JP3850791B2 - 不揮発性半導体記憶装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、電気的に消去書き込み可能な不揮発性半導体記憶装置(EEPROM)に係り、特にその書き込み制御に関する。
【0002】
【従来の技術】
EEPROMのメモリセルには一般に、浮遊ゲートと制御ゲートが積層されたMOSトランジスタ構造が用いられる。NAND型フラッシュメモリでは、複数のメモリセルが直列接続されてNANDセルユニットを構成する。このNAND型フラッシュメモリでは、メモリセルの浮遊ゲートに電子を注入してしきい値を高くした状態をデータ“0”(書き込み状態)とし、浮遊ゲートの電子を放出したしきい値の低い状態をデータ“1”(消去状態)として、データを不揮発に記憶する。そのデータのしきい値分布を図4に示している。データの書き込み動作は、ビット線を介してデータに応じてNANDセルユニットのチャネル電位を制御し、選択されたワード線に書き込み電圧を印加して行われる。具体的に書き込み動作を説明すると、次の通りである。
【0003】
書き込みデータ“0”のときは、ビット線に0Vが与えられ、これがNANDセルユニットの選択ゲートを介してNANDセルユニットのチャネルに転送される。書き込みデータ“1”(書き込み禁止)のときは、ビット線にVddが与えられ、これがNANDセルユニットの選択ゲートを介してNANDセルユニットのチャネルに転送される。このとき、NANDセルユニットのチャネルは、Vdd−Vt(Vt:選択ゲートのしきい値)まで充電されて、フローティング状態になる。この後、選択ワード線に昇圧された書き込み電圧Vpgmが与えられる。“0”データが与えられたセルでは、浮遊ゲートとチャネル間に十分な電位差が与えられるため、チャネルから浮遊ゲートへの電子注入によりしきい値が高くなる。“1”データが与えられたセルでは、選択ワード線に与えられたVpgmと同じNANDセルユニット内の非選択ワード線に与えられた書き込み中間電圧Vpassによって、フローティング状態のチャネルの電位がブーストされ、浮遊ゲートへの電子注入が生じない。従ってメモリセルは、“1”データのまま維持される。
【0004】
実際のデータ書き込み動作では、図5に示すように、書き込みパルス電圧値を少しずつシフトしながら、書き込みパルス電圧印加とその後のベリファイ読み出しを繰り返すことによって、データ“0”を所定のしきい値分布に書き込む。ベリファイ読み出しにおいては、選択ワード線にベリファイ読み出し電圧Vpvが印加される。選択されたメモリセルのしきい値が直前の書き込みでVpvを越えていれば、そのセルに対する書き込みは終了する。そのメモリセルのしきい値がVpv未満であれば、書き込み動作が継続される。この様なメモリセル毎の書き込みデータ制御は、ページバッファで行われる。
【0005】
ページバッファには、ビット線をセンスするセンスアンプとしての機能と読み出しデータや書き込みデータを一時的に保持するデータラッチ機能がある。ページバッファには、書き込み動作の初期に1ページ分の書き込みデータがロードされる。“0”データがロードされると、“0”書き込みとなり、“1”データがロードされると、“1”書き込み(即ち書き込み禁止)となる。ベリファイ読み出しにおいて、“0”書き込みセルが所定のしきい値まで書き込まれている場合には、ビット線センスの結果は論理“H”となり、“1”データが取り込まれる。“1”書き込みセルでは、ビット線センスの結果に関係なく、論理“H”即ち“1”データが保持される。従って、ページバッファに保持されるデータがすべて論理“H”即ちデータ“1”になるまで、書き込みパルス印加とベリファイ読み出しを繰り返すことにより、選択ページ内全てのメモリセルに所望のデータを書き込むことができる。
【0006】
データ消去は、NANDセルブロック(ワード線方向の複数のNANDセルユニットの範囲)での一括消去が行われる。このとき、選択されたNANDセルブロックの全ワード線を0Vとし、NANDセルブロックが形成されたウェル及びチャネル領域に昇圧された消去電圧Veraを与える。これにより、全てのメモリセルで浮遊ゲートの電子がチャネルに放出され、しきい値の低いデータ“1”状態に消去される。
このデータ消去においても、消去状態を確認するためのベリファイ読み出しを行うことにより、しきい値分布を一定範囲に追い込むことができる。
【0007】
以上のようなEEPROMにおいて、書き込みベリファイ読み出しでの判定しきい値は、図4に示すように、“0”データのしきい値分布の下限値Vpvに設定される。しかし、“0”データのしきい値分布の上限値は通常確認することはなく、突発的に予想外の書き込みがなされるメモリセルがあって、予想されるしきい値分布範囲より高いしきい値状態に書き込まれる場合がある。これを過書き込み(オーバープログラム)と称する。
【0008】
この過書き込みがあると、過書き込みセルを含むNANDセル内の他のセルを正しく読み出すことができなくなる。データ読み出し時、NANDセル内の選択セルのワード線には読み出し電圧Vrr(例えば0V)が与えられ、同じNANDセル内の非選択セルのワード線には、保持するデータに拘わらずセルをオンさせるパス電圧Vreadが与えられる。過書き込みセルがその非選択セルに含まれていると、非選択セルで電流をカットオフし、或いは制限する。この結果、選択セルのデータによらず、“0”データしか読み出されなくなってしまう。
【0009】
また、書き込み電圧Vpgmが与えられる選択ワード線に含まれるメモリセルのうち、“1”データ書き込みのセル(即ち“1”データを保持すべきセル)では、弱い“0”書き込みモードになるために、“1”データのしきい値分布の上限値Vevより異常にしきい値が高くなる不規律(erratic)書き込みが生じる可能性がある。これらの不規律書き込みの結果、“1”データを保持すべきメモリセルの幾つかは、しきい値が図4の読み出し電圧Vrrを越えて、“0”と判定される誤(erroneous)書き込みとなる。“1”データを保持すべきセルが誤書き込みによって“0”データになっても、従来の書き込みベリファイ方式ではこれを検出することができない。
【0010】
通常は、この様な過書き込みや誤書き込みの発生頻度を考慮して、メモリシステムに搭載されるECC回路の訂正能力が設計される。従って、通常の読み出し動作では、過書き込みや誤書き込みによるエラービットがあったとしても、ECC回路で正しいデータに訂正されるので、問題は少ない。
しかし、メモリチップ内であるページのデータを他のページにコピーする動作を考えると、前述のような書き込み時に発生するエラービットは問題になる。即ち、コピーされるデータには既にエラービットが含まれていて、これがそのまま他のページにコピーされる可能性がある。これを防止するためには、コピーされるデータをECC回路を用いて検査し、エラーがあるは場合には正しいデータに復元してからコピー先に書き込みすべきである。しかしこのECC回路による処理は、データを検査するだけでも時間がかかるため、コピー動作の高速化を阻害する。
【0011】
ECC回路を用いることなく、信頼性の高い書き込みを実現するためには、前述の過書き込みセルの検出と誤書き込みセルの検出を書き込み時に行い、それらが含まれている場合には、メモリチップをコントロールしているコントローラに知らせることが必要になる。そのための過書き込みベリファイや誤書き込みベリファイの方法については、既に提案されている(例えば、特許文献1参照)。ここでは、過書き込みベリファイ動作は、通常の書き込み動作が終わった後に続けて行われる。過書き込みは、所定の読み出し電圧を選択ワード線に印加した読み出し動作で、メモリセルがオンするか否かにより判定される。しかし、この過書き込みベリファイのみでは、ECC回路によるデータ検査を省略した高速コピー動作実現のためには、書き込み動作の信頼性が十分ではない。
【0012】
一方、誤書き込みベリファイも、通常の書き込み動作が終了した後に行うことができるとされている。誤書き込みセルは、選択ワード線に印加する電圧を異ならせた2回の読み出し動作で検出される。この2回の読み出しで誤書き込みと判定されるしきい値レベルは、通常の読み出し電圧Vrr=0V以上で且つ、“0”データのしきい値の下限値以下の範囲である。これは、他の誤書き込みベリファイの提案においても同様である。しかしこの誤書き込みベリファイの方法では、しきい値が0Vにきわめて近いがパス(誤書き込みではない)と判定されたセルは、その後の何らかの変動要因によって、誤書き込み状態になる可能性がある。
【0013】
【特許文献1】
特開2000−100178公報
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
従来提案されている過書き込みベリファイや誤書き込みベリファイ法は、例えば過書き込みベリファイのみでは、高速のオンチップコピー動作の実現を考えた場合に、十分に信頼性の高い書き込みが難しい。また、2回の読み出しを行う誤書き込みベリファイ法も、パスとされたセルがその後の変動要因で容易に誤書き込み状態になる可能性があった。
【0015】
この発明は、誤書き込み及び過書き込みの判定機能を備えた不揮発性半導体記憶装置を提供するすることを目的としている。
【0016】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る不揮発性半導体記憶装置は、電気的に消去書き込み可能なメモリセルを配列して構成され、各メモリセルはしきい値電圧が第1の値以下である第1論理状態としきい値がそれより高い第2の値以上である第2論理状態とを不揮発に記憶するメモリセルアレイと、前記メモリセルアレイからの読み出しデータをセンスするセンスアンプを兼ねた、前記メモリセルアレイへの書き込みデータがロードされるデータ保持回路と、前記メモリセルアレイの書き込みシーケンスを制御するコントローラとを備え、前記コントローラは、前記データ保持回路にロードされた書き込みデータに基づいて、前記メモリセルアレイの選択メモリセルに書き込み電圧を印加してそのデータを第1論理状態から第2論理状態にシフトさせるための書き込み制御機能と、前記メモリセルアレイに書き込まれたデータを読み出して、前記選択メモリセルのデータが第2論理状態にシフトしたことを確認するための書き込みベリファイ制御機能と、前記メモリセルアレイに書き込まれたデータを読み出して、第1論理状態に保持されるべきメモリセルのしきい値電圧が第1論理状態の変動の上限値として設定された第3の値を越えてシフトしていないことを確認するための誤書き込みベリファイ制御機能と、前記メモリセルアレイに書き込まれたデータを読み出して、第2論理状態にシフトされた前記選択メモリセルのしきい値電圧がその上限値である第4の値を超えてシフトしていないことを確認するための過書き込みベリファイ制御機能とを備え、前記データ保持回路は、前記メモリセルアレイの1ページ分の読み出し又は書き込みデータを保持する第1のラッチ回路を有するページバッファと、前記ページバッファの各第1のラッチ回路とデータ転送可能に接続された第2のラッチ回路を有し、前記データ保持回路にロードされた前記書き込みデータを、書き込みの終了が判定されるまで保持するキャッシュとを有し、前記第1のラッチ回路は、第1のノードおよびこれとレベル反転した第2のノードを有し、前記第2のラッチ回路は、書き込みデータがロードされる第3のノードを有し、前記第1のノードは第1の転送ゲートを介して第4のノードに接続され、前記第2のノードは第2の転送ゲートを介して第4のノードに接続され、前記第4のノードは第3の転送ゲートを介して第3のノードに接続され、前記第4のノードは第4の転送ゲートを介してメモリセルアレイ内のビット線に接続され、第1論理状態のメモリセルのしきい値電圧は負、第2論理状態のメモリセルのしきい値電圧は正でありかつ、前記第3の値は負であって、前記誤書き込みベリファイ制御機能により制御されるベリファイ読出し動作は、前記第3のノードにロードされた書き込みデータを前記第3の転送ゲートを介して第2のノードに転送し、前記第1のノードに現れる論理反転したデータを、前記第1の転送ゲートを介して前記ビット線に転送することにより前記ビット線をプリチャージした後、確認すべきメモリセルの制御ゲートに所定の読み出し電圧を印加し、メモリセルのソースからドレインに読み出し電流を流して、前記ビット線の充電電圧を検出することにより行われることを特徴とする。
また、この発明の別の態様に係る不揮発性半導体記憶装置は、電気的に消去書き込み可能なメモリセルを配列して構成され、各メモリセルはしきい値電圧が第1の値以下である第1論理状態としきい値がそれより高い第2の値以上である第2論理状態とを不揮発に記憶するメモリセルアレイと、前記メモリセルアレイからの読み出しデータをセンスするセンスアンプを兼ねた、前記メモリセルアレイへの書き込みデータがロードされるデータ保持回路と、前記メモリセルアレイの書き込みシーケンスを制御するコントローラとを備え、前記コントローラは、前記データ保持回路にロードされた書き込みデータに基づいて、前記メモリセルアレイの選択メモリセルに書き込み電圧を印加してそのデータを第1論理状態から第2論理状態にシフトさせるための書き込み制御機能と、前記メモリセルアレイに書き込まれたデータを読み出して、前記選択メモリセルのデータが第2論理状態にシフトしたことを確認するための書き込みベリファイ制御機能と、前記メモリセルアレイに書き込まれたデータを読み出して、第1論理状態に保持されるべきメモリセルのしきい値電圧が第1論理状態の変動の上限値として設定された第3の値を越えてシフトしていないことを確認するための誤書き込みベリファイ制御機能と、前記メモリセルアレイに書き込ま れたデータを読み出して、第2論理状態にシフトされた前記選択メモリセルのしきい値電圧がその上限値である第4の値を超えてシフトしていないことを確認するための過書き込みベリファイ制御機能とを備え、前記データ保持回路は、前記メモリセルアレイの1ページ分の読み出し又は書き込みデータを保持する第1のラッチ回路を有するページバッファと、前記ページバッファの各第1のラッチ回路とデータ転送可能に接続された第2のラッチ回路を有し、前記データ保持回路にロードされた前記書き込みデータを、書き込みの終了が判定されるまで保持するキャッシュとを有し、前記第1のラッチ回路は、第1のノードおよびこれとレベル反転した第2のノードを有し、前記第2のラッチ回路は、書き込みデータがロードされる第3のノードを有し、前記第1のノードは第1の転送ゲートを介して第4のノードに接続され、前記第2のノードは第2の転送ゲートを介して第4ノードに接続され、前記第4のノードは第3の転送ゲートを介して第3のノードに接続され、前記第4のノードは第4の転送ゲートを介してメモリセルアレイ内のビット線に接続され、第1論理状態のメモリセルのしきい値電圧が負、第2論理状態のメモリセルのしきい値電圧が正でありかつ、前記第3の値が負であって、前記誤書き込みベリファイ制御機能により制御されるベリファイ読出し動作は、前記第3のノードにロードされた書き込みデータを前記第1及び第3の転送ゲートを介して前記第1のノードに転送し、前記第1のノードに転送されたデータを前記ビット線に転送することにより前記ビット線をプリチャージした後、確認すべきメモリセルの制御ゲートに通常読み出し時の読み出し電圧を印加し、メモリセルのドレインからソースに読み出し電流を流して、前記ビット線の放電電圧を検出することにより行われることを特徴とする。
この発明に係る不揮発性半導体記憶装置はまた、電気的に消去書き込み可能なメモリセルを配列して構成され、各メモリセルはしきい値電圧が第1の値以下である第1論理状態としきい値がそれより高い第2の値以上である第2論理状態とを不揮発に記憶するメモリセルアレイと、前記メモリセルアレイからの読み出しデータをセンスするセンスアンプを兼ねた、前記メモリセルアレイへの書き込みデータがロードされるデータ保持回路と、前記メモリセルアレイの書き込みシーケンスを制御するコントローラとを備え、前記コントローラは、前記データ保持回路にロードされた書き込みデータに基づいて、前記メモリセルアレイの選択メモリセルに書き込み電圧を印加してそのデータを第1論理状態から第2論理状態にシフトさせるための書き込み制御機能と、前記メモリセルアレイに書き込まれたデータを読み出して、前記選択メモリセルのデータが第2論理状態にシフトしたことを確認するための書き込みベリファイ制御機能と、前記メモリセルアレイに書き込まれたデータを読み出して、第1論理状態に保持されるべきメモリセルのしきい値電圧が第1論理状態の変動の上限値として設定された第3の値を越えてシフトしていないことを確認するための誤書き込みベリファイ制御機能と、前記メモリセルアレイに書き込まれたデータを読み出して、第2論理状態にシフトされた前記選択メモリセルのしきい値電圧がその上限値である第4の値を超えてシフトしていないことを確認するための過書き込みベリファイ制御機能とを備え、前記データ保持回路は、前記メモリセルアレイの1ページ分の読み出し又は書き込みデータを保持する第1のラッチ回路を有するページバッファと、前記ページバッファの各第1のラッチ回路とデータ転送可能に接続された第2のラッチ回路を有し、前記データ保持回路にロードされた前記書き込みデータを、書き込みの終了が判定されるまで保持するキャッシュとを有し、前記第1のラッチ回路は、第1のノードおよびこれとレベル反転した第2のノードを有し、前記第2のラッチ回路は、書き込みデータがロードされる第3のノードを有し、前記第1のノードは第1の転送ゲートを介して第4のノードに接続され、前記第2のノードは第2の転送ゲートを介して第4のノードに接続され、前記第4のノードは第3の転送ゲートを介して第3のノードに接続され、前記第4のノードは第4の転送ゲートを介してメモリセルアレイ内のビット線に接続され、第1論理状態のメモリセルのしきい値電圧が負、第2論理状態のメモリセルのしきい値電圧が正でありかつ、前記第3の値がゼロ又は正であって、前記誤書き込みベリファイ制御機能により制御されるベリファイ読出し動作は、前記第3のノードにロードされた書き込みデータを前記第1及び第3の転送ゲートを介して前記第1のノードに転送し、前記第1のノードに転送されたデータを前記ビット線に転送することにより前記ビット線をプリチャージした後、確認すべきメモリセルの制御ゲートに前記第3の値に相当する読み出し電圧を印加し、メモリセルのドレインからソースに読み出し電流を流して、前記ビット線の放電電圧を検出することにより行われることを特徴とする。
この発明に係る不揮発性半導体記憶装置はまた、電気的に消去書き込み可能なメモリセルを配列して構成され、各メモリセルはしきい値電圧が第1の値以下である第1論理状態としきい値がそれより高い第2の値以上である第2論理状態とを不揮発に記憶するメモリセルアレイと、前記メモリセルアレイからの読み出しデータをセンスするセンスアンプを兼ねた、前記メモリセルアレイへの書き込みデータがロードされるデータ保持回路と、前記メモリセルアレイの書き込みシーケンスを制御するコントローラとを備え、前記コントローラは、前記データ保持回路にロードされた書き込みデータに基づいて、前記メモリセルアレイの選択メモリセルに書き込み電圧を印加してそのデータを第1論理状態から第2論理状態にシフトさせるための書き込み制御機能と、前記メモリセルアレイに書き込まれたデータを読み出して、前記選択メモリセルのデータが第2論理状態にシフトしたことを確認するための書き込みベリファイ制御機能と、前記メモリセルアレイに書き込まれたデータを読み出して、第1論理状態に保持されるべきメモリセルのしきい値電圧が第1論理状態の変動の上限値として設定された第3の値を越えてシフトしていないことを確認するための誤書き込みベリファイ制御機能と、前記メモリセルアレイに書き込まれたデータを読み出して、第2論理状態にシフトされた前記選択メモリセルのしきい値電圧がその上限値である第4の値を超えてシフトしていないことを確認するための過書き込みベリファイ制御機能とを備え、前記データ保持回路は、前記メモリセルアレイの1ページ分の読み出し又は書き込みデータを保持する第1のラッチ回路を有するページバッファと、前記ページバッファの各第1のラッチ回路とデータ転送可能に接続された第2のラッチ回路を有し、前記データ保持回路にロードされた前記書き込みデータを、書き込みの終了が判定されるまで保持するキャッシュとを有し、前記第1のラッチ回路は、第1のノードおよびこれとレベル反転した第2のノードを有し、前記第2のラッチ回路は、書き込みデータがロードされる第3のノードを有し、前記第1のノードは第1の転送ゲートを介して第4のノードに接続され、前記第2のノードは第2の転送ゲートを介して第4のノードに接続され、前記第4のノードは第3の転送ゲートを介して第3のノードに接続され、前記第4のノードは第4の転送ゲートを介してメモリセルアレイ内のビット線に接続され、前記コントローラは、前記メモリセルアレイの第1のページのデータを前記第1及び第4の転送ゲートを介して前記ページバッファの第1のノードに読み出し、その読み出しデータを前記第2のノードから前記第2及び第3の転送ゲートを介して論理反転されたデータとして前記キャッシュの第3のノードに転送し、第3のノードに転送されたデータを前記第1及び第3の転送ゲートを介して再度前記ページバッファの第1のノードに転送し、ページバッファの第1のノードに転送されたデータを前記第1及び第4の転送ゲートを介して前記メモリセルアレイの第2のページに書き込むオンチップコピーモードを有することを特徴とする。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態を説明する。
[実施の形態1]
図1は、この発明の実施の形態によるNAND型EEPROMフラッシュメモリの構成を示すブロック図である。NAND型フラッシュメモリは、メモリセルアレイ100と、このメモリセルアレイ100のワード線選択を行うロウデコーダ140及び、ビット線選択を行うカラムデコーダ130を有する。メモリセルアレイ100の読み出しデータを検知し、書き込みデータをラッチするセンスアンプ兼データラッチ回路として、1ページ分のページバッファ(PB)110が設けられている。
【0018】
NAND型フラッシュメモリにおいては、書き込み動作の最初にページバッファにロードしたデータが書き込み動作終了時には、書き換えられてしまう。この実施の形態では、不規律(erratic)書き込みによる誤(erroneous)書き込みを見出す動作(以下、誤書きこみベリファイという)を実行するために、書き込み動作が終了した後にも、当初の書き込みデータを保持するようにする。そのために、ロードした書き込みデータを、書き込み動作終了までそのまま保持するように、1ページ分のメモリセルに対して2つのデータ保持回路を備える。図1において、ページバッファ110がセンスアンプを兼ねた一つのデータ保持回路であり、これにデータ転送可能に接続されたキャッシュ120がもう一つのデータ保持回路となる。
【0019】
アドレスは、入出力バッファ200を介してアドレスレジスタ210に取り込まれ、ロウデコーダ140及びカラムデコーダ130に転送される。制御回路300は、制御信号に基づいて、コマンドアドレスの入力やデータの入出力の制御を行い、またコマンドレジスタ220に取り込まれたコマンドに応じて、読み出し、書き込み、消去等のシーケンス制御を行い、それに伴って必要な高電圧を発生するための高電圧発生回路(昇圧回路)310の制御を行う。
【0020】
ステータスレジスタ400は、フラッシュメモリの種々の状態を外部に知らせるためのもので、チップがレディ/ビジー状態のいずれにあるかを示すデータを保持するレディ/ビジーレジスタ401、書き込みのパス/フェイルを示すデータを保持する書き込みステータスレジスタ402、誤書き込み状態の有無(誤書き込みベリファイのパス/フェイル)を示すデータを保持する誤書き込みステータスレジスタ403、過書き込み状態の有無(過書き込みベリファイのパス/フェイル)を示すデータを保持する過書き込みステータスレジスタ404を有する。
【0021】
メモリセルアレイ100は、図2に示すように、電気的書換え可能な不揮発性メモリセルMCをマトリクス状に配列して構成されている。メモリセルMCは、浮遊ゲートと制御ゲートが積層されたMOSトランジスタ構造を有する。この例では、16個のメモリセルMCが直列に接続されてNANDセルユニットを構成している。その一方の端のメモリセルMCのドレインは、選択ゲートトランジスタSG1を介してビット線BLに接続され、他方の端のメモリセルMCのソースは、選択ゲートトランジスタSG2を介して共通ソース線CELSRCに接続されている。
【0022】
ロウ方向のメモリセルMCの制御ゲートは、共通のワード線WLiに接続され、ロウ方向の選択ゲートトランジスタSG1,SG2のゲート電極はそれぞれ、共通の選択ゲート線SGD,SGSに接続されている。1本のワード線WLiに沿った多数のメモリセルMCのデータ範囲が1回の書き込み及び読み出しで同時にアクセスされる単位の1ページとなる。またカラム方向に隣接する、16ページ分のメモリセルセル範囲であるセルブロックB1,B2がそれぞれ一括データ消去の単位となる。
【0023】
図2に示すように、ページバッファ110は、少なくとも1ページ分のデータを保持する、複数のページバッファユニットPBUにより構成され、キャッシュ120もそれと同数のキャッシュユニットCAUを備える。具体的に例えば、ページバッファ110は、528バイト分となる。キャッシュ120を構成するデータラッチは、後に具体例を示すように、インバータを組み合わせたラッチでもよいし、キャパシタ素子であってもよく、書きこみデータを所定の時間保持できるものであれば形を問わない。
【0024】
図2におけるページバッファ110とキャッシュ120の一セット141の具体構成を示すと、図3のようになる。ここでは、2本のビット線BLeとBLoが、NMOSトランジスタ14、15を介して1つのページバッファユニットPBUに接続されているが、これが1本であってもよいし、あるいは、2本以上の複数本であってもよい。NMOSトランジスタ14,15の制御信号BLSeとBLSoは、どちらのビット線のセルに対するアクセスかを切り替えるビット線選択信号である。
【0025】
NMOSトランジスタ14,15を介してビット線に接続されるノードSABLは、NMOSトランジスタ9と5を介して、クロックトインバータ1,2の逆並列接続により構成されたラッチ回路LATCH1のノードN1に接続されている。NMOSトランジスタ9は、読み出し動作においては、ビット線をプリチャージする動作と、所定時間メモリセルによるビット線放電が行われた後にビット線電位をセンスする動作とに用いられる。NMOSトランジスタ5は、所定のタイミングでノードN1,N4間のデータ転送を行う制御に用いられる。NMOSトランジスタ5,9の接続ノードN4に接続されたNMOSトランジスタ10は、ビット線や、ノードN4,N1を適宜プリチャージするためのトランジスタである。またNMOSトランジスタ12と再充電回路13は、書きこみベリファイ読み出しで、“1”書き込みのセルに対して、“1”データを保持するために用いられる。即ち、ラッチ回路LATCH1のノードN1に一旦“1”書き込みデータがロードされ、又は書き込みパスデータに対応する論理“H”データがセットされた場合には、その後のベリファイ読み出しのビット線センスの結果に拘わらず、ノードN1を論理“H”データに戻す機能を有する。
【0026】
通常の読み出し動作や、ベリファイ読み出し動作では、ビット線の電位をノードN4で増幅した後、ノードN1にデータを取り込むが、ラッチ回路LATCH1のもう一方のノードN2とノードN4の間にもNMOSトランジスタ6を介在させている。このNMOSトランジスタ6を介してビット線データをラッチLATCH1に取り込めば、通常の読み出し動作とは論理反転したデータをラッチすることが可能である。これは、後述する反転読み出しや、反転データ転送への対応である。
【0027】
ノードN4は、転送ゲートNMOSトランジスタ7を介してクロックトインバータ3,4の逆並列接続からなるラッチ回路LATCH2のノードN5に接続されている。このラッチ回路LATCH2がキャッシュユニットCAUの本体である。ラッチ回路LATCH2のノードN5,N6は、NMOSトランジスタ16,17を介してデータ線io,ionに接続されている。NMOSトランジスタ16,17のゲートには、カラム選択信号CSLが供給される。カラム選択信号CSLが“H”レベルの場合に、データ線を介して、ラッチLATCH2とチップ外部とのデータ入出力が可能となっている。ノードN5に接続されたPMOSトランジスタ8は、キャッシュユニットCAUのラッチデータをリセットするためのものである。
【0028】
この様に構成されたフラッシュメモリの誤書きこみのチェックを含めた書きこみ動作制御について説明する。
図6は書き込み動作制御フローチャートであり、図9は、その書き込みシーケンスでのセルデータとページバッファ(PB)110及びキャッシュ(Cache)120のデータ変化の様子を、4ビットのセルCell0−Cell3を例に挙げて示している。ここで、PBのデータは、ノードN1のそれであり、Cacheのデータは、ノードN5のそれである。
【0029】
データ消去状態では、全てのメモリセルCell0−3には、“1”状態が記憶されている(図9の状態A1参照)。まず、書き込みデータを外部入出力端子からキャッシュ120に取り込み(ステップS1)、そのデータをページバッファ110に転送する(ステップS2)。これが図9の状態B1であり、ここでは、セルCell0−3に対して、書き込みデータca0=“1”,ca1=“0”,ca2=“1”,ca3=“0”がロードされた例を示している。
【0030】
続いて、書き込みパルス印加動作を行う(ステップS3)。このとき、図9の状態C1に示すように、ページバッファ110から、メモリセルCellにつながるビット線BLiにデータを転送する。即ち、“0”を書き込むメモリセルCell1,3には、ビット線BLに“0”データに対応する0Vが転送され、“1”状態を保持すべきメモリセルCell0,2には、ビット線BLに“1”データに相当するVddが転送される。この後、選択ワード線WLjに書き込みパルス電圧Vpgmを印加する。NANDセルユニット内で書き込み電圧Vpgmが印加されたメモリセルCellと直列に接続された非選択メモリセルの制御ゲート(非選択ワード線)には、書き込み電圧Vpgmより低い中間電圧(パス電圧)Vpassを印加する。選択されたNANDセルブロックにおいては、同時にビット線BL側の選択ゲート線SGDにVddを印加する。
【0031】
これにより、“0”データを書きこむメモリセルCellにおいては、チャネルが0Vで、制御ゲートに約20Vが印加されるため、FNトンネル電流により浮遊ゲートへの電子注入が生じ、そのしきい値が高くなる。一方、“1”データ状態を保持するメモリセルでは、ビット線BLへの電圧Vdd印加と、選択ゲート線SGDへの電圧Vdd印加により、チャネルは、Vdd−Vt(Vtは選択ゲートトランジスタのしきい値電圧)まで充電されてフローティングになる。このため、書き込み電圧Vpgmやパス電圧Vpassが印加されたとき、容量カップリングでチャネル電位がVdd以上に持ち上げられ、制御ゲートとフローティングチャネルの間の電位差が小さく保たれるので、書き込み(電子注入)が行われない。
【0032】
続いて、ベリファイ読み出し(ステップS4)では、選択ビット線BLの全てを所定レベルにプリチャージし、選択ワード線WLjにしきい値判定に必要な読み出し電圧Vpvを与えて、ビット線BLにチャージされた電荷をメモリセルCellを介して放電させる(図9の状態D1)。もし、メモリセルCellのしきい値がVpv以上であれば、セル電流は殆ど流れないため、プリチャージレベルの低下が小さく、その後のセンス動作で、“H”レベルがPBに取り込まれる。これは、書き込み“パス”状態を意味する。一方、“0”書き込みされたメモリセルCellで、書き込みしきい値がVpvより低いと、セル電流が多く流れるため、ビット線電位の低下が大きく、その後のセンス動作で、“L”レベルがPBに取り込まれる。これは、書きこみ“フェイル”状態を意味する。
【0033】
ベリファイ読み出し時に、“1”セルに対して、“1”書きこみを行った部位においては、ビット線プリチャージ後に、一旦ビット線電位が“1”状態のメモリセルにより放電されるが、NMOSトランジスタ12と再充電回路13によって、“1”書きこみ部には、強制的に“1”データが取り込まれる。“0”書き込みを行ったセルで“0”が書き込まれた場合には、ベリファイ読み出しの結果に基づいて、対応するページバッファユニットPBUのデータが“1”に反転される。“0”書き込みが不十分でるセルについては、ページバッファユニットPBUのデータは初期の“0”のまま保持される。図9の状態E1では、“0”書き込みを行うセルcell1,3のうち、セルcell1では“0”が書き込まれ、セルcell3で書き込みが不十分であった場合を示している。
【0034】
この場合、判定ステップS5で全てのセルが書き込まれていないものと判定されて、未書き込みのセルについて再度書き込みパルス印加動作(ステップS3)、ベリファイ読み出し動作(ステップS4)が繰り返される。書き込み動作の繰り返しでは、図5に示すように、書き込みパルス電圧VpgmがΔVpgmだけステップ的に高くされ、書き込み動作が加速される。これによって、再度の書き込みを行ってもメモリセルのしきい値は、ΔVpgm相当しかシフトしないため、書きこみとベリファイ読み出しを繰り返し行っても、最終的には、書きこみ状態のしきい値分布幅は、ΔVpgm+αに制御される。ここで“+α”は、セルアレイ内のノイズに起因するしきい値分布のばらつき幅である。
判定ステップS5において、ベリファイ読み出し後のページバッファ110のデータが全て“1”ならば、全てのセルに対する書き込み動作が終了となる(図9の状態F1)。
【0035】
この後、この実施の形態では、選択ワード線に沿ったメモリセルのうち、“1”書き込みセル(書き込み禁止のセル)での誤書き込みを検出するための、誤書き込みベリファイ読み出しを行う。この誤書き込みベリファイ読み出し動作は、書き込み動作の間、キャッシュ120に保持していた書き込みデータを反転してページバッファ110に転送し(ステップS6)、そのデータを実際に書き込まれたメモリセルデータと照合することにより行う(ステップS7)。
書き込みベリファイ動作及び誤書き込みベリファイ動作の詳細については、通常読み出し動作との比較のため、通常読み出し動作を説明した後に説明する。
【0036】
図13は、通常のデータ読み出しの動作タイミングを示している。時刻R1で、NMOSトランジスタ10のゲートにVdd+αの電圧を印加し、NMOSトランジスタ9のゲート(BLCLAMP)にビット線プリチャージ用のクランプ電圧Vpreを印加する。これにより、選択されたビット線に、Vpre−Vt(Vtは、NMOSトランジスタ9のしきい値)がプリチャージされる。同時に、選択されたNANDセルブロックの選択ワード線に読み出し電圧Vrrを、選択ゲート線SGD及び非選択ワード線にパス電圧Vreadを与えることで、ビット線から読み出しを行うメモリセルのチャネルまでプリチャージする。
【0037】
時刻R2で、NMOSトランジスタ9のゲート(BLCLAMP)を0Vにして、ビット線をフローティングにしつつ、選択されたNANDセルブロックのソース側の選択ゲート線SGSにパス電圧Vreadを与える。これにより、選択ワード線の読み出し電圧Vrrより、メモリセルのしきい値が高ければビット線の放電はなく、低ければ読み出し電流が流れてビット線が放電される。
【0038】
時刻R3で、ページバッファPB側のラッチ回路LATCH1を非活性状態にして、時刻R4からR5にかけて、ノードN4だけでなくN1もおよそVddにプリチャージする。そして時刻R6で、NMOSトランジスタ9のゲートにセンス用電圧Vsen(<Vpre)を印加し、プリチャージ時よりも低いクランプ状態でノードN4、N1とビット線を接続する。この時、ビット線の電位が、Vsen−Vt(VtはNMOSトランジスタ9のしきい値)以下であれば、ノードN4、N1は、ビット線とほぼ同電位になるまで放電され、Vsen−Vtより高ければ、NMOSトランジスタ9はカットオフするため、ノードN4、N1は、Vddを保持する。時刻R8でこの電位をクロックトインバータ1で更にセンスして、時刻R9でラッチして読み出しデータを保持する。
【0039】
図14は、書き込みベリファイ読み出し動作のタイミング図であり、時刻V1−V7は、図13の通常読み出し動作の時刻R1−R7までに対応する。通常読み出し動作との違いは、選択ワード線に与える読み出し電圧が、図4に示す“0”データの判定しきい値であるVpvであることと、時刻V8、V9の動作である。即ち通常読み出し動作と同様に、ビット線の電位をNMOSトランジスタ9によるクランプ動作により増幅した後、時刻V8、V9間に、Vdd+αの制御信号REGが印加される。これにより、ベリファイ読み出し直前の書き込みパルス印加動作で“1”書き込みであった場合には、NMOSトランジスタ12が導通した時に、再充電回路13によりノードN4、N1が再充電される。そして時刻V10、V11の間でラッチ回路LATCH1のノードN1に“H”レベルが取り込まれる。ベリファイ読み出し直前の書きこみパルス印加動作で“0”書き込みであった場合には、NMOSトランジスタ12が導通しても、再充電回路13がオフする(即ち電位を供給しない)ために、時刻V7までにノードN4、N1に取り込んだ電位がラッチLATCH1に取り込まれる。
【0040】
次に、書き込みシーケンス終了後のステップS6,S7での誤書き込みベリファイ読み出しの動作を、図10を用いて説明する。図10は、図9に示した書き込みシーケンスに続くものである。前述のように書き込みパルス印加動作と書き込みベリファイ読み出しの繰り返しにより、ページバッファ110のラッチLATCH1のデータ(ノードN1側)が全て“H”になれば、書き込み終了である。この後、キャッシュ120の各ラッチLATCH2に保持されていた書き込みデータを、反転してページバッファ110のそれぞれ対応するラッチLATCH1に転送する(図10の状態A2)。
【0041】
このデータ反転転送は、図3において、キャッシュユニットCAUのノードN5のデータを、NMOSトランジスタ7と6を介してページバッファユニットPBUのノードN2へ転送する動作である。これにより、ノードN5とノードN1のデータは反転する。続いて、ノードN1のデータを書き込みを行った選択ビット線に出力する(図10の状態B2)。ここで、図10の状態B2に示すように、ページバッファ110のラッチLATCH1のノードN1のデータをビット線に出力することがビット線プリチャージとなる。ここで、“1”書きこみを行ったページバッファユニットでは、ノードN5が“1”,ノードN1が“0”となっているため、ビット線には0Vがプリチャージされる。“0”書きこみを行ったページバッファユニットでは、その逆となり、ビット線には“H”レベルのプリチャージが行われる。
【0042】
ここで、チェックしたいのは、“1”状態のメモリセルに対して“1”書きこみを行ったメモリセルのしきい値が“0”状態のしきい値側に大きくシフトしていないかどうかということである。そこで、NANDセルブロックの共通ソース線CELSRCにVddを印加しておいて、後述する消去ベリファイ読み出しと同様に、負のしきい値によってビット線が所定のレベルまで充電されか否かを検出する。具体的には、選択ワード線には所定の読み出し電圧を印加し、それ以外の非選択ワード線には読み出し用の転送電圧(パス電圧)Vreadを印加する。選択ゲート線にはVreadを印加する。もし、選択メモリセルのしきい値が“1”状態(負)のままであれば、メモリセルのソースフォロワの動作により、0Vにプリチャージされたビット線が充電されて、論理的に“H”(=“1”)のデータが読み出される。このとき“0”書き込みセルに対応するビット線は、“H”(=“1”)にプリチャージされたフローティングのままである(図10の状態C2)。
【0043】
このビット線の“H”データをページバッファ110でセンスしてそのラッチ回路LATCH1に取り込めば、ノードN1が“H”レベル(=“1”)となる(図10の状態D2)。もし、“1”を保持すべきメモリセルが誤書き込みされていれば、そのしきい値は正常な“1”データのそれより高い。この場合、ビット線に充電される電位が低くなり、ページバッファ110でセンスしてラッチすると、本来“H”であるべきところが“L”(=“0”)となる。次に、ページバッファ110のラッチデータ(ノードN1のデータ)が全て“H”であるか否かを検出する(図10の状態E2)。オール“H”が検出されれば、誤書き込みがないことになり、オール“H”でなければ、誤書きこみがあったことがわかる。
【0044】
以上のように誤書き込みベリファイ読み出し動作は、メモリセルによるソースフォロア動作を利用して実施される。これは、消去ベリファイ読み出しと同様の動作になる。消去ベリファイ読み出しの動作タイミングを図15に、これと同様の誤書き込みベリファイ読み出しの動作タイミングを図16に示す。
【0045】
まず、消去ベリファイ読み出しの動作を、図15を参照して説明する。メモリセルのソースフォロワ動作を利用した消去ベリファイ読み出しでは、ビット線を0Vにプリチャージした後に、しきい値が負であるメモリセルを通してソース線からビット線を充電させる。図20Aには、その時のバイアス関係を示している。
【0046】
まず、時刻E1からE3で、ページバッファ110のラッチ回路LATCH1のノードN2を0Vにリセットする。このとき、再充電回路13が0Vを出力し、これをNMOSトランジスタ6と12をオンにしてノードN2に転送することにより、N2=0Vにセットされる。また、NANDセルブロックの共通ソース線CELSRCに、Vddを印加する。
【0047】
続いて、時刻E4からE5で、オンとなるNMOSトランジスタ9と6を介して、選択ビット線を0Vにプリチャージする。また、選択されたNANDセルブロックの全ワード線に読み出し電圧Vcgevを、選択ゲート線SGSに“H”レベル電圧(転送電圧)Vreadを与えて、NANDセルユニットのチャネル内を充電しておく。ワード線電圧Vcgevは、図4に示す消去時のしきい値上限値Vevを保証するに必要な電圧(例えば、0V)とする。
【0048】
時刻E5で、ビット線のプリチャージを止め、NANDセルブロックの選択ゲート線SGDを“H”レベル(転送電圧)Vreadにする。これにより、メモリセルのしきい値Vtcellが負であれば、ビット線には、Vcgev−Vtcellが充電される。消去ベリファイでは、NANDセルユニット内の全てのメモリセルがベリファイの対象となっているので、直列に接続されたメモリセル全てが、所定の負のしきい値の範囲でなければ消去ベリファイでパスしない。
【0049】
時刻E6からE8では、ノードN4、N1をVddにプリチャージし、時刻E9からE10において、NMOSトランジスタ9のゲートにセンス電圧Vsenevを印加してビット線電位をセンスする。このとき、ビット線の電位がVsenev−Vt以下であれば、ノードN4、N1の電位はビット線とほぼ同電位となり、その後の時刻E11、E12のデータ取り込みで、ラッチLATCH1には“L”レベルのデータが取り込まれる。この場合、消去不十分であるフェイルとなる。一方、ビット線電位がVsenev−Vtより高ければ、NMOSトランジスタ9はカットオフし、ノードN4、N1の電位はVddが保持されて、その後のラッチLATCH1へのデータ取り込みでは、“H”レベルのデータが取り込まれる。この場合は、消去ベリファイはパスとなる。
【0050】
図20Aに示した消去ベリファイ動作での、全メモリセルが消去されている場合のビット線充電の様子を具体的に説明する。選択ゲート線SGD,SGSには、パス電圧Vread=4Vが印加され、全ワード線には、読み出し電圧Vcgevが印加される。共通ソース線CERSRCに電圧Vddが与えられたとき、選択ゲートトランジスタのしきい値電圧を2.0Vとすると、ワード線WL0により駆動されるメモリセルのソースに約2Vが転送され、ドレインには、Vcgev−Vtcell+βが転送される。Vtcellは、セルのしきい値(負)である。βは、ソース側電位が高いことにより、浮遊ゲートの電位が容量カップリングによって持ち上がる結果の電圧である。このβは、メモリセルの負のしきい値をより深く見せる効果となるが、これよりビット線側のセルでは、拡散層電位がVcgev−Vtcell付近にクランプされるので小さくなり、ビット線BLに転送される電圧は、Vcgev−Vtcell(約1V)となる。
【0051】
次に、図16を用いて誤書きこみベリファイ読み出しの動作を説明する。この誤書き込みベリファイにおいて、メモリセルによりソースフォロア動作させる時のバイアス関係を図20Bに示している。
まず、時刻EP1以降の動作が始まる前に、先に述べたように、キャッシュ120のラッチ回路LATCH2から、ページバッファ110側のラッチ回路LATCH1にデータが反転転送されている。したがって、“1”状態のメモリセルに“1”書き込みを行ったページバッファユニットPBUでは、ノードN1が“0”データ(すなわち、0V)となっている。時刻EP1からEP2においては、NMOSトランジスタ9のゲートにプリチャージ電圧Vpre、NMOSトランジスタ5のゲートにVdd+αを与えて、ページバッファ110のラッチLATCH1のデータに基づき選択ビット線を充電する。ノードN1が“0”データの時、ビット線は0V、N1が“1”データの時、ビット線には、Vpre−Vt(Vtは、NMOSトランジスタ9のしきい値)がプリチャージされる。
【0052】
またこの時、NANDセルブロックの共通ソース線CELSRCはVddに充電され、選択されたNANDセルブロックにおいては選択ゲートSGSが“H”レベルになることにより、NANDセルのチャネルまでVddに充電されている。また、選択ワード線には、誤書き込みベリファイ用の読み出し電圧Vcgepvが印加されている。ここで、ベリファイ読み出し電圧Vcgepvは、消去ベリファイ時のベリファイ読み出し電圧Vcgevよりやや高い電圧にすることが望ましい。例えば、Vcgevが0Vのとき、Vcgepvを0.5Vにする。
【0053】
図4に示すように、“1”状態の分布を消去動作で作る場合に、消去ベリファイ動作で保証するメモリセルのしきい値の上限は、Vevである。書き込み動作で“1”データのセルに誤書き込みストレスがかかった後には、このしきい値の上限Vevより少なからず正側にシフトするしきい値変動が避けられない。このため、消去ベリファイ時と同じベリファイ条件で、誤書きこみチェックを行うとフェイルが多発してしまう。よって、誤書きこみベリファイ時の選択ワード線には、消去しきい値分布の上限値Vevの許容される変動の上限値であるしきい値Vepvを保証するに必要な読み出し電圧Vcgepvを印加する。但し、しきい値Vepvは、通常読み出し時に選択ワード線に与えられる読み出し電圧Vrr(即ち、通常の読み出しで“1”状態と“0”状態を区別するしきい値)よりは低いものとする。非選択ワード線には例えば転送電圧Vreadとして例えば4Vを与える。
【0054】
時刻EP2で、このプリチャージを停止するとともに、選択されたNANDセルブロックの選択ゲート線SGDを“H”レベル(=Vread)にする。これにより、選択メモリセルのしきい値Vtcellが負のままであれば、メモリセルにはソースからドレインに読み出し電流が流れ、ビット線はVcgepv−Vtcellに充電される。もし、“1”状態のメモリセルのしきい値が誤書き込みにより正側にシフトしていると、ビット線に充電される電位が低くなる。
一例として、Vevがおよそ−1Vに対して、Vepvをおよそ−0.5Vに定める。この場合、通常読み出し時の選択ワード線電圧Vrrに対して0.5Vの“1”状態読み出しマージンを確保する誤書きこみベリファイとなる。
【0055】
時刻EP3からEP5で、MOSトランジスタ5,10をオンにして、ノードN4、N1をVddにプリチャージした後、時刻EP6からEP7で、NMOSトランジスタ9のゲートにセンス用電圧Vsenevを印加する。この時、選択ビット線の電位がVsenev−Vtより高ければ、NMOSトランジスタ9はカットオフのままであり、ノードN1、N4にはVddが保持される。この場合、後に“H”レベルがラッチLATCH1にとりこまれて、誤書き込みベリファイのパス状態となる。一方、選択ビット線の電位がVsenev−Vtより低ければ、NMOSトランジスタ9はオンするため、ノードN4、N1は放電されてほぼビット線の電位と等しくなる。これは、後に、“L”レベルがラッチLATCH1のノードN1に取り込まれて、誤書き込みベリファイのフェイル状態となる。
【0056】
また、“0”書き込みを行ったページバッファユニットPBUにおいては、この誤書き込みベリファイでは、選択ビット線にVpre−Vtをプリチャージした後、メモリセルからのビット線充電もなく、フローティングのままとなっている。なぜなら、“0”書き込みを行ったメモリセルのしきい値は、正の値となっており、Vcgepvのゲート電圧でオンしないからである。“0”書き込みのビットは、この誤書き込みベリファイではチェックの対象ではなく、必ずパスさせれる必要があるので、時刻EP8からEP9でNMOSトランジスタ12をオンさせて、再充電回路13により、ノードN4、N1を強制的に“H”レベルにする。
【0057】
再充電回路13は、時刻EP3までのノードN1のデータが“H”ならば、このようにノードN4を再充電する。前述の“1”書き込みを行ったページバッファユニットPBUにおいては、この再充電は行われない。
そして、時刻EP10、EP11の期間に、ノードN1の電位をラッチLATCH1に取り込んだとき、全てのページバッファユニットPBUにおいてノードN1の電位が“H”レベルであれば、全体の誤書きこみベリファイの結果がパスとなる。
【0058】
以上のようにこの実施の形態では、書き込みデータがロードされた後、ベリファイ読み出し時に書き込みが十分なセル対応箇所をデータ反転させるようにしたページバッファ110とは別に、外部から供給された書き込みデータをそのまま保持しておくキャッシュ120を付加している。そして、このキャッシュ120の保持データと実際にメモリセルに書き込まれたデータを照合することによって、誤書き込みビットを検出する書き込みベリファイが可能になる。
【0059】
図6の制御フローチャートでは、書き込みを行った後に、誤書き込みベリファイのみ実行して終わる。この図6の動作制御においては、誤書き込みベリファイを伴う実行コマンドによって、誤書きこみベリファイまでを自動で行う。したがって、書き込み動作が開始してから、誤書き込みベリファイが終了するまでの間は、チップがビジー状態であることを示すフラグを、ステータスレジスタ400のレディ/ビジーレジスタ401が出力する。また、ステータスレジスタ400はその他のステータス情報として、書きこみ動作のパス/フェイルのフラグを出力する書き込みステータスレジスタ402、誤書きこみベリファイのパス/フェイルのフラグを出力する誤書き込みステータスレジスタ403を有する。この様に書き込みのパス/フェイルの情報と、誤書き込みベリファイでのパス/フェイル情報を分離することにより、書き込み動作が正常に行われなかったのか、あるいは、書き込み動作は正常に行われたが誤書き込みの結果としてフェイルになったのかを判断することが可能になる。
【0060】
[実施の形態2]
次に、上記実施の形態1での誤書き込みベリファイ動作に加えて、過書き込みベリファイ動作を行うようにした実施の形態を説明する。フラッシュメモリ構成は、実施の形態1と同様である。
【0061】
図7がこの実施の形態での過書き込みベリファイを含む動作制御フローチャートである。ステップS1のデータロードから、ステップS7の誤書きこみベリファイまでは、実施の形態1と同様である。
誤書きこみベリファイを行った後に、ページバッファ110のデータをチェックし(ステップS8)、ノードN1の全てのデータが“H”ならば、誤書きこみベリファイ結果がパスであるので、次の過書き込みベリファイのステップS9に進む。もし、誤書きこみベリファイでフェイルしているビットがある場合には、ステップS8の判定結果で全体の書き込み動作を停止してよい。
【0062】
過書き込みベリファイ動作でのデータ変化の様子を、図11に示す。このベリファイ読み出しは、通常の読み出し動作と同様、全ての選択ビット線を、論理的に“1”と示されている所定電位にプリチャージし(図11の状態A3)、その後選択ワード線に、通常読み出し時のパス電圧Vreadよりやや低い読み出し電圧Vopvを与えて読み出し動作を行う(図11の状態B3)。この読み出し電圧Vopvは、過書き込みを許容する“0”データしきい値の上限値であり、図4に示すように、書き込み分布の予想上限値より高く、パス電圧Vreadよりやや低い値が良い。VopvをVreadより低くするのは、“0”書き込み後のしきい値のVreadに対するマージンを確保するためである。
【0063】
書き込み後に、メモリセルのしきい値が所定の分布幅以下に制御されていれば、読み出し電圧Vopvの印加によりメモリセルはオンしてドレインからソースに読み出し電流が流れ、ビット線は放電される。したがって、正常であれば、ビット線電位は“L”レベルになる。過書き込みベリファイ後のチェックは、ページバッファ110のラッチLATCH1のノードN1が“H”であることによって判定される。このため、ビット線電位のセンスおよびラッチを、通常の読み出しの場合とは反対側のノードN2で行う(図11の状態C3)。そして、ラッチLATCH1のノードN1がオール“1”(=“H”)であるか否かにより、過書き込みの有無を判定する(図11の状態D3)。 オール“1”で過書き込みベリファイは、パスになる。
【0064】
図17は、上述した過書き込みベリファイ読み出し動作のタイミング図である。時刻OP1からOP2では、NMOSトランジスタ9とNMOSトランジスタ10をオンにして、選択ビット線をVpre−Vtにプリチャージする。選択ワード線、非選択ワード線及びドレイン側の選択ゲート線SGDには、時刻OP1で、読み出し時のパス電圧Vreadよりやや低いベリファイ読み出し電圧Vopvを印加する。時刻OP2でビット線プリチャージを停止すると共に、選択NANDセルブロックのソース側の選択ゲート線SGSを“H”レベル=Vopvにして、NANDセルユニットによるビット線放電を行わせる。
【0065】
時刻OP3でページバッファ110側のラッチLATCH1をオフにし、時刻OP4で信号BLCOPVによりNMOSトランジスタ6をオンさせて、ノードN4、N2をVddにプリチャージする。そして、時刻OP6からOP7で、NMOSトランジスタ9のゲートにセンス用電圧Vsenを印加して、ビット線電位をセンスする。ビット線電位がVsen−Vt以下であれば、NMOSトランジスタ9が導通するため、ノードN4、N2は、ビット線とほぼ同電位になる。ビット線電位がVsen−Vtより高ければ、NMOSトランジスタ9はオンしないので、ノードN4、N2はVddに近い値に保持される。時刻OP8、OP9で、ノードN2の電位をラッチLATCH1に取り込む。
【0066】
このようにして過書き込みベリファイを行った後、ページバッファ110側のラッチLATCH1のデータ(ノードN1)をチェックする。これらの読み出しデータがオール“1”(=“H”)であれば、書き込み時の選択セルでのオーバープログラムはなく、書き込まれた“0”データのしきい値は、通常読み出し時のパス電圧Vreadでオンできるものであることが確認されたことになる。これにより過書き込みに対するベリファイはパスになる。“L”データがあれば、対応するメモリセルが過書き込み状態であることになり、フェイルとなる。
【0067】
図17では、選択ゲート線SGS,SGD、選択ワード線及び非選択ワード線にベリファイ読み出し電圧Vopvを印加したが、これは一例に過ぎない。例えば他の好ましい電圧印加条件として、選択ワード線にベリファイ読み出し電圧Vopvを印加し、非選択ワード線には通常読み出しに用いられるパス電圧Vreadを、選択ゲート線SGS,SGDにVreadと同じか又は他のパス電圧(転送電圧)を印加することができる。
【0068】
図7の動作制御シーケンスは、誤書きこみベリファイと過書き込みベリファイを伴う書きこみ実行コマンドを入力することにより、制御回路300によって自動で行われる。実行中にチップはビジー状態であることをステータスとして出力する。また、それぞれの状態がチェックできるように、書きこみ動作のパス/フェイル、誤書きこみベリファイのパス/フェイル、過書き込みベリファイのパス/フェイルをそれぞれ、ステータスレジスタ400により出力する。
【0069】
[実施の形態3]
図18は、図16と少し異なる誤書き込みベリファイのタイミング図である。図16では、クランプ用NMOSトランジスタ9のゲート電圧BLCLAMPは、ビット線プリチャージ時にVpre、ビット線センス時にVsenev(<Vpre)としていた。Vpreは、図13に示す通常のデータ読み出し時のプリチャージに適用する電圧と同じである。
【0070】
誤書きこみベリファイで検証する必要のないメモリセル、即ちページバッファ110内のラッチLATCH1のノードN1が“H”(=“1”データ)の場合、ビット線へのプリチャージ電圧は、Vpre−Vtとなり、センス時には、ビット線電位がVsenev−Vtより高いか低いかが論理的な判定基準となる。図16の動作波形では、Vpre−Vt<Vsenev−Vtの場合に、ノードN4、N1に誤書き込みベリファイでフェイルとなる“L”レベルデータが取り込まれてしまうのを防ぐために、時刻EP8からEP9で、再充電回路13によってノードN4、N1への再充電を行っていた。
【0071】
これに対して、図18では、時刻EP1からEP2のビット線プリチャージ時に、NMOSトランジスタ9のゲート電圧BLCLAMPを、Vpreより高いVdd+α(αは、しきい値電圧Vt相当)にする。これにより、ビット線にプリチャージされる“H”レベルの電位は、約Vddとなる。この読み出し方式においては、NANDセルのソース線CELSRCもVddであるため、ビット線に充電されたVddレベルの充電電位は、ビット線電位のセンスが行われるまで、ほぼ一定に保たれる。よって、時刻EP6からEP7のビット線センス時に、NMOSトランジスタ9のゲートがVsenev、ノードN4とビット線がVddとなり、NMOSトランジスタ9はオンしない。したがって、誤書き込みベリファイでチェックする必要のないメモリセル対応のノードN4、N1電位はほぼVddとなり、誤書き込みベリファイでパスするデータ“H”が確実にラッチLATCH1に取り込まれる。このため、時刻EP8からEP9で、ノードN4、N1の再充電を行う必要がない。
【0072】
[実施の形態4]
図16、18の誤書き込みベリファイでは、図20Bに示したように、メモリセルによるソースフォロワ動作によって、ビット線にメモリセルの負のしきい値に相当する電圧を出力して読み出しを行っている。消去ベリファイでは、消去単位が複数のNANDセルユニットの集まりであるセルブロック単位となるため、選択されたNANDセルブロック内の全メモリセルがベリファイの対象となる。したがって、図20Aに示すように、全てのメモリセルのワード線に消去ベリファイ用の読み出し電圧Vcgevが印加される。
【0073】
一方、誤書き込みベリファイでは、ある選択ワード線に対して書き込みを行った後に、その選択ワード線のメモリセルに対してベリファイ読み出しを行う。図20Bでは、WL1が選択ワード線であり、非選択ワード線WL0やWL2には、読出し用転送(パス)電圧Vread(例えば、4V)が印加される。したがって、消去ベリファイ時とは厳密にはNANDセル内のバイアス条件が異なる。
【0074】
具体的に図20A,Bに示すバイアス関係を比較する。消去ベリファイでは、ワード線WL0のソース線CELSRC側には約2Vが転送され、ビット線BL側にはVcgev−vtcell+βが転送される。更に、ワード線WL1,WL2のビット線BL側にはVcgev−Vtcellが転送される。前述のように、βは、ワード線WL0の電圧が、セルのソースに転送された2Vからの容量カップリングにより持ち上がる昇圧分である。他のワード線WL1、WL2では、セルのソース側電位が低下するためこの様な容量カップリングの影響が小さくなり、それぞれのメモリセルがビット線側に転送する電圧は、およそVcgev−Vtcellとなる。
【0075】
一方、誤書き込みベリファイでは、図20Bに示すように、ワード線WL1が選択された場合、非選択ワード線WL0、WL2の電圧が十分高いため選択セルのソースに約2Vが転送され、そのドレインに現れる電圧は、Vcgepv−vtcell+βとなる。ワード線WL2にも高い電圧4Vが与えられているから、結局ビット線にはVcgepv−vtcell+βが転送される。βの影響は、メモリセルの形状や、選択ゲートSGSの電位、非選択ワード線の読み出し用パス電圧等で決まる。
【0076】
したがって、図20A,Bを比較すると、図20Bのビット線電圧の方が、注目するメモリセルのしきい値電圧が同じでも高くなる。これは、誤書き込みベリファイ時の方が、消去ベリファイ時より読み出し条件が甘くなることを意味する。つまり、“1”状態のしきい値が大きく正の方向にシフトしても誤書き込みベリファイでパスする傾向になる。
【0077】
以上の点を考慮した誤書き込みベリファイの他のバイアス関係例を、図20Bに対応させて、図20Cに示す。共通ソース線CELSRC側の選択ゲート線SGSに与える電圧を、パス電圧Vread=4Vよりやや低めのパス電圧、例えば2.5Vに設定する。これにより、選択ワード線WL1のメモリセルのソース側に転送される電圧が約1Vになったとすると、前述の浮遊ゲートとソース/ドレイン間の容量カップリングの影響が小さくなる。即ち、βより小さい電圧上昇分γを用いて、ビット線BLに転送される電圧は、Vcgepv−Vtcell+γとなる。これにより、誤書き込み判定のしきい値を実質的により低く設定することができる。
【0078】
選択ゲート線SGSの印加電圧を決める目安は、共通ソース線CELSRCから選択ゲートトランジスタのドレインに転送される電圧を、消去ベリファイ時のNANDセルチャネル内の電圧(即ちビット線電圧)相当に抑えるようにすることである。好ましくは、この選択ゲート線SGSの転送電圧は、調整できる様にしておくことが好ましい。これにより、読み出し条件を最適化して、所望の誤書き込みを実現することができる。
【0079】
[実施の形態5]
図16,18で説明した誤書き込みベリファイは、消去ベリファイと同様のメモリセルによるソースフォロワによる読出し方式であったが、ビット線側から共通ソース線側に読み出し電流を流す通常の読出し方式と同様のベリファイ読出し方式も可能である。この場合、動作制御フローは基本的に、図6と同様であるが、図6のステップS6でのデータ転送及びステップS7の誤書き込みベリファイ読み出しの動作条件が異なる。
【0080】
この誤書き込みベリファイ動作のデータ変化の様子を、図10に対応させて図12に示し、動作タイミング図は、図18に対応させて図19に示す。実施の形態1と異なるのは、上述のように、書き込みパルス印加動作および書き込みベリファイのループが終了した後の、データ転送(ステップS6)と、誤書き込みベリファイ読出し動作(ステップS7)である。まず、データ転送では、書き込みデータが保持されているキャッシュ120のラッチLATCH2から、ページバッファ110のラッチLATCH1へ、データを反転することなくそのまま転送する(図12の状態A4)。即ち図3では、ノードN5のデータが、ノードN1に転送される。
【0081】
続いて、全ての選択ビット線をラッチLATCH1のデータによりプリチャージして(図12の状態B4)、その後メモリセルによりビット線を放電させる(図12の状態C4)。“1”書き込みを行ったメモリセルでは、そのデータが“1”状態のままであれば、ドレインからソースにセル電流が流れてビット線を放電する。一方“0”書き込みを行ったメモリセルでは、最初から、ビット線がラッチLATCH1の“0”データに対応して0Vになっている。その後、ビット線の読み出しデータを反転してページバッファ110に取り込む(図12の状態D4)。即ち、ビット線電位をラッチLATCH1の反対側のノードN2でセンスして、ラッチLATCH1に取り込む。そして、ページバッファ110のデータがオール“1”であるか否かを判定し、オール“1”であれば、誤書き込みベリファイはパスとなる(図12の状態E4)。
【0082】
具体的に図19の動作タイミングを説明すると、時刻EP1からEP2において、ラッチLATCH1に取り込まれた元の書き込みデータにより、ビット線を選択的にプリチャージする。すなわち、“1”状態のメモリセルに“1”書き込みを行ったページバッファユニットでは、ビット線をVpre−Vtにプリチャージする。これが誤書き込みベリファイの対象となる。“0”書き込みを行ったページバッファユニットにおいては、ビット線を0Vにプリチャージする。このとき、ビット線側選択ゲート線SGD及び非選択ワード線にはパス電圧Vreadを与え、選択ワード線には通常の読出し時と同じ、読み出し電圧Vrrを、ソース線側選択ゲート線SGSには0Vを与える。
【0083】
時刻EP2で、ビット線プリチャージを停止すると共に、NANDセルブロックのソース線側選択ゲート線SGSを“H”レベル(=Vread)にして、メモリセルによるビット線の放電を行う。着目すべき“1”状態のメモリセルが“1”状態のままであれば、速やかにビット線が放電される。時刻EP3からEP5では、BLPRE=Vdd+αを与えてトランジスタ10をオンにするとともに、BLOPV=Vdd+αを与えてトランジスタ6をオンして、ノードN4とN2をVddにプリチャージする。時刻EP6からEP7でNMOSトランジスタ9のゲート電圧BLCLAMPをVsenにする。これにより、ビット線の電位がVsen−Vt以下であれば、NMOSトランジスタ9がオンするので、ノードN4,N2は、ほぼビット線と同電位まで低下する。この場合が誤書き込み判定のパスとなる。一方、誤書き込みのメモリセルがありそのビット線の電位がVsen−Vtより高ければ、ノードN4、N2はほぼVddを保持する。この場合はフェイルとなる。時刻EP10、EP11で、このデータをラッチLATCH1に取り込む。
【0084】
この読出し方式では、選択ワード線の読み出し電圧Vrrが、通常読出し時のそれと同じであり、たとえば0Vである。このように、通常読み出し時と同じVrr=0Vを用いた誤書き込みベリファイ読み出しで負のしきい値Vepvを保証するには、図19の時刻EP2からEP6までのビット線放電時間Tdisを、より短縮すればよい。これにより、図4に示すように、通常読み出し電圧Vrrに対してマージンをもって、“1”データの誤書き込みによるしきい値変動の上限値である負のしきい値電圧Vepvを保証することができる。
【0085】
誤書き込みベリファイの判定しきい値電圧Vepvがゼロ又は正に設定される場合には、ベリファイ読み出しはより簡単である。即ち通常読出し時の選択ワード線の読み出し電圧Vrrと、“1”データのしきい値変動の上限値Vepvとを、Vrr>Vepv≧0Vの関係に設定した場合には、誤書き込みベリファイ時の読み出し電圧を、Vrrより低いVepv相当の値に設定してベリファイ読み出しを行えばよい。これによって、通常読み出し電圧Vrrに対してマージンをもって、“1”データの誤書き込みによるしきい値変動の上限値であるゼロ又は正の値Vepvを保証することができる。
【0086】
[実施の形態6]
ここまでの実施の形態では、書き込みパルス印加動作、書き込みベリファイ動作に続いて、誤書き込みベリファイ動作や、過書き込みベリファイ動作を実行するケースについて記述したが、この発明はこの一連の動作制御に制限されることはない。例えば、書き込みデータを保持するラッチ回路(キャッシュ120側のラッチLATCH2)に書き込みデータが保持されている間は、別のコマンドによって、誤書き込みベリファイのみ任意のタイミングで実行することが可能である。
【0087】
また、誤書き込みベリファイ動作は、キャッシュ120のラッチLATCH2に保持されたデータをもとに、実行される。従って、ラッチLATCH2に外部入出力端子から所望のデータを入力して、コマンド起動により、誤書き込みベリファイのみを実行することも可能である。すなわち、書き込みサイクルとは独立に、誤書き込みベリファイを実施したいメモリセルのアドレスに合わせて外部からラッチLATCH2に“1”データを入力し、そのアドレスのメモリセルに対して誤書き込みベリファイを実行することができる。
【0088】
[実施の形態7]
図7に示したような、書き込み動作後に誤書き込みベリファイ動作、過書き込みベリファイ動作を続けて行う動作制御によって、オンチップのページコピー動作を実用的なものにすることができる。
具体的なページコピー動作のフローチャートを、図8に示す。まず、コピー元のページアドレス1のデータを読出す(ステップS11)。この時、図13で説明したようなタイミングで普通にデータを読出し、ページバッファ110のラッチLATCH1に取り込む。次に、この読出しデータを書き込みデータに変換するため、キャッシュ120のラッチLATCH2にデータを反転させて転送する(ステップS12)。この反転データ転送は、図3において、NMOSトランジスタ6,7を同時にオンさせて、ラッチLATCH2のクロックトインバータを高インピーダンス(HiZ)状態にして、ラッチLATCH1のノードN2のデータをラッチLATCH2に転送、保持する。
【0089】
このようにすると、次に書き込むデータがラッチLATCH2に一旦保持されるため、実施の形態2と同様の状態となる。この後、ラッチLATCH2に転送されたデータを更にページバッファ110のラッチLATCH1に転送する(ステップS13)。以下、書き込みパルス印加動作(ステップS14)、べリファイ読み出し動作(ステップS15)、ベリファイ判定動作(ステップS16)等は、コピー先のページアドレス2を選択した状態で行う。その詳細は実施の形態2と同様なので説明を省略する。更にその後のデータ転送(ステップS17)、誤書き込みベリファイ(ステップS18)、ベリファイ判定(ステップS19)、過書き込みベリファイ(ステップS20)も、図7のステップS6−S9と同様である。
【0090】
誤書き込みベリファイや過書き込みベリファイが終了した時点で、もしステータスフラグがフェイルを示しているならば、そのコピ−先のページアドレス2を外部コントローラ側で変更して、違うページアドレスに書き込めばよい。NAND型フラッシュメモリでは、書き込み動作がページ単位であり、消去動作が複数のページ分のNANDセルブロック単位となっている。あるブロックの複数のページを、異なるブロックの複数のページにコピーする場合においては、その中のあるページのコピー書き込みで誤書き込みベリファイや、過書き込みベリファイ結果がフェイルになる可能性がある。この場合には、フェイルが出たコピー先ブロックへの他のページのコピー動作も停止し、コピー先のブロックを変更して、また複数のページに対するコピー動作を行えばよい。
【0091】
コピー書き込み動作でフェイルした場合、それが誤書き込みベリファイや過書き込みベリファイによるフェイルであるならば、それらは、それぞれのベリファイ読出しによるマージン不足によるものである。このことは、ステータスレジスタ400からの出力により判断できる。この様なフェイルに対しては、もう一度消去を行って書き込みをすれば、コピー動作がパスとなる可能性がある。
一方、コピー書き込みの失敗が書き込みベリファイによるものである場合、すなわち、書き込みパルスを所定の最大回数繰り返し印加しても書き込めなかった場合には、セルアレイが致命的な欠陥を抱えている可能性がある。このため、そのコピー書き込みを試みた領域は、使用不可能領域として扱う必要がある。この場合の対応は、チップ外のコントローラで行うことになる。
【0092】
【発明の効果】
以上述べたようにこの発明によれば、誤書き込み及び過書き込みの判定機能を備えた不揮発性半導体記憶装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施の形態によるフラッシュメモリの構成を示すブロック図である。
【図2】同実施の形態のメモリセルアレイの構成を示す図である。
【図3】同実施の形態のページバッファ及びキャッシュ部の構成を示す図である。
【図4】メモリセルデータのしきい値分布を示す図である。
【図5】書き込み動作のワード線電圧変化を示す図である。
【図6】実施の形態による誤書き込みベリファイを含む書き込み動作制御フローを示す図である。
【図7】誤書き込みベリファイと過書き込みベリファイを含む書き込み動作制御フローを示す図である。
【図8】チップ内のページコピーの動作制御フローを示す図である。
【図9】書き込みシーケンスにおけるページバッファ及びキャッシュのデータとセルデータの変化を示す図である。
【図10】書き込み後の誤書き込みベリファイのシーケンスにおけるページバッファ及びキャッシュのデータとセルデータの変化を示す図である。
【図11】誤書き込みベリファイシーケンス後のオーバープログラムベリファイシーケンスにおけるページバッファ及びキャッシュのデータとセルデータの変化を示す図である。
【図12】書き込み後の誤書き込みベリファイの他のシーケンスにおけるページバッファ及びキャッシュのデータとセルデータの変化を示す図である。
【図13】通常読み出し動作のタイミング図である。
【図14】書き込みベリファイ動作のタイミング図である。
【図15】データ消去ベリファイ動作のタイミング図である。
【図16】図6のシーケンスにおける誤書き込みベリファイ動作のタイミング図である。
【図17】図7のシーケンスにおける過書き込みベリファイ動作のタイミング図である。
【図18】他の誤書き込みベリファイ動作のタイミング図である。
【図19】他の誤書き込みベリファイ動作のタイミング図である。
【図20A】消去ベリファイ時のセル電流によるビット線充電動作を説明するための図である。
【図20B】誤書き込みベリファイ時のセル電流によるビット線充電動作を説明するための図である。
【図20C】他の誤書き込みベリファイ時のセル電流によるビット線充電動作を説明するための図である。
【符号の説明】
100…メモリセルアレイ、110…ページバッファ、120…キャッシュ、130…カラムデコーダ、140…ロウデコーダ、200…I/Oバッファ、210…アドレスレジスタ、220…コマンドレジスタ、300…コントローラ、400…ステータスレジスタ。
Claims (9)
- 電気的に消去書き込み可能なメモリセルを配列して構成され、各メモリセルはしきい値電圧が第1の値以下である第1論理状態としきい値がそれより高い第2の値以上である第2論理状態とを不揮発に記憶するメモリセルアレイと、
前記メモリセルアレイからの読み出しデータをセンスするセンスアンプを兼ねた、前記メモリセルアレイへの書き込みデータがロードされるデータ保持回路と、
前記メモリセルアレイの書き込みシーケンスを制御するコントローラと
を備え、
前記コントローラは、
前記データ保持回路にロードされた書き込みデータに基づいて、前記メモリセルアレイの選択メモリセルに書き込み電圧を印加してそのデータを第1論理状態から第2論理状態にシフトさせるための書き込み制御機能と、
前記メモリセルアレイに書き込まれたデータを読み出して、前記選択メモリセルのデータが第2論理状態にシフトしたことを確認するための書き込みベリファイ制御機能と、
前記メモリセルアレイに書き込まれたデータを読み出して、第1論理状態に保持されるべきメモリセルのしきい値電圧が第1論理状態の変動の上限値として設定された第3の値を越えてシフトしていないことを確認するための誤書き込みベリファイ制御機能と、
前記メモリセルアレイに書き込まれたデータを読み出して、第2論理状態にシフトされた前記選択メモリセルのしきい値電圧がその上限値である第4の値を超えてシフトしていないことを確認するための過書き込みベリファイ制御機能と
を備え、
前記データ保持回路は、
前記メモリセルアレイの1ページ分の読み出し又は書き込みデータを保持する第1のラッチ回路を有するページバッファと、
前記ページバッファの各第1のラッチ回路とデータ転送可能に接続された第2のラッチ回路を有し、前記データ保持回路にロードされた前記書き込みデータを、書き込みの終了が判定されるまで保持するキャッシュとを有し、
前記第1のラッチ回路は、第1のノードおよびこれとレベル反転した第2のノードを有し、
前記第2のラッチ回路は、書き込みデータがロードされる第3のノードを有し、
前記第1のノードは第1の転送ゲートを介して第4のノードに接続され、
前記第2のノードは第2の転送ゲートを介して第4のノードに接続され、
前記第4のノードは第3の転送ゲートを介して第3のノードに接続され、
前記第4のノードは第4の転送ゲートを介してメモリセルアレイ内のビット線に接続され、
第1論理状態のメモリセルのしきい値電圧は負、第2論理状態のメモリセルのしきい値電圧は正でありかつ、前記第3の値は負であって、
前記誤書き込みベリファイ制御機能により制御されるベリファイ読出し動作は、前記第3のノードにロードされた書き込みデータを前記第2及び第3の転送ゲートを介して第2のノードに転送し、前記第1のノードに現れる論理反転したデータを、前記第1及び第4の転送ゲートを介して前記ビット線に転送することにより前記ビット線をプリチャージした後、確認すべきメモリセルの制御ゲートに所定の読み出し電圧を印加し、メモリセルのソースからドレインに読み出し電流を流して、前記ビット線の充電電圧を検出することにより行われる
ことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。 - 前記誤書き込みベリファイ制御機能により制御されるベリファイ読出し動作は、前記メモリセルアレイのドレインにつながるビット線を、データ保持回路にロードされた書き込みデータがメモリセルを第1論理状態にする値である場合には、当該メモリセルが第1論理状態のままであるときにビット線レベルの読み出し結果が反転するように第1レベルにプリチャージし、データ保持回路にロードされた書き込みデータがメモリセルを第2論理状態にする値である場合には、ビット線レベルの読出し結果が第1レベルを読み出したときと反転するように第2レベルにプリチャージし、確認すべきメモリセルの制御ゲートに所定の読み出し電圧を印加した後の前記ビット線のレベルが前記第1レベルを読み出した結果と同じになるようなレベルのままであるメモリセルを誤書き込みセルとして検出するものである
ことを特徴とする請求項1記載の不揮発性半導体記憶装置。 - 前記書き込み制御機能により制御される書き込み動作と、前記書き込みベリファイ制御機能により制御されるベリファイ読み出し動作は、前記書き込みデータの全ビットの書き込み終了が判定されるまで繰り返し実行され、
書き込み終了が判定された後に、前記誤書き込みベリファイ制御機能により制御されるベリファイ読出し動作及び前記過書き込みベリファイ制御機能により制御されるベリファイ読み出しが順次実行される
ことを特徴とする請求項1記載の不揮発性半導体記憶装置。 - 前記書き込みベリファイ制御機能、前記誤書き込みベリファイ制御機能及び前記過書き込みベリファイ制御機能に基づく判定結果をそれぞれ外部に知らせるための第1乃至第3のステータスレジスタを備えた
ことを特徴とする請求項1記載の不揮発性半導体記憶装置。 - 電気的に消去書き込み可能なメモリセルを配列して構成され、各メモリセルはしきい値電圧が第1の値以下である第1論理状態としきい値がそれより高い第2の値以上である第2論理状態とを不揮発に記憶するメモリセルアレイと、
前記メモリセルアレイからの読み出しデータをセンスするセンスアンプを兼ねた、前記メモリセルアレイへの書き込みデータがロードされるデータ保持回路と、
前記メモリセルアレイの書き込みシーケンスを制御するコントローラと
を備え、
前記コントローラは、
前記データ保持回路にロードされた書き込みデータに基づいて、前記メモリセルアレイの選択メモリセルに書き込み電圧を印加してそのデータを第1論理状態から第2論理状態にシフトさせるための書き込み制御機能と、
前記メモリセルアレイに書き込まれたデータを読み出して、前記選択メモリセルのデータが第2論理状態にシフトしたことを確認するための書き込みベリファイ制御機能と、
前記メモリセルアレイに書き込まれたデータを読み出して、第1論理状態に保持されるべきメモリセルのしきい値電圧が第1論理状態の変動の上限値として設定された第3の値を越えてシフトしていないことを確認するための誤書き込みベリファイ制御機能と、
前記メモリセルアレイに書き込まれたデータを読み出して、第2論理状態にシフトされた前記選択メモリセルのしきい値電圧がその上限値である第4の値を超えてシフトしていないことを確認するための過書き込みベリファイ制御機能と
を備え、
前記データ保持回路は、
前記メモリセルアレイの1ページ分の読み出し又は書き込みデータを保持する第1のラッチ回路を有するページバッファと、
前記ページバッファの各第1のラッチ回路とデータ転送可能に接続された第2のラッチ回路を有し、前記データ保持回路にロードされた前記書き込みデータを、書き込みの終了が判定されるまで保持するキャッシュとを有し、
前記第1のラッチ回路は、第1のノードおよびこれとレベル反転した第2のノードを有し、
前記第2のラッチ回路は、書き込みデータがロードされる第3のノードを有し、
前記第1のノードは第1の転送ゲートを介して第4のノードに接続され、
前記第2のノードは第2の転送ゲートを介して第4ノードに接続され、
前記第4のノードは第3の転送ゲートを介して第3のノードに接続され、
前記第4のノードは第4の転送ゲートを介してメモリセルアレイ内のビット線に接続され 、
第1論理状態のメモリセルのしきい値電圧が負、第2論理状態のメモリセルのしきい値電圧が正でありかつ、前記第3の値が負であって、
前記誤書き込みベリファイ制御機能により制御されるベリファイ読出し動作は、前記第3のノードにロードされた書き込みデータを前記第1及び第3の転送ゲートを介して前記第1のノードに転送し、前記第1のノードに転送されたデータを前記ビット線に転送することにより前記ビット線をプリチャージした後、確認すべきメモリセルの制御ゲートに通常読み出し時の読み出し電圧を印加し、メモリセルのドレインからソースに読み出し電流を流して、前記ビット線の放電電圧を検出することにより行われる
ことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。 - 電気的に消去書き込み可能なメモリセルを配列して構成され、各メモリセルはしきい値電圧が第1の値以下である第1論理状態としきい値がそれより高い第2の値以上である第2論理状態とを不揮発に記憶するメモリセルアレイと、
前記メモリセルアレイからの読み出しデータをセンスするセンスアンプを兼ねた、前記メモリセルアレイへの書き込みデータがロードされるデータ保持回路と、
前記メモリセルアレイの書き込みシーケンスを制御するコントローラと
を備え、
前記コントローラは、
前記データ保持回路にロードされた書き込みデータに基づいて、前記メモリセルアレイの選択メモリセルに書き込み電圧を印加してそのデータを第1論理状態から第2論理状態にシフトさせるための書き込み制御機能と、
前記メモリセルアレイに書き込まれたデータを読み出して、前記選択メモリセルのデータが第2論理状態にシフトしたことを確認するための書き込みベリファイ制御機能と、
前記メモリセルアレイに書き込まれたデータを読み出して、第1論理状態に保持されるべきメモリセルのしきい値電圧が第1論理状態の変動の上限値として設定された第3の値を越えてシフトしていないことを確認するための誤書き込みベリファイ制御機能と、
前記メモリセルアレイに書き込まれたデータを読み出して、第2論理状態にシフトされた前記選択メモリセルのしきい値電圧がその上限値である第4の値を超えてシフトしていないことを確認するための過書き込みベリファイ制御機能と
を備え、
前記データ保持回路は、
前記メモリセルアレイの1ページ分の読み出し又は書き込みデータを保持する第1のラッチ回路を有するページバッファと、
前記ページバッファの各第1のラッチ回路とデータ転送可能に接続された第2のラッチ回路を有し、前記データ保持回路にロードされた前記書き込みデータを、書き込みの終了が判定されるまで保持するキャッシュとを有し、
前記第1のラッチ回路は、第1のノードおよびこれとレベル反転した第2のノードを有し、
前記第2のラッチ回路は、書き込みデータがロードされる第3のノードを有し、
前記第1のノードは第1の転送ゲートを介して第4のノードに接続され、
前記第2のノードは第2の転送ゲートを介して第4のノードに接続され、
前記第4のノードは第3の転送ゲートを介して第3のノードに接続され、
前記第4のノードは第4の転送ゲートを介してメモリセルアレイ内のビット線に接続され、
第1論理状態のメモリセルのしきい値電圧が負、第2論理状態のメモリセルのしきい値電圧が正でありかつ、前記第3の値がゼロ又は正であって、
前記誤書き込みベリファイ制御機能により制御されるベリファイ読出し動作は、前記第3のノードにロードされた書き込みデータを前記第1及び第3の転送ゲートを介して前記第1のノードに転送し、前記第1のノードに転送されたデータを前記ビット線に転送することにより前記ビット線をプリチャージした後、確認すべきメモリセルの制御ゲートに前記第3の値に相当する読み出し電圧を印加し、メモリセルのドレインからソースに読み出し電流を流して、前記ビット線の放電電圧を検出することにより行われる
ことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。 - 電気的に消去書き込み可能なメモリセルを配列して構成され、各メモリセルはしきい値電圧が第1の値以下である第1論理状態としきい値がそれより高い第2の値以上である第2論理状態とを不揮発に記憶するメモリセルアレイと、
前記メモリセルアレイからの読み出しデータをセンスするセンスアンプを兼ねた、前記メモリセルアレイへの書き込みデータがロードされるデータ保持回路と、
前記メモリセルアレイの書き込みシーケンスを制御するコントローラと
を備え、
前記コントローラは、
前記データ保持回路にロードされた書き込みデータに基づいて、前記メモリセルアレイの選択メモリセルに書き込み電圧を印加してそのデータを第1論理状態から第2論理状態にシフトさせるための書き込み制御機能と、
前記メモリセルアレイに書き込まれたデータを読み出して、前記選択メモリセルのデータが第2論理状態にシフトしたことを確認するための書き込みベリファイ制御機能と、
前記メモリセルアレイに書き込まれたデータを読み出して、第1論理状態に保持されるべきメモリセルのしきい値電圧が第1論理状態の変動の上限値として設定された第3の値を越えてシフトしていないことを確認するための誤書き込みベリファイ制御機能と、
前記メモリセルアレイに書き込まれたデータを読み出して、第2論理状態にシフトされた前記選択メモリセルのしきい値電圧がその上限値である第4の値を超えてシフトしていないことを確認するための過書き込みベリファイ制御機能と
を備え、
前記データ保持回路は、
前記メモリセルアレイの1ページ分の読み出し又は書き込みデータを保持する第1のラッチ回路を有するページバッファと、
前記ページバッファの各第1のラッチ回路とデータ転送可能に接続された第2のラッチ回路を有し、前記データ保持回路にロードされた前記書き込みデータを、書き込みの終了が判定されるまで保持するキャッシュとを有し、
前記第1のラッチ回路は、第1のノードおよびこれとレベル反転した第2のノードを有し、
前記第2のラッチ回路は、書き込みデータがロードされる第3のノードを有し、
前記第1のノードは第1の転送ゲートを介して第4のノードに接続され、
前記第2のノードは第2の転送ゲートを介して第4のノードに接続され、
前記第4のノードは第3の転送ゲートを介して第3のノードに接続され、
前記第4のノードは第4の転送ゲートを介してメモリセルアレイ内のビット線に接続され、
前記コントローラは、
前記メモリセルアレイの第1のページのデータを前記第1及び第4の転送ゲートを介して前記ページバッファの第1のノードに読み出し、その読み出しデータを前記第2のノードから前記第2及び第3の転送ゲートを介して論理反転されたデータとして前記キャッシュの第3のノードに転送し、第3のノードに転送されたデータを前記第1及び第3の転送ゲートを介して再度前記ページバッファの第1のノードに転送し、ページバッファの第1のノードに転送されたデータを前記第1及び第4の転送ゲートを介して前記メモリセルアレイの第2のページに書き込むオンチップコピーモードを有する
ことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。 - 前記メモリセルアレイは、直列接続された複数のメモリセルの一端が第1の選択ゲートトランジスタを介してビット線に、他端が第2の選択ゲートトランジスタを介してソース線に接続されたNANDセルユニットを、少なくとも一方向に複数個配列して構成され、
前記一方向に配列されたNANDセルユニットは、第1及び第2の選択ゲートトランジスタのゲートがそれぞれ第1及び第2の選択ゲート線に共通接続され、前記一方向に配列された各メモリセルの制御ゲートが共通にワード線に接続されて、一括消去の単位となるセルブロックを構成している
ことを特徴とする請求項1、5、6又は7記載の不揮発性半導体記憶装置。 - 前記コントローラは更に、
選択されたセルブロック内の全メモリセルに消去電圧を印加して、そのデータを第2論理状態から第1論理状態にシフトさせるための消去制御機能と、
消去されたセルブロック内のメモリセルのデータを読み出して、それが第1論理状態にシフトしたことを確認するための消去ベリファイ制御機能とを有する
ことを特徴とする請求項8記載の不揮発性半導体記憶装置。
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