JP2020198141A - 半導体記憶装置 - Google Patents
半導体記憶装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2020198141A JP2020198141A JP2019103667A JP2019103667A JP2020198141A JP 2020198141 A JP2020198141 A JP 2020198141A JP 2019103667 A JP2019103667 A JP 2019103667A JP 2019103667 A JP2019103667 A JP 2019103667A JP 2020198141 A JP2020198141 A JP 2020198141A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- memory cell
- word line
- voltage
- layer
- over
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 98
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 461
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 135
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 30
- 238000000034 method Methods 0.000 description 29
- 230000008569 process Effects 0.000 description 29
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 28
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 28
- 230000006870 function Effects 0.000 description 26
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 26
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 16
- 239000012792 core layer Substances 0.000 description 12
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 7
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 6
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 6
- 101150081243 STA1 gene Proteins 0.000 description 5
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 5
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 5
- 101100366889 Caenorhabditis elegans sta-2 gene Proteins 0.000 description 4
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 4
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 4
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 4
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 4
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 4
- 102100029860 Suppressor of tumorigenicity 20 protein Human genes 0.000 description 3
- NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N Titanium nitride Chemical compound [Ti]#N NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 230000004044 response Effects 0.000 description 3
- 101000585359 Homo sapiens Suppressor of tumorigenicity 20 protein Proteins 0.000 description 2
- 101100018027 Pisum sativum HSP70 gene Proteins 0.000 description 2
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000001174 ascending effect Effects 0.000 description 2
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 2
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910004129 HfSiO Inorganic materials 0.000 description 1
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 230000009028 cell transition Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 239000013256 coordination polymer Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 description 1
- VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N hafnium atom Chemical compound [Hf] VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11C—STATIC STORES
- G11C16/00—Erasable programmable read-only memories
- G11C16/02—Erasable programmable read-only memories electrically programmable
- G11C16/06—Auxiliary circuits, e.g. for writing into memory
- G11C16/34—Determination of programming status, e.g. threshold voltage, overprogramming or underprogramming, retention
- G11C16/3436—Arrangements for verifying correct programming or erasure
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/401—Multistep manufacturing processes
- H01L29/4011—Multistep manufacturing processes for data storage electrodes
- H01L29/40114—Multistep manufacturing processes for data storage electrodes the electrodes comprising a conductor-insulator-conductor-insulator-semiconductor structure
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11C—STATIC STORES
- G11C16/00—Erasable programmable read-only memories
- G11C16/02—Erasable programmable read-only memories electrically programmable
- G11C16/06—Auxiliary circuits, e.g. for writing into memory
- G11C16/08—Address circuits; Decoders; Word-line control circuits
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11C—STATIC STORES
- G11C16/00—Erasable programmable read-only memories
- G11C16/02—Erasable programmable read-only memories electrically programmable
- G11C16/06—Auxiliary circuits, e.g. for writing into memory
- G11C16/10—Programming or data input circuits
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11C—STATIC STORES
- G11C16/00—Erasable programmable read-only memories
- G11C16/02—Erasable programmable read-only memories electrically programmable
- G11C16/06—Auxiliary circuits, e.g. for writing into memory
- G11C16/10—Programming or data input circuits
- G11C16/14—Circuits for erasing electrically, e.g. erase voltage switching circuits
- G11C16/16—Circuits for erasing electrically, e.g. erase voltage switching circuits for erasing blocks, e.g. arrays, words, groups
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11C—STATIC STORES
- G11C16/00—Erasable programmable read-only memories
- G11C16/02—Erasable programmable read-only memories electrically programmable
- G11C16/06—Auxiliary circuits, e.g. for writing into memory
- G11C16/26—Sensing or reading circuits; Data output circuits
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11C—STATIC STORES
- G11C16/00—Erasable programmable read-only memories
- G11C16/02—Erasable programmable read-only memories electrically programmable
- G11C16/06—Auxiliary circuits, e.g. for writing into memory
- G11C16/34—Determination of programming status, e.g. threshold voltage, overprogramming or underprogramming, retention
- G11C16/3436—Arrangements for verifying correct programming or erasure
- G11C16/344—Arrangements for verifying correct erasure or for detecting overerased cells
- G11C16/345—Circuits or methods to detect overerased nonvolatile memory cells, usually during erasure verification
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11C—STATIC STORES
- G11C5/00—Details of stores covered by group G11C11/00
- G11C5/06—Arrangements for interconnecting storage elements electrically, e.g. by wiring
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/401—Multistep manufacturing processes
- H01L29/4011—Multistep manufacturing processes for data storage electrodes
- H01L29/40117—Multistep manufacturing processes for data storage electrodes the electrodes comprising a charge-trapping insulator
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
- H10B41/00—Electrically erasable-and-programmable ROM [EEPROM] devices comprising floating gates
- H10B41/10—Electrically erasable-and-programmable ROM [EEPROM] devices comprising floating gates characterised by the top-view layout
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
- H10B41/00—Electrically erasable-and-programmable ROM [EEPROM] devices comprising floating gates
- H10B41/20—Electrically erasable-and-programmable ROM [EEPROM] devices comprising floating gates characterised by three-dimensional arrangements, e.g. with cells on different height levels
- H10B41/23—Electrically erasable-and-programmable ROM [EEPROM] devices comprising floating gates characterised by three-dimensional arrangements, e.g. with cells on different height levels with source and drain on different levels, e.g. with sloping channels
- H10B41/27—Electrically erasable-and-programmable ROM [EEPROM] devices comprising floating gates characterised by three-dimensional arrangements, e.g. with cells on different height levels with source and drain on different levels, e.g. with sloping channels the channels comprising vertical portions, e.g. U-shaped channels
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
- H10B43/00—EEPROM devices comprising charge-trapping gate insulators
- H10B43/10—EEPROM devices comprising charge-trapping gate insulators characterised by the top-view layout
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
- H10B43/00—EEPROM devices comprising charge-trapping gate insulators
- H10B43/20—EEPROM devices comprising charge-trapping gate insulators characterised by three-dimensional arrangements, e.g. with cells on different height levels
- H10B43/23—EEPROM devices comprising charge-trapping gate insulators characterised by three-dimensional arrangements, e.g. with cells on different height levels with source and drain on different levels, e.g. with sloping channels
- H10B43/27—EEPROM devices comprising charge-trapping gate insulators characterised by three-dimensional arrangements, e.g. with cells on different height levels with source and drain on different levels, e.g. with sloping channels the channels comprising vertical portions, e.g. U-shaped channels
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11C—STATIC STORES
- G11C16/00—Erasable programmable read-only memories
- G11C16/02—Erasable programmable read-only memories electrically programmable
- G11C16/04—Erasable programmable read-only memories electrically programmable using variable threshold transistors, e.g. FAMOS
- G11C16/0483—Erasable programmable read-only memories electrically programmable using variable threshold transistors, e.g. FAMOS comprising cells having several storage transistors connected in series
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11C—STATIC STORES
- G11C2211/00—Indexing scheme relating to digital stores characterized by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
- G11C2211/56—Indexing scheme relating to G11C11/56 and sub-groups for features not covered by these groups
- G11C2211/564—Miscellaneous aspects
- G11C2211/5648—Multilevel memory programming, reading or erasing operations wherein the order or sequence of the operations is relevant
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Read Only Memory (AREA)
- Semiconductor Memories (AREA)
- Non-Volatile Memory (AREA)
Abstract
【課題】データの誤書込みを抑制する。【解決手段】一実施形態の半導体記憶装置は、データを記憶可能であり、ビット線に対して並列接続された第1メモリセル及び第2メモリセルと、上記第1メモリセルに接続された第1ワード線と、上記第2メモリセルに接続された上記第1ワード線と異なる第2ワード線と、制御回路と、を備える。上記第1メモリセル及び上記第2メモリセルは、互いに第1ウェル領域を共有し、かつ上記第1ウェル領域を挟んで対向して設けられる。上記制御回路は、第1動作において、上記第1ワード線及び上記第2ワード線に第1電圧を印加することを、上記第1電圧を増加させながら複数回繰り返すように構成される。【選択図】図14
Description
実施形態は、半導体記憶装置に関する。
データを不揮発に記憶することが可能な半導体記憶装置としてNAND型フラッシュメモリが知られている。
データの誤書込みを抑制する。
実施形態の半導体記憶装置は、データを記憶可能であり、ビット線に対して並列接続された第1メモリセル及び第2メモリセルと、上記第1メモリセルに接続された第1ワード線と、上記第2メモリセルに接続された上記第1ワード線と異なる第2ワード線と、制御回路と、を備える。上記第1メモリセル及び上記第2メモリセルは、互いに第1ウェル領域を共有し、かつ上記第1ウェル領域を挟んで対向して設けられる。上記制御回路は、第1動作において、上記第1ワード線及び上記第2ワード線に第1電圧を印加することを、上記第1電圧を増加させながら複数回繰り返すように構成される。
以下に、実施形態について図面を参照して説明する。図面は模式的又は概念的なものであり、各図面の寸法及び比率等は必ずしも現実のものと同一とは限らない。本発明の技術思想は、構成要素の形状、構造、配置等によって特定されるものではない。
なお、以下の説明において、略同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を付す。参照符号を構成する文字の後の数字は、同じ文字を含んだ参照符号によって参照され、且つ同様の構成を有する要素同士を区別するために使用される。同じ文字を含んだ参照符号で示される要素を相互に区別する必要がない場合、これらの要素はそれぞれ文字のみを含んだ参照符号により参照される。
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
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
はじめに、本実施形態に係るメモリシステムの全体構成について、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全体構成について、図1を用いて説明する。
図1に示すように、メモリシステム1は、半導体記憶装置(NAND型フラッシュメモリ)100とメモリコントローラ200とを備えている。NAND型フラッシュメモリ100とメモリコントローラ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、メモリコントローラ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。メモリコントローラ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。そしてメモリコントローラ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インタフェースに従ったバスである。NANDバスは、NANDインタフェースに従った信号の送受信を行う。
1.1.2 メモリコントローラの構成
引き続き図1を用いて、メモリコントローラ200の構成の詳細について説明する。図1に示すようにメモリコントローラ200は、ホストインタフェース回路210、メモリ(RAM)220、プロセッサ(CPU)230、バッファメモリ240、NANDインタフェース回路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、メモリコントローラ200の構成の詳細について説明する。図1に示すようにメモリコントローラ200は、ホストインタフェース回路210、メモリ(RAM)220、プロセッサ(CPU)230、バッファメモリ240、NANDインタフェース回路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、メモリコントローラ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から書込み命令を受信した際には、それに応答して、NANDインタフェース回路250に対して書込みコマンドを発行する。読出し動作及び消去動作の際も同様である。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動作を実行する。なお、以下で説明するメモリコントローラ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、書込みデータや読出しデータを一時的に保持する。
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動作を行う。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の構成
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130、センスアンプ140、コマンドレジスタ150、アドレスレジスタ160、及びシーケンサ170を備える。
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130、センスアンプ140、コマンドレジスタ150、アドレスレジスタ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、メモリコントローラ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、データの読出し動作時やベリファイ動作時には、メモリセルアレイ110内のメモリセルトランジスタの閾値電圧をセンスし、読出しデータDATを生成するために必要な演算を行う。そして、この読出しデータDATをメモリコントローラ200に出力する。データの書込み動作時には、メモリコントローラ200から受信した書込みデータDATを、メモリセルアレイ110に転送する。
コマンドレジスタ150は、メモリコントローラ200から受信したコマンドCMDを保持する。アドレスレジスタ160は、メモリコントローラ200から受信したアドレスADDを保持する。アドレスADDは、例えば、ブロックアドレスBA、ページアドレスPA、及びカラムアドレスCAを含む。例えば、ブロックアドレスBA、ページアドレスPA、及びカラムアドレスCAは、それぞれブロックBLK、ワード線、及びビット線の選択に使用される。
シーケンサ170は、コマンドレジスタ150及びアドレスレジスタ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。
1.1.4 メモリセルアレイの構成
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。
1.1.4.1 回路構成
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2に示すように、ブロックBLKは、例えば、4つのストリングユニットSU(SU0、SU1、SU2、及びSU3)を含む。また、ストリングユニットSUの各々は、例えば、2つのサブストリングユニットSSU(SSUa及びSSUb)を含む。サブストリングユニットSSUの各々は、複数のメモリストリングMSを含む。以下では、サブストリングユニットSSUaのメモリストリングMSとサブストリングユニットSSUbのメモリストリングMSとを区別する場合に、それぞれをメモリストリングMSa及びMSbと呼ぶ。また、その他の構成及び配線等についても、必要に応じて、サブストリングユニットSSUaに対応するものには添え字として“a”を付し、サブストリングユニットSSUbに対応するものには添え字として“b”を付し、互いに区別するものとする。
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2に示すように、ブロックBLKは、例えば、4つのストリングユニットSU(SU0、SU1、SU2、及びSU3)を含む。また、ストリングユニットSUの各々は、例えば、2つのサブストリングユニットSSU(SSUa及びSSUb)を含む。サブストリングユニットSSUの各々は、複数のメモリストリングMSを含む。以下では、サブストリングユニットSSUaのメモリストリングMSとサブストリングユニットSSUbのメモリストリングMSとを区別する場合に、それぞれをメモリストリングMSa及びMSbと呼ぶ。また、その他の構成及び配線等についても、必要に応じて、サブストリングユニットSSUaに対応するものには添え字として“a”を付し、サブストリングユニットSSUbに対応するものには添え字として“b”を付し、互いに区別するものとする。
メモリストリングMSの各々は、例えば8個のメモリセルトランジスタMC(MC0〜MC7)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MC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MC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SU0〜SU3の各々のサブストリングユニットSSUaに含まれる選択トランジスタSTa1のゲートは、それぞれセレクトゲート線SGDa(SGDa0〜SGDa3)に接続される。ストリングユニットSU0〜SU3の各々のサブストリングユニットSSUbに含まれる選択トランジスタSTb1のゲートは、それぞれセレクトゲート線SGDb(SGDb0〜SGDb3)に接続される。セレクトゲート線SGDa0〜SGDa3、及びSGDb0〜SGDb3は、ロウデコーダ120によって独立に制御される。
また、同一のブロックBLK内のサブストリングユニットSSUaに含まれる選択トランジスタSTa2のゲートは、例えばセレクトゲート線SGSaに共通接続され、同一のブロックBLK内のサブストリングユニットSSUbに含まれる選択トランジスタSTb2のゲートは、例えばセレクトゲート線SGSbに共通接続される。セレクトゲート線SGSa及びSGSb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内のサブストリングユニットSSUaに含まれるメモリセルトランジスタMCa(MCa0〜MCa7)の制御ゲートは、それぞれワード線WLa(WLa0〜WLa7)に共通接続される。他方で、サブストリングユニットSSUbに含まれるメモリセルトランジスタMCb(MCb0〜MCb7)の制御ゲートは、それぞれワード線WLb(WLb0〜WLb7)に共通接続される。ワード線WLa及びWLb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MCに保持されるデータは、一括して消去される。
更に、メモリセルアレイ110内において同一列にあるメモリストリングMSの選択トランジスタST1のドレインは、ビット線BL(BL1〜BLm、但しm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にわたって、メモリストリングMSa及びMSbの組を共通に接続する。更に、複数の選択トランジスタST2のソースは、ソース線CELSRCに共通に接続されている。
つまりサブストリングユニットSSUは、各々が異なるビット線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、複数のメモリストリングMSの集合体である。サブストリングユニットSSUのうち、同一のワード線WLに共通接続されたメモリセルトランジスタMCの集合体を、セルユニットCUとも呼ぶ。またブロックBLKは、互いに複数のワード線WLを共有する複数のサブストリングユニットSSUの集合体である。更に、メモリセルアレイ110は、互いに複数のビット線BLを共有する複数のブロックBLKの集合体である。
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MC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。
1.1.4.2 平面レイアウト
次に、メモリセルアレイ110の平面レイアウトの一例について、図3及び図4を用いて説明する。図3の例は、4つのストリングユニットSU0〜SU3を含むブロックBLK0のセレクトゲート線SGD(SGDa0〜SGDa3及びSGDb0〜SGDb3)の平面レイアウトを示しており、図4の例は、ブロックBLK0のワード線WLa及びWLbの平面レイアウトを示している。図3及び図4の例では、説明の便宜上、絶縁膜が省略されている。
次に、メモリセルアレイ110の平面レイアウトの一例について、図3及び図4を用いて説明する。図3の例は、4つのストリングユニットSU0〜SU3を含むブロックBLK0のセレクトゲート線SGD(SGDa0〜SGDa3及びSGDb0〜SGDb3)の平面レイアウトを示しており、図4の例は、ブロックBLK0のワード線WLa及びWLbの平面レイアウトを示している。図3及び図4の例では、説明の便宜上、絶縁膜が省略されている。
なお、以下の説明では、半導体基板に沿う平面をXY平面と呼び、XY平面内においてX軸及びY軸が互いに交差するものとする。セレクトゲート線SGDはX軸に沿って延伸し、ビット線BLはY軸に沿って延伸する。また、XY平面に垂直な軸をZ軸と呼び、半導体基板に各種材料が積層される方向を上方向又は積層方向と呼ぶ。例えば、X軸とY軸とは直交しており、XYZ系は右手系によって表される。
図3に示すように、X軸に沿って延伸する12本の導電体層24a_1、24b_1、24a_2、24a_3、24b_2、24a_4、24a_5、24b_3、24a_6、24a_7、24b_4、及び24a_8が、Y軸に沿って順に配列されている。導電体層24a及び24bはそれぞれ、セレクトゲート線SGDa及びSGDbとして機能する。図3の例では、ブロックBLK内において、2つの導電体層24a_1及び24a_2は、セレクトゲート線SGDa0として機能し、ロウデコーダ120に共通に接続される。導電体層24a_3及び24a_4は、セレクトゲート線SGDa1として機能し、ロウデコーダ120に共通に接続される。導電体層24a_5及び24a_6は、セレクトゲート線SGDa2として機能し、ロウデコーダ120に共通に接続される。導電体層24a_7及び24a_8は、セレクトゲート線SGDa3として機能し、ロウデコーダ120に共通に接続される。また、導電体層24b_1〜24b_4はそれぞれ、セレクトゲート線SGDb0〜SGDb3として機能し、各々がロウデコーダ120に個別に接続される。以下、導電体層24a(24a_1〜24a_8)、及び24b(24b_1〜24b_4)のそれぞれを限定しない場合は、導電体層24とも表記する。
ブロックBLK内においてY軸に沿って隣り合う12本の導電体層24は、図示せぬ絶縁膜によって互いに分離されている。導電体層24aと導電体層24bとの間に設けられている絶縁体層の領域を、メモリトレンチMTと表記する。より具体的には、導電体層24a_1と24b_1との間、導電体層24b_1と24a_2との間、導電体層24a_3と24b_2との間、導電体層24b_2と24a_4との間、導電体層24a_5と24b_3との間、導電体層24b_3と24a_6との間、導電体層24a_7と24b_4との間、及び導電体層24b_4と24a_8との間に、メモリトレンチMTが設けられている。メモリトレンチMTは、セレクトゲート線SGDと同様に、セレクトゲート線SGDの下方に設けられている図示せぬ複数のワード線WL及びセレクトゲート線SGSについてもY軸に沿って分離するように設けられている。
また、2つの導電体層24aの間にX軸に沿って延伸して設けられている絶縁体層の領域を、スリットSLTと表記する。より具体的には、導電体層24a_2と24a_3との間、導電体層24a_4と24a_5との間、及び導電体層24a_6と24a_7との間に、スリットSLTが設けられている。スリットSLTは、セレクトゲート線SGDをY軸に沿って分離し、下方に設けられているワード線WL及びセレクトゲート線SGSを分離しない。
メモリトレンチMTが設けられている導電体層24aと24bとの間には、各々がZ軸に沿って延伸する複数のメモリピラーMPが例えば千鳥配列となるように配置されている。1つのメモリピラーMPが1つのメモリストリングMSa及び1つのメモリストリングMSbの組に対応する。
例えば、セレクトゲート線SGDa0(導電体層24a_1)とセレクトゲート線SGDb0(導電体層24b_1)との間に設けられたメモリピラーMPにおいて、セレクトゲート線SGDa0の一部とセレクトゲート線SGDa0に接するメモリピラーMPの一部とを含む領域が、ストリングユニットSU0内のサブストリングユニットSSUaの選択トランジスタSTa1として機能する。同様に、セレクトゲート線SGDb0の一部とセレクトゲート線SGDb0に接するメモリピラーMPの一部とを含む領域がストリングユニットSU0内の選択トランジスタSTb1として機能する。
次に、ワード線WLa0及びWLb0の平面レイアウトについて説明する。ワード線WLa0及びWLb0は、Z軸に沿って、セレクトゲート線SGDの下方に設けられている。
図4に示すように、ワード線WLaとして機能する導電体層23aと、ワード線WLbとして機能する導電体層23bは、各々がロウデコーダ120に個別に接続される。導電体層23aは、Y軸に沿って延伸する導電体層23a_0と、X軸に沿って延伸する5本の導電体層23a_1〜23a_5とを含む。導電体層23bは、Y軸に沿って延伸する導電体層23b_0と、X軸に沿って延伸する4本の導電体層23b_1〜23b_4とを含む。以下、導電体層23a及び23bのそれぞれを限定しない場合は、導電体層23と表記する。
導電体層23a_0と導電体層23b_0との間の領域において、Y軸に沿って、導電体層23a_1、23b_1、23a_2、23b_2、23a_3、23b_3、23a_4、23b_4、及び23a_5が順に配置されている。導電体層23a_1〜23a_5の各々の第1端は導電体層23a_0に接続され、導電体層23b_1〜23b_4の各々の第1端は導電体層23b_0に接続されている。また、導電体層23a_1〜23a_5の各々の第2端は導電体層23b_0から図示しない絶縁膜によって分離されており、導電体層23b_1〜23b_4の各々の第2端は導電体層23a_0から図示しない絶縁膜によって分離されている。
導電体層23a_1は、導電体層24a_1の下方に配置されている。導電体層23b_1は、導電体層24b_1の下方に配置されている。導電体層23a_2は、導電体層24a_2及び導電体層24a_3の下方に配置されている。導電体層23b_2は、導電体層24b_2の下方に配置されている。導電体層23a_3は、導電体層24a_4及び導電体層24a_5の下方に配置されている。導電体層23b_3は、導電体層24b_3の下方に配置されている。導電体層23a_4は、導電体層24a_6及び導電体層24a_7の下方に配置されている。導電体層23b_4は、導電体層24b_4の下方に配置されている。導電体層23a_5は、導電体層24a_8の下方に配置されている。
上述の通り、ワード線WLa及びワード線WLbのY軸に沿って互いに隣り合う部分は、メモリトレンチMTによって互いに分離されている。また、ワード線WLaとワード線WLbとの間には、図3で説明した複数のメモリピラーMPが配置されている。
ワード線WLaとワード線WLbとの間に設けられたメモリピラーMPにおいて、ワード線WLaの一部と当該ワード線WLaに接するメモリピラーMPの一部とを含む領域がメモリセルトランジスタMCa0、すなわち1つのメモリセルとして機能する。同様に、上述のメモリピラーMPに対応するワード線WLbの一部と当該ワード線WLbに接するメモリピラーMPの一部とを含む領域がメモリセルトランジスタMCbとして機能する。そして、1つのメモリピラーMPに対応する2つのメモリセルトランジスタMCが、同じレイヤ(層)に設けられている。
1.1.4.3 断面構造
次に、メモリセルアレイ110の断面構成について、図5及び図6を用いて説明する。図5の例は、図3及び図4のV−V線に沿ったメモリセルアレイ110の断面図である。図6の例は、図5のVI−VI線に沿った断面図である。なお、図5では、説明の便宜上、積層絶縁膜が適宜省略されている。
次に、メモリセルアレイ110の断面構成について、図5及び図6を用いて説明する。図5の例は、図3及び図4のV−V線に沿ったメモリセルアレイ110の断面図である。図6の例は、図5のVI−VI線に沿った断面図である。なお、図5では、説明の便宜上、積層絶縁膜が適宜省略されている。
まず、図5を参照して、メモリピラーMPのXY平面に沿う断面の構成について説明する。図5では、Y軸に沿って並び、各々がそれぞれストリングユニットSU0及びSU1に含まれる2つのメモリピラーMPと、当該2つのメモリピラーMP間に設けられるメモリトレンチMT及びスリットSLTと、を含む構成が図示される。
図5に示すように、半導体基板20の上方には、ソース線CELSRCとして機能する導電体層21が設けられる。導電体層21は導電材料により構成され、例えば不純物を添加されたn型半導体、または金属材料が用いられる。また、例えば導電体層21は、半導体層と金属層との積層構造であってもよい。なお、半導体基板20と導電体層21との間には、ロウデコーダ120及びセンスアンプ140等の回路が設けられていてもよい。
導電体層21の上方には、互いがZ軸に沿って離間するように、複数の図示しない絶縁体層を介在させてセレクトゲート線SGSとして機能する導電体層22、ワード線WL0〜WL7として機能する8層の導電体層23、及びセレクトゲート線SGDとして機能する導電体層24が順次積層されている。
導電体層22〜24は導電材料により構成され、例えば不純物を添加されたn型半導体またはp型半導体、あるいは金属材料が用いられる。例えば、導電体層22〜24として、窒化チタン(TiN)/タングステン(W)の積層構造が用いられる。窒化チタン(TiN)は、例えばCVD(chemical vapor deposition)によりタングステン(W)を成膜する際、タングステン(W)と酸化シリコン(SiO2)との反応を防止するためのバリア層、あるいはタングステン(W)の密着性を向上させるための密着層として機能を有する。
導電体層24の上方に、絶縁体層(図示せず)を介して導電体層25が設けられる。導電体層25は、Y軸に沿って延伸し、X軸に沿って複数本がライン状に配置され、それぞれがビット線BLとして使用される。導電体層25は、例えば銅(Cu)を含む。
絶縁体層41は、ストリングユニットSU内においてX軸に沿って延伸し、導電体層22〜24を貫通して底面が導電体層21に接するように設けられる。すなわち、絶縁体層41は、導電体層22〜24を導電体層22a〜24aと、導電体層22b〜24bとに分離するメモリトレンチMTとして機能する。絶縁体層41は、例えば、酸化シリコン(SiO2)を含む。
なお、図5では図示されていないが、メモリトレンチMTは、メモリピラーMPによって分断されている。すなわち、図5において図示される絶縁体層41は、X軸に沿って紙面手前方向又は奥行き方向の位置において、図示しないメモリピラーMPによって分断される。また、図5において図示されるストリングユニットSU0内のメモリピラーMP及びストリングユニットSU1内のメモリピラーMPの各々の位置において、図示しないメモリトレンチMTが設けられる。ストリングユニットSU0内の図示しないメモリトレンチMTは、導電体層22〜24を、導電体層22a、23a、及び24a_1と、導電体層22b、23b、及び24b_1とに分離する。ストリングユニットSU1内の図示しないメモリトレンチMTは、導電体層22〜24を、導電体層22a、23a、並びに24a_2及び24a_3と、導電体層22b、23b、及び24b_2とに分離する。
絶縁体層42は、隣り合う2つのストリングユニットSUの間においてX軸に沿って延伸し、導電体層24を貫通して底面が最上層の導電体層23の上方に位置するように設けられる。すなわち、図5の例では、絶縁体層42は、ストリングユニットSU1内の導電体層24a_2及び24a_3を、導電体層24a_2と、導電体層24a_3とに分離するスリットSLTとして機能する。絶縁体層42は、例えば、酸化シリコン(SiO2)を含む。
メモリピラーMPは、Z軸に沿って延伸して設けられ、導電体層22〜24を貫通して、底面が導電体層21に達する。また、メモリピラーMPは、コア層30、半導体層31、トンネル絶縁膜32、電荷蓄積層33a及び33b、ブロック絶縁膜34a及び34b、並びにキャップ層35を含む。
コア層30は、Z軸に沿って延伸して設けられる。コア層30の上端は、導電体層24よりも上方の層に含まれ、コア層30の下端は、例えば、導電体層21が設けられた層内に含まれる。コア層30は、例えば、酸化シリコン(SiO2)を含む。
半導体層31は、コア層30の底面及び側面を覆う。半導体層31の上端は、コア層30の上端よりも上層に含まれ、半導体層31の下端は、導電体層21に接触する。半導体層31は、例えば、ポリシリコンを含む。
トンネル絶縁膜32は、導電体層21と半導体層31とが接触している部分を除いて、半導体層31の側面及び底面を覆う。トンネル絶縁膜32は、例えば、酸化シリコン(SiO2)を含む。
導電体層22a〜24aが設けられるレイヤの各々において、電荷蓄積層33aが、トンネル絶縁膜32とブロック絶縁膜34aとの間に設けられる。ブロック絶縁膜34aは、電荷蓄積層33aの各々と導電体層22a〜24aとの間に、Z軸に沿って連続膜として設けられる。ブロック絶縁膜34aは、例えば、トンネル絶縁膜32と電荷蓄積層33aの各々とが接触する部分を除いて、同一のメモリピラーMP内の全ての電荷蓄積層33aを覆う。
導電体層22b〜24bが設けられるレイヤの各々において、電荷蓄積層33bが、トンネル絶縁膜32とブロック絶縁膜34bとの間に設けられる。ブロック絶縁膜34bは、電荷蓄積層33bの各々と導電体層22b〜24bとの間に、Z軸に沿って連続膜として設けられる。ブロック絶縁膜34bは、例えば、トンネル絶縁膜32と電荷蓄積層33bの各々とが接触する部分を除いて、同一のメモリピラーMP内の全ての電荷蓄積層33bを覆う。
電荷蓄積層33a及び33bは、例えば、ポリシリコン又は金属材料を含む。ブロック絶縁膜34a及び34bは、例えば、酸化シリコン(SiO2)を含む。電荷蓄積層33aとブロック絶縁膜34aとの間、及び電荷蓄積層33bとブロック絶縁膜34bとの間には、高誘電率(High−k)材料が更に設けられてもよい。高誘電率材料は、例えば、ハフニウムシリケート(HfSiO)を含み、ブロック絶縁膜34a及び34bの特性を向上させる機能を有する。
キャップ層35は、コア層30の上面を覆い、コア層30の上方の半導体層31の内壁部分に接触する。キャップ層35は、例えば、ポリシリコンを含む。
メモリピラーMPの半導体層31及びキャップ層35の上面には、柱状のコンタクトCPとして機能する導電体層36が設けられる。導電体層36の各々の上面は、対応する1つの導電体層25が接触し、電気的に接続される。図5の断面図では、ストリングユニットSU0及びSU1において、同一のビット線BLに対応する2つのメモリピラーMPが図示されているため、当該2つのメモリピラーMPは、同一の導電体層25に接続されている。
次に、図6を参照して、メモリピラーMPのXY平面に沿う断面の構成について説明する。図6では、ワード線WLa及びWLb、並びにメモリトレンチMTと、当該ワード線WLa及びWLb、並びにメモリトレンチMTの内部に形成されるメモリピラーMPと、が示される。
図6に示すように、メモリピラーMPは、XY平面において、絶縁体層41、及び当該絶縁体層41をY軸に沿って挟む2つの導電体層23a及び23b内に設けられる。具体的には、例えば、メモリピラーMPは、XY平面において、絶縁体層41を分断しつつ導電体層23a及び23bの各々に接触する、略矩形の形状を有する。
コア層30は、メモリピラーMPの中央部に設けられ、半導体層31は、コア層30の側面を囲む。トンネル絶縁膜32は、半導体層31の側面を囲む。トンネル絶縁膜32の側面のうちX軸に沿って並ぶ2つの側面は、絶縁体層41と接触する。
電荷蓄積層33aは、トンネル絶縁膜32のY軸に沿って並ぶ2つの側面のうち、導電体層23a側の側面上に設けられる。ブロック絶縁膜34aは、電荷蓄積層33aと導電体層23aとの間に設けられる。
電荷蓄積層33bは、トンネル絶縁膜32のY軸に沿って並ぶ2つの側面のうち、導電体層23b側の側面上に設けられる。ブロック絶縁膜34bは、電荷蓄積層33bと導電体層23bとの間に設けられる。
以上で説明したメモリピラーMPの構造では、メモリピラーMPと導電体層22aとが交差する部分が、選択トランジスタSTa2として機能し、メモリピラーMPと導電体層22bとが交差する部分が、選択トランジスタSTb2として機能する。メモリピラーMPと導電体層23aとが交差する部分が、メモリセルトランジスタMCaとして機能し、メモリピラーMPと導電体層23bとが交差する部分が、メモリセルトランジスタMCbとして機能する。メモリピラーMPと導電体層24aとが交差する部分が、選択トランジスタSTa1として機能し、メモリピラーMPと導電体層24bとが交差する部分が、選択トランジスタSTb1として機能する。
つまり、半導体層31は、選択トランジスタSTa1及びSTb1、メモリセルトランジスタMCa及びMCb、並びに選択トランジスタSTa2及びSTb2、のそれぞれのチャネル及びウェル領域として使用される。電荷蓄積層33aは、メモリセルトランジスタMCa並びに選択トランジスタSTa1及びSTa2のフローティングゲートとして使用され、電荷蓄積層33bは、メモリセルトランジスタMCb並びに選択トランジスタSTb1及びSTb2のフローティングゲートとして使用される。これにより、メモリピラーMPの各々は、例えば2つのメモリストリングMSa及びMSbの組として機能する。
なお、以上で説明したメモリセルアレイ110の構造はあくまで一例であり、メモリセルアレイ110はその他の構造を有していても良い。例えば、導電体層23の個数は、任意の本数に設計可能なワード線WLの本数に基づく。セレクトゲート線SGDは、任意の層数に設計可能である。セレクトゲート線SGSには、複数層に設けられた複数の導電体層22が割り当てられても良い。セレクトゲート線SGSが複数層に設けられる場合に、導電体層22と異なる導電体が使用されても良い。最下層のワード線WLとセレクトゲート線SGSとの間、及び最上層のワード線WLとセレクトゲート線SGDとの間には、ダミーワード線(図示せず)として機能する任意の本数の導電体層が設けられてもよい。メモリピラーMPと導電体層25との間は、2つ以上のコンタクトを介して電気的に接続されても良いし、その他の配線を介して電気的に接続されても良い。スリットSLT及びメモリトレンチMT内は、複数種類の絶縁体により構成されても良い。
1.1.5 メモリセルトランジスタの閾値電圧分布
次に、メモリセルアレイ110内のメモリセルトランジスタMCの閾値電圧分布について説明する。
次に、メモリセルアレイ110内のメモリセルトランジスタMCの閾値電圧分布について説明する。
本実施形態では、1つのメモリセルトランジスタMC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下位(Lower)ビット、中位(Middle)ビット、及び上位(Upper)ビットと呼ぶことにする。そして、同一のセルユニットCUに属するメモリセルの保持する下位ビットの集合を下位ページと呼び、中位ビットの集合を中位ページと呼び、上位ビットの集合を上位ページと呼ぶ。つまり、1つのサブストリングユニットSSU内における1本のワード線WL(1つのセルユニットCU)には3ページが割当てられ、8本のワード線WLを含むサブストリングユニットSSUは24ページ分の容量を有することになる。あるいは言い換えるならば、「ページ」とは、セルユニットCUに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出しは、このページ毎又はセルユニットCU毎に行っても良い。一方、上述の通り、データの消去は、ブロックBLK単位に行われる。
図7は、書込み動作後、及び消去動作後におけるメモリセルアレイ110内の各メモリセルトランジスタMCの閾値電圧分布について示したダイアグラムである。
まず、書込み動作後の閾値電圧分布について説明する。
上述の通り、メモリセルトランジスタMCは、3ビットデータを保持可能である。すなわち、メモリセルトランジスタMCは、書込み動作によって、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、“Er1”状態、“A”状態、“B”状態、“C”状態、…、“G”状態と呼ぶことにする。
“Er1”状態のメモリセルトランジスタMCの閾値電圧は、電圧Vnn以上であり且つ電圧VA(>Vnn)未満であり、データの消去状態に相当する。電圧Vnnは、例えば、負電圧(<0V)であり、NAND型フラッシュメモリ100内で生成可能な最低の電圧である。電圧VAは、例えば、0V以上の電圧である。
“A”状態のメモリセルトランジスタMCの閾値電圧は、電圧VA以上であり且つ電圧VB(>VA)未満である。“B”状態のメモリセルトランジスタMCの閾値電圧は、電圧VB以上であり且つ電圧VC(>VB)未満である。“C”状態のメモリセルトランジスタMCの閾値電圧は、電圧VC以上であり且つ電圧VD(>VC)未満である。“D”状態のメモリセルトランジスタMCの閾値電圧は、電圧VD以上であり且つ電圧VE(>VD)未満である。“E”状態のメモリセルトランジスタMCの閾値電圧は、電圧VE以上であり且つ電圧VF(>VE)未満である。“F”状態のメモリセルトランジスタMCの閾値電圧は、電圧VF以上であり且つ電圧VG(>VF)未満である。“G”状態のメモリセルトランジスタMCの閾値電圧は、電圧VG以上であり且つ電圧VREAD(>VG)未満且つ電圧VPASS(>VG)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。電圧VA〜VGは、総称して「読出し電圧VCGR」又は単に「読出し電圧」とも言う。
電圧VREADは、例えば、読出し動作時において読出し対象でないワード線WLに印加される電圧であり、電圧VPASSは、書込み動作時において書込み対象でないワード線WLに印加される電圧である。電圧VREAD及びVPASSはいずれも、保持データにかかわらずメモリセルトランジスタMCをオンさせる電圧であり、読出し電圧VCGRより高い。電圧VPGMは、書込み動作時において書込み対象のワード線WL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MCをオンさせつつ、電荷蓄積層33に電荷を注入して閾値電圧を上昇させることができる電圧である。つまり、電圧VPGMは、電圧VPASSより高い。
書込み動作では、電圧VPGMによる閾値電圧の上昇により、メモリセルトランジスタMCの属する予定の状態まで遷移したか否かが、ベリファイ動作によって判定される。すなわち、ベリファイ動作においては、メモリセルトランジスタMCの属する状態が状態“Er1”状態より閾値電圧が高い状態に遷移したか否かが、電圧VpvfyA(>VA)によって判定される。同様に、状態“A”〜“F”状態より閾値電圧が高い状態に遷移したか否かがそれぞれ、電圧VpvfyB(>VB)、VpvfyC(>VC)、VpvfyD(>VD)、VpvfyE(>VE)、VpvfyF(>VF)、及びVpvfyG(>VG)によって判定される。電圧VpvfyA〜VpvfyGは、総称して「ベリファイ電圧Vpvfy」又は単に「ベリファイ電圧」とも言う。
なお、上記閾値電圧分布は、前述の下位ビット、中位ビット、及び上位ビットからなる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“Er1”状態から“G”状態と、下位ビット、中位ビット、及び上位ビットとの関係は、次の通りである。
“Er1”状態:“111”(“上位/中位/下位”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、閾値電圧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。
“Er1”状態:“111”(“上位/中位/下位”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、閾値電圧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。
下位ビットを読み出す際には、下位ビットの値(“0”or“1”)が変化する境界に相当する電圧を用いれば良く、このことは中位ビット及び上位ビットでも同様である。
すなわち、下位ページ読出しは、“Er”状態と“A”状態とを区別する電圧VA、及び“D”状態と“E”状態とを区別する電圧VEを読出し電圧として用いる。中位ページ読出しは、“A”状態と“B”状態とを区別する電圧VB、“C”状態と“D”状態とを区別する電圧VD、及び“E”状態と“F”状態とを区別する電圧VFを読出し電圧として用いる。上位ページ読出しは、“B”状態と“C”状態とを区別する電圧VC、及び“F”状態と“G”状態とを区別する電圧VGを読出し電圧として用いる。
次に、書込み動作が実行されたメモリセルトランジスタMCに対して消去動作が実行された直後の閾値電圧分布について説明する。
消去動作が実行されると、消去対象の全てのメモリセルトランジスタMCは、“Er2”状態に遷移する。“Er2”状態のメモリセルトランジスタMCの閾値電圧は、電圧Vervfy未満であり且つ電圧Vermin以上である。電圧Vervfyは、電圧VA以下であり且つ電圧Vnnより高い電圧(例えば、0V)である。電圧Verminは、消去動作によってメモリセルトランジスタMCが取り得る最低の閾値電圧であり、電圧Vnnより低い電圧である。すなわち、“Er1”状態と“Er2”状態とは、電圧Vnn未満の閾値電圧を有するメモリセルトランジスタMCを“Er2”状態が含む一方“Er1”状態が含まない点、及び電圧Vervfy以上の閾値電圧を有するメモリセルトランジスタMCを“Er1”状態が含む一方“Er2”状態が含まない点、において互いに異なる。
上述の通り、“Er2”状態に属するメモリセルトランジスタMCは、閾値電圧が電圧Vervfy(≦VA)以下に制御されるため、“A”状態〜“G”状態のいずれの状態にも属さない一方で、電圧Vnnよりも低い閾値電圧を有し得る。このため、“Er2”状態に属するメモリセルトランジスタMCは、NAND型フラッシュメモリ100内で生成可能な電圧のうち最低電圧をワード線WLに印加した場合でも、オン状態となり得る。
以下では、閾値電圧が電圧Vnnより低いメモリセルトランジスタMCを、「過消去セル」と呼ぶ。過消去セルは、ワード線WLに電圧を印加することによってオフ状態に制御することができないため、誤書込み及び誤読出しの原因となり得る。このため、過消去セル用書込み動作を実行することによって、過消去セル数を少なく抑えることが望ましい。以下の説明では、過消去セルの数を低減するために実行される書込み動作を、通常の書込み動作と区別して「過消去セル用書込み動作」と呼ぶ。
1.2 動作
続いて、本実施形態に係るメモリシステムの動作について説明する。
続いて、本実施形態に係るメモリシステムの動作について説明する。
1.2.1 過消去セル用書込み動作を含む一連の動作の概要
図8は、過消去セル用書込み動作を含む、消去動作から通常の書込み動作までの一連の動作を説明するためのフローチャートである。
図8は、過消去セル用書込み動作を含む、消去動作から通常の書込み動作までの一連の動作を説明するためのフローチャートである。
図8に示すように、ステップST10において、NAND型フラッシュメモリ100は、メモリコントローラ200からの指示に基づき、消去動作を実行する。これにより、消去対象のブロックBLK内の全てのメモリセルトランジスタMCは、“Er1”状態〜“G”状態のいずれかから、“Er2”状態へと遷移する。
ステップST20〜ステップST70において、NAND型フラッシュメモリ100は、過消去セル用書込み動作を実行する。過消去セル用書込み動作は、過消去セル用ベリファイ動作と、過消去セル用プログラム動作と、を含む。過消去セル用ベリファイ動作及び過消去セル用プログラム動作の組は、所定の回数以内で繰り返し実行される。
より具体的には、ステップST20において、シーケンサ170は、過消去セル用書込み動作のループ数nを“0”に設定する(0≦n≦N、Nは任意の自然数)。
ステップST30において、シーケンサ170は、メモリセルアレイ110、ロウデコーダ120、及びセンスアンプ140等を制御して過消去セル用ベリファイ動作を実行し、過消去セル数を取得する。なお、過消去セル用ベリファイ動作の詳細については後述する。
ステップST40において、シーケンサ170は、ステップST30において取得した過消去セル数が閾値未満であるか否かを判定する。過消去セル数が閾値未満である場合(ステップST40;yes)、処理はステップST80に進む。過消去セル数が閾値以上である場合(ステップST40;no)、処理はステップST50に進む。
ステップST50において、シーケンサ170は、過消去セル用書込み動作のループ数nが上限値Nを超えたか否かを判定する。ループ数nが上限値Nを超えている場合(ステップST50;yes)、処理はステップST90に進む。ステップST90では、シーケンサ170は、過消去セル用書込み処理にフェイルしたと判定し、図示しない例外処理に移行する。ループ数nが上限値Nを超えていない場合(ステップST50;no)、処理はステップST60に進む。なお、過消去セル用書込み動作におけるループ数nの上限値Nは、通常の書込み動作におけるループ数nの上限値と異なる値(例えば、通常の書込み動作におけるループ数nの上限値より小さい値)が設定される。
ステップST60において、シーケンサ170は、メモリセルアレイ110、ロウデコーダ120、及びセンスアンプ140等を制御して過消去セル用プログラム動作を実行し、少なくとも過消去セルを含む複数のメモリセルトランジスタMCの閾値電圧を上昇させる。なお、過消去セル用プログラム動作の詳細については後述する。
ステップST70において、シーケンサ170は、ループ数nをインクリメントし、処理はステップST30に戻る。すなわち、過消去セル数が閾値未満となるか、過消去セル用書込み動作にフェイルしたと判定されるまで、過消去セル用ベリファイ動作及び過消去セル用プログラム動作の組が繰り返し実行される。これにより、過消去セル用書込み動作対象の複数のメモリセルトランジスタMCは、“Er2”状態から“Er1”状態へと遷移する。
ステップST80において、NAND型フラッシュメモリ100は、メモリコントローラ200からの指示に基づき、過消去セル用書込み動作が実行された複数のメモリセルトランジスタMCの少なくとも一部に対して、通常の書込み動作を実行する。これにより、通常の書込み動作対象の複数のメモリセルトランジスタMCは、“Er1”状態から“Er1”〜“G”状態のいずれかへと遷移する。
以上により、過消去セル用書込み動作を含む、消去動作から通常の書込み動作までの一連の動作が終了する。
1.2.2 消去動作及び通常の書込み動作
次に、消去動作及び通常の書込み動作について、図9〜図11を用いて説明する。
次に、消去動作及び通常の書込み動作について、図9〜図11を用いて説明する。
図9は、消去動作においてメモリストリングMSa及びMSbに接続される各種配線に印加される電圧を説明するための模式図である。
図9に示すように、消去動作では、ロウデコーダ120は、ワード線WLa0〜WLa7及びWLb0〜WLb7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のウェル領域である半導体層31に消去電圧VERA(VERA>VISO)を印加する。すると、メモリセルトランジスタMC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MCの閾値電圧が低下する。この動作が、ブロックBLK内の全ての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、又はロウデコーダ120によって電圧VERAが印加されてもよい。
図10及び図11はそれぞれ、通常の書込み動作で実行されるプログラム動作及びベリファイ動作において、メモリストリングMSa及びMSbに接続される各種配線に印加される電圧を説明するための模式図である。図10及び図11では、メモリストリングMSaのメモリセルトランジスタMCa3が書込み動作対象として選択される場合が示される。
図10に示すように、通常の書込み動作のn回目のループにおけるプログラム動作では、ロウデコーダ120は、ワード線WLa3に対して電圧VPGM(=VPGM0+nΔVPGM)を印加し、その他のワード線WLa0〜WLa2及びWLa4〜WLa7、並びにWLb0〜WLb7に対して電圧VPASSを印加する。これにより、メモリピラーMP内の全てのメモリセルトランジスタMCをオン状態にして、書込み動作対象のメモリセルトランジスタMCa3の閾値電圧だけを上昇させつつ、その他のメモリセルトランジスタMCの閾値電圧の上昇を抑制することができる。
図11に示すように、通常の書込み動作におけるベリファイ動作では、ロウデコーダ120は、ワード線WLa3に対して電圧Vpvfyを印加し、メモリストリングMSa内のその他のワード線WLa0〜WLa2及びWLa4〜WLa7には電圧VREADを印加する。また、ロウデコーダ120は、メモリストリングMSb内の全てのワード線WLb0〜WLb7には、電圧Vnnを印加する。これにより、メモリストリングMSb内の全てのメモリセルトランジスタMCbはオフ状態となり、半導体層31のうちメモリストリングMSb側の部分にはチャネルが形成されないことが期待される。そして、シーケンサ170は、メモリピラーMPに電流が流れなかった場合、メモリセルトランジスタMCa3の閾値電圧が所望の値を超えたと判定し、メモリセルトランジスタMCa3が通常の書込み動作にパスしたと判定する。
しかしながら、上述の通り、“Er2”状態のメモリセルトランジスタMCの一部は、閾値電圧が電圧Vnnよりも低い(過消去セルである)場合がある。この場合、メモリセルトランジスタMCa3が電圧Vpvfyによってオン状態になるかオフ状態になるかに依らず、メモリストリングMSbを介してメモリピラーMP内を電流が流れてしまう可能性がある。この場合、メモリセルトランジスタMCa3の閾値電圧が所望の値を超えたにも関わらず、センスアンプ140がこれを検知することができず、書込み動作を完了することができないため、好ましくない。したがって、本実施形態では、消去動作後、通常の書込み動作の前に、過消去セル用書込み動作によって過消去セルの数が低減される。
1.2.3 過消去セル用書込み動作
過消去セル用書込み動作について、図12及び図13を用いて説明する。
過消去セル用書込み動作について、図12及び図13を用いて説明する。
図12及び図13はそれぞれ、過消去セル用書込み動作で実行されるベリファイ動作及びプログラム動作において、メモリストリングMSa及びMSbに接続される各種配線に印加される電圧を説明するための模式図である。過消去セル用書込み動作は、通常の書込み動作と異なり、メモリピラーMP内の同じレイヤにおける2つのメモリセルトランジスタMCa及びMCbの組を対象として実行される。以下の説明では、過消去セル用書込み動作の対象となるメモリセルトランジスタMCa及びMCbの組を、「ペアセル」とも呼ぶ。図12及び図13では、メモリセルトランジスタMCa3及びMCb3の組がペアセルとして選択される場合が示される。
図12に示すように、過消去セル用ベリファイ動作では、ロウデコーダ120は、ペアセルMCa3及びMCb3に対応するワード線WLa3及びWLb3に対して、例えば、電圧Vnnvfyを印加し、その他のワード線WLa0〜WLa2及びWLa4〜WLa7、並びにWLb0〜WLb2及びWLb4〜WLb7には電圧VREADを印加する。電圧Vnnvfyは、電圧Vnn以上であり且つ電圧Vervfyより低い。これにより、ペアセルMCa3及びMCb3の閾値電圧がいずれも電圧Vnnvfy以上である場合、半導体層31のうちワード線WLa3及びWLb3のレイヤに対応する部分にチャネルが形成されないため、メモリピラーMPには電流が流れない。一方、ペアセルMCa3及びMCb3の閾値電圧の少なくとも一方が電圧Vnnvfy未満である場合、半導体層31のうちワード線WLa3及びWLb3のレイヤに対応する部分にチャネルが形成され、メモリピラーMPには電流が流れる。このように、過消去セル用ベリファイ動作では、ペアセルMCa3及びMCb3がいずれも過消去セルでないか、少なくとも一方が過消去セルであるか、を判定することができる。
シーケンサ170は、ペアセルMCa3及びMCb3の少なくとも一方が過消去セルであると判定した場合、図8におけるステップST40において判定される過消去セル数をカウントアップする。そして、シーケンサ170は、過消去セルが存在するペアセルの数が閾値を超えた場合、過消去セル用プログラム動作を実行する必要がある旨を認識する。
図13に示すように、nループ目における過消去セル用プログラム動作では、ロウデコーダ120は、ワード線WLa3及びWLb3に対して、例えば、電圧VSPGM(=VSPGM0+nΔVSPGM)を印加し、その他のワード線WLa0〜WLa2及びWLa4〜WLa7、並びにWLb0〜WLb2及びWLb4〜WLb7には電圧VPASSを印加する。電圧VSPGMは、電圧VPASSより高く、書込み対象のメモリセルトランジスタMCの閾値電圧を上昇させることができる電圧であるが、電圧VPGMより低い。これにより、過消去セル用ベリファイ動作において過消去セルが存在すると判定されたペアセルMCa3及びMCb3の閾値電圧を、同時に同程度だけ上昇させることができ、過消去セルを含むと判定されるペアセルMCa及びMCbの数を減少させることができる。
1.3 本実施形態に係る効果
第1実施形態によれば、データの誤書込みを抑制することができる。本効果について、図14を用いて詳述する。
第1実施形態によれば、データの誤書込みを抑制することができる。本効果について、図14を用いて詳述する。
図14は、第1実施形態に係る効果を説明するための模式図である。図14では、“Er2”状態の閾値電圧分布が、合計Nループの過消去セル用書込み動作によって、過消去セルを含まない程度に高電圧側にシフトする様子が模式的に示される。なお、図14では、nループ目(0≦n≦N)における“Er2”状態の閾値電圧分布は、“Er2_n”状態と示される。また、図14では、閾値電圧分布のうち、電圧Vermin以上電圧Vnnvfy未満の範囲を範囲α、電圧Vnnvfy以上電圧(Vervfy−δV)未満の範囲を範囲β、電圧(Vervfy−δV)以上電圧Vervfy未満の範囲を範囲γとして区別する。ここで、δV=(Vnnvfy−Vermin)/Nである。
図14に示すように、消去動作直後における閾値電圧分布は、最低値が電圧Verminであり、最高値が電圧Vervfyとなる(“Er2_0”状態)。シーケンサ170は、過消去セル用ベリファイ動作及び過消去セル用プログラム動作を最大N回ループさせることにより、閾値電圧分布の最低値を電圧Vnnvfyよりも高くするように、電圧ΔVSPGMを設定する。これにより、例えば、過消去セル用書込み動作対象のペアセルの閾値電圧が、1回のループによって、δV(=(Vnnvfy−Vermin)/N)だけ上昇するように設定することができる。
具体的には、1ループ目の過消去セル用ベリファイ動作によって、範囲α内の閾値電圧を有するメモリセルトランジスタMCを少なくとも1つ含むペアセルが抽出される。そして、1ループ目の過消去セル用プログラム動作が実行され、当該抽出されたペアセルの閾値電圧がδVだけ上昇する。これにより、“Er2_1”状態内の閾値電圧の最低値は、電圧(Vermin+δV)となる。
同様に、2ループ目の過消去セル用ベリファイ動作によって、1ループ目の過消去セル用プログラム動作の後に範囲α内の閾値電圧を有するメモリセルトランジスタMCを少なくとも1つ含むペアセルが抽出される。そして、2ループ目の過消去セル用プログラム動作が実行され、当該抽出されたペアセルの閾値電圧がδVだけ上昇する。これにより、“Er2_2”状態内の閾値電圧の最低値は、電圧(Vermin+2δV)となる。
上述のような過消去セル用ベリファイ動作及び過消去セル用プログラム動作の組のループをN回繰り返すことにより、最終的に、“Er2_N”状態の閾値電圧分布において、閾値電圧の最低値は、電圧Vermin+NδV(≒Vnnvfy)となる。これにより、閾値電圧が電圧Vnn以下のメモリセルトランジスタMCの数を減少させることができ、通常の書込み動作において、ペアセルのうち書込み動作非対象のセルの閾値電圧が電圧Vnn以下であるために発生する誤書込みを抑制することができる。
なお、過消去セル用書込み動作対象のペアセルには、一方のセルの閾値電圧が範囲αにあり、かつ他方のセルの閾値電圧が範囲γにあるものがあり得る。このようなペアセルに過消去セル用書込み動作を実行すると、当該他方のセルの閾値電圧もδVだけ上昇し、結果的に閾値電圧が電圧Vervfyを超えるセルが発生し得る。当該セルの閾値電圧は、更に電圧VAを超える可能性があり、誤読み出しの原因となり得る。第1実施形態によれば、過消去セル用ベリファイ動作及び過消去セル用プログラム動作を複数回ループさせる。これにより、範囲γの幅δV=(Vnnvfy−Vermin)/N)を、最大ループ数Nに応じて設定することができる。このため、ペアセルのうち一方の閾値電圧が範囲αにあり、他方の閾値電圧が範囲γにあるようなペアセルの数を、無視できる程度(例えば、読出し動作後に実行される誤り訂正動作で誤り訂正可能な程度)に少なくすることができる。したがって、誤読出しの要因となるセルの発生についても抑制することができる。
また、上述の通り、1回のループにおいて上昇する閾値電圧の上昇幅δVは、電圧ΔVSPGMによって調整することができる。このため、上述のように誤読出しの要因となるセルの発生を抑制しつつ、最大ループ数Nを少なくすることにより、過消去セル用書込み動作に要する時間の増加を抑制することができる。
また、過消去セル用書込み動作では、全ての過消去セルに対して、同一の閾値電圧の目標値(すなわち、電圧Vnnvfy)が設定される。このため、シーケンサ170は、メモリコントローラ200からデータを入力されることなく、過消去セル用書込み動作を実行することができる。
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。第1実施形態では、過消去セル用書込み動作を消去動作と通常の書込み動作との間において実行することを説明した。第2実施形態では、同一のブロックBLK内のペアセルMCa及びMCbの各々に対する過消去セル用書込み動作の実行タイミングについて、更に詳細に規定する。
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。第1実施形態では、過消去セル用書込み動作を消去動作と通常の書込み動作との間において実行することを説明した。第2実施形態では、同一のブロックBLK内のペアセルMCa及びMCbの各々に対する過消去セル用書込み動作の実行タイミングについて、更に詳細に規定する。
なお、以下の説明では、第1実施形態と同等の構成及び動作についてはその説明を省略し、第1実施形態と異なる構成及び動作について主に説明する。
2.1 通常の書込み動作の順番
まず、第2実施形態に係る半導体記憶装置における、ブロックBLK内において通常の書込み動作が実行される順番の一例について、図15に示すテーブルを用いて説明する。
まず、第2実施形態に係る半導体記憶装置における、ブロックBLK内において通常の書込み動作が実行される順番の一例について、図15に示すテーブルを用いて説明する。
図15では、同一のブロックBLK内におけるメモリセルトランジスタMCが、接続されるワード線WLのZ軸に沿った積層位置に対応するレイヤL(L0〜L7)、属するストリングユニットSU(SU0〜SU3)、及び当該ストリングユニットSU内のサブストリングユニットSSU(SSUa又はSSUb)によって64(=8×4×2)通りに分類されて示される。なお、メモリセルトランジスタMCが同一のレイヤLにおいてワード線WLa及びWLbのいずれに接続されるかは、サブストリングユニットSSUa及びSSUbのいずれに属するかによって識別可能である。
図15に示すように、通常の書込み動作は、64通りに分類された同一ブロックBLK内のメモリセルトランジスタMCに対して、順番に実行される。図15の例では、当該順番が昇順に並ぶ数字によって示される。なお、消去動作は、通常の書込み動作の前に実行されている(すなわち、“0”番目に実行される)ものとする。
まず、最下層のレイヤL0が選択され、レイヤL0に対応するメモリセルトランジスタMCに対する書込み動作が実行される。具体的には、1番目に、レイヤL0に対応し、且つストリングユニットSU0内のサブストリングユニットSSUaに対応するメモリセルトランジスタMCに対して、データが書き込まれる。以下では、説明の便宜上、レイヤLx(0≦x≦7)に対応し、且つストリングユニットSUy(0≦y≦3)内のサブストリングユニットSSUaに対応するメモリセルトランジスタMCを、メモリセルトランジスタMCax(y)と表記する。
続いて、2番目に、レイヤL0に対応し、且つストリングユニットSU0内のサブストリングユニットSSUbに対応するメモリセルトランジスタMCに対して、データが書き込まれる。以下では、説明の便宜上、レイヤLxに対応し、且つストリングユニットSUy(0≦y≦3)内のサブストリングユニットSSUbに対応するメモリセルトランジスタMCを、メモリセルトランジスタMCbx(y)と表記する。
以下同様にして、3〜8番目にそれぞれ、メモリセルトランジスタMCb0(1)、MCa0(1)、MCa0(2)、MCb0(2)、MCb0(3)、及びMCa0(3)に対してデータが書き込まれる。
そして、レイヤL0に対応するメモリセルトランジスタMCに対する書込み動作が終了すると、レイヤL1が選択される。レイヤL1に対応するメモリセルトランジスタMCに対する書込み順は、レイヤL0の場合と同様である。すなわち、9〜16番目にそれぞれ、メモリセルトランジスタMCa1(0)、MCb1(0)、MCb1(1)、MCa1(1)、MCa1(2)、MCb1(2)、MCb1(3)、及びMCa1(3)に対してデータが書き込まれる。
以下同様にして、最下層のレイヤL0から昇順に、最上層のレイヤL7に向けて、データが書き込まれていく。
なお、図15の例はあくまで一例であり、これに限られない。例えば、同一のレイヤLxに対応するメモリセルトランジスタMCに対して、メモリセルトランジスタMCax(0)、MCbx(0)、MCax(1)、MCbx(1)、MCax(2)、MCbx(2)、MCax(3)、及びMCbx(3)のような順番でデータが書き込まれてもよい。
2.2 過消去セル用書込み動作及び通常の書込み動作の順番
次に、第2実施形態に係る半導体記憶装置における、過消去セル用書込み動作及び通常の書込み動作の順番について図16及び図17を用いて説明する。
次に、第2実施形態に係る半導体記憶装置における、過消去セル用書込み動作及び通常の書込み動作の順番について図16及び図17を用いて説明する。
図16は、第2実施形態に係る半導体記憶装置における消去動作から通常の書込み動作までの一連の動作を説明するためのフローチャートであり、第1実施形態において説明した図8に対応する。図17は、図16に従って当該一連の動作を実行する場合における、過消去セル用書込み動作及び通常の書込み動作の順番の一例を模式的に示すテーブルである。
まず、図16を参照して、消去動作から通常の書込み動作までの一連の動作の流れを説明する。
図16に示すように、ステップST100において、シーケンサ170は、消去動作を実行する。当該動作は、図8におけるステップST10と同等の動作であるため、説明を省略する。
ステップST110において、シーケンサ170は、最下層のレイヤを、過消去セル用書込み動作の対象となるレイヤLxとして選択する(x=0)。なお、ステップST110において選択されるレイヤLxは、後述のステップST150における通常の書込み動作の対象とは無関係である。
ステップST120において、シーケンサ170は、レイヤLxに対応する過消去セル用書込み動作を実行する。当該動作により、図8におけるステップST20〜ST70と同等の動作が、レイヤLxに対応する複数のペアセルMCa及びMCbに対して実行される。これにより、レイヤLxに存在する過消去セルを含むペアセルMCa及びMCbに対して過消去セル用プログラム動作が実行され、レイヤLx内の過消去セル数が閾値未満に減少する。
ステップST130において、シーケンサ170は、レイヤLxが最上層のレイヤであるか否か(x=7であるか否か)を判定する。レイヤLxが最上層のレイヤでない(x≠7である)場合(ステップST130;no)、処理はステップST150に進み、レイヤLxが最上層のレイヤである(x=7である)場合(ステップST130;yes)、処理はステップST140に進む。
ステップST140において、シーケンサ170は、xをインクリメント(x=x+1)した後(レイヤLxの1層上のレイヤLを選択した後)、処理はステップST120に戻る。これにより、レイヤLxが最上層のレイヤに達するまで、ステップST120〜ST140が繰り返し実行される。すなわち、シーケンサ170は、ブロックBLK内の全てのレイヤLにおいて過消去セル用書込み動作が実行されたことを確認した後、処理をステップST150に進める。
ステップST150において、シーケンサ170は、通常の書込み動作を実行する。当該動作は、図8におけるステップST80と同等の動作であるため、説明を省略する。以上により、過消去セル用書込み動作を含む消去動作及び通常の書込み動作が終了する。
次に、図17を参照して、図16に示した各種動作の実行される順番について詳述する。なお、図17では、通常の書込み動作に対応する行、及び過消去セル用書込み動作に対応する行が、それぞれ“NW”行、及び“EW”行によって区別される。また、図17では、例えば、図15において示した0〜64番目の動作のうちの隣り合う2つの間に実行される動作が、当該隣り合う2つの動作のうち先に実行される動作に対応する数字の末尾に、“_”、及び“1”から始まる数字を付与して表される。例えば、z(0≦z<64)番目の動作と(z+1)番目の動作との間に、3つの動作が実行される場合、当該3つの動作は実行される順にそれぞれ、“z_1”、“z_2”、及び“z_3”と表される。なお、この場合、z番目の動作は、便宜上、“z_0”と表すものとする。また、“z_0”番目の動作は、動作<z_0>とも表記される。
図17に示すように、第2実施形態では、最初に消去動作<0_0>が実行された後、通常の書込み動作<1>〜<64>が実行される前に、過消去セル用書込み動作<0_1>〜<0_32>が実行される。このような実行順としては、例えば、NAND型フラッシュメモリ100がメモリコントローラ200から消去動作<0_0>に関するコマンドを受けると、当該消去動作<0_0>に引き続いてシーケンシャルに過消去セル用書込み動作<0_1>〜<0_32>を実行する場合が想定される。
具体的には、まず、最下層レイヤとしてレイヤL0が選択され、ストリングユニットSU0に対応するペアセルMCa0及びMCb0に対して、過消去セル用書込み動作<0_1>が実行される。続いて、ストリングユニットSU1に対応するペアセルMCa0及びMCb0に対する過消去セル用書込み動作<0_2>、ストリングユニットSU2に対応するペアセルMCa0及びMCb0に対する過消去セル用書込み動作<0_3>、並びにストリングユニットSU3に対応するペアセルMCa0及びMCb0に対する過消去セル用書込み動作<0_4>が、この順に実行される。
次に、レイヤL0の1つ上層のレイヤL1が選択され、上述の順番と同様に、ストリングユニットSU0〜SU3の順で、過消去セル用書込み動作<0_5>〜<0_8>が実行される。以下同様にして、レイヤL2〜L7の順で、過消去セル用書込み動作<0_9>〜<0_12>、<0_13>〜<0_16>、<0_17>〜<0_20>、<0_21>〜<0_24>、<0_25>〜<0_28>、及び<0_29>〜<0_32>が実行される。
そして、全てのレイヤL0〜L7における過消去セル用書込み動作が終了した後、通常の書込み動作<1>〜<64>が実行される。
2.3 本実施形態に係る効果
第2実施形態によれば、或るブロックBLKに対して消去動作が実行された後、かつ通常の書込み動作が実行される前に、当該ブロックBLK内の全てのペアセルに対して過消去セル用書込み動作が実行される。これにより、第1実施形態において説明した消去動作、過消去セル用書込み動作、及び通常の書込み動作の順番を、実際のメモリセルアレイ110に適用することができる。このため、ブロックBLK内のいずれのペアセルが消去動作によって過消去セルとなった場合においても、通常の書込み動作が実行される前に、当該過消去セルの閾値電圧を電圧Vnn以上にすることができる。したがって、データの誤書込みを抑制することができる。
第2実施形態によれば、或るブロックBLKに対して消去動作が実行された後、かつ通常の書込み動作が実行される前に、当該ブロックBLK内の全てのペアセルに対して過消去セル用書込み動作が実行される。これにより、第1実施形態において説明した消去動作、過消去セル用書込み動作、及び通常の書込み動作の順番を、実際のメモリセルアレイ110に適用することができる。このため、ブロックBLK内のいずれのペアセルが消去動作によって過消去セルとなった場合においても、通常の書込み動作が実行される前に、当該過消去セルの閾値電圧を電圧Vnn以上にすることができる。したがって、データの誤書込みを抑制することができる。
なお、第2実施形態では、過消去セル用書込み動作は、例えば、消去動作の終了後に続けて実行される。これにより、シーケンサ170は、消去動作を実行する旨のコマンドを受けると、消去動作に続いて過消去セル用書込み動作を、新たなデータの入力を受けることなく実行することができる。
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。第2実施形態では、同一ブロックBLKに対する全てのペアセルに対する過消去セル用書込み動作を、消去動作の後、通常の書込み動作が開始する前に実行する場合について説明した。第3実施形態では、過消去セル用書込み動作を、消去動作と通常の書込み動作との間、及び通常の書込み動作の途中に分散させて実行する場合について説明する。
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。第2実施形態では、同一ブロックBLKに対する全てのペアセルに対する過消去セル用書込み動作を、消去動作の後、通常の書込み動作が開始する前に実行する場合について説明した。第3実施形態では、過消去セル用書込み動作を、消去動作と通常の書込み動作との間、及び通常の書込み動作の途中に分散させて実行する場合について説明する。
なお、以下の説明では、第2実施形態と同等の構成及び動作についてはその説明を省略し、第2実施形態と異なる構成及び動作について主に説明する。
3.1 過消去セル用書込み動作を含む消去動作及び通常の書込み動作の順番
第3実施形態に係る半導体記憶装置における、過消去セル用書込み動作を含む消去動作及び通常の書込み動作の順番について図18及び図19を用いて説明する。
第3実施形態に係る半導体記憶装置における、過消去セル用書込み動作を含む消去動作及び通常の書込み動作の順番について図18及び図19を用いて説明する。
図18は、第3実施形態に係る半導体記憶装置における消去動作から通常の書込み動作までの一連の動作を説明するためのフローチャートであり、第2実施形態において説明した図16に対応する。図19は、図18に従って当該一連の動作を実行する場合における、過消去セル用書込み動作と通常の書込み動作との順番の一例を模式的に示すテーブルであり、第2実施形態において説明した図17に対応する。
まず、図18を参照して、消去動作から通常の書込み動作までの一連の動作の流れを説明する。
図18に示すように、ステップST200において、シーケンサ170は、メモリコントローラ200からの消去動作に対応するコマンドセットを受けると、消去動作を実行する。当該各動作は、図16におけるステップST100と同等の動作であるため、説明を省略する。
ステップST210において、シーケンサ170は、最下層のレイヤに対応する過消去セル用書込み動作をステップST200における消去動作に引き続いて実行する。
ステップST200及びST210の後、NAND型フラッシュメモリ100は、例えば、メモリコントローラ200から通常の書込み動作に対応するコマンドセットを受ける(図示せず)。
ステップST220において、シーケンサ170は、メモリコントローラ200から通常の書込み動作に対応するコマンドセットを受けると、最下層のレイヤを通常の書込み動作及び過消去セル用書込み動作の対象となるレイヤLxとして選択する(x=0)。
ステップST230において、シーケンサ170は、レイヤLxが最下層のレイヤであるか否か(x=0であるか否か)を判定する。レイヤLxが最下層のレイヤでない(x≠0である)場合(ステップST230;no)、処理はステップST240に進み、レイヤLxが最下層のレイヤである(x=0である)場合(ステップST230;yes)、処理はステップST240を省略してステップST250に進む。
ステップST240において、シーケンサ170は、レイヤLxに対応する過消去セル用書込み動作を実行する。当該動作は、図16におけるステップST120と同等の動作であるため、説明を省略する。
ステップST250において、シーケンサ170は、レイヤLxに対応する通常の書込み動作を実行する。上述の通り、通常の書込み動作は、レイヤLx内において、サブストリングユニットSSU単位で実行される。
ステップST260において、シーケンサ170は、レイヤLxに対応する全てのメモリセルトランジスタMCに対して通常の書込み動作が実行されか否かを判定する。処理済みでないと判定された場合(ステップST260;no)、処理はステップST250に戻り、処理済みと判定されるまで、レイヤLx内の通常の書込み動作がまだ実行されていないサブストリングユニットSSUに対してST250を繰り返し実行する。処理済みであると判定された場合(ステップST260;yes)、処理はステップST270に進む。
ステップST270において、シーケンサ170は、レイヤLxが最上層のレイヤであるか否か(x=7であるか否か)を判定する。レイヤLxが最上層のレイヤでない(x≠7である)場合(ステップST270;no)、処理はステップST280に進み、レイヤLxが最上層のレイヤである(x=7である)場合(ステップST270;yes)、処理は終了する。
ステップST280において、シーケンサ170は、xをインクリメント(x=x+1)した後(レイヤLxの1層上のレイヤLを選択した後)、処理はステップST230に戻る。これにより、レイヤLxが最上層のレイヤに達するまで、ステップST230〜ST280が繰り返し実行される。すなわち、シーケンサ170は、ブロックBLK内の全てのレイヤLにおいて、過消去セル用書込み動作が実行された後に通常の書込み動作が実行されたことを確認し、処理を終了させる。
以上により、過消去セル用書込み動作を含む消去動作及び通常の書込み動作が終了する。
次に、図19を参照して、図18に示した各種動作の実行される順番について詳述する。
図19に示すように、第3実施形態では、“0_0”番目に消去動作が実行された後、最下層のレイヤL0に対応する通常の書込み動作<1>〜<8>が実行される前に、レイヤL0においてストリングユニットSU0〜SU3にそれぞれ対応する過消去セル用書込み動作<0_1>〜<0_4>が実行される。このような実行順としては、例えば、NAND型フラッシュメモリ100がメモリコントローラ200から消去動作<0_0>に関するコマンドを受けると、当該消去動作<0_0>に引き続いてシーケンシャルに、過消去セル用書込み動作<0_1>〜<0_4>を実行する場合が想定される。
具体的には、まず、最下層のレイヤとしてレイヤL0が選択され、ストリングユニットSU0に対応するペアセルMCa0(0)及びMCb0(0)に対して、過消去セル用書込み動作<0_1>が実行される。
続いて、レイヤL0において、ストリングユニットSU1に対応する過消去セル用書込み動作<0_2>、ストリングユニットSU2に対応する過消去セル用書込み動作<0_3>、並びにストリングユニットSU3に対応する過消去セル用書込み動作<0_4>が、この順に実行される。
次に、メモリセルトランジスタMCa0(0)、MCb0(0)、MCb0(1)、MCa0(1)、MCa0(2)、MCb0(2)、及びMCb0(3)にそれぞれ対する通常の書込み動作(1〜7)が、この順に実行される。
次に、メモリセルトランジスタMCa0(3)に対する通常の書込み動作<8_0>が実行された後、レイヤL0の1つ上層のレイヤL1が選択されると共に、レイヤL1においてストリングユニットSU0〜SU3にそれぞれ対応する過消去セル用書込み動作<8_1>〜<8_4>が実行される。
以下同様にして、選択されたレイヤLxに対する通常の書込み動作の完了に伴って、1つ上層のレイヤL(x+1)に対する過消去セル用書込み動作が実行される。
3.2 本実施形態に係る効果
第3実施形態によれば、或るブロックBLKに対して消去動作が実行された後、かつ通常の書込み動作が実行される前に、当該ブロックBLK内の最下層のレイヤL0に対応する過消去セル用書込み動作が実行される。レイヤLxに対応する通常の書込み動作が実行された後、かつレイヤL(x+1)に対応する通常の書込み動作が実行される前に、レイヤL(x+1)に対応する過消去セル用書込み動作が実行される。すなわち、過消去セル用書込み動作が、消去動作と最下層のレイヤL0に対応する通常の書込み動作との間、又はレイヤLxに対応する通常の書込み動作とレイヤL(x+1)に対応する通常の書込み動作との間に、レイヤ毎に分割されて実施される。これにより、消去動作又は通常の書込み動作に続けて実行される過消去セル用書込み動作の実行時間を、レイヤL単位に分散させることができる。このため、過消去セル用書込み動作の実行に要する時間をブロックBLK内で分散させることができ、負荷の増加を平滑化することができる。
第3実施形態によれば、或るブロックBLKに対して消去動作が実行された後、かつ通常の書込み動作が実行される前に、当該ブロックBLK内の最下層のレイヤL0に対応する過消去セル用書込み動作が実行される。レイヤLxに対応する通常の書込み動作が実行された後、かつレイヤL(x+1)に対応する通常の書込み動作が実行される前に、レイヤL(x+1)に対応する過消去セル用書込み動作が実行される。すなわち、過消去セル用書込み動作が、消去動作と最下層のレイヤL0に対応する通常の書込み動作との間、又はレイヤLxに対応する通常の書込み動作とレイヤL(x+1)に対応する通常の書込み動作との間に、レイヤ毎に分割されて実施される。これにより、消去動作又は通常の書込み動作に続けて実行される過消去セル用書込み動作の実行時間を、レイヤL単位に分散させることができる。このため、過消去セル用書込み動作の実行に要する時間をブロックBLK内で分散させることができ、負荷の増加を平滑化することができる。
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。第3実施形態では、或るレイヤLxに対して通常の書込み動作が実行される前に、当該レイヤLxに対して過消去セル用書込み動作を予め実行しておく場合について説明した。第4実施形態では、或るレイヤLx内の或るストリングユニットSUyに対して通常の書込み動作が実行される前に、当該レイヤLx内のストリングユニットSUyに対して過消去セル用書込み動作を予め実行しておく場合について説明する。
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。第3実施形態では、或るレイヤLxに対して通常の書込み動作が実行される前に、当該レイヤLxに対して過消去セル用書込み動作を予め実行しておく場合について説明した。第4実施形態では、或るレイヤLx内の或るストリングユニットSUyに対して通常の書込み動作が実行される前に、当該レイヤLx内のストリングユニットSUyに対して過消去セル用書込み動作を予め実行しておく場合について説明する。
なお、以下の説明では、第3実施形態と同等の構成及び動作についてはその説明を省略し、第3実施形態と異なる構成及び動作について主に説明する。
4.1 過消去セル用書込み動作を含む消去動作及び通常の書込み動作の順番
第4実施形態に係る半導体記憶装置における、過消去セル用書込み動作を含む消去動作及び通常の書込み動作の順番について図20及び図21を用いて説明する。
第4実施形態に係る半導体記憶装置における、過消去セル用書込み動作を含む消去動作及び通常の書込み動作の順番について図20及び図21を用いて説明する。
図20は、第4実施形態に係る半導体記憶装置における消去動作から通常の書込み動作までの一連の動作を説明するためのフローチャートであり、第3実施形態において説明した図18に対応する。図21は、図20に従って当該一連の動作を実行する場合における、過消去セル用書込み動作と通常の書込み動作との順番の一例を模式的に示すテーブルであり、第3実施形態において説明した図19に対応する。
まず、図20を参照して、消去動作から通常の書込み動作までの一連の動作の流れを説明する。
図20に示すように、ステップST300において、シーケンサ170は、メモリコントローラ200からの消去動作に対応するコマンドセットを受けると、消去動作を実行する。当該各動作は、図18におけるステップST200と同等の動作であるため、説明を省略する。
ステップST310において、シーケンサ170は、最下層のレイヤ及び最初のストリングユニットSUに対応する過消去セル用書込み動作をステップST300における消去動作に引き続いて実行する。
ステップST300及びST310の後、NAND型フラッシュメモリ100は、例えば、メモリコントローラ200から通常の書込み動作に対応するコマンドセットを受ける(図示せず)。
ステップST320において、シーケンサ170は、メモリコントローラ200から通常の書込み動作に対応するコマンドセットを受けると、最下層のレイヤ及び最初のストリングユニットSUを、通常の書込み動作及び過消去セル用書込み動作の対象となるレイヤLx及びストリングユニットSUyとしてそれぞれ選択する(x=0,y=0)。
ステップST330において、シーケンサ170は、レイヤLxが最下層のレイヤであり、かつストリングユニットSUyが最初のストリングユニットSUであるか否か(x=0かつy=0であるか否か)を判定する。レイヤLxが最下層のレイヤでない、又はストリングユニットSUyが最初のストリングユニットSUでない(x≠0又はy≠0)場合(ステップST330;no)、処理はステップST340に進む。レイヤLxが最下層のレイヤであり、かつストリングユニットSUyが最初のストリングユニットSUである(x=0かつy=0である)場合(ステップST330;yes)、処理はステップST340を省略してステップST350に進む。
ステップST340において、シーケンサ170は、レイヤLx及びストリングユニットSUyに対応する過消去セル用書込み動作を実行する。上述の通り、過消去セル用書込み動作は、ストリングユニットSU単位で実行される。すなわち、シーケンサ170は、レイヤLxに対応する、ストリングユニットSUy内のサブストリングユニットSSUa及びSSUbに対して、過消去セル用書込み動作を実行する。
ステップST350において、シーケンサ170は、レイヤLxに対応する通常の書込み動作を実行する。上述の通り、通常の書込み動作は、レイヤLx内において、サブストリングユニットSSU単位で実行される。すなわち、シーケンサ170は、レイヤLxに対応する、ストリングユニットSUy内のサブストリングユニットSSUa及びSSUbのいずれか一方に対して、通常の書込み動作を実行する。
ステップST360において、シーケンサ170は、レイヤLx及びストリングユニットSUyに対応する全てのメモリセルトランジスタMCに対して通常の書込み動作が実行されか否かを判定する。処理済みでないと判定された場合(ステップST360;no)、処理はステップST350に戻り、処理済みと判定されるまで、レイヤLx及びストリングユニットSUy内の通常の書込み動作がまだ実行されていないサブストリングユニットSSUに対してST350を繰り返し実行する。処理済みであると判定された場合(ステップST360;yes)、処理はステップST370に進む。
ステップST370において、シーケンサ170は、ストリングユニットSUyが最後のストリングユニットであるか否か(y=3であるか否か)を判定する。ストリングユニットSUyが最後のストリングユニットでない(y≠3である)場合(ステップST370;no)、処理はステップST380に進み、ストリングユニットSUyが最後のストリングユニットである(y=3である)場合(ステップST370;yes)、処理はステップST390に進む。
ステップST380において、シーケンサ170は、yをインクリメント(y=y+1)した後(ストリングユニットSUyの次のストリングユニットSUを選択した後)、処理はステップST330に戻る。これにより、ストリングユニットSUyが最後のストリングユニットに達するまで、ステップST330〜ST380が繰り返し実行される。すなわち、シーケンサ170は、レイヤLx内の全てのストリングユニットSUにおいて通常の書込み動作が実行されたことを確認した後、処理をステップST390に進める。
ステップST390において、シーケンサ170は、レイヤLxが最上層のレイヤであるか否か(x=7であるか否か)を判定する。レイヤLxが最上層のレイヤでない(x≠7である)場合(ステップST390;no)、処理はステップST400に進み、レイヤLxが最上層のレイヤである(x=7である)場合(ステップST390;yes)、処理は終了する。
ステップST400において、シーケンサ170は、xをインクリメント(x=x+1)した後(レイヤLxの1層上のレイヤLを選択した後)、処理はステップST330に戻る。これにより、レイヤLxが最上層のレイヤに達するまで、ステップST330〜ST400が繰り返し実行される。すなわち、シーケンサ170は、ブロックBLK内の全てのレイヤLにおいて通常の書込み動作が実行されたことを確認した後、処理を終了させる。
以上により、過消去セル用書込み動作を含む消去動作及び通常の書込み動作が終了する。
次に、図21を参照して、図20に示した各種動作の実行される順番について詳述する。
図21に示すように、第4実施形態では、“0_0”番目に消去動作が実行された後、最下層のレイヤL0及び最初のストリングユニットSU0に対応する通常の書込み動作<1>及び<2>が実行される前に、レイヤL0及びストリングユニットSU0に対応する過消去セル用書込み動作<0_1>が実行される。このような実行順としては、例えば、NAND型フラッシュメモリ100がメモリコントローラ200から消去動作<0_0>に関するコマンドを受けると、当該消去動作<0_0>に引き続いてシーケンシャルに、過消去セル用書込み動作<0_1>のみを実行する場合が想定される。
次に、メモリセルトランジスタMCa0(0)に対する通常の書込み動作<1>が実行される。
次に、メモリセルトランジスタMCb0(0)に対する通常の書込み動作<2_0>が実行された後、ストリングユニットSU0の次のストリングユニットSU1が選択されると共に、レイヤL0及びストリングユニットSU1に対応する過消去セル用書込み動作<2_1>が実行される。
以下同様にして、選択されたストリングユニットSUyに対する通常の書込み動作の完了に伴って、次のストリングユニットSU(y+1)に対する過消去セル用書込み動作が実行される。また、選択されたレイヤLxに対する通常の書込み動作の完了に伴って1つ上層のレイヤL(x+1)における最初のストリングユニットSU0に対する過消去セル用書込み動作が実行される。
4.2 本実施形態に係る効果
第4実施形態によれば、或るブロックBLKに対して消去動作が実行された後、かつ通常の書込み動作が実行される前に、当該ブロックBLK内の最下層のレイヤL0及び最初のストリングユニットSU0に対応する過消去セル用書込み動作が実行される。ストリングユニットSUyに対応する通常の書込み動作が実行された後、かつストリングユニットSU(y+1)に対応する通常の書込み動作が実行される前に、ストリングユニットSU(y+1)に対応する過消去セル用書込み動作が実行される。すなわち、過消去セル用書込み動作が、消去動作と通常の書込み動作との間、又はストリングユニットSUyに対応する通常の書込み動作とストリングユニットSU(y+1)に対応する通常の書込み動作との間に、レイヤ毎に分割されて実施される。これにより、消去動作又は通常の書込み動作に続けて実行される過消去セル用書込み動作の実行時間を、ストリングユニットSU単位に分散させることができる。このため、過消去セル用書込み動作の実行に要する時間をブロックBLK内で分散させることができ、負荷の増加を平滑化することができる。
第4実施形態によれば、或るブロックBLKに対して消去動作が実行された後、かつ通常の書込み動作が実行される前に、当該ブロックBLK内の最下層のレイヤL0及び最初のストリングユニットSU0に対応する過消去セル用書込み動作が実行される。ストリングユニットSUyに対応する通常の書込み動作が実行された後、かつストリングユニットSU(y+1)に対応する通常の書込み動作が実行される前に、ストリングユニットSU(y+1)に対応する過消去セル用書込み動作が実行される。すなわち、過消去セル用書込み動作が、消去動作と通常の書込み動作との間、又はストリングユニットSUyに対応する通常の書込み動作とストリングユニットSU(y+1)に対応する通常の書込み動作との間に、レイヤ毎に分割されて実施される。これにより、消去動作又は通常の書込み動作に続けて実行される過消去セル用書込み動作の実行時間を、ストリングユニットSU単位に分散させることができる。このため、過消去セル用書込み動作の実行に要する時間をブロックBLK内で分散させることができ、負荷の増加を平滑化することができる。
5. 変形例等
なお、上述の第1実施形態乃至第4実施形態は、種々の変形が可能である。
なお、上述の第1実施形態乃至第4実施形態は、種々の変形が可能である。
5.1 第1変形例
まず、第1変形例について説明する。
まず、第1変形例について説明する。
上述の第2実施形態乃至第4実施形態では、通常の書込み動作が開始される前に、当該書込み動作対象のメモリセルトランジスタMCが過消去セルとならないように、予め過消去セル用書込み動作を実行する場合について説明したが、これに限られない。
例えば、通常の書込み動作が開始される前に、当該書込み動作対象のメモリセルトランジスタMCに加え、同一のサブストリングユニットSSUにおける上層のメモリセルトランジスタMCについても、予め過消去セル用書込み動作が実行されてもよい。
第1変形例によれば、書込み動作対象のレイヤより上層のレイヤに存在する過消去セルに起因してデータの誤書込みが発生する可能性を抑制することができる。以下に、いくつかの実施形態への適用例を示す。
5.1.1 第3実施形態への適用例
まず、第1変形例の第3実施形態への適用例について説明する。以下では、第3実施形態と同等の構成及び動作については説明を省略し、第3実施形態と異なる構成及び動作について主に説明する。
まず、第1変形例の第3実施形態への適用例について説明する。以下では、第3実施形態と同等の構成及び動作については説明を省略し、第3実施形態と異なる構成及び動作について主に説明する。
図22は、第1変形例を適用した第3実施形態に係る半導体記憶装置における消去動作から通常の書込み動作までの一連の動作を説明するためのフローチャートであり、第3実施形態において説明した図18に対応する。図23は、図22に従って当該一連の動作を実行する場合における、過消去セル用書込み動作と通常の書込み動作との順番の一例を模式的に示すテーブルであり、第3実施形態において説明した図19に対応する。
まず、図22を参照して、消去動作から通常の書込み動作までの一連の動作の流れを説明する。
図22に示すように、ステップST200において、シーケンサ170は、メモリコントローラ200からの消去動作に対応するコマンドセットを受けると、消去動作を実行する。
ステップST210Aにおいて、シーケンサ170は、最下k層(最下層からk層分の)のレイヤに対応する過消去セル用書込み動作をステップST200における消去動作に引き続いて実行する(kは、2以上の整数)。
ステップST200及びST210Aの後、NAND型フラッシュメモリ100は、例えば、メモリコントローラ200から通常の書込み動作に対応するコマンドセットを受ける(図示せず)。
ステップST220Aにおいて、シーケンサ170は、メモリコントローラ200から通常の書込み動作に対応するコマンドセットを受けると、最下層のレイヤを、通常の書込み動作の対象となるレイヤLxとして選択する(x=0)。なお、ステップST220Aにおいて選択されるレイヤLxは、第3実施形態の図18におけるステップST220と異なり、後述のステップST240Aにおける過消去セル用書込み動作の対象とは無関係である。
ステップST230Aにおいて、シーケンサ170は、レイヤLxが最下層のレイヤ、又はレイヤL(x+k−1)が最上層のレイヤを超えるか否か(x=0又は(x+k−1)>7であるか否か)を判定する。レイヤLxが最下層のレイヤでない、かつレイヤL(x+k−1)が最上層以下である(x≠0かつ(x+k−1)≦7である)場合(ステップST230A;no)、処理はステップST240Aに進み、レイヤLxが最下層のレイヤである、又はレイヤL(x+k−1)が最上層のレイヤを超える(x=0又は(x+k−1)>7である)場合(ステップST230A;yes)、処理はステップST240Aを省略してステップST250に進む。
ステップST240Aにおいて、シーケンサ170は、レイヤL(x+k−1)に対応する過消去セル用書込み動作を実行する。
以降のステップST250〜ST280については、第3実施形態の図18において説明したステップST250〜ST280と同等であるため、説明を省略する。
以上により、過消去セル用書込み動作を含む消去動作及び通常の書込み動作が終了する。
次に、図23を参照して、図22に示した各種動作の実行される順番について詳述する。なお、図23では、説明の便宜上、k=2の場合について示される。
図23に示すように、第1変形例を適用した第3実施形態では、“0_0”番目に消去動作が実行された後、最下層のレイヤL0に対応する通常の書込み動作<1>〜<7>、及び<8_0>が実行される前に、最下2層のレイヤであるレイヤL0及びL1に対応する過消去セル用書込み動作<0_1>〜<0_4>及び<0_5>〜<0_8>が実行される。
レイヤL0に対応する通常の書込み動作のうち、最後のサブストリングユニットSSUに対する動作<8_0>の実行が完了すると、レイヤL1に対応する最初の通常の書込み動作<9>が実行される前に、レイヤL2に対応する過消去セル用書込み動作<8_1>〜<8_4>が実行される。これにより、次に通常の書込み動作が実行されるレイヤL1、及びその1層上のレイヤL2内の過消去セル数を無視できる程度に減少させることができる。
以下同様にして、レイヤLxに対する通常の書込み動作が完了すると、次に通常の書込み動作が実行されるレイヤL(x+1)の1層上のレイヤL(x+2)に対する過消去セル用書込み動作が実行される。
5.1.2 第4実施形態への適用例
次に、第1変形例の第4実施形態への適用例について説明する。以下では、第4実施形態と同等の構成及び動作については説明を省略し、第4実施形態と異なる構成及び動作について主に説明する。
次に、第1変形例の第4実施形態への適用例について説明する。以下では、第4実施形態と同等の構成及び動作については説明を省略し、第4実施形態と異なる構成及び動作について主に説明する。
図24は、第1変形例を適用した第4実施形態に係る半導体記憶装置における消去動作から通常の書込み動作までの一連の動作を説明するためのフローチャートであり、第4実施形態において説明した図20に対応する。図25は、図24に従って当該一連の動作を実行する場合における、過消去セル用書込み動作と通常の書込み動作との順番の一例を模式的に示すテーブルであり、第4実施形態において説明した図21に対応する。
まず、図24を参照して、消去動作から通常の書込み動作までの一連の動作の流れを説明する。
図24に示すように、ステップST300において、シーケンサ170は、メモリコントローラ200からの消去動作に対応するコマンドセットを受けると、消去動作を実行する。
ステップST310Aにおいて、シーケンサ170は、最下(k−1)層(最下層から(k−1)層分の)のレイヤに対応する過消去セル用書込み動作と、最下層からk層目のレイヤ及び最初のストリングユニットSUに対応する過消去セル用書込み動作と、をステップST300における消去動作に引き続いて実行する(kは、2以上の整数)。
ステップST300及びST310Aの後、NAND型フラッシュメモリ100は、例えば、メモリコントローラ200から通常の書込み動作に対応するコマンドセットを受ける(図示せず)。
ステップST320Aにおいて、シーケンサ170は、メモリコントローラ200から通常の書込み動作に対応するコマンドセットを受けると、最下層のレイヤ及び最初のストリングユニットSUを、通常の書込み動作の対象となるレイヤLx及びストリングユニットSUyとして選択する(x=0,y=0)。なお、ステップST320Aにおいて選択されるレイヤLx及びストリングユニットSUyのうち特にレイヤLxは、第4実施形態の図20におけるステップST320と異なり、後述のステップST340Aにおける過消去セル用書込み動作の対象とは無関係である。
ステップST430Aにおいて、シーケンサ170は、レイヤLxが最下層のレイヤかつ最初のストリングユニットSUy、又はレイヤL(x+k−1)が最上層のレイヤを超えるか否か(x=y=0又は(x+k−1)>7であるか否か)を判定する。レイヤLxが最下層のレイヤでない又はストリングユニットSUyが最初でない、かつレイヤL(x+k−1)が最上層以下である(x≠0又はy≠0、かつ(x+k−1)≦7である)場合(ステップST330A;no)、処理はステップST340Aに進み、レイヤLxが最下層のレイヤかつストリングユニットSUyが最初である、又はレイヤL(x+k−1)が最上層のレイヤを超える(x=y=0又は(x+k−1)>7である)場合(ステップST330A;yes)、処理はステップST340Aを省略してステップST350に進む。
ステップST340Aにおいて、シーケンサ170は、レイヤL(x+k−1)及びストリングユニットSUyに対応する過消去セル用書込み動作を実行する。
以降のステップST350〜ST400については、第4実施形態の図20において説明したステップST350〜ST380と同等であるため、説明を省略する。
以上により、過消去セル用書込み動作を含む消去動作及び通常の書込み動作が終了する。
次に、図25を参照して、図24に示した各種動作の実行される順番について詳述する。なお、図25では、説明の便宜上、k=2の場合について示される。
図25に示すように、第1変形例を適用した第4実施形態では、“0_0”番目に消去動作が実行された後、最下層のレイヤL0及び最初のストリングユニットSU0に対応する通常の書込み動作<1>及び<2_0>が実行される前に、最下層のレイヤであるレイヤL0に対応する過消去セル用書込み動作<0_1>〜<0_4>、及び2層目のレイヤであるレイヤL1及び最初のストリングユニットSU0に対応する過消去セル用書込み動作<0_5>が実行される。
レイヤL0及びストリングユニットSU0に対応する通常の書込み動作<1>及び<2_0>の実行が完了すると、レイヤL0及びストリングユニットSU1に対応する通常の書込み動作<3>及び<4_0>が実行される前に、レイヤL1及びストリングユニットSU1に対応する過消去セル用書込み動作<2_1>が実行される。これにより、次に通常の書込み動作が実行されるストリングユニットSU1に対して、レイヤL0、及びその1層上のレイヤL1内の過消去セル数を無視できる程度に減少させることができる。
以下同様にして、レイヤLx及びストリングユニットSUyに対する通常の書込み動作が完了すると、レイヤL(x+1)及びストリングユニットSU(y+1)に対する過消去セル用書込み動作が実行される。また、レイヤLx内の全てのストリングユニットSUに対する通常の書込み動作が完了すると、次に通常の書込み動作が実行されるレイヤL(x+1)の1層上のレイヤL(x+2)及びストリングユニットSU0に対する過消去セル用書込み動作が実行される。
5.2 第2変形例
また、上述の第2実施形態乃至第4実施形態では、過消去セル用書込み動作をペアセル単位で実行する場合について説明したが、これに限られない。例えば、第2変形例では、過消去セル用書込み動作を、レイヤL単位で実行され得る。
また、上述の第2実施形態乃至第4実施形態では、過消去セル用書込み動作をペアセル単位で実行する場合について説明したが、これに限られない。例えば、第2変形例では、過消去セル用書込み動作を、レイヤL単位で実行され得る。
すなわち、上述の第2実施形態乃至第4実施形態では、過消去セル用ベリファイ動作によって、レイヤLx及びストリングユニットSUyに対応する1つのペアセル(2つのメモリセルトランジスタMC)の少なくとも一方が過消去セルであるか否かが判定される。また、過消去セル用プログラム動作によって、少なくとも一方が過消去セルであると判定されたペアセルの閾値電圧を同時に上昇させる。これに対して、第2変形例では、過消去セル用ベリファイ動作によって、レイヤLx及びストリングユニットSU0〜SU3に対応する4つのペアセルの組(8つのメモリセルトランジスタMC)の少なくとも1つが過消去セルであるか否かが判定される。また、過消去セル用プログラム動作によって、少なくとも一方が過消去セルであると判定された4つのペアセルの組の閾値電圧を同時に上昇させる。
第2変形例によれば、これまで1つのレイヤLに対して、ストリングユニットSU毎に個別に実行していた過消去セル用書込み動作を、1回の実行にまとめることができる。これにより、過消去セル用書込み動作の実行による負荷の増加を低減することができる。
なお、第2変形例では、1回の過消去セル用プログラム動作で閾値電圧が上昇するメモリセルトランジスタMCの数は、2個から8個に増加するので、誤読出しの要因となるセルが増加することが想定される。このため、第2変形例においては、当該誤読出しの要因となるセルが、誤り訂正動作で誤り訂正可能な程度に抑えられることが望ましい。
以下に、いくつかの実施形態への適用例を示す。
5.2.1 第2実施形態への適用例
まず、第2変形例の第2実施形態への適用例について説明する。以下では、第2実施形態と同等の構成及び動作については説明を省略し、第2実施形態と異なる構成及び動作について主に説明する。
まず、第2変形例の第2実施形態への適用例について説明する。以下では、第2実施形態と同等の構成及び動作については説明を省略し、第2実施形態と異なる構成及び動作について主に説明する。
図26は、第2変形例を適用した第2実施形態に係る半導体記憶装置における過消去セル用書込み動作と通常の書込み動作との順番の一例を模式的に示すテーブルであり、第2実施形態において説明した図17に対応する。
図26に示すように、最初に消去動作<0_0>が実行された後、通常の書込み動作<1>〜<64>が実行される前に、過消去セル用書込み動作<0_1>〜<0_8>が実行される。
具体的には、まず、最下層レイヤとしてレイヤL0が選択され、各々がストリングユニットSU0〜SU3にそれぞれ対応する4組のペアセルMCa0(0)及びMCb0(0)〜MCa0(3)及びMCb0(3)に対して、過消去セル用書込み動作<0_1>が同時に実行される。
次に、レイヤL0の1つ上層のレイヤL1が選択され、レイヤL0と同様に、各々がストリングユニットSU0〜SU3にそれぞれ対応する4組のペアセルMCa1(0)及びMCb1(0)〜MCa1(3)〜MCb1(3)に対して、過消去セル用書込み動作<0_2>が実行される。以下同様にして、レイヤL2〜L7の順で、過消去セル用書込み動作<0_3>〜<0_8>が実行される。
そして、全てのレイヤL0〜L7における過消去セル用書込み動作が終了した後、通常の書込み動作<1>〜<64>が実行される。
5.2.2 第3実施形態への適用例
次に、第2変形例の第3実施形態への適用例について説明する。以下では、第3実施形態と同等の構成及び動作については説明を省略し、第3実施形態と異なる構成及び動作について主に説明する。
次に、第2変形例の第3実施形態への適用例について説明する。以下では、第3実施形態と同等の構成及び動作については説明を省略し、第3実施形態と異なる構成及び動作について主に説明する。
図27は、第2変形例を適用した第3実施形態に係る半導体記憶装置における過消去セル用書込み動作と通常の書込み動作との順番の一例を模式的に示すテーブルであり、第3実施形態において説明した図19に対応する。
図27に示すように、“0_0”番目に消去動作が実行された後、最下層のレイヤL0に対応する通常の書込み動作<1>〜<7>及び<8_0>が実行される前に、各々がストリングユニットSU0〜SU3にそれぞれ対応する4組のペアセルMCa0(0)及びMCb0(0)〜MCa0(3)〜MCb0(3)に対して、過消去セル用書込み動作<0_1>が実行される。
次に、メモリセルトランジスタMCa0(0)、MCb0(0)、MCb0(1)、MCa0(1)、MCa0(2)、MCb0(2)、及びMCb0(3)にそれぞれ対する通常の書込み動作<1>〜<7>が、この順に実行される。
次に、メモリセルトランジスタMCa0(3)に対する通常の書込み動作<8_0>が実行された後、レイヤL0の1つ上層のレイヤL1が選択されると共に、各々がストリングユニットSU0〜SU3にそれぞれ対応する4組のペアセルMCa1(0)及びMCb1(0)〜MCa1(3)及びMCb1(3)に対して、過消去セル用書込み動作<8_1>が実行される。
以下同様にして、選択されたレイヤLxに対する通常の書込み動作の完了に伴って1つ上層のレイヤL(x+1)に対する過消去セル用書込み動作が実行される。
5.3 第3変形例
また、上述の第1実施形態乃至第4実施形態では、過消去セル用ベリファイ動作において、対象のペアセルMCa及びMCbに接続されたワード線WLa及びWLbに対して同時に電圧Vnnvfyを印加する場合について説明したが、これに限られない。
また、上述の第1実施形態乃至第4実施形態では、過消去セル用ベリファイ動作において、対象のペアセルMCa及びMCbに接続されたワード線WLa及びWLbに対して同時に電圧Vnnvfyを印加する場合について説明したが、これに限られない。
例えば、過消去セル用ベリファイ動作において、ワード線WLaに電圧Vnnvfyを印加しつつワード線WLbに電圧Vnnvfyと異なる電圧を印加することと、ワード線WLbに電圧Vnnvfyを印加しつつワード線WLaに電圧Vnnvfyと異なる電圧を印加することと、が個別に実行されてもよい。
以下では、第1実施形態と同等の構成及び動作については説明を省略し、第1実施形態と異なる構成及び動作について主に説明する。
図28は、第3変形例に係る半導体記憶装置における過消去セル用ベリファイ動作を説明するための模式図であり、第1実施形態において説明した図12に対応する。
図28に示すように、過消去セル用ベリファイ動作において、ロウデコーダ120は、2段階の動作を実行する。具体的には、図28(A)に示すように、ロウデコーダ120は、1段階目の動作において、ペアセルMCa3に対応するワード線WLa3に対して電圧Vnnvfyを印加し、ワード線WLa0〜WLa2及びWLa4〜WLa7には電圧VREADを印加し、ワード線WLb0〜WLb7に対して電圧Vnnを印加する。センスアンプ140は、当該状態においてメモリピラーMPに電流が流れるか否かを判定する。
また、図28(B)に示すように、ロウデコーダ120は、2段階目の動作において、ペアセルMCb3に対応するワード線WLb3に対して電圧Vnnvfyを印加し、ワード線WLb0〜WLb2及びWLb4〜WLb7には電圧VREADを印加し、ワード線WLa0〜WLa7に対して電圧Vnnを印加する。センスアンプ140は、当該状態においてメモリピラーMPに電流が流れるか否かを判定する。
これにより、ペアセルMCa3及びMCb3の閾値電圧がいずれも電圧Vnnvfy以上である場合、1段階目及び2段階目のいずれの動作においてもメモリピラーMPには電流が流れない。一方、ペアセルMCa3及びMCb3の閾値電圧の少なくとも一方が電圧Vnnvfy未満である場合、1段階目及び2段階目のいずれか一方の動作において、メモリピラーMPに電流が流れる。このように、図28に示した過消去セル用ベリファイ動作によっても、図12の場合と同様、ペアセルMCa3及びMCb3がいずれも過消去セルでないか、少なくとも一方が過消去セルであるか、を判定することができる。
第3変形例によれば、過消去セル用ベリファイ動作の際にワード線WLa及びWLbに印加される電圧構成を、通常の書込み動作におけるベリファイ動作と同様に設定することができる。すなわち、図28(A)に示した電圧構成は、ワード線WLa3に印加される電圧がVnnvfyである点を除き、メモリセルトランジスタMCa3に対する通常の書込み動作におけるベリファイ動作(図11)と同等である。また、図28(B)に示した電圧構成は、ワード線WL3bに印加される電圧がVnnvfyである点を除き、メモリセルトランジスタMCb3に対する通常の書込み動作におけるベリファイ動作と同等である。このため、過消去セル用ベリファイ動作の際に、対象のペアセルMCa及びMCbの周囲の条件を通常の書込み動作と同等にすることができ、過消去セル用ベリファイ動作の判定精度の劣化を抑制することができる。
5.4 その他
また、上述の第2実施形態乃至第4実施形態では、通常の書込み動作が最下層のレイヤから開始し、最上層のレイヤまで実行される場合について説明したが、これに限られない。例えば、通常の書込み動作は、途中の所定のレイヤ(更に、当該途中のレイヤ内の途中のストリングユニット)まで実行された後、最上層のレイヤまで実行されることなく終了してもよい。この場合、例えば、図16に示されたステップST130において、シーケンサ170は、レイヤLxが所定のレイヤであるか否かを判定してもよい。
また、上述の第2実施形態乃至第4実施形態では、通常の書込み動作が最下層のレイヤから開始し、最上層のレイヤまで実行される場合について説明したが、これに限られない。例えば、通常の書込み動作は、途中の所定のレイヤ(更に、当該途中のレイヤ内の途中のストリングユニット)まで実行された後、最上層のレイヤまで実行されることなく終了してもよい。この場合、例えば、図16に示されたステップST130において、シーケンサ170は、レイヤLxが所定のレイヤであるか否かを判定してもよい。
また例えば、当該所定のレイヤ(の所定のストリングユニット)まで書き込まれたブロックBLKに対して更なる通常の書込み動作を実行する場合、例えば、図16に示されたステップST110において、シーケンサ170は、当該書込み動作が既に終了した所定のレイヤの次のレイヤ(又は当該書込み動作が既に終了した所定のストリングユニットの次のストリングユニット)を選択してもよい。
このように、途中のレイヤまでしか書込み動作が実行されない場合や、途中のレイヤから更なる書込み動作が実行される場合においても、当該動作に併せて上述の第2実施形態乃至第4実施形態のように過消去セル用書込み動作が実行されてもよい。
また、上述の第2実施形態乃至第4実施形態では、消去動作の後、過消去セル用書込み動作を実行するために最下層のレイヤとしてレイヤL0が選択される場合について説明したが、これに限られない。例えば、最下層のワード線WLとセレクトゲート線SGSとの間にダミーワード線が設けられる場合、レイヤL0に代えて、当該ダミーワード線を含むレイヤ(図示せず)が、最下層のレイヤとして選択されてもよい。
また、上述の第1実施形態乃至第4実施形態では、電荷蓄積層33がポリシリコン又は金属材料を含む場合について説明したが、これに限られない。例えば、電荷蓄積層33が窒化シリコン(SiN)のような絶縁材料を含んでもよい。この場合、電荷蓄積層33a及び33bは、チャージトラップ型の電荷蓄積層として機能するので、必ずしも分離している必要は無く、一体に形成されてもよい。
また、上述の第2変形例では、1つのレイヤLに対応する過消去セル用書込み動作を、1回の実行にまとめる場合について説明したが、これに限られない。例えば、1つのレイヤLのうち、ストリングユニットSU0及びSU1の組に対応する過消去セル用書込み動作と、ストリングユニットSU2及びSU3の組に対応する過消去セル用書込み動作と、をそれぞれ1回の実行にまとめてもよい。当然、1つのレイヤLに対応する過消去セル用書込み動作を何個のストリングユニットSUでまとめて実行するか、またどのストリングユニットSUに対する過消去セル用書込み動作を1つにまとめて実行するかは、任意に設定可能である。
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。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことが出来る。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共に、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。
1…メモリシステム、100…半導体記憶装置、110…メモリセルアレイ、120…ロウデコーダ、130…ドライバ、140…センスアンプ、150…コマンドレジスタ、160…アドレスレジスタ、170…シーケンサ、200…メモリコントローラ、210…ホストインタフェース回路、220…メモリ、230…プロセッサ、240…バッファメモリ、250…NANDインタフェース回路、260…ECC回路、300…ホスト機器、21〜25,36…導電体層、30…コア層、31…半導体層、32…トンネル絶縁膜、33…電荷蓄積層、34…ブロック絶縁膜、35…キャップ層、41,42…絶縁体層。
Claims (19)
- データを記憶可能であり、ビット線に対して並列接続された第1メモリセル及び第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前記第1ワード線と異なる第2ワード線と、
制御回路と、
を備え、
前記第1メモリセル及び前記第2メモリセルは、互いに第1ウェル領域を共有し、かつ前記第1ウェル領域を挟んで対向して設けられ、
前記制御回路は、第1動作において、前記第1ワード線及び前記第2ワード線に第1電圧を印加することを、前記第1電圧を増加させながら複数回繰り返すように構成された、
半導体記憶装置。 - 前記制御回路は、前記第1動作において、
前記第1ワード線及び前記第2ワード線に第2電圧を印加して、前記第1メモリセル及び前記第2メモリセルがいずれも第1状態に属するか否かを判定し、
前記第1メモリセル及び前記第2メモリセルがいずれも前記第1状態に属すると判定されるまで、前記判定すること及び前記第1電圧を印加することを、前記第1電圧を増加させながら複数回繰り返す
ように構成された、
請求項1記載の半導体記憶装置。 - 前記制御回路は、前記第1メモリセル及び前記第2メモリセルに記憶されたデータを消去する第2動作の後に、前記第1動作を実行するように構成された、
請求項2記載の半導体記憶装置。 - 前記制御回路は、前記第2動作が実行された後、前記第1メモリセルにデータを書き込む第3動作及び前記第2メモリセルにデータを書き込む第4動作の前に、前記第1動作を実行するように構成された、
請求項3記載の半導体記憶装置。 - データを記憶可能であり、前記ビット線に対して並列接続された、第3メモリセル及び第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メモリセル、前記第2メモリセル、前記第3メモリセル、及び前記第4メモリセルは、互いに前記第1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、前記第1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、
前記制御回路は、
前記第3ワード線及び前記第4ワード線に前記第2電圧を印加して、前記第3メモリセル及び前記第4メモリセルがいずれも前記第1状態に属するか否かを判定し、
前記第3メモリセル及び前記第4メモリセルがいずれも前記第1状態に属すると判定されるまで、前記判定すること並びに前記第3ワード線及び前記第4ワード線に前記第1電圧を印加することを、前記第1電圧を増加させながら複数回繰り返す
第5動作を実行するように構成された、
請求項4記載の半導体記憶装置。 - 前記制御回路は、
前記第2動作において、前記第3メモリセル及び前記第4メモリセルに記憶されたデータを更に消去し、
前記第2動作が実行された後、前記第3メモリセルにデータを書き込む第6動作及び前記第4メモリセルにデータを書き込む第7動作の前に、前記第5動作を実行する
ように構成された、
請求項5記載の半導体記憶装置。 - 前記第3ワード線及び前記第4ワード線は、前記第1ワード線及び前記第2ワード線の上方に位置し、
前記制御回路は、前記第3動作及び前記第4動作を実行した後に、前記第5動作を実行するように構成された、
請求項6記載の半導体記憶装置。 - 前記第3ワード線及び前記第4ワード線は、前記第1ワード線及び前記第2ワード線の上方に位置し、
前記制御回路は、前記第3動作及び前記第4動作を実行する前に、前記第5動作を実行するように構成された、
請求項6記載の半導体記憶装置。 - データを記憶可能であり、前記ビット線に対して並列接続された、第5メモリセル及び第6メモリセルを更に備え、
前記第5メモリセルは、前記第1ワード線に接続され、
前記第6メモリセルは、前記第2ワード線に接続され、
前記第5メモリセル及び前記第6メモリセルは、互いに第2ウェル領域を共有し、かつ前記第2ウェル領域を挟んで対向して設けられ、
前記制御回路は、
前記第1ワード線及び前記第2ワード線に前記第2電圧を印加して、前記第1メモリセル及び前記第2メモリセルが前記第1状態に属するか否かに関わらず前記第5メモリセル及び前記第6メモリセルがいずれも前記第1状態に属するか否かを判定し、
前記第5メモリセル及び前記第6メモリセルがいずれも前記第1状態に属すると判定されるまで、前記判定すること及び前記第1電圧を印加することを、前記第1電圧を増加させながら複数回繰り返す
第8動作を実行するように構成された、
請求項4記載の半導体記憶装置。 - 前記制御回路は、
前記第2動作において、前記第5メモリセル及び前記第6メモリセルに記憶されたデータを更に消去し、
前記第2動作が実行された後、前記第5メモリセルにデータを書き込む第9動作及び前記第6メモリセルにデータを書き込む第10動作の前に、前記第8動作を実行する
ように構成された、
請求項9記載の半導体記憶装置。 - 前記制御回路は、前記第3動作及び前記第4動作の前において、前記第1動作の後に続けて前記第8動作を実行するように構成された、
請求項10記載の半導体記憶装置。 - 前記制御回路は、前記第3動作及び前記第4動作の後に前記第8動作を実行するように構成された、
請求項10記載の半導体記憶装置。 - データを記憶可能であり、前記ビット線に対して並列接続された、第7メモリセル及び第8メモリセルと、
前記第7メモリセルに接続された第3ワード線と、
前記第8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5メモリセル、前記第6メモリセル、前記第7メモリセル、及び前記第8メモリセルは、互いに前記第2ウェル領域を共有し、
前記第5メモリセル及び前記第7メモリセルは、前記第2ウェル領域を挟んで前記第6メモリセル及び前記第8メモリセルと対向して設けられ、
前記制御回路は、
前記第3ワード線及び前記第4ワード線に前記第2電圧を印加して、前記第7メモリセル及び前記第8メモリセルがいずれも前記第1状態に属するか否かを判定し、
前記第7メモリセル及び前記第8メモリセルがいずれも前記第1状態に属すると判定されるまで、前記判定すること並びに前記第3ワード線及び前記第4ワード線に前記第1電圧を印加することを、前記第1電圧を増加させながら複数回繰り返す
第11動作を実行するように構成された、
請求項10記載の半導体記憶装置。 - 前記制御回路は、
前記第2動作において、前記第7メモリセル及び前記第8メモリセルに記憶されたデータを更に消去し、
前記第2動作が実行された後、前記第7メモリセルにデータを書き込む第12動作及び前記第8メモリセルにデータを書き込む第13動作の前に、前記第11動作を実行する
ように構成された、
請求項13記載の半導体記憶装置。 - 前記第3ワード線及び前記第4ワード線は、前記第1ワード線及び前記第2ワード線の上方に位置し、
前記制御回路は、前記第9動作及び前記第10動作の前において、前記第3動作及び前記第4動作の後に前記第11動作を実行するように構成された、
請求項14記載の半導体記憶装置。 - データを記憶可能であり、前記ビット線に対して並列接続された、第5メモリセル及び第6メモリセルを更に備え、
前記第5メモリセルは、前記第1ワード線に接続され、
前記第6メモリセルは、前記第2ワード線に接続され、
前記第5メモリセル及び前記第6メモリセルは、互いに第2ウェル領域を共有し、かつ前記第2ウェル領域を挟んで対向して設けられ、
前記制御回路は、前記第1動作において、
前記第1ワード線及び前記第2ワード線に第2電圧を印加して、前記第1メモリセル、前記第2メモリセル、前記第5メモリセル、及び前記第6メモリセルがいずれも第1状態に属するか否かを判定し、
前記第1メモリセル、前記第2メモリセル、前記第5メモリセル、及び前記第6メモリセルがいずれも前記第1状態に属すると判定されるまで、前記判定すること及び前記第1電圧を印加することを、前記第1電圧を増加させながら複数回繰り返す
ように構成された、
請求項1記載の半導体記憶装置。 - 前記判定することは、
前記第1ワード線に前記第1電圧を印加しつつ前記第2ワード線に前記第2電圧と異なる電圧を印加することと、
前記第2ワード線に前記第1電圧を印加しつつ前記第1ワード線に前記第1電圧と異なる電圧を印加することと、
を含む、
請求項2記載の半導体記憶装置。 - 前記判定することは、前記第1ワード線に及び前記第2ワード線に同時に前記第2電圧を印加することを含む、
請求項2記載の半導体記憶装置。 - 前記第1ウェル領域は、前記第1ワード線及び前記第2ワード線と交差する方向に延伸する、
請求項1記載の半導体記憶装置。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019103667A JP2020198141A (ja) | 2019-06-03 | 2019-06-03 | 半導体記憶装置 |
TW108145975A TWI752388B (zh) | 2019-06-03 | 2019-12-16 | 半導體記憶裝置 |
CN201911402250.7A CN112037842A (zh) | 2019-06-03 | 2019-12-30 | 半导体存储装置 |
US16/783,782 US11139037B2 (en) | 2019-06-03 | 2020-02-06 | Semiconductor memory device including a first memory cell and a second memory cell that share a well region |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019103667A JP2020198141A (ja) | 2019-06-03 | 2019-06-03 | 半導体記憶装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2020198141A true JP2020198141A (ja) | 2020-12-10 |
Family
ID=73551346
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2019103667A Pending JP2020198141A (ja) | 2019-06-03 | 2019-06-03 | 半導体記憶装置 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US11139037B2 (ja) |
JP (1) | JP2020198141A (ja) |
CN (1) | CN112037842A (ja) |
TW (1) | TWI752388B (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111886651B (zh) * | 2020-04-28 | 2021-09-14 | 长江存储科技有限责任公司 | 存储器件及其擦除和验证方法 |
JP2023092247A (ja) * | 2021-12-21 | 2023-07-03 | キオクシア株式会社 | メモリシステム |
Family Cites Families (21)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101691088B1 (ko) * | 2010-02-17 | 2016-12-29 | 삼성전자주식회사 | 불휘발성 메모리 장치, 그것의 동작 방법, 그리고 그것을 포함하는 메모리 시스템 |
JP5502773B2 (ja) | 2011-02-01 | 2014-05-28 | 株式会社東芝 | 不揮発性半導体記憶装置 |
WO2012039511A1 (en) | 2010-09-24 | 2012-03-29 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Nonvolatile semiconductor memory device |
JP2012069224A (ja) | 2010-09-24 | 2012-04-05 | Toshiba Corp | 不揮発性半導体記憶装置 |
KR102050475B1 (ko) | 2013-01-14 | 2020-01-08 | 삼성전자주식회사 | 플래시 메모리, 플래시 메모리 장치 및 이의 동작 방법 |
JP2015176620A (ja) * | 2014-03-14 | 2015-10-05 | 株式会社東芝 | 半導体記憶装置 |
US9397110B2 (en) * | 2014-05-21 | 2016-07-19 | Macronix International Co., Ltd. | 3D independent double gate flash memory |
US9984754B2 (en) * | 2014-09-29 | 2018-05-29 | Toshiba Memory Corporation | Memory device and method for operating the same |
US9466606B2 (en) | 2015-03-09 | 2016-10-11 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor storage device |
US9424936B1 (en) | 2015-03-23 | 2016-08-23 | Intel Corporation | Current leakage reduction in 3D NAND memory |
US9786375B2 (en) | 2015-09-11 | 2017-10-10 | Intel Corporation | Multiple blocks per string in 3D NAND memory |
KR102432483B1 (ko) * | 2015-12-31 | 2022-08-12 | 에스케이하이닉스 주식회사 | 데이터 저장 장치 및 이의 구동 방법 |
JP6495852B2 (ja) | 2016-03-15 | 2019-04-03 | 東芝メモリ株式会社 | 記憶装置 |
US9852803B2 (en) | 2016-05-11 | 2017-12-26 | Sandisk Technologies Llc | Dummy word line control scheme for non-volatile memory |
US10431315B2 (en) * | 2016-11-29 | 2019-10-01 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Operation method of a nonvolatile memory device for controlling a resume operation |
KR20180090121A (ko) * | 2017-02-02 | 2018-08-10 | 삼성전자주식회사 | 비휘발성 메모리 장치, 비휘발성 메모리 장치의 소프트 이레이즈 방법 및 프로그램 방법 |
US9940232B1 (en) | 2017-02-08 | 2018-04-10 | Seagate Technology Llc | Post-program conditioning of stacked memory cells prior to an initial read operation |
JP2018147535A (ja) * | 2017-03-07 | 2018-09-20 | 東芝メモリ株式会社 | 半導体記憶装置及びメモリシステム |
US10269828B2 (en) * | 2017-03-27 | 2019-04-23 | Toshiba Memory Corporation | Semiconductor memory device |
JP2020013889A (ja) * | 2018-07-18 | 2020-01-23 | キオクシア株式会社 | 半導体記憶装置 |
JP2020047350A (ja) * | 2018-09-20 | 2020-03-26 | キオクシア株式会社 | 半導体記憶装置 |
-
2019
- 2019-06-03 JP JP2019103667A patent/JP2020198141A/ja active Pending
- 2019-12-16 TW TW108145975A patent/TWI752388B/zh active
- 2019-12-30 CN CN201911402250.7A patent/CN112037842A/zh active Pending
-
2020
- 2020-02-06 US US16/783,782 patent/US11139037B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN112037842A (zh) | 2020-12-04 |
US11139037B2 (en) | 2021-10-05 |
TW202046325A (zh) | 2020-12-16 |
TWI752388B (zh) | 2022-01-11 |
US20200381067A1 (en) | 2020-12-03 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11574683B2 (en) | Non-volatile memory device and programming method thereof | |
TWI652681B (zh) | Semiconductor memory device and memory device | |
US9269445B1 (en) | Semiconductor memory device | |
US9679662B1 (en) | Memory device | |
US10410725B2 (en) | Memory device and a method for programming memory cell transistors | |
US9704584B2 (en) | Semiconductor memory device | |
JP2020198141A (ja) | 半導体記憶装置 | |
JP2020047321A (ja) | 半導体記憶装置 | |
US20140355351A1 (en) | Controller | |
EP4181133A1 (en) | Non-volatile memory device and erase method thereof | |
US9817598B2 (en) | Memory device cable of high write efficency | |
US9935115B2 (en) | Nonvolatile semiconductor storage device and method of manufacturing nonvolatile semiconductor storage device | |
JP2022144318A (ja) | 半導体記憶装置 | |
US10176874B2 (en) | Storage device and method of controlling the storage device | |
CN111725228A (zh) | 半导体存储装置 | |
US11574681B2 (en) | Semiconductor storage device having voltage erasing operation capability and control method thereof | |
US20240087649A1 (en) | Semiconductor memory device | |
JP2023102022A (ja) | 半導体記憶装置 |