JP2020047321A - 半導体記憶装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】動作信頼性を向上出来る半導体記憶装置を提供する。【解決手段】一実施形態の半導体記憶装置は、第1及び第2メモリセルと、第1及び第2ワード線と、第1ビット線とを備える。第1及び第2メモリセルは互いにウェル領域を共有し、且つ該ウェル領域を挟んで対向する。データの消去動作は、第1乃至第6動作を含む。第1動作においては、第1ワード線に第1電圧VISOが印加され、ウェル領域に前記第1電圧より大きい第2電圧VERAが印加される。第3動作(上裾検知)は第1動作後に行われ、第1ワード線に第2電圧VERAより小さい第3電圧Vevfy_upが印加されて、第1メモリセルからデータが読み出される。【選択図】図10
Description
実施形態は、半導体記憶装置に関する。
メモリセルが三次元に配列された半導体メモリが知られている。
動作信頼性を向上出来る半導体記憶装置を提供する。
本実施形態の半導体記憶装置は、データを保持可能な第1メモリセルと第2メモリセルと、第1メモリセルに接続された第1ワード線と、第2メモリセルに接続された第2ワード線と、第1メモリセルと第2メモリセルの両方に電気的に接続可能な第1ビット線とを備える。第1メモリセルと第2メモリセルは、互いにウェル領域を共有し、且つ該ウェル領域を挟んで対向して設けられる。データの消去動作は、第1乃至第6動作を含む。第1動作においては、第1ワード線に第1電圧が印加され、ウェル領域に第1電圧より大きい第2電圧が印加される。第2動作においては、第2ワード線に第1電圧が印加され、ウェル領域に第2電圧が印加される。第3動作は第1動作後に行われ、第1ワード線に第2電圧より小さい第3電圧が印加されて、第1メモリセルからデータが読み出される。第4動作は第2動作後に行われ、第2ワード線に第3電圧が印加されて、第2メモリセルからデータが読み出される。第5動作は第3動作後に行われ、第1ワード線に第3電圧より小さい第4電圧が印加されて、第1メモリセルからデータが読み出される。第6動作は第4動作後に行われ、第2ワード線に第4電圧が印加されて、第2メモリセルからデータが読み出される。
以下、図面を参照して実施形態について説明する。なお、以下の説明において、同一の機能及び構成を有する構成要素については、共通する参照符号を付す。
1.第1実施形態
第1実施形態に係る半導体記憶装置について説明する。以下では、半導体記憶装置としてNAND型フラッシュメモリを備えたメモリシステムを例に挙げて説明する。
第1実施形態に係る半導体記憶装置について説明する。以下では、半導体記憶装置としてNAND型フラッシュメモリを備えたメモリシステムを例に挙げて説明する。
1.1 構成について
まず、本実施形態に係るメモリシステムの構成について説明する。
まず、本実施形態に係るメモリシステムの構成について説明する。
1.1.1 全体構成について
はじめに、本実施形態に係るメモリシステムの大まかな全体構成について、図1を用いて説明する。
はじめに、本実施形態に係るメモリシステムの大まかな全体構成について、図1を用いて説明する。
図示するようにメモリシステム1は、NAND型フラッシュメモリ100とコントローラ200とを備えている。NAND型フラッシュメモリ100とコントローラ200とは、例えばそれらの組み合わせにより一つの半導体装置を構成しても良く、その例としてはSDTMカードのようなメモリカードや、SSD(solid state drive)等が挙げられる。また、コントローラ200は例えばSoC(system on chip)等であっても良い。
NAND型フラッシュメモリ100は複数のメモリセルを備え、データを不揮発に記憶する。コントローラ200は、NANDバスによってNAND型フラッシュメモリ100に接続され、ホストバスによってホスト機器300に接続される。そしてコントローラ200は、NAND型フラッシュメモリ100を制御し、またホスト機器300から受信した命令に応答して、NAND型フラッシュメモリ100にアクセスする。ホスト機器300は、例えばデジタルカメラやパーソナルコンピュータ等であり、ホストバスは、例えばSDTMインターフェースに従ったバスである。NANDバスは、NANDインターフェースに従った信号の送受信を行う。
1.1.2 コントローラ200の構成について
引き続き図1を用いて、コントローラ200の構成の詳細について説明する。図1に示すようにコントローラ200は、ホストインターフェース回路210、内蔵メモリ(RAM)220、プロセッサ(CPU)230、バッファメモリ240、NANDインターフェース回路250、及びECC(Error Checking and Correcting)回路260を備えている。
引き続き図1を用いて、コントローラ200の構成の詳細について説明する。図1に示すようにコントローラ200は、ホストインターフェース回路210、内蔵メモリ(RAM)220、プロセッサ(CPU)230、バッファメモリ240、NANDインターフェース回路250、及びECC(Error Checking and Correcting)回路260を備えている。
ホストインターフェース回路210は、ホストバスを介してホスト機器300と接続され、ホスト機器300から受信した命令及びデータを、それぞれプロセッサ230及びバッファメモリ240に転送する。またプロセッサ230の命令に応答して、バッファメモリ240内のデータをホスト機器300へ転送する。
プロセッサ230は、コントローラ200全体の動作を制御する。例えばプロセッサ230は、ホスト機器300から書き込み命令を受信した際には、それに応答して、NANDインターフェース回路250に対して書き込み命令を発行する。読み出し及び消去の際も同様である。またプロセッサ230は、ウェアレベリング等、NAND型フラッシュメモリ100を管理するための様々な処理を実行する。なお、以下で説明するコントローラ200の動作はプロセッサがソフトウェア(ファームウェア)を実行することによって実現されても良いし、またはハードウェアで実現されても良い。
NANDインターフェース回路250は、NANDバスを介してNAND型フラッシュメモリ100と接続され、NAND型フラッシュメモリ100との通信を司る。そしてNANDインターフェース回路250は、プロセッサ230から受信した命令に基づき、種々の信号をNAND型フラッシュメモリ100へ送信し、またNAND型フラッシュメモリ100から受信する。
バッファメモリ240は、書き込みデータや読み出しデータを一時的に保持する。
内蔵メモリ220は、例えばDRAMやSRAM等の半導体メモリであり、プロセッサ230の作業領域として使用される。そして内蔵メモリ220は、NAND型フラッシュメモリ100を管理するためのファームウェアや、各種の管理テーブル等を保持する。
ECC回路260は、NAND型フラッシュメモリ100に記憶されるデータに関する誤り検出及び誤り訂正処理を行う。すなわちECC回路260は、データの書き込み時には誤り訂正符号を生成して、これを書き込みデータに付与し、データの読み出し時にはこれを復号する。
1.1.3 NAND型フラッシュメモリ100の構成について
1.1.3.1 NAND型フラッシュメモリ100の全体構成について
次に、NAND型フラッシュメモリ100の構成について説明する。図1に示すようにNAND型フラッシュメモリ100は、メモリセルアレイ110、ロウデコーダ120、ドライバ回路130、センスアンプ140、アドレスレジスタ150、コマンドレジスタ160、及びシーケンサ170を備える。
1.1.3.1 NAND型フラッシュメモリ100の全体構成について
次に、NAND型フラッシュメモリ100の構成について説明する。図1に示すようにNAND型フラッシュメモリ100は、メモリセルアレイ110、ロウデコーダ120、ドライバ回路130、センスアンプ140、アドレスレジスタ150、コマンドレジスタ160、及びシーケンサ170を備える。
メモリセルアレイ110は、ロウ及びカラムに対応付けられた複数の不揮発性のメモリセルを含む複数のブロックBLKを備えている。そしてメモリセルアレイ110は、コントローラ200から与えられたデータを記憶する。
ロウデコーダ120は、ブロックBLKのいずれかを選択し、更に選択したブロックBLKにおけるロウ方向を選択する。
ドライバ回路130は、選択されたブロックBLKに対して、ロウデコーダ120を介して電圧を供給する。
センスアンプ140は、データの読み出し時やベリファイ時には、メモリセルアレイ110から読み出されたデータをセンスし、必要な演算を行う。そして、このデータDATをコントローラ200に出力する。データの書き込み時には、コントローラ200から受信した書き込みデータDATを、メモリセルアレイ110に転送する。
アドレスレジスタ150は、コントローラ200から受信したアドレスADDを保持する。コマンドレジスタ160は、コントローラ200から受信したコマンドCMDを保持する。
シーケンサ170は、レジスタ150及び160に保持された種々の情報に基づき、NAND型フラッシュメモリ100全体の動作を制御する。
1.1.3.2 メモリセルアレイ110の構成について
次に、本実施形態に係るメモリセルアレイ110の構成について説明する。
次に、本実施形態に係るメモリセルアレイ110の構成について説明する。
<回路構成について>
まず、メモリセルアレイ110の回路構成について、図2を用いて説明する。図2は、ブロックBLKの等価回路図である。図示するように、ブロックBLKは複数のストリングユニットSU(SU0、SU1、SU2、…)を含む。また各々のストリングユニットSUは、複数のNANDストリング50を含む。以下では、偶数番目のストリングユニットSUe(SU0、SU2、SU4、…)のNANDストリングと奇数番目のストリングユニットSUo(SU1、SU3、SU5、…)のNANDストリングとを区別する場合に、それぞれをNANDストリング50e及び50oと呼ぶ。
まず、メモリセルアレイ110の回路構成について、図2を用いて説明する。図2は、ブロックBLKの等価回路図である。図示するように、ブロックBLKは複数のストリングユニットSU(SU0、SU1、SU2、…)を含む。また各々のストリングユニットSUは、複数のNANDストリング50を含む。以下では、偶数番目のストリングユニットSUe(SU0、SU2、SU4、…)のNANDストリングと奇数番目のストリングユニットSUo(SU1、SU3、SU5、…)のNANDストリングとを区別する場合に、それぞれをNANDストリング50e及び50oと呼ぶ。
NANDストリング50の各々は、例えば8個のメモリセルトランジスタMT(MT0〜MT7)及び選択トランジスタST1、ST2を含んでいる。メモリセルトランジスタMTは、制御ゲートと電荷蓄積層とを備え、データを不揮発に保持する。そしてメモリセルトランジスタMTは、選択トランジスタST1のソースと選択トランジスタST2のドレインとの間に直列接続されている。
ストリングユニットSUの各々における選択トランジスタST1のゲートは、それぞれセレクトゲート線SGD(SGD0、SGD1、…)に接続される。セレクトゲート線SGDは、ロウデコーダ120によって独立に制御される。また、偶数番目のストリングユニットSUe(SU0、SU2、…)の各々における選択トランジスタST2のゲートは、例えばセレクトゲート線SGSeに共通接続され、奇数番目のストリングユニットSUo(SU1、SU3、…)の各々における選択トランジスタST2のゲートは、例えばセレクトゲート線SGSoに共通接続される。セレクトゲート線SGSe及びSGSoは、例えば共通に接続されても良いし、独立に制御可能であっても良い。
また、同一のブロックBLK内のストリングユニットSUeに含まれるメモリセルトランジスタMT(MT0〜MT7)の制御ゲートは、それぞれワード線WLe(WLe0〜WLe7)に共通接続される。他方で、ストリングユニットSUoに含まれるメモリセルトランジスタMT(MT0〜MT7)の制御ゲートは、それぞれワード線WLo(WLo0〜WLo7)に共通接続される。ワード線WLe及びWLoは、ロウデコーダ120によって独立に制御される。
ブロックBLKは、例えばデータの消去単位である。すなわち、同一ブロックBLK内に含まれるメモリセルトランジスタMTの保持するデータは、一括して消去される。しかし、データはストリングユニットSU単位で消去されてもよいし、またはストリングユニットSU未満の単位で消去されてもよい。
更に、メモリセルアレイ110内において同一列にあるNANDストリング50の選択トランジスタST1のドレインは、ビット線BL(BL0〜BL(L−1)、但し(L−1)は2以上の自然数)に共通接続される。すなわちビット線BLは、複数のストリングユニットSU間でNANDストリング50を共通に接続する。更に、複数の選択トランジスタST2のソースは、ソース線SLに共通に接続されている。
つまりストリングユニットSUは、異なるビット線BLに接続され、且つ同一のセレクトゲート線SGDに接続されたNANDストリング50を複数含む。またブロックBLKは、ワード線WLを共通にする複数のストリングユニットSUを複数含む。更にメモリセルアレイ110は、ビット線BLを共通にする複数のブロックBLKを含む。そしてメモリセルアレイ110内において、上記セレクトゲート線SGS、ワード線WL、及びセレクトゲート線SGDが半導体基板上方に順次積層されることで、メモリセルトランジスタMT並びに選択トランジスタST1及びST2が三次元に積層されている。
<メモリセルアレイの平面レイアウトについて>
次に、メモリセルアレイ110の平面構成について説明する。図3は、あるブロックBLKの、半導体基板面内(これをXY平面と呼ぶ)における、セレクトゲート線SGDの平面レイアウトを示している。本例では、1つのブロックBLK内にセレクトゲート線SGDが4本含まれる場合について説明する。
次に、メモリセルアレイ110の平面構成について説明する。図3は、あるブロックBLKの、半導体基板面内(これをXY平面と呼ぶ)における、セレクトゲート線SGDの平面レイアウトを示している。本例では、1つのブロックBLK内にセレクトゲート線SGDが4本含まれる場合について説明する。
図示するように、X方向に延びる9個の導電層10(10−0a〜10−7a、10−0b〜10−7b、及び10−0c)が、X方向に直交するY方向に沿って配列されている。各導電層10は、セレクトゲート線SGDとして機能する。図3の例であると、ブロックBLK内においてY方向に沿った両端に位置する2つの配線層10−0a及び10−0c並びに中央に位置する配線層10−0bが互いに電気的に接続され、セレクトゲート線SGD0として機能する。また、配線層10−1aと10−1bとが互いに電気的に接続され、セレクトゲート線SGD1として機能する。同様に、配線層10−2aと10−2bとが互いに電気的に接続され、セレクトゲート線SGD2として機能し、配線層10−3aと10−3bとが互いに電気的に接続され、セレクトゲート線SGD3として機能する。
ブロックBLK内においてY方向で隣り合う配線層10は、図示せぬ絶縁膜によって離隔されている。この絶縁膜が設けられている領域を、スリットSLT2と呼ぶ。スリットSLT2では、例えば半導体基板面から、少なくとも配線層10が設けられるレイヤまでの領域を絶縁膜が埋め込んでいる。また、メモリセルアレイ110内には、例えばY方向に、図3に示すブロックBLKが複数配列されている。そして、Y方向で隣り合うブロックBLK間も、図示せぬ絶縁膜によって離隔されている。この絶縁膜が設けられている領域をスリットSLT1と呼ぶ。
更に、Y方向で隣り合う配線層10間には、各々がZ方向に沿った複数のメモリピラーMP(MP0〜MP15)が設けられる。Z方向は、XY方向に直交する方向であり、すなわち半導体基板面に垂直な方向である。
具体的には、配線層10−1aと10−2aとの間にはメモリピラーMP0及びMP8が設けられ、配線層10−3aと10−0bとの間にはメモリピラーMP1及びMP9が設けられ、配線層10−1bと10−2bとの間にはメモリピラーMP2及びMP10が設けられ、配線層10−3bと10−0cとの間にはメモリピラーMP3及びMP11が設けられる。メモリピラーMPは、選択トランジスタST1及びST2並びにメモリセルトランジスタMTを形成する構造体であり、その詳細は後述する。
メモリピラーMP0〜MP3は、Y方向に沿って配列されている。またメモリピラーMP8〜MP11は、メモリピラーMP0〜MP3にX方向で隣り合うようにして、Y方向に沿って配列されている。つまり、メモリピラーMP0〜MP3の列と、メモリピラーMP8〜MP11の列とは、互いに並行に配列されている。
そして、1つのメモリピラーMPの上方には、2本のビット線BLが設けられる。但し、この2本のビット線BLのうち、メモリピラーMPに接続されるのはいずれか一方のみである。
すなわち、メモリピラーMP0〜MP3の上方には、2本のビット線BL0及びBL1が設けられる。ビット線BL0はメモリピラーMP1及びMP2に共通に接続され、ビット線BL1はメモリピラーMP0及びMP3に共通に接続される。また、メモリピラーMP8〜MP11の上方には、2本のビット線BL4及びBL5が設けられる。ビット線BL4はメモリピラーMP9及びMP10に共通に接続され、ビット線BL5はメモリピラーMP8及びMP11に共通に接続される。
また、配線層10−0aと10−1aとの間にはメモリピラーMP4及びMP12が設けられ、配線層10−2aと10−3aとの間にはメモリピラーMP5及びMP13が設けられ、配線層10−0bと10−1bとの間にはメモリピラーMP6及びMP14が設けられ、配線層10−2bと10−3bとの間にはメモリピラーMP7及びMP15が設けられる。
メモリピラーMP4〜MP7はY方向に沿って配列され、メモリピラーMP12〜MP15もまたY方向に沿って配列される。そして、メモリピラーMP4〜MP7の列は、X方向においてメモリピラーMP0〜MP3の列とメモリピラーMP8〜MP11の列との間に位置する。またメモリピラーMP12〜MP15の列は、X方向においてメモリピラーMP4〜MP7の列と共にメモリピラーMP8〜MP11の列を挟むようにして位置する。そして、メモリピラーMP4〜MP7の列と、メモリピラーMP12〜MP15の列とが並行に配列されている。
また、メモリピラーMP4〜MP7の上方には、2本のビット線BL2及びBL3が設けられる。ビット線BL2はメモリピラーMP4及びMP5に共通に接続され、ビット線BL3はメモリピラーMP6及びMP7に共通に接続される。メモリピラーMP12〜MP15の上方には、2本のビット線BL6及びBL7が設けられる。ビット線BL6はメモリピラーMP12及びMP13に共通に接続され、ビット線BL7はメモリピラーMP14及びMP15に共通に接続される。
すなわちメモリピラーMPは、Y方向では2つの配線層10を跨ぎ、且ついずれかのスリットSLT2の一部に埋め込まれるようにして設けられ、且つY方向で隣り合うメモリピラーMP間には1つのスリットSLT2が存在する。なお、スリットSLT1を挟んで隣り合う配線層10−0aと10−0cとの間には、メモリピラーMPは設けられない。
図4は、図3と同様に、XY平面におけるワード線WLの平面レイアウトを示している。図4は図3の1ブロック分の領域に対応しており、図3で説明した配線層10よりも下層に設けられる配線層11のレイアウトである。
図示するように、X方向に延びる9個の導電層11(11−0〜11−7、但し11−0は11−0aと11−0bとを含む)が、Y方向に沿って配列されている。各配線層11−0a、11−1〜11−7、及び11−0bは、配線層10−0a〜10−3a、10−0b〜10−3b、及び10−0cの直下に、絶縁膜を介在して設けられる。各導電層10は、ワード線WL7として機能する。その他のワード線WL0〜WL6も同様の構成を有している。
図4の例であると、配線層11−0a、11−2、11−4、11−6、及び11−0bがワード線WLe7として機能する。そして、これらの配線層11−0a、11−2、11−4、11−6、及び11−0bは、X方向に沿った端部(これを第1接続部と呼ぶ)まで引き出され、互いに共通に接続される。そして、第1接続部において、配線層11−0a、11−2、11−4、11−6、及び11−0bは、ロウデコーダ120に接続される。
また、配線層11−1、11−3、11−5、及び11−7が、ワード線WLo7として機能する。そして、これらの配線層11−1、11−3、11−5、及び11−7は、X方向において第1接続部とは反対側に位置する第2接続部まで引き出され、互いに共通に接続される。そして第2接続部において、配線層11−1、11−3、11−5、及び11−7は、ロウデコーダ120に接続される。
そして、第1接続部と第2接続部の間にメモリセル部が設けられる。メモリセル部においては、Y方向で隣り合う配線層11は、図3で説明したスリットSLT2によって離隔されている。また、Y方向で隣り合うブロックBLK間の配線層11も、同様にスリットSLT1によって離隔されている。またメモリセル部においては、図3と同様にしてメモリピラーMP0〜MP15が設けられている。
上記構成は、その他のワード線WL及びセレクトゲート線SGSが形成されるレイヤにおいても同様である。
<メモリセルアレイの断面構造について>
次に、メモリセルアレイ110の断面構造について説明する。図5は、Y方向に沿ったブロックBLKの断面図であり、一例として図3におけるビット線BL0に沿った領域の断面構造を示している。
次に、メモリセルアレイ110の断面構造について説明する。図5は、Y方向に沿ったブロックBLKの断面図であり、一例として図3におけるビット線BL0に沿った領域の断面構造を示している。
図示するように、半導体基板(例えばp型ウェル領域)13の上方には、セレクトゲート線SGSとして機能する配線層12が設けられる。配線層12の上方には、ワード線WL0〜WL7として機能する8層の配線層11が、Z方向に沿って積層される。これらの配線11及び12の平面レイアウトが図4である。そして配線層11の上方には、セレクトゲート線SGDとして機能する配線層10が設けられる。配線層10の平面レイアウトは図3で説明した通りである。
そして、配線層10から半導体基板13に達するようにして、スリットSLT2とメモリピラーMPとがY方向に沿って交互に設けられる。前述の通り、スリットSLT2の実体は絶縁膜である。しかし、半導体基板13内に設けられた領域に電圧を印加するためのコンタクトプラグ等がスリットSLT2内に設けられても良い。例えば、選択トランジスタST2のソースを図示せぬソース線に接続するためのコンタクトプラグが設けられても良い。
そして配線層12は、スリットSLT2またはメモリピラーMPを挟んで、交互にセレクトゲート線SGSeまたはSGSoとして機能する。同様に配線層11は、スリットSLT2またはメモリピラーMPを挟んで交互に、ワード線WLeまたはWLoとして機能する。
また、Y方向で隣り合うブロックBLK間にはスリットSLT1が設けられる。前述の通り、スリットSLT1の実体も絶縁膜である。しかし、半導体基板13内に設けられた領域に電圧を印加するためのコンタクトプラグ等がスリットSLT1内に設けられても良い。例えば、選択トランジスタST2のソースをソース線に接続するためのコンタクトプラグが設けられても良い。なお、スリットSLT1のY方向に沿った幅は、スリットSLT2のY方向に沿った幅よりも大きい。
メモリピラーMP上にはコンタクトプラグ16が設けられ、これらのコンタクトプラグ16に共通に接続されるようにして、ビット線BLとして機能する配線層15がY方向に沿って設けられる。なお、図5はビット線BL0が設けられるYZ平面を示している。従って、図5ではメモリピラーMP1及びMP2に接続されるコンタクトプラグ16のみが示されている。
<メモリピラー及びメモリセルトランジスタの構造について>
次に、メモリピラーMP及びメモリセルトランジスタMTの構造について説明する。図6はメモリピラーMPのXY平面における断面図であり、図7はYZ平面における断面図であり、特に2つのメモリセルトランジスタMTが設けられる領域について示している。
次に、メモリピラーMP及びメモリセルトランジスタMTの構造について説明する。図6はメモリピラーMPのXY平面における断面図であり、図7はYZ平面における断面図であり、特に2つのメモリセルトランジスタMTが設けられる領域について示している。
図示するようにメモリピラーMPは、Z方向に沿って設けられた絶縁層30、半導体層31、及び絶縁層32乃至34を含む。絶縁層30は、例えばシリコン酸化膜である。半導体層31は、絶縁層30の周囲を取り囲むようにして設けられ、メモリセルトランジスタMTのチャネルが形成される領域として機能する。半導体層31は、例えば多結晶シリコン層である。絶縁層32は、半導体層31の周囲を取り囲むようにして設けられ、メモリセルトランジスタMTのゲート絶縁膜として機能する。絶縁層32は、例えばシリコン酸化膜とシリコン窒化膜の積層構造を有している。絶縁層33は、半導体層31の周囲を取り囲むようにして設けられ、メモリセルトランジスタMTの電荷蓄積層として機能する。絶縁層33は、例えばシリコン窒化膜である。絶縁層34は、絶縁層33の周囲を取り囲むようにして設けられ、メモリセルトランジスタMTのブロック絶縁膜として機能する。絶縁層34は、例えばシリコン酸化膜である。メモリピラーMP部を除くスリットSLT2内には、絶縁層37が埋め込まれている。絶縁層37は、例えばシリコン酸化膜である。
そして、上記構成のメモリピラーMPの周囲には、例えばAlO層35が設けられる。AlO層35の周囲に、例えばバリアメタル層(TiN膜等)36が形成される。バリアメタル層36の周囲に、ワード線WLとして機能する導電層11が設けられる。導電層11は例えばタングステンを材料に設けられる。
上記構成により、1つのメモリピラーMP内には、Y方向に沿って2つのメモリセルトランジスタMTが設けられている。選択トランジスタST1及びST2も同様の構成を有している。
図8は、上記構成のメモリピラーMPの等価回路図である。図示するように、1本のメモリピラーMPに、2つのNANDストリング50o及び50eが形成されている。すなわち、同一のメモリピラーMPに2つずつ設けられた選択トランジスタST1は互いに異なるセレクトゲート線SGDに接続され、メモリセルトランジスタMT0〜MT7は、互いに異なるワード線WLo及びWLeに接続され、選択トランジスタST2も、互いに異なるセレクトゲート線SGSo及びSGSeに接続されている。そして、同一のメモリピラーMP内の2つのNANDストリング50o及び50eは、同一のビット線BLに接続され、また同一のソース線SLに接続される。そして、同一のメモリピラーMPに設けられる2つのNANDストリング50は、バックゲート(半導体層31)を共通にする。
<メモリセルトランジスタの閾値分布について>
本例では、1つのメモリセルトランジスタMTが例えば3ビットデータを保持可能である。この3ビットデータを、下位ビットからそれぞれlowerビット、middleビット、及びupperビットと呼ぶことにする。そして、同一のワード線に接続されたメモリセルの保持するlowerビットの集合をlowerページと呼び、middleビットの集合をmiddleページと呼び、upperビットの集合をupperページと呼ぶ。つまり、1本のワード線WLには3ページが割り当てられ、8本のワード線WLを含むストリングユニットSUは24ページ分の容量を有する。あるいは言い換えるならば、「ページ」とは、同一ワード線に接続されたメモリセルによって形成されるメモリ空間の一部、と定義することも出来る。データの書き込み及び読み出しは、このページ毎に行っても良い。
本例では、1つのメモリセルトランジスタMTが例えば3ビットデータを保持可能である。この3ビットデータを、下位ビットからそれぞれlowerビット、middleビット、及びupperビットと呼ぶことにする。そして、同一のワード線に接続されたメモリセルの保持するlowerビットの集合をlowerページと呼び、middleビットの集合をmiddleページと呼び、upperビットの集合をupperページと呼ぶ。つまり、1本のワード線WLには3ページが割り当てられ、8本のワード線WLを含むストリングユニットSUは24ページ分の容量を有する。あるいは言い換えるならば、「ページ」とは、同一ワード線に接続されたメモリセルによって形成されるメモリ空間の一部、と定義することも出来る。データの書き込み及び読み出しは、このページ毎に行っても良い。
図9は、各メモリセルトランジスタMTの取り得るデータ、閾値分布、及び読み出し時に用いる電圧について示したダイアグラムである。
図示するようにメモリセルトランジスタMTは、閾値電圧に応じて8個の状態を取ることが出来る。この8個の状態を、閾値電圧の低いものから順に、“Er”状態、“A”状態、“B”状態、“C”状態、…及び“G”状態と呼ぶことにする。
“Er”状態のメモリセルトランジスタMTの閾値電圧は電圧VA未満であり、データの消去状態に相当する。電圧VAは例えば0Vであり、“Er”状態のメモリセルトランジスタMTの閾値は負の値である。“A”状態のメモリセルトランジスタMTの閾値電圧は、電圧VA以上であり且つVB(>VA)未満である。“B”状態のメモリセルトランジスタMTの閾値電圧は、電圧VB以上であり且つVC(>VB)未満である。“C”状態のメモリセルトランジスタMTの閾値電圧は、電圧VC以上であり且つVD(>VC)未満である。“D”状態のメモリセルトランジスタMTの閾値電圧は、電圧VD以上であり且つVE(>VD)未満である。“E”状態のメモリセルトランジスタMTの閾値電圧は、電圧VE以上であり且つVF(>VE)未満である。“F”状態のメモリセルトランジスタMTの閾値電圧は、電圧VF以上であり且つVG(>VF)未満である。“G”状態のメモリセルトランジスタMTの閾値電圧は、電圧VG以上であり且つVREAD未満である。このように分布する8個の状態のうちで、“G”状態が、閾値電圧の最も高い状態である。なおVREADは、読み出し動作時において非選択ワード線に印加される電圧であり、保持データにかかわらずメモリセルトランジスタMTをオンさせる電圧である。
また上記閾値分布は、前述のlowerビット、middleビット、及びupperビットを含む3ビット(3ページ)データを書き込むことで実現される。すなわち、上記8つの状態と、lowerビット、middleビット、及びupperビットとの関係は、次の通りである。
“Er”状態:“111”(“upper/middle/lower”の順で表記)
“A”状態:“110”
“B”状態:“100”
“C”状態:“000”
“D”状態:“010”
“E”状態:“011”
“F”状態:“001”
“G”状態:“101”
このように、閾値分布において隣り合う2つの状態に対応するデータ間では、3ビットのうちの1ビットのみが変化する。
“Er”状態:“111”(“upper/middle/lower”の順で表記)
“A”状態:“110”
“B”状態:“100”
“C”状態:“000”
“D”状態:“010”
“E”状態:“011”
“F”状態:“001”
“G”状態:“101”
このように、閾値分布において隣り合う2つの状態に対応するデータ間では、3ビットのうちの1ビットのみが変化する。
従って、lowerビットを読み出す際には、lowerビットの値(“0” or “1”)が変化する境界に相当する電圧を用いれば良く、このことはmiddleビット及びupperビットでも同様である。
1.2 消去動作について
次に、上記構成のNAND型フラッシュメモリにおけるデータの消去方法について説明する。
次に、上記構成のNAND型フラッシュメモリにおけるデータの消去方法について説明する。
1.2.1 消去動作の全体の流れについて
はじめに、消去動作の全体の流れについて、図10を用いて簡単に説明する。図10は、消去動作時におけるメモリセルトランジスタMTの閾値分布の変動を示すグラフである。
はじめに、消去動作の全体の流れについて、図10を用いて簡単に説明する。図10は、消去動作時におけるメモリセルトランジスタMTの閾値分布の変動を示すグラフである。
まず、図10の時刻t0の消去前の時点では、あるブロックBLK内のメモリセルトランジスタMTは種々のデータを保持し、“Er”〜“G”状態のいずれかの状態にある。
次に、コントローラ200が消去命令を発行し、これをNAND型フラッシュメモリ100が受信すると、シーケンサ170は消去動作を開始する。すなわち、図10の時刻t1に示すように、シーケンサ170はpre-programを行う。Pre-programとは、消去対象ブロックBLK内のメモリセルトランジスタMTに対してプログラム動作を行うことで、“Er”状態のメモリセルトランジスタMTの閾値を例えば電圧VAより高い電圧、例えば正の電圧にする。その結果、図10に示すように、ブロック内のメモリセルトランジスタMTの閾値は、時刻t0に示す離散的な分布から、時刻t1に示す連続的な分布となる。
次にシーケンサ170は、図10の時刻t2に示すように、第1消去動作を行い、メモリセルトランジスタMTの閾値を低電圧側へシフトさせる。第1消去動作では、全てのメモリセルトランジスタMTが“Er”状態になることまでは求めず、閾値分布の上限値が時刻t1時点よりも低くされればよく、例えば“C”状態や“D”状態の閾値分布の範囲内にあればよい。もちろん、図10は一例に過ぎず、例えば“G”状態の閾値分布よりも低くされればよい。引き続きシーケンサ170は、第1消去動作の後、第1消去ベリファイ電圧Vevfy_upより閾値の高いメモリセルトランジスタMT(図10の時刻t2のグラフにおいて、斜線で示した領域に対応するメモリセルトランジスタMT)の有無を確認する。これを、「上裾検知」と呼ぶ。なお、第1消去ベリファイ電圧Vevfy_upは、例えば電圧VAと同じか、VAよりも小さい電圧であり、例えば“Er”状態の閾値の上限を規定する電圧である。そして電圧Vevfy_upは、0Vであってもよいし、負の値であってもよいし、またはVA以下の正の値であってもよい。
次にシーケンサ170は、第1消去ベリファイ電圧Vevfy_upより閾値の高いメモリセルトランジスタMTが存在する場合、第2消去動作を行い、メモリセルトランジスタMTの閾値を低電圧側へシフトさせる。第2消去動作では、全てのメモリセルトランジスタMTの閾値が第1消去ベリファイ電圧Vevfy_up以下とされる。引き続きシーケンサ170は、第2消去動作の後、第1消去ベリファイ電圧Vevfy_upより閾値の高いメモリセルトランジスタMTが存在しなくなると、第2消去ベリファイ電圧Vevfy_low以下のメモリセルトランジスタMT(図10の時刻t3のグラフにおいて、斜線で示した領域に対応するメモリセルトランジスタMT)の有無を確認する。これを、「下裾検知」と呼ぶ。なお、第2消去ベリファイ電圧Vevfy_lowは、第1消去ベリファイ電圧Vevfy_upよりも小さく、例えば“Er”状態の閾値の下限を規定する電圧であり、一例としては負の値である。なお、下裾検知では、第1消去動作時と異なり、どのメモリセルトランジスタMTの閾値が第2消去ベリファイ電圧Vevfy_low以下であるかが特定される。
その後シーケンサ170は、閾値が第2消去ベリファイ電圧Vevfy_low以下であるメモリセルトランジスタMTに対してプログラム動作を実行し、その閾値を第2消去ベリファイ電圧Vevfy_lowよりも高くする。
以上により、データの消去が完了し、メモリセルトランジスタMTの閾値は第2消去ベリファイ電圧Vevfy_lowより高く、且つ第1消去ベリファイ電圧Vevfy_up以下とされる。
なお、本実施形態及び後述する第2乃至第5実施形態では上裾検知方法について説明し、第6乃至第10実施形態において下裾検知方法について説明する。
1.2.2 上裾検知方法について
次に、本実施形態に係る上裾検知の方法を、上記第2消去動作と共に説明する。図11は、消去動作時における上裾検知及び第2消去動作までのフローチャートである。
次に、本実施形態に係る上裾検知の方法を、上記第2消去動作と共に説明する。図11は、消去動作時における上裾検知及び第2消去動作までのフローチャートである。
図示するように、シーケンサ170はまずpre-programを行った後(ステップS10)、データをブロックBLK単位で消去する(ステップS11、第1消去動作)。この様子を図12に示す。図12は、一例としてストリングユニットSU0及びSU1に属する2つのNANDストリング50が形成されるいずれかのメモリピラーMPを模式的に示す断面図であり、第1消去動作時における様子を示している。
図12に示すようにロウデコーダ120は、全ワード線WLe0〜WLe7及びWLo0〜WLo7に電圧VISO(例えば0V)を印加し、更に図示せぬウェルドライバがメモリピラーMPの半導体層31に消去電圧VERA(VERA>VISOであり、例えば20V)を印加する。すると、メモリセルトランジスタMTの電荷蓄積層33から電子が半導体層31に引き抜かれ、メモリセルトランジスタMTの閾値が低下する。この動作が、ブロックBLK内の全ストリングユニットSU0〜SU3に対して同時に実行される。なお、セレクトゲート線SGD及びSGSは電気的にフローティングの状態とされてもよいし、またはロウデコーダ120によって電圧VERAが印加されてもよい。
次に図11に示すように、シーケンサ170は、消去対象ブロックにおいて、いずれかのメモリピラーMPを共通にするNANDストリング50e及び50oを含む2つのストリングユニットSUのうちの一方を選択する(ステップS12)。そしてシーケンサ170は、ステップS12で選択したストリングユニットSUにつき、第1消去ベリファイ動作を実行する(ステップS13)。第1消去ベリファイ動作とは、選択ストリングユニットSUにおいて、偶数ワード線WL0、WL2、WL4、及びWL6に接続されたメモリセルトランジスタMTの閾値が第1消去ベリファイ電圧Vevfy_up以下であるか否かを判定する動作である。この様子を図13に示す。図13は図12同様、メモリピラーMPを模式的に示す断面図であり、第1消去ベリファイ動作時における様子を示している。
図13に示すように、本例ではメモリピラーMPを共通にするNANDストリング50e及び50oを含むストリングユニットSU0及びSU1のうち、SU0が選択された場合を示している。そしてロウデコーダ120は、ワード線WLe0、WLe2、WLe4、及びWLe6に対して電圧Vevfy_upを印加し、ワード線WLe1、WLe3、WLe5、及びWLe7に対して電圧VREADを印加する。またロウデコーダ120は、ワード線WLo0〜WLo7に電圧Vcutを印加する。電圧Vcutは、読み出し動作時にワード線WLei(本例においてiは0〜7のいずれか)が選択された際にワード線WLoiに印加され、また逆にワード線WLoiが選択された際にはワード線WLeiに印加される電圧である。そして電圧Vcutは、消去状態においてもメモリセルトランジスタMTをオフさせる電圧であり、電圧VAよりも低く、例えば電圧Vevfy_lowと同じかそれよりも低い例えば負電圧である。
またロウデコーダ120は、セレクトゲート線SGD0及びSGSeに電圧VSGを印加して、ストリングユニットSU0の選択トランジスタST1及びST2をオン状態とする。他方で、セレクトゲート線SGD1及びSGSoには電圧VSS(例えば0V)を印加して、非選択ストリングユニットSU1の選択トランジスタST1をオフ状態とする。その他の非選択ストリングユニットSUも同様である。
更にセンスアンプ140は、ビット線BLを充電し、ビット線BLに電圧VPRE(例えば0.7V)を印加する。
すると、図13に示すように、ストリングユニットSU1のメモリセルトランジスタMT0〜MT7はオフ状態となる。他方でストリングユニットSU0では、制御ゲートに電圧VREADが印加されるメモリセルトランジスタMT1、MT3、MT5、及びMT7がオン状態とされる。そしてメモリセルトランジスタMT0、MT2、MT4、及びMT6は、閾値がVevfy_up以下まで低下していればオン状態となり、そうで無ければオフ状態となる。そして、ストリングユニットSU0のメモリセルトランジスタMT0、MT2、MT4、及びMT6の全てがオン状態になれば、ビット線BLから図示せぬソース線SLにセル電流Icellが流れる。他方で、選択ストリングユニットSU0のメモリセルトランジスタMT0、MT2、MT4、及びMT6のいずれか1つでもオフ状態であれば、セル電流Icellは流れない。
そしてシーケンサ170は、図11に示すように、セル電流Icellが流れなかった場合には(ステップS14、NO)、ストリングユニットSU0のメモリセルトランジスタMT0、MT2、MT4、及びMT6のいずれかのデータが十分に消去されていないと判断し、再度、ブロック単位で消去を行う(ステップS15)。ステップS15はステップS11と同様である。そして、再度第1消去ベリファイ動作が行われる(ステップS13)。なお、セル電流Icellが流れているか否かは、センスアンプ140において判断される。
他方で、セル電流Icellが流れた場合(ステップS14、YES)、シーケンサ170は、ステップS12で選択したストリングユニットSUにつき、第2消去ベリファイ動作を実行する(ステップS16)。第2消去ベリファイ動作とは、ストリングユニットSUにおいて、奇数ワード線WL1、WL3、WL5、及びWL7に接続されたメモリセルトランジスタMTの閾値が第1消去ベリファイ電圧Vevfy_up以下であるか否かを判定する動作である。なお、第1消去ベリファイ動作と第2消去ベリファイ動作は、どちらを先に実行しても構わない。第2のベリファイ動作の様子を図14に示す。図14は図12同様、メモリピラーMPを模式的に示す断面図であり、第2消去ベリファイ動作時における様子を示している。
図14に示すように、図13で説明した第1消去ベリファイ動作と異なる点は、第1ベリファイ動作時に電圧VREADが印加されたワード線WLe1、WLe3、WLe5、及びWLe7に対して電圧Vevfy_upが印加され、第1ベリファイ動作時に電圧Vevfy_upが印加されたワード線WLe0、WLe2、WLe4、及びWLe6に対して電圧VREADが印加される点である。
そして、セル電流Icellが流れなければ(ステップS17、NO)、再度消去を繰り返す(ステップS18)。他方でセル電流Icellが流れれば(ステップS17、YES)、ストリングユニットSU0に含まれるメモリセルトランジスタMT0〜MT7の閾値が電圧Vevfy_up以下であることが分かる。
次にシーケンサ170は、ストリングユニットSU1を選択して、上記ステップS13〜S18を繰り返す(ステップS19)。更に、同様の動作を、残りのストリングユニットSU2及びSU3についても実行する。
1.3 本実施形態に係る効果
本実施形態によれば、半導体記憶装置の動作信頼性を向上できる。本効果につき、以下詳細に説明する。
本実施形態によれば、半導体記憶装置の動作信頼性を向上できる。本効果につき、以下詳細に説明する。
本実施形態に係る上裾検知方法であると、消去動作時において、pre-programを行うことで、“Er”状態のメモリセルトランジスタMTの閾値を電圧Vcutよりも高くする。よって、第1及び第2消去ベリファイ動作時には、非選択ストリングユニットSUのワード線WL0〜WL7に電圧Vcutを印加することで、非選択ストリングユニットSU内のメモリセルトランジスタMT0〜MT7をオフ状態とすることができる。その結果、第1及び第2消去ベリファイ動作時において、制御ゲートに電圧Vevfy_upが印加されるメモリセルトランジスタMTのオン/オフによる消去ベリファイ結果の信頼性を向上できる。
すなわち、図6及び図7に示すメモリピラーMPの構成であると、メモリピラーMPを挟んでY方向で対向する2つのメモリセルトランジスタMTはウェル領域(半導体層32)を共通にしている。従って、対向するこの2つのメモリセルトランジスタMTのいずれかがオン状態となるとセル電流Icellが流れる。この点、本実施形態によれば、非選択ストリングユニットSU側のメモリセルトランジスタMTをオフさせることができ、このメモリセルトランジスタMTを介してセル電流Icellが流れることを抑制できる。その結果、電流Icellが流れるか否かは、電圧Vevfy_upが印加された選択メモリセルトランジスタMTがオン状態になるかオフ状態になるか、すなわち、選択メモリセルトランジスタMTの閾値が電圧Vcut以下であるか、Vcutより大きいかによって決定される。このように、非選択ストリングユニットSU側のメモリセルトランジスタMTの影響を最大限に排除することができる。
更に本実施形態によれば、第1消去ベリファイ動作と第2消去ベリファイ動作の2回の消去ベリファイ動作を行っている。そして、各消去ベリファイ動作においては、1本おきにワード線WLが選択され、非選択ワード線WLには電圧VREADが印加される。電圧VREADは、読み出し動作時において非選択ワード線WLに印加される電圧である。つまり、各消去ベリファイ動作において選択ワード線WLに隣接する非選択ワード線WLは、データの読み出し動作時と同じ電圧条件とされる。従って、消去ベリファイ動作時に選択メモリセルトランジスタMTが非選択メモリセルトランジスタMTから受ける干渉の影響(これをセル間干渉効果と呼ぶ)を、読み出し動作時に受けるセル間干渉効果とほぼ同様とすることができる。従って、データの読み出し動作信頼性を向上できる。
2.第2実施形態
次に、第2実施形態に係る半導体記憶装置について説明する。本実施形態は、上記第1実施形態と異なる上裾検知方法に関する。より具体的には、上記第1実施形態における消去ベリファイ動作時において、選択ストリングユニットSUの全ワード線に電圧Vevfy_upを印加するものである。以下では第1実施形態と異なる点についてのみ説明する。
次に、第2実施形態に係る半導体記憶装置について説明する。本実施形態は、上記第1実施形態と異なる上裾検知方法に関する。より具体的には、上記第1実施形態における消去ベリファイ動作時において、選択ストリングユニットSUの全ワード線に電圧Vevfy_upを印加するものである。以下では第1実施形態と異なる点についてのみ説明する。
2.1 上裾検知方法について
本実施形態に係る上裾検知の方法につき、図15を用いて説明する。図15は図11と同様に消去動作時における上裾検知及び第2消去動作までのフローチャートである。
本実施形態に係る上裾検知の方法につき、図15を用いて説明する。図15は図11と同様に消去動作時における上裾検知及び第2消去動作までのフローチャートである。
図示するように、ステップS10乃至S12の後、シーケンサ170は消去ベリファイ動作を行う(ステップS20)。図16はメモリピラーMPを模式的に示す断面図であり、ステップS20実行時の様子を示している。
図16に示すように、本例ではストリングユニットSU0が選択され、そしてロウデコーダ120はワード線WLe0〜WLe7を選択して、電圧Vevfy_upを印加する。またロウデコーダ120は、ワード線WLo0〜WLo7に電圧Vcutを印加する。
すると、非選択ストリングユニットSU1のメモリセルトランジスタMT0〜MT7はオフ状態となる。他方で、選択ストリングユニットSU0では、メモリセルトランジスタMT0〜MT7の全てがオン状態となれば、セル電流Icellが流れる。他方で、メモリセルトランジスタMT0〜MT7のうちのいずれか1つでもオフ状態となれば、セル電流Icellは流れない。
そしてシーケンサ170は、図15に示すように、セル電流Icellが流れなかった場合には(ステップS14、NO)、選択ストリングユニットSU0のメモリセルトランジスタMT0〜MT7のいずれかのデータが十分に消去されていないと判断し、再度、ブロック単位で消去を行う(ステップS15)。
他方で、セル電流Icellが流れた場合(ステップS14、YES)、ストリングユニットSU1を選択して、上記ステップS20、S14、及びS15を繰り返す(ステップS21)。この様子を図17に示す。図示するように、ワード線WLe0〜WLe7には電圧Vcutが印加され、ワード線WLo0〜WLo7には電圧Vevfy_upが印加される。
その後、同様の動作を、残りのストリングユニットSU2及びSU3についても実行する。
2.2 本実施形態に係る効果
本実施形態であると、消去ベリファイ動作時に、選択ストリングユニットSUのワード線WL0〜WL7の全てにベリファイ電圧Vevfy_upが印加される。すなわち、選択ストリングユニットSU内の全てのメモリセルトランジスタMTが消去ベリファイ対象とされる。従って、1本のメモリピラーMPあたりに必要となる消去ベリファイ回数は最小で、2回で済み、消去動作を高速化できる。
本実施形態であると、消去ベリファイ動作時に、選択ストリングユニットSUのワード線WL0〜WL7の全てにベリファイ電圧Vevfy_upが印加される。すなわち、選択ストリングユニットSU内の全てのメモリセルトランジスタMTが消去ベリファイ対象とされる。従って、1本のメモリピラーMPあたりに必要となる消去ベリファイ回数は最小で、2回で済み、消去動作を高速化できる。
3.第3実施形態
次に、第3実施形態に係る半導体記憶装置について説明する。本実施形態は、上記第1実施形態と異なる上裾検知方法に関する。より具体的には、上記第1実施形態における消去ベリファイ動作時において、メモリピラーMPを共通にする2つのNANDストリング50e及び50oを同時に選択するものである。以下では、第1実施形態と異なる点についてのみ説明する。
次に、第3実施形態に係る半導体記憶装置について説明する。本実施形態は、上記第1実施形態と異なる上裾検知方法に関する。より具体的には、上記第1実施形態における消去ベリファイ動作時において、メモリピラーMPを共通にする2つのNANDストリング50e及び50oを同時に選択するものである。以下では、第1実施形態と異なる点についてのみ説明する。
3.1 上裾検知方法について
本実施形態に係る上裾検知の方法につき、図18を用いて説明する。図18は図11と同様に消去動作時における上裾検知及び第2消去動作までのフローチャートである。
本実施形態に係る上裾検知の方法につき、図18を用いて説明する。図18は図11と同様に消去動作時における上裾検知及び第2消去動作までのフローチャートである。
図示するように、ステップS10及びS11の後、消去対象ブロックにおいて、いずれかのメモリピラーMPを共通にするNANDストリング50e及び50oを含む2つのストリングユニットSUの両方を選択する(ステップS30)。そしてシーケンサ170は、ステップS30で選択した2つのストリングユニットSUにつき、第1消去ベリファイ動作を実行する(ステップS31)。本実施形態における第1の消去ベリファイ動作とは、一方の選択ストリングユニットSUにおいて偶数ワード線WL0、WL2、WL4、及びWL6に接続されたメモリセルトランジスタMT、並びに他方の選択ストリングユニットSUにおいて奇数ワード線WL1、WL3、WL5、及びWL7に接続されたメモリセルトランジスタMTの閾値が第1消去ベリファイ電圧Vevfy_up以下であるか否かを判定する動作である。この様子を図19に示す。図19は図12同様、メモリピラーMPを模式的に示す断面図であり、第1消去ベリファイ動作時における様子を示している。
図19に示すように、本例では2つのストリングユニットSU0及びSU1の両方が選択された例を示している。そしてロウデコーダ120は、ワード線WLe0、WLe2、WLe4、及びWLe6、並びにワード線WLo1、WLo3、WLo5、及びWLo7に対して電圧Vevfy_upを印加する。またロウデコーダ120は、ワード線WLe1、WLe3、WLe5、及びWLe7、並びにワード線WLo0、WLo2、WLo4、及びWLo6に対して電圧VREADを印加する。更にロウデコーダ120は、セレクトゲート線SGD0、SGD1、SGSe、及びSGSoに電圧VSGを印加する。これにより、ストリングユニットSU0及びSU1における選択トランジスタST1及びST2がオン状態とされる。
すると図19に示すように、ストリングユニットSU0ではメモリセルトランジスタMT1、MT3、MT5、及びMT7がオン状態とされ、ストリングユニットSU1ではメモリセルトランジスタMT0、MT2、MT4、及びMT6がオン状態とされる。その結果、図19の矢印で示すように、制御ゲートに電圧VREADが印加されるメモリセルトランジスタMTを介してセル電流Icellが流れる。
更に、ストリングユニットSU0のメモリセルトランジスタMT0、MT2、MT4、及びMT6、並びにストリングユニットSU1のメモリセルトランジスタMT1、MT3、MT5、及びMT7は、閾値がVevfy_up以下まで低下していればオン状態となり、セル電流Icellを流す。すなわち、閾値がVevfy_up以下まで低下しているメモリセルトランジスタ数が多いほど、セル電流Icellは大きくなる。
そしてシーケンサ170は、図18に示すように、セル電流Icellの電流量が予め定められた判定閾値を超えなかった場合には(ステップS32、NO)、ストリングユニットSU0のメモリセルトランジスタMT0、MT2、MT4、及びMT6、並びにストリングユニットSU1のメモリセルトランジスタMT1、MT3、MT5、及びMT7のいずれかのデータが十分に消去されていないと判断し、再度、ブロック単位で消去を行う(ステップS15)。そして、再度第1消去ベリファイ動作が行われる(ステップS31)。なお、セル電流Icellが判定閾値を超えているか否かは、例えばセンスアンプ140において判断される。
他方で、セル電流量が判定閾値を超える場合(ステップS32、YES)、シーケンサ170は、ステップS30で選択したストリングユニットにつき、第2消去ベリファイ動作を実行する(ステップS33)。本実施形態に係る第2消去ベリファイ動作とは、一方の選択ストリングユニットSUにおいて、奇数ワード線WL1、WL3、WL5、及びWL7に接続されたメモリセルトランジスタMT、並びに他方の選択ストリングユニットSUにおいて奇数ワード線WL0、WL2、WL4、及びWL6に接続されたメモリセルトランジスタMTの閾値が第1消去ベリファイ電圧Vevfy_up以下であるか否かを判定する動作である。なお、第1消去ベリファイ動作と第2消去ベリファイ動作は、どちらを先に実行しても構わない。第2ベリファイ動作の様子を図20に示す。図20は図12同様、メモリピラーMPを模式的に示す断面図であり、第2消去ベリファイ動作時における様子を示している。
図20に示すように、図19で説明した第1消去ベリファイ動作と異なる点は、第1消去ベリファイ動作時に電圧VREADが印加されたワード線WLe1、WLe3、WLe5、及びWLe7、並びにワード線WLo0、WLo2、WLo4、及びWLo6に対して電圧Vevfy_upが印加され、第1消去ベリファイ動作時に電圧Vevfy_upが印加されたワード線WLe0、WLe2、WLe4、及びWLe6、並びにワード線WLo1、WLo3、WLo5、及びWLo7に対して電圧VREADが印加される点である。
そして、セル電流量が判定閾値を超えなかった場合には(ステップS34、NO)、シーケンサ170は再度消去を繰り返す(ステップS18)。他方で、セル電流量が判定閾値を超える場合(ステップS34、YES)、2つのストリングユニットSU0及びSU1に含まれるメモリセルトランジスタMT0〜MT7の閾値が電圧Vevfy_up以下であることが分かる。
更に、同様の動作を、残りのストリングユニットSU2及びSU3についても実行する。
3.2 本実施形態に係る効果
本実施形態であると、消去ベリファイ動作時に、2つのストリングユニットSUが選択される。この際、第1実施形態と同様に、第1の消去ベリファイ動作と第2の消去ベリファイ動作の2回のベリファイ動作により、ワード線WLを交互に選択し、電圧Vevfy_upが印加されるワード線に隣接するワード線WLには電圧VREADを印加している。
本実施形態であると、消去ベリファイ動作時に、2つのストリングユニットSUが選択される。この際、第1実施形態と同様に、第1の消去ベリファイ動作と第2の消去ベリファイ動作の2回のベリファイ動作により、ワード線WLを交互に選択し、電圧Vevfy_upが印加されるワード線に隣接するワード線WLには電圧VREADを印加している。
従って、第2実施形態と同様に1本のメモリピラーMPあたりに必要となる消去ベリファイ回数が最小で、2回で済むと共に、第1実施形態で説明したように、実際のデータの読み出し条件に似た電圧条件下で消去ベリファイ動作を実行できる。
4.第4実施形態
次に、第4実施形態に係る半導体記憶装置について説明する。本実施形態も上裾検知方法に関する。より具体的には、上記第3実施形態における消去ベリファイ動作時において、選択された2つのストリングユニットSU間で同一のワード線WLを選択するものである。以下では、第1及び第3実施形態と異なる点についてのみ説明する。
次に、第4実施形態に係る半導体記憶装置について説明する。本実施形態も上裾検知方法に関する。より具体的には、上記第3実施形態における消去ベリファイ動作時において、選択された2つのストリングユニットSU間で同一のワード線WLを選択するものである。以下では、第1及び第3実施形態と異なる点についてのみ説明する。
4.1 上裾検知方法について
本実施形態に係る上裾検知の方法につき、図21を用いて説明する。図21は図18と同様に消去動作時における上裾検知及び第2消去動作までのフローチャートである。
本実施形態に係る上裾検知の方法につき、図21を用いて説明する。図21は図18と同様に消去動作時における上裾検知及び第2消去動作までのフローチャートである。
図示するように、まず第3実施形態と同様にステップS10、S11、及びS30が実行される。そしてシーケンサ170は、ステップS30で選択した2つのストリングユニットSUにつき、第1消去ベリファイ動作を実行する(ステップS40)。本実施形態における第1消去ベリファイ動作とは、2つの選択ストリングユニットSUにおいて偶数ワード線WL0、WL2、WL4、及びWL6に接続されたメモリセルトランジスタMTに接続されたメモリセルトランジスタMTの閾値が第1消去ベリファイ電圧Vevfy_up以下であるか否かを判定する動作である。この様子を図22に示す。図22は図19同様、メモリピラーMPを模式的に示す断面図であり、第1消去ベリファイ動作時における様子を示している。
図22に示すように、本例ではストリングユニットSU0及びSU1の両方が選択された例を示している。そしてロウデコーダ120は、ワード線WLe0、WLe2、WLe4、及びWLe6、並びにワード線WLo0、WLo2、WLo4、及びWLo6に対して電圧Vevfy_upを印加する。またロウデコーダ120は、ワード線WLe1、WLe3、WLe5、及びWLe7、並びにワード線WLe1、WLe3、WLe5、及びWLe7に対して電圧VREADを印加する。更にロウデコーダ120は、セレクトゲート線SGD0、SGD1、SGSe、及びSGSoに電圧VSGを印加する。これにより、ストリングユニットSU0及びSU1における選択トランジスタST1及びST2がオン状態とされる。
すると図22に示すように、ストリングユニットSU0及びSU1ではメモリセルトランジスタMT1、MT3、MT5、及びMT7がオン状態とされる。そして、ストリングユニットSU0またはSU1メモリセルトランジスタMT0、MT2、MT4、及びMT6がオン状態とされると、図22の矢印で示すようにセル電流Icellが流れる。この際、電圧Vevfy_upが印加されるワード線に接続されたメモリセルトランジスタMTは、ストリングユニットSU0に属するものがオンしてもよいしストリングユニットSU1に属するものがオンしてもよい。すなわち、メモリピラーMPを挟んで対向する2つのメモリセルトランジスタMTのいずれか一方がオン状態となればよい。そして、両方がオン状態となることで、セル電流Icellも大きくなる。
そしてシーケンサ170は、図21に示すように、セル電流Icellの電流量が予め定められた判定閾値を超えなかった場合には(ステップS41、NO)、ストリングユニットSU0及びSU1のメモリセルトランジスタMT0、MT2、MT4、及びMT6のいずれかのデータが十分に消去されていないと判断し、再度、ブロック単位で消去を行う(ステップS15)。そして、再度第1消去ベリファイ動作が行われる(ステップS40)。なお、セル電流Icellが判定閾値を超えているか否かは、例えばセンスアンプ140において判断される。
他方で、セル電流量が判定閾値を超える場合(ステップS41、YES)、シーケンサ170は、ステップS30で選択したストリングユニットにつき、第2消去ベリファイ動作を実行する(ステップS42)。本実施形態に係る第2消去ベリファイ動作とは、2つの選択ストリングユニットSUにおいて、奇数ワード線WL1、WL3、WL5、及びWL7に接続されたメモリセルトランジスタMTに接続されたメモリセルトランジスタMTの閾値が第1消去ベリファイ電圧Vevfy_up以下であるか否かを判定する動作である。なお、第1消去ベリファイ動作と第2消去ベリファイ動作は、どちらを先に実行しても構わない。第2消去ベリファイ動作の様子を図23に示す。図23は図20同様、メモリピラーMPを模式的に示す断面図であり、第2消去ベリファイ動作時における様子を示している。
図23に示すように、図22で説明した第1消去ベリファイ動作と異なる点は、第1消去ベリファイ動作時に電圧VREADが印加されたワード線WLe1、WLe3、WLe5、及びWLe7、並びにワード線WLo1、WLo3、WLo5、及びWLo7に対して電圧Vevfy_upが印加され、第1消去ベリファイ動作時に電圧Vevfy_upが印加されたワード線WLe0、WLe2、WLe4、及びWLe6、並びにワード線WLo0、WLo2、WLo4、及びWLo6に対して電圧VREADが印加される点である。
そして、セル電流量が判定閾値を超えなかった場合には(ステップS43、NO)、シーケンサ170は再度消去を繰り返す(ステップS18)。他方で、セル電流量が判定閾値を超える場合(ステップS43、YES)、2つのストリングユニットSU0及びSU1に含まれるメモリセルトランジスタMT0〜MT7の閾値が電圧Vevfy_up以下であることが分かる。
更に、同様の動作を、残りのストリングユニットSU2及びSU3についても実行する。
4.2 本実施形態に係る効果
本実施形態によれば、上記第3実施形態と同様の効果が得られる。
本実施形態によれば、上記第3実施形態と同様の効果が得られる。
5.第5実施形態
次に、第5実施形態に係る半導体記憶装置について説明する。本実施形態も上裾検知方法に関する。より具体的には、上記第3及び第4実施形態における消去ベリファイ動作時において全ワード線に消去ベリファイ電圧を印加するものである。以下では、第1乃至第4実施形態と異なる点についてのみ説明する。
次に、第5実施形態に係る半導体記憶装置について説明する。本実施形態も上裾検知方法に関する。より具体的には、上記第3及び第4実施形態における消去ベリファイ動作時において全ワード線に消去ベリファイ電圧を印加するものである。以下では、第1乃至第4実施形態と異なる点についてのみ説明する。
5.1 上裾検知方法について
本実施形態に係る上裾検知の方法につき、図24を用いて説明する。図24は図18と同様に消去動作時における上裾検知及び第2消去動作までのフローチャートである。
本実施形態に係る上裾検知の方法につき、図24を用いて説明する。図24は図18と同様に消去動作時における上裾検知及び第2消去動作までのフローチャートである。
図示するように、第3及び第4実施形態と同様にステップS10、S11、及びS30実行後、シーケンサ170は消去ベリファイ動作を行う(ステップS50)。図25はメモリピラーMPを模式的に示す断面図であり、ステップS50実行時の様子を示している。
図25に示すように、本例ではストリングユニットSU0及びSU1の両方が選択された例を示している。そしてロウデコーダ120は、ワード線WLe0〜WLe7及びWLo0〜WLo7に対して電圧Vevfy_upを印加する。更にロウデコーダ120は、セレクトゲート線SGD0、SGD1、SGSe、及びSGSoに電圧VSGを印加する。これにより、ストリングユニットSU0及びSU1における選択トランジスタST1及びST2がオン状態とされる。
すると図25に示すように、ストリングユニットSU0及びSU1ではメモリセルトランジスタMT0〜MT7がオン状態とされることで、図25の矢印で示すようにセル電流Icellが流れる。この際、電圧Vevfy_upが印加されるワード線に接続されたメモリセルトランジスタMTは、ストリングユニットSU0に属するものがオンしてもよいしストリングユニットSU1に属するものがオンしてもよい。すなわち、メモリピラーMPを挟んで対向する2つのメモリセルトランジスタMTのいずれか一方がオン状態となればよい。そして、両方がオン状態となることで、セル電流Icellも大きくなる。
そしてシーケンサ170は、図24に示すように、セル電流Icellの電流量が予め定められた判定閾値を超えなかった場合には(ステップS51、NO)、ストリングユニットSU0及びSU1のメモリセルトランジスタMT0〜MT7のいずれかのデータが十分に消去されていないと判断し、再度、ブロック単位で消去を行う(ステップS15)。そして、再度消去ベリファイ動作が行われる(ステップS50)。なお、セル電流Icellが判定閾値を超えているか否かは、例えばセンスアンプ140において判断される。
他方で、セル電流量が判定閾値を超える場合(ステップS51、YES)、2つのストリングユニットSU0及びSU1に含まれるメモリセルトランジスタMT0〜MT7の閾値が電圧Vevfy_up以下であることが分かる。
更に、同様の動作を、残りのストリングユニットSU2及びSU3についても実行する。
5.2 本実施形態に係る効果
本実施形態であると、消去ベリファイ動作時に、2つのストリングユニットSUが同時に選択され、更に全ワード線WL0〜WL7にベリファイ電圧Vevfy_upが印加される。従って、1本のメモリピラーあたりに必要となる消去ベリファイ回数は最小で、1回で済み、消去動作をより一層高速化できる。
本実施形態であると、消去ベリファイ動作時に、2つのストリングユニットSUが同時に選択され、更に全ワード線WL0〜WL7にベリファイ電圧Vevfy_upが印加される。従って、1本のメモリピラーあたりに必要となる消去ベリファイ回数は最小で、1回で済み、消去動作をより一層高速化できる。
6.第6実施形態
次に、第6実施形態に係る半導体記憶装置について説明する。本実施形態は、上記第1実施形態の図10で説明した下裾検知及び書き戻し(re-program)方法に関するものである。その他の動作(pre-program、第1及び第2消去動作、及び上裾検知)については、上記第1乃至第5実施形態で説明したとおりである。
次に、第6実施形態に係る半導体記憶装置について説明する。本実施形態は、上記第1実施形態の図10で説明した下裾検知及び書き戻し(re-program)方法に関するものである。その他の動作(pre-program、第1及び第2消去動作、及び上裾検知)については、上記第1乃至第5実施形態で説明したとおりである。
6.1 下裾検知及び書き戻し方法について
本実施形態に係る下裾検知方法及び書き戻し方法につき、図26を用いて説明する。図26は、本実施形態に係る消去動作時のフローチャートであり、第1実施形態で説明した図10に相当する。
本実施形態に係る下裾検知方法及び書き戻し方法につき、図26を用いて説明する。図26は、本実施形態に係る消去動作時のフローチャートであり、第1実施形態で説明した図10に相当する。
図示するように、シーケンサ170はまずpre-programを行う(ステップS10)。この様子を図27に示す。図27はメモリピラーMPを模式的に示す断面図であり、pre-program時における様子を示している。
図27に示すようにロウデコーダ120は、消去対象ブロックBLKの全ワード線WLe0〜WLe7及びWLo0〜WLo7に電圧VPGMを印加する。なお、pre-programでは通常のプログラム動作時のように大きく閾値を上昇させる必要はない。よって、pre-program時の電圧VPGMは、通常のプログラム動作時に使用される電圧VPGMより小さい電圧であってもよく、適宜、種々の値を用いることができる。但し、pre-program時であってもVPGM>VSSである。更に図示せぬウェルドライバがメモリピラーMPの半導体層32に電圧VSS(例えば0V)を印加する。これにより、メモリセルトランジスタMT0〜MT7にはチャネルが形成される。
またロウデコーダ120は、セレクトゲート線SGD0〜SGD3に例えば電圧VSGDを印加し、選択トランジスタST1をオンさせる。他方でセレクトゲート線SGSe及びSGSoには例えば電圧VSSを印加し、選択トランジスタST2をオフさせる。なお、VPGM>VSGD>VSSの関係がある。
そしてセンスアンプ140が、例えば全ビット線BLに例えば電圧VSSを転送する。電圧VSSは、ビット線BLからメモリセルトランジスタMTのチャネルに転送される。この結果、チャネル内の電子が電荷蓄積層33に注入され、メモリセルトランジスタMTの閾値が上昇する。なお、センスアンプ140から転送される電圧はVSSに限らず、例えば目標とする閾値上昇幅に応じて正の電圧を転送してもよい。
次に図26に示すように、シーケンサ170は、消去対象ブロックにおいて、いずれかのメモリピラーMPを共通にするNANDストリング50e及び50oを含む2つのストリングユニットSUのうちの一方を選択する(ステップS60)。そしてシーケンサ170は、半ブロック単位でデータを消去する(ステップS61、第1消去動作)。この際、ステップS60で選択されたストリングユニットSUが消去対象とされる。この様子を図28に示す。図28はメモリピラーMPを模式的に示す断面図であり、第1消去動作時における様子を示している。また図28の例では、偶数ストリングユニットSU0(及びSU2)が選択された場合について示している。
図28に示すようにロウデコーダ120は、ワード線WLe0〜WLe7に電圧VISOを印加し、ワード線WLo0〜WLo7に電圧VERAを印加し、更に図示せぬウェルドライバがメモリピラーMPの半導体層32に消去電圧VERAを印加する。これにより、ストリングユニットSU0内のメモリセルトランジスタMTの閾値が低下する。
次に、ステップS61で消去対象とされたストリングユニットSUに対して、消去ベリファイ動作が実行される(ステップS62)。これは、第1乃至第5実施形態で説明した上裾検知(図10の時刻t2)及び第2消去動作(図10の時刻t2からt3の動作)のことであり、これを本実施形態及び後述する第7乃至第10実施形態ではまとめて「消去ベリファイ動作」と呼ぶ。消去ベリファイ動作の具体的な方法は、先に説明した第1乃至第5実施形態のいずれかの方法を用いることができる。
消去ベリファイ動作にパスすると(ステップS63、YES)、次に下裾検知及び書き戻し動作が行われる。まず、例えばシーケンサ170の命令に従って、ロウデコーダ120は最下層のワード線WL0を選択する(ステップS64)。そして下裾検出が開始される(ステップS65)。下裾検出の際には、ロウデコーダ120は選択ストリングユニットSUの選択ワード線WLに電圧Vcutを印加し、非選択ワード線WLには電圧VREADを印加し、セレクトゲート線SGD及びSGSに電圧VSGを印加する。更にロウデコーダ120は、非選択ストリングユニットSUのワード線WL0〜WL7及びセレクトゲート線SGDに電圧VSSを印加する。そして、センスアンプ140がビット線BLをプリチャージする。この結果、ビット線BLからソース線SLに向けてセル電流が流れれば(ステップS66、YES)、選択ワード線WLに接続されたメモリセルトランジスタの閾値は電圧Vcut以下であることが分かる。
従ってシーケンサ170は、閾値が電圧Vcut以下であるメモリセルトランジスタMTに対して書き戻し動作(あるいは再書き込みと呼ぶことがある)を実行する(ステップS67)。書き戻し動作は、閾値が電圧Vcut以下であるメモリセルトランジスタMTに対してプログラム動作を行うことにより、その閾値を電圧Vcutより高くするための動作である。すなわちロウデコーダ120は、選択ストリングユニットSUの選択ワード線WLに電圧VPGMを印加し、非選択ワード線WLに電圧VPASSを印加し、セレクトゲート線SGDに電圧VSGDを印加し、セレクトゲート線SGSに電圧VSSを印加する。そしてセンスアンプ140は、ステップS66においてセル電流Icellが流れたビット線BLには例えば0Vを印加し、セル電流が流れなかったビット線BLには電圧VSGを印加する。電圧VPASSはメモリセルトランジスタMTをオンさせる電圧であり、電圧VSGDは、選択トランジスタST1に対して0Vの転送を可能とさせるが電圧VSGは転送させない電圧である。そしてVPGM>VPASS>VSGD=(≒)VSGの関係がある。
以上の結果、ステップS66においてセル電流Icellが流れたNANDストリング50では、選択トランジスタST1がオン状態となり、選択ワード線WLに接続されたメモリセルトランジスタMTのチャネルには0Vが転送される。そして、電荷が電荷蓄積層に注入され、メモリセルトランジスタMTの閾値が上昇する。他方で、ステップS66においてセル電流が流れなかったNANDストリング50では、選択トランジスタST1がカットオフ状態となり、選択ワード線WLに接続されたメモリセルトランジスタMTのチャネルは電気的にフローティングの状態となる。よって、チャネルの電位は制御ゲートの電位にほぼ等しくなり、メモリセルトランジスタMTの閾値はほぼ変わらない。なお、非選択ストリングユニットSUでは、ワード線WL0〜WL7並びにセレクトゲート線SGDに電圧VSSが印加され、プログラム動作は実行されない。
上記のステップS65の下裾検出及びステップS67の書き戻し動作の様子を図29及び図30に示す。図29及び図30は、一例としてストリングユニットSU0及びSU1が形成されるいずれかのメモリピラーMPを模式的に示す断面図であり、それぞれ下裾検出時及び書き戻し動作時の様子を示している。
まず下裾検出時につき、図29を用いて説明する。図29では、一例としてストリングユニットSU0のワード線WLe5が選択される場合について示している。図示するように、選択ワード線WLe5には電圧Vcutが印加され、ワード線WLe0〜WLe3及びWLe7には電圧VREADが印加される。なお図29の例では、選択ワード線WLe5に隣接する非選択ワード線WLe4及びWLe6には電圧Vcut’が印加されているが、電圧VREADが印加されてもよい。電圧Vcut’は、例えばVcutとVREADとの間の電圧であり、少なくとも消去状態のメモリセルトランジスタMTをオンさせる電圧である。そして、図示せぬセレクトゲート線SGD0及びSGSeには電圧VSGが印加される。また、非選択ストリングユニットSU1では、全ワード線WLo0〜WLo7並びにセレクトゲート線SGD1及びSGSoに電圧VSSが印加される。
以上の結果、非選択ストリングユニットSU1では、メモリセルトランジスタMT0〜MT7並びに選択トランジスタST1及びST2がオフ状態となる。他方で選択ストリングユニットSU0では、非選択のメモリセルトランジスタMT0〜MT4並びにMT6及びMT7がオン状態とされる。また選択メモリセルトランジスタMT5は、その閾値がVcut以下であればオン状態となり、ビット線BLからソース線SLへセル電流Icellが流れる。しかしメモリセルトランジスタMT5の閾値がVcutより大きければオフ状態となり、セル電流は流れない。
次に、書き戻し動作につき、図30を用いて説明する。図30は、図29においてセル電流Icellが流れた場合について示している。図示するように、選択ストリングユニットSU0では、選択ワード線WLe5に電圧VPGMが印加され、非選択ワード線WLe0〜WLe4並びにWLe6及びWLe7には電圧VPASSが印加される。更に図示せぬセレクトゲート線SGD0には電圧VSGDが印加され、セレクトゲート線SGSeには電圧VSSが印加される。そして、書き戻し対象となるビット線BLには例えば0Vが印加され、選択トランジスタST1がオン状態となる。この結果、メモリセルトランジスタMT5においては、チャネルと制御ゲートとの間にVPGMの電位差が発生し、電荷が電荷蓄積層に注入される。他方で、非選択のストリングユニットSU1では、ワード線WLo0〜WLo7並びにセレクトゲート線SGD1及びSGSoに電圧VSSが印加され、プログラム動作は行われない。
以上のようにして書き戻し動作が実行されると、シーケンサ170は再度下裾検出を行い(ステップS65)、必要に応じて更に書き戻し動作を行う(ステップS67)。そしてシーケンサ170は、上記ステップS65〜S67の動作を最終ワード線(本例の場合にはワード線WL7)まで行う(ステップS68、S69)。その後、ストリングユニットSU1を選択して、上記ステップS61〜S68を繰り返す(ステップS70)。更に、同様の動作を、残りのストリングユニットSU2及びSU3についても実行する。
6.2 本実施形態に係る効果
本実施形態に係る消去動作であると、上裾検知の後、図29に示すように下裾検知を行う。より具体的には、閾値が電圧Vcut(本例では例えばVevfy_low)以下のメモリセルトランジスタMTを特定する。このようなメモリセルトランジスタMTを、「過消去セル」と呼ぶ。そして、過消去セルが発見された際に、図30に示すように書き戻し動作を行う。これにより、過消去セルの閾値を電圧Vcutよりも大きくすることができる。
本実施形態に係る消去動作であると、上裾検知の後、図29に示すように下裾検知を行う。より具体的には、閾値が電圧Vcut(本例では例えばVevfy_low)以下のメモリセルトランジスタMTを特定する。このようなメモリセルトランジスタMTを、「過消去セル」と呼ぶ。そして、過消去セルが発見された際に、図30に示すように書き戻し動作を行う。これにより、過消去セルの閾値を電圧Vcutよりも大きくすることができる。
そして、このように過消去セルの閾値を電圧Vcutより大きくすることで、その後の書き込み動作信頼性を向上できる。すなわち、書き込み動作は、電荷蓄積層に電荷を注入して閾値を上昇させるプログラム動作と、プログラム動作の結果、閾値が目標となる値まで上昇したかを確認するプログラムベリファイ動作とを含む。そして、プログラムベリファイ動作時において、選択メモリセルトランジスタMTとメモリピラーMPを共有し、且つ対向する非選択メモリセルトランジスタMTの制御ゲートには、電圧Vcutが印加される。この際、非選択の対向セルが過消去セルであると、選択メモリセルが目標となる閾値まで上昇してオフ状態になったとしても、過消去セルがオン状態となり、セル電流が流れる。この結果、プログラムベリファイの結果はフェイルとなり、更にプログラム動作が繰り返される。これを防止するには電圧Vcutを深い負電圧にする必要があり、電圧発生回路の負荷が増大する。
この点、本実施形態であると、下裾検知を書き戻し動作により過消去セルの閾値を電圧Vcutより大きくしている。従って、プログラムベリファイ時に非選択の対向セルがオン状態となることを抑制する。この結果、セル電流Icellが流れるか否かは、選択メモリセルトランジスタMTのオン/オフにより決まり、プログラムベリファイ動作を正しく実行できる。またこれに伴い、電圧Vcutを深い負電圧にする必要もなく、電圧発生回路の負荷を軽減できる。
更に本実施形態であると、図30で説明したように、過消去セルを対象に書き戻しを行う。すなわち、過消去状態ではないメモリセルトランジスタMTには書き戻しが行われない。よって、必要の無いメモリセルトランジスタMTに対してまでプログラム動作が行われることがないので、図26のステップS61〜S63で調整された上裾に悪影響が及ぶことを抑制できる。その結果、消去後のメモリセルトランジスタMTの閾値分布を、図10の時刻t4のグラフに示したように、Vevfy_low(=Vcut)より大きく、且つVevfy_up以下の範囲内に収めることができる。
7.第7実施形態
次に、第7実施形態に係る半導体記憶装置について説明する。本実施形態は、上記第6実施形態において、メモリピラーMPが下層と上層の2層構造を有する場合に関する。以下では、第6実施形態と異なる点についてのみ説明する。
次に、第7実施形態に係る半導体記憶装置について説明する。本実施形態は、上記第6実施形態において、メモリピラーMPが下層と上層の2層構造を有する場合に関する。以下では、第6実施形態と異なる点についてのみ説明する。
7.1 下裾検知及び書き戻し方法について
本実施形態に係る下裾検知方法及び書き戻し方法につき説明する。基本的な動作の流れは第6実施形態で説明した図26の通りであるが、第6実施形態と異なる点は、図26で説明した動作を、メモリピラーMPの下層と上層とに対して並行して行う点にある。
本実施形態に係る下裾検知方法及び書き戻し方法につき説明する。基本的な動作の流れは第6実施形態で説明した図26の通りであるが、第6実施形態と異なる点は、図26で説明した動作を、メモリピラーMPの下層と上層とに対して並行して行う点にある。
まず、本実施形態に係るメモリピラーMPの構造につき、図31を用いて説明する。図31はメモリピラーMPを模式的に示す断面図であり、pre-program時における様子を示している。
図示するようにメモリピラーMPは、下層の第1層MP1と上層のMP2とを含む。第1層MP1は、下層ほどその直径が小さくなる構造を有しており、下端における直径をW1とし、上端における直径をW2とすると、W2>W1なる関係がある。第2層MP2も同様であり、下端における直径をW3とし、上端における直径をW4とすると、W4>W3なる関係がある。また、W2>W3の関係があり、第2層MP2は、その底面が第1層MP1の上面にオーバーラップするように設けられている。従ってメモリピラーMPは、第1層MP1と第2層MP2とが接する箇所において「くびれ」を有するような形状となっている。そして、ワード線WL0〜WL3が第1層MP1に対面し、ワード線WL4〜WL7が第2層MP2に対面する。
そして図31に示すように、pre-programについては、第6実施形態で説明した図27と同様であり、ワード線WL0〜WL7に電圧VPGMが印加されることにより、消去対象ブロックBLK内の全メモリセルトランジスタMTに対してプログラム動作が行われる。
次に、第6実施形態で説明したステップS60〜S69が実行される。この際、第1層MP1に対応するストリングユニットと、第2層MP2に対応するストリングユニットの両方に対して、それぞれステップS60〜S69が実行される。従って、図26のステップS64では、第1層MP1に関してはワード線WL0が選択されるが、第2層MP2に関してはワード線WL0ではなくワード線WL4が選択される。またステップS68の最終ワード線WLは、第2層MP2に関してはワード線WL7であるが、第1層MP1に関してはワード線WL7ではなくワード線WL3となる。また、ステップS60では、第1層MP1と第2層MP2とで異なるストリングユニットが選択される。例えば第1層MP1でストリングユニットSU0が選択された場合には、第2層MP2ではストリングユニットSU1が選択される。逆の場合も同様である。
図32は、ステップS61実行時の様子を示している。図示するように、第1層MP1ではストリングユニットSU0が選択される。よってロウデコーダ120は、ワード線WLe0〜WLe3に電圧VISOを印加し、ワード線WLo0〜WLo3に電圧VERAを印加する。更に、第2層MP2ではストリングユニットSU1が選択される。よってロウデコーダ120は、ワード線WLo4〜WLo7に電圧VISOを印加し、ワード線WLe4〜WLe7に電圧VERAを印加する。更に、図示せぬウェルドライバがメモリピラーMPの半導体層32に電圧VERAを印加する。これにより、ストリングユニットSU0のメモリセルトランジスタMT0〜MT3及びストリングユニットSU1のメモリセルトランジスタMT4〜MT7の閾値が低下する。
次に、ステップS61で消去対象とされたメモリセルトランジスタMTに対して、消去ベリファイ動作が実行される(ステップS62)。そして消去ベリファイ動作にパスすると(ステップS63、YES)、下裾検知及び書き戻し動作が行われる(ステップS64〜S67)。
まず、下裾検知の様子を図33に示す。図示するようにロウデコーダ120は、第1層MP1及び第2層MP2のそれぞれにおける最下層のワード線WLe0及びWLo4を選択する(ステップS64)。そして下裾検出が開始される(ステップS65)。本実施形態では前述の通り、第1層MP1及び第2層MP2のそれぞれにおいて、第6実施形態で説明したステップS65の処理が行われる。すなわち、図33に示すように、第1層MP1に関しては、選択ワード線WLe0に電圧Vcutが印加され、ワード線WLe2及びWLe3には電圧VREADが印加され、ワード線WLe1には電圧Vcut’が印加される。そしてワード線WLo0〜WLo3には電圧VSSが印加される。また第2層MP2に関しては、選択ワード線WLo4に電圧Vcutが印加され、ワード線WLo6及びWLo7には電圧VREADが印加され、ワード線WLo5には電圧Vcut’が印加される。そしてワード線WLe4〜WLe7には電圧VSSが印加される。そして、図示せぬセレクトゲート線SGD0、SGD1、SGSe、及びSGSoには電圧VSGが印加される。
以上の結果、ストリングユニットSU0のメモリセルトランジスタMT0及びストリングユニットSU1のメモリセルトランジスタMT4の閾値がVcut以下であれば、これらのメモリセルトランジスタMT0及びMT4はオン状態となり、ビット線BLからソース線SLにセル電流Icellが流れる。他方で、いずれか一方の閾値がVcutを超えていれば、セル電流は流れない。
次に、書き戻し動作につき、図34を用いて説明する。図34は、図33においてセル電流Icellが流れた場合(ステップS66、YES)について示している。図示するように、ストリングユニットSU0では、選択ワード線WLe0に電圧VPGMが印加され、非選択ワード線WLe1〜WLe7には電圧VPASSが印加される。またストリングユニットSU1では、選択ワード線WLo4に電圧VPGMが印加され、非選択ワード線WLo0〜WLo3及びWLo5〜WLo7には電圧VPASSが印加される。更に図示せぬセレクトゲート線SGD0及びSGD1には電圧VSGDが印加され、セレクトゲート線SGSe及びSGSoには電圧VSSが印加される。そして、書き戻し対象となるビット線BLには例えば0Vが印加され、ストリングユニットSU0及びSU1の選択トランジスタST1がオン状態となる。この結果、ストリングユニットSU0のメモリセルトランジスタMT0と、ストリングユニットSU1のメモリセルトランジスタMT4においては、電荷が電荷蓄積層に注入され、閾値が上昇する。
以上のようにして書き戻し動作が実行されると、シーケンサ170は再度下裾検出を行い(ステップS65)、必要に応じて更に書き戻し動作を行う(ステップS67)。そしてシーケンサ170は、上記ステップS65〜S67の動作を最終ワード線(本例の場合には、ストリングユニットSU0ではワード線WL3であり、ストリングユニットSU1ではワード線WL7)まで行う(ステップS68、S69)。その後シーケンサ170は、第1層MP1についてはストリングユニットSU1を選択し、且つ第2層MP2についてはストリングユニットSU0を選択して、上記ステップS61〜S68を繰り返す(ステップS70)。
7.2 本実施形態に係る効果
本実施形態によれば、2つのストリングユニットSU対して同時に下裾検知を実行する。従って、消去動作速度を向上できる。
本実施形態によれば、2つのストリングユニットSU対して同時に下裾検知を実行する。従って、消去動作速度を向上できる。
すなわち、本実施形態に係るメモリピラーMPは2層構造を有している。言い換えれば、メモリピラーMPは、その下側の第1層MP1と上側の第2層MP2との間にくびれた部分を有している。メモリピラーMPがこのような構成となる理由は、メモリピラーMPが2段階に分けて形成されるからである。そして、第1層MP1と第2層MP2とで形状が同じであれば、言い換えれば、メモリピラーMPの図6で説明したXY平面における直径が同じであれば、第1層MP1のメモリセルトランジスタMTで生じるカップリングと第2層MP2のメモリセルトランジスタMTで生じるカップリングは同程度と見込まれる。つまり、これらの2つのメモリセルトランジスタMTのうち、一方が過消去状態になりやすければ、他方も過消去状態になりやすく、またその程度も同程度と推定できる。逆に一方が過消去状態になりにくければ、他方も過消去状態になりにくいと推定できる。
上記の特性を利用して、本実施形態では第1層MP1の直径と第2層MP2の直径とがほぼ等しいと思われる領域に設けられた2つのメモリセルトランジスタMTを同時に選択し、下裾検知動作及び書き戻し動作をこの2つのメモリセルトランジスタMTに対して並行して実行する。これにより、下裾検知動作及び書き戻し動作に要する時間を短縮し、データの消去動作を高速化できる。
また、本実施形態においても、図33に示すようにセル電流Icellが流れたビット線BL(メモリピラーMP)が書き戻し対象とされ、セル電流が流れなかったビット線BLでは書き戻しは行われない。従って、第6実施形態と同様に、図26のステップS61〜S63で調整された上裾に悪影響が及ぶことを抑制できる。
8.第8実施形態
次に、第8実施形態に係る半導体記憶装置について説明する。本実施形態は、上記第6及び第7実施形態と異なる下裾検知及び書き戻し方法に関する。より具体的には、上記第6実施形態における下裾検知時及び書き戻し時において、2つのストリングユニットSUを選択し、且つ互いに同じワード線を選択するものである。以下では第6実施形態と異なる点についてのみ説明する。
次に、第8実施形態に係る半導体記憶装置について説明する。本実施形態は、上記第6及び第7実施形態と異なる下裾検知及び書き戻し方法に関する。より具体的には、上記第6実施形態における下裾検知時及び書き戻し時において、2つのストリングユニットSUを選択し、且つ互いに同じワード線を選択するものである。以下では第6実施形態と異なる点についてのみ説明する。
8.1 下裾検知及び書き戻し方法について
本実施形態に係る下裾検知方法及び書き戻し方法につき、図35を用いて説明する。図35は本実施形態に係る消去動作時のフローチャートであり、第6実施形態で説明した図26に相当する。
本実施形態に係る下裾検知方法及び書き戻し方法につき、図35を用いて説明する。図35は本実施形態に係る消去動作時のフローチャートであり、第6実施形態で説明した図26に相当する。
図示するように、先に説明したステップS10、S11、S62、及びS63が実行される。第6実施形態と同様に、消去ベリファイ動作は第1乃至第5実施形態で説明したいずれの方法を用いてもよい。
消去ベリファイ動作にパスすると(ステップS63、YES)、次に下裾検知及び書き戻し動作が行われる。本例では、下裾検知及び書き戻し動作においては、メモリピラーMPを共通にするNANDストリング50e及び50oを含む2つのストリングユニットSUの両方が選択される(ステップS80)。そして、ロウデコーダ120はまず最下層のワード線WL0を選択し(ステップS64)、下裾検出動作が開始される(ステップS81)。
下裾検出の際には、ロウデコーダ120は、2つの選択ストリングユニットSUの選択ワード線WLに電圧Vcutを印加し、非選択ワード線WLには電圧VREADを印加し、セレクトゲート線SGD及びSGSに電圧VSGを印加する。そして、センスアンプ140がビット線BLをプリチャージする。この結果、ビット線BLからソース線SLに向けてセル電流が流れれば(ステップS82、YES)、選択ワード線WLに接続された2つのメモリセルトランジスタの少なくとも一方の閾値が電圧Vcut以下であることが分かる。
従ってシーケンサ170は、閾値が電圧Vcut以下であるメモリセルトランジスタMTに対して書き戻し動作を実行する(ステップS83)。すなわちロウデコーダ120は、2つの選択ストリングユニットSUの選択ワード線WLに電圧VPGMを印加し、非選択ワード線WLに電圧VPASSを印加し、セレクトゲート線SGDに電圧VSGを印加し、セレクトゲート線SGSに電圧VSSを印加する。そしてセンスアンプ140は、ステップS81においてセル電流が流れたビット線BLには例えば0Vを印加し、セル電流が流れなかったビット線BLには電圧VSGを印加する。
以上の結果、ステップS81においてセル電流が流れたNANDストリングでは、2つの選択メモリセルトランジスタMTにおいて、電荷が電荷蓄積層に注入され、メモリセルトランジスタMTの閾値が上昇する。
上記のステップS81の下裾検出及びステップS83の書き戻し動作の様子を図36及び図37に示す。図36及び図37はメモリピラーMPを模式的に示す断面図であり、それぞれ下裾検出時及び書き戻し動作時の様子を示している。
まず下裾検出時につき、図36を用いて説明する。図36では、一例としてストリングユニットSU0及びSU1のワード線WL5が選択される場合について示している。図示するように、選択ワード線WLe5及びWLo5には電圧Vcutが印加され、ワード線WLe0〜WLe3及びWLe7、並びにWLo0〜WLo3及びWLo7には電圧VREADが印加される。そして、非選択ワード線WLe4、WLe6、WLo4、及びWLo6には電圧Vcut’が印加される。そして、図示せぬセレクトゲート線SGD0、SGD1、SGSe、及びSGSoには電圧VSGが印加される。以上の結果、ストリングユニットSU0またはSU1のメモリセルトランジスタMT5がオン状態、すなわち閾値がVcut以下であれば、ビット線BLからソース線SLへセル電流Icellが流れる。
次に、書き戻し動作につき、図37を用いて説明する。図37は、図36においてセル電流Icellが流れた場合について示している。図示するように、選択ワード線WLe5及びWLo5に電圧VPGMが印加され、非選択ワード線WLe0〜WLe4、WLe6、WLe7、WLo0〜WLo4、WLo6、及びWLo7には電圧VPASSが印加される。更に図示せぬセレクトゲート線SGD0及びSGD1には電圧VSGDが印加され、セレクトゲート線SGSe及びSGSoには電圧VSSが印加される。そして、書き戻し対象となるビット線BLには例えば0Vが印加され、選択トランジスタST1がオン状態となる。この結果、ストリングユニットSU0及びSU1のメモリセルトランジスタMT5においては、チャネルと制御ゲートとの間にVPGMの電位差が発生し、電荷が電荷蓄積層に注入される。
以上のようにして書き戻し動作が実行されると、シーケンサ170は再度下裾検出を行い(ステップS81)、必要に応じて更に書き戻し動作を行う(ステップS83)。そしてシーケンサ170は、上記ステップS81〜S83の動作を最終ワード線(本例の場合にはワード線WL7)まで行う(ステップS68、S69)。その後、同様の動作を、残りのストリングユニットSU2及びSU3についても実行する。
8.2 本実施形態に係る効果
本実施形態に係る方法であっても、下裾検知と書き戻し動作を行うことにより、過消去セルの閾値を電圧Vcutよりも大きくすることができる。
本実施形態に係る方法であっても、下裾検知と書き戻し動作を行うことにより、過消去セルの閾値を電圧Vcutよりも大きくすることができる。
また本実施形態であると、下裾検出及び書き戻し動作は、2つのストリングユニットSUのそれぞれから選択された2つのメモリセルトランジスタに対して並行して行われる。従って、消去動作を高速化できる。
9.第9実施形態
次に、第9実施形態に係る半導体記憶装置について説明する。本実施形態は、上記第6乃至第8実施形態と異なる下裾検知及び書き戻し方法に関する。より具体的には、上記第6実施形態における下裾検知時及び書き戻し時において、2つのストリングユニットSUを選択し、且つ全ワード線を選択するものである。以下では第6乃至第8実施形態と異なる点についてのみ説明する。
次に、第9実施形態に係る半導体記憶装置について説明する。本実施形態は、上記第6乃至第8実施形態と異なる下裾検知及び書き戻し方法に関する。より具体的には、上記第6実施形態における下裾検知時及び書き戻し時において、2つのストリングユニットSUを選択し、且つ全ワード線を選択するものである。以下では第6乃至第8実施形態と異なる点についてのみ説明する。
9.1 下裾検知及び書き戻し方法について
本実施形態に係る下裾検知方法及び書き戻し方法につき、図38を用いて説明する。図38は本実施形態に係る消去動作時のフローチャートであり、第6実施形態で説明した図26に相当する。
本実施形態に係る下裾検知方法及び書き戻し方法につき、図38を用いて説明する。図38は本実施形態に係る消去動作時のフローチャートであり、第6実施形態で説明した図26に相当する。
図示するように、先に説明したステップS10、S11、S62、及びS63が実行される。第6実施形態と同様に、消去ベリファイ動作は第1乃至第5実施形態で説明したいずれの方法を用いてもよい。
消去ベリファイ動作にパスすると(ステップS63、YES)、次に下裾検知及び書き戻し動作が行われる。本例でも、下裾検知及び書き戻し動作において2つのストリングユニットSUが選択される(ステップS80)。そして、ロウデコーダ120は全ワード線WLを選択して、下裾検出動作が開始される(ステップS90)。この様子を図39に示す。
図示するように、ワード線WLe0〜WLe7及びWLo0〜WLo7に電圧Vcutが印加される。また、セレクトゲート線SGD0、SGD1、SGSe、及びSGSoに電圧VSGが印加される。そして、センスアンプ140がビット線BLをプリチャージする。この結果、ビット線BLからソース線SLに向けてセル電流が流れれば、ストリングユニットSU0及びSU1のうちの少なくともいずれかのメモリセルトランジスタMTの閾値が電圧Vcut以下であることが分かる。
従ってシーケンサ170は、閾値が電圧Vcut以下であるメモリセルトランジスタMTが存在する場合、書き戻し動作を実行する(ステップS92)。すなわちロウデコーダ120は、2つの選択ストリングユニットSUの全ワード線WLe0〜WLe7及びWLo0〜WLo7に電圧VPGMを印加し、セレクトゲート線SGD0及びSGD1に電圧VSGを印加し、セレクトゲート線SGSe及びSGSoに電圧VSSを印加する。そしてセンスアンプ140は、ステップS90においてセル電流が流れたビット線BLには例えば0Vを印加し、セル電流が流れなかったビット線BLには電圧VSGを印加する。
以上の結果、ステップS90においてセル電流が流れたNANDストリングでは、全メモリセルトランジスタMTにおいて、電荷が電荷蓄積層に注入され、閾値が上昇する。
以上のようにして書き戻し動作が実行されると、シーケンサ170は再度下裾検出を行い(ステップS90)、必要に応じて更に書き戻し動作を行う(ステップS92)。その後、同様の動作を、残りのストリングユニットSU2及びSU3についても実行する。
9.2 本実施形態に係る効果
本実施形態に係る方法によれば、下裾検知と書き戻し動作を、メモリピラーMPを共通にする2つのストリングユニットSU内の全てのメモリセルトランジスタMTに対して並行して行う。これにより、極めて高速な消去動作を可能にできる。
本実施形態に係る方法によれば、下裾検知と書き戻し動作を、メモリピラーMPを共通にする2つのストリングユニットSU内の全てのメモリセルトランジスタMTに対して並行して行う。これにより、極めて高速な消去動作を可能にできる。
10.第10実施形態
次に、第10実施形態に係る半導体記憶装置について説明する。本実施形態は、上記第6乃至第9実施形態と異なる下裾検知及び書き戻し方法に関する。より具体的には、上記第6実施形態における下裾検知時及び書き戻し時において、2つのストリングユニットSUを選択し、且つ互いに異なるワード線を交互に選択するものである。以下では第6乃至第9実施形態と異なる点についてのみ説明する。
次に、第10実施形態に係る半導体記憶装置について説明する。本実施形態は、上記第6乃至第9実施形態と異なる下裾検知及び書き戻し方法に関する。より具体的には、上記第6実施形態における下裾検知時及び書き戻し時において、2つのストリングユニットSUを選択し、且つ互いに異なるワード線を交互に選択するものである。以下では第6乃至第9実施形態と異なる点についてのみ説明する。
10.1 下裾検知及び書き戻し方法について
本実施形態に係る下裾検知方法及び書き戻し方法につき、図40を用いて説明する。図40は本実施形態に係る消去動作時のフローチャートであり、第6実施形態で説明した図26に相当する。
本実施形態に係る下裾検知方法及び書き戻し方法につき、図40を用いて説明する。図40は本実施形態に係る消去動作時のフローチャートであり、第6実施形態で説明した図26に相当する。
図示するように、先に説明したステップS10、S11、S62、及びS63が実行される。第6実施形態と同様に、消去ベリファイ動作は第1乃至第5実施形態で説明したいずれの方法を用いてもよい。
消去ベリファイ動作にパスすると(ステップS63、YES)、次に下裾検知及び書き戻し動作が行われる。本例でも、下裾検知及び書き戻し動作においては2つのストリングユニットSUの両方が選択される(ステップS80)。
そしてシーケンサ170は、ステップS80で選択した2つのストリングユニットにつき、第1下裾検知を実行する(ステップS100)。第1下裾検知とは、一方の選択ストリングユニットSUにおいて偶数ワード線WL0、WL2、WL4、及びWL6に接続されたメモリセルトランジスタMT、並びに他方の選択ストリングユニットSUにおいて奇数ワード線WL1、WL3、WL5、及びWL7に接続されたメモリセルトランジスタMTの閾値が電圧Vcut(=Vevfy_low)以下であるか否かを判定する動作である。この様子を図41に示す。図41はメモリピラーMPを模式的に示す断面図であり、第1下裾検知時における様子を示している。
図41では、メモリピラーMPを共通にする2つのストリングユニットSU0及びSU1の両方が選択された例を示している。そしてロウデコーダ120は、ワード線WLe0、WLe2、WLe4、及びWLe6、並びにワード線WLo1、WLo3、WLo5、及びWLo7に対して電圧Vcutを印加する。またロウデコーダ120は、ワード線WLe1、WLe3、WLe5、及びWLe7、並びにワード線WLo0、WLo2、WLo4、及びWLo6に対して電圧VREADを印加する。更にロウデコーダ120は、セレクトゲート線SGD0、SGD1、SGSe、及びSGSoに電圧VSGを印加する。
すると図41に示すように、ストリングユニットSU0ではメモリセルトランジスタMT1、MT3、MT5、及びMT7がオン状態とされ、ストリングユニットSU1ではメモリセルトランジスタMT0、MT2、MT4、及びMT6がオン状態とされる。その結果、図41の矢印で示すように、制御ゲートに電圧VREADが印加されるメモリセルトランジスタMTを介してセル電流Icellが流れる。
更に、ストリングユニットSU0のメモリセルトランジスタMT0、MT2、MT4、及びMT6、並びにストリングユニットSU1のメモリセルトランジスタMT1、MT3、MT5、及びMT7は、閾値がVcut以下まで低下していればオン状態となり、セル電流Icellを流す。すなわち、閾値がVcut以下まで低下しているメモリセルトランジスタ数が多いほど、セル電流Icellは大きくなる。
そしてシーケンサ170は、図40に示すように、セル電流Icellの電流量が予め定められた判定閾値を超えた場合には(ステップS101、YES)、ストリングユニットSU0のメモリセルトランジスタMT0、MT2、MT4、及びMT6、並びにストリングユニットSU1のメモリセルトランジスタMT1、MT3、MT5、及びMT7のいずれかのデータが十分に消去されていないと判断し、再度、第1書き戻し動作を行う(ステップS102)。第1の書き戻し動作とは、ステップS100で選択されたメモリセルトランジスタMTに対してプログラム動作を行い、閾値を上昇させる動作である。この様子を図42に示す。
図42に示すようにロウデコーダ120は、ワード線WLe0、WLe2、WLe4、及びWLe6、並びにワード線WLo1、WLo3、WLo5、及びWLo7に対して電圧VPGMを印加する。またロウデコーダ120は、ワード線WLe1、WLe3、WLe5、及びWLe7、並びにワード線WLo0、WLo2、WLo4、及びWLo6に対して電圧VPASSを印加する。更にロウデコーダ120は、セレクトゲート線SGD0及びSGD1に電圧VSGDを印加し、セレクトゲート線SGSe及びSGSoに電圧VSSを印加する。この結果、ストリングユニットSU0のメモリセルトランジスタMT0、MT2、MT4、及びMT6、並びにストリングユニットSU1のメモリセルトランジスタMT1、MT3、MT5、及びMT7に対してプログラム動作が行われ、これらの閾値が上昇する。
他方で、セル電流量が判定閾値を超えない場合(ステップS101、NO)、シーケンサ170は、ステップS80で選択したストリングユニットにつき、第2下裾検出を実行する(ステップS103)。本実施形態に係る第2下裾検出とは、一方の選択ストリングユニットSUにおいて、奇数ワード線WL1、WL3、WL5、及びWL7に接続されたメモリセルトランジスタMT、並びに他方の選択ストリングユニットSUにおいて偶数ワード線WL0、WL2、WL4、及びWL6に接続されたメモリセルトランジスタMTの閾値が電圧Vcut以下であるか否かを判定する動作である。なお、第1下裾検出と第2下裾検出とは、どちらを先に実行しても構わない。第2下裾検出の様子を図43に示す。
図43に示すように、図41で説明した第1下裾検出と異なる点は、第1下裾検出時に電圧VREADが印加されたワード線WLe1、WLe3、WLe5、及びWLe7、並びにワード線WLo0、WLo2、WLo4、及びWLo6に対して電圧Vcutが印加され、第1下裾検出時に電圧Vcutが印加されたワード線WLe0、WLe2、WLe4、及びWLe6、並びにワード線WLo1、WLo3、WLo5、及びWLo7に対して電圧VREADが印加される点である。
そして、セル電流量が判定閾値を超えた場合には(ステップS104、YES)、シーケンサ170は、ストリングユニットSU0のメモリセルトランジスタMT1、MT3、MT5、及びMT7、並びにストリングユニットSU1のメモリセルトランジスタMT0、MT2、MT4、及びMT6のいずれかのデータが十分に消去されていないと判断し、第2書き戻し動作を行う(ステップS105)。第2書き戻し動作とは、ステップS103で選択されたメモリセルトランジスタMTに対してプログラム動作を行い、閾値を上昇させる動作である。この様子を図44に示す。
図44に示すようにロウデコーダ120は、ワード線WLe1、WLe3、WLe5、及びWLe7、並びにワード線WLo0、WLo2、WLo4、及びWLo6に対して電圧VPGMを印加する。またロウデコーダ120は、ワード線WLe0、WLe2、WLe4、及びWLe6、並びにワード線WLo1、WLo3、WLo5、及びWLo7に対して電圧VPASSを印加する。更にロウデコーダ120は、セレクトゲート線SGD0及びSGD1に電圧VSGDを印加し、セレクトゲート線SGSe及びSGSoに電圧VSSを印加する。そして、再度第2下裾検出が行われる(ステップS103)。
そして、セル電流量が判定閾値を超えた場合には(ステップS104、YES)、シーケンサ170は再度第2書き戻し動作を繰り返す(ステップS105)。他方で、セル電流量が判定閾値を超えない場合(ステップS104、NO)、2つのストリングユニットSU0及びSU1に含まれるメモリセルトランジスタMT0〜MT7の全ての閾値が電圧Vcut以下であることが分かる。
更に、同様の動作を、残りのストリングユニットSU2及びSU3についても実行する。
10.2 本実施形態に係る効果
本実施形態に係る方法によっても、下裾検知と書き戻し動作を行うことにより、過消去セルの閾値を電圧Vcutよりも大きくすることができる。
本実施形態に係る方法によっても、下裾検知と書き戻し動作を行うことにより、過消去セルの閾値を電圧Vcutよりも大きくすることができる。
11.変形例等
以上のように、上記実施形態に係る半導体記憶装置は、データを保持可能な第1メモリセルと第2メモリセルと、第1メモリセルに接続された第1ワード線と、第2メモリセルに接続された第2ワード線と、第1メモリセルと前記第2メモリセルの両方に電気的に接続可能な第1ビット線とを備える。そして、第1メモリセルと第2メモリセルは、互いにウェル領域を共有し、且つ該ウェル領域を挟んで対向して設けられる。データの消去動作は、第1乃至第6動作を含む。第1動作(data erase)においては、第1ワード線に第1電圧(VISO)が印加され、ウェル領域に第1電圧より大きい第2電圧(VERA)が印加される。第2動作(data erase)においては、第2ワード線に第1電圧(VISO)が印加され、ウェル領域に第2電圧(VERA)が印加される。第3動作(上裾検知)は第1動作後に行われ、第1ワード線に第2電圧(VERA)より小さい第3電圧(Vevfy_up)が印加されて、第1メモリセルからデータが読み出される。第4動作(上裾検知)は第2動作後に行われ、第2ワード線に第3電圧(Vevfy_up)が印加されて、第2メモリセルからデータが読み出される。第5動作(下裾検知)は第3動作後に行われ、第1ワード線に第3電圧(Vevfy_up)より小さい第4電圧(Vcut=Vevfy_low)が印加されて、第1メモリセルからデータが読み出される。第6動作(下裾検知)は第4動作後に行われ、第2ワード線に第4電圧(Vcut=Vevfy_low)が印加されて、第2メモリセルからデータが読み出される。
以上のように、上記実施形態に係る半導体記憶装置は、データを保持可能な第1メモリセルと第2メモリセルと、第1メモリセルに接続された第1ワード線と、第2メモリセルに接続された第2ワード線と、第1メモリセルと前記第2メモリセルの両方に電気的に接続可能な第1ビット線とを備える。そして、第1メモリセルと第2メモリセルは、互いにウェル領域を共有し、且つ該ウェル領域を挟んで対向して設けられる。データの消去動作は、第1乃至第6動作を含む。第1動作(data erase)においては、第1ワード線に第1電圧(VISO)が印加され、ウェル領域に第1電圧より大きい第2電圧(VERA)が印加される。第2動作(data erase)においては、第2ワード線に第1電圧(VISO)が印加され、ウェル領域に第2電圧(VERA)が印加される。第3動作(上裾検知)は第1動作後に行われ、第1ワード線に第2電圧(VERA)より小さい第3電圧(Vevfy_up)が印加されて、第1メモリセルからデータが読み出される。第4動作(上裾検知)は第2動作後に行われ、第2ワード線に第3電圧(Vevfy_up)が印加されて、第2メモリセルからデータが読み出される。第5動作(下裾検知)は第3動作後に行われ、第1ワード線に第3電圧(Vevfy_up)より小さい第4電圧(Vcut=Vevfy_low)が印加されて、第1メモリセルからデータが読み出される。第6動作(下裾検知)は第4動作後に行われ、第2ワード線に第4電圧(Vcut=Vevfy_low)が印加されて、第2メモリセルからデータが読み出される。
本構成により、半導体記憶装置の動作信頼性を向上出来る。なお、上記で説明した実施形態は一例に過ぎず、種々の変形が可能である。
例えば、図10で説明した第1消去動作及び第2消去動作は、上記第1乃至第5実施形態においては、ブロック単位で実行されてもよいし、半ブロック単位で実行されてもよい。また第10実施形態においては、下裾検知の方法として、第8実施形態で説明した図36の方法を用いてもよい。または、書き戻し方法として、第6実施形態で説明した図30の方法を用いても良い。更に、第7実施形態で説明した構成は、第1乃至第5実施形態及び第8乃至第10実施形態にも適用できる。そして、各実施形態で説明した動作を、第7実施形態で説明したように下層MP1と上層MP2に対して独立して実行してもよい。このように、データの消去単位、上裾検知方法、下裾検知方法、及び書き戻し方法は、各実施形態で説明した方法の可能な限り組み合わせることができる。
なお、本発明に関する各実施形態において、
(1)例えばメモリセルトランジスタMTが2ビットデータを保持可能であって、その閾値電圧が低いものから順に“Er”、“A”、“B”、“C”レベルであって、“Er”レベルが消去状態であった場合に、“A”レベルの読み出し動作に選択されたワード線に印加される電圧は、例えば0V〜0.55Vの間である。これに限定されることなく、0.1V〜0.24V, 0.21V〜0.31V, 0.31V〜0.4V, 0.4V〜0.5V, 0.5V〜0.55Vいずれかの間にしてもよい。
(1)例えばメモリセルトランジスタMTが2ビットデータを保持可能であって、その閾値電圧が低いものから順に“Er”、“A”、“B”、“C”レベルであって、“Er”レベルが消去状態であった場合に、“A”レベルの読み出し動作に選択されたワード線に印加される電圧は、例えば0V〜0.55Vの間である。これに限定されることなく、0.1V〜0.24V, 0.21V〜0.31V, 0.31V〜0.4V, 0.4V〜0.5V, 0.5V〜0.55Vいずれかの間にしてもよい。
“B”レベルの読み出し動作に選択されたワード線に印加される電圧は、例えば1.5V〜2.3Vの間である。これに限定されることなく、1.65V〜1.8V, 1.8V〜1.95V, 1.95V〜2.1V, 2.1V〜2.3Vいずれかの間にしてもよい。
“C”レベルの読み出し動作に選択されたワード線に印加される電圧は、例えば3.0V〜4.0Vの間である。これに限定されることなく、3.0V〜3.2V, 3.2V〜3.4V, 3.4V〜3.5V, 3.5V〜3.6V, 3.6V〜4.0Vいずれかの間にしてもよい。
読み出し動作の時間(tR)としては、例えば25μs〜38μs, 38μs〜70μs, 70μs〜80μsの間にしてもよい。
(2)書き込み動作は、プログラム動作とベリファイ動作を含む。書き込み動作では、
プログラム動作時に選択されたワード線に最初に印加される電圧は、例えば13.7V〜14.3Vの間である。これに限定されることなく、例えば13.7V〜14.0V, 14.0V〜14.6Vいずれかの間としてもよい。
(2)書き込み動作は、プログラム動作とベリファイ動作を含む。書き込み動作では、
プログラム動作時に選択されたワード線に最初に印加される電圧は、例えば13.7V〜14.3Vの間である。これに限定されることなく、例えば13.7V〜14.0V, 14.0V〜14.6Vいずれかの間としてもよい。
奇数番目のワード線を書き込む際の、選択されたワード線に最初に印加される電圧と、偶数番目のワード線を書き込む際の、選択されたワード線に最初に印加される電圧を変えてもよい。
プログラム動作をISPP方式(Incremental Step Pulse Program)としたとき、ステップアップの電圧として、例えば0.5V程度が挙げられる。
非選択のワード線に印加される電圧としては、例えば6.0V〜7.3Vの間としてもよい。この場合に限定されることなく、例えば7.3V〜8.4Vの間としてもよく、6.0V以下としてもよい。
非選択のワード線が奇数番目のワード線であるか、偶数番目のワード線であるかで、印加するパス電圧を変えてもよい。
書き込み動作の時間(tProg)としては、例えば1700μs〜1800μs, 1800μs〜1900μs, 1900μs〜2000μsの間にしてもよい。
(3)消去動作では、
半導体基板上部に形成され、かつ、上記メモリセルが上方に配置されたウェルに最初に印加する電圧は、例えば12V〜13.6Vの間である。この場合に限定されることなく、例えば13.6V〜14.8V, 14.8V〜19.0V, 19.0〜19.8V, 19.8V〜21Vの間であってもよい。
(3)消去動作では、
半導体基板上部に形成され、かつ、上記メモリセルが上方に配置されたウェルに最初に印加する電圧は、例えば12V〜13.6Vの間である。この場合に限定されることなく、例えば13.6V〜14.8V, 14.8V〜19.0V, 19.0〜19.8V, 19.8V〜21Vの間であってもよい。
消去動作の時間(tErase)としては、例えば3000μs〜4000μs, 4000μs〜5000μs, 4000μs〜9000μsの間にしてもよい。
(4)メモリセルの構造は、
半導体基板(シリコン基板)上に膜厚が4〜10nmのトンネル絶縁膜を介して配置された電荷蓄積層を有している。この電荷蓄積層は膜厚が2〜3nmのSiN、またはSiONなどの絶縁膜と膜厚が3〜8nmのポリシリコンとの積層構造にすることができる。また、ポリシリコンにはRuなどの金属が添加されていても良い。電荷蓄積層の上には絶縁膜を有している。この絶縁膜は、例えば、膜厚が3〜10nmの下層High−k膜と膜厚が3〜10nmの上層High−k膜に挟まれた膜厚が4〜10nmのシリコン酸化膜を有している。High−k膜はHfOなどが挙げられる。また、シリコン酸化膜の膜厚はHigh−k膜の膜厚よりも厚くすることができる。絶縁膜上には膜厚が3〜10nmの仕事関数調整用の材料を介して膜厚が30nm〜70nmの制御電極が形成されている。ここで仕事関数調整用の材料はTaOなどの金属酸化膜、TaNなどの金属窒化膜である。制御電極にはWなどを用いることができる。
(4)メモリセルの構造は、
半導体基板(シリコン基板)上に膜厚が4〜10nmのトンネル絶縁膜を介して配置された電荷蓄積層を有している。この電荷蓄積層は膜厚が2〜3nmのSiN、またはSiONなどの絶縁膜と膜厚が3〜8nmのポリシリコンとの積層構造にすることができる。また、ポリシリコンにはRuなどの金属が添加されていても良い。電荷蓄積層の上には絶縁膜を有している。この絶縁膜は、例えば、膜厚が3〜10nmの下層High−k膜と膜厚が3〜10nmの上層High−k膜に挟まれた膜厚が4〜10nmのシリコン酸化膜を有している。High−k膜はHfOなどが挙げられる。また、シリコン酸化膜の膜厚はHigh−k膜の膜厚よりも厚くすることができる。絶縁膜上には膜厚が3〜10nmの仕事関数調整用の材料を介して膜厚が30nm〜70nmの制御電極が形成されている。ここで仕事関数調整用の材料はTaOなどの金属酸化膜、TaNなどの金属窒化膜である。制御電極にはWなどを用いることができる。
また、メモリセル間にはエアギャップを形成することができる。
更に、上記実施形態では半導体記憶装置としてNAND型フラッシュメモリを例に説明したが、NAND型フラッシュメモリに限らず、その他の半導体メモリ全般に適用出来、更には半導体メモリ以外の種々の記憶装置に適用出来る。
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同様に、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ものである。
1…メモリシステム、50…NANDストリング、100…NAND型フラッシュメモリ、110…メモリセルアレイ、120…ロウデコーダ、130…ドライバ回路、140…センスアンプ、150、160…レジスタ、170…シーケンサ、200…コントローラ、210、250…インターフェース、220、240…メモリ、230…プロセッサ、260…ECC回路、300…ホスト機器
Claims (19)
- データを保持可能な第1メモリセルと第2メモリセルと、
前記第1メモリセルに接続された第1ワード線と、
前記第2メモリセルに接続された第2ワード線と、
前記第1メモリセルと前記第2メモリセルの両方に電気的に接続可能な第1ビット線と
を具備し、前記第1メモリセルと前記第2メモリセルは、互いにウェル領域を共有し、且つ該ウェル領域を挟んで対向して設けられ、
前記データの消去動作は、第1乃至第6動作を含み、
前記第1動作においては、前記第1ワード線に第1電圧が印加され、前記ウェル領域に前記第1電圧より大きい第2電圧が印加され、
前記第2動作においては、前記第2ワード線に前記第1電圧が印加され、前記ウェル領域に前記第2電圧が印加され、
前記第3動作は前記第1動作後に行われ、前記第1ワード線に前記第2電圧より小さい第3電圧が印加されて、前記第1メモリセルからデータが読み出され、
前記第4動作は前記第2動作後に行われ、前記第2ワード線に前記第3電圧が印加されて、前記第2メモリセルからデータが読み出され、
前記第5動作は前記第3動作後に行われ、前記第1ワード線に前記第3電圧より小さい第4電圧が印加されて、前記第1メモリセルからデータが読み出され、
前記第6動作は前記第4動作後に行われ、前記第2ワード線に前記第4電圧が印加されて、前記第2メモリセルからデータが読み出される、半導体記憶装置。 - 前記第3動作において、前記第2ワード線には前記第4電圧が印加される、請求項1記載の半導体記憶装置。
- データを保持可能な第3メモリセルと第4メモリセルと、
前記第3メモリセルに接続された第3ワード線と、
前記第4メモリセルに接続された第4ワード線と
を更に備え、前記第1乃至第4メモリセルは互いに前記ウェル領域を共有し、前記第1メモリセル及び前記第3メモリセルは、前記ウェル領域を挟んで前記第2メモリセル及び前記第4メモリセルと対向して設けられ、
前記第3動作においては、
前記第1ワード線に前記第3電圧が印加され、前記第3ワード線にはメモリセルをオン状態とする第5電圧が印加され、前記第2ワード線及び前記第4ワード線には前記第4電圧が印加され、
引き続き前記第1ワード線に前記第5電圧が印加され、前記第3ワード線に前記第3電圧が印加され、前記第2ワード線及び前記第4ワード線には前記第4電圧が印加される、請求項1記載の半導体記憶装置。 - データを保持可能な第3メモリセルと第4メモリセルと、
前記第3メモリセルに接続された第3ワード線と、
前記第4メモリセルに接続された第4ワード線と
を更に備え、前記第1乃至第4メモリセルは互いに前記ウェル領域を共有し、前記第1メモリセル及び前記第3メモリセルは、前記ウェル領域を挟んで前記第2メモリセル及び前記第4メモリセルと対向して設けられ、
前記第3動作においては、
前記第1ワード線及び前記第3ワード線に前記第3電圧が印加され、前記第2ワード線及び前記第4ワード線には前記第4電圧が印加され、
前記第4動作においては、
前記第2ワード線及び前記第4ワード線に前記第3電圧が印加され、前記第1ワード線及び前記第3ワード線には前記第4電圧が印加される、請求項1記載の半導体記憶装置。 - データを保持可能な第3メモリセルと第4メモリセルと、
前記第3メモリセルに接続された第3ワード線と、
前記第4メモリセルに接続された第4ワード線と
を更に備え、前記第1乃至第4メモリセルは互いに前記ウェル領域を共有し、前記第1メモリセル及び前記第3メモリセルは、前記ウェル領域を挟んで前記第2メモリセル及び前記第4メモリセルと対向して設けられ、
前記第3動作においては、
前記第1ワード線に前記第3電圧が印加され、前記第3ワード線にはメモリセルをオン状態とする第5電圧が印加され、前記第2ワード線には前記第5電圧が印加され、前記第4ワード線には前記第3電圧が印加され、
前記第4動作においては、
前記第1ワード線に前記第5電圧が印加され、前記第3ワード線には前記第3電圧が印加され、前記第2ワード線には前記第3電圧が印加され、前記第4ワード線には前記第5電圧が印加される、請求項1記載の半導体記憶装置。 - データを保持可能な第3メモリセルと第4メモリセルと、
前記第3メモリセルに接続された第3ワード線と、
前記第4メモリセルに接続された第4ワード線と
を更に備え、前記第1乃至第4メモリセルは互いに前記ウェル領域を共有し、前記第1メモリセル及び前記第3メモリセルは、前記ウェル領域を挟んで前記第2メモリセル及び前記第4メモリセルと対向して設けられ、
前記第3動作と前記第4動作とは並行して実行され、
前記第3動作と前記第4動作においては、
前記第1ワード線及び第2ワード線に前記第3電圧が印加され、前記第3ワード線及び前記第4ワード線にはメモリセルをオン状態とする第5電圧が印加される、請求項1記載の半導体記憶装置。 - データを保持可能な第3メモリセルと第4メモリセルと、
前記第3メモリセルに接続された第3ワード線と、
前記第4メモリセルに接続された第4ワード線と
を更に備え、前記第1乃至第4メモリセルは互いに前記ウェル領域を共有し、前記第1メモリセル及び前記第3メモリセルは、前記ウェル領域を挟んで前記第2メモリセル及び前記第4メモリセルと対向して設けられ、
前記第3動作と前記第4動作とは並行して実行され、
前記第3動作と前記第4動作においては、
前記第1乃至第4ワード線に前記第3電圧が印加される、請求項1記載の半導体記憶装置。 - 前記データの消去動作は、前記第1乃至第6動作より前に実行される第7動作を含み、
前記第7動作においては、前記第1ワード線及び前記第2ワード線に前記第1電圧、前記第3電圧、及び前記第4電圧より大きい第5電圧が印加される、請求項1記載の半導体記憶装置。 - 前記第1動作では、前記ウェル領域の電位を前記第1メモリセルのゲート電位より高くすることにより、前記第1メモリセルの閾値が低下され、
前記第2動作では、前記ウェル領域の電位を前記第2メモリセルのゲート電位より高くすることにより、前記第2メモリセルの閾値が低下され、
前記第2動作は前記第1動作の後に実行される、請求項8記載の半導体記憶装置。 - 前記第5動作では、前記第1ワード線に前記第4電圧が印加され、前記第2ワード線に前記第2メモリセルをオフさせる第6電圧が印加され、
前記第6動作では、前記第2ワード線に前記第4電圧が印加され、前記第1ワード線に前記第6電圧が印加される、請求項9記載の半導体記憶装置。 - 前記第5動作では、前記第1メモリセルからデータが読み出された後、前記第1ワード線に前記第5電圧が印加され、前記第2ワード線には前記第6電圧が印加され、
前記第6動作では、前記第2メモリセルからデータが読み出された後、前記第2ワード線に前記第5電圧が印加され、前記第1ワード線には前記第6電圧が印加される、請求項10記載の半導体記憶装置。 - データを保持可能な第3メモリセルと第4メモリセルと、
前記第3メモリセルに接続された第3ワード線と、
前記第4メモリセルに接続された第4ワード線と
を更に備え、前記第1乃至第4メモリセルは互いに前記ウェル領域を共有し、前記第1メモリセル及び前記第3メモリセルは、前記ウェル領域を挟んで前記第2メモリセル及び前記第4メモリセルと対向して設けられ、
前記第5動作では、前記第1ワード線及び前記第4ワード線に前記第4電圧が印加され、前記第2ワード線及び前記第3ワード線にメモリセルをオフさせる第6電圧が印加されて、前記第1メモリセル及び前記第4メモリセルからデータが読み出され、
前記第6動作では、前記第2ワード線及び前記第3ワード線に前記第4電圧が印加され、前記第1ワード線及び前記第4ワード線に前記第6電圧が印加されて、前記第2メモリセル及び前記第3メモリセルからデータが読み出される、請求項9記載の半導体記憶装置。 - 前記第5動作では、前記第1メモリセル及び前記第4メモリセルからデータが読み出された後、前記第1ワード線及び前記第4ワード線に前記第5電圧が印加され、前記第2ワード線及び前記第3ワード線には前記第6電圧が印加され、
前記第6動作では、前記第2メモリセル及び前記第3メモリセルからデータが読み出された後、前記第2ワード線及び前記第3ワード線に前記第5電圧が印加され、前記第1ワード線及び前記第4ワード線には前記第6電圧が印加される、請求項12記載の半導体記憶装置。 - 前記第5動作と前記第6動作とは並行して実行される、請求項1記載の半導体記憶装置。
- 前記第5動作及び前記第6動作において前記第1メモリセル及び前記第2メモリセルからデータが読み出された後、
前記第1ワード線及び前記第2ワード線に、前記第1電圧、前記第3電圧、及び前記第4電圧より大きい第5電圧が印加される、請求項14記載の半導体記憶装置。 - データを保持可能な第3メモリセルと第4メモリセルと、
前記第3メモリセルに接続された第3ワード線と、
前記第4メモリセルに接続された第4ワード線と
を更に備え、前記第1乃至第4メモリセルは互いに前記ウェル領域を共有し、前記第1メモリセル及び前記第3メモリセルは、前記ウェル領域を挟んで前記第2メモリセル及び前記第4メモリセルと対向して設けられ、
前記第5動作と前記第6動作とは並行して実行され、
前記第5動作と前記第6動作においては、
前記第1乃至第4ワード線に前記第4電圧が印加される、請求項1記載の半導体記憶装置。 - 前記第5動作と前記第6動作において、
前記第1乃至第4ワード線に前記第4電圧が印加された後、前記第1乃至第4ワード線に、前記第1電圧、前記第3電圧、及び前記第4電圧より大きい第5電圧が印加される、請求項16記載の半導体記憶装置。 - データを保持可能な第3メモリセルと第4メモリセルと、
前記第3メモリセルに接続された第3ワード線と、
前記第4メモリセルに接続された第4ワード線と
を更に備え、前記第1乃至第4メモリセルは互いに前記ウェル領域を共有し、前記第1メモリセル及び前記第3メモリセルは、前記ウェル領域を挟んで前記第2メモリセル及び前記第4メモリセルと対向して設けられ、
前記第5動作においては、
前記第1ワード線に前記第4電圧が印加され、前記第3ワード線にはメモリセルをオン状態とする第5電圧が印加され、前記第2ワード線には前記第5電圧が印加され、前記第4ワード線には前記第4電圧が印加され、
前記第6動作においては、
前記第1ワード線に前記第5電圧が印加され、前記第3ワード線には前記第4電圧が印加され、前記第2ワード線には前記第4電圧が印加され、前記第4ワード線には前記第5電圧が印加される、請求項1記載の半導体記憶装置。 - 前記第5動作においては、前記第1ワード線及び前記第4ワード線に前記第4電圧が印加された後、該第1ワード線及び第4ワード線に、前記第1電圧、前記第3電圧、及び前記第4電圧より大きい第6電圧が印加され、
前記第6動作においては、前記第2ワード線及び前記第3ワード線及び前記第4電圧が印加され後、該第2ワード線及び第4ワード線に、前記第6電圧が印加される、請求項18記載の半導体記憶装置。
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