JP2021140834A - 半導体記憶装置および読出し方法 - Google Patents

半導体記憶装置および読出し方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 多数のW/Eサイクル後のソースサイド効果によって引き起こされる故障を低減させることができる半導体記憶装置を提供する。【解決手段】 本発明のNAND型フラッシュメモリの読出し方法は、NANDストリングの各メモリセルに接続された複数のワード線を、WL0〜WLi−1のグループ1、ワード線WLi〜WLjのグループ2、・・・、ワード線WLj+1〜WLk−1のグループy、ワード線WLk〜WLnのグループxに分離し、各グループに対応する各読出し電圧Vread1、Vread2、・・・、Vready、Vreadvがビット線側に向かうにつれて大きくなる関係を予め設定し、この設定に従い選択ワード線に読出し電圧を印加する。【選択図】 図6

Description

本発明は、NAND型フラッシュメモリ等の半導体記憶装置に関し、特にその読出し方法に関する。
NAND型フラッシュメモリは、ページ単位で読出しやプログラムを行い、またブロック単位で消去を行う。こうしたNAND型フラッシュメモリに関して、例えば、特許文献1は、データ書き換えの繰り返しによるゲート酸化膜の劣化を抑制し、データ書き換え回数を増やすことが可能な消去方法を開示し、特許文献2は、しきい値分布幅の狭帯化を図ることができるプログラム方法を開示する。
特許第5952366号公報 特許第5992983号公報
NAND型フラッシュメモリにおいて、1つのNANDストリングは、図1に示すように、直列に接続された複数のメモリセルと、ビット線BLに接続されたビット線側選択トランジスタと、ソース線SLに接続されたソース線側選択トランジスタとを有する。メモリセルの各々は、ワード線WLi(i=0,1,2,…,n)に接続される。ここでは、便宜上、ワード線WLiに接続されたメモリセルをメモリセルiと称する。また、NANDストリングは、ビット線側選択トランジスタまたはソース線側選択トランジスタに隣接してダミーメモリセルを含むものがあるが、図1には、簡略化のためダミーメモリセルを示していない。
データ「0」を記憶するメモリセルの閾値Vtは、データ「1」を記憶するメモリセルの閾値Vtより高く、かつ正の値である。図2は、読出し動作において、ワード線WLnに接続されたメモリセルnが読出しのために選択されたときの各ワード線へのバイアス電圧の例を示している。読出しのために選択されるワード線を選択ワード線、それ以外のワード線を非選択ワード線とする。選択ワード線WLnに読出し電圧Vreadが印加され、他の非選択ワード線に読出しパス電圧Vpassrが印加され、ビット線側選択トランジスタおよびソース線側選択トランジスタのゲートSGDには、トランジスタを導通させるための或る正の電圧が印加される。また、ビット線BLには、ソース線SLに印加されるバイアスよりも大きい正のバイアス電圧が印加される。読出しパス電圧Vpassrは、非選択メモリセルを導通させるため、データ「0」の閾値Vtよりも高い。
各メモリセルのチャンネル抵抗は、概ねワード線WLのバイアス電圧−閾値Vtの大きさが大きい程下がる。データ「0」のメモリセルの閾値Vtは、データ「1」のメモリセルの閾値Vtよりも大きいので、データ「0」のメモリセルのチャンネル抵抗は、データ「1」のメモリセルのチャンネル抵抗よりも大きい。
読み出されるメモリセルの閾値Vtは、読出し電圧Vreadの大きさにより定義され、NANDストリングの電流が重要な値を持つ。データ「0」のメモリセルは、ある値よりも大きな閾値Vtを有し、データ「1」のメモリセルは、この値よりも小さいかまたは同じ閾値Vtを有する。
読み出されるメモリセルの閾値Vtは、NANDストリングの他のメモリセルのデータに強い依存性を有する。これは、“バックパターン効果”と呼ばれている。例えば、他のメモリセルの全てがデータ「1」の場合と比較して、他のメモリセルの全てがデータ「0」のとき、読み出されるメモリセルの閾値Vtがより高くなる。つまり、他のメモリセルの全てがデータ「0」のときの全体のチャンネル抵抗は、他のメモリセルの全てのデータ「1」のときの全体のチャンネル抵抗よりも高く、他のメモリセルの全てがデータ「0」のときにNANDストリングを流れる電流が他のメモリセルの全てがデータ「1」のときにNANDストリングを流れる電流よりも小さくなり、結果としてページバッファ/センス回路において読み出されるメモリセルの閾値Vtが高く見えてしまう。
また、メモリセルiを読出すとき、特にメモリセルiのMOSFETのボディ効果により、メモリセル0とメモリセルi−1との間のデータは、メモリセルi+1とメモリセルnとの間のデータよりもメモリセルiの閾値Vtに大きな影響を有する。これは、“ソースサイド効果”と呼ばれる。ソースサイド効果は、たとえ全てのメモリセルのデータがNANDストリングにおいて同じであったとしても、ソース線近傍のメモリセルの閾値Vtよりもビット線BL近傍のメモリセルの閾値Vtを高くシフトさせる。
図3(A)および図3(B)は、メモリセル0とメモリセルn−1との間に異なるデータパターンを有するNANDストリングを示している。データ「1」のメモリセルnが読み出されるとき、バックパターン効果により、図3(A)のメモリセル0からメモリセルn−1までのソース側のメモリセルの抵抗が図3(B)の抵抗よりも高くなるため、図3(A)メモリセルnの閾値Vtは、図3(B)のメモリセルnの閾値Vtよりも高くなる。
概ね、メモリセルのチャンネル抵抗は、書込みおよび消去サイクル(以下、W/Eサイクルという)の繰り返しよってより大きくなる。それ故、多数のW/Eサイクル後の1つのNANDストリングの全体の抵抗は、W/Eサイクルが少ないものよりも高くなる。W/Eサイクルによるチャンネル抵抗の増加により、図3(A)のメモリセルnの閾値Vtは、W/Eサイクルの増加につれて高くなる。その結果、故障(ビット線側のメモリセルのデータ「1」がデータ「0」にシフトすること)が、多数のW/Eサイクル後にソースサイド効果によって発生し易くなる。
本発明は、このような従来の課題を解決し、多数のW/Eサイクル後のソースサイド効果によって引き起こされる故障を低減させることができる半導体記憶装置および読出し方法を提供することを目的とする。
本発明に係るNAND型フラッシュメモリの読出し方法は、選択ワード線に読出し電圧を印加するとき、当該読出し電圧をビット線側に向かうにつれて大きくなるように設定する。ある実施態様では、NANDストリングの各メモリセルに接続された複数のワード線を少なくとも3つのグループに分離し、各グループに対応する各読出し電圧がビット線側に向かうにつれて大きくなる関係を予め設定し、前記関係に基づき前記読出し電圧を決定する。
さらに本発明に係るNAND型フラッシュメモリの読出し方法は、選択ワード線に読出し電圧を印加し、非選択ワード線に読出しパス電圧を印加するとき、選択ワード線がビット線側に向かうにつれて読出しパス電圧が大きくなるように設定する。ある実施態様では、NANDストリングの各メモリセルに接続された複数のワード線を少なくとも2つのグループに分離し、各グループに選択ワード線がビット線側に向かうにつれて大きくなる読出しパス電圧との関係を予め設定し、前記関係に基づき前記読出しパス電圧を決定する。
さらに本発明に係るNAND型フラッシュメモリの読出し方法は、選択ワード線に読出し電圧を印加し、非選択ワード線に読出しパス電圧を印加するとき、前記選択ワード線からビット線側の非選択ワード線に印加される読出しパス電圧よりも前記選択ワード線からソース線側の非選択ワード線に印加される読出し電圧が大きくなるように前記読出しパス電圧が決定される。
さらに本発明に係るNAND型フラッシュメモリの読出し方法は、NANDストリングの各メモリセルに接続された複数のワード線を少なくとも3つのグループに分離し、各グループに対応する各読出し電圧がビット線側に向かうにつれて大きくなる第1の関係を予め設定し、かつNANDストリングの各メモリセルに接続された複数のワード線を少なくとも2つのグループに分離し、各グループに選択ワード線がビット線側に向かうにつれて大きくなる読出しパス電圧との第2の関係を予め設定し、選択ワード線に読出し電圧を印加し、非選択ワード線に読出しパス電圧を印加するとき、前記第1の関係に基づき前記読出し電圧を決定し、前記第2の関係に基づき前記読出しパス電圧を決定する。
さらに本発明に係るNAND型フラッシュメモリの読出し方法は、NANDストリングの各メモリセルに接続された複数のワード線を少なくとも3つのグループに分離し、各グループに対応する各読出し電圧がビット線側に向かうにつれて大きくなる関係を予め設定し、選択ワード線に読出し電圧を印加し、非選択ワード線に読出しパス電圧を印加するとき、前記関係に基づき前記読出し電圧を決定し、前記読出しパス電圧は、前記選択ワード線からビット線側の非選択ワード線に印加される読出しパス電圧よりも前記選択ワード線からソース線側の非選択ワード線に印加される読出し電圧が大きくなるように決定される。
本発明に係る半導体記憶装置は、NANDストリングが形成されたNAND型のメモリセルアレイと、前記メモリセルアレイのページを読み出す読出し手段と、NANDストリングの各メモリセルに接続された複数のワード線を少なくとも3つのグループに分離し、各グループに対応する各読出し電圧がビット線側に向かうにつれて大きくなる関係を設定する設定手段とを有し、前記読出し手段は、前記設定手段に設定された関係に基づき選択ワード線に読出し電圧を印加する。
さらに本発明に係る半導体記憶装置は、NANDストリングが形成されたNAND型のメモリセルアレイと、前記メモリセルアレイのページを読み出す読出し手段と、NANDストリングの各メモリセルに接続された複数のワード線を少なくとも2つのグループに分離し、各グループに選択ワード線がビット線側に向かうにつれて大きくなる読出しパス電圧との関係を設定する設定手段とを有し、前記読出し手段は、前記設定手段に設定された関係に基づき非選択ワード線に読出しパス電圧を印加する。
さらに本発明に係る半導体記憶装置は、NANDストリングが形成されたNAND型のメモリセルアレイと、前記メモリセルアレイのページを読み出す読出し手段とを有し、前記読出し手段は、選択ワード線からビット線側の非選択ワード線に印加される読出しパス電圧よりも前記選択ワード線からソース線側の非選択ワード線に印加される読出し電圧が大きくなるように、非選択ワード線に読出しパス電圧を印加する。
さらに本発明に係る半導体記憶装置は、NANDストリングが形成されたNAND型のメモリセルアレイと、前記メモリセルアレイのページを読み出す読出し手段と、NANDストリングの各メモリセルに接続された複数のワード線を少なくとも3つのグループに分離し、各グループに対応する各読出し電圧がビット線側に向かうにつれて大きくなる第1の関係を設定し、かつNANDストリングの各メモリセルに接続された複数のワード線を少なくとも2つのグループに分離し、各グループに選択ワード線がビット線側に向かうにつれて大きくなる読出しパス電圧との第2の関係を設定する設定手段とを有し、前記読出し手段は、前記設定手段に設定された前記第1の関係に基づき選択ワード線に読出し電圧を印加し、かつ前記第2の関係に基づき非選択ワード線に読出しパス電圧を印加する。
さらに本発明に係る半導体記憶装置は、NANDストリングが形成されたNAND型のメモリセルアレイと、前記メモリセルアレイのページを読み出す読出し手段と、NANDストリングの各メモリセルに接続された複数のワード線を少なくとも3つのグループに分離し、各グループに対応する各読出し電圧がビット線側に向かうにつれて大きくなる関係を設定する設定手段とを有し、前記読出し手段は、前記設定手段に設定された関係に基づき選択ワード線に読出し電圧を印加し、かつ、選択ワード線からビット線側の非選択ワード線に印加される読出しパス電圧よりも前記選択ワード線からソース線側の非選択ワード線に印加される読出し電圧が大きくなるように、非選択ワード線に読出しパス電圧を印加する。
本発明によれば、選択ワード線に印加する読出し電圧をビット線側に向かうにつれて大きくするようにしたので、ソースサイド効果によって引き起こされる故障(ビット線側のメモリセルのデータ「1」がデータ「0」にシフトすることおよびそれに伴う読み違い)を低減させることができる。
本発明によれば、選択ワード線がビット線側に向かうにつれて読出しパス電圧を大きくするようにしたので、ソースサイド効果によって引き起こされる故障(ビット線側のメモリセルのデータ「1」がデータ「0」にシフトすることおよびそれに伴う読み違い)を低減させることができる。
さらに本発明によれば、選択ワード線からビット線側の非選択ワード線に印加される読出しパス電圧よりも選択ワード線からソース線側の非選択ワード線に印加される読出し電圧が大きくなるように読出しパス電圧を印加するようにしたので、ソースサイド効果によって引き起こされる故障(ビット線側のメモリセルのデータ「1」がデータ「0」にシフトすることおよびそれに伴う読み違い)を低減させることができる。
NAND型フラッシュメモリの1つのNANDストリングの構成を示す図である。 読出し動作のときにNANDストリングに印加されるバイアス電圧を例示する図である。 図3(A)は、メモリセル0からメモリセルn−1がデータ「0」を有するNANDストリングを例示し、図3(B)は、メモリセル0からメモリセルn−1がデータ「1」を有するNANDストリングを例示する図である。 本発明の実施例に係るNAND型フラッシュメモリの内部構成を示す図である。 本発明の実施例に係るNANDフラッシュメモリの書込み動作と書込みベリファイを説明する図である。 本発明の第1の実施例による分離されたワード線のグループと読出し電圧との関係を示すテーブルである。 本発明の第2の実施例による分離されたワード線のグループと読出しパス電圧との関係を示すテーブルである。 本発明の第3の実施例による読出しパス電圧の印加例を説明する図である。
本発明に係る半導体記憶装置は、NAND型フラッシュメモリまたはそのようなフラッシュメモリを埋め込むマイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、ロジック等において実施される。
次に、本発明の実施例に係るNAND型フラッシュメモリの内部構成を図4に示す。フラッシュメモリ100は、複数のメモリセルが行列状に配列されたメモリセルアレイ110と、外部入出力端子I/Oに接続された入出力バッファ120と、入出力バッファ120からアドレスデータを受け取るアドレスレジスタ130と、入出力バッファ120からコマンドデータ等を受け取り、各部を制御するコントローラ140と、アドレスレジスタ130から行アドレス情報Axを受け取り、行アドレス情報Axをデコードし、デコード結果に基づきブロックの選択およびワード線の選択等を行うワード線選択回路150と、ワード線選択回路150によって選択されたページから読み出されたデータを保持したり、選択されたページにプログラムすべき入力データを保持するページバッファ/センス回路160と、アドレスレジスタ130から列アドレス情報Ayを受け取り、列アドレス情報Ayをデコードし、当該デコード結果に基づきページバッファ/センス回路160内の列アドレスのデータを選択する列選択回路170と、データの読出し、プログラムおよび消去等のために必要な種々の電圧(書込み電圧Vpgm、読出しパス電圧Vpassr、読出し電圧Vread、消去電圧Versなど)を生成する内部電圧発生回路180とを含んで構成される。
メモリセルアレイ110は、複数のブロックを含み、各ブロック内に複数のNANDストリングが形成される。NANDストリングは、基板上に2次元的に形成されるものであっても良いし、基板の主面から垂直方向に3次元的に形成されるものであってもよい。また、1つのメモリセルは、2値データまたは多値データを記憶することが可能である。
コントローラ140は、ハードウエアおよび/またはソフトウェアを用いて構成することができ、例えば、マイクロコンピュータ、ステートマシン、ロジック等を含むことができる。コントローラ140は、外部から入力されたコマンドおよび/または制御信号(アドレスラッチイネーブル信号やコマンドラッチイネーブル信号)に基づき読出し、書込み(プログラム)、消去動作等を制御する。
読出し動作では、選択ワード線に読出し電圧Vreadを印加し、非選択ワード線に読出しパス電圧Vpassrを印加し、選択ゲート線SGDに正の電圧を印加し、ビット線側選択トランジスタおよびソース線側選択トランジスタを導通させ、ビット線に或る正の電圧を印加し、共通ソース線に例えば0Vを印加する。書込み(プログラム)動作では、選択ワード線に高電圧のプログラム電圧Vprogを印加し、非選択ワード線に中間のパス電圧Vpass−progを印加し、ビット線側選択トランジスタを導通させ、ソース線側選択トランジスタを非導通にし、「0」または「1」のデータに応じた電位をビット線に供給する。消去動作では、ブロック内の選択ワード線に或る電圧を印加し、Pウエルに高電圧の消去パルスを印加し、浮遊ゲートの電子を基板に引き抜くことでブロック単位の消去を行う。
次に、本実施例のNAND型フラッシュメモリの動作について説明する。本実施例による新規な読出し方法を説明する前に、前提となる読出し方法を前もって説明する。読出し動作には2つの種類がある。1つは、読出しコマンドに応じて実施される読出しであり、もう1つは、プログラムコマンドに応じて実施される書込み動作中のベリファイ読出しである。図5に、書込み動作時に選択ワード線と非選択ワード線に印加されるバイアス電圧を例示する。選択ワード線(書込みのために選択されるワード線)には、書込み時に高電圧パルスVprogが印加され、当該パルスの印加後のベリファイ読出し時にベリファイ読出し電圧Vverifyが印加され、非選択ワード線には、書込み時にプログラムのための中間電圧パルスVpass-progが印加され、当該パルスの印加のベリファイ読出し時にベリファイ読出し電圧Vpassrが印加される。
選択ワード線に接続されたあるメモリセルが同時にプログラムされ、これはページプログラムと呼ばれる。ベリファイ読出しは、それぞれのプログラムされたメモリセルの閾値Vtを検出することである。データ「0」がプログラムされたメモリセルの閾値Vtは、ベリファイ読出し電圧Vverifyよりも高く、このようなメモリセルがベリファイ読出しで検出されたとき、当該メモリセルへのプログラムは停止される。他方、データ「0」をプログラムすべきメモリセルの閾値Vtがベリファイ読出し電圧Vverifyよりも低ければ、ΔVだけ高くされた次の高電圧パルスが印加され、当該メモリセルがさらにプログラムされ、最終的に、データ「0」がプログラムされたメモリセルの閾値Vtがベリファイ読出し電圧Vverifyよりも高くなったとき、プログラム動作が終了される。プログラムベリファイシーケンスを用いることによって、データ「0」がプログラムされたメモリセルの閾値Vtの分布を狭くすることができる。また、ベリファイ読出し電圧Vverifyと読出し電圧Vreadとの間の電圧マージンを得るため、ベリファイ読出し電圧Vverifyは、読出し電圧Vreadよりも低くされる。
本発明の第1の実施例に係る読出しでは、ベリファイ読出し電圧Vverifyは、プログラムするときの選択ワード線とは無関係に一定の大きさに設定される。他方、読出し動作時に選択メモリセルのデータ「0」または「1」を判定するための読出し電圧Vreadは、ワード線の番号または位置に応じて変更される。
ワード線WLi(i=0,1,2,…,n)がソース線側から順に0、1、2、...、nの番号を有するとき、読出し動作時、n本のワード線WLは、2より大きい幾つかのグループに分離される。例えば、最初のグループは、ワード線WL0からWLi−1であり、2番目のグループは、ワード線WLiからワード線WLjであり、最後のグループは、ワード線WLkからワード線WLnである。ここで、iは、2よりも大きく、jはiよりも大きく、kはjよりも大きい関係にある。
図6に示すテーブルは、ワード線を複数のグループに分離したときの各グループと読出し電圧Vreadとの関係を示している。同図に示すように、読出し電圧Vreadの大きさは、ワード線のグループがビット線側にシフトするにつれ、段階的に増加するように設定される。このような読出し電圧Vreadとワード線のグループとの関係を規定する設定は、例えば、フラッシュメモリの動作に関する設定情報を記憶するヒューズセルに格納することができる。ヒューズセルに格納された設定情報は、例えば、フラッシュメモリの電源投入時にレジスタにロードされ、コントローラ140は、読出し動作時にレジスタに保持された設定情報に従い読出し電圧Vreadの大きさを決定する。
多数のW/Eサイクル後のビット線BL近傍のデータ「1」のメモリセルの閾値Vtは、W/Eサイクル前よりも高くなる傾向がある。しかしながら、本実施例のように、ビット線BL近傍の読出し電圧Vreadを増加することによって、ビット線近傍のメモリセルの閾値Vtの増加を相殺し、故障(多数のW/Eサイクル後にデータ「1」を「0」に読み違えること)の数を減少させることができる。ビット線BL近傍の読出し電圧Vreadの増加が大きすぎる場合、ベリファイ読出し電圧Vverifyと読出し電圧Vreadとの間で読み出されるメモリセルの閾値マージンが小さくなってしまう。従って、ビット線側のワード線の読出し電圧Vreadの増加には最適な値がある。例えば、ワード線WLnの読出し電圧Vread(n)とワード線WL0の読出し電圧Vread(0)の差分、Vread(n)−Vread(0)=0.2〜0.4Vである。
読出し動作が行われるとき、入出力バッファ120を介して読出しコマンドおよびアドレス情報が内部に取り込まれる。コントローラ140は、図6に示すテーブルを参照し、行アドレスに基づき読出しのために選択される選択ワード線に印加する読出し電圧Vreadの大きさを決定する。具体的には、内部電圧発生回路180は、図6のテーブルで設定された読出し電圧Vreadを生成し、ワード線選択回路150は、行アドレスに基づき選択ワード線に接続されたトランジスタを導通させ、当該トランジスタを介して、内部電圧発生回路180で生成された読出し電圧Vreadが選択ワード線に印加される。
次に、本発明の第2の実施例について説明する。第2の実施例では、読出し動作時に非選択ワード線に印加される読出しパス電圧Vpassrは、読出しのために選択されるワード線の位置または番号に応じて変更される。
第2の実施例では、読出しのために選択されるワード線は、1より大きい幾つかのグループに分離される。例えば、最初のグループは、ワード線WL0からワード線WLi−1であり、2番目のグループは、ワード線WLiからワード線WLjであり、最後のグループは、ワード線WLkからワード線WLnに分離され、各グループに、対応する読出しパス電圧Vpassrが設定される。ここで、iは、2よりも大きく、jはiよりも大きく、kはjよりも大きい関係にある。もし、選択ワード線が最初のグループに属するならば、当該最初のグループに設定された読出しパス電圧Vpassrが非選択ワード線に印加され、選択ワード線が2番目のグループに属するならば、当該2番目のグループに設定された読出しパス電圧Vpassrが非選択ワード線に印加される。
図7のテーブルは、読み出しのために選択されるワード線を複数のグループに分離したときの各グループと読出しパス電圧Vpassrとの関係を規定している。同図に示すように、読出しパス電圧Vpassrの大きさは、読出しのために選択されるワード線がビット線側にシフトするにつれ、段階的に増加するように設定される。ワード線WL0からWLi−1までのグループ1には、読出しパス電圧Vpassr1が設定され、ワード線WLiからワード線WLjまでのグループ2には、読出しパス電圧Vpassr2が設定され、ワード線WLj+1からワード線WLk−1までのグループyには、読出しパス電圧Vpassyが設定され、ワード線WLkからワード線WLnまでのグループxには、読出しパス電圧Vpassxが設定され、読出しパス電圧には、Vpassr1<Vpassr2<…<Vpassry<Vpassrxの関係がある。例えば、選択ワード線WLがグループ1に該当する場合、非選択ワード線には、読出しパス電圧Vpassr1が印加され、選択ワード線がグループ2に該当する場合には、非選択ワード線には、読出しパス電圧Vpass2が印加される。このように、各非選択ワード線に与える読出しパス電圧Vpassrはどの非選択ワード線でも同一値である。
読出しパス電圧Vpassrの設定は、読出し動作時に使用され、さらにプログラム動作中のベリファイ読出しにも使用される。つまり、図5に示すように、書込み動作時のベリファイ読出しにおいて、非選択ワード線に印加される読出しパス電圧Vpassrは、選択ワード線に応じて変更される。本実施例による読出しパス電圧の設定により、NANDストリングの抵抗は、従来のより低い均一の読出しパス電圧の設定と比較して、ビット線近傍のメモリセルの読出し時に低くなる。本実施例による読出しパス電圧Vpassrの設定により、多数のW/Eサイクル後のNANDストリングの抵抗の増加を相殺し、故障(多数のW/Eサイクル後にデータ「1」を「0」に読み違えること)の数を減少させることができる。
図7に示すテーブルは、第1の実施例のときと同様に、例えば、ヒューズセル内にフラッシュメモリの動作に関する設定情報として格納することができる。ヒューズセルに格納された設定情報は、例えば、フラッシュメモリの電源投入時にレジスタにロードされ、コントローラ140は、読出し動作時にレジスタに保持された設定情報に従い読出しパス電圧Vpassrの大きさを決定する。
読出し動作が行われるとき、入出力バッファ120を介して読出しコマンドおよびアドレス情報が内部に取り込まれる。コントローラ140は、行アドレスに基づき読出しのために選択される選択ワード線に読出し電圧Vreadを印加させ、また、図7に示すテーブルに基づき非選択ワード線に印加する読出しパス電圧Vpassrの大きさを決定する。具体的には、内部電圧発生回路180は、図7のテーブルで設定された読出しパス電圧Vpassrを生成し、ワード線選択回路150によって選択され選択ワード線には読出し電圧Vreadが印加され、非選択ワード線には、内部電圧発生回路180で生成された読出しパス電圧Vpassrが印加される。また、書込み動作中のベリファイ読出しについても同様に、コントローラ140は、書込むために選択された選択ワード線についてベリファイ読出しを行うとき、図7のテーブルで設定された読出しパス電圧Vpassrを非選択ワード線に印加させる。
次に、本発明の第3の実施例について説明する。第3の実施例では、読出し動作時の読出しのために選択ワード線の位置または番号に応じて読出しパス電圧Vpassrの値を変化させるものである。図8は、NANDストリングのi番目のメモリセルiが読み出されるときの読出しパス電圧Vpassr1とVpassr2を示している。同図に示すように、読出しパス電圧Vpassrは、2つのグループに分離される。1つ目のグループは、選択ワード線WLiからソース線側のワード線に印加される読出しパス電圧Vpassr2であり、図8の例では、ワード線WL0からワード線WLi−1である。もう1つグループは、選択ワード線WLiからビット線側のワード線に印加される読出しパス電圧Vpassr1であり、図8の例では、ワード線WLi+1からワード線WLnである。
読出しパス電圧Vpassr2は、読出しパス電圧Vpassr1よりも高くセットされる(Vpassr2>Vpassr1)。ビット線BL近傍のワード線に接続されたメモリセルが読み出されるとき、読出しパス電圧Vpassrの大部分が読出しパス電圧Vpassr2にセットされる。本実施例による読出しパス電圧Vpassrの設定は、読出し動作に使用され、かつプログラム動作中のベリファイ読出しにも使用される。本実施例による読出しパス電圧Vpassrの設定により、NANDストリングの抵抗は、従来のより低い均一な読出しパス電圧Vpassrの設定と比較して、ビット線BL近傍のメモリセルの読出し時に低くなる。本実施例による読出しパス電圧Vpassrの設定により、多数のW/Eサイクル後のNANDストリングの抵抗の増加を相殺し、故障(多数のW/Eサイクル後にデータ「1」を「0」に読み違えること)の数を減少させることができる。
読出しパス電圧Vpassr1、Vpassr2の大きさの設定は、第1の実施例のときと同様に、例えば、ヒューズセル内にフラッシュメモリの動作に関する設定情報として格納することができる。ヒューズセルに格納された設定情報は、例えば、フラッシュメモリの電源投入時にレジスタにロードされ、コントローラ140は、読出し動作時にレジスタに保持された設定情報に従い読出しパス電圧Vpassr1、Vpassr2の大きさを決定する。
読出し動作が行われるとき、入出力バッファ120を介して読出しコマンドおよびアドレス情報が内部に取り込まれる。コントローラ140は、行アドレスに基づき読出しのために選択される選択ワード線に読出し電圧Vreadを印加させ、また、選択ワード線の位置に応じて、選択ワード線からソース線側の非選択ワード線に読出しパス電圧Vpassr2を印加させ、選択ワード線からビット線側の非選択ワード線に読出しパス電圧Vpassr1を印加させる。また、書込み動作中のベリファイ読出しについても同様に、コントローラ140は、書込むために選択された選択ワード線についてベリファイ読出しを行うとき、選択ワード線を基準にソース線側の非選択ワード線に読出しパス電圧Vpassr2を印加させ、ビット線側の非選択ワード線に読出しパス電圧Vpassr1を印加させる。
次に、本発明の変形例について説明する。NANDストリング抵抗は、W/Eサイクル数の増加につれ高くなる。そして、多数のW/Eサイクル後にデータ「1」を「0」に誤って読み出すことがビット線近傍のメモリセルに引き起こされる傾向がある。このような故障を抑制するため、上記第1ないし第3の実施例は、読出し電圧Vreadおよび読出しパス電圧Vpassrの新規なバイアス方法を提案している。第1の実施例は、読み出すためにワード線に印加されるワード線の電圧設定、すなわち読出し電圧Vreadの設定である。第2および第3の実施例は、読出しのために非選択ワード線に印加されるワード線の電圧設定、すなわち読出しパス電圧Vpassrの設定である。これらの全ては、多数のW/Eサイクル後にビット線側の近傍のメモリセルで引き起こされるデータ「1」をデータ「0」に誤って読み出すことを減少させる効果を有する。それ故、本発明の変形例として、上記第1ないし第3の実施例を組み合わせて使用することも可能である。例えば、第1の実施例と第2の実施例の組合せ、第1の実施例と第3の実施例の組合せ、第2の実施例と第3の実施例の組合せ、あるいは第1および第2の実施例の組合せと第3の実施例との組合せである。
上記実施例では、簡略化のためNANDストリングにはダミーメモリセルが含まれていないが、ビット線側選択トランジスタおよび/またはソース線側選択トランジスタに隣接してダミーメモリセルを設けるようにしてもよい。
本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は、特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
100:フラッシュメモリ
110:メモリセルアレイ
120:入出力バッファ
130:アドレスレジスタ
140:コントローラ
150:ワード線選択回路
160:ページバッファ/センス回路
170:列選択回路
180:内部電圧発生回路

Claims (14)

  1. NAND型フラッシュメモリの読出し方法であって、
    選択ワード線に読出し電圧を印加するとき、当該読出し電圧をビット線側に向かうにつれて大きくなるように設定する、読出し方法。
  2. NANDストリングの各メモリセルに接続された複数のワード線を少なくとも3つのグループに分離し、各グループに対応する各読出し電圧がビット線側に向かうにつれて大きくなる関係を予め設定し、
    前記関係に基づき前記読出し電圧を決定する、請求項1に記載の読出し方法。
  3. NAND型フラッシュメモリの読出し方法であって、
    選択ワード線に読出し電圧を印加し、非選択ワード線に読出しパス電圧を印加するとき、選択ワード線がビット線側に向かうにつれて前記読出しパス電圧を大きくなるように設定する、読出し方法。
  4. NANDストリングの各メモリセルに接続された複数のワード線を少なくとも2つのグループに分離し、各グループに選択ワード線がビット線側に向かうについて大きくなる読出しパス電圧との関係を予め設定し、前記関係に基づき前記読出しパス電圧を決定する、請求項3に記載の読出し方法。
  5. NAND型フラッシュメモリの読出し方法であって、
    選択ワード線に読出し電圧を印加し、非選択ワード線に読出しパス電圧を印加するとき、前記選択ワード線からビット線側の非選択ワード線に印加される読出しパス電圧よりも前記選択ワード線からソース線側の非選択ワード線に印加される読出し電圧が大きくなるように前記読出しパス電圧が決定される、読出し方法。
  6. NAND型フラッシュメモリの読出し方法であって、
    NANDストリングの各メモリセルに接続された複数のワード線を少なくとも3つのグループに分離し、各グループに対応する各読出し電圧がビット線側に向かうにつれて大きくなる第1の関係を予め設定し、かつNANDストリングの各メモリセルに接続された複数のワード線を少なくとも2つのグループに分離し、各グループに選択ワード線がビット線側に向かうにつれて大きくなる読出しパス電圧との第2の関係を予め設定し、選択ワード線に読出し電圧を印加し、非選択ワード線に読出しパス電圧を印加するとき、前記第1の関係に基づき前記読出し電圧を決定し、前記第2の関係に基づき前記読出しパス電圧を決定する、読出し方法。
  7. NAND型フラッシュメモリの読出し方法であって、
    NANDストリングの各メモリセルに接続された複数のワード線を少なくとも3つのグループに分離し、各グループに対応する各読出し電圧がビット線側に向かうにつれて大きくなる関係を予め設定し、
    選択ワード線に読出し電圧を印加し、非選択ワード線に読出しパス電圧を印加するとき、前記関係に基づき前記読出し電圧を決定し、前記読出しパス電圧は、前記選択ワード線からビット線側の非選択ワード線に印加される読出しパス電圧よりも前記選択ワード線からソース線側の非選択ワード線に印加される読出し電圧が大きくなるように決定される、読出し方法。
  8. 前記読出し方法は、書込み動作中のベリファイ読出しを含む、請求項3ないし5いずれか1つに記載の読出し方法。
  9. NANDストリングが形成されたNAND型のメモリセルアレイと、
    前記メモリセルアレイのページを読み出す読出し手段と、
    NANDストリングの各メモリセルに接続された複数のワード線を少なくとも3つのグループに分離し、各グループに対応する各読出し電圧がビット線側に向かうにつれて大きくなる関係を設定する設定手段とを有し、
    前記読出し手段は、前記設定手段に設定された関係に基づき選択ワード線に読出し電圧を印加する、半導体記憶装置。
  10. NANDストリングが形成されたNAND型のメモリセルアレイと、
    前記メモリセルアレイのページを読み出す読出し手段と、
    NANDストリングの各メモリセルに接続された複数のワード線を少なくとも2つのグループに分離し、各グループに選択ワード線がビット線側に向かうにつれて大きくなる読出しパス電圧との関係を設定する設定手段とを有し、
    前記読出し手段は、前記設定手段に設定された関係に基づき非選択ワード線に読出しパス電圧を印加する、半導体記憶装置。
  11. NANDストリングが形成されたNAND型のメモリセルアレイと、
    前記メモリセルアレイのページを読み出す読出し手段とを有し、
    前記読出し手段は、選択ワード線からビット線側の非選択ワード線に印加される読出しパス電圧よりも前記選択ワード線からソース線側の非選択ワード線に印加される読出し電圧が大きくなるように、非選択ワード線に読出しパス電圧を印加する、半導体記憶装置。
  12. NANDストリングが形成されたNAND型のメモリセルアレイと、
    前記メモリセルアレイのページを読み出す読出し手段と、
    NANDストリングの各メモリセルに接続された複数のワード線を少なくとも3つのグループに分離し、各グループに対応する各読出し電圧がビット線側に向かうにつれて大きくなる第1の関係を設定し、かつNANDストリングの各メモリセルに接続された複数のワード線を少なくとも2つのグループに分離し、各グループに選択ワード線がビット線側に向かうにつれて大きくなる読出しパス電圧との第2の関係を設定する設定手段とを有し、
    前記読出し手段は、前記設定手段に設定された前記第1の関係に基づき選択ワード線に読出し電圧を印加し、かつ前記第2の関係に基づき非選択ワード線に読出しパス電圧を印加する、半導体記憶装置。
  13. NANDストリングが形成されたNAND型のメモリセルアレイと、
    前記メモリセルアレイのページを読み出す読出し手段と、
    NANDストリングの各メモリセルに接続された複数のワード線を少なくとも3つのグループに分離し、各グループに対応する各読出し電圧がビット線側に向かうにつれて大きくなる関係を設定する設定手段とを有し、
    前記読出し手段は、前記設定手段に設定された関係に基づき選択ワード線に読出し電圧を印加し、かつ、選択ワード線からビット線側の非選択ワード線に印加される読出しパス電圧よりも前記選択ワード線からソース線側の非選択ワード線に印加される読出し電圧が大きくなるように、非選択ワード線に読出しパス電圧を印加する、半導体記憶装置。
  14. 前記読出し手段は、書込み動作中にベリファイ読出しを行う、請求項10または11に記載の半導体記憶装置。
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