JP2013200924A - Nonvolatile semiconductor memory device - Google Patents
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Abstract
Description
本明細書記載の技術は、不揮発性半導体記憶装置に関する。 The technology described in this specification relates to a nonvolatile semiconductor memory device.
電気的に書き換え可能で且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。従来のNAND型フラッシュメモリのメモリトランジスタは絶縁膜を介して電荷蓄積層(浮遊ゲート)と制御ゲートが積層されたスタックゲート構造をしている。複数個のメモリトランジスタを、隣接するもの同士でソース若しくはドレインを共有するような形で列方向に直列接続させ、その両端に選択ゲートトランジスタを配置して、NANDセルユニットが構成される。NANDセルユニットの一端はビット線に接続され、他端はソース線に接続される。NANDセルユニットをマトリクス状に配置することにより、メモリセルアレイが構成される。また、行方向に並ぶNANDセルユニットをNANDセルブロックと呼ぶ。同一行に並ぶ選択ゲートトランジスタのゲートは、同一の選択ゲート線に接続され、同一行に並ぶメモリトランジスタの制御ゲートは、同一のワード線に接続される。NANDセルユニット内にN個のメモリトランジスタが直列接続されている場合、1つのNANDセルブロック内に含まれるワード線はN本となる。 A NAND flash memory is known as a nonvolatile semiconductor memory device that can be electrically rewritten and can be highly integrated. A memory transistor of a conventional NAND flash memory has a stack gate structure in which a charge storage layer (floating gate) and a control gate are stacked via an insulating film. A plurality of memory transistors are connected in series in the column direction so that adjacent ones share a source or drain, and select gate transistors are arranged at both ends to constitute a NAND cell unit. One end of the NAND cell unit is connected to the bit line, and the other end is connected to the source line. A memory cell array is configured by arranging NAND cell units in a matrix. A NAND cell unit arranged in the row direction is called a NAND cell block. The gates of the select gate transistors arranged in the same row are connected to the same select gate line, and the control gates of the memory transistors arranged in the same row are connected to the same word line. When N memory transistors are connected in series in the NAND cell unit, the number of word lines included in one NAND cell block is N.
このようなNAND型フラッシュメモリにおいては、微細化に伴い、メモリセル間の距離が小さくなると、メモリセルのセル間容量増大に起因する近接効果が増大し、メモリセルのしきい値分布が広くなり、各種ディスターブやリテンションマージンを確保するのが困難になる。 In such a NAND flash memory, as the distance between memory cells decreases with miniaturization, the proximity effect due to the increase in inter-cell capacity of the memory cells increases, and the threshold distribution of the memory cells becomes wider. It becomes difficult to secure various disturbances and retention margins.
本発明は、制御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 nonvolatile semiconductor memory device with high controllability.
実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置は、第1の方向に直列接続された複数のメモリセル、複数のメモリセルとソース線との間に接続されたソース線側選択ゲートトランジスタ及び複数のメモリセルとビット線との間に接続されたビット線側選択ゲートトランジスタを具備するNANDセルユニットが、第1の方向と直交する第2の方向に複数配列され、メモリセルが、半導体層と、半導体層の上に形成されたゲート絶縁層と、ゲート絶縁層の上に形成された電荷蓄積層と、電荷蓄積層にゲート間絶縁層を介して対向し第2の方向に延びる制御ゲートとを有するメモリセルアレイと、第2の方向に配列された複数のメモリセルをページとして、ページ単位でメモリセルにデータを書き込む制御回路とを備え、制御回路は、ページ単位の複数のメモリセルへの書き込み動作に際して、書き込みを行うページ内において各メモリセルに対する書き込みデータ及び各メモリセルに隣接するメモリセルに対する書き込みデータに応じて各メモリセルの書き込み条件を調整する。 A nonvolatile semiconductor memory device according to an embodiment includes a plurality of memory cells connected in series in a first direction, a source line side select gate transistor connected between the plurality of memory cells and the source line, and a plurality of memory cells A plurality of NAND cell units each including a bit line side select gate transistor connected between the first and second bit lines are arranged in a second direction orthogonal to the first direction, and the memory cell includes a semiconductor layer, a semiconductor layer, A memory having a gate insulating layer formed on the gate insulating layer, a charge storage layer formed on the gate insulating layer, and a control gate facing the charge storage layer through the inter-gate insulating layer and extending in the second direction A cell array and a control circuit for writing data to the memory cells in units of pages using a plurality of memory cells arranged in the second direction as pages, and the control circuit includes a plurality of pages in units of pages. In write operation to the memory cell, adjusting the write condition of each memory cell in accordance with the write data to the memory cell adjacent to the write data and the memory cells for each memory cell in a page to be written.
以下、添付の図面を参照して実施の形態について説明する。 Embodiments will be described below with reference to the accompanying drawings.
[第1の実施形態]
[全体構成]
図1は、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ブロック図である。
[First Embodiment]
[overall structure]
FIG. 1 is a block diagram of a nonvolatile semiconductor memory device according to the first embodiment of the present invention.
この不揮発性半導体記憶装置は、複数のメモリセルMCがNAND接続されたNANDストリングを複数備えたメモリセルアレイ1を備える。
This nonvolatile semiconductor memory device includes a
メモリセルアレイ1のビット線BL方向に隣接する位置には、メモリセルアレイ1のビット線BLを制御し、メモリセルのデータ消去、メモリセルへのデータ書き込み、及びメモリセルからのデータ読み出しを行うカラム制御回路2が設けられている。
Column control for controlling the bit line BL of the
また、メモリセルアレイ1のワード線WL方向に隣接する位置には、メモリセルアレイ1のワード線WLを選択し、メモリセルのデータ消去、メモリセルへのデータ書き込み、及びメモリセルからのデータ読み出しに必要な電圧を印加するロウ制御回路3が設けられている。
In addition, the word line WL of the
データ入出力バッファ4は、外部のホスト9にI/O線を介して接続され、書き込みデータの受け取り、消去命令の受け取り、読み出しデータの出力、アドレスデータやコマンドデータの受け取りを行う。データ入出力バッファ4は、受け取った書き込みデータをカラム制御回路2に送り、カラム制御回路2から読み出したデータを受け取って外部に出力する。外部からデータ入出力バッファ4に供給されたアドレスは、アドレスレジスタ5を介してカラム制御回路2及びロウ制御回路3に送られる。
The data input / output buffer 4 is connected to an external host 9 via an I / O line, and receives write data, receives an erase command, outputs read data, and receives address data and command data. The data input / output buffer 4 sends the received write data to the
また、ホスト9からデータ入出力バッファ4に供給されたコマンドは、コマンド・インターフェイス6に送られる。コマンド・インターフェイス6は、ホスト9からの外部制御信号を受け、データ入出力バッファ4に入力されたデータが書き込みデータかコマンドかアドレスかを判断し、コマンドであれば受け取りコマンド信号としてステートマシン7に転送する。 The command supplied from the host 9 to the data input / output buffer 4 is sent to the command interface 6. The command interface 6 receives an external control signal from the host 9, determines whether the data input to the data input / output buffer 4 is write data, a command, or an address, and if it is a command, receives it as a received command signal to the state machine 7. Forward.
ステートマシン7は、この不揮発性メモリ全体の管理を行うもので、ホスト9からのコマンドをコマンド・インターフェイス6を介して受け付け、読み出し、書き込み、消去、データの入出力管理等を行う。 The state machine 7 manages the entire nonvolatile memory. The state machine 7 receives commands from the host 9 via the command interface 6 and performs read, write, erase, data input / output management, and the like.
また、外部のホスト9は、ステートマシン7が管理するステータス情報を受け取り、動作結果を判断することも可能である。また、このステータス情報は書き込み、消去の制御にも利用される。 The external host 9 can also receive status information managed by the state machine 7 and determine the operation result. This status information is also used for control of writing and erasing.
また、データ入出力バッファ4には、データ入出力バッファ4が受け取った書き込みデータを検出して加算し、ステートマシン7に転送するコンパレータ61が接続されている。コンパレータ61としては、加算回路等の論理回路を用いることが可能である。
The data input / output buffer 4 is connected to a
また、ステートマシン7によって電圧生成回路60が制御される。この制御により、電圧生成回路60は任意の電圧、任意のタイミングのパルスを出力することが可能となる。尚、書き込み動作に際してステートマシン7は、データ入出力バッファ4に保持されている書き込み予定データ及びキャッシュに保持した後述するグループ情報を用いて書き込み電圧の調整を行い、コンパレータ61から出力された情報を参照してベリファイ電圧の調整を行う様にすることが可能である。
In addition, the
ここで、形成されたパルスはカラム制御回路2及びロウ制御回路3で選択された任意の配線へ転送することが可能である。なお、メモリセルアレイ1以外の周辺回路素子はメモリセルアレイ1を配線層に形成した場合は、メモリアレイ1の直下のSi基板に形成可能であり、これにより、この不揮発性メモリのチップ面積はほぼ、メモリセルアレイ1の面積に等しくすることも可能である。
Here, the formed pulse can be transferred to an arbitrary wiring selected by the
[メモリセルアレイ]
次に、第1の実施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1の構成について説明する。
[Memory cell array]
Next, the configuration of the
本実施形態では、浮遊ゲート(電荷蓄積層)と制御ゲートのカップリングを確保するセル構造の一つとしてスタックゲート構造でなく、浮遊ゲートの両側面に制御ゲートを埋め込んで、浮遊ゲートとその両側の制御ゲートとをカップリングさせるゲート構造を有する。 In this embodiment, as one of the cell structures for securing the coupling between the floating gate (charge storage layer) and the control gate, the control gate is buried on both sides of the floating gate instead of the stack gate structure, and the floating gate and both sides thereof are embedded. A gate structure for coupling to the control gate.
図2は本実施形態に係るメモリセルアレイ1の構造を示す図、図3は同メモリセルアレイ1の回路図である。
FIG. 2 is a diagram showing the structure of the
メモリセルアレイ1は、電気的書き換え可能なM個の不揮発性メモリセルMC0−MCM−1が直列接続されたNANDストリングと、このNANDストリングの両端に接続される選択ゲートトランジスタS1,S2を備えるNANDセルユニットNUが複数配列されている。NANDセルユニットNUの一端(選択ゲートトランジスタS1側)はビット線BLに、他端(選択ゲートトランジスタS2側)は共通ソース線CELSRCに接続される。選択ゲートトランジスタS1、S2のゲート電極は選択ゲート線SGD、SGSに接続される。また、メモリセルMC0〜MCM−1の両側に配置された制御ゲート電極はそれぞれワード線WL0〜WLMに接続されている。ビット線BLは、カラム制御回路2に含まれるセンスアンプ回路2aに接続され、ワード線WL0〜WLM及び選択ゲート線SGD、SGSは、ロウ制御回路3に含まれるロウデコーダ回路3aに接続されている。
The
基板に形成されたp型ウェル51にはメモリセルMCを構成するMOSFETのソース、ドレインとして機能するn型拡散層52が形成されている。またウェル51の上にはトンネル絶縁膜として機能するゲート絶縁膜53を介して浮遊ゲート(FG)54が形成され、この浮遊ゲート54の両側面にはゲート間絶縁層(IPD)55を介して制御ゲート(CG)56が形成されている。制御ゲート56は、ワード線WLを構成する。また、選択ゲートトランジスタS1、S2は、ウェル51の上にゲート絶縁層53を介して選択ゲート57を有している。選択ゲート57は、選択ゲート線SGS,SGDを構成する。メモリセルMCと選択ゲートトランジスタS1,S2とは、隣接するもの同士でドレインおよびソースを共有する形でNAND接続されている。
In the p-type well 51 formed on the substrate, an n-
[メモリセル]
1つのメモリセルMCに1ビットのデータが記憶される1ビット/セルの場合、NANDセルユニットNUに交差するワード線WLに沿って形成されるメモリセルMCに1ページのデータが記憶される。また、1つのメモリセルMCに2ビットのデータが記憶される2ビット/セルの場合、ワード線WLに沿って形成されるメモリセルMCに、2ページ(上位ページUPPER、下位ページLOWER)のデータが記憶される。同様に、4ページのデータを記憶する4ビット/セルの場合、ワード線WLに沿って形成されるメモリセルMCに、4ページのデータが記憶される構成に対しても適用可能である。尚、本実施形態においては2ビット/セル方式を採用しているが、1ビット/セル方式や3ビット/セル方式、4ビット/セル方式とする事も可能である。
[Memory cell]
In the case of 1 bit / cell in which 1 bit of data is stored in one memory cell MC, 1 page of data is stored in the memory cell MC formed along the word line WL intersecting the NAND cell unit NU. In the case of 2 bits / cell in which 2-bit data is stored in one memory cell MC, two pages (upper page UPPER, lower page LOWER) of data are stored in the memory cell MC formed along the word line WL. Is memorized. Similarly, in the case of 4 bits / cell storing 4 pages of data, the present invention is also applicable to a configuration in which 4 pages of data are stored in the memory cells MC formed along the word line WL. In this embodiment, the 2-bit / cell system is adopted, but a 1-bit / cell system, a 3-bit / cell system, or a 4-bit / cell system may be used.
[メモリブロック]
1つのブロックBLKは、ワード線WLを共有する複数のNANDセルユニットNUを含む。1つのブロックBLKは、データ消去動作の一単位を形成する。1つのメモリセルアレイ1において1つのブロックBLK中のワード線WLの数は、M+1本であり、1ブロック中のページ数は、2ビット/セル方式であって1ブロックにおけるNANDセルユニットあたりの有効なメモリセル数(ダミーセルを除いたメモリセル数)M=64個の場合、M×2=128ページとなる。
[Memory block]
One block BLK includes a plurality of NAND cell units NU sharing the word line WL. One block BLK forms one unit of data erasing operation. In one
[第1の実施形態のメモリセルアレイ構造]
次に、第1の実施形態に係るメモリセルアレイ構造について説明する。
図4は、第1の実施形態に係るメモリセルアレイ構造の斜視図、図5は図4のGC(ゲート)方向から見た断面図、図6は図4のA−A′,B−B′及びC−C′の各線で切断し、図4のAA(アクティブエリア)方向から見た断面図である。なお、内部構造を視認可能とするために、一部構成を省略して図示している。
[Memory Cell Array Structure of First Embodiment]
Next, the memory cell array structure according to the first embodiment will be described.
4 is a perspective view of the memory cell array structure according to the first embodiment, FIG. 5 is a cross-sectional view as viewed from the GC (gate) direction of FIG. 4, and FIG. 6 is AA ′, BB ′ of FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line AA (active area) in FIG. In order to make the internal structure visible, a part of the structure is omitted.
このメモリセルアレイ構造は、図2に示した、メモリセルアレイ構造を上下反転させて積層すると共に、上下のメモリセルアレイ層で制御ゲートを共有するようにしたものである。 In this memory cell array structure, the memory cell array structure shown in FIG. 2 is turned upside down and stacked, and the upper and lower memory cell array layers share a control gate.
すなわち、図4、5に示すように、絶縁体のベース30の上に、チャネルを形成するボディとなる第1の半導体層11及び第2の半導体層21が上下に配置され、その間に第1のゲート絶縁層12を介して第1の半導体層11の上面に対向する第1の浮遊ゲート13と第2のゲート絶縁層22を介して第2の半導体層21の下面に対向する第2の浮遊ゲート23が第1の絶縁層31を介して上下に積層されている。これら半導体層11,21、ゲート絶縁層12,22及び浮遊ゲート13,23は、図6(a)のA−A′断面からも明らかなように、AA方向(第1の方向)に延びる層間絶縁層15,25を介してGC方向(第2の方向)に互いに絶縁分離されている。
That is, as shown in FIGS. 4 and 5, the
浮遊ゲート13,23の積層構造体は、NAND配列を形成するように、半導体層11,21に沿ってAA方向に所定間隔で複数形成されている。各浮遊ゲート13,23の積層体のAA方向の両側には、ゲート間絶縁層(IPD:インターポリ絶縁層)32を介してGC方向に延びる制御ゲート33が形成されている。制御ゲート33は、上下の浮遊ゲート13,23に側面からカップリングするように、これら浮遊ゲート13,23に共通に設けられている。制御ゲート33と第2のゲート絶縁層22との間には、マスク材33mが設けられている。そして、下側の第1の半導体層11、第1のゲート絶縁層12、第1の浮遊ゲート13、ゲート間絶縁層32及び制御ゲート33が、下側の第1のメモリセルMC1の構成に含まれる。また、上側の第2の半導体層21、第2のゲート絶縁層22、第2の浮遊ゲート23、ゲート間絶縁層32及び制御ゲート33が、上側の第2のメモリセルMC2の構成に含まれる。
A plurality of stacked structures of floating
浮遊ゲート13,23の積層構造体の配列方向の両端の制御ゲート33に隣接する位置には、選択ゲートトランジスタS11,S12,S21,S22を形成する第1の選択ゲート16及び第2の選択ゲート26が配置されている。これら選択ゲート16,26は、第1の絶縁層31を介して上下に積層され、それぞれゲート絶縁層12,22を介して半導体層11,21に対向している。第1の選択ゲート16にはGC方向に延びる第1の選択ゲート線17が埋め込まれ、第2の選択ゲート26にはGC方向に延びる第2の選択ゲート線27とマスク材27mとが埋め込まれている。これら選択ゲート線17,27は、層間絶縁層34を介して互いに絶縁分離されている。
The
そして、下側の第1のNANDセルユニットNU1には下側のNAND接続されたメモリセルMC1と選択ゲートトランジスタS11,S21を含み、第1のメモリセルアレイ層10は第1の素子分離絶縁層15を介してGC方向に配列された複数のNANDセルユニットNU1を含む。また、上側の第2のNANDセルユニットNU2には上側のNAND接続されたメモリセルMC2と選択ゲートトランジスタS12,S22を含み、第2のメモリセルアレイ層20にはGC方向に配列された複数のNANDセルユニットNU2を含む。
The lower first NAND cell unit NU1 includes a lower NAND-connected memory cell MC1 and select gate transistors S11 and S21. The first memory
NANDセルユニットNU1,NU2の一端の半導体層11,21には、これらに共通の上下に延びて図示しないビット線BLにつながるビット線コンタクト35が形成されている。また、NANDセルユニットNU1,NU2の他端の半導体層11,21には、これらに共通の上下に延びて図示しないソース線につながるソース線コンタクト36が形成されている。更に、制御ゲート33の端部にはワード線コンタクト37が形成され、選択ゲート線17,27の端部には選択ゲート線コンタクト38が接続されている。
In the semiconductor layers 11 and 21 at one end of the NAND cell units NU1 and NU2, a
ビット線コンタクト35は下部コンタクト35a及び上部コンタクト35bを含む。同様に、ソース線コンタクト36も下部コンタクト36a及び上部コンタクト36bを含む。下部コンタクト35a,36aは、第1のゲート絶縁層12に設けられた第1の溝81を介して第1の半導体層11に接続されている。本実施形態における下部コンタクト35a,36aは、後述のとおり第1の浮遊ゲート13及び第1の選択ゲート16と同時に形成される。従って、下部コンタクト35a,36aと第1の半導体層11のGC方向における幅は略一致している。又、下部コンタクト35a,36aは第1の浮遊ゲート13と同一の素材から形成されており、第1の素子分離絶縁層15を介して第1の半導体層と同一の間隔で同一直線状に形成されている。又、上部コンタクト35b,36bは、第2の半導体層21、第2のゲート絶縁層22、第1の絶縁層31を貫通し、下部コンタクト35a,36aの上部に接続する様に形成されている。なお、上部コンタクト35a,36aも第1の浮遊ゲート13と同一素材から形成されている。
The
以上の構成によれば、上下のNANDセルユニットNU1,NU2の上下に対応するメモリセルMC1,MC2の浮遊ゲート13,23は、両側のワード線WLとのカップリングによって同時に駆動され、共通のビット線BLと接続される。これに対し、選択ゲートトランジスタS11〜S22は、上下のビット線BLに対してそれぞれ独立して設けられ、いずれか一方が選択状態にされることにより、NANDセルユニットNU1,NU2を選択的にアクティブにすることができる。
According to the above configuration, the floating
また、上下の浮遊ゲート13,23の両側には、これらに共通の制御ゲート33が配置されているので、シールド効果により、AA方向及び対角方向の近接効果の影響を殆ど受けない。一方、GC方向、すなわち制御ゲート33の延びる方向の近接効果の影響を受けるが、これについては以下に述べるような動作により低減される。
In addition, since the
[比較例の書き込み動作]
次に、比較例に係る不揮発性半導体記憶装置の動作方法について説明する。以下、メモリセルMC対する書き込みデータを、低い方からデータE、A、B及びCとして説明する。
[Write operation of comparative example]
Next, an operation method of the nonvolatile semiconductor memory device according to the comparative example will be described. Hereinafter, write data for the memory cell MC will be described as data E, A, B, and C from the lowest.
図7に示すように、ビット線BLn−1,BLn,BLn+1に接続され、同一のページに含まれるメモリセルMCn−1,MCn,MCn+1のうち、メモリセルMCnを着目メモリセルとし、ワード線WL方向の両隣のメモリセルMCn−1,MCn+1を隣接メモリセルMCn−1,MCn+1とする。着目メモリセルMCnに書き込みデータを書き込む場合には、メモリセルMCnの浮遊ゲート54の両側のワード線WLk,WLk+1を構成する制御ゲート56の電圧を所定の書き込み電圧まで引き上げる。このとき、同一ページ内の非選択メモリセルに接続するビット線に例えば電位VDD(電源電圧)を印加して非選択メモリセルを非選択状態とし、選択メモリセルに接続するビット線に例えば電位0Vを印加して選択メモリセルセルを選択状態とすることで、選択的に書き込みを行う。なお、メモリセルMCnの両側の制御ゲート56以外の制御ゲートについては、電位0Vもしくは書き込み電圧と0Vの中間電位であるVpassを印加して電圧を低くすることにより、書き込み対象ページ以外のメモリセルに誤書き込みが生じるのを防止する。
As shown in FIG. 7, among the memory cells MCn−1, MCn, MCn + 1 connected to the bit lines BLn−1, BLn, BLn + 1 and included in the same page, the memory cell MCn is the target memory cell, and the word line WL The adjacent memory cells MCn−1 and MCn + 1 in the direction are defined as adjacent memory cells MCn−1 and MCn + 1. When writing write data to the target memory cell MCn, the voltage of the
次に、上記書き込み動作の一例について、より詳細に説明する。 Next, an example of the write operation will be described in more detail.
図8は、比較例で適用されるデータ書き込みパルスとベリファイパルスの例を示す図である。書き込みパルスは、データのレベル毎に分割して供給される。まず、書き込むページ内のデータEが書き込まれるメモリセルMCを書き込み禁止状態としてデータEからデータA,B,Cへの書き込みパルスを、データA,B,Cを書き込むメモリセルMCに対して印加する。次に、データE,Aが書き込まれるメモリセルMCを書き込み禁止状態として、データB,Cを書き込むためのステップアップしたパルスを印加する。最後にデータE,A,Bが書き込まれるメモリセルMCを書き込み禁止状態にしてデータCを書き込むための更にステップアップしたパルスを印加する。 FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a data write pulse and a verify pulse applied in the comparative example. The write pulse is divided and supplied for each data level. First, a write pulse from data E to data A, B, C is applied to the memory cell MC to which data A, B, C is written, with the memory cell MC to which data E in the page to be written is written prohibited. . Next, the memory cell MC into which the data E and A are written is set in a write-inhibited state, and a step-up pulse for writing the data B and C is applied. Finally, a further step-up pulse for writing data C is applied by setting the memory cell MC to which data E, A, and B are written to a write-inhibited state.
次に、データAについての書き込みベリファイを実行し、続いてデータBについての書き込みベリファイを実行し、最後にデータCについての書き込みベリファイを実行する。 Next, a write verify for data A is executed, then a write verify for data B is executed, and finally a write verify for data C is executed.
以後は、書き込みパルスを所定電圧だけ増加させて同様の書き込みパルス印加とベリファイ動作とが繰り返される。 Thereafter, the write pulse is increased by a predetermined voltage, and the same write pulse application and verify operation are repeated.
浮遊ゲートの両側面に制御ゲートを埋め込んで、浮遊ゲートとその両側の制御ゲートとをカップリングさせるゲート構造を有するメモリセルアレイにおいては、スタックゲート構造と比較して浮遊ゲート同士のカップリング比が大きい。従って、上記比較例に係る書き込み方法においては、例えば着目メモリセルMCnにデータEを、隣接メモリセルMCn−1及びMCn+1にデータCを書き込む様な場合、近接効果によって着目メモリセルに誤書き込みが生じる可能性がある。 In a memory cell array having a gate structure in which control gates are embedded on both sides of a floating gate to couple the floating gate to the control gates on both sides, the coupling ratio between the floating gates is larger than that of the stack gate structure. . Therefore, in the writing method according to the comparative example, for example, when data E is written in the target memory cell MCn and data C is written in the adjacent memory cells MCn−1 and MCn + 1, erroneous writing occurs in the target memory cell due to the proximity effect. there is a possibility.
[本実施形態に係る書き込み動作]
上記問題を解決すべく、本実施形態においては、1.予め書込みを行うページのメモリセルに後述する弱書き込みを行い、書き込み速度に応じてメモリセルをグループ分けし、2.グループ分けの結果及び隣接するメモリセルに書き込むデータに応じて、各メモリセルに印加する書き込みパルスを選択する。
[Write Operation According to this Embodiment]
In order to solve the above problem, in the present embodiment, 1. 1. Weak writing, which will be described later, is performed on memory cells of a page to be written in advance, and the memory cells are grouped according to the writing speed; A write pulse to be applied to each memory cell is selected according to the result of grouping and data to be written to adjacent memory cells.
図9は、本実施形態に係る書き込み動作の一例を示すフローチャートである。 FIG. 9 is a flowchart showing an example of the write operation according to the present embodiment.
本実施形態に係る書き込み動作においては、まず所定の消去単位に含まれる複数のメモリセルMCに対して一括で消去動作を行い(ステップS1)、次に書き込み動作の対象となっているメモリセルを複数のグループにグループ分けする(ステップS2)。 In the write operation according to the present embodiment, first, an erase operation is collectively performed on a plurality of memory cells MC included in a predetermined erase unit (step S1), and then a memory cell that is a target of the write operation is selected. Group into a plurality of groups (step S2).
図10は、グループ分けの方法の一例を示すフローチャートである。本実施形態においては、グループ分けは、選択メモリセルMCnの書き込み速度に応じて行う。 FIG. 10 is a flowchart illustrating an example of a grouping method. In the present embodiment, grouping is performed according to the write speed of the selected memory cell MCn.
グループ分けに際しては、最初に、選択メモリセルMCnに対して所定の弱書き込み電圧を用いて弱書き込みを行い(ステップS21)、ベリファイが完了しなかった場合には弱書き込み電圧を上昇させて弱書き込み及びベリファイを繰り返す(ステップS22,S23)。 When grouping, first, weak writing is performed on the selected memory cell MCn using a predetermined weak writing voltage (step S21). If the verification is not completed, the weak writing voltage is increased to perform weak writing. The verification is repeated (steps S22 and S23).
図11は、弱書き込み後のしきい値分布を示す図である。消去レベルとデータEのベリファイレベルVEの間に弱書き込みベリファイレベルWPvを設定し、書き込み電圧Vpgmを順次ステップアップさせながら弱書き込みベリファイレベルWPvを超えたときの書き込み電圧Vpgmを測定する。 FIG. 11 is a diagram showing the threshold distribution after weak writing. A weak write verify level WPv is set between the erase level and the data E verify level VE, and the write voltage Vpgm when the write voltage Vpgm exceeds the weak write verify level WPv is measured while the write voltage Vpgm is sequentially stepped up.
ステップS22において弱書き込みベリファイが完了した際、ベリファイ完了時の書き込み電圧Vpgmに基づいてメモリセルMCのグループを決定する(ステップS24)。例えば、弱書き込みベリファイ完了時の書き込み電圧が10V以下だった場合にはメモリセルMCを最も書き込みの速いグループGR1、ベリファイ完了時の弱書き込み電圧が11V以下だった場合にはメモリセルMCを次に書き込みの速いグループGR2、ベリファイ完了時の弱書き込み電圧が12V以下だった場合にはメモリセルMCを次に書き込みが速いグループGR3、ベリファイ完了時の弱書き込み電圧が12V以上だった場合にはメモリセルMCを最も書き込みの遅いグループGR4としてグループ分けする。 When weak write verification is completed in step S22, a group of memory cells MC is determined based on the write voltage Vpgm at the time of completion of verification (step S24). For example, when the write voltage when the weak write verify is completed is 10V or less, the memory cell MC has the fastest write group GR1, and when the weak write voltage when the verify is completed is 11V or less, the memory cell MC is The group GR2 with fast writing, the memory cell MC when the weak write voltage at the time of verifying is 12V or less, the memory cell MC when the group GR3 with the next fastest writing, and the weak write voltage at the completion of verification with 12V or more. MC is grouped as a group GR4 with the slowest writing.
尚、決定されたグループ情報はステートマシン7に設けられたキャッシュに保持することも可能であるし、メモリセルアレイ1の一部等他の場所に保持することも可能である。又、本実施形態においてはメモリセルMCを4つのグループにグループ分けしているが、メモリセルMCをいくつのグループに分けるかは適宜調整可能である。
The determined group information can be held in a cache provided in the state machine 7 or can be held in another location such as a part of the
次に、選択メモリセルMCnに書き込む書き込みデータ及びステップS2において算出されたグループ情報を用いて、選択メモリセルMCnに対する書き込み電圧の割り付けを行う(ステップS3)。本実施形態においては、図12に示す通り、それぞれ1V〜2Vの電位差で5段階の強度を有する書き込み電圧P1〜P5を用いて書き込みを行う。又、書き込み電圧の割り付けは、例えば図13に示す通り、書き込みの速いグループほど低い電圧を、遅いグループほど高い電圧を割り付け、又、書き込みデータのしきい値電圧が小さいほど低い電圧を、大きいほど高い電圧を設定することが考えられる。 Next, a write voltage is assigned to the selected memory cell MCn using the write data to be written to the selected memory cell MCn and the group information calculated in Step S2 (Step S3). In the present embodiment, as shown in FIG. 12, writing is performed using writing voltages P1 to P5 having 5 levels of intensity with a potential difference of 1 V to 2 V, respectively. For example, as shown in FIG. 13, a write voltage is assigned to a group having a higher write speed by assigning a lower voltage, a slower group having a higher voltage, and a write data having a lower threshold voltage having a lower voltage. It is conceivable to set a high voltage.
又、本実施形態においては、所定のグループ(例えばGR3)に属するメモリセルMCに所定の書き込みデータ(例えばデータA)を書き込む時に割り当てられる書き込み電圧(例えばP3)と、所定のグループよりも書き込み速度の速い他のグループ(例えばGR2)、又は遅い他のグループ(例えばGR4)に属するメモリセルMCに所定の書き込みデータよりもしきい値電圧の高い他のデータ(例えばデータB)又は低い他のデータ(例えばデータE)を書き込む時に割り当てられる書き込み電圧(例えばP3)が重複する様になっている。この様に書き込み電圧を設定することによって、発生させる電圧の種類を低減し、回路構成を単純化することが可能である。 In the present embodiment, a write voltage (for example, P3) assigned when writing predetermined write data (for example, data A) to a memory cell MC belonging to a predetermined group (for example, GR3), and a write speed higher than that of the predetermined group. Other data having a higher threshold voltage than the predetermined write data (for example, data B) or other data having a lower threshold voltage than other predetermined data (for example, data B). For example, the write voltage (for example, P3) assigned when writing the data E) overlaps. By setting the write voltage in this way, it is possible to reduce the type of voltage to be generated and simplify the circuit configuration.
次に選択メモリセルMCnに対する書き込み電圧に対して、隣接メモリセルMCn−1及びMCn+1に対する書き込みデータに応じた重み付けを行う(ステップS4)。 Next, the write voltage for the selected memory cell MCn is weighted according to the write data for the adjacent memory cells MCn−1 and MCn + 1 (step S4).
書き込み電圧の重み付けは、データ入出力バッファ4に保持されている1ページ分の書き込みデータをコンパレータ11において演算処理し、重みデータとしてステートマシン7に出力することによって行う。本実施形態において、コンパレータ11で行われる演算処理は単純な加算処理である。即ち、各メモリセルMCnについて、隣接メモリセルMCn−1及びMCn+1に対する書き込みデータを加算して、1ページ分の重みデータとする。本実施形態においては2ビット/セル方式(4値)を採用している為、隣接メモリセルMCn−1及びMCn+1の組合せは4×4=16通り存在する。従って、重みを16段階に設定することも考えられるが、本実施形態においては図14に示す通り、隣接メモリセルMCn−1及びMCn+1に対する書き込みデータに応じて3段階(図中、0,1,2)の重み付けを行う。
The weighting of the write voltage is performed by processing the write data for one page held in the data input / output buffer 4 in the
ステートマシン7は、重みデータに応じて、ステップS3において割り当てた書き込み電圧の値に重み付けをする。即ち、重みデータに応じて各メモリセルに印加する電圧を、書き込み電圧P1〜P5の中から再選択する。例えば、本実施形態においては、隣接メモリセルMCn−1とMCn+1にデータCを書き込む場合には、着目メモリセルの重みデータは2である(図14参照)。従って、ステップS2において着目メモリセルに書込み電圧P5が割り当てられていた場合、着目メモリセルに改めて書込み電圧P3を割り当てる。 The state machine 7 weights the value of the write voltage assigned in step S3 according to the weight data. That is, the voltage to be applied to each memory cell according to the weight data is reselected from the write voltages P1 to P5. For example, in this embodiment, when data C is written to adjacent memory cells MCn−1 and MCn + 1, the weight data of the memory cell of interest is 2 (see FIG. 14). Therefore, when the write voltage P5 is assigned to the target memory cell in step S2, the write voltage P3 is assigned again to the target memory cell.
隣接メモリセルMCn−1及びMCn+1への書き込み動作に起因する着目メモリセルMCnへの近接効果の影響は、着目メモリセルMCnに対する書き込みデータが小さい程顕著になる。従って、同じ重み付けであっても、選択メモリセルMCnに対する書き込みデータによって、異なる重み付けをする事も可能である。即ち、選択メモリセルMCnに対する書き込みデータが低い場合(例えばデータEであった場合)には重み付けを強く反映させ、高い場合(例えばデータCであった場合)には、書き込みデータが低い場合と比較して弱く反映させることが可能である。 The influence of the proximity effect on the target memory cell MCn resulting from the write operation to the adjacent memory cells MCn−1 and MCn + 1 becomes more significant as the write data to the target memory cell MCn is smaller. Therefore, even with the same weighting, different weighting can be performed depending on the write data for the selected memory cell MCn. That is, when the write data for the selected memory cell MCn is low (for example, data E), the weight is strongly reflected, and when the write data is high (for example, data C), it is compared with the case where the write data is low. It is possible to reflect it weakly.
次に、選択ページ内のメモリセルに対して書き込みを行う(ステップS5〜S7)。即ち、まずページ内の書き込み電圧P1〜P5の割り当てられたメモリセルMCに対して電圧P1を印加する。次に、書き込み電圧P1の割り当てられたメモリセルMCを書き込み禁止状態にして書き込み電圧P2〜P5の割り当てられたメモリセルMCに対して書き込み電圧P2を印加する。以下同様に、書き込み電圧P1〜P5の割り当てに応じてページ内の選択メモリセルに順次書込み電圧P1〜P5を印加する(ステップS5)。その後、4通りの書き込みデータE,A,B,Cに応じて4回ベリファイを行い(ステップS6)、書き込みが終了で無かった場合には書き込み電圧P1〜P5を所定電圧だけ増加させて、書き込み電圧の印加及びベリファイを繰り返し行う(ステップS7)。尚、書き込みデータEに対するベリファイは省略することも可能である。 Next, writing is performed on the memory cells in the selected page (steps S5 to S7). That is, first, the voltage P1 is applied to the memory cells MC to which the write voltages P1 to P5 in the page are assigned. Next, the memory cell MC to which the write voltage P1 is assigned is set in the write inhibit state, and the write voltage P2 is applied to the memory cells MC to which the write voltages P2 to P5 are assigned. Similarly, the write voltages P1 to P5 are sequentially applied to the selected memory cells in the page in accordance with the assignment of the write voltages P1 to P5 (step S5). Thereafter, verification is performed four times according to the four types of write data E, A, B, and C (step S6). If the write is not completed, the write voltages P1 to P5 are increased by a predetermined voltage, and the write is performed. Voltage application and verification are repeated (step S7). The verification for the write data E can be omitted.
以上の様な書き込み動作によれば、メモリセルMCの書き込み速度に応じたグループ分けによって、個々のメモリセルMCの特性に応じて印加電圧を調整することが可能となり、制御性の向上及び書き込み時間の短縮が可能となる。又、本実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置においては書き込み動作時に生じる隣接効果を低減し、制御性の高い不揮発性半導体記憶装置を提供することが可能となる。
[第2の実施形態]
次に、第2の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置について説明する。本実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置は、基本的には第1の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置と同様であるが、本実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置においては、重みデータに応じて書き込み電圧だけでなくベリファイ電圧も調整する。即ち、例えば第1の実施形態と同様に図14のように重みデータを設定する場合、図15に示す通り、重みデータに応じてベリファイ電圧を規定値よりも低い値に設定する。
According to the write operation as described above, the applied voltage can be adjusted according to the characteristics of the individual memory cells MC by grouping according to the write speed of the memory cells MC, thereby improving controllability and writing time. Can be shortened. Further, in the nonvolatile semiconductor memory device according to the present embodiment, it is possible to reduce the adjacent effect that occurs during the write operation and to provide a highly controllable nonvolatile semiconductor memory device.
[Second Embodiment]
Next, a nonvolatile semiconductor memory device according to a second embodiment will be described. The nonvolatile semiconductor memory device according to this embodiment is basically the same as the nonvolatile semiconductor memory device according to the first embodiment. However, in the nonvolatile semiconductor memory device according to this embodiment, weight data is used. Accordingly, not only the write voltage but also the verify voltage is adjusted. That is, for example, when the weight data is set as shown in FIG. 14 as in the first embodiment, the verify voltage is set to a value lower than the specified value according to the weight data as shown in FIG.
本実施形態においては9種類のベリファイ電圧(大きい方から、1.VC0,1,2(着目セルにデータCを書き込む場合であって、着目セルの重みデータが0,1,2である場合のベリファイ電圧。以下、同様)、 2.VB0,1、 3.VB2、 4.VA0、 5.VA1, 6.VA2, 7.VE0、 8.VE1、 9.VE2)を使用する。本実施形態においては、着目メモリセルにデータEを書き込む場合等、着目メモリセルの元々のベリファイ電圧が低い場合には重みデータに応じたベリファイ電圧の減少量を大きく設定し、着目メモリセルにデータB,Cを書き込む場合等、着目メモリセルの元々のベリファイ電圧が高い場合には重みデータに応じたベリファイ電圧の減少量を小さく設定する。又、例えば着目メモリセルに印加する書き込み電圧が隣接メモリセルに印加する書き込み電圧よりも大きい場合にはベリファイ電圧に対する重み付けを省略することも可能である。本実施形態においては、着目メモリセルにデータCを書き込む場合にはベリファイ電圧に対する重み付けを省略し、着目メモリセルにデータBを書き込む場合には重みデータが2の場合にのみ重み付けを行い、着目メモリセルにデータA,Eを書き込む場合には重みデータ1,2に応じてベリファイ電圧を調整する。尚、本実施形態においてはコンパレータから出力された重みデータに基づいてベリファイ電圧を調整するが、例えば着目メモリセルと隣接メモリセルとにそれぞれ印加する書き込み電圧P1〜P5を比較してベリファイ電圧の調整を行う事も可能である。
[その他の実施形態]
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、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。これらの新規な実施形態は、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。
In the present embodiment, nine types of verify voltages (from the larger one: 1. VC0, 1, 2 (when data C is written to the target cell and the weight data of the target cell is 0, 1, 2) Verify voltage (the same applies hereinafter), 2. VB0,1, 3.VB2, 4.VA0, 5.VA1, 6.VA2, 7.VE0, 8.VE1, 9.VE2) are used. In the present embodiment, when the original verify voltage of the target memory cell is low, such as when data E is written to the target memory cell, the amount of decrease of the verify voltage corresponding to the weight data is set large, and the data is stored in the target memory cell. When the original verify voltage of the memory cell of interest is high, such as when B and C are written, the decrease amount of the verify voltage corresponding to the weight data is set small. For example, when the write voltage applied to the target memory cell is higher than the write voltage applied to the adjacent memory cell, the weighting for the verify voltage can be omitted. In this embodiment, when data C is written to the target memory cell, weighting for the verify voltage is omitted, and when data B is written to the target memory cell, weighting is performed only when the weight data is 2, When data A and E are written in the cell, the verify voltage is adjusted according to the
[Other Embodiments]
As mentioned above, although some embodiment of this invention was described, these embodiment is shown as an example and is not intending limiting the range of invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
1…メモリセルアレイ、2…カラム制御回路、3…ロウ制御回路、4…データ入出力バッファ、5…アドレスレジスタ、6…コマンドI/F、7…ステートマシン、10…電圧生成回路、11…コンパレータ。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記第2の方向に配列された複数の前記メモリセルをページとして、ページ単位で前記メモリセルにデータを書き込む制御回路と
を備え、
前記制御回路は、
前記データを書き込むページに含まれる複数の前記選択メモリセルの書き込みデータを検出するコンパレータを備え、
前記メモリセルの書き込み速度を測定し、
前記ページ単位の複数のメモリセルへの書き込み動作に際して、前記書き込みの対象となっている複数のメモリセルを前記書き込み速度に応じて複数のグループにグループ分けし、前記グループに応じて書き込み条件を調整し、
書き込み動作に際して、書き込みを行うページ内において前記各メモリセルに隣接するメモリセルに対する書き込みデータ及び各メモリセルに対する書き込みデータに応じて各メモリセルの前記書き込み条件を更に調整し、
前記書き込み条件の更なる調整は前記コンパレータの出力に応じて行う
ことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。 A plurality of memory cells connected in series in a first direction, a source line side select gate transistor connected between the plurality of memory cells and a source line, and connected between the plurality of memory cells and a bit line. A plurality of NAND cell units each including a bit line side select gate transistor are arranged in a second direction orthogonal to the first direction, and the memory cell is formed on the semiconductor layer and the semiconductor layer. A memory cell array having a gate insulating layer, a charge storage layer formed on the gate insulating layer, and a control gate facing the charge storage layer via an inter-gate insulating layer and extending in the second direction;
A plurality of the memory cells arranged in the second direction as a page, and a control circuit for writing data to the memory cell in page units,
The control circuit includes:
A comparator for detecting write data of the plurality of selected memory cells included in the page to which the data is written;
Measuring the write speed of the memory cell;
In the write operation to the plurality of memory cells in the page unit, the plurality of memory cells to be written are grouped into a plurality of groups according to the write speed, and a write condition is adjusted according to the group And
During the write operation, the write condition of each memory cell is further adjusted according to the write data for the memory cell adjacent to each memory cell and the write data for each memory cell in the page to be written,
The nonvolatile semiconductor memory device, wherein the further adjustment of the write condition is performed according to the output of the comparator.
前記第2の方向に配列された複数の前記メモリセルをページとして、ページ単位で前記メモリセルにデータを書き込む制御回路と
を備え、
前記制御回路は、
前記ページ単位の複数のメモリセルへの書き込み動作に際して、書き込みを行うページ内において各メモリセルに対する書き込みデータ及び前記各メモリセルに隣接するメモリセルに対する書き込みデータに応じて前記各メモリセルの書き込み条件を調整する
ことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。 A plurality of memory cells connected in series in a first direction, a source line side select gate transistor connected between the plurality of memory cells and a source line, and connected between the plurality of memory cells and a bit line. A plurality of NAND cell units each including a bit line side select gate transistor are arranged in a second direction orthogonal to the first direction, and the memory cell is formed on the semiconductor layer and the semiconductor layer. A memory cell array having a gate insulating layer, a charge storage layer formed on the gate insulating layer, and a control gate facing the charge storage layer via an inter-gate insulating layer and extending in the second direction;
A plurality of the memory cells arranged in the second direction as a page, and a control circuit for writing data to the memory cell in page units,
The control circuit includes:
In the write operation to the plurality of memory cells in the page unit, the write condition of each memory cell is determined according to the write data for each memory cell and the write data for the memory cell adjacent to each memory cell in the page to be written. A non-volatile semiconductor memory device characterized by adjusting.
前記コンパレータの出力に応じて前記書き込み条件の調整を行う
ことを特徴とする請求項2記載の不揮発性半導体記憶装置。 The control circuit further includes a comparator for detecting write data of a plurality of the selected memory cells included in a page to which the data is written,
The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 2, wherein the write condition is adjusted according to an output of the comparator.
ことを特徴とする請求項4記載の不揮発性半導体記憶装置。 The write voltage assigned when writing one data to the memory cells belonging to one group overlaps with the write voltage assigned when writing other data to the memory cells belonging to another group. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 4.
ことを特徴とする請求項2〜5のいずれか1項記載の不揮発性半導体記憶装置。 The control circuit adjusts a verify condition of each memory cell in accordance with write data to a memory cell adjacent to each memory cell in a page to be written in a write operation to the plurality of memory cells in the page unit. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 2, wherein:
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