JPH11154394A - 誤り検出及び訂正を備えた多値レベル不揮発性メモリ - Google Patents

誤り検出及び訂正を備えた多値レベル不揮発性メモリ

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JPH11154394A
JPH11154394A JP25206498A JP25206498A JPH11154394A JP H11154394 A JPH11154394 A JP H11154394A JP 25206498 A JP25206498 A JP 25206498A JP 25206498 A JP25206498 A JP 25206498A JP H11154394 A JPH11154394 A JP H11154394A
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memory
memory cell
voltage
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ホック・シー・ソー
Sau C Wong
ソウ・シー・ウォング
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 データ誤りに対する耐性を有する多値メモ
リを提供する。 【解決手段】 多値レベル不揮発性メモリがメモリセ
ルの適切な閾値電圧を、データを記憶するための許容状
態に対応する範囲とデータ誤りを示す禁止ゾーンに対応
する範囲とに分割する。読出し過程では、閾値電圧が禁
止ゾーン内にあるか否かを自動的にチェックする。別の
実施例では、リフレッシュ過程が、閾値電圧を許容状態
にプログラミングする過程と、メモリのセクタを読出す
過程と、セクタからのデータをバッファ内に退避する過
程と、セクタを消去する過程と、バッファからのデータ
をセクタ内に再書込みする過程とを含む。不揮発性メモ
リに対するリフレッシュ過程は、禁止ゾーン内に閾値電
圧を検出するのに応じて、メモリのパワーアップ手順の
一部として、或いは日、週、或いは月のような期間で周
期的に、実行することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【発明の属する技術分野】本発明は不揮発性半導体メモ
リに関連し、より詳細には、メモリセル当たり多数のビ
ットを格納するメモリにおいて、データ誤りを検出かつ
訂正するための回路及び方法に関連する。
【従来の技術】EEPROM及びフラッシュメモリのよ
うな従来の電気的消去可能不揮発性半導体メモリは、プ
ログラマブル閾値電圧を有するトランジスタを含むメモ
リセルを備える。例えば、浮動ゲートトランジスタ或い
はスプリットゲートトランジスタはトランジスタ内の制
御ゲートとチャネルとの間に位置する浮動ゲートを充放
電することによりプログラム或いは消去される閾値電圧
を有する。トランジスタの浮動ゲート上の電荷量は、下
部をなすチャネル内で電荷キャリアを反転させるために
制御電極に加えられるべき電圧を決定し、従ってトラン
ジスタの閾値電圧を決定する。データは、メモリセルの
浮動ゲートを充放電することによりそのデータの閾値電
圧に達し、そのメモリセル内に書込まれる。バイナリメ
モリはメモリセル毎に1ビットのデータを格納する。従
って、バイナリメモリセル内の浮動ゲートトランジスタ
は、2つの識別可能な状態、すなわち高閾値電圧状態及
び低閾値電圧状態を有する。カットオフ閾値電圧値より
大きい閾値電圧を有する任意のメモリセルは、高閾値電
圧状態にあり、高閾値電圧状態に対応する1又は0のビ
ット値を格納する。カットオフより小さい閾値電圧を有
するメモリセルは、低閾値電圧状態にあり、低閾値電圧
状態に対応するビット値1又は0を有する。多値レベル
メモリはメモリセル毎に多数ビットを格納する。従っ
て、メモリセルの閾値電圧の範囲は、メモリセル内に格
納可能な多ビットデータ値に対応する状態数に分割され
る。例えば、メモリセル毎に2ビットのデータを格納す
るメモリは、メモリセルに対して4つのレベルに分割さ
れる適切な閾値電圧の範囲を有する。第1の状態は第1
のカットオフより小さい閾値電圧を含む。第2の状態は
第1のカットオフと第2のカットオフとの間にある閾値
電圧を含む。第3の状態は第2のカットオフを第3のカ
ットオフとの間にある閾値電圧を含み、第4の状態は第
3のカットオフより大きい閾値電圧を含む。不揮発性半
導体メモリにおいては、メモリセルの閾値電圧における
ドリフト、すなわち不要な変化についての問題が懸念さ
れる。例えば、電荷が規定時間を越えて、メモリセルの
浮動ゲートから漏れ、セルの閾値電圧を変化させる傾向
がある。電荷漏れはN−チャネルメモリセルの閾値電圧
を減少させる。あるいは浮動ゲート或いは浮動ゲート周
囲の絶縁体が電荷を集め、すなわち捕捉し、セルの閾値
電圧を上昇させることがある。さらにメモリの動作、例
えばプログラム或いは読出しは、アクセスされていない
メモリセルに応力を加え、閾値電圧を変化させることが
ある。閾値電圧の変化は、メモリセルの状態及びメモリ
セルに格納されるデータ値を変化させ、データ誤りを引
き起こすことがあるので問題となる。そのようなデータ
誤りは、多くのメモリ適用例において容認されることで
はない。特定の状態に対応する閾値電圧の範囲が、多値
レベルメモリ内では一般に小さく、多値レベルメモリセ
ルの状態が変化する可能性が大きいので、それはバイナ
リメモリ以上に多値メモリでは一層問題となる。
【発明が解決しようとする課題】データ誤りに対する耐
性を有する多値メモリを提供する。
【課題を解決するための手段】本発明により、多値レベ
ルメモリ内のメモリセル対して可能な閾値電圧範囲は、
データ値に関連して許容状態に分割され、その許容状態
間にあるゾーンを禁止する。書込まれたメモリセルは、
許容状態にプログラムされる。メモリセルの閾値電圧が
禁止ゾーン内にあるということ示すメモリセルの後続す
る読出しが、メモリセルの閾値電圧が変化したというこ
とを示す。禁止電圧にある閾値電圧を有するメモリセル
はデータ誤りとしてフラグ付けされるか、或いは閾値電
圧を隣接する許容状態に増減することにより誤り訂正さ
れることがある。本発明に基づく1つの特定の実施例
は、フラッシュメモリであり、そのメモリセルの閾値電
圧が禁止ゾーン内にあることをメモリが検出するとき、
そのフラッシュメモリはメモリセル内の電荷損失を推定
し、さらにメモリセルの閾値電圧をその次の許容状態に
プログラムする。別法では、誤りを含むメモリセルが消
去され、さらに訂正データ値でプログラムされる間に、
データ値をバッファに退避することにより訂正されるこ
とをできる。本発明による別の態様では、不揮発性メモ
リはリフレッシュサイクルを実行し、そのリフレッシュ
サイクルにおいて、メモリセルが読み出され、かつメモ
リセルの閾値電圧が許容状態に再プログラムされる。フ
ラッシュEPROMでは、リフレッシュサイクルは、単
一のセクタ、或いは全メモリアレイ内のデータをリフレ
ッシュすることができる。別の実施例では、リフレッシ
ュサイクルは、モノリシック集積回路メモリに取り付け
られる外部回路によりトリガされるか、或いは目メモリ
内で自己トリガする。リフレッシュは、メモリに対する
パワーアップ手順の一部として周期的な動作間隔で、或
いはメモリにより実行される各読出し動作中に他の動作
に影響を与えることなく実行される。本発明によるさら
に別の態様に従って、多値レベルメモリセルに対する隣
接状態(すなわち閾値電圧の範囲)は、閾値電圧からデ
ータ値への直接単調マッピングの代わりに、グレイ符号
や別の符号系を用いてデータ値にマッピングされる。そ
のような符号を用いる場合、ある閾値電圧状態から隣接
する閾値電圧状態へのドリフトは1ビット誤りのみしか
生じない。そのような1ビット誤りは誤り訂正符号を用
いて検出し、かつ訂正することができる。許容状態のグ
レイ符号化は、符号化状態間の禁止ゾーン、並びにまた
格納されたデータを訂正するためのリフレッシュサイク
ルがあるなしに拘わらず用いることができる。
【発明の実施の形態】本発明の1つに実施例に従った多
値レベルメモリは、メモリセル内の閾値電圧の範囲を、
メモリセルに格納されるデータ値に対応する1組の許容
状態並びに1組の禁止ゾーンに分割する。その許容状態
は、禁止ゾーンにより互いに分離されており、もしメモ
リセルの閾値電圧がドリフトするなら、閾値電圧は他の
許容状態に達する前に禁止ゾーンを横切らなければなら
ない。閾値電圧が禁止ゾーンの1つの中にあるものと検
出されたメモリセルはデータ誤りを示し、データ誤りは
読出し中に自動的に訂正されるか、或いは後続する訂正
及びリフレッシュ手順に対して誤りとして報告される。
図1は本発明の1つの実施例による多値レベルメモリ1
00を示す。メモリ100はメモリアレイ140に含ま
れる。本発明の典型的な実施例では、メモリ100はフ
ラッシュEPROMであり、アレイ140は数百或いは
数千の、N−チャネル浮動ゲートトランジスタ(メモリ
セル)の行或いは列を含み、そのトランジスタは独立に
消去可能なセクタに構成される。メモリセルの各行はそ
の行に対する行ラインに接続される制御ゲートを有し、
メモリセルの各列はその列に対する列ラインに接続され
るドレインを有す。各消去可能セクタは、セクタ内にあ
るメモリセルのソースに接続されるソースラインを有す
る。行、列並びにソースドライバ及びデコーダ130
は、メモリアレイ140に接続され、消去、書込み、読
出し動作のためにメモリアレイ140内の選択された
行、列並びにソースラインに加えられる電圧を発生す
る。消去の場合、ドライバ及びデコーダ130はセクタ
内のメモリセルに適切な電圧を加え、浮動ゲートから電
子を取り除き、かつセクタ内のメモリセルの閾値電圧を
低減するファウラーノルドハイムトンネルを生成する。
書込み動作の場合、ドライバ及びデコーダ130は、タ
ーゲットメモリセルに接続される行、列並びにソースラ
インにプログラミング電圧を加え、チャネルホット電子
注入を引き起こし、書込まれるデータ値を指示するレベ
ルまで、ターゲットメモリセルの閾値電圧を上昇させ
る。本発明の適用例は典型的な実施例のフラッシュEP
ROMに限定されず、限定するわけではないが、EPR
OM、EEPROM並びにフラッシュEEPROMを含
む種々のメモリアーキテクチャにおいて用いられること
ができる。読出し/書込み制御回路170はメモリアレ
イ140内のターゲットメモリセルへの書込みを制御す
る。書込みの場合、そのターゲットメモリセルに書込ま
れるべき多ビット値を表わす入力デジタルデータ信号D
inは、マルチプレクサ120に対する選択信号であ
る。信号Dinは1つのメモリセルに書込まれることが
できるビットの数に制限される。1つのメモリセルに格
納されることができるビット数より多いビットを含むデ
ータ値は、1つのメモリセル内に格納されることができ
る、例えば2,3,4等のビット数を含む部分に分けら
れ、その部分は図1に示される回路を用いて、或いは同
時に並列回路(図示せず)を用いてメモリセルに順次書
込まれることができる。マルチプレクサ120は、基準
信号発生器110に接続され、入力基準信号VW1から
VWnの1つを選択する。ただしnはメモリセル内に格
納することができる可能なデータ値の数である。(例え
ば、メモリセル毎に4ビット(xビット)を格納するメ
モリの場合、nは16(2 x)である。マルチプレクサ
120はドライバ及びデコーダ130に対してアナログ
信号VWを発生し、書込まれる値を指示する。書込み過
程は図2A及び2Bに示されるように行われる。特に、
一連のプログラミングサイクル210においては、ドラ
イバ及びデコーダ130はプログラミング電圧Vpr及
びVpcを発生し、ターゲットメモリセルの行及び列ラ
インに加え、その間そのターゲットセルを含むセクタの
ソースラインは接地されている。典型的な実施例では、
プログラミング電圧Vprは7Vと11Vとの間にあ
り、信号VWに依存する。ドライバ及びデコーダ130
は、例えば、入力信号として信号VWを、及び出力信号
として電圧Vprを有する電圧シフタ或いは増幅器を含
む行ラインドライバを含む場合がある。別法では、電圧
Vprは固定電圧であり、信号Vinに依存しない。従
来通りの行ドライバがターゲットメモリセルに接続され
る行ラインに電圧Vprを加える。従来通りの列ドライ
バがプログラミングサイクル210中にターゲットメモ
リセルのドレインに電圧Vpcを加える。電圧Vpcは
一般に約6Vか、或いはそのターゲットメモリセルの浮
動ゲート内への電子のチャネルホット電子(CHE)注
入によりターゲットメモリセルの閾値電圧を上昇させる
ために必要とされる任意の電圧である。例えば、EEP
ROM技術を用いる本発明の別の実施例は、CHE注入
の代わりにトンネリングによりメモリセルをプログラミ
ングする。ベリファイサイクル220はプログラミング
サイクル210間で実行され、ターゲットメモリセルの
閾値電圧が所定のレベルに到達したか否かを判定する。
各ベリファイサイクル中、ドライバ及びデコーダ130
はターゲットメモリセルのゲートを制御するために電圧
Vvfyを加える。電圧Vvfyは電圧VW(すなわち
基準電圧VW1からVWnの1つ)に依存し(すなわち
等しく)、ソースラインを接地し、かつターゲットメモ
リセルの列ラインに読出し電圧Vrcを加える。センス
増幅器150は、ターゲットメモリセルが導通するか否
かを検出する。もしターゲットメモリセルがベリファイ
サイクル220中に導通するなら、メモリセルの閾値電
圧は電圧Vvfyより小さくなり、読出し/書込み制御
170は、閾値電圧をさらに上昇させるために別のプロ
グラミングサイクル210を開始する。もしターゲット
メモリセルがベリファイサイクル220中に導通しない
なら、閾値電圧は越えており(しかし電圧Vvfyに概
ね等しい)、読出し/書込み制御170は、それ以降の
プログラミングサイクル220を中止する。また読出し
/書込み制御170は、本発明の1つの実施例に従っ
て、読出し及びリフレッシュ過程を制御する。図3A及
び3Bはそれぞれ、ターゲットメモリセル上で実行され
る典型的な読出し/リフレッシュ組合せ過程中の行ライ
ン電圧及び列ライン電圧を示す。読出し/リフレッシュ
過程の読出しステージ330中に、ドライバ及びデコー
ダ130はソースラインを接地し、一定読出し電圧Vr
c(一般に約1〜2V)をターゲットメモリセルに接続
される列ラインに加え、さらに基準電圧発生器110か
らの一連の基準電圧をターゲットメモリセルの行ライン
(及びそれ故制御ゲート)に加える。読出しステージ3
30中にその行ラインに加えられる各基準電圧に対し
て、センス増幅器150はターゲットメモリセルが導通
するか否かを検出する。読出しステージ330中に加え
られた基準電圧は、図4Aに示されるような許容閾値電
圧状態と禁止閾値電圧ゾーンとの境界を示す。図4Aで
は、基準電圧信号VF1からVFmは、禁止ゾーン41
0の上側境界と、許容閾値電圧状態420の下側境界と
を示す。基準信号VA1からVAnは許容閾値状態42
0の上側境界と、禁止ゾーン410の下側境界とを示
す。各規準電圧レベルVW1からVWnは関連する許容
状態420の1つの中にあり、書込み動作は、その基準
電圧VWに関連する許容状態420内にあるターゲット
メモリセルの閾値電圧で終了する。図4A(或いは図4
B)に示される所定の基準電圧を供給するために、基準
電圧発生器110は、直列に直結される抵抗素子に接続
される電圧源を含み、抵抗素子は基準電圧VW1からV
Wn、VF1からVFm、並びにVA1からVAnのた
めのタップを抵抗素子間に有する。読出しステージ33
0中、読出し/書込み制御170はマルチプレクサ12
5を用いて、ドライバ及びデコーダ130を通ってター
ゲットメモリセルに接続される行ラインに加えられる基
準電圧を選択する。一番下側の基準電圧(図4A内のV
F1)で開始する基準電圧は、センス増幅器150が加
えられた電圧VRがターゲットメモリセルを導通させる
ことを検出するまで、電圧は増加する方向に順次加えら
れる。こうして、読出しステージ330の終了時に、電
圧VRは、ターゲットメモリセルの閾値電圧含む許容状
態或いは禁止ゾーンの上側境界にある。図3A及び3B
に示される過程とは別の読出し過程は、最大基準電圧V
Anで開始し、閾値電圧を減少させる方向に進み、ター
ゲットメモリセルの閾値電圧を含む許容状態或いは禁止
ゾーンの下側境界を見出す。さらに別の読出し過程は基
準電圧の範囲の中央にある基準電圧で開始し、その範囲
のいずれの半分(上側、或いは下側)がターゲット閾値
電圧を含むかを特定する。(もし中央の基準電圧が加え
られるとき、メモリセルが導通するなら、ターゲットメ
モリセルの閾値電圧は下側半分内にある。そうでなけれ
ば、ターゲットメモリセルの閾値電圧は上側半分内にあ
る。)制御ゲートに加えられる第2の、並びにもし必要
なら第3の及び後続する基準電圧は、ターゲットメモリ
セルの閾値電圧を含むものと先に判定された範囲の中央
にある。これらの閾値電圧を検出することにより、閾値
電圧範囲の4分割、8分割或いはさらに小さい分割のい
ずれの範囲がターゲットセルの閾値電圧を含むかを判定
する。判定された分割範囲が1つの許容状態或いは禁止
ゾーンであるとき、ターゲットメモリセルの基準電圧の
すぐ上にある基準電圧が特定される。後者の読出し過程
の利点は、加えられ、検出される基準電圧の数が、2
x-1からxに概ね減少することである。ただしxはメモ
リセル当たりに格納されるビット数である。こうして、
後者の読出し過程はメモリセル当たり3ビット以上格納
するメモリの場合に、より平均的な性能を与える。読出
しステージ330の終了時の電圧VRは、ターゲットメ
モリセルの閾値電圧を含む許容状態或いは禁止ゾーンの
いずれかの上側境界を示す。読出し/書込み制御170
は電圧VRが特定する境界に基づく多ビットデジタルデ
ータ信号Doutを生成する。読出しステージ330の
終了時に電圧VRが許容状態の上側境界にあるとき、信
号Doutはその状態に関連する多ビット値を示す。電
圧VRが禁止ゾーンの上側境界にあるなら、値Dout
は、メモリセルの閾値電圧を含む禁止ゾーンのすぐ上の
許容状態に関連する多ビット値を示す。従って、この読
出し過程は、ターゲットメモリの閾値電圧がドリフトダ
ウンしたものと仮定しているが、ドリフトダウンはN−
チャネル浮動ゲートトランジスタの場合閾値電圧におい
て最もよく起こる種類の変化である。もし電圧VRが読
出しステージ330の終了時に許容閾値電圧状態の上側
境界にあるなら、その読出し/リフレッシュ過程は完了
する。リフレッシュは必要とされない。しかしながら、
もし図3Aに示すように、電圧VRが禁止ゾーンの上側
境界にあるなら、読出し/リフレッシュ過程のリフレッ
シュステージ340が開始される。リフレッシュステー
ジ340中に、プログラミングサイクル310及びベリ
ファイサイクル320がターゲットメモリセルの閾値電
圧を次に高い閾値電圧状態に上昇させる。図3A及び図
3Bの特別な例では、電圧VRは読出しステージ330
の終了時に基準電圧VFiに等しくなり、信号Dout
は次に大きい許容レベル及び基準電圧VW(i+1)に
対応する多ビット値を特定する。読出し/書込み制御1
70は信号Doutをマルチプレクサ120に帰還さ
せ、基準電圧VW(i+1)に等しい電圧VWを設定す
る。こうして、プログラミングサイクル310及びベリ
ファイサイクル320中、プログラミング電圧Vpr及
びベリファイ電圧Vvfyはリフレッシュされる値に当
てられる。上記の書込み過程のように、プログラミング
サイクル310は、ベリファイサイクル320により、
ターゲットセルの閾値電圧がリフレッシュサイクル34
0完了後の基準電圧VW(i+1)にレベルに到達した
ことが示されるまで継続される。図5は本発明の1つの
実施例に基づく別の多値レベル不揮発性メモリ500を
示す。メモリ500は、主に読出しがアナログ読出し回
路550及び比較器560を用いており、センス増幅器
150を用いていない点で、図1のメモリ100と異な
る。特に一連の異なる基準電圧がメモリセルの制御ゲー
トに加えられるとき、ターゲットメモリセルが導通する
か否かを繰り返し検出する代わりに、アナログ読出し回
路550がターゲットメモリセルの閾値電圧を示すアナ
ログ電圧Voutを発生する。別の実施例では、アナロ
グ読出し回路はターゲットメモリセルの閾値電圧を示す
電流を有する信号を発生する。「Read Circu
its for Analog Memory Cel
ls」というタイトルの米国特許出願第08/585,
072号、「Feedback Loop forTh
reshold Voltage Measureme
nt」というタイトルの米国特許第08/622,33
3号、並びに「Read Circuitthat u
ses a Coarse−to−Fine Sear
ch when Reading the Thres
hold Voltage ofa Memory C
ell」というタイトルの米国特許第08/662,3
32号は、適当なアナログ読出し回路を記載しており、
ここで参照して全体を組み込んでいる。アナログ比較器
560は並列に動作し、電圧Voutを基準電圧VA1
…VAn及びVF1…VFnと比較する。比較の結果か
ら、アナログ比較器150に接続されるロジック(図示
せず)は、いずれの電圧が電圧Voutより大きく、か
つ最も小さい基準電圧かを確定し、デジタル出力信号D
outを発生する。もし発生する信号Voutが一連の
基準電圧として加える信号よりも速いなら、メモリ50
0のアーキテクチャは、メモリ100より速い読出しを
実現する。別法では、アナログ比較器560は、1つの
比較器或いは基準電圧VA1…VAn及びVF1…VF
nの数より少ない数の比較器、並びに電圧Voutを各
基準電圧VA1…VAn及びVF1…VFnと順次比較
する比較器を含む。任意の一連の比較器でも製作するこ
とができる。例えば、最も近い基準電圧を探索する比較
器は、最高位、最低位、或いは中央の基準電圧から開始
し、Voutを含む範囲が判るまで続行する。本発明に
よるこの実施例は、回路規模とコストを低減させるが、
実時間(real-time)を増大させる。上記の書込み/リ
フレッシュ過程は、禁止ゾーン内に閾値電圧がある場
合、そのメモリセルは電荷が漏洩し、閾値電圧が降下し
たことを示すということを仮定している。しかしながら
閾値電圧はまた、電荷が浮動ゲート内に、或いは浮動ゲ
ートを包囲する絶縁体内に捕捉される結果、上昇するこ
ともある。図4Bは、各隣接する一対の許容状態420
間で2つの禁止ゾーンを画定する基準電圧レベルVF1
からVFmまでを示す。各禁止ゾーン415は隣接許容
状態420のすぐ下にある。各禁止ゾーン425は隣接
許容領域420のすぐ上にある。本発明のこの実施例に
従って、メモリセルが禁止ゾーン415の1つに閾値電
圧を有するとき発生するデータ誤りは、本来、上に隣接
する許容状態420にあったメモリセルから電荷損失の
結果生じたものと推定される。こうして、読出し/書込
み制御170は禁止ゾーン415内にある閾値電圧を、
次に高い許容状態420に対応するデータ値としてデコ
ードする。禁止ゾーン425内の閾値電圧は、すぐ下に
隣接する許容状態420からの、電荷捕捉、或いは閾値
電圧を上昇させる別の機構の結果生じるものと推定され
る。読出し/書込み制御170は禁止ゾーン425内の
閾値電圧を、すぐ下に隣接する許容状態420に対応す
るデータ値としてデコードする。禁止ゾーン415内に
ある閾値電圧は、次の許容状態までにメモリセルをプロ
グラミングすることにより訂正されるようになる。同様
に、もしメモリアーキテクチャが1つのメモリセルの閾
値電圧を個々に消去或いは減少させるための方法を提供
するなら、禁止ゾーン内にある閾値電圧はすぐ下側の許
容状態に下げられる。しかしながら典型的なフラッシュ
メモリアーキテクチャは、1つのユニットとしてセクタ
を消去し、個々のメモリセルの閾値電圧を消去或いは減
少させる機構を備えていない。そのようなフラッシュア
ーキテクチャでは、データ誤りを含むセクタが、リフレ
ッシュを必要とするものと示される。アレイ内の特定の
メモリセル或いは独立したレジスタが、リフレッシュが
必要と示されるデータセクタを特定するために用いられ
る。図6は、セクタを計画的或いは遅延リフレッシュす
ることができるシステム600を示す。システム600
では、メモリセルが禁止ゾーンにあるときに生じるデー
タ誤りを検出する読出しにより、メモリ100と共に集
積化されたオンチップ素子或いはオフチップ素子である
リフレッシュ制御部620に信号が送出される。データ
誤りを含むものとしてマークされるデータセクタに対す
るリフレッシュは、即座に実行される必要はない。その
代わりリフレッシュ制御部620は、マークされたセク
タのリフレッシュを開始する前に、メモリ100が非ア
クティブ状態である間だけ待機することができる。消去
可能セクタのリフレッシュを実行するために、リフレッ
シュ制御部620はセクタからデータを読出し、そのデ
ータセクタが消去される間、一時的にバッファ610に
データを格納する。バッファ610はSRAM或いはD
RAMのようなオンチップ或いはオフチップの揮発性メ
モリ、または不揮発性メモリであってもよい。リフレッ
シュ制御部620はバッファ610からのデータを消去
後のセクタに再書込みする。データセクタのリフレッシ
ュ中、リフレッシュ制御部620は、アービトレーショ
ンを実行し、消去されるセクタへのアクセスを回避す
る。例えば、メモリ100は一時的に利用不可としてフ
ラグ付けされるか、或いは別法ではリフレッシュ制御部
620は、アクセス、特に読出しをバッファ610に再
ルーチングする。またシステム600は、計画的なメモ
リリフレッシュ及び所定時間までフラグ付けされたリフ
レッシュを遅延させるためのタイマ630を含む。本発
明の別の実施例では、タイマ630はオンチップ状態で
あるか或いはオフチップ素子である。上記のように、一
般的なリフレッシュは1つのセクタに作用するが、必要
なら全メモリが、1セクタずつリフレッシュされること
もできる。そのようなリフレッシュは、定期的に他の読
出しを行わない場合であっても、長時間に渡って、不揮
発性メモリ内に正確にデータを格納しておくことができ
る。本発明の1つの実施例では、メモリリフレッシュ
は、正常なメモリが、1つの許容状態からある禁止ゾー
ンを横切って別の許容状態に、或いは別の許容状態に対
応する禁止ゾーンにドリフトするのにかかる時間より短
い周期で定期的に実行される。その周期は一般に、現在
の不揮発性メモリの場合約1週間から1ヶ月であるが、
約1日かそれ以内の周期で頻繁にリフレッシュしてもよ
い。リフレッシュ間の間隔が長いために、周期的なメモ
リのリフレッシュは、メモリがほとんど使用されていな
い時間に計画される。リフレッシュを実行するための時
間の選択は、1日の内の決まった時間、或いは1週間の
内の決まった日により選択することができ、メモリアク
セスがありそうもない、例えば日曜日の真夜中の時間を
選択することができる。またリフレッシュ制御部620
はメモリアクセスを監視して、リフレッシュを選択し、
さらにメモリが長時間適当に非アクティブになる状態を
検出するまで遅らせることができる。前回のリフレッシ
ュの日時はチップ上に記憶され、メモリに電源が入ると
きに定期的にチェックされる。さらに或いは別法では、
リフレッシュ制御部620は、メモリ100に対するパ
ワーアップ手順の一部として、メモリ100の全リフレ
ッシュ或いは一部のリフレッシュを実行することができ
る。本発明の別の態様では、許容閾値電圧状態とデジタ
ル値との間のマッピングにより、隣接閾値電圧レベルが
1ビットのみ異なる多ビット値にマップ化される。従っ
て、ある閾値電圧状態から隣接する状態にドリフトする
メモリセルの閾値電圧は、1ビット誤りを引き起こす。
対照的に、従来のデータコーディングの場合、上昇する
(低減する)閾値電圧を伴う閾値電圧状態を、順次増加
するバイナリ値に単調にマップ化しており、1状態ドリ
フトするメモリセル閾値電圧は多ビット誤りを引き起こ
していた。表1はメモリセル毎に4−ビット値を格納す
る多値レベルメモリのための2つデータコーディング構
成を示す。メモリセル内に4−ビット値を格納するため
に、16の許容状態が、そのメモリセルに対する可能な
(適切な)閾値電圧の範囲内に割り当てられる。表1の
場合、1−5Vの範囲にある閾値電圧は、16の許容状
態指定レベル1−16に分割される。
【表1】 表1による線形符号化は、増加する閾値電圧の順番に閾
値電圧レベル1−16を順次増加するバイナリ値000
0−1111にマップ化する。線形符号化を用いる場
合、もしメモリセルの閾値電圧が閾値電圧レベル9にプ
ログラミングされるが、閾値電圧レベル8にドリフトす
るなら、4−ビット誤りが発生する。対照的に、表1の
グレイ符号化の場合、隣接許容状態にドリフトする閾値
電圧により、1ビット誤りしか発生しない。本発明のさ
らに別の態様により、誤り訂正符号が生成され、メモリ
の区画、行、列、或いは他の部分に対して格納され、デ
ータ誤りを訂正するために用いられる。特に、閾値電圧
が禁止ゾーン内にあることが確認された場合、データが
書込まれた時点で生成された誤り訂正符号を用いて、メ
モリセルに対する訂正許容閾値電圧状態を確定する。誤
り訂正符号はメモリセルを読出し或いはリフレッシュす
る場合、正確な閾値電圧状態を特定することができる。
一般に1ビット誤りが多ビット誤りより誤り訂正符号を
用いて訂正することが容易なため、表1のグレイ符号化
は、誤り訂正符号を用いるに向いている。表1のグレイ
符号化処理は、種々の方法において変更される。例え
ば、隣接値が1ビットだけ異なる一連の値を与える場合
に、多くの異なるマッピングが可能である。そのような
マッピングは、4−ビットデータ値に限定はされるわけ
ではなく、任意の大きさの多ビットデータ値に対して知
られている。また、表1は互いに分離して許容状態間に
禁止ゾーンを与える許容状態を記述するが、メモリセル
内の多ビット値のグレイ符号化は、メモリセルに対する
閾値電圧の範囲が、許容状態間に禁止ゾーンを含まない
メモリに対しても適用することができる。メモリアレイ
100内に表1のグレイ符号をインプリメントするため
に、マルチプレクサ120が、表1の4列目内のような
4−ビットデジタル値Dinを、表1の2列目に示され
る電圧範囲内にある電圧にマッピングする過程をインプ
リメントする。読出し/書込み制御部170は、読出し
ステージの終了時にVRから表1の4列目内の関連する
デジタルデータへの逆マッピングを実行する。本発明は
特定の実施例に基づき記載されているが、その記載は本
発明の応用例の一例にすぎず、限定するものとみなすべ
きではない。特に、先の議論の多くがN−チャネル浮動
ゲートデバイスを含む不揮発性メモリに向けられていた
としても、本発明の別の実施例は多くのメモリ構造体を
含む。例えば、P−チャネルトランジスタを用いる実施
例が可能である。そのような実施例では、消去及び電荷
漏れがメモリセルの閾値電圧を上昇させ、プログラミン
グにより閾値電圧を減少させる。従って、上記の読出し
及び書込み過程において変更することが必要とされる。
開示される実施例の種々の他適用例及び特徴の組合せ
は、請求の範囲により画定される本発明の範囲に含まれ
る。
【発明の効果】上述のように本発明に基づいて、データ
誤りに対して耐性を有する多値レベルメモリを提供する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に基づく多値レベルメモリのブ
ロック図である。
【図2】A及びBからなり、それぞれ図1のメモリにお
ける書込み動作中の行線間電圧及び列線間電圧を示す図
である。
【図3】A及びBからなり、それぞれ図1のメモリにお
ける読出し/リフレッシュ動作中の行線間電圧及び列線
間電極を示す図である。
【図4】A及びBからなり、それぞれ本発明の1つの実
施例に基づく、閾値電圧範囲の許容状態と禁止ゾーンへ
の分割を示す図である。
【図5】本発明の別の実施例に基づく、多値レベルメモ
リのブロック図である。
【図6】本発明の1つの実施例に基づく、リフレッシュ
回路を備えた多値レベル不揮発性メモリシステムのブロ
ック図である。同じ参照記号は、異なる図においても、
類似の或いは同一のアイテムを示す。
【符号の説明】
100 多値レベルメモリ 110 基準電圧発生器 120 マルチプレクサ 125 マルチプレクサ 130 行、列並びにソースドライバ及びデコーダ 140 メモリアレイ 150 センス増幅器 170 読出し/書込み制御回路 210 プログラミングサイクル 220 ベリファイサイクル 310 プログラミングサイクル 320 ベリファイサイクル 330 読出しステージ 340 リフレッシュステージ 410 禁止ゾーン 415 禁止ゾーン 420 許容閾値電圧状態 425 禁止ゾーン 500 多値レベル不揮発性メモリ 550 アナログ読出し回路 560 アナログ比較器 600 システム 610 バッファ 620 リフレッシュ制御部 630 タイマ

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 不揮発性半導体メモリであって、 メモリセルのアレイと、 前記アレイに電圧を加えるために接続されるドライバ及
    びデコーダであって、前記電圧は前記アレイ内の任意の
    メモリへの書込み、並びに前記アレイ内の任意のメモリ
    セルの読出しを実行するために必要とされ、またデータ
    を格納する前記各メモリセルが前記メモリセル内に書込
    まれる多ビットデータ値を特定する閾値を有する、該ド
    ライバ及びデコーダと、 第1の基準信号と第2の基準信号とを発生する基準発生
    器であって、前記第1の基準信号がデータを格納する前
    記メモリセルに対して許容される閾値電圧の範囲の境界
    を示し、また前記第2の基準信号がデータを格納する前
    記メモリセルに対して禁止される閾値電圧の1つ或いは
    それ以上の範囲の境界を示す、該基準発生器と、 読出し過程中に前記ドライバ及びデコーダを制御するた
    めに接続される制御回路であって、ロジックを含む前記
    制御回路が読出し過程中にメモリセルの閾値電圧をリフ
    レッシュするための処理を開始し、前記読出し過程によ
    り、前記メモリセルの前記閾値電圧が、データを格納す
    る前記メモリセルに対して禁止される範囲にあるか否か
    を検出する、該制御回路とを有することを特徴とする不
    揮発性半導体メモリ。
  2. 【請求項2】 少なくとも一部の前記メモリアレイの
    読出しを開始することにより、リフレッシュ動作をトリ
    ガするタイマをさらに有することを特徴とする請求項1
    に記載の不揮発性メモリ。
  3. 【請求項3】 前記アレイ、前記ドライバ及びデコー
    ダ、前記基準発生器、前記制御回路、前記タイマがモノ
    リシック集積回路の一部であることを特徴とする請求項
    2に記載の不揮発性メモリ。
  4. 【請求項4】 リフレッシュ動作中に、前記メモリア
    レイの一部からのデータを一時的に格納するために接続
    されるバッファをさらに有することを特徴とする請求項
    2に記載の不揮発性メモリ。
  5. 【請求項5】 データを格納するメモリセルに対して
    許容される前記閾値電圧の範囲が、データを格納するメ
    モリセルに対して禁止される少なくとも1つの閾値の範
    囲により互いに分離されることを特徴とする請求項1に
    記載の不揮発性メモリセル。
  6. 【請求項6】 不揮発性メモリを動作させる方法であ
    って、 メモリセルの閾値電圧を測定する過程と、 前記閾値電圧に対応する多ビットデジタル信号を発生す
    る過程と、 前記閾値電圧が、第1の複数の閾値電圧範囲の1つ内
    か、或いは第2の複数の閾値電圧内にあるか否かを特定
    する過程と、 前記第1の複数の閾値電圧内にある前記閾値電圧に応じ
    て、前記閾値電圧が前記第2の複数の閾値電圧範囲の1
    つ内に入るように、前記閾値電圧を変更する過程とを有
    することを特徴とする不揮発性メモリ動作方法。
  7. 【請求項7】 前記閾値電圧を変更する過程が、前記
    閾値電圧が前記多ビットデジタル信号に対応する範囲内
    に入るように、前記閾値電圧を変更することを特徴とす
    る請求項6に記載の方法。
  8. 【請求項8】 前記第2の複数の閾値電圧範囲が、前
    記範囲の増加する最大電圧に従って整列された、一連の
    範囲の系列を形成し、 各範囲が異なる多ビットデジタル値に対応し、 各範囲に対する前記多ビットデジタル値が、前記系列内
    のすぐ前の範囲のための前記多ビット値とは、1ビット
    のみ異なることを特徴とする請求項6に記載の方法。
  9. 【請求項9】 各過程が前記メモリに対する標準的な
    読出し動作の一部として実行されることを特徴とする請
    求項6に記載の方法。
  10. 【請求項10】 不揮発性メモリを動作させる方法であ
    って、 前記不揮発性メモリ内のメモリセルの閾値電圧をプログ
    ラミングする過程であって、前記各メモリセルが前記メ
    モリセル内に格納された多ビットデータ値に関連する許
    容状態内にある閾値電圧を有し、前記メモリセルの閾値
    電圧が、禁止ゾーンにより互いに分離された複数の許容
    状態を有する、該プログラミング過程と、 前記禁止ゾーン1つにある閾値電圧を有するメモリセル
    を含む前記不揮発性メモリの一部を特定する過程と、 前記閾値電圧を再プログラミングすることにより、前記
    特定された部分のメモリセル内に格納された前記多ビッ
    トデータ値をリフレッシュする過程とを有することを特
    徴とする方法。
  11. 【請求項11】 前記多ビットデータ値をリフレッシュ
    する過程が、タイマからの信号に応じて実行されること
    を特徴とする請求項10に記載の方法。
  12. 【請求項12】 前記多ビットデータ値をリフレッシュ
    する過程が、1日より長い期間をおいて周期的に実行さ
    れることを特徴とする請求項11に記載の方法。
  13. 【請求項13】 前記メモリが使用される可能性が低い
    時間を判定をさらに有し、前記タイマが前記時間にリフ
    レッシュを実行することを特徴とする請求項11に記載
    の方法。
  14. 【請求項14】 前記多ビットデータ値をリフレッシュ
    する過程が、前記メモリに対するパワーアップ手順の一
    部として実行されることを特徴とする請求項10に記載
    の方法。
  15. 【請求項15】 前記禁止ゾーンの1つにある閾値電圧
    を有するメモリセルを含むものと特定された前記部分が
    セクタであり、また前記多ビットデータ値をリフレッシ
    ュする過程が、 前記セクタからデータ値を読み出す過程と、 バッファ内に前記データ値を格納する過程と、 前記セクタを消去する過程と、 前記セクタ内に前記データ値を書き戻す過程とを有する
    ことを特徴とする請求項10に記載の方法。
  16. 【請求項16】 前記データ値を読み出す過程が、前記
    禁止ゾーンの1つにある前記閾値電圧を有する前記メモ
    リセルの前記閾値電圧を測定する過程を含み、前記メモ
    リセルから読み出されたデータ値が、前記メモリセルの
    前記閾値電圧を含む前記禁止ゾーンに近い許容状態に対
    応することを特徴とする請求項10に記載の方法。
JP25206498A 1997-09-08 1998-09-07 誤り検出及び訂正を備えた多値レベル不揮発性メモリ Pending JPH11154394A (ja)

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