去動作及び消去ベリファイ動作の他の例]
上述の第1の実施の形態では、第1及び第2の消去ベリファイ動作の組み合わせにより消去ベリファイ動作を行う例を説明し、第2の実施の形態では第1乃至第3の消去ベリファイ動作の組み合わせにより消去ベリファイ動作を行う例を説明した。消去ベリファイ動作の組み合わせは、この例に限られず自由に変更することができる。以下、図14及び図15を参照して説明する。図14及び図15は、消去電圧印加動作及び消去ベリファイ動作の他の例を説明するフローチャートである。
上述の第1の実施の形態では、第1及び第2の消去ベリファイ動作の組み合わせにより消去ベリファイ動作を行う例を説明し、第2の実施の形態では第1乃至第3の消去ベリファイ動作の組み合わせにより消去ベリファイ動作を行う例を説明した。消去ベリファイ動作の組み合わせは、この例に限られず自由に変更することができる。以下、図14及び図15を参照して説明する。図14及び図15は、消去電圧印加動作及び消去ベリファイ動作の他の例を説明するフローチャートである。
図14に示す例では、消去動作が開始されると、ステップS31において、消去電圧印加動作が実行される。次に、ステップS32において、消去電圧Veraの印加回数が第1の判定値X1未満であるか否かが判定される。本例の不揮発性半導体記憶装置では、消去電圧Veraの印加回数が第1の判定値X1未満である場合、第2の消去ベリファイ動作を実行する(ステップS33)。一方、消去電圧Veraの印加回数が第1の判定値X1以上である場合、第3の消去ベリファイ動作を実行する(ステップS34)。この第2及び第3の消去ベリファイ動作の後に、消去ベリファイ動作が正常に終了したか否かを判定する(ステップS35、S36)。第2及び第3の消去ベリファイ動作により消去不十分のメモリセルMCがあると判定された場合、消去電圧Veraをステップアップ値ΔVeraだけ大きい電圧に設定して、再度消去電圧Veraの印加動作が実行される(ステップS31)。消去ベリファイ動作によりメモリセルMCが十分に消去されたと判定された場合、消去動作が終了する。
また、図15に示す例では、消去動作が開始されると、ステップS41において、消去電圧印加動作が実行される。次に、ステップS42において、消去電圧Veraの印加回数が第1の判定値X1未満であるか否かが判定される。本例の不揮発性半導体記憶装置では、消去電圧Veraの印加回数が第1の判定値X1未満である場合、第1の消去ベリファイ動作を実行する(ステップS43)。一方、消去電圧Veraの印加回数が第1の判定値X1以上である場合、第3の消去ベリファイ動作を実行する(ステップS44)。この第1及び第3の消去ベリファイ動作の後に、消去ベリファイ動作が正常に終了したか否かを判定する(ステップS45、S46)。第1及び第3の消去ベリファイ動作により消去不十分のメモリセルMCがあると判定された場合、消去電圧Veraをステップアップ値ΔVeraだけ大きい電圧に設定して、再度消去電圧Veraの印加動作が実行される(ステップS41)。消去ベリファイ動作によりメモリセルMCが十分に消去されたと判定された場合、消去動作が終了する。
このように消去ベリファイ動作の組み合わせを変更した場合でも、上記の実施の形態で説明したように、メモリセルMCの閾値電圧が下がりにくくなった際に、消去ベリファイ電圧Vevの値を高くした状態と同様の効果が得られる。そのため、閾値電圧分布の上限が消去ベリファイ電圧Vev以下となるまで消去電圧印加動作を繰り返す必要がなく、消去電圧印加動作の回数を抑えることができる。その結果、消去ベリファイ動作を迅速に終了することが可能となる。
[第3の実施の形態]
次に、第3の実施の形態の不揮発性半導体記憶装置を、図16及び図17を参照して説明する。本実施の形態の不揮発性半導体記憶装置の全体構成は、第1の実施の形態と同様であり、その詳細な説明は省略する。また、第1の実施の形態と同様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。
次に、第3の実施の形態の不揮発性半導体記憶装置を、図16及び図17を参照して説明する。本実施の形態の不揮発性半導体記憶装置の全体構成は、第1の実施の形態と同様であり、その詳細な説明は省略する。また、第1の実施の形態と同様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。
第1の実施の形態における消去動作及び消去ベリファイ動作では、消去電圧印加回数に基づいて第1の消去ベリファイ動作又は第2の消去ベリファイ動作のいずれを実行するかを制御していた。これに対し、本実施の形態では、消去電圧印加回数に基づいて第1の消去ベリファイ動作又は第2の消去ベリファイ動作のいずれを実行するかを制御するとともに、消去電圧Veraのステップアップ値ΔVeraを変更する点において、第1の実施の形態と異なる。以下、図16乃至図17を参照して説明する。
図16は、第3の実施の形態に係る消去電圧印加動作及び消去ベリファイ動作を説明するフローチャートである。図17は、第3の実施の形態に係る消去電圧印加動作時の電圧を示す電圧波形図である。
図16に示すように、消去動作が開始されると、ステップS51において、消去電圧印加動作が実行される。次に、ステップS52において、消去電圧Veraの印加回数が第1の判定値X1未満であるか否かが判定される。第1の判定値X1は、例えば5回に設定される。本実施の形態の不揮発性半導体記憶装置では、消去電圧Veraの印加回数が第1の判定値X1未満である場合、第1の消去ベリファイ動作を実行する(ステップS53)。消去電圧Veraの印加回数が第1の判定値X1以上である場合、第2の消去ベリファイ動作を実行する(ステップS54)。ここで、第1及び第2の消去ベリファイ動作は、上記の第1の実施の形態において図8及び図9を参照して説明した動作と同様である。
この第1及び第2の消去ベリファイ動作の後に、消去ベリファイ動作が正常に終了したか否かを判定する(ステップS55、S56)。第1及び第2の消去ベリファイ動作により消去不十分のメモリセルMCがあると判定された場合、消去電圧Veraの電圧を上昇させて、再度消去電圧Veraの印加動作が実行される(ステップS51)。消去ベリファイ動作によりメモリセルMCが十分に消去されたと判定された場合、消去動作が終了する。
ここで、本実施の形態では、図17に示すように、消去電圧Veraの印加回数が第1の判定値X1未満の際、ステップアップ値をΔVera1とする。また、消去電圧Veraの印加回数が第1の判定値X1以上の際、ステップアップ値をΔVera2(>ΔVera1)とする。消去電圧Veraの印加回数が多くなっても消去ベリファイ動作をパスしない場合、その範囲のメモリセルMCは劣化が進んでおり、電荷蓄積層に蓄積された電荷が放出されにくくなっている。これに対し、ステップアップ値をΔVera2に設定することにより、電荷蓄積層とチャネルとの電位差をより大きくし、電荷が放出されやすくすることができる。その結果、サイクルド状態のメモリセルMCの消去ベリファイ動作を迅速に修了することが可能となる。
[消去動作及び消去ベリファイ動作の他の例]
本実施の形態のステップアップ値の変更は、ステップアップ値を増加させるものに限定されない。本実施の形態のステップアップ値の変更は、ステップアップ値を減少させるものとすることもできる。以下、図18及び図19を参照して説明する。
本実施の形態のステップアップ値の変更は、ステップアップ値を増加させるものに限定されない。本実施の形態のステップアップ値の変更は、ステップアップ値を減少させるものとすることもできる。以下、図18及び図19を参照して説明する。
図18は、本例に係る消去電圧印加動作及び消去ベリファイ動作を説明するフローチャートである。図19は、本例に係る消去電圧印加動作時の電圧を示す電圧波形図である。
図18に示すように、消去動作が開始されると、ステップS61において、消去電圧印加動作が実行される。次に、ステップS62において、消去電圧Veraの印加回数が第1の判定値X1未満であるか否かが判定される。第1の判定値X1は、例えば5回に設定される。本実施の形態の不揮発性半導体記憶装置では、消去電圧Veraの印加回数が第1の判定値X1未満である場合、第1の消去ベリファイ動作を実行する(ステップS63)。消去電圧Veraの印加回数が第1の判定値X1以上である場合、第2の消去ベリファイ動作を実行する(ステップS64)。ここで、第1及び第2の消去ベリファイ動作は、上記の第1の実施の形態において図8及び図9を参照して説明した動作と同様である。
この第1及び第2の消去ベリファイ動作の後に、消去ベリファイ動作が正常に終了したか否かを判定する(ステップS65、S66)。第1及び第2の消去ベリファイ動作により消去不十分のメモリセルMCがあると判定された場合、消去電圧Veraの電圧を上昇させて、再度消去電圧Veraの印加動作が実行される(ステップS61)。消去ベリファイ動作によりメモリセルMCが十分に消去されたと判定された場合、消去動作が終了する。
ここで、本例では、図19に示すように、消去電圧Veraの印加回数が第1の判定値X1未満の際、ステップアップ値をΔVera1とする。また、消去電圧Veraの印加回数が第1の判定値X1以上の際、ステップアップ値をΔVera2(<ΔVera1)とする。消去電圧Veraの印加回数が多くなったメモリセルMCは劣化が進んでおり、そのメモリセルMCに高い消去電圧を印加することは更に劣化を進めることになる。これに対し、ステップアップ値をΔVera2に設定することにより、電荷蓄積層とチャネルとの電位差があまり大きくならないようにしている。その結果、メモリセルMCの劣化を抑えながら消去動作を続けることができる。
[効果]
本実施の形態でも、第2の消去ベリファイ動作は、消去電圧印加回数が第1の判定値X1以上であり、メモリセルMCの閾値電圧が下がりにくくなった際に行われる。この第2の消去ベリファイ動作を2段階に分けて実行することにより、消去ベリファイ電圧Vevの値を高くした状態と同様の効果が得られる。そのため、閾値電圧分布の上限が消去ベリファイ電圧Vev以下となるまで消去電圧印加動作を繰り返す必要がなく、消去電圧印加動作の回数を抑えることができる。その結果、消去ベリファイ動作を迅速に終了することが可能となる。また、フレッシュ状態のメモリセルMCでは、消去ベリファイ電圧Vevと閾値電圧分布Aの下限との間のマージンを大きく取ることができ、読み出し不良を低減することができる。
本実施の形態でも、第2の消去ベリファイ動作は、消去電圧印加回数が第1の判定値X1以上であり、メモリセルMCの閾値電圧が下がりにくくなった際に行われる。この第2の消去ベリファイ動作を2段階に分けて実行することにより、消去ベリファイ電圧Vevの値を高くした状態と同様の効果が得られる。そのため、閾値電圧分布の上限が消去ベリファイ電圧Vev以下となるまで消去電圧印加動作を繰り返す必要がなく、消去電圧印加動作の回数を抑えることができる。その結果、消去ベリファイ動作を迅速に終了することが可能となる。また、フレッシュ状態のメモリセルMCでは、消去ベリファイ電圧Vevと閾値電圧分布Aの下限との間のマージンを大きく取ることができ、読み出し不良を低減することができる。
また、消去電圧Veraのステップアップ値を増減させることにより、消去動作を加速させ、或いはメモリセルMCの劣化を抑えて消去動作を行うことができる。この場合、消去動作の加速や、メモリセルMCの劣化抑制の目的に応じて、消去電圧Veraのステップアップ値の増加又は減少を自由に選択することができる。
また、ステップアップ値の変更タイミングや増減幅は、上記の実施の形態に限られるものではない。消去動作の速度や、メモリセルMCの劣化抑制の効果を考慮した上で、ステップアップ値の変更タイミングや増減幅も自由に設定することができる。例えば、上述の実施の形態では、ステップアップ値の変更タイミングは、第1又は第2の消去ベリファイ動作の変更タイミングと同じであるものとして説明した。しかし、ステップアップ値の変更タイミングは、第1又は第2の消去ベリファイ動作の変更タイミングと異なっていても良い。
[その他]
以上、本発明のいくつかの実施の形態を説明したが、これらの実施の形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施の形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。例えば、上記実施の形態では、1つのメモリセルMCに2値データや4値データを記憶する不揮発性半導体装置を例として説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、8値記憶方式などより多ビットの記憶方式にも適用可能であることは言うまでもない。
以上、本発明のいくつかの実施の形態を説明したが、これらの実施の形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施の形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。例えば、上記実施の形態では、1つのメモリセルMCに2値データや4値データを記憶する不揮発性半導体装置を例として説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、8値記憶方式などより多ビットの記憶方式にも適用可能であることは言うまでもない。
[消去ベリファイ動作の他の例]
上述の実施の形態における第2の消去ベリファイ動作では、ワード線WLには交互に電圧0Vと電圧5Vが印加されていた。また、第3の消去ベリファイ動作では、ワード線WLには3本おきに電圧0Vが印加されていた。この消去ベリファイ動作時の電圧印加動作は、消去ベリファイ動作が行われるメモリセルMCの電荷蓄積層FGが、隣接ワード線WLとの容量結合により電圧が上昇するものであれば、どのような電圧印加方法でも良い。
上述の実施の形態における第2の消去ベリファイ動作では、ワード線WLには交互に電圧0Vと電圧5Vが印加されていた。また、第3の消去ベリファイ動作では、ワード線WLには3本おきに電圧0Vが印加されていた。この消去ベリファイ動作時の電圧印加動作は、消去ベリファイ動作が行われるメモリセルMCの電荷蓄積層FGが、隣接ワード線WLとの容量結合により電圧が上昇するものであれば、どのような電圧印加方法でも良い。
例えば、図20に示すように、消去ベリファイ動作の第1段階で、ワード線WL(WLn、WLn+1、WLn+4、WLn+5)に2本ずつ電圧0Vを印加して、ワード線WL(WLn+2、WLn+3、WLn+6、WLn+7)に2本ずつ電圧5Vを印加する。また、消去ベリファイ動作の第2段階で、ワード線WL(WLn、WLn+1、WLn+4、WLn+5)に2本ずつ電圧5Vを印加して、ワード線WL(WLn+2、WLn+3、WLn+6、WLn+7)に2本ずつ電圧0Vを印加する。
図20に示す消去ベリファイ動作でも、片側の隣接するワード線WLに印加された電圧5Vにより、電圧が上昇する。このような電圧印加方法を用いて消去ベリファイ動作を実行しても、上述の実施の形態において説明したような効果を得ることができる。
また、上述の実施形態に係る動作は、ホスト(または、メモリコントローラ)MHにより実行するか否かを選択することができる。例えば、ホスト(または、メモリコントローラ)MHが実行コマンドを送付すると上述の実施形態に係る動作が機能し、実行コマンドを送付しない、または、通常の消去コマンドを送付すると上述の実施形態に係る動作が機能しないように設定することもできる。
11・・・メモリセルアレイ、 12・・・センスアンプ、 13・・・ロウデコーダ、 14・・・データ線、 15・・・入出力バッファ、 16・・・制御信号発生回路、 17・・・アドレスレジスタ、 18・・・カラムデコーダ、 19・・・内部電圧発生回路。
Claims (5)
- 複数のメモリセルが直列接続されたメモリストリング、前記メモリストリングの一端に接続される第1の選択トランジスタ、前記メモリストリングの他端に接続される第2の選択トランジスタ、前記第1の選択トランジスタを介して前記メモリストリングに接続されるビット線、前記第2の選択トランジスタを介して前記メモリストリングに接続されるソース線、及び前記メモリセルの制御ゲート電極に接続されたワード線を備えたメモリセルアレイと、
前記メモリストリングに含まれる前記複数のメモリセルに対し消去電圧を印加して前記複数のメモリセルを消去状態に変化させる消去電圧印加動作と、前記複数のメモリセルが前記消去状態であるか否かを判定する消去ベリファイ動作とを含む消去動作を司る制御部とを備え、
前記制御部は、
1つの前記消去動作における前記消去電圧印加動作の実行回数が第1の回数未満の場合、前記複数のメモリセルの全てを対象として前記消去ベリファイ動作を実行し、
1つの前記消去動作における前記消去電圧印加動作の実行回数が前記第1の回数以上の場合、前記複数のメモリセルの一部を対象として前記消去ベリファイ動作を実行した後、前記複数のメモリセルの残りの部分を対象として前記消去ベリファイ動作を実行するように構成されている
ことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。 - 前記制御部は、1つの前記消去動作における前記消去電圧印加動作の実行回数が前記第1の回数以上の場合、前記複数のメモリセルのうち前記メモリストリングの偶数番目の前記メモリセル又は前記メモリストリングの奇数番目の前記メモリセルの一方を対象とする第1段階と、他方を対象とする第2段階との2段階に分けて前記消去ベリファイ動作を実行するように構成されている
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。 - 前記制御部は、
1つの前記消去動作における前記消去電圧印加動作の実行回数が前記第1の回数以上且つ前記第1の回数より大きい第2の回数未満の場合、前記複数のメモリセルのうち前記メモリストリングの偶数番目の前記メモリセル又は前記メモリストリングの奇数番目の前記メモリセルの一方を対象とする第1段階と、他方を対象とする第2段階との2段階に分けて前記消去ベリファイ動作を実行し、
1つの前記消去動作における前記消去電圧印加動作の実行回数が前記第2の回数以上の場合、前記複数のメモリセルのうち前記メモリストリング中の3つおきの前記メモリセルを対象とする前記消去ベリファイ動作を、対象とする前記メモリセルを変更して4回実行するように構成されている
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。 - 前記制御部は、前記消去ベリファイ動作の対象となる前記複数のメモリセルの前記制御ゲート電極に第1電圧を印加し、前記消去ベリファイ動作の対象とならない前記複数のメモリセルの前記制御ゲート電極に前記第1電圧よりも高い第2電圧を印加して前記消去ベリファイ動作を実行する
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか記載の不揮発性半導体記憶装置。 - 前記制御部は、前記消去ベリファイ動作により前記メモリセルが前記消去状態にないと判定された場合、前記消去電圧をステップアップ値だけ上昇させて前記消去電圧印加動作を実行可能に構成されるとともに、
前記消去電圧を印加した回数に基づいて前記ステップアップ値を変更可能に構成されている
ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか記載の不揮発性半導体記憶装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012006455A JP2013145623A (ja) | 2012-01-16 | 2012-01-16 | 不揮発性半導体記憶装置 |
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