JP3751781B2 - フラッシュメモリ装置の消去方法及びリカバリ用基板電圧供給回路 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明はフラッシュメモリ装置の消去方法及びリカバリ用基板電圧供給回路に係り、特にセルの基板に電圧を印加してリカバリを行うことにより、ビット線に存在する過消去されたセルの数に関係なくリカバリし得るフラッシュメモリ装置の消去方法及びリカバリ用基板電圧供給回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
スタックゲート型フラッシュメモリ素子は、過消去(over erase)を防止するために、図1に示すように、プリプログラム(pre program)11、プリプログラムベリファイ(verify)12、消去13、消去ベリファイ14、リカバリ15及びリカバリベリファイ16を介して消去動作を行う。
【0003】
プリプログラム11は、全てのセルにプログラムしきい値電圧(threshold voltage:Vt)という高いしきい値電圧をもたせるために実施するもので、プリプログラムベリファイ11はプリプログラムが成功的に行われたかを検証するものである。
【0004】
消去13はメモリセルを消去し、消去ベリファイ14はメモリセルの消去状態を検証するものである。
【0005】
リカバリ15は消去13及び消去ベリファイ14過程で過消去されたセルのしきい値電圧を所望のしきい値電圧に復旧するために行うもので、リカバリベリファイ16はリカバリ15状態を検証するものである。
【0006】
既存のスタックドゲート型フラッシュメモリ素子では、消去を行った後、図2に示すようにビットライン毎にリカバリを行う。即ち、ゲートに0V、ドレインに5V、ソース及び基板に接地電圧VSSのバイアスを印加する。
【0007】
ところが、ビット線に過消去されたセル(しきい値電圧が0Vより小さいセル)がかなり多く存在する場合、ビット線に印加する電圧、即ちドレインに印加する電圧がビット線から漏洩される電流によって著しく減少してしまう。これによりリカバリされないか、あるいはリカバリ時間が長時間長くなって、素子の信頼性を低下させるという問題点がある。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、ビット線に存在する過消去されたセルの数にあまり影響を与えることなくリカバリできるようにセルの基板に電圧を印加してリカバリを行うフラッシュメモリ装置の消去方法及びリカバリ用基板電圧供給回路を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明によるフラッシュメモリ装置の消去方法は、全てのメモリセルに同じしきい値電圧をもたせるためのプリプログラム段階と、前記プリプログラムが成功的に行われたかを検証するためのプリプログラムベリファイ段階と、前記プリプログラム及びプリプログラムベリファイ段階が成功的に行われたメモリセルに対して消去を行う消去段階と、前記消去が成功的に行われたかを検証する消去ベリファイ段階と、前記消去及び消去ベリファイを成功的に行ったメモリセルの基板に電圧を印加した状態で過消去されたメモリセルを復旧するためのリカバリ段階と、前記リカバリが成功的に行われたかを検証するリカバリベリファイ段階とを含んでなることを特徴とする。
【0010】
また、前記目的を達成するために、本発明によるフラッシュメモリ装置のリカバリ用基板電圧供給回路は、互いに異なる電圧を発生させる多数の電圧発生手段と、順次遷移する多数の制御信号に基づいて前記電圧発生手段からの電圧を順次供給するために前記電圧発生手段と対応して構成された多数のスイッチング手段と、前記スイッチング手段を介して前記電圧発生手段から順次供給された電圧に基づいて基板に印加される電圧を調節するための第2スイッチング手段と、前記多数の制御信号のうち、遷移する制御信号を検出するための検出手段と、前記検出手段の反転された出力信号に基づいて前記基板電位を接地電圧に降下させるための第3スイッチング手段とを含んでなることを特徴とする。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明を詳細に説明する。
本発明ではフラッシュメモリ装置の消去方法で過消去されたセルを復旧するためにメモリセルの基板に電圧を印加した状態でリカバリを行う。
【0012】
まず、図3、図4及び図5を用いて本発明に適用される原理を説明する。消去を行うと、図3に示すように0Vより小さいしきい値電圧を有するセルが存在するが、このようなセルを過消去されたセルと判定する。このようなセルとしきい値電圧との関係においてセルの基板に電圧を印加すると、図4に示すように過消去されたセルが減ってしまう。即ち、セルの基板に電圧を印加すると、図5に示すように印加する電圧の増加に伴なってセルのしきい値電圧が増加し、これにより過消去されたセルが減ってしまう。
【0013】
このような原理を用いて0V以下のしきい値電圧を有する過度消去されたセルのしきい値電圧を0V以上に高めてビット線毎にリカバリを施すと、過消去されたセルによるビット線から漏洩される電流がなくなってリカバリを効果的に行うことができる。
【0014】
図6及び図7を参照して本発明によるフラッシュメモリ装置の基板電圧供給回路を説明する。
図6は本発明の一実施例による基板電圧供給回路の回路図であって、次のように構成される。
【0015】
NANDゲート4には第1、第2及び第3信号(S1、S2及びS3)が入力され、これを組合せて出力する。第1、第2及び第3信号(S1、S2及びS3)はハイ状態を維持し、順次ロー状態に遷移する。NANDゲート4の出力信号を反転させるインバータIの出力端子とゲートが接続された第2NMOSトランジスタN2は、出力ノードQ2と接地端子VSSとの間に接続され、出力ノードQ2の電位を接地電位に降下させる。第1、第2及び第3PMOSトランジスタP1、P2及びP3は、第1、第2及び第3信号(S1、S2及びS3)をそれぞれゲートに入力し、第1、第2及び第3電圧発生手段(1、2及び3)と第1NMOSトランジスタN1との間に接続される。第1、第2及び第3電圧発生手段(1、2及び3)は互いに異なるバイアス、例えば3V、2V及び1Vのバイアスを発生させる。ネイティブNMOSトランジスタ(しきい値電圧が0Vに近いNMOSトランジスタ)の第1NMOSトランジスタN1は、電源端子と出力ノードQ2との間に接続され、第1、第2及び第3電圧発生手段(1、2及び3)からのいずれかの電圧によって決定される第1ノードQ1の電位がゲートに入力され、その電位分の電源電圧をセルの基板に入力させる。
【0016】
以下、このように構成される本発明による基板電圧供給回路の駆動方法を入力信号及び基板に印加される電圧波形図の図6を参照して説明する。
【0017】
まず、第1、第2及び第3信号(S1、S2及びS3)がハイ状態に印加されると、第1乃至第3PMOSトランジスタ(P1乃至P3)がターンオフされ、第1、第2及び第3電圧発生手段(1、2及び3)からの電圧が印加されない。従って、第1ノードQ1はロー状態を維持し、第1NMOSトランジスタN1をターンオフさせる。一方、ハイ状態の第1、第2及び第3信号(S1、S2及びS3)がNANDゲート4に入力され、ロー状態の信号が出力され、この信号がインバータIによってハイ状態に反転されて第2NMOSトランジスタN2をターンオンさせる。従って、出力ノードQ2はロー状態の電位を維持し、セルの基板電位もロー状態に降下して初期化される。
【0018】
図7のt1区間でのように、第1信号S1がロー状態に入力され、第2及び第3信号(S2及びS3)がハイ状態に入力されると、第1PMOSトランジスタP1がターンオンされ、第2及び第3PMOSトランジスタP2及びP3がターンオフされて、第1電圧発生手段1からの3Vの電圧が印加される。従って、第1ノードQ1は第1電圧発生手段1からの約3Vの電位を維持し、この電位によって第1NMOSトランジスタN1がターンオンされる。一方、ロー状態の第1信号S1、ハイ状態の第2及び第3信号(S2及びS3)がNANDゲート4に入力されてハイ状態の信号が出力され、この信号がインバータIによってロー状態に反転されて、第2NMOSトランジスタN2をターンオフさせる。したがって、第1NMOSトランジスタN1によって印加される電源電圧が出力ノードQ2を介してセルの基板に供給される。ところが、第1NMOSトランジスタN1の特性上、セルの基板には約3Vの電圧が印加されてリカバリ動作が行われる。
【0019】
上述のように3V基板電圧を印加した状態でリカバリ動作を行うと、図4で説明したようにしきい値電圧がやや増加し、過消去されたセルが減ってしまう。
【0020】
図7のt1’区間でのように、第1、第2及び第3信号(S1、S2及びS3)がハイ状態に印加される場合、前記初期化過程と同様に、セルの基板に供給された3Vの電圧が接地端子VSSにパスされて出力ノードQ2及びセルの基板が接地電位の状態となる。
【0021】
図7のt2区間でのように、第2信号S2がロー状態に入力され、第1及び第3信号(S1及びS3)がハイ状態に入力されると、第2PMOSトランジスタP2がターンオンされ、第1及び第3PMOSトランジスタ(P1及びP3)がターンオフされて、第2電圧発生手段2からの電圧が印加される。従って、第1ノードQ1は第2電圧発生手段2からの約2Vの電位を維持し、この電位によって第1NMOSトランジスタN1がターンオンされる。一方、ロー状態の第2信号S2、ハイ状態の第1及び第3信号(S1及びS3)がNANDゲート4に入力されてハイ状態の信号が出力され、この信号がインバータIによってロー状態に反転されて、第2NMOSトランジスタN2をターンオフさせる。従って、第1NMOSトランジスタN1によって印加される電源電圧が出力ノードQ2を介してセルの基板に供給される。ところが、第1NMOSトランジスタN1の特性上、セルの基板には約2Vの電圧が印加されてリカバリ動作が行われる。
【0022】
図7のt2’区間でのように、第1、第2及び第3信号(S1、S2及びS3)がハイ状態に印加される場合、前記初期化過程及びt1’と同様にセルの基板に供給された2Vの電圧が接地端子VSSにパスされて出力ノードQ2及びセルの基板が接地電位の状態となる。
【0023】
図7のt3区間でのように、第3信号S3がロー状態に入力され、第1及び第2信号(S1及びS2)がハイ状態に入力されると、第3PMOSトランジスタP3がターンオンされ、第1及び第2PMOSトランジスタP1及びP2がターンオフされて、第3電圧発生手段3からの電圧が印加される。従って、第1ノードQ1は第3電圧発生手段3からの約1Vの電位を維持し、この電位によって第1NMOSトランジスタN1がターンオンされる。一方、ロー状態の第3信号S3、ハイ状態の第1及び第2信号(S1及びS2)がNANDゲート4に入力されてハイ状態の信号が出力され、この信号がインバータIによってロー状態に反転されて第2NMOSトランジスタN2をターンオフさせる。したがって、第1NMOSトランジスタN1によって印加される電源電圧が出力ノードQ2を介してセルの基板に供給される。ところが、第1NMOSトランジスタN1の特性上、セルの基板には約1Vの電圧が印加されてリカバリ動作が行われる。
【0024】
図7のt3’区間でのように第1、第2及び第3信号(S1、S2及びS3)がハイ状態に印加される場合、前記初期化過程、区間t1’及びt2’と同様に、セルの基板に供給された1Vの電圧が接地端子VSSにパスされて出力ノードQ2及びセルの基板が接地電位の状態となる。
【0025】
前記の例では3種類の電圧発生手段を例として説明したが、電圧発生手段はフラッシュメモリ装置の設計時にその数を増やすことができる。例えば、消去過程で発生された多数の過消去されたセルを全てリカバリするためには、前述の過程を高電圧から低電圧にその数を増やして施すことができる。
【0026】
【発明の効果】
上述したように本発明によれば、セルの基板に電圧を順次印加した状態でリカバリ動作を行うことにより、ビット線毎に行われるリカバリ動作において不良セルの個数に大きい影響を受けていない状態でリカバリ動作を行うことができ、素子の信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】フラッシュメモリ装置の消去方法を説明するためのフローチャートである。
【図2】一般的なリカバリ時のバイアス条件を説明するためのセルアレイである。
【図3】消去後のセルとしきい値電圧との関係を説明するためのグラフである。
【図4】セルの基板に電圧を印加した後のセルとしきい値電圧との関係を説明するためのグラフである。
【図5】セルの基板に印加されるバイアスによるセルのしきい値電圧の変化を説明するためのグラフである。
【図6】本発明の一実施例によるフラッシュメモリ装置の基板電圧供給回路の回路図である。
【図7】本発明の一実施例によるフラッシュメモリ装置の基板電圧供給回路に印加される信号及びセルの基板に印加されるバイアスの波形図である。
【符号の説明】
1、2及び3 第1、第2及び第3電圧発生手段
4 NANDゲート
I インバータ
P1乃至P3 第1乃至第3PMOSトランジスタ
N1及びN2 第1及び第2NMOSトランジスタ
Q1 第1ノード
Q2 出力ノード
Claims (8)
- 全てのメモリセルが同一のしきい値電圧をもつようにするためのプリプログラム段階と、
前記プリプログラムが成功的に行われたかを検証するためのプリプログラムベリファイ段階と、
前記プリプログラム及びプリプログラムベリファイ段階が成功的に行われたメモリセルについて消去を行う消去段階と、
前記消去が成功的に行われたかを検証する消去ベリファイ段階と、
前記消去及び消去ベリファイが成功的に行われたメモリセルの基板に高電圧から低電圧を順次印加して過消去されたメモリセルを復旧するためのリカバリ段階と、
前記リカバリが成功的に行われたかを検証するリカバリベリファイ段階とを含んでなることを特徴とするフラッシュメモリ装置の消去方法。 - 順次遷移する複数の制御信号に基づいて互いに異なる電圧を基板に順次供給するための第1手段と、
前記制御信号に基づいて基板の電位を接地電位に降下させるための第2手段とを含んでなることを特徴とするフラッシュメモリ装置のリカバリ用基板電圧供給回路。 - 前記第1手段は、互いに異なる電圧を発生させる複数の電圧発生手段と、
順次遷移する複数の制御信号に基づいて前記電圧発生手段からの電圧を順次供給するために前記電圧発生手段と対応して構成された複数のスイッチング手段と、
前記スイッチング手段を介して前記電圧発生手段から順次供給された電圧に基づいて基板に印加される電圧を調節するための第2スイッチング手段とを含んでなることを特徴とする請求項2記載のフラッシュメモリ装置のリカバリ用基板電圧供給回路。 - 前記第1手段は、前記複数の制御信号のうち遷移する制御信号を検出するための検出手段と、
前記検出手段の反転された出力信号に基づいて前記基板電位を接地電位に降下させるための第3スイッチング手段とを含んでなることを特徴とする請求項2記載のフラッシュメモリ装置のリカバリ用基板電圧供給回路。 - 前記電圧発生手段と対応して構成された複数のスイッチング手段は、それぞれPMOSトランジスタであることを特徴とする請求項3記載のフラッシュメモリ装置のリカバリ用基板電圧供給回路。
- 前記第2スイッチングは、NMOSトランジスタであることを特徴とする請求項3記載のフラッシュメモリ装置のリカバリ用基板電圧供給回路。
- 前記検出手段はNANDゲートであることを特徴とする請求項4記載のフラッシュメモリ装置のリカバリ用基板電圧供給回路。
- 前記第3スイッチング手段はNMOSトランジスタであることを特徴とする請求項4記載のフラッシュメモリ装置のリカバリ用基板電圧供給回路。
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