JP2014222558A - ページ消去を有する不揮発性半導体メモリ - Google Patents

ページ消去を有する不揮発性半導体メモリ Download PDF

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Abstract

【課題】不揮発性メモリの寿命を長くすることができる消去及び消去ベリファイの技術を提供する。
【解決手段】不揮発性メモリにおいて、完全なフルブロックよりも小さい1つもしくはそれ以上のページを消去することができる。選択電圧は、パストランジスタを介して複数の選択されたワードラインの各々に印加され、非選択電圧は、パストランジスタを介して選択されたブロックの複数の非選択ワードラインの各々に印加される。基板電圧は、選択されたブロックの基板に印加される。共通選択電圧は、各選択されたワードラインに印加され、共通非選択電圧は、各非選択されたワードラインに印加される。選択および非選択電圧は、選択されたブロックのいずれかのワードラインに印加することができる。ページ消去ベリファイ動作は、複数の消去されたページと複数の消去されていないページをもつブロックに適用することができる。
【選択図】図19

Description

本発明は、2006年3月29日に提出された米国仮出願第60/786,897号、2006年9月11日に提出された米国仮出願第60/843,593号、および2007年3月8日に提出された米国実用出願第11/715,838号の利益を享受する。上記出願の全体の教示は、参照することによりここに包含される。
ディジタルカメラ、ポータブルディジタル補助、ポータブルオーディオ/ビデオプレイヤー、モバイル端末のようなモバイル電子装置は、大容量のメモリを必要し続けており、好ましくは、これまでに容量および速度能力を増加させている不揮発性メモリを必要としている。例えば、現在利用可能なオーディオプレイヤーは、オーディオ/ビデオデータ格納するために256メガバイトないし40ギガバイトのメモリを持つことができる。フラッシュメモリやハードディスクドライブのような不揮発性メモリは、電力がなくてもデータが保持されるので好ましい。
今日、高密度を有するハードディスクドライブは、40ないし500ギガバイトのデータを格納することができるが、比較的大きい。しかしながら、フラッシュメモリは、半導体ドライブとしても知られ、高集積度、不揮発性、およびハードディスクドライブに対して小さいサイズのために人気がある。フラッシュメモリ技術は、EPROMおよびEEPROM技術に基づくものである。“フラッシュ”の単語は、多数のメモリセルを一度に消去することができるので、各バイトが個々に消去されたEEPROMから区別されるように選ばれた。当業者であれば、フラッシュメモリが、NOR、NAND、あるいは他のフラッシュとして構成することができ、NANDフラッシュは、そのコンパクトなメモリアレイ構造により与えられた面積当りに高い集積度を有することを理解するであろう。更なる説明のために、フラッシュメモリへの参照は、あらゆるタイプのフラッシュメモリとして理解されるべきである。
NANDフラッシュメモリのセルアレイ構造は、n個の消去可能なブロックからなる。各ブロックは、m個のプログラム可能なページに分割され、n個の消去可能なブロックからなるNANDフラッシュメモリの例のセルアレイ構造を例示する。この例では、n=2048である。各ブロックは、図1ないし3に示すように、m個のプログラム可能なページに分割され、ここで、m=64である。
各ページは、図3に示すように、(j+k)バイト(×8b)から構成される。この例では、j=2048、k=64である。ページはさらに、分離されたkバイト領域(スペアフィールド)を有するjバイトデータ格納領域(データフィールド)に分割される。kバイト領域は、典型的に、エラーマネージメント機能のために使用される。
・1ページ=(j+k)バイト
・1ブロック=mページ=(J+k)バイト*m
・全体のメモリアレイサイズ=nブロック=(J+k)*m*n
従来のNANDフラッシュメモリ装置では、読出し(リード)、プログラム動作は、ページ基準(page basis)で実行されるが、消去動作は、ブロック基準(block basis)で実行される。すべての動作は、命令によって駆動される(サムソンの2GbNANDフラッシュの仕様を参照:そこに全体が包含されたds_k9f2gxxu0m_rev10)。
内部のメモリアレイは、ページ基準でアクセスされる。アドレスが付随されるREAD命令を共通I/Oピン(I/O0ないしI/O7)を介して装置に書き込んだ後に読出し動作は開始する。選択されたページ内の2,112バイトのデータは、図4に示すtR(フラッシュアレイからページレジスタまでのデータ転送時間)未満で、センス(感知)されページレジスタに転送される。一旦、2,112バイトのデータが感知され、かつセルアレイの選択されたページからデータレジスタへ転送されると、データレジスタ内のデータは、例えば、1サイクルにつき8ビットまたは16ビットで装置から連続的に読み出すことができる。
従来のメモリアレイは、ページ基準でプログラムされる。プログラム動作では、2,112バイトのデータの入力データとアドレスが付随されたPROGRAM命令が共通I/Oピン(I/O0ないしI/O7)を介して装置に発せさられる。2,112バイトのデータは、入力データロードサイクル中にデータレジスタに転送され、最終的に図5に示すように、tPROG(ページプログラム時間)未満でセルアレイの選択されたページにプログラムされる。
メモリアレイは、ブロック基準で消去される。ブロック消去動作において、ブロックアドレスによって付随されたBLOCK ERASE命令が、共通I/Oピン(I/O0ないしI/O7)を介して装置に発せられる。128Kバイトのデータは、図6に示すように、tBER(ブロック消去時間)未満で消去される。詳細な装置の動作は、NANDフラッシュの仕様(サムソンの2GbNAND:ds_k9f2gxxu0m_rev10)を参照。
NANDのセルストリング(cell string)は、典型的に、1つのストリング選択トランジスタ71、iのメモリセル72、および1つのグランド選択トランジスタ73から構成され、これらは図7に示すように直列に接続されている。1つのストリング当りのセルの数(i)は、プロセステクノロジーによって変更することができ、例えば、1ストリングにつき8セル、1ストリングにつき16セル、あるいは1ストリングにつき32セルである。1ストリングにつき32メモリセルは、現在の90nmおよび70nmのテクノロジーにおいて一般的である。以後、図7に示すように、iのために“32”が用いられる。
メモリセルゲートは、ワードライン0ないし31(W/L0ないしW/L31)に対応する。ストリング選択トランジスタのゲートは、ストリング選択ライン(SSL)に接続され、他方、ストリング選択トランジスタのドレインは、ビットライン(B/L)に接続される。グランド選択トランジスタのゲートは、グランド選択ライン(GSL)に接続され、他方、グランド選択トランジスタのソースは、共通ソースライン(CSL)に接続される。各ワードラインは、ページに対応し、各ストリングは、ブロックに対応する。
図8および図9は、NANDセルストリングにつき32セルを有するブロックの物理的な構造を描画している。図8に示すように、ブロック内に(j+k)*8のNANDストリングがある。従って、1つのブロックは、全部で(j+k)*8*32のセルを有する。各ワードラインは、1ページとして定義される。図9は、nブロックを示している。
典型的に、フラッシュメモリセルは、ファウラーノルトハイム(F−N)トンリングかホットエレクトロン注入によりプログラムおよび消去される。NANDフラッシュメモリでは、消去およびプログラムの双方は、F−Nトンネリングによって管理される。以下の消去およびプログラム動作は、NANDフラッシュメモリに基づくものである。
消去動作中に、セルの上層のポリ(すなわち、トップゲート)がVss(グランド)にバイアスされ、他方、セルの基板が消去電圧Vers(例えば、約20V)にバイアスされ、ソースおよびドレインが接合(P−基板からn+ソース/ドレインへの順方向バイアス)により自動的にVersにバイアスされる。この消去バイアス条件により、フローティングポリ(すなわち、フローティングゲート)にトラップされた電子(電荷)は、図10Aに示すように、トンネル酸化物を介して基板に放出される。消去されるセルのセルVthは、図10Bに示すように負の値である。言い換えれば、消去されるセルは、オン状態のトランジスタ(0VのゲートバイアスVgでノーマリターンオン)である。
プログラム動作中に、対照的に、セルの上層のポリ(すなわちトップゲート)はプログラム電圧Vpgm(例えば、約18V)にバイアスされ、他方、セルの基板、ソース、およびドレインは、Vss(グランド)にバイアスされる。このプログラムバイアス条件により、基板の電子(電荷)は、図11Aに示すようにトンネル酸化物を介してフローティングポリ(すなわち、フローティングゲート)に注入される。プログラムされるセルのセルVthは、図11Bに示すように、正の値である。言い換えれば、プログラムされるセルは、オフ状態のトランジスタ(0VのゲートバイアスVgでノーマリターンオフ)である。
それ故、NANDフラッシュは、双方向(すなわち対称的な)F−Nトンネルメカニズムにより消去され、プログラムされる。
1つの公知の消去スキームが図12および図13に例示される。図12は、消去動作中のバイアス条件を示している。Pウエル基板は、消去電圧Versにバイアスされ、他方、選択されたブロックのビットラインと共通ソースライン(CSL)は、SSLとGSLトランジスタのS/Dダイオードを介してVers−0.6vにクランプされる。同時に、選択されたブロックのすべてのワードラインが0Vにバイアスされ、他方、ストリング選択ライン(SSL)とグランド選択ライン(GSL)は消去電圧Versにバイアスされる。それ故、選択されたブロックの全体のセルは、上記したようにF−Nトンネリングにより消去される。
ブロック基準の消去動作のため、同じPウエル基板を有する選択されていないブロックのメモリセルの消去は、防止されなければならない(すなわち、消去禁止)。図13は、非選択ブロックに対する消去禁止スキームを示している。
・選択されたブロックのすべてのワードラインが0Vにバイアスされる。
・非選択ブロックのすべてのワードラインがVersにバイアスされ、基板からのVersによる電界を補償する。
表1は、消去動作中の従来技術1を有する選択ブロックと非選択ブロックのバイアス条件を示す。
Figure 2014222558
消去禁止スキームでは、非選択ブロックのすべてのワードラインを消去電圧Versに充電するために非常に長い全消去時間を要する。同時に、電力消費は、非選択ブロックの全ワードラインを充電しかつ放電するために、非常に大きくなる。さらに、メモリ密度が増加するにつれ、消去時間が非常に長くなり、消去動作中の消費電力が非常に高くなる。
上記方法の問題を解決するために、自己昇圧(self-boosting)消去禁止スキーム(特許宇文献1)が提案されており、これがNANDフラッシュメモリに広く使用されている。
選択されたブロックでは、消去バイアス条件は、図14に示すように、SSLおよびGSLがVersにバイアスされる代わりにフローティングであることを除き、実質的に上記と同様である。
非選択ブロックのメモリセルの消去を防ぐため、非選択ブロックのすべてのワードラインは、図15に示すように消去動作中にフローティングにされる。それ故、非選択ブロックのフローティング状態のワードラインは、消去電圧Versを基板に印加したときに、基板と非選択ブロックのワードライン間の容量結合によりほぼ消去電圧Versにブーストされる。(フロートされたワードラインは、セルアレイの基板がVersに向かうとき、Versの約90%にブーストされるが、フローティングのワードラインのブーストされた電圧レベルは、基板とワードライン間の結合率によって決定される。)非選択ブロックのブーストされた電圧は、基板とワードライン間の電界を減少させ、その結果、非選択ブロックのメモリセルの消去が防止される。
・選択ブロックのすべてのワードラインは、0Vにバイアスされる。
・非選択ブロックのすべてのワードラインは、フローティングである。
表2は、この方法での消去中のバイアス条件を示している。非選択ブロックのワードラインに消去電圧Versを印加する必要はなく、非選択ブロックの全体のワードラインはVersにバイアスされる必要がないので、消去中の電力消費が削減されかつ消去時間が削減される。
Figure 2014222558
セルの基板が消去電圧Versにバイアスされ、かつ選択ブロックのセルのソース/ドレイン/基板が電気的に接続されるため、消去動作は、ブロック基準で生じなければならない。言い換えれば、最小の消去可能なアレイサイズは、ブロックである。
上記したフラッシュメモリは、このような限界に受ける。先ず、ビットは、ターゲットのメモリアレイを消去した後にのみプログラム可能である。第2に、各セルは、制限された消去の数を維持することのみを可能にし、その後、もはや信頼性をもってデータを格納することができなくなる。言い換えれば、セルへの消去およびプログラムサイクルの数には制限がある(すなわち、耐久性であり、典型的に、10,000〜100,000サイクル)。第3に、最小の消去可能なアレイサイズは、最小のプログラム可能なアレイサイズよりも大きいことである。このような制限により、フラッシュメモリを効率良く使用するべく、洗練されたデータ構造およびアルゴリズムが要求される。(例えば、特許文献2ないし4を参照)
ページ基準のメモリセルの消去は、特許文献5および米国特許出願2006/0050594号に提案されている。
米国特許第5,473,563号 米国特許第5,937,425号 米国特許第6,732,221号 米国特許第6,594,183号 米国特許第5,995,417号
ここには、不揮発性メモリにおける新規なページ基準の消去方法の技術的な詳細が特定の用途のNANDフラッシュメモリに提示される。ページ基準の消去方法は、NANDフラッシュメモリを用いて説明されるが、当業者によって他のフラッシュメモリ装置にも適用可能である。
不揮発性メモリ、例えば、NANDフラッシュメモリは、基板上のメモリセルの複数のストリング、メモリセルのページとなるストリング上のワードライン、各ワードラインに電圧を印加するパストランジスタを有する。ページを消去する方法では、選択されたブロックの各パストランジスタは、例えばブロックデコーダを介してイネーブルされる。ワードラインデコーダは、選択されたブロックの複数の選択されたワードラインの各々のパストランジスタに選択電圧を印加させることができ、かつ、選択されたブロックの複数の非選択のワードラインの各々のパストランジスタに非選択電圧を印加させることができる。基板電圧は、選択されたブロックの基板に印加される。基板電圧と各選択されたワードラインの結果として生じる電圧間の電圧差は、選択されたワードラインのメモリセルのページを消去させ、基板電圧と各非選択のワードラインの結果として生じる電圧間の電圧差は、非選択のワードラインのメモリセルのページを消去するものよりも小さい。
ある実施例では、共通の選択電圧が各選択されたワードラインに印加され、共通の非選択の電圧が各非選択のワードラインに印加される。選択電圧および非選択電圧は、選択されたブロックのいかなるワードラインに印加することができる。
選択および非選択の電圧を選択されたブロックのワードラインのいずれかに印加することで、選択されたワードラインは、少なくとも1つの非選択のワードラインにより隔離されることができ、非選択のワードラインは、少なくとも1つの選択されたワードラインにより隔離されることができる。非選択されたラインに近接する選択されたラインでは、ワードラインの昇圧(ブースト)は、容量結合をあてにし、結果的に昇圧が減少され得る。その結果、非選択電圧から印加されるより高い初期電圧が好ましい。2つの選択されたメモリセルに近接する非選択のメモリセルが消去されないことを確実にするため、非選択電圧は、選択電圧よりも印加された基板電圧に近いことが望ましい。
1つの実施例では、各選択されたワードラインの結果として生じる電圧は、選択電圧と実質的に同じであり、各非選択のワードラインの結果として生じる電圧は、基板電圧に向かう非選択電圧から引っ張られたフローティング電圧である。選択されたブロックの各パストランジスタに印加された共通のゲート信号はV2の値を有し、非選択電圧は、V2よりも大きく、非選択のワードラインは、V2−Vthにプリチャージする。V2は、実質的に印加された基板電圧よりも小さいが、印加された基板電圧の少なくとも50%であることが好ましい。そういうものとして、選択されたブロックの非選択電圧は、非選択ブロックのパストランジスタに典型的に印加された電圧よりも大きい。
他の実施例では、各選択されたワードラインの結果的な電圧は、実質的に選択電圧に等しく、各非選択のワードラインの結果的な電圧は、実質的に非選択電圧に等しい。例えば、選択電圧は、おおよそ0Vであることができ、非選択電圧は、印加された基板電圧におおよそ等しくすることができる。
消去ベリファイ動作において、選択ベリファイ電圧は、選択されたブロックの複数の消去されたページの各ワードラインに印加することができ、非選択ベリファイ電圧は、選択されたブロックの複数の消去されていないページの各ワードラインに印加することができる。選択されたブロックのストリングの状態はそれからセンスされる。各ストリングは、終端電圧、具体的には電源に接続される。終端電圧のレベルは、選択されたワードラインの数に依存する複数の電圧レベルの1つから選択することができる。
上記の記載は、以下の具体的な本発明の実施例の説明および添付する図面の例示から明らかになるであろう。図面において、種々の点から同様の部分は同様の参照をしている。図面は、本発明の例示することに代えて、必ずしもスケール通りではなく、強調している。
本発明の実施例の例示の説明は次の通りである。ここに引用されたすべての特許、公開された出願および文献は、参照することによって完全に包含される。
フラッシュメモリ、特にNANDフラッシュ装置では、読出しおよびプログラム動作は、ページ基準で実行されるが、消去動作はブロック基準で実行される。典型的に、ページサイズは、512バイト、2048バイトまたは4096バイトであり、ブロックサイズは、16ページ、32ページ、または64ページである。それ故、最小の消去可能なブロックサイズは、ページサイズの少なくとも16倍である。さらに、この消去可能なブロックの最小のサイズ(すなわち、消去ブロックの単位)は、チップサイズが増加するにつれて大きくなる。
プログラム/読出しと消去間のアレイサイズのミスマッチは、装置の信頼性(すなわち装置の寿命)とフラッシュファイルシステムのシステム性能の劣化において2つの重要な問題を招く。
ハードディスク(HDD)と異なり、フラッシュメモリ装置のメモリセルは、入力データによりプログラムされる前に消去されなければならない。データ書込み動作は、一旦CPUまたはシステム内のフラッシュコントローラがプログラム命令を発したならば、即座に実行される必要がある。従って、プログラム前消去(erase before program)は、全体のシステム性能を減少させる。この問題を克服するため、フラッシュコントローラは、典型的に、空の消去されたブロックを前もって準備する(すなわち、消去−ユニット再要求(リクラメイション))。この再要求は、フリーな空間の大きさが予め決められたしきい値未満のとき、バックグランド(CPUがアイドルのとき)または要求があったとき(オンデマンド)のいずれかで生じ得る。
フラッシュコントローラがページの僅かな部分へのデータ書込みまたはデータ変更を要求するときでさえ、典型的に、変更されるべきページを含むブロックは、消去−ユニット再要求によって宣言されたフリー(空)のブロックの1つに再書込みされるであろう。この場合、オリジナルブロックのオリジナルデータを含む有効なページは、図16に示すように、選択されたフリーなブロックにコピーされる。変更されるページが読み出され、変更され、新しいブロックにコピーされ、ページ内に変更されたデータとページの残りにオリジナルデータを有する新しいブロックがフラッシュコントローラの仮想マッピングシステムによって有効なブロックアドレスに再マップされる。(仮想マッピングシステムは、フラッシュコントローラによってアクセスされる論理アドレスとフラッシュメモリの物理的アドレス間のアドレス翻訳システムである)。オリジナルブロックは、陳腐となり、消去−ユニット再要求プロセスによってフリーブロックとして宣言されるであろう。(エラン ガル、シバン テレド、「フラッシュメモリのアルゴリズムおよびデータ構造」、ACMコンピューティング サーベイ、Vol.37, No.2, pp.138-163,Jun. 2005を参照することにより、フラッシュメモリのアルゴリズムおよびデータ構造について完全にここに包含される)。上記したブロックコピー動作による性能の劣化を最小限にするため、典型的に、NANDフラッシュ装置は、フラッシュ装置とフラッシュコントローラ間の外部処理なしにページコピー機能をサポートする。それにもかかわらず、プログラム/読出しと消去動作間のアレイサイズのミスマッチは、大きなシステムの負荷と複雑さを招く。
フラッシュメモリセルは、ファウラーノルトハイムトンネリングまたはホットエレクトロン注入によりプログラムされ、消去される。プログラムまたは消去の動作中に、電荷がフローティングゲートからまたはそこへ、フローティングゲートを囲む誘電体を介して移動される。頻繁な電荷の移動は、電子をフローティングゲートと誘電体にトラップさせ、これがセルのプログラムや消去の特性を劣化させる。結果として生じるセルは、増加した消去−プログラムサイクル数での電子のトラッピングにより、徐々に、より高いプログラム電圧および消去電圧を必要とし、その結果、セルの消去−プログラムサイクルの数が制限される。典型的に、消去−プログラムサイクルの最大数(すなわち、セルの耐久特性)は、10,000と100,000との間である。
消去−プログラムサイクルの制限された回数(耐久性)は、フラッシュ装置の寿命を限定する。できるだけ長い寿命をもつことができれば、それは利点であろうし、これは、フラッシュ装置へのアクセスパターンに依存する。単一のセルあるいは僅かなセルへの繰り返される、頻繁な再書込みは、すぐに故障の始まりを引き起こし、利用可能な装置の寿命の終わりを直ちに引き起こすであろう。
さらに、多数のフラッシュ装置を有するフラッシュメモリシステムでは、フラッシュメモリシステムの装置内で非常に不均一な使用があれば、ある装置は寿命の終わりに到達し、他の装置は、十分な寿命を残される。ある装置が寿命の終わりに到達したとき、全体のメモリシステムは、交換されなければならない可能性があり、これは、フラッシュメモリシステムの寿命を非常に減少させる。
もし、再書込みが装置のすべてのセルに均一に分配され得るならば、各セルは、それが耐え得る最大の消去数に近くなり、そして、故障の開始はできるだけ遅延され、装置の寿命が最大になる。装置のすべてのセル間の均等な使用により装置寿命を延長するため、フラッシュメモリスステムでは、多くの損耗レベル技術(wear-leveling techniques)とアルゴリズムが提案され、かつ実行されてきた。
ブロックコピー動作は、上記したように読み出し/プログラムと消去間のアレイサイズのミスマッチにより、ブロックのページの影響されないデータが新しいブロックに変更されたデータとともに再書き込み(コピー)されるため、不必要な再書き込み(リライト)を招く。従って、もし、最小の消去可能なアレイサイズが、ブロック(すなわちブロック基準の消去)の代わりにページ(すなわちページ基準消去)ならば、再書き込みされるべきページだけが消去される必要があるため、非常にデバイスの寿命を長くすることができる。さらに、ブロックコピー動作の数は、ページ基準消去により非常に減少される。
NANDフラッシュメモリの各NANDセルストリングは、セル基板は、装置のNANDセルストリング間で共通であるけれども、個々に制御され得る。消去動作中のブロックのすべてのワードラインは、典型的なNANDフラッシュ装置においえ同じ電圧状態にバイアスされる。これは、最小の消去可能なアレイサイズがNANDフラッシュメモリのブロックであるからである。
ページ基準でフラッシュメモリセルを消去するために、NANDセルストリングのページに対応する各ワードラインは、別々にかつ個々に制御されなければならない。
ページ消去スキーム1
表3および図17は、ページ消去スキーム1によるページ消去中のバイアス条件を示す(たとえば、ワードライン27の消去)。ページ消去スキーム1では、非選択のワードラインは、非選択のページが消去されることを防止する電圧にバイアスされ、たとえば、Versであり、他方、選択されたワードラインは、選択されたページを消去するための別の電圧、たとえば、0Vにバイアスされる。
図17に示すように、選択されたブロック内で、
・選択されたブロックの選択されたワードラインは、消去のため0Vにバイアスされ、
・選択されたブロックの非選択ワードラインは、消去禁止のためVersにバイアスされる。
非選択ブロックのメモリセルの消去を防止するため、非選択ブロックのすべてのワードラインは、消去動作中にフローティングされ、これは、従来技術2と同じであり、他方、表3に示されたバイアス条件は、図18に示されるように選択ブロックに適用される。それ故、非選択ブロックのフロートされたワードラインは、消去電圧Versを基板に加えたとき、基板と非選択ブロックのワードライン間の容量結合によりほぼ消去電圧Versに昇圧される。(ワードラインは、セルアレイの基板がVersに向かうとき、Versの約90%に昇圧される;しかしながら、フロートされたワードラインの昇圧された電圧レベルは、基板とワードライン間の結合度合により決定される)非選択ブロックのワードラインの昇圧された電圧は、基板とワードライン間の電界を減少させ、結果として、非選択ブロックのメモリセルの消去が防止される。
・非選択ブロックのすべてのワードラインはフローティングである。
Figure 2014222558
ページ消去スキーム2Aおよび2B
ページ消去スキーム2Aおよび2Bのバイアス条件は、次の通りである。
・セルゲート(ワードライン)は、負の電圧−V1(第1レベル電圧)にバイアスされる。
・セル基板は、第2レベル電圧にバイアスされる。
・セルゲートと基板間の電界は、セルのトンネル酸化物を介してF−Nトンネルを生じる要件に適合する。
・セルのフローティングポリ(すなわち、フローティングゲート)にトラップされるエレクトロン(チャージ)は、トンネル酸化物を介して基板に放出される。
・0Vのセルゲート電圧を有する第2レベル電圧の最大は、非選択の隣接ページにセル消去の障害を引き起こさない(たとえば、しきい値電圧のシフトやソフト−消去)。
・−V1および第2レベル電圧は、プロセス技術とセルの特性に従い変更することができる。
図19は、消去動作中の選択ブロックの選択されたページ(この例では、ワードライン27)に対するページスキーム2Aを有する電圧バイアス条件を示す。選択されたワードライン27(ページ)は、負の電圧−18V(−V1)にバイアスされ、他方、非選択のワードラインは、0Vにバイアスされる。セルアレイの基板は、0V(V2=0V)にバイアスされる。電圧はまた、プロセス技術およびセル特性に従い変更することができ、これは、図21、22および表5に関連して以降に説明される。新しい消去条件では、選択されたページのすべてのセルは消去され、他方、非選択ページのすべてのセルは、セルゲートと基板間の電界の非効果的な大きさにより消去されない。
表4および図20は、選択ブロックと非選択ブロックのバイアス条件を示している。非選択ブロックのすべてのワードラインは、消去中にフローティングであり、それ故、すべてのワードラインの電位は、基板が0Vにバイアスされるため、0Vにとどまり、非選択ブロックのすべてのワードラインは、消去のためにフローティングされる前に0Vに放電される。
Figure 2014222558
図21は、消去動作中の選択ブロックの選択されたページ(ここの例では、ワードライン27)に対するページ消去スキーム2Bを有する電圧バイアス条件を示している。選択されたワードライン27(ページ)は、負の電圧−13V(−V1)にバイアスされ、他方、非選択のワードラインは、0Vにバイアスされる。セルアレイの基板は、5Vにバイアスされる。セルのゲートと基板間の全体の電界は、第1の例のときと同じである。基板に対する電圧は、同じNANDセルストリングの非選択のワードライン(ページ)のセルに消去の障害(すなわち、ソフト−消去)を引き起こさないように決定される。
表5および図22は、選択ブロックと非選択ブロックのバイアス条件を示している。非選択ブロックのすべてのワードラインは、消去動作中にフローティングであり、非選択ブロックのすべてのワードラインは、基板に電圧を印加したとき、基板と非選択ブロックのワードライン間の容量結合により、ほぼ基板電圧に昇圧される。(昇圧された電圧は、基板電圧の約90%である;しかしながら、フロートされたワードラインの昇圧された電圧レベルは、基板とワードライン間の結合率により決定される。)非選択ブロックのワードラインの昇圧された電圧は、基板とワードライン間の電界を減少させ、その結果、非選択ブロックのメモリセルの消去が防止される。
Figure 2014222558
多重ページ消去およびブロック消去
新規なページ消去の概念では、選択ブロックの多重ページ(ワードライン)を消去することができる。実際、ワードライン電圧の選択的な制御により、選択ブロックの1つもしくはそれ以上のページを消去することができる。さらに、選択ブロックの全体のページもまた消去することができ、これは、基本的にブロック消去である。
図23は、ページ消去スキーム1のバイアス条件を用い、選択ブロックの3ページ(ワードライン1、27、29)が同時に消去されることを示している。
図24は、ページ消去スキーム2Aのバイアス条件を用い、選択ブロックの3ページ(ワードライン1、27、29)が同時に消去されることを示している。
図25は、ページ消去スキーム2Bのバイアス条件を用い、選択ブロックの3ページ(ワードライン1、27、29)が同時に消去されることを示している。
図26は、ページ消去スキーム2Aのバイアス条件を用い、選択ブロックのすべてのページが同時に消去されることを示しており、これは、ブロック消去である。
図27は、ページ消去スキーム2Bのバイアス条件を用い、選択ブロックのすべてのページが同時に消去されることを示しており、これは、ブロック消去である。
消去ベリファイ
選択ブロックの1ページ、複数ページまたはすべてのページを消去した後、
消去されたセルが読み出されるのに適切なしきい値電圧マージンをもつことを保証するため消去ベリファイが実行さえなければならない。この消去ベリファイは、以下に説明されるページバッファにより実行される。図28、29、30および表6は、ページ消去ベリファイおよびブロック消去ベリファイ中の電圧バイアス条件を示している。複数ページのベリファイでは、各選択されたページは、消去後におそらく連続的(順番に)ベリファイされるが、好ましいアプローチでは、すべてが一度にベリファイされる。表6の電圧の番号(ナンバー)(すなわち、Vread、Versvf、Vcslevf、およびVbersvf)は、プロセス技術およびセル特性に従い変更され得る。
図28は、ソースバイアスなしの単一ページ消去ベリファイを示し、図29は、CSLからのソースバイアスを有する単一ページ消去ベリファイを示し、図30は、ブロック消去ベリファイを示す。
Figure 2014222558
表6の最後の列は、すべてのワードラインが選択されたブロック消去ベリファイを示す。これらの条件は、従来のブロック消去ベリファイと比較され得る。0ボルト、または、より少ない許容ベリファイでは、−1.5Vのようなマイナス電圧が各ワードラインに印加される。図10Bを参照すれば分かるように、適切に消去されたメモリセルは、ワードラインに印加された0Vで導通する。しかしながら、もし、メモリセルが完全に消去されていないと、メモリセルは、より少なく導通するか全く導通しない。ブロック消去ベリファイでは、メモリセルの完全に導通をしないいずれか1つは、完全に消去するための故障としてセンスされ得るビットライン上のより高い電圧を生じさせる。
ページが消去されただけの単一選択ページを有する消去ベリファイの場合、ストリングの他のメモリセルの各々は、オン状態かオフ状態にありえる。これを説明するため、例えば、4−5Vの高電圧が各非選択セルのワードラインに印加される。この電圧は、図11Bに示されるようにセルがオフ状態にプログラムされたときでさえ、しきい値電圧よりも高い。従って、セルは、セルがオフ状態にプログラムされた場合でもセルは導通するであろう。選択されたワードラインをゼロボルトに設定することは、まさにその選択されたワードラインのベリファイを可能にする。
ストリングのすべての非選択セルの高い導通で、ベリファイ動作中の典型的であるビットラインのより低い電圧が予測され得る。非選択メモリセルの増加した導通をオフセットさせるため、表6の第2列の例えば、−1.5ボルトの負の電圧が選択されたワードラインに印加され得るか、あるいは、表6の第1列に示される、ゼロボルトよりも高い電圧、例えば、0.4Vが共通ソースラインに印加され得る。結果として、ベリファイのため、選択されたセルは、非選択セルの高い導電性をオフセットするようにベリファイオンのための導電性がなければならない。
負の電圧よりも正のバイアス電圧を発生させることが一般には好ましく、このため、正の共通ソースバイアスを有するページ消去ベリファイが概して好ましい。共通ソースラインの適切な電圧は、例えば、単一ページでは、0.3V−0.5Vの範囲である。フルブロックよりも少ない多重ページ消去ベリファイでは、より小さい電圧が適切である。例えば、フルブロック消去ベリファイのため0Vの共通ソース電圧で、1ページベリファイのために0,5Vで、各追加のページが一度に最初のページとともにベリファイされるためソース電圧を0.5Vから0.5/32の増加だけ減少させることが適切であろう。ソース電圧のこのような細かな制御は、必要とされるべきではない。しかしながら、0.5Vのソース電圧は、例えば、一度に0ないし8の選択されたワードラインのベリファイに使用されることができ、0.4Vが9ないし16の選択ワードラインのベリファイに使用されることができ、0.3Vが17−24のワードライン、0Vが25−32ワードラインに使用され得る。
ページ消去フロー
プログラム動作と異なり、典型的に、消去動作は、単一消去および消去ベリファイサイクル後のセルのしきい値電圧がしっかりとターゲットの値に分配されるので、多重消去および消去ベリファイサイクルを必要としない。しかしながら、多重消去および消去ベリファイサイクルはまた、消去されたセルの目標のしきい値電圧を確かにするため適用され得る。
図31は、単一消去および消去ベリファイサイクルを用いたページ消去フローを示し、図32は、多重消去および消去ベリファイサイクルを用いたページ消去フローを示す。多重消去および消去ベリファイサイクル方法の消去および消去ベリファイサイクルの最大数は、予め決められ、かつ、プロセステクノロジーおよびセル特性に従い変更される。このページ消去アルゴリズム(フロー)は、フラッシュメモリ装置にページ消去命令が発せられた後に自動的に実行される。
図31の311で、1つもしくはそれ以上の選択されたページであって、フルブロックまで、消去され得る。312で、消去された1つもしくはそれ以上のページがベリファイされる。313から、もし、メモリがベリファイをパスすれば、状態レジスタは314でパスするようにアップデートされ、もし、パスしなければ、315で失敗するようにアップデートされる。
これとは別に、図32に示すように、値ERS_ロープは、320で1にセットされる。313で1つもパスしなければ、ERS_ループ値は、321で最大値と比較される。もし、最大値が到達されていなければ、値は、322でインクリメントされ、消去とベリファイ手続が繰り返される。ループの最大値に到達したならば、315でレジスタに失敗が示される。
代替的に、多重ページ消去の後、各々の選択ページが個々にベリファイされることができる。個々のページの連続的なベリファイで、多重ページ消去は、いずれか1つのページの失敗の後に繰り返されるようにしてもよいし、あるいは失敗されたページが再度消去され得るようにしてもよい。
回路実施の例
図33は、NANDフラッシュコアの簡略化されたブロック図を描画している。NANDセルアレイ331は、従来のNANDフラッシュと同様にnブロック332を有する。ページバッファ回路333は、読出し、プログラムベリファイおよび消去ベリファイの間セルデータを感知しラッチする。ページバッファ回路はまた、一時的に、入力データを保持し、プログラム動作中に入力データに従いビットラインの電圧を決定する。NANDセルアレイからのすべての(j+k)*8ビットラインは、ページバッファ回路に接続される。各NANDセルブロックに対応するブロックデコーダ334は、SSL(ストリング選択ライン)、ワードライン0(WL)から31(WL31)、およびGSL(グランド選択ライン)としての信号を提供する。ブロックデコーダは、ロープリデコーダ335からのロープリデコードアドレス信号Xp/Xq/Xr/Xtと、共通ワードラインデコーダ336からのストリング選択信号SS、グランド選択信号GSおよび共通ストリングデコード信号S0ないしS31によって駆動される。基板電圧は、チャージポンプ337からPPウエルに印加される。
ここでの図には、入力および出力回路、制御回路、ローおよびカラムプリデコーダ回路、内部高電圧発生器が示されていない、なぜなら、それらは多数の公開された論文や特許に良く説明されているからである。Kang-Deog Suh等による文献、“インクリメントステップパルスプログラミングスキームを有する3.3V 32MbNANDフラッシュメモリ”,IEEE J Solid-State Circuits, vol.30,no.11,pp1149-1156,Apr.1995, Jin-ki Kim、“180ns/バイトの効率的なプログラム速度を実現する120−mm64−MbNANDフラッシュメモリ”、IEEE J Solid-State Circuits, vol.32, no.5, pp.670-680. Apr. 1997, Ken Takeuchi、“10MB/sプログラムスループットを有する56nmCMOS99mm2 8GbマルチレベルNANDフラッシュメモリ”、ISSCC Dig. Tech. Paper, pp. 144-145, Feb. 2006, June Lee、“大容量アプリケーションのための90nmCMOS1.8−V2−GbNANDフラッシュメモリ”、IEEE J Solid-State Circuits, vol.38, no. 11, pp. 1934-1942, Nov. 2003は、参照することによってここに全体が含まれる。
図9の従来のフラッシュ装置のように、NANDセルアレイは、nブロックからなり、各ブロックは、32(m)消去可能でありかつプログラム可能であるページ(すなわち、ワードライン)に分割される。NANDセルアレイには、(j+k)*8のビットラインがある。ブロックnの数、ページmの数、(j+k)*8の数は、変更可能であることに留意すべきである。
図34は、本発明の1つの可能性があるブロックデコーダの回路図を示しており、特に、ページ消去スキーム1についてである。ブロックデコーダの回路構成には、多くの変形が可能であることに留意すべきである。ブロックデコーダの全体の数は、nである。
ストリング選択ラインSSL、ワードラインWL0ないしWL31およびグランド選択ラインGSLは、パストランジスタTSS、TS0ないしTS31およびTGSを介してSS、S0ないしS31およびGSの共通信号によって駆動され、これらのトランジスタは、ブロックデコーダの出力信号BD_outによって共通に制御される。
ローカルチャージポンプ341は、プログラム電圧Vpgm、パス電圧Vpass、読出し電圧Vread7、および消去電圧Versを提供する高電圧スイッチ回路である。これは、エンハンスメントNMOSトランジスタ(ENH)、デプリーションNMOSトランジスタ(DEP)、ネイティブNMOSトランジスタ(NAT)および2入力NANDゲートG1から構成される。ブロックデコーダの出力信号BD_outは、ブロックデコーダラッチ出力BDLCH_outがVdd、Hvenbが0V、およびOSCが発振されるとき、昇圧される(注意:ローカルチャージポンプは、周知の回路技術である)。
BDLCH_outは、ブロックデコードリセットトランジスタへのRST_BDがハイ(実際には短いパルス)のとき、0Vにリセットされ、NANDゲートG2への有効なロープロデコードされたアドレス信号Xp、Xq、XrおよびXtとともに、ブロックでコードイネーブルトランジスタへのLCHBD入力がハイ(実際には短いパルス)のとき、ラッチされる。BDLCH_outは、インバータI1とI2によってラッチされる。
図35は、ページ消去スキーム2Aおよび2Bについてのブロックデコーダの回路図を示している。ブロックデコーダの回路構成には多くの変形があることに留意すべきである。ブロックデコーダの全体の数はnである。
ストリング選択ラインSSL、ワードラインWL0ないしWL31およびグランド選択ラインGSLは、パストランジスタTSS、TS0ないしTS31およびTGSを介してSS、S0ないしS31およびGSの共通信号によって駆動され、これらのパストランジスタは、ブロックデコーダの出力信号BD_outによって共通に制御される。パストランジスタTSS、TS0ないしTS31およびTGSの基板は、負の高電圧Vnhvによって制御される。
高電圧レベルシフタ351は、正の高電圧Vhvと負の高電圧Vnhvを提供する高電圧スイッチ回路である。レベルシフタ回路は、クロスカップルされたpチャンネルトランジスタQ1、Q2とnチャンネルプルダウン装置Q3、Q4を含む。Q3とI3への入力がハイのとき、BD_outは、VhvがQ1を介して印加されるのでハイにプルアップされ、入力がローのとき、BD_outは、Q4を介してVnhvへのローにプルされる。
BD_outは、RST_BDがハイ(実際には、短いパルス)のとき、0Vにリセットされ、LCHBDがハイ(実際には、短いパルス)でゲートG2に有効なロープリデコードされたアドレス信号Xp、Xq、XrおよびXtを有するとき、インバータI1とI2によってラッチされる。
表7は、種々の動作モードのVhvとVnhvの状態の例を示している。すべての電圧値は変更することが可能である。
Figure 2014222558
ページバッファおよびカラム選択回路は、図36に示されるように、一般的なNANDフラッシュと同様である。再度、図36に示されるページバッファおよびカラム選択回路は、本発明の可能な例の1つである。
1つのページバッファは、1つのビットラインに対応する。しかしながら、ページバッファは、アレイ密度が増加するにつれ、複数のビットラインによって共用することができる(June Lee等による“大容量アプリケーションのための90−nmCMOS1.8−V2−GbNANDフラッシュメモリ”、IEEE J Solid-State Circuits, vol. 38, no.11, pp. 1934-1942, Nov. 2003をの文献を参照、参照することによって全体が含まれる)。
図36のページバッファおよびカラム選択回路は、読出し(リード)、プログラム(書込み)ベリファイ、および消去ベリファイ動作において使用される。消去ベリファイ動作において、ラッチは、LCHDAによってリセットされ、ノードBをハイにラッチする。ビットラインBLは、Vccにプリチャージされる。もし、全ての選択されたメモリセルが適切に消去されるなら、メモリセルのストリングは、消去ベリファイ動作中に導通し、従って、ビットラインおよびノードPBSOをローにプルする。ビットライン隔離トランジスタは、オフの状態のままである。約0.5vよりも小さいPBSOで、ラッチの下のセンストランジスタはターンオンせず、従って、ノードBはハイを保つ。ノードBのハイ電圧は、パス(合格)/失敗のpチャンネルをセンストランジスタをオフに保つ。その結果、センストランジスタは、最初にグランドにされたラインPASSbをチャージしない。もし、すべてのストリングが適切に消去されるなら、ラインPASSbは、ローを保ち、“パス(合格)”がそのラインから感知される。
他方、もし、いずれかのストリングが完全に消去さなかったならば、ノードPBSOの電圧は、LCHDBが与えられているので、センストランジスタをターンオンさせるに十分なハイを保つ。その結果、ノードBはローにプルされる。選択されたブロックのページバッファのいずれかのノードBのローで、パス/失敗のセンストランジスタは、ターンオンし、PASSbをハイレベルに昇圧する。このハイレベルが感知され、“失敗”が示される。
動作
・W/L0ないしW/L31は、NANDセルストリング内の32のワードラインである。SSLは、ストリング選択ライン、GSLは、グランド選択ラインである。CSLは、共通ソースラインであり、DL/DLbは、差動データラインである。
・CSLは、読出し動作中に0Vにバイアスされ、他方、CSLは、プログラム中にVddにバイアスされる。
・YAhおよびYBiは、それぞれ第1レベルのカラム選択信号、第2レベルのカラム選択信号である。
・ビットライン(BL)は、DCBがハイのとき、0Vにディスチャージされる。
・PBSOは、ページバッファのセンスノードである。
・PREBLbは、ビットラインをプリチャージするためのイネーブル信号である。
・LCHDAおよびLCHDBは、ビットラインをセンスした後にPBSOノードが十分な電圧差をもつとき、データラッチ制御信号である。さらに、LCHDAとLCHDBは、ページバッファのセンスされたデータの極性を制御する(すなわち、ノードAとノードB)。読出しおよびプログラムベリファイ中のページバッファのノードAとBは、PBSOをセンスするときの消去ベリファイおよびコピーのための読出し中のノードAとBと反対である。
・ページバッファのラッチは、ビットラインプリチャージトランジスタによりハイ(Vdd)のPBSOノードで、LCHDAまたはLCHDBのいずれかによってリセットされる。
・ISOPBbは、ページバッファをビットラインから隔離するためのBL隔離トランジスタへの制御信号である。
・PASSbは、プログラム完了を検出するための共通のセンスノードである。入力データがプログラムおよびプログラムベリファイを用いた内部のプログラムアルゴリズムによりセルにうまく書き込まれたとき、すべてのページバッファ内のノードBはVddである。従って、PASSbは、0Vであり、センスアンプによって感知される。同様に、もし、選択されたブロック内の全てのストリングがうまく消去されたならば、全てのページバッファ内のノードBは、消去ベリファイ中にVddである。読出しサイクル中に、PASSbは、使用されず、PASSbに関するセンスアンプはディスエイブルされる。
消去動作
図37は、ページ消去スキーム1でのページ消去または多重ページ消去のコアタイミングを示す。
基本的に、消去動作は、図37に示される、消去セットアップ(t1からt2)、消去(t2からt3)および消去リカバリー(t3からt4)のように、3つの期間からなる。
消去セットアップ(t1からt2):
・ブロックデコーダは、RST_BDパルスによってリセットされ、ブロックデコーダのラッチのBDLCH_outは、0Vになる。
・ロープリデコードされた信号Xp/Xq/Xr/Xtが一度有効になると、ブロックデコーダのラッチイネーブル信号LCHBDがパルスされる。
・ロープリデコードされた信号Xp/Xq/Xr/Xtが一致されると、ラッチのBDLCH_outはVddにセットされる(Vhvは、消去中にVersにセットされる)
・ブロックデコーダの出力信号BD_outは、Hvnebが0VでありOSCが発振されるとき、ローカルチャージポンプによって(Vers+Vth)に昇圧される。
・非選択ブロックのBD_outは、0Vにセットされる。その結果として、非選択ブロックの全てのワードライン、SSL、GSL、CSLがフロートになる。
消去(t2からt3):
・この期間中に、セル基板(ポケットpウエル)がVersにバイアスされる。
・単一ページ消去のために選択されたワードライン、または多重ページ消去のために選択されたワードラインは、0Vにバイアスされ、非選択ワードラインは、パストランジスタTS0ないしTS31を介して共通信号S0ないしS31によりVersに駆動される。
・ストリング選択ラインSSL、グランド選択ラインGSLおよび共通ソースCSLがフローティングされる。選択されたブロックのSSLおよびGSLは、セル基板がVersになるとき、基板とSSL/GSL間の容量結合によりVersのほぼ90%にブーストされる。CLSは、基板(PP−ウエル)からソース(n+)へのジャンクション順方向バイアスによりVersに向かう。
・この期間中に、選択されたページのすべてのセルが消去される。選択されたブロックの非選択ワードラインのメモリセルの消去は、0電界によって防止される(すなわち、ワードライン=Vers&セル基板=Vers)。
・非選択ブロックの全てのパストランジスタTS0ないしTS31は、非選択ブロックデコーダの出力BD_outによりオフされる。それ故、非選択ブロックのすべてのワードラインは、フローディングされかつセル基板とワードライン間の容量デカップリングによりほぼ90%に昇圧される。
消去リカバリー(t3からt4):
・この期間中、セル基板、非選択、選択ワードライン、SSL、GSL、およびCSLのすべての高電圧は、初期状態(0V)にディスチャージされる。
図38は、ページ消去スキーム2Aでのページ消去または多重ページ消去のコアタイミングを示す。
消去セットアップ(t1からt2):
・ブロックデコーダは、RST_BDパルスによってリセットされ、ブロックデコーダのBD_outは0Vになる。
・ロープリデコードされた信号Xp/Xq/Xr/Xtが有効になると、ブロックデコーダのラッチイネーブル信号LCHBDはパルスされる。
・ブロックデコーダのBD_outは、ロープリデコードされた信号Xp/Xq/Xr/Xtが一致されたとき、Vddにセットされる(Vhvは、消去中にVddにセットされる)
・非選択ブロックのBD_outはVnhvにセットされる。
消去(t2からt3):
・パストランジスタTS、TS0ないしTS31、およびTGの基板は、Vnhvにより−V1(−18V)にバイアスされ、負の電圧−V1(−18V)を通過させる。
・この期間中に、単一ページ消去で選択されたワードラインまたは多重ページ消去で選択されたワードラインは、−V1(−18V)に駆動され、他方、非選択ワードラインは、パストランジスタTS0ないしTS31を介して共通信号S0ないしS31により0Vにバイアスされる。
・ストリング選択ラインSSLおよびグランド選択ラインGSLは0Vにバイアスされる。
・非選択ブロックのパストランジスタTS0ないしTS31のゲートは、消去セットアップ期間中にVnhvにバイアスされ、Vnhvは、この期間中に−V1(−18)になる。それ故、パストランジスタTS0ないしTS31は、ターンオフされ、非選択ブロックのすべてのワードラインはフローティングにされる。
・この期間中に、選択されたページ(または複数のページ)上のすべてのセルは消去される。
消去リカバリー(t3からt4):
・この期間中に、選択されたワードラインおよびパストランジスタの基板の負の電圧は、初期状態(0V)に戻る。
図39は、−13VのV1と5VのV2を有するページ消去スキーム2Bを用いたページ消去または多重ページ消去のコアタイミングを示す。
消去セットアップ(t1からt2):
・ブロックデコーダは、RST_BDパスルによってリセットされ、ブロックデコーダのBD_outは0Vになる。
・ロープリデコードされた信号Xp/Xq/Xr/Xtが一旦有効になると、ブロックデコーダのラッチイネーブル信号LCHBDがパルスされる。
・ブロックデコーダのBD_outは、ロープリデコードされた信号Xp/Xq/Xr/Xtが一致されたとき、Vddにセットされる(Vhvは、消去中にVddにセットされる)。
・非選択ブロックのBD_outはVnhvにセットされる。
消去(t2からt3)
・パストランジスタTS、TS0ないしTS31、TGの基板は、Vnhvにより−V1(−13V)にバイアスされ、負の電圧−V1(−13V)を通過させる。
・セルアレイの基板はV2(5V)にバイアスされる。
・この期間中に、単一ページ消去のための選択されたワードラインまたは多重ページ消去のための選択されたワードラインがーV1(−13V)に駆動され、他方、非選択ワードラインは、パストランジスタTS0ないしTS31を介して共通信号S0ないしS31により0Vにバイアスされる。
・ストリング選択ラインSSLおよびグランド選択ラインCSLはフローティングされ、セルアレイの基板から容量結合によりV2(5V)の90%にブースとされる。
・共通ソースラインCSLおよびビットラインは、セルアレイの基板からの順方向接合バイアスによりV2(5V)である。
・非選択ブロックのパストランジスタTS0ないしTS31のゲートは、消去セットアップ期間中にバイアスされ、Vnhvは、この期間中に−V1(−13)になる。それ故、パストランジスタTS0ないしTS31は、ターンオフされ、非選択ブロックのすべてのワードラインはフローティングされる。
・この期間中に、選択されたページ(または複数のページ)上のすべてのセルは消去される。
消去リカバリー(t3からt4)
・この期間中に、選択されたワードラインおよびパストランジスタの基板の負の電圧は、初期状態(0V)に戻る。
・セルアレイの基板、SSL、GSL、CSLの電圧は初期状態(0V)に戻る。
ページ消去スキーム1を用いたブロック消去のコアタイミングは、参照することによりここに全体が含まれる従来技術の特許5、472、563のものと同じである。
図40は、−18Vの−V1と0VのV2を有するページ消去スキーム2Aを用いたブロック消去のコアタイミングを示す。
消去セットアップ(t1からt2):
・ブロックデコーダは、RST_BDパルスによってリセットされ、ブロックデコーダのBD_outは0Vになる。
・ロープリデコードされた信号Xp/Xq/Xr/Xtが一旦有効になると、ブロックデコーダのラッチイネーブル信号LCHBDがパルスされる。
・ブロックデコーダのBD_outは、ロープリデコードされた信号Xp/Xq/Xr/Xtが一致されたとき、Vddにセットされる(Vhvは、消去中にVddにセットされる)。
・非選択ブロックのBD_outはVnhvにセットされる。
消去(t2からt3):
・パストランジスタTS、TS0ないしTS31、およびTGの基板は、Vnhvにより−V1(−18V)にバイアスされ、負の電圧−V1(−18V)を通過させる。
・この期間中に、選択されたブロックのすべてのワードラインは、パストランジスタTS0ないしTS13を介して共通信号S0ないしS31によって−V1(−18V)に駆動される。
・ストリング選択ラインSSLおよびグランド選択ラインCSLは0Vにバイアスされる。
・非選択ブロックのパストランジスタTS0ないしTS31のゲートは、消去セットアップ期間中にバイアスされ、Vnhvは、この期間中に−V1(−18)になる。それ故、パストランジスタTS0ないしTS31はターンオフされ、非選択ブロックのすべてのワードラインはフローティング(浮動)にされる。
・この期間中、選択されたブロックのすべてのセルは消去される。
消去リカバリー(t3からt4):
・この期間中、選択されたブロックのすべてのワードラインおよびパストランジスタの基板の負の電圧は、初期状態(0V)に戻る。
図41は、−13Vの−V1と5VのV2を有するページ消去スキーム2Bを用いたブロック消去のコアタイミングを示す。
消去セットアップ(t1からt2):
・ブロックデコーダは、RST_BDパルスによってリセットされ、ブロックデコーダのBD_outは0Vになる。
・ロープリデコードされた信号Xp/Xq/Xr/Xtが一旦有効になると、ブロックデコーダのラッチイネーブル信号LCHBDがパルスされる。
・ブロックデコーダのBD_outは、ロープリデコードされた信号Xp/Xq/Xr/Xtが一致されたとき、Vddにセットされる(Vhvは、消去中にVddにセットされる)。
・非選択ブロックのBD_outはVnhvにセットされる。
消去(t2からt3):
・パストランジスタTS、TS0ないしTS31、およびTGの基板は、Vwptにより−V1(−13V)にバイアスされ、負の電圧−V1(−13V)と通過させる。
・セルアレイの基板はV2(5V)にバイアスされる。
・この期間中に、選択されたブロックのすべてのワードラインは、パストランジスタTS0ないしTS31を介して共通信号S0ないしS31によって−V1(−13V)に駆動される。
・ストリング選択ラインSSLおよびグランド選択ラインGSLはフローティングされ、セルアレイの基板からの容量結合によりV2(5V)の90%にブースとされる。
・共通ソースラインCSLは、セルアレイの基板からの接合順方向バイアスによりV2(5V)である。
・非選択ブロックのパストランジスタTS0ないしTS31のゲートは、消去セットアップ期間中にバイアスされ、Vnhvは、この期間中に−V1(−13)になる。それ故、パストランジスタTS0ないしTS31はターンオフされ、非選択ブロックのすべてのワードラインはフローティングされる。
・この期間中に、選択されたブロックのすべてのセルは消去される。
消去リカバリー(t3からt4):
・この期間中に、選択されたブロックのすべてのワードラインおよびパストランジスタの基板の負の電圧が初期状態(0V)に戻る。
・セルアレイの基板、SSL、GSL、CSLの電圧は、初期状態(0V)に戻る。
消去ベリファイ動作
消去ベリファイ動作は、図42、図43、図44、および図45に示される、消去ベリファイセットアップ(t1からt2)、BLプリチャージ(t2からt3)、BLセンス(t3からt4)、データラッチ(t4からt5)、および消去ベリファイリカバリー(t5からt6)のように、5つの期間から構成される。
図42は、ページ消去スキーム1のためのページ消去ベリファイのコアタイミングを示す。ここに記載される電源の電圧レベルは、可能な例であり、変更することができる。
ページ消去ベリファイセットアップ(t1からt2):
・ブロックデコーダのBD_outは、前の消去動作でVddにセットされる(Vhvは消去ベリファイ中にVddにセットされる)
・非選択ブロックのBD_outは、前の消去動作で0Vにセットされる。
・DCBパルスによりビットラインをグランドにディスチャージする。
・ページバッファのラッチは、PREBLbパルスを有するLCHDAパルスによりリセットされる。この短いパルス期間中に、PBSOノードは、BLプリチャージトランジスタによりVddになる。ノードAおよびBは、それぞれ0VとVddにリセットされる。
・PBSOノードは、ラッチをリセットした後、SELBLにより0Vにディスチャージされる。
BLプリチャージ(t2からt3):
・ブロックデコーダのBD_outは、HVnebが0VになりOSCが発振されるとき、ローカルチャージポンプによってVread7(〜7V)になる。従って、選択されたブロックのパストランジスタTSS、TS0ないしTS31およびTGSのゲートはVread7(〜7V)に昇圧される。
・SSL、非選択ワードラインおよびGSLは、SS、非選択SおよびGSによりVread(4〜5V)にチャージされる。
・選択されたワードラインは、選択されたSにより0Vにバイアスされ、他方、選択されたブロックのCSLは、選択されたページの負のセルVthを有する消去されたセルをベリファイするためにVcslevf(〜0.4V)にバイアスされる(すなわち、負のセルVthを有するセルについてのソースバイアスセンシングスキーム)。
・ビットラインは、PREBLbが”ロー“になるとき、所定のプロチャージレベル(〜1.3V)にプリチャージされる。SELBLは、BL選択トランジスタを用いるビットラインプリチャージレベルを決定するVblpre(〜2.3V)になる。
BLセンス(t3からt4):
・ビットラインは、BL選択トランジスタをディスエイブルすることにより(SBLBL=0V)、ページバッファから切り離され、BLプリチャージトランジスタは、ターンオフされる。
・プリチャージされたビットラインのレベルは、セル状態に基づき展開される。各ビットラインは、もし、セルが不完全に消去されるならば、プロチャージされた電圧レベルを維持し、なぜならセルがまだオフ−セルであり、プリチャージされたビットライン電圧を放電することができないためである。反対に、もし、セルが完全に消去されるならば、セルは、オン−セルでありかつプリチャージされたビットラインをこの期間中に放電する。
データラッチ(t4からt5):
・この期間中に、SELBLは、Vbldcpl(〜1.3V)にバイアスされ、ビットラインとPBSO間の容量デカップリングを可能にする。
・容量デカップリングセンススキームで、消去されたセル(オン−セル)のビットラインに対応するPBSOノードの電圧は、選択されたビットラインに比べて相対的に非常に小さい寄生容量をもつセンスノードPBSOとビットライン間のチャージの共用により急速に降下する。
・一旦、ビットラインとPBSOノード間の容量デカップリング動作によりビットラインが十分な電圧レベルを展開すると、データラッチ動作は、LCHDB信号をイネーブルすることにより実行する。
・NANDストリングの不完全に消去されたセルによるPBSOノードのVddの電圧は、ページバッファのセンストランジスタをターンオンする。その結果として、ノードAは、LCHDBが印加されるや否や、Vddから0Vにフリップされる(ノードBは、0VからVddにフリップされる)。
・NANDストリングの消去されたセル(オン−セル)よるPBSOノードの低電圧(0.3V〜0.4V)は、ページバッファデータに影響を与えない。従って、ページバッファは、初期状態を保持する(すなわち、ノードAはVdd&ノードBは0V)。
・もし、NANDストリングの選択されたセルがうまく消去されるならば、ノードAとノードBは、消去ベリファイ中のBLセンスとラッチ動作後に、それぞれ0VとVddである。
・もし、NANDストリングの選択されたセルが不完全に消去されるならば、ノードAとノードBは、消去ベリファイ中のBLセンスとラッチ動作後に、それぞれVddと0Vである。
ページ消去ベリファイリカバリー(t5からt6):
・この期間中に、全てのビットラインは、DCBによりディスチャージされ、他方、ページバッファ内のすべてのラッチはセンスされたデータを保持する。
・SSL、非選択ワードライン、GSL、およびCSLは、この期間中に0Vにディスチャージされる。選択されたワードラインおよびパストランジスタTSS、TS0ないしTS31、およびTGSの基板もまた、消去ベリファイ電圧Versvfから0Vに戻る。
・もし、選択されたワードライン(ページ)のすべてのセルがうまく消去されるならば、すべてのページバッファ内のラッチのノードAとノードBは、それぞれ0VとVddにセットされる。従って、PASSbの全てのプルアップPMOSトランジスタ(合格(パス)/失敗センストランジスタ)は、各PMOSトランジスタのゲートがラッチのノードBに接続されるので、ディスエイブルされる。最終的に、PASSbは、検出回路内のセンスアンプによってセンスされることができ、消去合格/失敗のフラグを発生する。PASSbをセンスするセンスアンプは、記載されていないが、これは、周知のセンスアンプにおり実現することができる。
多重ページ消去ベリファイでは、選択されたページは、連続的にベリファイされる(すなわち、ページ基準での消去ベリファイ)。
図43は、ページ消去スキーム1を有するブロック消去ベリファイのコアタイミングを示す。ブロック消去ベリファイのコア信号タイミングは、基本的に、ページ消去ベリファイと同じである。しかしながら、その違いは次のようである。
・選択されたブロックのすべてのセル(すなわち、NANDセルストリング)は、図43に示すように同時にベリファイされる。
・選択されたブロックの全てのワードラインは、ソースバイアスなし(すなわち、CSL=0V)かソースバイアス(すなわち、CSL=Vcslevf)で0Vにバイアスされる。
図44は、ページ消去スキーム2Aおよび2Bのためのページ消去ベリファイのコアタイミングを示す。ここに記載された電圧源の電圧レベルは、可能な例であり、変更することができる。
ページ消去ベリファイセットアップ(t1からt2):
・ブロックデコーダのBD_outは、前の消去動作でVddにセットされる(Vhvは、消去ベリファイ中にVddにセットされる)。
・非選択ブロックのBD_outは、前の消去動作でVnhvにセットされる。
・DCBパルスによりビットラインをグランドにディスチャージする。
・ページバッファのラッチは、PREBLbパルスを有するLCHDAパルスによりリセットされる。この短いパルス期間中に、PBSOノードは、BLプリチャージトランジスタによりVddになる。ノードAとノードBは、それぞれ0VとVddにリセットされる。
・PBSOノードは、ラッチをリセットした後、SELBLにより0Vにディスチャージされる。
BLプリチャージ(t2からt3)
・この期間中、Vhvは、Vread7(〜7V)になり、他方、VnhvはVersvf(〜−1.5V)になる。従って、選択されたブロックのパストランジスタTSS、TS0ないしTS31、およびTGSのゲートは、Vread7(〜7V)に昇圧される。また、パストランジスタの基板は、VnhvによりVersvf(〜−1.5V)にバイアスされる。
・SSL、非選択ワードライン、およびGSLは、SS、非選択SおよびGSによってVread(4〜5V)にチャージされる。
・選択されたワードラインは、選択されたSにより消去ベリファイ電圧Versvf(〜−1.5V)にバイアスされる。
・ビットラインは、PREBLbが”ロー“になるとき、所定のプリチャージレベルにプリチャージされる。SELBLは、BL選択トランジスタを用いたビットラインプリチャージレベルを決定するVblpre(〜2.1V)になる。
BLセンス(t3からt4):
・ビットラインは、BL選択トランジスタをディスエイブルすることにより(SBLBL=0V)、ページバッファから切り離され、BLプリチャージトランジスタは、ターンオフされる。
・プリチャージされたビットラインのレベルは、セル状態に基づき展開される。各ビットラインは、もし、セルが不完全に消去されるならば、プロチャージされた電圧レベルを維持し、なぜならセルがまだオフ−セルであり、プリチャージされたビットライン電圧を放電することができないためである。反対に、もし、セルが完全に消去されるならば、セルは、オン−セルでありかつプリチャージされたビットラインをこの期間中に放電する。
データラッチ(t4からt5):
・この期間中に、SELBLは、Vbldcpl(〜1.3V)にバイアスされ、ビットラインとPBSO間の容量デカップリングを可能にする。
・容量デカップリングセンススキームで、消去されたセル(オン−セル)のビットラインに対応するPBSOノードの電圧は、選択されたビットラインに比べて相対的に非常に小さい寄生容量をもつセンスノードPBSOとビットライン間のチャージの共用により急速に降下する。
・一旦、ビットラインとPBSOノード間の容量デカップリング動作によりビットラインが十分な電圧レベルを展開すると、データラッチ動作は、LCHDB信号をイネーブルすることにより実行する。
・NANDストリングの不完全に消去されたセルによるPBSOノードのVddの電圧は、ページバッファのセンストランジスタをターンオンする。その結果として、ノードAは、LCHDBが印加されるや否や、Vddから0Vにフリップされる(ノードBは、0VからVddにフリップされる)。
・NANDストリングの消去されたセル(オン−セル)よるPBSOノードの低電圧(0.3V〜0.4V)は、ページバッファデータに影響を与えない。従って、ページバッファは、初期状態を保持する(すなわち、ノードAはVdd&ノードBは0V)。
・もし、NANDストリングの選択されたセルがうまく消去されるならば、ノードAとノードBは、消去ベリファイ中のBLセンスとラッチ動作後に、それぞれ0VとVddである。
・もし、NANDストリングの選択されたセルが不完全に消去されるならば、ノードAとノードBは、消去ベリファイ中のBLセンスとラッチ動作後に、それぞれVddと0Vである。
ページ消去ベリファイリカバリー(t5からt6):
・この期間中に、全てのビットラインは、DCBによりディスチャージされ、他方、ページバッファ内のすべてのラッチは、センスされたデータを保持する。
・SSL、非選択ワードラインおよびGSLは、この期間中に0Vにディスチャージされる。選択されたワードラインおよびパストランジスタTSS、TS0ないしTS31、およびTGSの基板もまた、消去ベリファイ電圧Versvfから0Vに戻る。
・もし、選択されたワードライン(ページ)のすべてのセルがうまく消去されるならば、すべてのページバッファ内のラッチのノードAとノードBは、それぞれ0VとVddにセットされる。従って、PASSbの全てのプルアップPMOSトランジスタ(合格(パス)/失敗センストランジスタ)は、各PMOSトランジスタのゲートがラッチのノードBに接続されるので、ディスエイブルされる。最終的に、PASSbは、検出回路内のセンスアンプによってセンスされることができ、消去合格/失敗のフラグを発生する。PASSbをセンスするセンスアンプは、記載されていないが、これは、周知のセンスアンプにおり実現することができる。
多重ページ消去ベリファイでは、選択されたページは、連続的にベリファイされる(すなわち、ページ基準での消去ベリファイ)。
図45は、ブロック消去ベリファイのコアタイミングを示す。ブロック消去ベリファイのコア信号タイミングは、基本的に、ページ消去ベリファイと同じである。しかしながら、その違いは次のようである。
・選択されたブロックの全体のセル(すなわち、NANDセルストリング)は、図45に示されるように同時にベリファイされる。
・消去ベリファイ電圧Vbersvfは、0Vか、負の電圧であり、消去されるセルのしきい値電圧の適切なマージンを保証する。
・もし、消去ベリファイ電圧Vbersvfが負の電圧ならば、パストランジスタTSS、TS0ないしTS31、およびTGSの基板は、VnhvによってVbersvfにバイアスされ、これは、ページ消去ベリファイの条件と類似している。
ページ消去スキーム3
表8および図46および47は、ページ消去スキーム3によるページ消去中のバイアス条件を示す。ページ消去スキーム3で、非選択ワードラインは、ほぼ消去電圧Versにブーストされ(セルアレイの基板がVersになるとき、Versのα%、α=基板とワードライン間の結合率)、非選択ページが消去されるのを防止し、他方、選択されたワードラインは、別の電圧にバイアスされ、例えば0Vであり、選択されたページを消去する。
図46および47に示すように、選択されたブロック内で、
・選択されたブロックの選択されたワードラインは、消去のために0Vにバイアスされる。
・選択されたブロックの非選択ワードラインは、プリチャージされ、かつ消去禁止のためVersのアルファ%にブーストされる(フローティングされたワードラインのブーストされた電圧レベルは、基板とワードライン間の結合率αにより決定され、αは、〜90%)。
非選択ブロックのメモリセルの消去を防止するため、非選択ブロックの全てのワードラインは、消去動作中にフローティングされ、これは、従来技術の特許5,473,563と同じである。それ故、非選択ブロックのフローティングされたワードラインは、Vesrが基板に印加されるので、基板と非選択ブロックのワードライン間の容量結合によりほぼ消去電圧Versまで昇圧される。(ワードラインは、セルアレイの基板がVersになるとき、Versのα%にブーストされる、しかしながら、フローティングのワードラインのブーストされた電圧レベルは、基板とワードライン間の結合率により決定される)。非選択ブロックのワードラインのブーストされた電圧は、基板とワードライン間の電界を減少させ、結果として、非選択ブロックのメモリセルの消去が防止される。
・非選択ブロックのすべてのワードラインはフローティングである。
Figure 2014222558
図48および49は、非選択ブロックと、選択されたブロックの選択されたページと非選択ページとのページ消去条件を示している。
・ストリング選択ラインSSL、ワードラインWL0ないしWL31およびグランド選択ラインGSLは、パストランジスタTSS、TS0ないしTS31およびTGSを介して共通信号SS、S0ないしS31およびGSによって駆動され、これらのトランジスタは、ブロックプリデコーダの出力信号BD_outにより共通に制御される。
・共通信号SS、S0ないしS31およびGSは、全体のブロックのパストランジスタTSS、TS0ないしTS31およびTGSのドレインに接続される。
・共通ソースラインCSLは、全体のブロックに接続される。
・選択されたページに対応する選択された共通信号S(この例ではS27)は、0Vにバイアスされ、他方、非選択共通信号S(S0〜S26&S28〜S31)、SSおよびGSは、V1にバイアスされる。共通ソースラインCSLはフローティングされる。
・すべてのパストランジスタTSS、TS0ないしTS31およびTGSのゲートに接続された非選択ブロックプリデコーダの非選択の出力信号BD_out n−1は、0Vである。それ故、非選択ブロックのストリング選択ラインSSL、ワードラインWL0ないしWL31およびグランド選択ラインは、最初にフローティングされ、そして、セル基板(ポケットpウエル)がVersに上昇するとき、セル基板とワードライン間の容量結合によりほぼ90%(α)にまで消去電圧Versのほぼ90%(α)にブーストされる。非選択ブロックの全てのワードラインのこのブーストされた電圧は、セル消去を防ぐ。
・すべてのパストランジスタTSS、TS0ないしTS31およびTGSのゲートに接続された選択されたブロックのプリデコーダの出力信号BD_outはV2である。それ故、選択されたワードライン(この例では、W/L27)が、パストランジスタTS27を介して共通信号S27により駆動されて、0Vにバイアスされ、選択されたページのセルを消去する。
・選択されたブロックの非選択ワードライン(W/L0〜W/L26&W/L28〜W/L31)は、パストランジスタTS0〜TS26&TS28〜TS31(すなわち、パストランジスタドレイン=V1、ゲート=V2、ソース=V2−Vth、V1≧V2)を介して共通信号S0〜S26&S28〜S31により、最初にV2−Vth(Vth:パストランジスタTS0ないしTS31のしきい値電圧)にバイアスされる。その後、非選択ワードラインは、セル基板(ポケットpウエル)がVersに上昇するとき、セル基板とワードライン間の容量結合によりブーストされる。非選択ワードライン(すなわち、パストランジスタのソース)がブーストされるとき、パストランジスタ(TS0〜TS26&TS28〜TS31)は、パストランジスタのバイアス条件により完全に遮断される:ドレイン=V1、ゲート=V2、そしてソース=Vers(ブーストされた電圧)の(α)。それ故、非選択ブロックの非選択ワードラインのブーストされた高電圧は、消去中に維持され、セルの消去を防止する。
・パストランジスタを介してブーストされた電圧が漏洩することを防止するため、かつワードラインをフローティングさせるため、V1は、V2と等しいかそれ以上でなければならない。
V1とV2の選択において、容量結合のファクタαが個々のワードラインの選択に依存することを理解すべきである。ところが、非選択ブロックでは、αは、各ワードラインの約90%であり、αは、選択されたワードラインに近接するように減少され得る。結合(カップリング)は、回路特性に依存するが、図50に例示するようにαを50%まで減少することができる。減少された結合を考えるとき、ワードラインの初期電圧は、ワードラインが消去を防止するレベルに浮動することを確実にするため、より高くすべきである。
フローティングを可能にするため、パストランジスタのドレインに印加されるV1は、ゲートに印加されるV2よりも大きくしなければならない。従って:
V1≧V2、
Vers≧V2>Vcc
Vboosted=(V2−Vth)+α*(Vers−(V2−Vth))。
もし、V2が単にVccに等しいなら、ワードラインWL28(選択されたページに隣接)とワードラインWL27(選択されたページから移動される)のブーストされた電圧は、次のようになる:
もし、Vth=0.8V、Vcc=2.5V、Vers=20V、V2=Vcc=2.5Vならば、
WL28(ブーストされた電圧)=(V2−Vth)+α(Vers−(V2−Vth))=(2.5V−0.8V)+0.5(20V−1.7V)=10.85V
WL27(ブーストされた電圧)=(V2−Vth)+α(Vers−(V2−Vth))=(2.5V−0.8V)+0.9(20V−1.7V)=18.17V
ワードラインWL27はVersに近くブーストされ、従って、偶発的な消去を回避することが理解される。しかしながら、ワードラインWL28は、11ボルトまで(<11ボルト)しか昇圧されず、ワードラインと基板電圧Vers間の電位差は9ボルトより大きい(>9ボルト)。この結果、WL28の意図しない消去が起こり得る。消去を安全に回避するため、ワードラインは、Versの少なくとも約70%、この例では、14ボルトにすべきである。
ゲート電圧V2を上昇することにより、従ってドレイン電圧V1であり、αの減少にもかかわらず、ワードラインの初期電圧はより高くなり、従って、ブーストされた電圧はより高くなる。10ボルトのより高い電圧V2で、本例では次の結果となる:
もし、Vth=0.8V、Vcc=2.5V、Vers=20V、V2=10Vならば、
WL28(ブーストされた電圧)=(V2−Vth)+α(Vers−(V2−Vth))=(10V−0.8V)+0.5*(20V−9.2V)=14.6V
WL27(ブーストされた電圧)=(V2−Vth)+α(Vers−(V2−Vth))=(10V−0.8V)+0.9*(20V−9.2V)=18.92V
この場合、隣接するワードラインWL28のブーストされた電圧は、14.6vで十分に高い。αの減少した値、およびワードラインと基板間の許容できる電圧差は変化し、従って、V2の許容できるレベルを変化させる。しかしながら、一般に、V2は、少なくともVersの約50%であるべきである。さらに一般的には、V2とV1は、選択されたワードラインのパストランジスタに印加される選択電圧よりも基板電圧に近くすべきである。
図49は、ページ消去スキーム3のバイアス条件を用いて、選択されたブロックの多重ページ(ワードライン1、27、29)が同時に消去されることを示している。
前に説明した図34は、V1>V2を有するページ消去スキーム3についての可能な例の1つである、ブロックデコーダの回路図を示している。
BDLCH_outは、RST_BDがハイ(実際には短いパルス)であるとき0Vにリセットされ、有効なロープリデコードされたアドレス信号Xp、Xq、Xr、XtでLCHBDがハイ(実際には短いパルス)のときラッチされる。
ブロックプリデコーダの最終的な出力信号BD_outは、すべてのパストランジスタTSS、TS0ないしTS31、およびTGSのゲートに共通に接続される。ストリング選択ラインSSL、ワードラインWL0ないしWL31およびグランド選択ラインGSLは、ブロックプリデコーダの出力信号BD_outにより共通に制御されるパストランジスタを介して共通信号SS、S0ないしS31およびGSにより駆動される。
ローカルチャージポンプは、ブロックデコーダの出力信号BD_outにV2を提供する高電圧スイッチ手段である。これは、エンハンスメントNMOSトランジスタ、デプリーションNMOSトランジスタ(DEP)、ネイティブNMOSトランジスタ(NAT)および2入力NANDゲートからなる。ブロックデコーダの出力信号BD_outは、ブロックデコーダラッチ出力BDLCH_outがVdd、HVenbが0V、OSCが発振されるとき、Vhv(=V2)に昇圧される。
図51は、ページ消去スキーム3を有するページ消去または多重ページ消去のコアタイミングを示す。
基本的に、消去動作は、図51に示された消去セットアップ(t1からt2)、消去(t2からt3)、および消去リカバリー(t3からt4)のように3つの期間からなる。
消去セットアップ(t1からt2):
・ブロックデコーダラッチは、RST_BDパルスによってリセットされ、ブロックデコーダのラッチのBDLCH_outは0Vになる。
・ロープリデコードされた信号Xp/Xq/Xr/Xtが一旦有効になると、ブロックデコーダのラッチイネーブル信号LCHBDがパルスされる。
・ラッチのBDLCH_outは、ロープリデコードされた信号Xp/Xq/Xr/Xtが一致されたとき(すなわち、選択されたとき)、Vddにセットされる。
・ブロックプリデコーダの出力信号BD_outは、V2である。
・選択されたページに対応する選択された共通信号Sは、0Vにセットされ、他方、非選択の共通信号S、SSおよびGSは、V1にセットされる。共通ソースラインCSLはフロートにされる。
・非選択ブロックのBD_outは、0Vにセットされる。その結果、非選択ブロックの全てのワードライン、SSL、GSL、CSLはフロート(浮動)にされる。
・選択されたブロックのBD_outは、V2にセットされ、全てのパストランジスタSST、TS0ないしTS31、GSTがターンオンされる。それ故、選択されたワードラインは、0Vにバイアスされ、他方、非選択のワードライン、SSL、GSLは、V2−Vth(Vth:パストランジスタのしきい値電圧)にプリチャージされる。
消去(t2からt3):
・この期間中に、セル基板(ポケットpウエル)は、消去電圧Versに昇圧される。
・選択されたブロックの単一ページ消去のための選択されたワードラインまたは多重ページ消去のための選択されたワードラインは、0Vにバイアスされる。
・選択されたブロックのストリング選択ラインSSl、グランド選択ラインGSL、および非選択のワードラインは、最初に、V2−Vthにプリチャージされ、それから、セル基板がVersになるとき、基板とワードライン&SSL/GSL間の容量結合によりVersのα%にブーストされる(フローティングのワードラインのブーストされる電圧レベルは、基板とワードライン間の結合率(α)によって決定される)
・CSLおよび全てのビットライン(BLs)は、基板(PP−ウエル)から基板(n+)への接合順方向バイアスによりVersに向かう。
・この期間中に、選択されたページのすべてのセルが消去される。選択されたブロックの非選択のワードラインのメモリセルの消去は、ブーストされたワードライン電圧によって防止される。
・非選択ブロックのすべてのワードライン、SSL、GSL、CSLは、セル基板がVersに向かうとき、基板とワードライン&SSL/GSL間の容量結合によりVersのα%までブーストされる。
・非選択のワードライン(すなわち、パストランジスタのドレイン)がブーストされるとき(すなわち、パストランジスタのソース>V2−Vth)、パストランジスタ(TS0〜TS26&TS28〜TS31)は、パストランジスタのバイアス条件により完全に遮断される:ドレイン=V1≧V2、ゲート=V2、ソース=αVers(昇圧された電圧)。それ故、非選択ブロックの非選択ワードラインのブーストされた高電圧は、消去中に維持され、セルの消去を防止する。
消去リカバリー(t3からt4):
・この期間中に、セル基板、非選択、選択ワードライン、SSL、GSL、CSL状のすべての高電圧は、初期状態(0V)にディスチャージされる。
本発明は、実施例を参照して特に示され、説明されたが、当業者であれば、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で種々の詳細な変形が成し得ることが理解されよう。
NANDフラッシュセルアレイ構造。 NANDフラッシュブロック構造。 NANDフラッシュページ構造。 NANDフラッシュのページ基準の読み出し動作。 NANDフラッシュのページ基準のプログラム動作。 NANDフラッシュのブロック基準の消去動作 32セルを有するNANDセルストリング。 NANDフラッシュのブロックおよびページの定義。 NANDフラッシュの多重ブロック。 ファルラーノルトハイム(F−N)トンネリングによる消去動作。 ファルラーノルトハイム(F−N)トンネリングによる消去動作。 ファルラーノルトハイム(F−N)トンネリングによるプログラム動作。 ファルラーノルトハイム(F−N)トンネリングによるプログラム動作。 消去中の選択ブロックへのバイアス条件−従来技術1。 ブロック消去およびスタティック消去禁止スキーム−従来技術1。 消去中の選択ブロックへのバイアス条件−従来技術2。 ブロック消去および自己昇圧消去禁止スキーム−従来技術2。 ページまたはページの一部を変更するためのブロックコピープロセス。 消去中の選択されたブロックへのバイアス条件−ページ消去スキーム1。 ページ消去および消去禁止−ページ消去スキーム1。 ページ消去バイアス条件−ページ消去スキーム2A。 ページ消去および消去禁止−ページ消去スキーム2A。 ページ消去バイアス条件−ページ消去スキーム2B。 ページ消去および消去禁止−ページ消去スキーム2B。 多重ページ消去−ページ消去スキーム1。 多重ページ消去−ページ消去スキーム2A。 多重ページ消去−ページ消去スキーム2B。 ブロック消去−ページ消去スキーム2A。 ブロック消去−ページ消去スキーム2B。 ソースバイアスなしのページ消去ベリファイ。 ソースバイアスを有するページ消去ベリファイ。 ブロック消去ベリファイ。 ページ消去フロー−シングル消去および消去ベリファイサイクル。 ページ消去フロー−多重消去および消去ベリファイサイクル。 NANDフラッシュコアの簡略化されたブロック図。 ページ消去スキーム1のためのブロックデコーダの概略図。 ページ消去スキーム2Aと2Bのためのブロックデコーダの概略図。 ページバッファおよびカラム選択器−例。 ページ消去/多重ページ消去のタイミング−ページ消去スキーム1。 ページ消去/多重ページ消去のタイミング−ページ消去スキーム2A。 ページ消去/多重ページ消去のタイミング−ページ消去スキーム2B。 ブロック消去タイミング−ページ消去スキーム2A。 ブロック消去タイミング−ページ消去スキーム2B。 ソースバイアスを有するページ消去スキーム1のページ消去ベリファイタイミング。 ページ消去スキーム1のブロック消去ベリファイタイミング。 ページ消去スキーム2Aおよび2Bのページ消去ベリファイタイミング。 ページ消去スキーム2Aおよび2Bのブロック消去ベリファイタイミング。 消去中の選択ブロックへのバイアス条件−ページ消去スキーム3。 消去中の選択ブロックへのバイアス条件−ページ消去スキーム3。 ページ消去および消去禁止−ページ消去スキーム3。 多重ページ消去および消去禁止−ページ消去スキーム3。 ページ消去スキーム3中の寄生容量。 ページ消去/多重ページ消去タイミング−ページ消去スキーム3。

Claims (14)

  1. n個のブロックを有する不揮発性メモリアレイのページの消去をベリファイする方法であって、各ブロックは、mページのメモリセルを有し、nおよびmの各々は、1よりも大きな正の整数であり、各ブロックは、基板上にメモリセルの複数のストリングと複数のストリング上のワードラインを有し、各ワードラインは、メモリセルのmページの各々に動作可能に接続され、方法は、
    n個のブロックのうちの少なくとも1つを選択し、
    選択されたブロックのmページのうちの1つまたは複数を選択し、
    mページの1つまたは複数の選択されたページに対応する1つまたは複数のワードラインに選択ベリファイ電圧を印加し、消去されている場合には、mページの1つまたは複数の選択されたページのメモリセルを導通させ、
    mページの1つまたは複数の非選択のページに対応する1つまたは複数のワードラインに非選択ベリファイ電圧を印加し、mページの1つまたは複数の非選択のページのメモリセルのそれぞれの状態にかかわらず、mページの1つまたは複数の非選択のページのメモリセルを導通させ、
    複数のストリングの各々の状態をセンスし、mページの1つまたは複数の選択されたページに対応する1つまたは複数のワードラインのメモリセルの消去をベリファイする、方法。
  2. 前記選択ベリファイ電圧を印加することは、選択されたページに対応するワードラインの各々に0ボルトを印加することを含む、請求項1に記載の方法。
  3. 前記非選択ベリファイ電圧を印加することは、非選択のページに対応するワードラインの各々に読出し電圧を印加することを含む、請求項2に記載の方法。
  4. 前記非選択ベリファイ電圧を印加することは、非選択のページに対応するワードラインの各々に読出し電圧を印加することを含む、請求項1に記載の方法。
  5. 方法はさらに、
    ストリングの各々に共通のソースライン電圧を印加し、
    選択されたワードラインの数に応じて複数の電圧レベルから共通のソースライン電圧のレベルを選択することを含む、請求項1に記載の方法。
  6. 前記複数の電圧レベルは、実質的にm−1よりも小さい、請求項5に記載の方法。
  7. 複数のブロックを有するメモリアレイを含む不揮発性メモリであって、
    各ブロックは、
    mページのメモリセル(mは、1よりも大きな整数)と、
    基板上のメモリセルの複数のストリングと、
    複数のストリング上のmワードラインであって、mワードラインの各々はmページの各々に動作可能に接続される、前記mワードラインとを有し、
    前記複数のブロックの少なくとも1つが選択可能であり、
    前記メモリはさらに、
    選択されたブロックの消去されたページのワードラインに選択ベリファイ電圧を印加し、かつ選択されたブロックの消去されないページのワードラインに非選択ベリファイ電圧を印加するように構成された電圧を印加するものと、
    複数のストリングの状態を感知する感知するものと、を含む不揮発性メモリ。
  8. 各ストリングは、共通のソースライン電圧に接続可能であり、共通ソースライン電圧のレベルは、複数の消去されたページの数に応じて複数の電圧レベルのうちの1つから選択可能である、請求項7に記載の不揮発性メモリ。
  9. 共通ソースライン電圧のレベルは、複数の消去されたページの数が1であるならば、実質的にr=0.3ないし0.5ボルトの範囲内で選択される、請求項7に記載の不揮発性メモリ。
  10. 共通ソースライン電圧のレベルは、複数の消去されたページの数が1であるならば、実質的にr=0.3から0.5ボルトの範囲内で選択される、請求項8に記載の不揮発性メモリ。
  11. 共通ソースライン電圧の選択されたレベルは、追加の消去されたページの各々につきr/mだけ減少されるか、または、
    共通ソースライン電圧の選択されたレベルは、複数の消去されたページの数が増加するにつれて減少される、請求項9に記載の不揮発性メモリ。
  12. 各ストリングは、終端電圧に接続され、終端電圧のレベルは、選択されたワードラインの数に応じて複数の電圧レベルの1つから選択され、または、
    選択ベリファイ電圧は、消去された場合には、各メモリセルを導通させ、かつ前記非選択ベリファイ電圧は、状態にかかわらず各メモリセルを導通させる、請求項7に記載の不揮発性メモリ。
  13. 前記電圧を印加するものは、アドレス命令に応答して前記選択ベリファイ電圧および前記非選択ベリファイ電圧を提供するものを含み、または、
    前記選択ベリファイ電圧は、消去された場合には、選択された1つまたは複数のページの各メモリセルを導通させ、かつ前記非選択ベリファイ電圧は、非選択のページの各メモリセルの各状態にかかわらず、非選択のページの各メモリセルを導通させる、請求項7に記載の不揮発性メモリ。
  14. 前記電圧を供給するものは、前記アドレス命令に応答して論理状態をラッチするラッチを含み、または、
    前記電圧を印加するものはさらに、前記選択ベリファイ電圧を消去されたページのワードラインに転送する転送トランジスタを含む、請求項13に記載の不揮発性メモリ。
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