JP5114621B2 - 不揮発性メモリのソフトプログラミングにおける制御されたブースト - Google Patents

不揮発性メモリのソフトプログラミングにおける制御されたブースト Download PDF

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Description

本開示の実施形態は、不揮発性メモリ技術に関するものである。
半導体メモリ装置は、様々な電子装置に使用されることが一般的になっている。例えば、不揮発性半導体メモリは、携帯電話、デジタルカメラ、パーソナルデジタルアシスタント、モバイルコンピュータ、非モバイルコンピュータ、及び、その他の装置に使用されている。最も普及している不揮発性半導体メモリは、フラッシュEEPROMを含む電気的消去・プログラム可能型読取専用メモリ(EEPROM)と電気的プログラミング可能型読取専用メモリ(EPROM)である。
フラッシュメモリシステムの一例は、2つの選択ゲートの間で直列配置された複数のトランジスタを内蔵したNAND構造を使用する。直列したトランジスタと選択ゲートはNANDストリングと呼ばれる。図1は、1つのNANDストリング30を示す平面図である。図2はその等価回路である。図1、図2に示すNANDストリングは、第1選択ゲート12と第2選択ゲート22の間で直列配置された4つのトランジスタ10、12、14、16を有する。選択ゲート12はNANDストリングをビットライン26に接続する。選択ゲート22はNANDストリングをソースライン28に接続する。選択ゲート12は、選択ラインSGDを介して制御ゲート20CGに適切な電圧が印加されることで制御される。選択ゲート22は、選択ラインSGSを介して制御ゲート22CGに適切な電圧が印加されることで制御される。各トランジスタ10、12、14、16は、メモリセルのゲート素子を形成する制御ゲートとフローティングゲートを有している。例えば、トランジスタ10は制御ゲート10CGとフローティングゲート10FGを有している。トランジスタ12は制御ゲート12CGとフローティングゲート12FGを有している。トランジスタ14は制御ゲート14CGとフローティングゲート14FGを有している。トランジスタ16は制御ゲート16CGとフローティングゲート16FGを有している。制御ゲート10CGはワードラインWL3に接続し、制御ゲート12CGはワードラインWL2に接続されており、制御ゲート14CGはワードラインWL1に接続されており、制御ゲート16CGはワードラインWL0に接続されている。フラッシュEEPROMシステムのうちの有用な別タイプのメモリセルは、伝導性フローティングゲートの代わりに非伝導性誘電材料を用いて、不揮発的に電荷を記憶する。
図1、図2はNANDストリング内の4つのメモリセルを示すが、この4つのトランジスタの使用は単に一例として提供されたものであることに留意する。NANDストリングが有するメモリセルの数は4つ未満であっても、4つより多くてもよい。例えば、NANDストリングによっては、8、16、32、その他の個数のメモリセルを有している。ここでの説明は、NANDストリング内のメモリセル数を限定するものではない。NAND型フラッシュメモリ及びそれら動作の関連する例が、以下の米国特許/特許出願から得ることができる。米国特許第5,570,315号、第5,774,397号、第6,046,935号、第5,386,422号、第6,456,528号、米国特許出願番号第09/893,277号(公報第US2003/0002348号)。これら出願の全体は本願明細書に組み込まれる。複数の実施形態では、NANDフラッシュメモリに加えて、別タイプの不揮発性メモリを使用することができる。
NAND構造を使用した一般的なフラッシュメモリシステムのアーキテクチャは、複数のNANDストリングを有している。例えば、図3は、より多くのNANDストリングを有するメモリアレイのうちの3つのNANDストリング40、42、44を示している。図3の各NANDストリングは、2つの選択トランジスタまたはゲートと4つのメモリセルを有している。例えば、NANDストリング40は、選択トランジスタ50、60と、メモリセル52、54、56、58を有する。NANDストリング42は選択トランジスタ70、80と、メモリセル72、74、76、78を有する。各ストリングは、選択トランジスタ60、80等によってソースラインに接続されている。選択ラインSGSは、ソース側選択ゲートの制御に使用される。いくつかのNANDストリングは、選択ラインSGDによって制御される選択トランジスタ50、70等によって、各ビットラインに接続されている。別の実施形態では、選択ラインは必ずしも共通化されている必要はない。ワードラインWL3は、メモリセル52、72の制御ゲートに接続されている。ワードラインWL2は、メモリセル54、74の制御ゲートに接続されている。ワードラインWL1は、メモリセル56、76の制御ゲートに接続されている。ワードラインWL0は、メモリセル58、78の制御ゲートに接続されている。図に示すように、ビットラインと各NANDストリングはメモリセルアレイの列群を備えている。ワードラインはアレイの行群を備えている。各ワードラインは、この行群内の各メモリセルの制御ゲートに接続されている。例えば、ワードラインWL2はメモリセル54、74、94の制御ゲートに接続されている。多くの実装形態において、ワードラインは、行内の各メモリセルの制御ゲートを形成している。
図4は、図1〜図3に示すような、例示のNANDストリングのアレイ100を示す。ビットライン26は、各列に沿って、NANDストリングのビットライン選択ゲートのドレイン端子と接続されている。各行に沿って、ソースライン28は、NANDストリングのソースライン選択ゲートの全てのソース端子に接続することができる。
メモリセルのアレイ100は、多数のメモリセルのブロックに分割されている。フラッシュEEPROMシステムにおいて一般的であるように、ブロックは消去の単位であり、消去ブロックまたは物理ブロックと呼ばれる。各ブロックは、消去される最小数のメモリセルを含むことができるが、複数のブロックを同時に消去することもできる。いくつかの実装形態においては、より少数のセルユニットを同時に消去することができる。図4では、ブロックは、ワードラインWL0〜WL3の共通のセットに接続されたセルを含む。例えば、ブロック90は、NANDストリング40、42、及び、ワードラインWL0−WL3に接続されたストリング30を含む。
EEPROM又はフラッシュメモリ装置をプログラミングする場合、一般的に、制御ゲートにプログラム電圧が印加され、ビットラインが接地される。チャネルからの電子がフローティングゲートに注入される。フローティングゲート内に電子が蓄積すると、フローティングゲートが負に帯電し、メモリセルの閾値電圧が上昇することで、メモリセルがプログラム状態となる。セルのフローティングゲート電荷及び閾値電圧は、記憶されているデータ(アナログ又はデジタル)に関連する特定の状態を表す。プログラミングに関する更なる情報は、2003年3月5日に出願の米国特許出願第10/379,608号、「Self Boosting Technique」;2003年7月29日に出願の米国特許出願第10/629,068号、「Detecting Over Programmed Memory」に開示されている。上記の両出願の全体は本願明細書中に組み込まれる。
NAND型フラッシュメモリのメモリセルを消去するために、電子は、各メモリセルのフローティングゲートからウェル領域及び基板へ移される。一般に、電子を各メモリセルのフローティングゲートから離しウェル領域に引き寄せるために、1つ以上の高圧消去パルスがウェル領域に印加される。各メモリセルのワードラインは接地されるか、又は0Vの電圧の供給を受ける。これにより、電子を引き付けるための高電位がトンネル酸化膜領域にかけて生成される。消去電圧パルスの印加後にNANDストリングの各メモリセルが消去されなかった場合には、全てのメモリセルが消去されるまでパルスのサイズを増加して、NANDストリングに再度印加する。
消去動作中に、個々のメモリセルについて、異なる速度及び異なる閾値電圧レベルで消去を行うことが一般的である。例えば、装置の寸法、間隔、及び/又は、材料の組成における若干の違いによって、メモリセルのブロック又はストリング内にある個々のメモリセルの動作がその影響を受けてしまう。その結果、いくつかのメモリセルでは、消去電圧に晒された際に、他のメモリセルと比較して閾値電圧の増加または減少のシフトが生じることになる。さらに、NANDストリングのようなメモリセルのグループ群が、しばしば消去状態または条件について同時に検証される。ストリングの何れかのメモリセルが検証動作の検出時に消去されていない場合には、追加の消去電圧パルスの印加中に、そのNANDストリング全体が消去可能になる。これによって、セルの消去が高速化し、消去が必要以上に過度に行われるという事態が起こる。こうした要因によって、消去されたセルのグループの閾値電圧の範囲または分布が拡大する。
一般にソフトプログラミングと呼ばれる技術が、消去動作中に1又は複数のメモリセルの閾値電圧を調整するために使用されている。ソフトプログラミングは、1グループのメモリセルについての消去後の閾値電圧の分布を縮小又は狭小化することができる。一般に、ソフトプログラミングは、1又は複数のメモリセルの閾値電圧を消去中に使用される検証レベルに近付けるようにシフトを試みる。ソフトプログラミングでは、1又は複数のメモリセルに、比較的低いプログラム電圧(実際のプログラミングに使用されるものよりも低い)を印加する。一般的には、プログラム電圧は、一連のパルスとして印加され、印加毎に上昇する。消去動作と同様に、ソフトプログラミングは、通常、メモリセルブロックの各ワードラインにソフトプログラミング電圧パルスを印加することにより、ブロックレベルで実施される。例えば、ブロック90の各セルをソフトプログラムするために、ブロック90のワードラインWL0、WL1、WL2、WL3にソフトプログラミング電圧パルスを印加することができる。1又は複数のソフトプログラミングパルスを印加した後に、個々のNANDストリングが、ソフトプログラムされた条件について検証される。NANDストリングがソフトプログラムされたと判定されたら、次のプログラミング電圧の印加中にそのNANDストリングに対するそれ以上のソフトプログラミングを禁止して、共通のワードラインのセットを共用している他のNANDストリングのソフトプログラミングを継続する必要がある。例えば、NANDストリング42のメモリセル72、74、76、78のソフトプログラミングを禁止する一方で、NANDストリング40のソフトプログラムメモリセル52、54、56、58にソフトプログラミングパルスを印加し続ける必要がある。
従来、ソフトプログラミングは、特定のNANDストリングについて、このストリングへのビットライン電圧を上昇させることで禁止されていた。ビットライン電圧を上昇させた後に、ドレイン選択ゲートをターンオフすることで、NANDストリングがビットラインから電気的に切断される。NANDストリングがビットラインから電気的に断絶されるので、ワードラインに印加されたソフトプログラミング電圧が、禁止NANDストリングのチャネル領域を、容量電荷結合のために正電圧レベルにブーストさせる。NANDストリングの正電圧レベルによって、電子をメモリセルのフローティングゲート領域に注入するために必要な大きな電圧電位が除去されることで、ソフトプログラミングが禁止される。
NANDストリング内のブーストが、ソフトプログラミングを禁止するのに不十分であると、ストリングのメモリセルが誤ってソフトプログラムされてしまうことがある。例えば、NANDストリング42のソフトプログラミングを禁止しながら、NANDストリング40をソフトプログラムするために、ワードラインWL0、WL1、WL2、WL3にソフトプログラミング電圧を印加する場合には、NANDストリング42のメモリセル72、74、76、80のうち1つが誤ってソフトプログラムされてしまう可能性がある。このタイプの誤ったソフトプログラミングは、しばしばソフトプログラミング妨害と呼ばれる。
ソフトプログラミングプリチャージ電圧は、不揮発性メモリ装置のソフトプログラミング動作中にブースト制御を提供する。メモリセルブロックのワードラインにチャージ電圧が印加されて、ソフトプログラミングを禁止するべきNANDストリングのチャネル領域がプリチャージされる。禁止NANDストリングのチャネル領域内のブーストのレベルは、プリチャージ電圧とソフトプログラミング電圧によって管理される。プリチャージ電圧を制御することで、より信頼性が高く一様なチャネルブーストが達成される。一実施形態では、ソフトプログラミング電圧の印加と印加の間にプリチャージ電圧が上昇することで、チャネルのブーストされた電位の上昇が低減または除去される。一実施形態では、製造工程の一部として実行される試験中に、ソフトプログラミングプリチャージ電圧レベルが決定される。
一実施形態は、不揮発性記憶素子の複数のグループに接続されている1セットのワードラインに第1電圧を印加することによって、ソフトプログラミングを禁止するべきグループの第1サブセットをプリチャージできるようにする。第1電圧は、選択されていないワードラインに読み出し動作中に印加されるパス電圧とは異なる。第1サブセットの各グループのチャネル領域をプリチャージするために、グループの前記第1サブセットに禁止電圧が印加される。第1電圧印加後にグループの第2サブセットの記憶素子をソフトプログラミングするために、1セットのワードラインにソフトプログラミング電圧が印加される。
一実施形態では、ソフトプログラミングは、不揮発性記憶素子の複数のグループに接続されている1セットのワードラインに第1電圧を印加することによって、ソフトプログラミングを禁止するき複数のグループをプリチャージすることができる。ソフトプログラミングされるべき複数のグループをソフトプログラムするために第1電圧を印加した後に、1セットのワードラインに第1ソフトプログラミング電圧を印加する。ソフトプログラム後に、複数のグループのうちどのグループが適切にソフトプログラムされたかが判定される。適切にソフトプログラムされたと判定された複数のグループをプリチャージするために、1セットのワードラインに第2電圧が印加される。第2電圧は第1電圧とは異なる。次に、適切にソフトプログラムされなかったと判定された複数のグループのソフトプログラミングが実行される。このソフトプログラミングは、第2電圧印加後に、1セットのワードラインに第2ソフトプログラミング電圧を印加して行う。
様々な実施形態は、不揮発性記憶素子と、この記憶素子と通信して記述の様々な工程を実行できる管理回路とを含むことができる。管理回路は、このような素子を、例えば制御回路(状態マシンを含む)、行/列複合部、読み出し/書き込み回路、および/または制御部として有することができる。
NANDストリングの平面図。 図1のNANDストリングの等価回路図。 3個のNANDストリングを示す回路図。 NANDフラッシュメモリセルのアレイのブロック図。 不揮発性メモリシステムのブロック図。 例示的な不揮発性メモリアレイの組織を示す図。 不揮発性メモリのプログラミング及びプログラミングの検証に使用できる例示的な電圧信号を示す図。 例示的な不揮発性メモリのプログラミング方法を示すフローチャート。 プログラムされた不揮発性メモリセルのグループの閾値電圧の分布を示すグラフ。 4つの物理状態を使用して2ビットのデータを記憶する不揮発性メモリセルのグループの閾値電圧の分布を示すグラフ。 NANDストリングの消去に適用できるバイアス条件を示すNANDストリングの断面図。 消去状態についてのメモリセルの検証に適用できるバイアス条件を示すNANDストリングの断面図。 消去前後におけるメモリセルのグループの閾値電圧の分布を示す図。 消去前後におけるメモリセルのグループの閾値電圧の分布を示す図。 十分なソフトプログラミングについてNANDストリングを検証するために適用できるバイアス条件を示すNANDストリングの断面図。 ソフトプログラミング後における、図13A、図13Bのメモリセルのグループの閾値電圧の分布を示す図。 ソフトプログラミング中における、不揮発性メモリシステムの選択された信号を示すタイミング図。 一連のソフトプログラミング電圧パルスと、その結果により、例示的なNANDストリングのブーストされた電圧レベルとを示す図。 一実施形態によるソフトプログラミング中の不揮発性メモリシステムの選択された信号を示すタイミング図。 一実施形態による一連のソフトプログラミング電圧と、その結果により、ソフトプログラミング可能となったNANDストリングとソフトプログラミングを禁止されたNANDストリングのブーストされた電圧とを示す図。 一実施形態よる不揮発性メモリをソフトプログラミングする技術を示すフローチャート。 一実施形態による一連のソフトプログラミング電圧パルスと、その結果により、ソフトプログラミング可能となったNANDストリング及びソフトプログラミングを禁止されたNANDストリングのブーストされた電圧とを示す図。
図5は、メモリセルのページの読み出し及びプログラムを並列実行する読み出し/書き込み回路を有するメモリ装置110を示す。メモリ装置110は、1又は複数のメモリダイ又はチップ112を含んでいてよい。メモリダイ112は、2次元メモリセルアレイ100、制御回路120、読み出し/書き込み回路130A、130Bを有している。一実施形態では、種々の周辺回路によるメモリアレイ100へのアクセスは、アレイの両側にて対称的に実行され、各側におけるアクセスラインと回路の密度が半減されている。読み出し/書き込み回路130A、130Bは、1ページのメモリセルの読み出し又はプログラムの並列実行を可能にする複数の検出ブロック200を有している。メモリアレイ100は、行複合部140A、140Bを介してワードラインによって、及び列複合部142A、142Bを介してビットラインによってアドレス指定される。一般的な実施形態では、1又は複数のメモリダイ112と同じメモリ装置110(例えば、リムーバブル記憶カード又はパッケージ)内に、制御部144が含まれている。命令とデータは、ホストと制御部144の間でライン132を介して、及び、制御部と1又は複数のメモリダイ112の間でライン134を介して転送される。一実施形態では、制御部は、データ転送を補助するためにオプションでRAMメモリ131を有する場合がある。
制御回路120は読み出し回路130A/書き込み回路130Bと協働して、メモリアレイ100へのメモリ動作を実行する。制御回路120は、状態マシン122、オンチップアドレス複合部124、電力制御モジュール126を有している。状態マシン122は、メモリ動作のチップレベル制御を行う。オンチップアドレス複合部124は、ホスト又はメモリ制御部が使用するアドレスと検出部140A、140B、142A、142Bが使用するハードウェアアドレスとの間にアドレスインターフェースを提供する。電力制御モジュール126は、メモリ動作中にワードラインとビットラインに供給される電力と電圧を制御する。
図6を参照すると、メモリセルアレイ100の例示的な構造を示している。一例として、1024個のブロックに仕切られたNANDフラッシュEEPROMについて説明する。メモリセルの各ブロックは、列を形成するビットラインのセットと、行を形成するワードラインのセットを含んでいる。各ブロックは、一般的には多数のページに分割されている。一般には、プログラム又は読み出しの最小単位は1ページであるが、1回の動作で2ページ以上のプログラミング又は読み出しを行うこともできる。別の実施形態では、それぞれのページが複数のセグメントに分割され、各セグメントはベーシックプログラム動作として1回で書き込まれる最小数のセルを含んでいてよい。一般には、1又は複数ページのデータがメモリセルの1行に記憶される。1ページは1又は複数セクタのデータを記憶することができ、この記憶可能サイズは一般にホストシステムによって定義される。セクタには、ユーザデータとオーバヘッドデータが含まれる。一般に、オーバヘッドデータは、セクタのユーザデータから算出されるエラー修正コード(ECC)を含んでいる。制御部(以下で説明する)の一部は、データがアレイにプログラムされている最中にECCを計算し、さらに、データがアレイから読み出されている最中にECCをチェックする。あるいは、ECC及び/又は別のオーバヘッドデータが、ユーザデータが関連したものではない異なるページもしくは異なるブロックに記憶される。1セクタのユーザデータは、一般的には、磁気ディスクドライブに一般に使用されているセクターサイズに関連して512バイトである。オーバヘッドデータは、一般には、追加的な16〜20バイトである。1ブロックは、8ページから例えば32ページや64ページ又はこれ以上までの間の多数のページによって形成される。いくつかの実施形態では、1行のNANDストリングが1ブロックを有している。
図6は、1個のNANDストリングを形成するために直列接続された4個のメモリセルを示している。同図では、各NANDストリングが4個のセルを含んだ状態を示しているが、使用するメモリセルの数は4個以上でも以下でもよい(例えば、16個、32個、又は任意数)。NANDストリングの一方の端子は選択トランジスタ又はゲート(選択ゲートドレインラインSGDに接続されている)を介して関連するビットラインに接続されており、他方の端子は第2選択トランジスタ(選択ゲートソースラインSGSに接続されている)を介してcソースに接続されている。各ブロックに記憶されたデータを同時に消去される。図6に示す例の各ブロック内には、偶数列又は奇数列に分割された8,512の列が存在している。ビットラインは偶数のビットライン(BLe)と奇数のビットライン(BLo)に分割されている。奇数/偶数ビットラインアーキテクチャでは、共通のワードラインに沿い、奇数ビットラインに接続されているメモリセルがあるタイミングで一度にプログラムされ、共通のワードラインに沿い、偶数ビットラインに接続されているメモリセルが別のタイミングで一度にプログラムされる。これにより、532バイトのデータを同時に読み出し又はプログラムすることができる。同時に読み出し又はプログラムされるこの532バイトのデータは論理ページを形成する。そのため、この例では、1個のブロックは少なくとも8ページを記憶することができる。各メモリセルが2ビットのデータ(例えばマルチレベルセル)を記憶する場合は、1ブロックは16ページを記憶することができる。これとは別のサイズのブロック及びページを別の実施形態で使用することも可能である。さらに、図5、図6以外のアーキテクチャを、本開示による実施形態を実装形態するために使用できる。
別の実施形態では、ビットラインが奇数ラインと偶数ラインに分割されない。このような構造は一般にオールビットラインアーキテクチャと呼ばれている。このオールビットラインアーキテクチャでは、読み出し動作及びプログラム動作中に、1ブロックの全てのビットラインが同時に選択される。共通のワードラインに沿い、任意のビットラインに接続されている全てのメモリセルが同時にプログラムされる。別の実施形態では、ビットライン又はブロックが他のグループに分かれる(例えば左と右や2個以上のグループなど)。
一例では、メモリセルをプログラミングする場合に、ドレインとpウェルが0ボルトを受信し、一方、制御ゲートが、増大する一連のプログラミングパルスを受信する。一実施形態では、一連のパルスの大きさは12−24ボルトである。別の実施形態では、一連のパルスの範囲は異なっていてよく、例えば12ボルトよりも高い開始レベルを持ったものであってよい。メモリセルのプログラミング中に、プログラミングパルス間の期間に検証動作が実行される。即ち、並列プログラミング過程にある1グループのセル内の各セルのプログラミングレベルが、各プログラミングパルスの間に読み出され、プログラミングレベルがプログラムされた検証レベルに達したか否かが判定される。プログラミングを検証する1つの手段は、特定の比較点において伝導性を検査するものである。例えば、NANDセルにおいて、十分にプログラムされたことが検証されたセルは、後続の全てのプログラミングパルスについてビットライン電圧を0からVDD(例えば1.8−3.3ボルト)に上昇させてこれらのセルに対するプログラミングプロセスを終了することで、ロックアウトされる。いくつかのケースではパルス数が制限される(例えば20パルス)。所定のメモリセルが最後のパルスによって完全にプログラムされなかった場合には、エラーの可能性がある。いくつかの実装形態では、メモリセルはプログラミングの前に(ブロック単位又はその他の単位で)消去される。
図7は、一実施形態によるプログラム電圧信号を示す。この信号は、上昇する1セットのパルスを有する。パルスの大きさは、各パルスと共に所定のステップサイズずつ上昇する。複数ビットのデータを記憶するメモリセルを備えた一実施形態では、例えば、ステップサイズは0.2ボルト(又は0.4ボルト)である。各プログラムパルスの間には検証パルスが存在する。図7の信号は4つの状態のメモリセルを仮定しているため、3つの検証パルスを有している。例えば、プログラミングパルス250、252の間には3つの連続した検証パルスが存在する。第1検証パルス254はゼロボルトの検証電圧レベルとして示されている。第1検証パルスの後には、第2検証電圧レベルにある第2検証パルス256が続く。第2検証パルス256の後には、第3検証電圧レベルにある第3検証パルス258が続く。データを8つの状態に記憶することができるマルチ状態メモリセルは、7つの比較点について検証動作を実行する必要がある。そのため、2つの連続プログラミングパルスの間で7つの検証動作を7つの検証レベルで実行するために、7つの検証パルスが連続的に印加される。本システムは、7つの検証動作に基づいてメモリセルの状態を決定することができる。検証に要する時間的負担を軽減する1つの手段は、より効率的な検証プロセスを利用するものである。これは例えば、米国特許出願第10/314,055号の「Smart Verify for Multi-State Memories」、出願日2002年12月5日、米国特許出願第11/259,799号、「Apparatus for Programming of Multi-State Non-Volatile Memory Using Smart Verify」出願日2005年10月27日、米国特許出願番号第11/260,658号、「Method for Programming of Multi-State Non-Volatile Memory Using Smart Verify」出願日2005年10月27日に開示されており、これら出願の全体は本願明細書に組み込まれる。
図8は、不揮発性メモリをプログラムする方法の一実施形態を示すフローチャートである。プログラムされるメモリセルはステップ200にて消去される。ステップ200は、プログラムされるメモリセルよりも多くのメモリセルを消去することができる(例えばブロック単位、又は他の単位で)。ステップ202で、消去されたメモリセルに対して消去した閾値電圧の分布を狭めるソフトプログラムが実行される。この消去プロセスの結果、いくつかのメモリセルが必要以上に消去されてしまう可能性がある。ソフトプログラミングは、小さなプログラムパルスを印加して、消去されたメモリセルの閾値電圧を消去検証レベルに近付けることができる。ステップ204で、「データロード」命令が制御部144によって発行され、制御回路120に入力されることで、データ入力/出力バッファにデータを入力することが可能となる。入力されたデータは命令として認識され、制御回路120に入力された命令ラッチ信号(図示せず)を介し状態マシン122によってラッチされる。ステップ206では、制御部又はホストから、ページアドレスを指定するアドレスデータが行制御部又は検出部140A、140Bに入力される。入力されたデータは、制御回路に入力されたアドレスラッチ信号の影響を受けながら、状態マシン122によってページアドレスとして認識されてラッチされる。ステップ208では、アドレス指定されたページ用の1ページのプログラムデータが、プログラミングのためにデータ入力/出力バッファに入力される。一実施形態では、例えば532バイトのデータを入力することができる。このデータは、適切なレジスタ内で、選択されたビットラインについてラッチされる。いくつかの実施形態では、データは、検証動作で使用するために、第2レジスタ内でも選択されたビットラインについてラッチされる。ステップ210では、「プログラム」命令が制御部により発行され、データ入力/出力バッファに入力される。この命令は、制御回路に入力された命令ラッチ信号を介し、状態マシン122によってラッチされる。
ステップ208でラッチされたデータは、「プログラム」命令でトリガされることにより、図7の適切なワードラインに印加した階段状パルスを使用して、状態マシン122が制御する選択されたメモリセル内にプログラムされる。ステップ212で、選択したワードラインに印加されるプログラムパルス電圧レベルVPGMが開始パルス(例えば12V)に初期化され、状態マシン122によって維持されているプログラムカウンタPCが0に初期化される。ステップ214では、選択したワードラインに第1VPGMパルスが印加される。論理「0」が、対応するメモリセルをプログラムすべきことを示す特定のデータラッチ内に記憶されている場合には、対応するビットラインが接地される。一方、論理「1」が、対応するメモリセルを現在のデータ状態に維持すべきことを示す特定のデータラッチに記憶されている場合は、対応するビットラインがVDDに接続されてプログラムが禁止される。
ステップ216では、選択したメモリセルの状態が検証される。選択したセルの対象の閾値電圧が適切なレベルに達したことが検出されると、対応するデータラッチに記憶されているデータが論理「1」に変更される。閾値電圧が適切なレベルに達していないことが検出された場合には、対応するデータラッチに記憶されているデータは変更されない。こうすることで、対応するデータラッチに記憶されている論理「1」を持ったビットラインをプログラムする必要がなくなる。全てのデータラッチが論理「1」を記憶している場合には、状態マシンは、全ての選択されたセルのプログラムが完了したことを認識する。ステップ218では、全てのデータラッチが論理「1」を記憶しているかどうかがチェックされる。記憶している場合には、全ての選択したメモリセルが目標の状態にプログラム及び検証されているので、プログラムプロセスは無事完了である。ステップ220にて、「合格」状態が報告される。いくつかの実施形態では、ステップ218で、全てのデータラッチが論理「1」を記憶していなくてもよい点に留意されたい。少なくとも所定数のデータラッチが論理「1」を記憶していれば十分である。未だ論理「0」を記憶しているデータラッチは、プログラムされていないセル(遅速プログラムセル)又は欠陥セルに関連付けられる。限られた数のプログラム不足なセル又は欠陥セルを許容することができる。これは、後の読み出し動作中に、遅速プログラミングセル又は欠陥メモリセルに関連した壊れたデータにエラー修正(ECC)をかけて修正することができるためである。
ステップ218にて全てのデータラッチが論理「1」を記憶しているわけではないと判定された場合には、プログラムプロセスが継続する。ステップ222で、プログラムカウンタPCがプログラム限度値に対してチェックされる。プログラム限度値の一例は20であるが、これ以外の値の使用も可能である。プログラムカウンタPCが20未満でない場合には、ステップ226にて、プログラムに失敗したセルの数が所定数と等しいか又はこれよりも少ないかどうかが決定される。プログラムに失敗したビットの数が所定数と等しいか又はこれよりも少ない場合には、ステップ228にて、プログラムプロセスに合格のフラグが立てられ、合格の状態が報告される。プログラムに失敗したビットの数は、読み出しプロセス中にエラー修正を使用して修正することができる。しかし、プログラムに失敗したビットの数が所定数よりも多い場合には、ステップ230にて、プログラムプロセスに失敗したとのフラグが立てられ、失敗状態が報告される。プログラムカウンタPCが20未満である場合には、ステップ224にて、VPGMレベルがステップサイズだけ上昇し、プログラムカウンタPCが増分される。ステップ224が終了するとプロセスはステップ214へ戻り、次のVPGMパルスを印加する。
図8のフローチャートは、バイナリ記憶に適用できるシングルパスプログラミング方法を示す。例えばマルチレベル装置に適用できる2パスプログラミング方法では、複数のプログラミングステップ又は検証ステップをフローチャート一巡において利用することができる。プログラミング動作の各パスにステップ212−230を実行できる。第1パスでは1又は複数のプログラムパルスを適用でき、その結果が検証されて、セルが適切な中間状態にあるか否かが決定される。第2パスでは、1又は複数のプログラムパルスを適用でき、その結果が検証されて、セルが適切な最終状態にあるか否かが決定される。
成功したプログラムプロセスの最後に、全ての又はほぼ全てのメモリセルの閾値電圧は、プログラムされたメモリセルの1又は複数の閾値電圧分布内、あるいは消去されたメモリセルの閾値電圧分布内にあるはずである。メモリセルの有効な閾値電圧の範囲を、明確なメモリ状態を表す複数の範囲に分割することができる。例えば、2つの閾値電圧の範囲が、論理データ「1」と「0」に割り当てられる2つのメモリ状態を確立することができる。図9は、各メモリセルが1ビットのデータを記憶している場合におけるメモリセルアレイの閾値電圧分布を示す。図9はさらに、消去されたメモリセルの閾値電圧の第1分布300と、プログラムされたメモリセルの閾値電圧の第2分布302を示す。
一般的に、メモリセルの閾値電圧メモリウィンドウを2つの範囲に仕切るために、少なくとも1つの基準閾値電圧レベルが確立される。基準閾値電圧レベルに対応するゲートに所定の固定電圧(例えば、読み出し基準電圧)を印加してセルが読み出されると、電導とブレークポイント又は基準電流と比較することで、そのソース/ドレイン電導状態が確立される。読み出された電流が基準電流レベルの電流よりも高い場合には、セルが「オン」であり、1つの論理状態にあると判定される。電流が基準電流レベルよりも低い場合には、セルは「オフ」であり、もう1つの論理状態にあると判定される。一実施形態では、第1分布300内の閾値電圧レベルは負であり、論理「1」に対応している。一方、第2分布302内の閾値電圧レベルは正であり、論理「0」に対応している。閾値電圧が負であり、制御ゲートに0Vを印加することで読み出しが試みられる場合、メモリセルがオンになって論理1が記憶されていることが示される。又、閾値電圧が正であり、制御ゲートに0Vを印加することで読み出し動作が試みられる場合には、メモリセルはオンにならず、論理0が記憶されていることが示される。
メモリセルは、明確なメモリ状態を表す2つ以上の範囲の閾値電圧を利用することで、複数ビットのデジタルデータを記憶することもできる。閾値電圧ウィンドウを、所定のメモリ状態と、個々の状態を画定するために使用される複数の電圧ブレークポイントレベルの数に分割することができる。例えば、4つの状態を使用する場合には、データ値11、10、01、00に割り当てられる4つの明確なメモリ状態を表す4つの閾値電圧範囲が存在することになる。メモリセルにプログラムされたデータとセルの閾値電圧範囲との間の特定の関係は、メモリセルに採用する符合化方法によって異なる。2003年6月13日に出願の米国特許第6,222,762号及び米国特許出願番号第10/461,244号、「Tracking Cells For A Memory System」は、両方ともその全体が本願明細書に組み込まれており、マルチ状態フラッシュメモリセルの様々なデータ符号化方法について記述している。
図10は、各メモリセルが2ビットのデータを4つの物理状態に記憶する場合における、メモリセルアレイの例示的な閾値電圧分布を示す。分布310は負の閾値電圧レベルを有し、消去状態E(「11」を記憶する)にあるセルの閾値電圧の分布を示す。分布312は、第1プログラム状態Aにあり、「10」を記憶するセルの閾値電圧分布を示す。分布314は、第2プログラム状態Bにあり、「00」を記憶するセルの閾値電圧分布を示す。分布316は、第3プログラム状態Cにあり、「01」を記憶するセルの閾値電圧分布を示す。この例では、単一のメモリセルに記憶された2ビットの各ビットが異なる論理ページに由来する。即ち、各メモリセルに記憶された2ビットの各ビットに、異なる論理ページアドレスを示す。四角形で示したビットは下側ページに対応している。円形で示したビットは、上側ページに対応している。一実施形態では、グレーコードシーケンスを利用して連続したメモリセルの物理状態に論理状態が指定されているため、フローティングゲートの閾値電圧が誤って隣の閾値電圧状態範囲にシフトした場合でも、影響を受けるのは1ビットだけである。信頼性を改善するためには、各分布を縮小化(分布を狭める)ことが好ましい。これは、分布が縮小すると読み出しマージン(隣接する状態閾値分布間の距離)が拡大するためである。
読み出し動作と検証動作では、選択されたブロックの選択ゲートが1又は複数の選択ゲート電圧に上昇され、選択されたブロックの選択されていないワードライン(例えば図4のWL0、WL1、WL3)が読み出しパス電圧VREAD(例えば4.5ボルト)に上昇されることで、トランジスタがパスゲートとして動作する。選択されたブロックの選択されたワードライン(例えばWL2)が基準電圧VCGRに接続され、そのレベルは、対象のメモリセルの閾値電圧がこのレベルを上回るか下回るかを判定するために、各読み出し及び検証動作に特化したものになっている。ワードライン電圧の印加後に、メモリセルの伝導電流を測定することによって、ワードラインに印加された電圧に反応してメモリセルがオンになったか否かが判定される。測定した伝導電流が特定の値よりも高い場合には、メモリセルはオンになり、ワードラインに印加された電圧はメモリセルの閾値電圧よりも高いと想定される。これに対し、測定した伝導電流が特定の値よりも低い場合には、メモリセルはオンにならず、ワードラインに印加された電圧はメモリセルの閾値電圧より低いと想定される。
例えば、図9に示された1ビットメモリセルの読み出し動作では、閾値電圧が0Vよりも高いかどうかを検出するために、選択されたワードラインWL2が接地される。1ビットメモリセルの検証動作では、選択されたワードラインWL2は例えば0.8Vに接続されているため、プログラムの進行に伴って、閾値電圧が0.8Vに達したかどうかが検証される。読み出し及び検証中は、ソースとpウェルは0Vにある。選択されたビットライン(BLe)は例えば0.7Vのレベルにプリチャージされる。閾値電圧が読み出し又は検証レベルよりも高い場合には、関連する非伝導性メモリセルのために、対象のビットライン(BLe)の電位が高レベルに維持される。一方、閾値電圧が読み出しレベル又は検証レベルよりも低い場合には、伝導性メモリセルのために、対象のビットライン(BLe)の電位が例えば0.5V未満といった低レベルまで低下される。メモリセルの状態は、ビットラインに接続されており、結果としてビットライン電圧を検出する検出ブロック200の検出増幅器によって検出される。ここで提供した電圧は単なる例示であるため、実装形態に応じて変わる。
読み出し又は検証動作中にメモリセルの伝導電流を測定する方法は多数ある。上述の例では、選択されたメモリセルの伝導電流により、選択されたメモリセルを含むNANDストリングがビットラインを放電する(又はこれに失敗する)。一定時間の経過後に、ビットラインが放電されたかどうかを決定するために、ビットライン上の電圧が測定される。別の例では、メモリセルの伝導電流は、メモリセルが検出増幅器内の専用のキャパシタを放電させる放電率によって測定される。
図10は、マルチ状態メモリセルからデータを読み出すための3つの読み出し基準電圧VRA、VRB、VRCを示す。システムは、所定のメモリセルの閾値電圧がVRA、VRB、VRCより高いか低いかをテストすることで、メモリの状態を判定する。メモリセルが、制御ゲートに印加されたVRAで動作する場合には、そのメモリセルは状態Eにある。メモリセルがVRAではなくVRB及びVRCにて動作する場合は、そのメモリセルは状態Aにある。メモリセルがVRA及びVRBではなくVRCにて動作する場合には、そのメモリセルは状態Bにある。メモリセルがVRA、VRB、VRCにて動作しない場合は、そのメモリセルは状態Cにある。図10は更に、3つの検証基準電圧VVA、VVB、VVCを示す。メモリセルを状態Aにプログラムするときは、システムはこれらメモリセルの閾値電圧がVVA以上であるかをテストする。メモリセルを状態Bにプログラムするときは、システムはメモリセルの閾値電圧がVVB以上であるかをテストする。メモリセルを状態Cにプログラムするときは、システムはメモリセルの閾値電圧がVVC以上であるかをテストする。
一実施形態では、メモリセルの消去は、Pウェルを消去電圧(例えば20ボルト)に十分な時間だけ上昇させ、ソースライン/ビットラインが浮遊している間に、選択されたブロックのワードラインを接地することで行う。これにより、選択されたメモリセルのトンネル酸化層に強い電場が印加され、フローティングゲートの電子が基板側に放出されると、選択されたメモリセルのデータが消去される。電子がフローティングゲートからPウェル領域へ転送されると、選択されたセルの閾値電圧が降下する。消去が禁止されたセルのワードラインは浮遊条件に設定されている。容量結合により、選択されていないワードライン、ビットライン、選択ライン、共通ソースラインも消去電圧のかなりの割合にまで上昇し、これにより、選択されていないセルの消去が禁止される。消去は、メモリアレイ全体、個別のブロック、又は別のセルユニットに対して実行することができる。
図11は、消去動作を実行するための例示的なバイアス条件を示す。このバイアス条件は単一のNANDストリングに適用した場合を示しているが、消去バイアス条件は多くのNANDストリング(例えばセルのブロック)に並列して適用できる。ソースライン、ビットライン、ソース選択ゲートラインSGS、ドレイン選択ゲートラインSGDが浮遊可能となっている一方、各ワードラインは接地される。消去電圧VERASE(例えば20V)がPウェルに印加される。容量結合により、選択されていないワードライン、ビットライン、選択ライン、ソースラインも高い正電位(例えば20V)に上昇される。選択されたブロックのメモリセルのトンネル酸化層に強い電場が印加され、フローティングゲートの電子が基板に放出されると、選択されたメモリセルのデータが消去される。消去とは、メモリセルの閾値電圧を、そのフローティングゲートから電子を放出することによって降下させることを意味する。十分な量の電子がフローティングゲートからPウェル領域へ転送されると、選択されたセルの閾値電圧が負になる。閾値電圧が所定の十分に低い値に達すると、メモリセルが消去されたものとされ、消去プロセスが完了又は成功したと見なされる。消去電圧信号VERASEは、一般に、各パルス間で消去検証動作を実行する一連の消去電圧パルスとして印加される。消去中のセルのユニットが、消去電圧パルスの印加後に消去済みと検証されなかったら、別の消去電圧パルスをPウェル領域に印加することができる。いくつかの実施形態では、消去電圧のピーク値は、後続の各パルスについて上昇される(例えば、16Vから20Vまで1V毎に増分される)。
図12は、消去検証動作を実行するための例示的なバイアス条件を示す。各選択ゲートをオンにし、共通ソースラインにVDDを印加する間に、各ワードラインは低電圧(一般的には、0V)に接続される。ビットラインは最初に0Vに放電された後に、消去検証動作の一部の間に浮遊状態に維持される。このバイアス条件において、NANDストリング内の各メモリセルの閾値電圧が0Vよりも低い場合には(各ワードラインは0Vに接続していると仮定した場合)、NANDストリングは最初に導通状態(オン状態)となる。その結果、ビットラインが充電され、ビットライン電圧が徐々に上昇する。ビットライン電圧の上昇の量は、メモリセルの閾値電圧によって異なる。メモリセルの閾値電圧Vが低いほど、ビットライン電圧は上昇する。ビットラインの充電が可能になる一定の時間の経過後に、ビットライン電圧を所定の電圧VSENEVと比較する検出動作を検出増幅器が実行する。ビットライン電圧がこのVSENEVよりも高い場合には、NANDストリング内の各メモリセルが適切に消去された、すなわち、一般的には、NANDストリングの各メモリセルがVSENEVよりも低い閾値電圧を有すると考えられる。一般に、検証動作は、セルのブロックで並列実行される。全て又はほとんどのNANDストリングが消去完了として検証されるまで、追加の消去電圧パルスを印加し続けることができる。
図13Aは、メモリアレイにデータが書き込まれた後の4つの状態又は4レベルのメモリ装置の、消去(E)、プログラム(A、B、C)閾値電圧V分布を示す。図13Bは、消去動作が完了した後の同じ4状態メモリ装置を示す。図示するように、消去動作の結果、消去されたメモリセル(この段階では、既にプログラム済みのセルも含む)の閾値電圧が、拡大し、又、VSENEVレベル未満にシフトした分布が得られる。メモリセルは、通常は、必要以上に消去されてしまう。多数の書き込み/消去サイクルの後に、全て又はほとんどのメモリセルが1つの消去電圧パルスで確実に消去されるように、選択された第1消去電圧パルスの大きさは、通常は、新しいデバイス(即ち、多くの書き込み/消去サイクルを経験していないデバイス)の全てのセルを1つのパルスで消去するのに必要な値より大きい。さらに、前述したように、装置内の各メモリセルに対して異なる消去動作を実行することで、いくつかのセルは他のセルよりも強力に消去される可能性がある。例えば、より高速に消去されるメモリセルは、同一ストリングの遅速セルの消去を終了するために印加される追加の消去電圧パルスによって、非常に低い負の閾値電圧にシフトされることがある。
図14は、消去したメモリセルの閾値電圧を消去検証レベルに近付けるための、ソフトプログラミング動作のバイアス条件を示す。一般に、ソフトプログラミング動作は、ソフトプログラミングパルスVSPGMを選択されたブロックの全てのワードラインに同時に印加することで実行される。ソース側選択ゲート402はソース側ゲートラインSGSが接地されることでオフとされ、ビットラインには0Vが印加される。ドレイン側選択ゲート416は、ドレイン側選択ゲートラインSGDにVSGD(例えば1.8V〜3.3V)が印加されることオンとされる。一般に、ソフトプログラミングは、1セットのメモリセルの消去された閾値分布の幅を狭小化するために、及び、この1セットのメモリセルの各々についての消去された閾値分布を正規化するために、この1セットのメモリセルを消去した後に実行される。ソフトプログラミングパルスは、セルがプログラム状態に達することを防止するために、標準のプログラミングパルスよりも増幅が小さくされている(例えば図7に示すとおり)。ソフトプログラミングの結果として望ましいのは、セルの閾値電圧分布がより狭小化することである。これにより、閾値電圧はプログラム状態の範囲内にシフトされず、VSENEVレベルに接近するようになる。
各ソフトプログラミングパルスの印加後に、一般的な消去検証動作と類似した検証動作が実行される。一実施形態では、図12に示すバイアス条件を使用できる。各選択ゲートがオンになり、VDDが共通ソースラインに印加されている間に。各ワードラインは低電圧(一般には0V)に接続される。ビットラインは最初に0Vに放電され、その後、ソフトプログラム検証動作の一部の実行中に浮遊状態に維持される。ビットラインをチャージアップできる一定の時間の後に、検出増幅器が、ビットライン電圧を所定の電圧VSENEVと比較する検出動作を実行する。ビットライン電圧がVSENEVよりも低い場合は、NANDストリング内の少なくとも1つのメモリセルが一般にVSENEVよりも高い閾値電圧を有する状態であり、メモリセルのソフトプログラムが成功したと考えられる。選択されたブロック内の特定数のNANDストリングのソフトプログラムが成功したと検証されると、ソフトプログラミングが完了する。
図15は、ソフトプログラミング実行後の、図13A、図13Bにおけるメモリセルのグループの閾値電圧の分布を示す。ソフトプログラミングの結果、ストリング内の消去されたメモリセルの分布が消去検証レベルVSENEV付近にまでシフトアップする。ソフトプログラミングを用いることで、メモリセルが元々過剰に消去されていた場合でも、消去閾値電圧分布を消去検証レベルに近いレベルにまでシフトアップすることができる。
図16は、一般的なソフトプログラミング動作を示すタイミング図である。ワードラインWL(全て)、ビットラインBL、ソースラインSL、ドレイン選択ゲートラインSGD、ソース選択ゲートラインSGSに印加された信号を、結果生じたNANDストリング内のチャネル電圧VCHと共に示している。共通ソースラインSLは動作全体にわたって0Vに維持され、ソース側選択ゲートラインSGSに0Vが印加されることでソース側選択ゲートがターンオフされる。一実施形態では、共通ソースラインSLに1〜1.5Vの低い電圧が印加されることで、ソース側選択ゲートの遮断特性が向上される。ドレイン側選択ゲート電圧VSGDが時間t1にVSG(例えば4V)にまで上昇されることによって、ドレイン選択ゲートが開放される。時間t2に、ソフトプログラミング中のブロック内の全てのワードラインについて、ワードライン電圧VWLがVREADまで上昇される。一般に、電圧レベルVREADは、ソフトプログラミングを実行するために、ソフトプログラミング電圧の印加前にワードラインに印加される。ソフトプログラミング電圧の印加中に、ソフトプログラミングを禁止すべきNANDストリングのチャネル領域をプリチャージ可能とするために、VREADが印加される。上述したように、VREADは、実際には読み出しパス電圧である。この読み出しパス電圧は、選択されていないトランジスタを、別のトランジスタの読み出し中に一つの状態に置くために使用される。例えば、選択されたワードラインの読み出しセルを読み出す場合に、選択されていないワードラインにVREADを印加すると、これに接続している各メモリセルがオンになる。一般的には、VREADは、最高の閾値電圧範囲にプログラムされたセルをオンにするのに十分な電圧である。
時間t3では、ブロックの各NANDストリングのビットラインが、特定のNANDストリングがソフトプログラミングされるものであるか、又は、ソフトプログラミングを禁止されるものであるかに対応した電圧に設定される。ライン502は、ソフトプログラミングを禁止されるNANDストリングを表し、ライン504は、ソフトプログラミングできるNANDストリングを表す。ソフトプログラミングを禁止されるNANDストリングのビットラインBL電圧502は、VDD(例えば1.8〜3.3V)に上昇されている。ソフトプログラミング可能なNANDストリングのビットラインBL電圧504は0Vに維持される。
その結果現れる禁止NANDストリングのチャネル領域電圧VCHをライン506で示す。この結果現れる可能NANDストリングのチャネル領域電圧VCHをライン508で示す。ワードラインにVREADを印加し、ドレイン側選択ゲートが電圧VSGによってオンになると、各NANDストリング内に、各メモリセルを介してビットラインまで伝導パスが確立される。禁止NANDストリングについてビットラインがVDDに上昇されると、ドレイン側選択ゲートがビットライン電圧をNANDストリングのチャネル領域へ伝達する。ワードライン及びドレイン選択ゲートに印加された電圧によって、禁止NANDストリングのチャネル領域をビットライン電圧レベルVDDにプリチャージできるようになる。ソフトプログラミング可能なNANDストリングの場合は、0Vのビットライン電圧によってチャネル領域が0Vに維持される。時間t4にて、ドレイン側選択ゲート電圧VDSGがレベルVSGDにまで低下する。ソフトプログラミングを禁止されるNANDストリング内のドレイン側選択ゲートをターンオフするために、電圧VSGDは電圧VSGよりも低くされる。これにより、時間t4で、ソフトプログラミングを禁止されているNANDストリングのチャネル領域がビットラインから遮断され、以下で説明するようにチャネル領域がブースト可能となる。例えば、一実施形態では、VSGDは1.8〜3.3Vの範囲内にあり、VSGは3〜4.5Vの範囲内にある。プログラムされるNANDストリング(そのビットラインは0Vである)は、ドレイン側選択ゲート電圧VDSGがVSGDに降下される際には0Vに維持される。チャネル領域が0Vに維持され、ソフトプログラミング電圧を印加するときに電子をメモリセルのフローティングゲートへ引き寄せるためのパスが提供される。一実施形態では、時間t1に、ドレイン選択ゲートラインSGDをVSGDに上昇させる。この場合でも、ソフトプログラミングを禁止されたNANDストリング内をプリチャージできるが、しかし、プリチャージレベルはビットライン電圧VDDの最高レベルにまでは上昇しない。
時間t5にて、ソフトプログラミング中のブロックの各ワードラインにソフトプログラミング電圧VSPGMが印加される。ライン506で示すようにワードライン電圧がレベルVREADからレベルVSPGMへ上昇するのに従って、ソフトプログラミングを禁止されたNANDストリングのチャネル領域が上昇する。このチャネル領域のブーストが、対応する高い正のバイアスの印加時に、これらNANDストリングのメモリセルのソフトプログラミングを禁止する。ライン508で示すように、ソフトプログラミングが可能なNANDストリングのチャネル領域は、ワードライン電圧がレベルVSPGMに上昇するときに、0Vに維持される。チャネル領域が0Vにあり、ワードラインに高い正のバイアスがかかっている状態では、これらのメモリセルは、フローティングゲート内に電子が注入されることによって、ソフトプログラミングを経験する。時間t7にて、各ワードラインのソフトプログラミング電圧VSPGMが再び0Vに低下する。ソフトプログラミングを禁止されたNANDストリングのチャネル領域も約0Vに低下する。時間t8で、ソフトプログラミングを禁止されたNANDストリングのビットライン電圧が再び0Vに低下する。時間t9にて、ドレイン側選択ゲートが、0Vを印加されてターンオフされる。
一般に、ソフトプログラミングは、ワードラインの共通のセットを共用しているメモリセルのブロック上で同時に実行される。図16に示すように、ブロックの各ワードラインにソフトプログラミングパルスを印加した後に、図12に示すバイアス条件の下で検証動作が実行される。検証動作で合格したNANDストリングは、後続のソフトプログラミング電圧の印加中にそのビットラインがVDDに上昇されることで、それ以降のソフトプログラミングを禁止される。検証動作で合格しなかったNANDストリングには、更にソフトプログラミングが実行される。
図17は、メモリセルのブロックの多数のNANDストリングをプログラムするために、1セットのワードラインに印加することができる一連のソフトプログラミング電圧パルスを示す。禁止NANDストリング(ビットラインにVDDを有する)の結果として得られるチャネル領域電圧VCHをライン512で示し、可能NANDストリング(ビットラインに0Vを有する)のチャネル領域電圧VCHをライン510で示す。各ソフトプログラミング電圧パルスは2つの離散ピーク電圧レベルを含む。ワードラインに読み出しパス電圧VREADを、次にレベルVSPGM1のソフトプログラミング電圧を印加することにより、第1ソフトプログラミング電圧パルスが生成される。ワードラインにVREADを印加するときに、ビットライン電圧VDDが禁止NANDストリングのチャネル領域へ伝達される。ワードライン電圧がVSPGM1に上昇すると、チャネル領域がVBOOST1の量に比例してブーストされる。VBOOST1は、ソフトプログラミング電圧レベルVSPGM1と読み出しパス電圧レベルVREADの間の差と等しい。チャネル領域電圧はVBOOST1に比例してレベルVDDから上昇する。可能NANDストリング510のチャネル領域電圧は、ソフトプログラミングを可能にするために、ブーストされず0Vに維持される。ブーストされたチャネル電圧はVBOOST1に比例するが、必ずしも直線状でなくてよい。ゲート誘発ドレインリーク及び他のメカニズムによるリーク電流がチャネルを放電すること場合があり、チャネルブーストによるVBOOST1への依存が影響を受ける。
読み出しパス電圧VREADが、再び、第2ソフトプログラミング電圧パルスに対してワードラインに印加される。禁止NANDストリングのチャネル領域がVDDにプリチャージされる。次に、ワードラインに第2レベルVSPGM2のソフトプログラミング電圧が印加され、ブーストレベルVBOOST2が生じる。ソフトプログラミング電圧レベルが上昇すると、禁止NANDストリング内のチャネルブーストのレベルが上昇する。読み出しパス電圧は第2パルスの場合も同様であるが、ソフトプログラミング電圧は上昇している。その結果、このソフトプログラミンの上昇に比例して、ソフトプログラミング禁止NANDストリング内のチャネルブーストのレベルがVBOOST1からVBOOST2へ上昇する。
次に、第3ソフトプログラミング電圧パルスが印加され、最初に禁止ストリングのチャネルをVDDにプリチャージするためのVREADの印加が開始される。次に、ソフトプログラミング電圧が第3レベルVSPGM3とされると、第3レベルのブーストVBOOST3が生成される。禁止NANDストリングのチャネルが、VBOOST3と比例する第3の量だけブーストされる。
禁止NANDストリング内のブーストされたチャネル電圧が高くなり過ぎると、ソフトプログラミング動作が悪影響を受ける可能性がある。ソフトプログラミング中に、ソース側選択ゲートトランジスタのゲートが接地される(例えば、図14のソース選択トランジスタ402)。ソフトプログラミング電圧パルスは、禁止NANDストリングのチャネル領域を比較的高い電圧(例えば5〜10V)にブーストする。ソフトプログラミング電圧が上昇するに従い、ブースト量も増える。チャネル領域内のブーストのレベルが高くなり過ぎると、この選択ゲートトランジスタのブレークダウンが発生する可能性がある。選択ゲートトランジスタのドレイン側にはブーストされたチャネル電圧が存在する。トランジスタのゲート領域が0Vで、ドレイン領域が高い電圧を有する状態では、ブレークダウンが発生する可能性がある。考えられるブレークダウンの1つの原因に、選択ゲートトランジスタのドレイン領域内におけるバンド間トネリングがあり、これは一般にゲート誘発ドレインリーク又はGIDLと呼ばれる。GIDLによって生成された電子を、ワードラインWL0におけるメモリセルの下のブーストされたチャネル範囲に向けて加速させる場合がある。これにより、いわゆるホット電子が生じ、次にこれがワードラインWL0におけるメモリセルのフローティングゲート内に注入されると、望ましくない閾値電圧のシフト及びソフトプログラミング妨害が生じる。
GIDLは、ドレイン側選択ゲートの隣のNANDストリング内のメモリセルのドレイン領域内、例えば、ドレイン選択ゲートトランジスタ416の隣のワードラインWL5におけるメモリセル414のドレイン領域内においても生じる。一般的に、ドレイン側選択ゲートはブーストの間1.5〜2.5Vといった高い電圧を有するが、禁止NANDストリングのチャネル内のブーストレベルが高い場合には、やはりチャネルGIDLが生じる可能性がある。
GIDLが、ワードラインWL0における選択ゲートトランジスタ(例えば、メモリセル404)の隣のメモリセルのブーストされたチャネル領域、並びに、NANDストリング内の別のメモリセルのチャネル領域を放電させる可能性もある。禁止NANDストリング内のブースト電圧レベルが放電すると、チャネル電位が低下して、ソフトプログラミング妨害が起こることがある。ソフトプログラミング妨害は、意図しないメモリセルのソフトプログラミングを意味する。チャネル電位が十分に低下すると、ソフトプログラミング電圧により、選択されていないストリングのメモリセルへの電子の注入が生じる。例えば図3を参照すると、NANDストリング42は、ソフトプログラミングを禁止されるべきであるが、ワードラインWL0〜WL3にソフトプログラミング電圧を印加している最中にチャネル電位の低下を経験する場合には、メモリセル72、74、76、78が誤ってソフトプログラムされる可能性がある。
従来のソフトプログラミング技術は、プリチャージを単一の読み出しパス電圧VREADに頼ったものであったため、禁止NANDストリングのチャネル内におけるブースト量を制御できなかった。ソフトプログラミング電圧VSPGMが上昇すると、VREADの値はそのまま維持されるため、禁止NANDストリング内のブーストのレベルが上昇する。装置の寸法が縮小され続けているので、これらの高いブーストレベルは、特に選択ゲートに隣接したワードライン上のメモリセルについて、高レベルのソフトプログラミング妨害を生じさせることが予想される。
本開示の実施形態は、ソフトプログラミング中に禁止NANDストリング内のブースト量を制御するために、ソフトプログラミングプリチャージ電圧を提供する。図18は、ブロック又は別単位のメモリセルをソフトプログラミングする一実施形態によるタイミング図である。ソフトプログラミング動作全体を通して、ソース側選択ゲートラインと共通ソースラインは0Vに維持される。上述したように、ソースラインに1〜1.5Vの電圧を使用して、ソース側選択ゲートの遮断特性を向上させることができる。時間t1には、VSGが選択ゲートドレインラインSGDに印加されることで、ドレイン側選択ゲートが開放される。時間t2には、ソフトプログラミングプリチャージ電圧VSPPCが、選択されたブロックの各ワードラインに印加される。一実施形態では、ソフトプログラミングプリチャージ電圧は約5〜10Vである。しかし、別の実装形態では、これ以外の値を使用して、以降で説明する所望のブースト特性を達成することも可能である。これは、図16〜図17に示した、時間t2に読み出しパス電圧VREADがワードラインに印加される従来技術とは対照的である。一般的に、電圧VREADは約4.5〜5.5Vである。ソフトプログラミング中にチャネルブーストの適切なレベルを達成するのではなく、読み出し中に選択されていないメモリセルをオンにするのに望ましいレベルに基づいて、VREADに固定値を使用することがより重要である。その低く、固定されたレベルのために、追加のパルスが印加されてソフトプログラミング電圧が上昇すると、禁止NANDストリングのブーストチャネル電圧に上昇が生じる。
ソフトプログラミングプリチャージ電圧VSPPCを利用することで、本開示による実施形態は、ソフトプログラミング禁止NANDストリング内のブーストレベルを制御することができる。時間t3に、ソフトプログラミングを禁止されるべきNANDストリングのビットラインが電圧VDDに上昇される。ソフトプログラミングされるべきNANDストリングのビットラインは0Vに維持される。禁止NANDストリングのチャネル領域は、時間t3において、ビットラインに供給された電圧レベルに従ってプリチャージされる。禁止ストリングのビットラインにおける電圧VDDは、選択ゲートによって、ストリングのチャネル領域内に伝達される。0Vを有するソフトプログラムされるべきストリングは、それらのチャネル領域内に伝達される。
時間t4には、ドレイン側選択ゲート電圧がレベルVSGDに低下され、ソフトプログラミングされるべきNANDストリングについてドレイン側選択ゲートがオン状態に維持される一方で、ソフトプログラミングを禁止されるべきNANDストリングについて選択ゲートが遮断される。ビットラインがVDDにあり、ドレイン側選択ゲートはより低い電圧を有するので、禁止されるべきNANDストリングがビットラインから遮断される。ソフトプログラミングを受けているNANDストリングのビットラインが0Vであるので、選択ゲートはチャネルをビットラインに接続した状態を維持する。時間t5には、ソフトプログラミング電圧VSPGMが、選択されたブロックの全てのワードラインに印加される。禁止NANDストリングのチャネル領域は、VSPGMとVSPPCとの差に従って上昇する。他のNANDストリングのチャネル領域は0Vに維持されるので、それらのメモリセルをソフトプログラミングすることができる。チャネル領域からワードラインに正のバイアスが印加されているそれらのメモリセルのフローティングゲート内へ、電子が移動する。禁止NANDストリングでは、ソフトプログラミング電圧VSPGMにより、ソフトプログラミングを禁止するためのチャネルブーストが可能になる。
図19は、本開示の一実施形態による、ワードラインのグループに印加された一連のソフトプログラミング電圧パルスを示す。禁止NANDストリング及び可能NANDストリング内の結果として得られるチャネル電圧VCHをそれぞれライン530、532で示す。図19の実施形態では、図18に示したとおりのソフトプログラミングプリチャージ電圧VSPPCを利用する。最初に、第1レベルVSPPC1のソフトプログラミングプリチャージ電圧を印加することによって、第1ソフトプログラミングパルスが生成される。各ビットラインを禁止又は可能条件に設定し、ドレイン選択ゲート電圧を低下させた後に、各ワードラインにレベルVSPGM1でソフトプログラミング電圧が印加される。第1ソフトプログラミング電圧レベルVSPGM1と第1ソフトプログラミングプリチャージレベルVSPPC1の間の差VBOOSTによって、禁止NANDストリングのチャネル領域内でのブーストのレベルが決定される。禁止NANDストリング内のチャネルブーストのレベルは、初期値VDDから、VBOOSTに比例した量だけ上昇する。
図19に示す第2ソフトプログラミングパルスは、最初に、レベルVSPPC2のソフトプログラミングプリチャージ電圧を印加することで生成される。ソフトプログラミングプリチャージ電圧のレベルは、第1レベルVSPPC1からΔVSPPCだけ上昇する。次に、ソフトプログラミング電圧がレベルVSPGM2で各ワードラインに印加される。ソフトプログラミング電圧は、第1レベルVSPGMからΔVSPGMだけ上昇する。ΔVSPGMはΔVSPPCとほぼ等しい。したがって、VSPGM2とVSPPC2の間の差VBOOSTは、VSPGM1とVBOOST1の間の差VBOOSTとほぼ等しい。これにより、禁止NANDストリングのチャネル領域における一定量のブーストが、ライン530で示すとおりに達成される。第2ソフトプログラミング電圧パルスの印加中に、禁止NANDストリングのチャネル領域が、プリチャージレベルVDDから第1ソフトプログラミングパルスを印加して達成された量とほぼ等しい量だけブーストされる。
第3ソフトプログラミングパルスは、最初にレベルVSPPC3でソフトプログラミングプリチャージ電圧を印加し、次にレベルVSPGM3でソフトプログラミング電圧を印加することにより、生成される。ソフトプログラミングプリチャージ電圧はΔVSPPCだけ上昇し、ソフトプログラミング電圧はΔVSPGMだけ上昇する。ΔVSPPCとΔVSPGMはほぼ等しいため、禁止NANDストリングおいてVBOOSTと比例するあるレベルのブーストが達成されることで、先行のブーストレベルとほぼ等しくなる。
一実施形態では、ΔVSPGMとΔVSPPCは等しい値ではない。そのため、禁止NANDストリングのチャネル領域内のブースト量はパルス毎に一様ではない。例えば、ΔVSPGMがΔVSPPCよりも大きい場合は、後続のパルスのチャネルブーストが増加する。それでも、制御可能なソフトプログラミングプリチャージ電圧VSPPCを使用するため、正確なブーストレベルを達成できる。一実施形態では、ソフトプログラミング中に値ΔVSPGM及びΔVSPPCのうちの1つまたは複数を変更して、ソフトプログラミング電圧又はソフトプログラミングプリチャージ電圧を繰り返し毎に異なる量だけ上昇させることが可能である。
図20は、本開示の一実施形態に従って、メモリセルのユニット(例えばブロック)をソフトプログラミングする方法のフローチャートである。一実施形態においては、最初にメモリセルのユニットを消去した後に、ソフトプログラミング方法が実行される。一実施形態では、この方法を図8のステップ202にて実行し、消去及びソフトプログラミングをプログラミングとは別に実行することができる。ステップ700では、ソフトプログラミング電圧VSPGMがその開始値に初期化される。ステップ702では、ソフトプログラミングプリチャージ電圧VSPPCがその開始値に初期化される。ステップ704で、ソフトプログラミングカウンタSPCがその開始値に初期化される。ソフトプログラミングSPCは、セルのグループ対してソフトプログラミングを試みる回数を限定するために使用される。ステップ706で、セルのブロックのビットラインとソース選択ゲートラインがグループ化され、ソースラインに1〜1.5Vの低電圧が印加される。ステップ708では、ドレイン選択ゲートラインに電圧VSG(例えば3〜4.5V)が印加され、そのブロックの各NANDストリングについてドレイン選択ゲートがオンされる。
ステップ710では、開始値にある選択されたブロックの各ワードラインにソフトプログラミングプリチャージ電圧VSPPCが印加される。例えば図19では、ステップ710で、方法の第1繰り返し中に、レベルVSPPC1のソフトプログラミングプリチャージ電圧を印加することができる。ステップ712では、ソフトプログラミングを禁止される各NANDストリングにビットラインに電圧VDD(例えば1.8〜3.3V)が印加される。一般的に、この方法の第1繰り返しの最中においては、全てのNANDストリングがソフトプログラミング可能となる。ステップ714では、ドレイン選択ゲートラインにVSGD(例えば1.8〜3.3V)が印加される。ドレイン選択ゲートラインをVSGからVSGDに低下させることで、ドレイン選択ゲート電圧の低下によりドレイン選択ゲートが遮断されるため、ステップ712でビットラインに印加されたVDDを有するNANDストリングがビットラインから断絶される。これらの0Vのビットライン電圧を帯びたNANDストリングは、それらのドレイン選択ゲートがゲートにVSGDを帯びてオン状態に留まるので、それらのビットラインと接触状態を保つ。ステップ716では、各ワードラインに開始レベルのソフトプログラミング電圧が印加される。再び図19を参照すると、ステップ716では、選択されたブロックの各ワードラインに第1ソフトプログラミング電圧レベルVSPGM1を印加することができる。これと共に、ステップ710、716では、図19に示すように、選択されたブロックの各ワードラインに単一のソフトプログラミング電圧パルスを印加する。ステップ718では、各ワードライン上の電圧が0Vに戻された後に、各ビットライン上の電圧が0Vに低下され、次にドレイン選択ゲートライン上の電圧が0Vに低下される。
ステップ720では、ソフトプログラミング検証動作が実行されて、どのNANDストリングがソフトプログラミングに成功したかが判定される。一実施形態では、ステップ720にて、図12のバイアス条件が適用される。各ワードラインは、一般的には0Vといった低電圧に接続され、各選択ゲートがオンされ、共通ソースラインにVDDが印加される。ビットラインはまず0Vに放電され、その後、ソフトプログラミング検証動作の一部の最中に浮遊状態に維持される。ビットラインの充電が可能となる特定の時間の後に、検出増幅器がビットライン電圧を所定の電圧VSENEVと比較する検出動作を実行する。ビットライン電圧がVSENEVよりも低い場合には、メモリセルは、NANDストリング内の少なくとも1つのメモリセルが一般的にVSENEVよりも高い閾値電圧を有した状態であり、ソフトプログラムに成功したものとされる。
ステップ722では、ソフトプログラミングについて検証が成功しているNANDストリングの数が所定の最小数よりも多いか否かが決定される。多い場合には、ステップ724にて、ソフトプログラミング動作に合格した旨の合格状態が報告される。少ない場合には、ソフトプログラミングカウンタSPCが最大限度値(例えば20)に対してチェックされる。ソフトプログラミングカウンタがこの所定最大値よりも小さい場合には、ソフトプログラミングはステップ730へ進む。ソフトプログラミングカウンタが所定の最大繰り返し数に達すると、ステップ728にて、ソフトプログラミング動作に失敗した旨の失敗状態が報告される。
ステップ730では、ソフトプログラミングカウンタが1だけ増分される。ステップ732では、ソフトプログラミング電圧VSPGMがΔVSPGMだけ増分される。例えば、図19に示すように、ソフトプログラミング電圧を第1レベルVSPGM1から第2レベルVSPGM2に増分することができる。ステップ734では、ソフトプログラミングプリチャージ電圧VSPPCがΔVSPPCだけ増分される。例えば、図19に示すように、ソフトプログラミングプリチャージ電圧を第1レベルVSPPC1からVSPPC2へ増分できる。図19ではΔVSPPCと等しいΔVSPGMが示されているが、他の実施形態ではこれらの値は等しくなくてよい。さらに、一実施形態では、以下に説明するように、ソフトプログラミングプリチャージ電圧は全く増分されない。別の実施形態では、ソフトプログラミングプリチャージ電圧は、各ソフトプログラミングパルスの後では増分されず、1つおきのパルス又は他のインターバルの後に増分される。ある実装形態では、ブースとしたチャネルが依然十分低く増分が不要なので、多数の初期パルスについてソフトプログラミングプリチャージ電圧の増分を行わない。この多数の初期パルス後に、ソフトプログラミングプリチャージ電圧の増分を開始することができる。ソフトプログラミング電圧及びソフトプログラミングプリチャージ電圧の増分後に、方法はステップ706へ戻り、より高いプログラミングプリチャージ電圧及びソフトプログラミング電圧レベルにある第2ソフトプログラミング電圧パルスの印加を開始する。
本開示の一実施形態は、各ソフトプログラミング電圧パルスについて、ソフトプログラミングプリチャージ電圧を一様なレベルに維持する。図21では、ソフトプログラミングプリチャージ電圧VSPPCとして1つの値を使用する。ソフトプログラミング電圧VSPGMは先述したとおりに増分される。レベルVSPPCのソフトプログラミングプリチャージ電圧とレベルVSPGM1のソフトプログラミング電圧が印加されることで、第1ソフトプログラミング電圧パルスが生成される。VSPGMとVSPPC間の差はVBOOST3であり、この差によって、これに比例するレベルのチャネルブーストが禁止ストリング内に生成される。同じレベルVSPPCでソフトプログラミングプリチャージ電圧が印加された後に、レベルVSPGM2でソフトプログラミング電圧が印加されることで、第2ソフトプログラミング電圧パルスが生成される。VSPGM2とVSPPCの差は、VBOOST4に比例するチャネルブーストの第2レベルを生成する。レベルVSPPCのソフトプログラミングプリチャージ電圧が印加され、次にレベルVSPGM3のソフトプログラミング電圧が印加されることで、第3ソフトプログラミング電圧パルスが作成される。VSPGM3とVSPPC間の差により、VBOOST5に比例する第3レベルのチャネルブーストが生成される。
これら3つのソフトプログラミング電圧パルスによって生成されるブースト量を、図17に示した先行技術のブーストレベルと対比させるために、VBOOST3、VBOOST4、VBOOST5として示す。図23の実施形態では、読み出しパス電圧VREADではなくソフトプログラミングプリチャージ電圧VSPPCを利用するので、ブースト量の制御が可能である。ブースト量をソフトプログラミングプリチャージ電圧の値に基づいて制御することで、ソフトプログラミングを禁止されたNANDストリング内にゲート誘発ドレインリークを発生させる可能性のある高いブースト電位を防止できる。
一実施形態では、試験中に、ソフトプログラミングプリチャージ電圧のレベル(1又は複数)を、1又は複数の製造されたデバイスの特性に基づいて決定することができる。例えば、一実施形態では、ソフトプログラミングプリチャージ電圧は各デバイスに基づいて選択される。デバイスに対して、製造工程の一部として試験が行われる。その試験に基づいて、ソフトプログラミングプリチャージ電圧の最適値が選択される。一実施形態では、NANDストリング内で、ソフトプログラミングプリチャージ電圧プログラムのどのレベルにおいて妨害又はゲート誘発ドレインリークが開始するかを決定することで上述の試験を実行できる。これらのレベルを観察することで、妨害や他の問題を回避しながら、適当なブーストを達成できるソフトプログラミングプリチャージ電圧の最適値が得られる。別の実施形態では、ソフトプログラミングプリチャージ電圧は、複数のデバイスで構成されたグループの特徴に基づいたものであってよい。例えば、上述した方法で多くのデバイスの試験を実施し、これら全てのデバイスの平均に基づいて最良値を選択できる。
本発明の前記の詳細な説明は図解及び説明のために提示された。網羅的となる、あるいは本発明を開示されている正確な形式に制限することは意図されていない。前記教示を鑑みて多くの変型及び変更が可能である。説明された実施形態は、本発明及びその実際的な応用を最もよく説明し、それにより当業者が多様な実施形態において、及び意図されている特定の使用に適するように多様な変型を用いて本発明を最もよく活用できるようにするために選択された。本発明の範囲はここに添付される請求項により定められることが意図される。

Claims (13)

  1. NAND型の不揮発性メモリの動作方法であって、
    1セットのワードラインに接続された第1グループの不揮発性記憶素子をソフトプログラミングするために、前記1セットのワードラインに複数のプログラミング電圧パルスを印加するステップを備えており、
    各プログラミング電圧パルスの印加において、前記1セットのワードラインに第1電圧を印加し、次に、より高い第2電圧を印加
    前記各プログラミング電圧パルスを印加するステップが、
    第1プログラミング電圧パルスの前記第1電圧を第1電圧レベルにて印加し、前記第1プログラミング電圧パルスの前記第2電圧を第2電圧レベルにて印加することによって、前記第1プログラミング電圧パルスを印加するステップと、
    第2プログラミング電圧パルスの前記第1電圧を第3電圧レベルにて印加し、前記第2プログラミング電圧パルスの前記第2電圧を第4電圧レベルにて印加することによって、前記第2プログラミング電圧パルスを印加するステップを備えており、
    前記第3電圧レベルは前記第1電圧レベルよりも高く、前記第4電圧レベルは前記第2電圧レベルよりも高いことを特徴とする方法。
  2. 選択されていないワードラインに読み出しパス電圧を印加している間に、1又は複数の読み出し基準電圧を使用して、選択されたワードラインに接続された1又は複数の記憶素子を読み出すことによって、前記1セットのワードラインに接続された不揮発性記憶素子からデータを読み出すステップをさらに有しており、
    前記第1電圧が前記パス電圧とは異なることを特徴とする請求項1に記載の方法。
  3. 前記第2プログラミング電圧パルスが、前記第1プログラミング電圧パルスの後に印加され、
    前記第1プログラミング電圧パルスの印加後、及び、前記第2プログランミング電圧パルスの印加前に、第3プログラミング電圧パルスを印加するステップをさらに備えており、
    前記第3プログラミング電圧パルスの前記第1電圧が、前記第1電圧レベルで印加されることを特徴とする請求項1または2に記載の方法。
  4. 前記第1電圧レベルと前記第2電圧レベルとの差が、前記第3電圧レベルと前記第4電圧レベルとの差とほぼ等しいことを特徴とする請求項に記載の方法。
  5. 前記第2電圧を前記1セットのワードラインに印加している間に、前記1セットのワードラインに接続されている第2グループの不揮発性記憶素子のビットラインに禁止電圧を印加することによって、前記第2グループのソフトプログラミングを禁止するステップと、
    前記禁止電圧を印加している間に、前記1セットのワードラインに前記第1電圧を印加することによって、前記第2グループの不揮発性記憶素子のチャネル領域をプリチャージするステップと、
    前記禁止電圧を印加している間に、前記1セットのワードラインに前記第2電圧を印加することによって、前記第2グループの不揮発性記憶素子の前記チャネル領域をブーストするステップ、
    をさらに備えていることを特徴とする請求項1に記載の方法。
  6. 前記チャネル領域をブーストするステップが、前記第1プログラミング電圧パルスを印加している間に、前記チャネル領域を第1の量だけブーストするステップと、前記第2プログラミング電圧パルスを印加している間に、前記チャネル領域を第2の量だけブーストするステップを備えていることを特徴とする請求項に記載の方法。
  7. 記複数のプログラミング電圧パルスを印加するステップが、前記1セットのワードラインに接続されている前記不揮発性記憶素子を消去する要求に応答して実行されることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の方法。
  8. 前記1セットのワードラインが、不揮発性記憶素子のブロックに接続されており、
    前記第1グループの不揮発性記憶素子が、前記ブロックの第1NANDストリングであり、
    前記ブロックが、前記複数のプログラミング電圧パルスを印加している間にソフトプログラミングを禁止される第2NANDストリングを備えていることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載の方法。
  9. 前記1セットのワードラインに接続された前記不揮発性記憶素子が、マルチ状態フラッシュメモリセルであることを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載の方法。
  10. 不揮発性メモリシステムであって、
    1セットのワードラインと
    前記1セットのワードラインと通信する第1グループの不揮発性記憶素子と、
    前記1セットのワードラインと通信する第2グループの不揮発性記憶素子と、
    前記1セットのワードライン、前記第1及び第2グループの記憶素子と通信する管理回路を備えており、
    前記管理回路は、前記第2グループのソフトプログラミングを禁止しながら、前記第1グループをソフトプログラミングするために、前記1セットのワードラインに複数のプログラミング電圧パルスを印加し、前記第2グループに禁止電圧を印加し、
    前記管理回路は、前記1セットのワードラインにプリチャージ電圧を印加し、その後、より高いソフトプログラミング電圧を印加することによって、各プログラミング電圧パルスを印加し、
    前記プリチャージ電圧は、前記プログラミング電圧パルスのうちの少なくとも2つについて、異なるレベルで印加されることを特徴とする不揮発性メモリシステム。
  11. 前記複数のプログラミング電圧パルスが、第1プログラミング電圧パルスと第2プログラミング電圧パルスを備えており、
    前記管理回路は、前記第1プログラミング電圧パルスの前記プリチャージ電圧を第1電圧レベルにて印加し、前記第1プログラミング電圧パルスの前記ソフトプログラミング電圧を第2電圧レベルにて印加し、
    前記管理回路は、前記第2プログラミング電圧パルスの前記プリチャージ電圧を第3レベルにて印加し、前記第2プログラミング電圧パルスの前記ソフトプログラミング電圧を第4レベルにて印加し、
    前記第3レベルは前記第1レベルよりも高く、前記第4レベルは前記第2レベルよりも高いことを特徴とする請求項10に記載の不揮発性メモリシステム。
  12. 前記第1電圧レベルと前記第2電圧レベルとの差が、前記第3電圧レベルと前記第4電圧レベルとの差と実質的に異なることを特徴とする請求項11に記載の不揮発性メモリシステム。
  13. 前記第1グループが第1NANDストリングであり、
    前記第2グループが第2NANDストリングであり、
    前記管理回路は、前記ソフトプログラミング電圧を印加しながら前記第2NANDストリングのビットラインに禁止電圧を印加することによって、前記第2NANDストリングのソフトプログラミングを禁止することを特徴とする請求項10〜12のいずれか一項に記載の不揮発性メモリシステム。
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