KR20080096644A - Alternate sensing techniques for non-volatile memories - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 일반적으로 비휘발성 메모리들 및 상기 메모리들의 작동, 및 특히 상기 메모리들을 판독하기 위한 기술들에 관한 것이다.The present invention generally relates to nonvolatile memories and the operation of the memories, and in particular to techniques for reading the memories.
본 발명의 원리들은 다양한 형태의 비휘발성 메모리들에 대한 애플리케이션을 가지며, 현재 존재하고 새로운 기술을 사용하기 위하여 계획된 것은 개발되었다. 그러나, 본 발명의 구현은 플래시 전기 소거 가능 및 프로그램 가능 판독 전용 메모리(EEPROM)에 관련하여 기술되었고, 저장 엘리먼트들은 예시적으로 플로팅 게이트들이다. The principles of the present invention have applications for various types of nonvolatile memories, and what is currently planned and planned to use the new technology has been developed. However, implementations of the present invention have been described with reference to flash electrically erasable and programmable read only memory (EEPROM), where the storage elements are illustratively floating gates.
플래시 EEPROM 어레이의 각각의 플로팅 게이트 저장 엘리먼트가 이진 모드에서 작동함으로써 단일 비트의 데이터를 저장하는 현재 상업적인 제품들은 일반적이고, 여기서 플로팅 게이트 트랜지스터들의 두 개의 범위의 임계 레벨들은 저장 레벨들로서 정의된다. 플로팅 게이트 트랜지스터의 임계 레벨들은 플로팅 게이트들 상에 저장된 전하 레벨들의 범위에 대응한다. 메모리 어레이들의 크기를 축소하는 것 외에, 각각의 플로팅 게이트 트랜지스터에 하나 이상의 데이터 비트를 저장함으로써 이러한 메모리 어레이들의 데이터 저장 밀도를 추가로 증가시키는 것이 추세 이다. 이것은 각각의 플로팅 게이트 트랜지스터에 대한 저장 상태들로서 두 개 이상의 임계 레벨들을 정의함으로써 달성되고, 4개의 이러한 상태들(플로팅 게이트 저장 엘리먼트 당 2 비트의 데이터)은 지금 상업적 제품들에 포함된다. 저장 엘리먼트 당 8 또는 심지어 16 상태들 같은 보다 많은 저장 상태들은 고려된다. 각각의 플로팅 게이트 메모리 트랜지스터는 실제적으로 작동될 수 있는 임계 전압들의 특정한 총 범위(윈도우)를 가지며, 상기 범위는 서로 명확하게 구별되도록 상태들 사이의 마진들 플러스 각각의 상태들의 수에 대해 하나의 범위로 분할된다.Current commercial products in which each floating gate storage element of a flash EEPROM array stores a single bit of data by operating in binary mode are common, where the threshold levels of the two ranges of floating gate transistors are defined as storage levels. The threshold levels of the floating gate transistor correspond to the range of charge levels stored on the floating gates. In addition to reducing the size of memory arrays, there is a trend to further increase the data storage density of such memory arrays by storing one or more data bits in each floating gate transistor. This is accomplished by defining two or more threshold levels as storage states for each floating gate transistor, and four such states (two bits of data per floating gate storage element) are now included in commercial products. More storage states are considered, such as 8 or even 16 states per storage element. Each floating gate memory transistor has a specific total range (window) of threshold voltages that can actually be operated, the range being one range for the number of states plus the margins between states so that they are clearly distinguished from each other. Divided into.
각각의 메모리 셀에 저장된 상태들의 수가 증가할 때, 플로팅 게이트 저장 엘리먼트들 상 프로그램된 전하 레벨에서 임의의 시프트들의 허용 오차(tolerance)는 감소한다. 각각의 메모리 셀 저장 엘리먼트상에 저장된 상태들의 수가 증가할 때, 각각의 저장 상태에 대해 설계된 전하 범위들이 필수적으로 좁아지게 되고 보다 밀접하게 배치되기 때문에, 프로그래밍은 증가된 정밀도 범위로 수행되어야 하고 허용될 수 있는 저장된 전하 레벨들에서 임의의 사후 프로그램 시프트들의 크기는, 실제 또는 외견상 시프트들의 경우, 감소된다. 하나의 셀에 저장된 전하의 실제 시프트들은 동일한 컬럼(column) 또는 로우(row)의 것, 및 라인 또는 노드를 공유하는 것과 같은 셀과 몇몇 정도의 전기 결합을 가지는 다른 셀들을 판독, 프로그래밍 및 소거할 때 혼란될 수 있다.As the number of states stored in each memory cell increases, the tolerance of any shifts in the programmed charge level on the floating gate storage elements decreases. As the number of states stored on each memory cell storage element increases, programming must be performed with an increased precision range and allowed because the charge ranges designed for each storage state are necessarily narrowed and placed more closely together. The magnitude of any post program shifts in the stored charge levels that can be reduced, in case of actual or apparent shifts. The actual shifts of charge stored in one cell will read, program, and erase the same column or row, and other cells with some degree of electrical coupling with the cell, such as sharing a line or node. When it can be confusing.
저장된 전하의 외견상 시프트들은 저장 엘리먼트들 사이의 필드 결합으로 인해 발생한다. 이런 결합 정도는 메모리 셀 어레이들의 크기들이 감소되고 집적 회로 제조 기술들의 개선으로 인해 필수적으로 증가한다. 상기 문제는 다른 시간들 에 프로그램되었던 인접한 두 개의 세트의 셀들 사이에서 가장 현저하게 발생한다. 셀들의 하나의 세트는 한 세트의 데이터에 대응하는 플로팅 게이트들에 하나의 전하 레벨을 부가하기 위하여 프로그램된다. 셀들의 제 2 세트가 제 2 세트의 데이터로 프로그램된 후, 제 1 세트의 셀들의 플로팅 게이트들로부터 판독된 전하 레벨들은 제 1 세트의 플로팅 게이트들과 결합된 제 2 세트의 플로팅 게이트들상 전하의 효과로 인해 프로그램된 것과 다르게 나타난다. 이것은 미국특허 5,867,429 및 5,930,167에 기술되고, 상기 특허들은 참조로써 전체적으로 여기에 통합된다. 이들 특허들은 플로팅 게이트들의 두 개의 세트들을 물리적으로 서로 절연시키거나, 제 1 세트의 플로팅 게이트들을 판독할 때 제 2 세트의 플로팅 게이트들상 전하의 영향을 고려한다. 게다가, 특허 5,930,167은 데이터를 처음에 프로그램하기 위하여 필요한 시간을 단축시키기 위하여 캐시 메모리 같은 다중 상태 메모리, 단지 두 개의 상태들 또는 감소된 마진을 가진 부분들을 선택적으로 프로그래밍하는 방법들을 기술한다. 이 데이터는 추후 판독되고 두 개 이상의 상태들이거나, 증가된 마진을 가지고 메모리에 재프로그램된다.Apparent shifts of stored charge occur due to field coupling between storage elements. This degree of coupling necessarily increases due to the reduction in the size of the memory cell arrays and the improvement of integrated circuit fabrication techniques. The problem occurs most remarkably between two adjacent sets of cells that have been programmed at different times. One set of cells is programmed to add one charge level to floating gates corresponding to a set of data. After the second set of cells is programmed with the second set of data, the charge levels read from the floating gates of the first set of cells are charged on the second set of floating gates in combination with the first set of floating gates. The effect is different from that programmed. This is described in US Pat. Nos. 5,867,429 and 5,930,167, which are incorporated herein by reference in their entirety. These patents consider the effect of charge on the second set of floating gates when physically insulating the two sets of floating gates or reading the first set of floating gates. In addition, patent 5,930,167 describes methods for selectively programming portions of a multi-state memory, such as cache memory, only two states or reduced margins, in order to shorten the time required to initially program the data. This data is later read and in two or more states, or reprogrammed into memory with increased margin.
이런 효과는 다양한 타입의 플래시 EEPROM 셀 어레이들에 제공된다. 하나의 설계의 NOR 어레이는 인접한 비트(컬럼) 라인들 및 워드(로우) 라인들에 접속된 제어 게이트들 사이에 접속된 메모리 셀들을 가진다. 개별 셀들은 직렬로 형성된 선택 트랜지스터를 가지거나 가지지 않는 하나의 플로팅 게이트 트랜지스터, 또는 단일 선택 트랜지스터에 의해 분리된 두 개의 플로팅 게이트 트랜지스터들을 포함한다. 이러한 어레이들의 예들 및 저장 시스템들에서 용도는 참조로써 여기에 전체 적으로 통합된 샌디스크 코포레이션의 다음 미국특허들 및 계류중인 출원들에 주어져 있다: 특허번호 5,095,344, 5,172,338, 5,602,987, 5,663,901, 5,430,859, 5,657,332, 5,712,180, 5,890,192 및 6,151,248 및 2000년 2월 17일 출원된 일련번호 09/505,555 및 2000년 9월 22일 출원된 09/667,344.This effect is provided for various types of flash EEPROM cell arrays. A NOR array of one design has memory cells connected between control gates connected to adjacent bit (column) lines and word (row) lines. The individual cells comprise one floating gate transistor with or without a select transistor formed in series, or two floating gate transistors separated by a single select transistor. Examples of such arrays and use in storage systems are given in the following US patents and pending applications of SanDisk Corporation, which is hereby incorporated by reference in its entirety: Patent Nos. 5,095,344, 5,172,338, 5,602,987, 5,663,901, 5,430,859, 5,657,332 , 5,712,180, 5,890,192 and 6,151,248 and serial numbers 09 / 505,555 filed February 17, 2000 and 09 / 667,344 filed September 22, 2000.
하나의 설계의 NAND 어레이는 어느 한쪽 단부에서 선택 트랜지스터들을 통하여 하나의 비트 라인 및 하나의 기준 전위 라인 사이에 형성된 각각의 스트링(string)을 따라 직렬로 접속된 8, 16 또는 심지어 32 같은 다수의 메모리 셀들을 가진다. 워드 라인들은 셀들의 제어 게이트들과 접속되고 다른 직렬 스트링들 상에 형성된다. 상기 어레이들의 관련 예들 및 작동은 참조물 5,570,315, 5,774,397 및 6,046,935로써 여기에 전체적으로 통합된 미국특허들에 제공된다. 요약하여, 인입 데이터의 다른 논리적 페이지들로부터의 두 개의 비트의 데이터는 첫째 일비트의 데이터에 따라 하나의 상태로 셀을 프로그래밍하고, 그 다음 만약 데이터가 필요하면, 제 2 비트의 인입 데이터에 따라 상태들 중 다른 하나로 상기 셀을 재프로그래밍하는 두 개의 단계들에서 개별 셀들의 4개의 상태들 중 하나로 프로그램된다.A NAND array of one design has multiple memories, such as 8, 16 or even 32, connected in series along each string formed between one bit line and one reference potential line through select transistors at either end. Have cells. Word lines are connected to the control gates of the cells and are formed on other series strings. Relevant examples and operation of the arrays are provided in U.S. Patents incorporated herein by reference in their entirety as references 5,570,315, 5,774,397 and 6,046,935. In summary, two bits of data from different logical pages of incoming data program the cell in one state according to the first one bit of data, and then if data is needed, according to the second bits of incoming data. It is programmed to one of four states of individual cells in two steps of reprogramming the cell to another of the states.
더욱 빠르게 프로그래밍하는 것에 의해 메모리 성능을 개선하는 것 외에, 성능은 감지 처리를 가속함으로써 개선될 수 있다. 감지 시간들을 단축하는 것은 판독 및 검증 작동 동안 성능을 개선시킬 것이고; 및 만약 메모리가 검증을 가속할 수 있다면, 이것은 기입 속도를 개선시킬 것이다. 이것은 특히 다중 상태 메모리들에서 진실이고, 여기서 검증 단계는 임의의 두 개의 연속적인 펄스들 사이에서 요구되고, 다중 상태 메모리들은 각각의 검증 작동시 여러 감지 단계들을 요구한다. 비휘발성 메모리 시스템들의 성능은 만약 이들 단점들이 감소되거나 제거될 수 있다면 개선될 수 있다.In addition to improving memory performance by programming faster, performance can be improved by accelerating the sensing process. Shortening the sensing times will improve performance during read and verify operations; And if the memory can accelerate the verification, this will improve the write speed. This is especially true in multi-state memories, where the verify step is required between any two consecutive pulses, and the multi-state memories require several sensing steps in each verify operation. The performance of nonvolatile memory systems can be improved if these disadvantages can be reduced or eliminated.
요약하여 일반적으로, 본 발명은 다중 레벨 비휘발성 메모리 시스템들에서 특히 성능을 개선하는데 유용한 메모리 셀들을 감지하는 방법을 제공한다. 이것은 채널들을 접지로 방전함으로써 선택된 메모리 셀들의 초기 상태를 설정하고, 종래 소스(하나의 블록에서 NAND 스트링들의 동일한 단부를 함께 접속하는 공통 전극 같은) 및 제어 게이트 상에 하나의 전압 레벨을 배치하고, 신호 통합 기간(signal integration period) 동안 셀을 통하여 전류의 도전의 결과로서 몇몇 시간 동안 셀 비트 라인을 충전함으로써 달성된다. 그 다음 메모리 셀의 비트 라인은 비트 라인 전압이 임의의 추가 셀 도전을 차단하기에 충분히 크게 될 때까지 충전될 것이다. 비트 라인 전압의 상승은 셀의 데이터 상태에 따라 임의의 속도 및 레벨로 발생하고, 그 다음, 셀은 전류가 필수적으로 차단되는 메모리 셀 임계치에 영향을 받는 바디 효과에 도달하도록 NAND 스트링에 대한 소스의 임무를 수행하는 비트 라인 전압이 충분히 높은 레벨에 도달할 때 차단될 것이다. 보다 특히, 예시적인 실시예는 기입 작동들 및 판독 작동들에 대한 검증 단계들에서 감지하기 위한 이 기술을 사용한다. 동일한 워드 라인을 따라 다수의 셀들은 일정하고 데이터 독립적인 전압을 워드 라인상에 배치하고 이들 셀들의 일정하고 데이터 독립적인 공통 전압 레벨을 소스측에 배치함으로써 동시에 감지된다. 소스측은 전압이 비트 라인측보다 높은 측면에서 드레인의 역할을 수행한다. 이전에 방전된 셀들의 비트 라인들은 개별 데이터 콘텐트를 가리키는 각각의 비트 라인들 상 전압을 유발할 것이다.In summary, the present invention provides a method of sensing memory cells that are particularly useful for improving performance in multilevel nonvolatile memory systems. This sets the initial state of the selected memory cells by discharging the channels to ground, placing a voltage level on a conventional source (such as a common electrode that connects the same ends of the NAND strings together in one block) and a control gate, This is accomplished by charging the cell bit line for some time as a result of the conduction of current through the cell during the signal integration period. The bit line of the memory cell will then be charged until the bit line voltage is large enough to block any additional cell conduction. The rise in the bit line voltage occurs at any speed and level depending on the data state of the cell, and then the cell is forced to reach the body effect of the source to the NAND string to be affected by the memory cell threshold at which the current is essentially blocked. It will shut off when the performing bit line voltage reaches a sufficiently high level. More particularly, the exemplary embodiment uses this technique for sensing in verify steps for write operations and read operations. A plurality of cells along the same word line are sensed simultaneously by placing a constant, data independent voltage on the word line and placing a constant, data independent common voltage level of these cells on the source side. The source side serves as a drain on the side where the voltage is higher than the bit line side. The bit lines of previously discharged cells will cause a voltage on each bit line that points to the respective data content.
본 발명의 서브 측면에서, 본 발명은 모든 셀들의 상태를 검증하기 위한 검증 작동의 단일 패스(single pass of verify operation)가 셀들 타겟 상태에 무관하게 프로그램되게 한다. 대응 비트 라인이 상승할 레벨이 바디 효과로 인해 셀의 상태에 따를 것이다. 이 레벨은 각각의 타겟 값들에 대응하는 기준 값과 비교될 수 있다. 이것은 다중 충전-방전, 각각의 프로그램 펄스 다음 신호 통합 사이클을 요구하는 종래 기술에 비해 성능을 개선시키고, 각각의 타겟 상태에 대한 하나의 사이클은 검증 작동을 요구한다.In a sub aspect of the present invention, the present invention allows a single pass of verify operation to verify the state of all cells to be programmed regardless of the cell target state. The level at which the corresponding bit line will rise will depend on the state of the cell due to the body effect. This level can be compared with a reference value corresponding to each target value. This improves performance over the prior art, which requires multiple charge-discharge, signal integration cycles after each program pulse, and one cycle for each target state requires a verify operation.
본 발명의 다른 서브 측면에서, 판독 성능은 모든 데이터 레벨들이 단일 방전-충전 사이클을 바탕으로 결정될 수 있기 때문에 개선된다. 주어진 셀들 비트 라인상 레벨이 데이터 콘텐트에 의해 결정된 어심토틱 값(asymptotic value)에 도달할 때, 이들 레벨들이 한 세트의 기준 레벨들과 비교될 수 있는 비트 라인상 레벨에 도달되면, 비교 단계는 순차적으로 또는 동시에 수행된다.In another sub aspect of the present invention, read performance is improved because all data levels can be determined based on a single discharge-charge cycle. When the levels on the given cells bit line reach an asymptotic value determined by the data content, if these levels reach a level on the bit line that can be compared with a set of reference levels, the comparing step It is performed sequentially or simultaneously.
본 발명의 추가 서브 측면, 및 한 세트의 실시예들에서, 주변 회로는 기준 전압들을 비트 라인 비교기들에 순차적으로 공급한다. 기준 값들은 다른 값을 공급하는 멀티플렉싱 회로에 동시에 이용될 수 있거나, 비교기에 기준 값들을 공급하는 라인은 멀티플렉스 방식으로 다양한 기준 값들을 자체적으로 수신한다. 비록 이런 최근 기술이 기준 공급 라인상 전압 레벨의 변경을 요구하지만, 이것은 각각의 데이터 레벨로 비트 라인들을 재충전 및 방전하는 것보다 빠르게 영향을 받을 수 있다.In a further sub aspect of the present invention, and in a set of embodiments, the peripheral circuit supplies the reference voltages sequentially to the bit line comparators. The reference values may be used simultaneously in a multiplexing circuit that supplies other values, or the line supplying the reference values to the comparator itself receives various reference values in a multiplexed manner. Although this recent technology requires a change in the voltage level on the reference supply line, this can be affected faster than recharging and discharging the bit lines at each data level.
본 발명의 다른 측면은 소스를 통하여 이전에 방전된 셀들을 충전함으로써 다른 제어 게이트 전압을 각각 가지지만, 각각의 작동시에 감지된 다중 상태들을 가진 다중 상태 메모리 셀들의 상태를 다중 감지 서브 작동들을 수행함으로써 감지한다. 두 개의 다양한 감지 기술들의 엘리먼트들을 결합함으로써, 감지 작동은 다중 상태들이 각각의 감지 서브 작동시 판독될 때 가속되고, 다중 워드 라인 전압들의 사용은 모든 데이터 상태들을 해결하기 위하여 충분한 동적 범위를 제공한다.Another aspect of the present invention performs multi-sense sub-operations for states of multi-state memory cells each having a different control gate voltage by charging cells previously discharged through the source, but having multiple states sensed in each operation. By sensing. By combining elements of the two various sensing techniques, the sensing operation is accelerated when multiple states are read in each sense sub-operation, and the use of multiple word line voltages provides sufficient dynamic range to solve all data states.
이들 측면들의 특정 실시예는 NAND 아키텍쳐를 가진 플래시 메모리를 바탕으로 한다. 선택된 워드 라인을 따라 셀들은 비트 라인들을 따라 공통 소스 라인에 접속된다. 비트 라인들이 교번적으로 감지되는 세트들로 분할되는 경우 모든 비트 라인 아키텍쳐 모두 또는 어느 하나는 사용될 수 있다.Particular embodiments of these aspects are based on flash memory with a NAND architecture. Cells along the selected word line are connected to the common source line along the bit lines. Any or all of the bit line architectures can be used when the bit lines are divided into alternatingly sensed sets.
본 발명의 부가적인 측면들, 특징들, 장점들 및 애플리케이션들은 예시적인 실시예들의 다음 설명에 포함되고, 상기 설명은 첨부 도면들과 관련하여 취해져야 한다.Additional aspects, features, advantages and applications of the present invention are included in the following description of exemplary embodiments, which description should be taken in conjunction with the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 실행을 위한 다양한 측면들이 기술된 비휘발성 메모리 시스템의 블록도이다.1 is a block diagram of a nonvolatile memory system in which various aspects of practicing the invention are described.
도 2는 메모리 셀 어레이가 NAND 타입일 때 도 1의 메모리 어레이의 종래 회로 및 구성을 도시한다.FIG. 2 shows a conventional circuit and configuration of the memory array of FIG. 1 when the memory cell array is of NAND type.
도 3은 반도체 기판상에 형성된 NAND 타입 메모리 어레이의 컬럼을 따른 단 면도를 도시한다.3 illustrates a stage along a column of a NAND type memory array formed on a semiconductor substrate.
도 4는 섹션 4-4에서 취해진 도 3의 메모리 어레이의 단면도이다.4 is a cross-sectional view of the memory array of FIG. 3 taken in section 4-4.
도 5는 5-5의 섹션에서 취해진 도 3의 메모리 어레이의 단면도이다.5 is a cross-sectional view of the memory array of FIG. 3 taken in section 5-5.
도 6은 도 2-5의 NAND 메모리 셀 어레이의 예시적인 작동 전압들의 테이블 1을 제공한다.FIG. 6 provides Table 1 of exemplary operating voltages of the NAND memory cell array of FIGS. 2-5.
도 7은 도 2-5의 NAND 메모리 셀 어레이의 다른 특징을 도시한다.FIG. 7 illustrates other features of the NAND memory cell arrays of FIGS. 2-5.
도 8은 4개의 상태들로 작동될 때 도 2-5의 NAND 메모리 셀 어레이의 임계 전압들의 현행의 분포의 예를 도시한다.8 shows an example of the current distribution of threshold voltages of the NAND memory cell array of FIGS. 2-5 when operated in four states.
도 9A 및 9B는 도 2-5의 메모리 셀 어레이에 사용될 수 있는 예시적인 프로그램 전압 신호를 도시한다.9A and 9B illustrate exemplary program voltage signals that may be used in the memory cell arrays of FIGS. 2-5.
도 10은 선택된 메모리 엘리먼트를 방전하는 것을 바탕으로 하는 동적 감지 기술을 도시한다.10 illustrates a dynamic sensing technique based on discharging selected memory elements.
도 11은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 감지 기술을 도시한다.11 illustrates a sensing technique in accordance with an exemplary embodiment of the present invention.
도 12는 본 발명에 따른 메모리 어레이 및 주변 회로의 부분을 도시한다.12 illustrates a portion of a memory array and peripheral circuits in accordance with the present invention.
도 13A-C는 도 12의 주변 회로상 변형을 도시한다.13A-C show a variation on the peripheral circuit of FIG. 12.
도 14는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 하이브리드 감지 기술을 도시한다.14 illustrates a hybrid sensing technique in accordance with an exemplary embodiment of the present invention.
비휘발성 메모리 시스템 예Nonvolatile Memory System Example
도 1-7을 참조하여, 특정 비휘발성 메모리 시스템은 기술되고, 여기서 명확 한 실시예들을 제공하기 위하여 본 발명의 다양한 측면들은 실행된다. 도 1은 플래시 메모리 시스템의 블록도이다. 매트릭스 내에 배열된 다수의 메모리 셀들(M)을 포함하는 메모리 셀 어레이(1)는 컬럼 제어 회로(2), 로우 제어 회로(3), c-소스 제어 회로(4) 및 c-p-웰 제어 회로(5)에 의해 제어된다. 컬럼 제어 회로(2)는 메모리 셀들(M)에 저장된 데이터를 판독하고, 프로그램 작동 동안 메모리 셀들(M)의 상태를 결정하고, 프로그래밍을 진척하거나 프로그래밍을 억제하기 위하여 비트 라인들(BL)의 전위 레벨들을 제어하기 위하여 메모리 셀 어레이(1)의 비트 라인들(BL)에 접속된다. 로우 제어 회로(3)는 워드 라인들(WL) 중 하나를 선택하고, 판독 전압들을 인가하고, 컬럼 제어 회로(2)에 의해 제어된 비트 라인 전위 레벨들과 결합된 프로그램 전압들을 인가하고, 메모리 셀들(M)이 형성된 p 타입 영역(도 3에서 "c-p-웰"(11))의 전압과 결합된 소거 전압을 인가하기 위하여 워드 라인들(WL)에 접속된다. c 소스 제어 회로(4)는 메모리 셀들(M)에 접속된 공통 소스 라인(도 2에서 "c-소스")을 제어한다. c-p-웰 제어 회로(5)는 c-p-웰 전압을 제어한다. 1-7, certain nonvolatile memory systems are described in which various aspects of the invention are practiced to provide obvious embodiments. 1 is a block diagram of a flash memory system. The
메모리 셀들(M)에 저장된 데이터는 컬럼 제어 회로(2)에 의해 판독되고 I/O 라인 및 데이터 입력/출력 버퍼(6)를 통하여 외부 I/O 라인들에 출력된다. 메모리 셀들에 저장될 프로그램 데이터는 외부 I/O 라인들을 통하여 데이터 입력/출력 버퍼(6)에 입력되고, 컬럼 제어 회로(2)에 전달된다. 외부 I/O 라인들은 제어기(20)에 접속된다.Data stored in the memory cells M is read by the
플래시 메모리 장치를 제어하기 위한 명령 데이터는 제어기(20)와 접속된 외 부 제어 라인들에 접속된 명령 인터페이스에 입력된다. 명령 데이터는 어떤 작동이 요구되는가를 플래시 메모리에게 통보한다. 입력 명령은 컬럼 제어 회로(2), 로우 제어 회로(3), c-소스 제어 회로(4), c-p-웰 제어 회로(5) 및 데이터 입력/출력 버퍼(6)를 제어하는 상태 머신(8)에 전달된다. 상태 머신(8)은 READY/BUSY 또는 PASS/FAIL 같은 플래시 메모리의 상태 데이터를 출력할 수 있다.Command data for controlling the flash memory device is input to a command interface connected to external control lines connected to the
제어기(20)는 퍼스널 컴퓨터, 디지털 카메라, 또는 퍼스널 디지털 어시스턴트 같은 호스트 시스템과 접속되거나 접속할 수 있다. 메모리 어레이(1)에 또는 메모리 어레이로부터 데이터를 저장하거나 판독하는 것과 같은 명령들을 시작하고, 이러한 데이터를 제공하거나 수신하는 것이 호스트이다. 제어기는 이러한 명령들을 명령 회로들(7)에 의해 해석되고 실행될 수 있는 명령 신호들로 변환한다. 제어기는 또한 통상적으로 메모리 어레이로 기입된 또는 메모리 어레이로부터 판독된 사용자 데이터에 대한 버퍼 메모리를 포함한다. 통상적인 메모리 시스템은 제어기(20)를 포함하는 하나의 집적 회로 칩(21), 및 메모리 어레이 및 연관된 제어, 입력/출력 및 상태 머신 회로들을 각각 포함하는 하나 이상의 집적 회로 칩들(22)을 포함한다. 물론, 하나 이상의 집적 회로 칩들 상에 함께 메모리 어레이 및 시스템의 제어기 회로들을 집적하는 것이 추세이다. 메모리 시스템은 호스트 시스템의 일부로서 내장되거나, 호스트 시스템들의 짝 소켓(mating socket)에 제거 가능하게 삽입할 수 있는 메모리 카드에 포함될 수 있다. 이러한 카드는 전체 메모리 시스템을 포함할 수 있거나, 또는 연관된 주변 회로들을 가진 제어기 및 메모리 어레이는 개별 카드들로 제공될 수 있다.The
도 2를 참조하여, 메모리 셀 어레이(1)의 예시적인 구조는 기술된다. NAND 타입의 플래시 EEPROM은 예로서 기술된다. 메모리 셀들(M)은 특정 실시예에서 1,024 블록들로 분할된다. 각각의 블록에 저장된 데이터는 동시에 소거된다. 따라서 블록은 동시에 소거할 수 있는 다수의 셀들의 최소 유니트이다. 각각의 블록에서, 이런 실시예에서, 짝수의 컬럼들 및 홀수의 컬럼들로 분할되는 8,512 컬럼들이 있다. 비트 라인들은 짝수의 비트 라인들(BLe) 및 홀수의 비트 라인들(BLo)로 분할된다. 각각의 게이트 전극에서 워드 라인들(WL0 및 WL3)에 접속된 4개의 메모리 셀들은 NAND 셀 유니트 또는 NAND 스트링을 형성하기 위하여 직렬로 접속된다. NAND 셀 유니트의 하나의 단자는 게이트 전극이 제 1 선택 게이트 라인(SGD)에 결합된 제 1 선택 트랜지스터를 통하여 대응 비트 라인(BL)에 접속되고, 다른 단자는 게이트 전극이 제 2 선택 게이트 라인(SGS)에 결합되는 제 2 선택 트랜지스터를 통하여 c-소스에 접속된다. 비록 4개의 플로팅 게이트 트랜지스터들이 간략화를 위하여 각각의 셀 유니트에 포함된 것으로 도시되지만, 8,16,32 또는 심지어 64 같은 보다 많은 수의 트랜지스터들은 사용된다.2, an exemplary structure of the
사용자 데이터 판독 및 프로그래밍 작동 동안, 4,256 셀들(M)은 이런 실시예에서 동시에 선택된다. 선택된 셀들(M)은 동일한 워드 라인(WL), 예를 들어 WL2, 및 동일한 종류의 비트 라인(BL), 예를 들어 짝수의 비트 라인들(BLe0, BLe2 내지 BLe4254)을 가진다. 그러므로, 532 바이트의 데이터는 동시에 판독 또는 프로그램될 수 있고 이런 데이터 유니트는 페이지라 불린다. 이런 실시예에서 각각의 NAND 스트링이 4 셀들을 포함하고 감지 증폭기당 2개의 비트 라인들이 있기 때문에, 하 나의 블록은 적어도 8개의 페이지들을 저장할 수 있다. 각각의 메모리 셀(M)이 두개의 데이터 비트들을 저장할 때, 즉 다중 레벨 셀을 저장할 때, 하나의 블록은 16 페이지들을 저장한다. 이 실시예에서, 메모리 셀들 각각의 저장 엘리먼트, 이 경우 메모리 셀들 각각의 플로팅 게이트는 두 개의 비트의 사용자 데이터를 저장한다.During the user data read and programming operation, 4,256 cells M are simultaneously selected in this embodiment. The selected cells M have the same word line WL, for example WL2, and the same kind of bit line BL, for example even bit lines BLe0, BLe2 to BLe4254. Therefore, 532 bytes of data can be read or programmed simultaneously and this data unit is called a page. In this embodiment, one block can store at least eight pages because each NAND string contains four cells and there are two bit lines per sense amplifier. When each memory cell M stores two data bits, that is, when storing a multi-level cell, one block stores 16 pages. In this embodiment, the storage element of each of the memory cells, in this case the floating gate of each of the memory cells, stores two bits of user data.
도 3은 비트 라인(BL)의 방향으로 도 2에 개략적으로 도시된 타입의 NAND 셀 유니트의 단면도를 도시한다. p 타입 반도체 기판(9)의 표면에서, p 타입 영역 c-p-웰(11)은 형성되고, c-p-웰은 p 타입 기판으로부터 c-p-웰을 전기적으로 절연하기 위하여 n 타입 영역(10)에 의해 둘러싸인다. n 타입 영역(10)은 제 1 접촉 홀(CB)을 충전하는 전도체 및 n 타입 확산층(12)을 통하여 제 1 금속(M0)으로 이루어진 c-p-웰 라인에 접속된다. p 타입 영역 c-p-웰(11)은 제 1 접촉부(CB) 및 p 타입 확산 층(13)을 통하여 c-p-웰 라인에 접속된다. c-p-웰 라인은 c-p-웰 제어 회로(5)에 접속된다(도 1).FIG. 3 shows a cross-sectional view of a NAND cell unit of the type shown schematically in FIG. 2 in the direction of the bit line BL. At the surface of the p-
각각의 메모리 셀은 셀에 저장된 데이터에 대응하는 전하량을 저장하는 플로팅 게이트(FG), 게이트 전극을 형성하는 워드 라인(WL), 및 n 타입 확산층(12)으로 이루어진 드레인 및 소스 전극들을 가진다. 플로팅 게이트(FG)는 터널 산화물 필름(14)을 통하여 c-p-웰의 표면상에 형성된다. 워드 라인(WL)은 절연체 필름(15)을 통하여 플로팅 게이트(FG) 상에 적층된다. 소스 전극은 제 2 선택 트랜지스터(S) 및 제 1 접촉 홀(CB)을 통하여 제 1 금속(M0)으로 만들어진 공통 소스 라인(c-소스)에 접속된다. 공통소스 라인은 c-소스 제어 회로(4)에 접속된다. 드레 인 전극은 제 1 선택 트랜지스터(S)를 통하여 제 2 금속(M1)으로 만들어진 비트 라인(BL), 제 1 접촉 홀(CB), 제 1 금속(M0) 및 제 2 접촉 홀(V1)의 중간 배선판에 접속된다. 비트 라인은 컬럼 제어 회로(2)에 접속된다.Each memory cell has a floating gate (FG) for storing an amount of charge corresponding to data stored in the cell, a word line (WL) for forming a gate electrode, and a drain and source electrodes consisting of an n-type diffusion layer (12). Floating gate FG is formed on the surface of the c-p-well through
도 4 및 5는 워드 라인(WL2)의 방향에서, 각각 메모리 셀(도 3의 섹션4-4) 및 선택 트랜지스터(도 3의 섹션 5-5)의 단면도를 도시한다. 각각의 컬럼은 기판내에 형성되고, 얕은 트랜치 절연부(STI)로서 공지된 절연 재료로 충전된 트랜치에 의해 이웃 컬럼들로부터 절연된다. 플로팅 게이트들(FG)은 STI 및 절연체 필름(15) 및 워드 라인(WL)에 의해 서로로부터 절연된다. 플로팅 게이트들(FG) 사이의 간격은 약 0.1㎛일 수 있고, 플로팅 게이트들 사이의 캐패시티브 결합(capacitive coupling)은 중요할 수 있다. 선택 트랜지스터의 게이트 전극(SG)이 플로팅 게이트(FG) 및 워드 라인(WL)과 동일한 형성 공정들에서 형성되기 때문에, 적층된 게이트 구조를 나타낸다. 선택 게이트 라인들(SG)을 형성하는 이들 두 개의 층들은 STI 실시예에서 폴리-1 층이 STI 규정(STI definition) 동안 절연된 스트립들로 에칭되기 때문에, 각각의 선택 게이트에 대하여 하나의 접촉을 사용하여 전기적으로 함께 단락(shorted)된다. 워드 라인들이 에칭될 때, 폴리 1 스트립들은 에칭되어, 절연된 전도체들로서 선택 게이트 채널들 상에 잔류하는 폴리1 게이트들을 남긴다. 그러나, 폴리 2 층은 전도성 라인을 형성할 것이고, 워드 라인들과 평행한 방향으로 연장하는 선택 게이트 라인들을 형성하기 위하여 개별 폴리 1 선택 게이트들을 서로 접속시킨다.4 and 5 show cross-sectional views of the memory cell (section 4-4 of FIG. 3) and the selection transistor (section 5-5 of FIG. 3), respectively, in the direction of the word line WL2. Each column is formed in a substrate and insulated from neighboring columns by a trench filled with an insulating material known as shallow trench isolation (STI). The floating gates FG are insulated from each other by the STI and
도 6의 테이블 Ⅰ은 상태들 "11", "10", "01", "00" 중 하나를 가진 메모리 셀 어레이(1)를 작동시키기 위하여 인가된 전압들을 요약하고, 특정 실시예에서, 각각의 메모리 셀의 플로팅 게이트는 두 개의 비트들을 저장한다. 이 테이블은 워드 라인 "WL2" 및 비트 라인들 "BLe"이 판독 및 프로그래밍을 위하여 선택되는 경우를 도시한다. 20V의 소거 전압으로 c-p-웰을 상승시키고 선택된 블록의 워드 라인들(WL)을 접지시킴으로써, 선택된 블록의 데이터는 소거된다. 선택되지 않은 블록들의 모든 워드 라인들(WL), 비트 라인들(BL), 선택 라인들(SG) 및 c-소스가 플로팅 상태로 놓이기 때문에, 이들은 c-p-웰과 캐패시티브 결합으로 인해 중간 전압, 예를 8V로 상승된다. 그러므로, 강한 전기장은 선택된 메모리 셀들(M)의 터널 산화물 필름들(14)(도 4 및 5)에만 인가되고, 선택된 메모리 셀들의 데이터는 터널 전류가 터널 산화물 필름(14)을 가로질러 흐를 때 소거된다. 소거된 셀은 이 실시예에서 4개의 가능한 상태들 중 하나, 즉 "11"이다.Table I of FIG. 6 summarizes the voltages applied to operate the
프로그래밍 작동 동안 플로팅 게이트(FG)에 전자들을 저장하기 위하여, 선택된 워드 라인(WL2)은 프로그램 펄스(Vpgm)에 접속되고 선택된 비트 라인들(BLe)은 접지된다. 다른 한편, 프로그래밍이 발생하지 않은 메모리 셀들(M)상 프로그램을 억제하기 위하여, 대응 비트 라인들(BLe)은 스트링 채널들을 절연하기 위하여 프로그래밍의 시작(onset)시 양의 전압(Vdd), 예를 들어 3V에 접속되고, 상기된 억제 조건들까지 플로팅한다. 이 프로그램 억제는 선택되지 않은 비트 라인들(BLo) 모두에서 행해진다. 선택되지 않은 워드 라인들(WL0, WL1 및 WL3)은 10V에 접속되고, 제 1 선택 게이트(SGD)는 Vdd에 접속되고, 제 2 선택 게이트(SGS)는 접지된다. 결과적으로, 프로그램된 메모리 셀(M)의 채널 전위는 0V로 설정된다. 억제된 셀의 채널 전위는 채널 전위가 워드 라인들(WL)과 캐패시티브 결합에 의해 풀업되는 결과로써 8V 정도로 상승된다. 상기된 바와 같이, 강한 전기장은 프로그래밍 동안 메모리 셀들(M)의 터널 산화물 필름들(14)에만 인가되고, 터널 전류는 소거와 비교하여 역방향으로 터널 산화물 필름(14)을 가로질러 흐르고, 논리 상태는 "11"로부터 다른 상태들 "10", "01", 또는 "00"중 하나로 변화된다. 다양한 다른 코딩 방법들은 명칭 E(소거), A(가장 낮은 임계 프로그램 상태), B(A 보다 높은 임계치), 및 C(가장 높은 임계 프로그램 상태)가 추후 논의에 사용되도록 이들 상태들을 나타내기 위하여 선택될 수 있다.In order to store the electrons in the floating gate FG during the programming operation, the selected word line WL2 is connected to the program pulse Vpgm and the selected bit lines BLe are grounded. On the other hand, in order to suppress the programming on the memory cells M in which no programming has occurred, the corresponding bit lines BLe are connected to a positive voltage Vdd at the start of programming, for example, to isolate the string channels. For example, it is connected to 3V and floats up to the above suppression conditions. This program suppression is performed on all of the unselected bit lines BLo. The unselected word lines WL0, WL1, and WL3 are connected to 10V, the first select gate SGD is connected to Vdd, and the second select gate SGS is grounded. As a result, the channel potential of the programmed memory cell M is set to 0V. The channel potential of the suppressed cell is raised to about 8V as a result of the channel potential being pulled up by the capacitive coupling with the word lines WL. As described above, a strong electric field is applied only to the
판독 및 검증 작동들 시에, 선택 게이트들(SGD 및 SGS) 및 선택되지 않은 워드 라인들(WL0, WL1 및 WL3)은 비트 라인 및 공통 소스 라인 사이의 전류가 통과될 수 있는 것을 보장하기 위하여 4.5V의 판독 통과 전압까지 상승된다. 선택된 워드 라인(WL2)은 하나의 전압에 접속되고, 상기 전압의 레벨은 관련된 메모리 셀의 임계 전압이 이러한 레벨에 도달하였는지를 결정하기 위하여 각각 판독 및 검증 작동을 위하여 지정된다. 예를 들어, READ(10) 작동(상태 A)에서, 선택된 워드 라인(WL2)은 접지되어, 임계 전압이 0V보다 높은지가 검출된다. 이런 판독의 경우에, 판독 레벨이 0V인 것이 말해질 수 있다. VERIFY01 작동(상태 C)에서, 선택된 워드 라인(WL2)은 2.4V에 접속되어, 임계 전압이 2.4V에 도달되었는지가 검증된다. 이런 검증의 경우, 검증 레벨이 2.4V인 것이 말해질 수 있다.In read and verify operations, select gates SGD and SGS and unselected word lines WL0, WL1 and WL3 are 4.5 to ensure that current between the bit line and the common source line can be passed. It rises to the read pass voltage of V. The selected word line WL2 is connected to one voltage, the level of which is specified for read and verify operations, respectively, to determine if the threshold voltage of the associated memory cell has reached this level. For example, in
선택된 비트 라인들(BLe)이 높은 레벨, 예를 들어 0.7V로 사전 충전된다. 만약 임계 전압이 판독 또는 검증 레벨보다 높으면, 연관된 비트 라인(BLe)의 전위 레벨은 비전도성 메모리 셀(M)로 인해 높은 레벨을 유지한다. 다른 한편, 만약 임계 전압이 판독 또는 검증 레벨보다 낮으면, 연관된 비트 라인(BLe)의 전위 레벨은 낮은 레벨, 예를 들어 0.5V 이하로 감소하는데, 그 이유는 전도성 메모리 셀들(M)로 인한 것이다. 판독 및 검증 작동들의 다른 상세한 것들은 하기에 설명된다.The selected bit lines BLe are precharged to a high level, for example 0.7V. If the threshold voltage is higher than the read or verify level, the potential level of the associated bit line BLe remains high due to the non-conductive memory cell M. On the other hand, if the threshold voltage is lower than the read or verify level, the potential level of the associated bit line BLe decreases to a lower level, for example 0.5 V or less, because of the conductive memory cells M. . Other details of read and verify operations are described below.
도 7은 도 1의 컬럼 제어 회로(2)의 일부를 도시한다. 비트 라인들의 각각의 쌍(BLe 및 BLo)은 두 개의 데이터 저장(DS1 및 DS2) 레지스터들을 포함하는 데이터 저장 부분(16)에 결합되고, 상기 레지스터들 각각은 데이터의 하나의 비트를 저장할 수 있다. 데이터 저장 부분(16)은 판독 또는 검증 작동 동안 선택된 비트 라인(BL)의 전위 레벨을 감지하고 이진 방식으로 상기 데이터를 저장하고, 프로그램 작동시 비트 라인 전압을 제어한다. 데이터 저장 부분(16)은 "EVENBL" 및 "ODDBL"의 신호들 중 하나를 선택함으로써 선택된 비트 라인(BL)에 선택적으로 접속된다. 데이터 저장 부분(16)은 판독 데이터를 출력하고 프로그램 데이터를 저장하기 위하여 I/O 라인에 또한 결합된다. I/O 라인은 도 1과 관련하여 상기된 바와 같이 데이터 입력/출력 버퍼(6)에 접속된다.FIG. 7 shows a part of the
저장 Save 엘리먼트Element 당 2 이상의 상태들을 가진 메모리 시스템의 작동 Memory system operation with more than 2 states per state
도 8은 각각의 플로팅 게이트 저장 엘리먼트가 각각의 메모리 셀(M)에 2비트의 데이터, 즉 4개의 데이터 상태들을 저장할 때, 메모리 셀 어레이(1)에 대한 임계치 전압 분포들을 도시한다. 곡선(33)은 음의 임계 전압 레벨들인 소거된 상태(E 데이터 상태)에 있는 어레이(1) 내의 셀들의 임계 레벨들(VT)의 분포를 나타낸 다. A 및 B 사용자 데이터를 저장하는 메모리 셀들의 임계 전압 분포(34 및 35)는 각각 VVA 및 VVB 사이 및 VVB 및 VVC 사이에 있는 것으로 도시된다. 곡선(36)은 판독 통과 전압의 2V 이상 및 4.5V 이하의 가장 높은 임계 전압 레벨 설정인 C 데이터 상태로 프로그램된 셀들의 분포를 도시한다.FIG. 8 shows threshold voltage distributions for the
이 실시예에서, 단일 메모리 셀(M)에 저장된 각각 두 개의 비트들은 다른 논리 페이지로부터 발생한다. 즉, 각각의 메모리 셀에 저장된 두 개의 비트들의 각각의 비트는 다른 것과 다른 논리 페이지 어드레스를 지닌다. 도 8에 도시된 보다 낮은 페이지 비트는 짝수 페이지 어드레스(=0,2,4,...,N/2)가 입력될 때 액세스되고, 여기서 N은 메모리의 논리 페이지 용량이다. 상부 페이지 비트는 홀수 페이지 어드레스(=1,3,5,...,[N/2]+1)가 입력될 때 액세스된다. 도 8에 도시된 예시적인 코딩을 사용하여, 상태(E)는 "11" 상태로서 표현되고, 상태(A)는 "10" 상태로서 표현되고, 상태(B)는 "00" 상태로서 표현되고, 상태(C)는 "01" 상태로서 표현되고, 여기서 제 1 이진 디지트는 상부 페이지에 저장된 값을 나타내고 제 2 이진 디지트는 하부 페이지에 저장된 값을 나타낸다. 짝수 및 홀수 페이지 어드레스들이 짝수 및 홀수 비트 라인들과 혼란되지 않아야 하는 것이 주의된다.In this embodiment, each two bits stored in a single memory cell M are from a different logical page. That is, each bit of the two bits stored in each memory cell has a different logical page address than the other. The lower page bits shown in FIG. 8 are accessed when an even page address (= 0, 2, 4, ..., N / 2) is input, where N is the logical page capacity of the memory. The upper page bits are accessed when an odd page address (= 1, 3, 5, ..., [N / 2] + 1) is input. Using the example coding shown in FIG. 8, state E is represented as an "11" state, state A is represented as a "10" state, state B is represented as a "00" state, and , State C is represented as the " 01 " state, where the first binary digit represents a value stored in the upper page and the second binary digit represents a value stored in the lower page. Note that even and odd page addresses should not be confused with even and odd bit lines.
개선된 신뢰성을 제공하기 위하여, 개별 분포가 엄격해지는 것이 좋은데(좁아진 임계 분포), 그 이유는 보다 엄격한 분포는 보다 넓은 판독 마진(이들 사이의 거리)을 발생시키기 때문이다. 본 발명에 따라, 분포 폭은 프로그래밍 속도의 현저한 품질 저하 없이 보다 엄격하게 유지된다.In order to provide improved reliability, it is preferable that the individual distributions become strict (narrowed critical distributions), because a stricter distribution produces a wider read margin (distance between them). In accordance with the present invention, the distribution width remains more stringent without significant quality degradation of the programming speed.
여기에 참조로써 통합된 논문인 "Fast and Accurate Programming Method for Multi-level NAND EEPROMs", Digest of 1995 Symposium on VLSI Technology, pp129-130에 따라, 0.2V 폭으로 분포를 제한하는 것은 일반적인 반복 프로그래밍 펄스들이 단계들 사이에서 0.2V 증가되는 것을 요구한다. 도 9A는 종래 프로그래밍 펄스 기술을 도시한다. 프로그래밍 전압(Vpgm) 파형은 도시된다. 프로그래밍 전압(Vpgm)은 많은 펄스들로 분할되고, 펄스 바이 펄스로 0.2V 증가된다. Vpgm의 시작 레벨은 이런 특정 실시예에서 12V이다.According to the article "Fast and Accurate Programming Method for Multi-level NAND EEPROMs", Digest of 1995 Symposium on VLSI Technology, pp129-130, incorporated herein by reference, limiting the distribution to 0.2V width is a common use for repetitive programming pulses. Requires 0.2V increase between steps. 9A shows a conventional programming pulse technique. The programming voltage Vpgm waveform is shown. The programming voltage Vpgm is divided into many pulses and increased by 0.2V with a pulse by pulse. The starting level of Vpgm is 12V in this particular embodiment.
펄스들 사이의 기간들에서, 검증(판독) 작동들은 수행된다. 즉, 병렬로 프로그램되는 각각의 셀의 프로그램된 레벨은 프로그램된 검증 레벨과 같은지 또는 높은지를 결정하기 위하여 각각의 프로그래밍 펄스 사이에서 판독된다. 이것은 셀당 4개의 비트들을 저장하는 메모리에 대한 도 9A의 보다 상세한 버젼인 도 9B에 도시된다. 만약 주어진 메모리 셀의 임계 전압이 검증 레벨을 초과한다는 것이 결정되면, 주어진 셀의 직렬 셀 유니트가 0V에서 Vdd로 접속되는 비트 라인의 전압을 상승시킴으로써 비트에 대해 프로그래밍이 정지 또는 억제된다. 동일한 페이지에서 병렬로 프로그램된 셀들 중 다른 것들의 프로그래밍은 상기 셀들이 검증 레벨들에 도달할 때까지 계속된다. 셀의 최종 프로그래밍 펄스 동안 임계 전압이 검증 레벨 아래에서 검증 레벨 위로 이동할 때, 임계 전압의 시프트는 0.2V의 Vpgm 단계 크기와 동일하다. 그러므로, 임계 전압들은 0.2V 폭 내에서 제어된다.In the periods between the pulses, verify (read) operations are performed. That is, the programmed level of each cell programmed in parallel is read between each programming pulse to determine whether it is equal to or higher than the programmed verify level. This is shown in Figure 9B, which is a more detailed version of Figure 9A for a memory that stores four bits per cell. If it is determined that the threshold voltage of a given memory cell exceeds the verify level, programming is stopped or suppressed for the bit by raising the voltage of the bit line to which the series cell unit of the given cell is connected from 0V to Vdd. Programming of other of the cells programmed in parallel on the same page continues until the cells reach verify levels. When the threshold voltage moves below the verify level and above the verify level during the cell's last programming pulse, the shift of the threshold voltage is equal to the Vpgm step size of 0.2V. Therefore, the threshold voltages are controlled within 0.2V width.
상기된 타입의 어레이에서 4 상태 NAND 메모리 셀을 프로그래밍하는 하나의 특정한 기존 기술은 지금 기술된다. 제 1 프로그래밍 통과시, 셀의 임계 레벨은 하부 논리 페이지로부터 비트에 따라 설정된다. 만약 비트가 "1"이면, 이전 소거로 인해 그 상태 내에 머무르기 때문에 아무것도 행해지지 않는다. 그러나, 비트가 "0"이면, 셀의 레벨은 추가 프로그래밍을 억제하기 위한 검증 전압으로서 VVA를 사용하여 A 프로그램된 상태(34)로 증가된다. 이것은 제 1 프로그래밍 통과를 완결한다.One particular existing technique for programming four state NAND memory cells in an array of the type described above is now described. Upon passing the first programming, the threshold level of the cell is set according to the bit from the lower logical page. If the bit is "1", nothing is done because it stays in that state due to the previous erase. However, if the bit is "0", the cell's level is increased to A programmed
제 2 프로그래밍 통과시, 셀의 임계 레벨은 상부 논리 페이지로부터 셀에 저장된 비트에 따라 설정된다. 만약 "1"이면, 셀이 하부 페이지 비트의 프로그래밍에 따라 상태들(33 또는 34) 중 하나에 있기 때문에 프로그래밍은 발생하지 않고, 상기 상태들 모두는 "1"의 상부 페이지 비트를 가진다. 그러나, 만약 상부 페이지 비트가 "0"이면, 셀은 제 2 타임에서 프로그램된다. 제 1 통과가 셀이 소거 또는 E 상태(33)에 남아있게 하면, 셀은 도 8의 상부 화살표에 의해 도시된 바와 같이 상기 상태로부터 가장 높은 임계 상태(36)(상태 C)로 프로그램되고 VVC는 추가 프로그래밍을 억제하기 위하여 검증 조건으로서 사용된다. 만약 셀이 상태(34)(상태 A)로 프로그램되었다면, 제 1 프로그래밍 통과의 결과로서, 셀은 도 8의 하부 화살표에 의해 도시된 바와 같이 검증 조건으로서 VVB를 사용하여 상기 상태에서 상태(35)(상태 B)로 제 2 통과로 추가로 프로그램된다. 제 2 통과의 결과는 제 1 통과 프로그래밍 동안 기입된 논리 값을 변경하지 않고 상부 페이지로부터 "0"을 저장하기 위하여 지정된 상태로 셀을 프로그래밍한다. 제 2 프로그래밍 사이클 동안, 셀의 임계 분포는 상태(E 또는 A)에 남아있거나, 상태(B 또는 C)로 시프트한 다. 동일한 프로그래밍 사이클 동안 동시에 다른 셀들에서 발생하는 두 개의 다른 타겟 임계 상태들이 있기 때문에, 두 개의 다른 검증 레벨들(VVB 및 VVC)은 각각의 프로그래밍 펄스 후 검사되어야 한다. 몇몇 시스템들에서 VVC는 총 프로그램 사이클을 가속하기 위하여 추후 전압 펄스들 동안에만 검사될 수 있다.Upon passing the second programming, the threshold level of the cell is set according to the bits stored in the cell from the upper logical page. If "1", programming does not occur because the cell is in one of
물론, 만약 메모리가 4개 이상의 상태들로 작동되면, 상태들의 수와 동일한 메모리 셀들의 정의된 전압 임계 윈도우 내에 다수의 분포들이 있을 것이다. 게다가, 비록 특정 비트 패턴들이 각각의 분포들에 할당되었지만, 다른 비트 패턴들은 할당될 수 있고, 상기 경우 프로그래밍이 발생하는 사이의 상태들은 상기된 것과 다를 수 있다. 몇몇 상기 변형들은 NAND 시스템들에 대한 배경에서 이전에 참조된 패턴들에서 논의된다. 게다가, 다중 상태들에서 작동되는 다른 타입의 메모리 어레이들 및 NAND에서 인접한 셀 결합의 결과들을 감소시키기 위한 기술은 전체적으로 여기에 참조로써 통합된 미국특허 6,522,580에 기술된다.Of course, if the memory is operated in four or more states, there will be multiple distributions within the defined voltage threshold window of the memory cells equal to the number of states. In addition, although specific bit patterns have been assigned to respective distributions, other bit patterns may be assigned, in which case the states between which programming takes place may differ from those described above. Some of the above variants are discussed in the patterns previously referenced in the background for NAND systems. In addition, other types of memory arrays operating in multiple states and techniques for reducing the results of adjacent cell combining in NAND are described in US Pat. No. 6,522,580, incorporated herein by reference in its entirety.
분포들(33-36)의 인접한 곳들 사이에서 거의 중간에 배치된 전압들(VRA,VRB 및 VRC)은 메모리 셀 어레이로부터 데이터를 판독하기 위하여 사용된다. 판독된 각각의 셀의 임계 전압 상태가 비교되는 임계 전압들이 있다. 이것은 각각 기준 전류들 또는 전압들과 셀로부터 측정된 전류 또는 전압을 비교함으로써 달성된다. 이들 판독 전압들 및 프로그램된 임계 전압 분포들 사이에는 마진들이 존재하여, 분포들이 임의의 판독 전압들(VRA,VRB 및 VRC)을 오버랩하지 않는 한, 상기된 바와 같 이 혼란 등으로부터 분포들의 몇몇 확산들이 허용된다. 그러나, 저장 상태 분포들의 수가 증가할 때, 이 마진은 감소되고 프로그래밍은 바람직하게 이러한 확산을 방지하기 위하여 보다 정밀하게 수행된다.Nearly intermediate voltages V RA , V RB and V RC between adjacent portions of distributions 33-36 are used to read data from the memory cell array. There are threshold voltages to which the threshold voltage states of each cell read are compared. This is accomplished by comparing the reference currents or voltages with the current or voltage measured from the cell, respectively. Margins exist between these read voltages and the programmed threshold voltage distributions, so that the distributions from confusion or the like as described above, unless the distributions overlap any read voltages V RA , V RB and V RC . Some spreads of the are allowed. However, as the number of storage state distributions increases, this margin is reduced and programming is preferably performed more precisely to prevent this spread.
이전 설명은 하나의 물리적 페이지에 두 개의 논리적 페이지들이 존재하고 양쪽 아닌 하부의 논리 페이지 또는 상부 논리 페이지만이 주어진 프로그래밍 사이클 동안 프로그램되는 것을 가정한다. 여기에 참조로써 통합된 미국특허출원 공보 2003/0112663, 발명의 명칭 "Method and System for Programming and Inhibiting Multi-Level Non-Volatile Memory Cells"은 하나의 프로그래밍 작동 동안 페이지의 물리적 상태들 모두를 프로그래밍하는 것을 기술한다. 도 8에 도시된 바와 같은 셀 당 4개의 상태들의 경우, 임의의 프로그램 상태들(A,B, 또는 C)로 프로그램될 모든 셀들은 우선 이전에 기술된 바와 같이 상태(A)로 프로그램된다. 임의의 이들 상태들로 프로그램될 모든 셀들이 상태(A)에 도달된 것이 검증된 후 및 상부 상태들(B 및 C)에 대한 데이터가 도 7의 데이터 래치들(DS1 및 DS2)에 이미 존재하기 때문에, 프로그래밍 사이클은 새로운 데이터의 중단 또는 재로딩 없이 계속될 수 있고, 상태들(B 및 C)로 프로그램되어야 하는 셀들은 상태(B)로 계속 프로그래밍될 수 있다. 일단 모든 셀들이 이 레벨에 도달하면, C에 필요한 단지 이들 셀들은 계속 상기 상태로 있을 수 있다. 상기 특허 출원에 기술된 바와 같이, 상태(A)에서 상태(B)로 프로그래밍으로부터의 전이시 및 유사하게 상태(B)로부터 상태(C)로 프로그래밍 전이시 다른 것들("느린 비트들")보다 빠른 몇몇 비트들("빠른 비트들") 프로그램 및 실제로 워드라인 전압의 일부 감소는 바람직하다는 것이 관찰된다.The previous description assumes that there are two logical pages in one physical page and that only the lower logical page or upper logical page is programmed for a given programming cycle. U.S. Patent Application Publication 2003/0112663, incorporated herein by reference, entitled "Method and System for Programming and Inhibiting Multi-Level Non-Volatile Memory Cells" refers to programming all of the physical states of a page during one programming operation. Describe. For four states per cell as shown in FIG. 8, all cells to be programmed to any program states A, B, or C are first programmed to state A as previously described. After all cells to be programmed to any of these states have been verified to have reached state A and the data for upper states B and C are already present in the data latches DS1 and DS2 of FIG. 7. Because of this, the programming cycle can continue without interruption or reloading of new data, and the cells to be programmed in states B and C can continue to be programmed in state B. Once all cells have reached this level, only those cells needed for C can remain in this state. As described in the patent application, upon transition from programming from state (A) to state (B) and similarly at programming transition from state (B) to state (C) than others ("slow bits") It is observed that some fast bits ("fast bits") program and actually some reduction in wordline voltage is desirable.
비록 특정 프로그래밍 방법이 기술되었지만, 사용될 수 있는 다른 가능성들은 있다. 예를 들어, 미국특허 6,046,935는 제 1 프로그래밍 사이클 동안 선택된 셀들이 상태(E)에서 상태(B)로 프로그래밍되는 프로그래밍 방법들을 기술한다. 제 2 프로그래밍 사이클 동안 셀들은 상태(E)에서 상태(A)로 상태(B)에서 상태(C)로 프로그램된다. 미국특허 6,657,891은 상태(B)의 초기 분포가 하부 임계치 제한까지 확장하고 심지어 제 2 프로그래밍 사이클 동안에만 상기 분포로 엄격해지는 제 1 프로그래밍 사이클의 종료시 최종 상태(A)와 오버랩하는 것을 가르침으로써 이 방법을 설명한다. 게다가, 상태들(E,A,B 및 C)을 나타내기 위하여 사용된 이진 코딩은 도 8에 도시된 것과 다르게 선택될 수 있다. 양쪽 특허들(6,046,935 및 6,657,891)은 여기 참조로써 통합된다.Although specific programming methods have been described, there are other possibilities that can be used. For example, US Pat. No. 6,046,935 describes programming methods in which selected cells are programmed from state E to state B during a first programming cycle. Cells are programmed from state (E) to state (A) to state (C) during the second programming cycle. US Pat. No. 6,657,891 teaches this method by teaching that the initial distribution of state B extends to the lower threshold limit and even overlaps with the final state A at the end of the first programming cycle, which becomes strict with the distribution only during the second programming cycle. Explain. In addition, the binary coding used to represent the states E, A, B and C may be chosen differently than shown in FIG. Both patents 6,046,935 and 6,657,891 are incorporated herein by reference.
교번적Alternating 검증 및 판독 기술들 Verification and Reading Techniques
배경에서 주의된 바와 같이, 다중 상태 비휘발성 메모리들의 성능을 개선하는 것은 바람직하다. 본 섹션은 프로그램 작동의 판독 작동들 및 검증 단계 동안 발생하는 바와 같은 감지 작동들을 개선하는 것을 처리한다. 도 9B와 관련하여 상기된 바와 같이, 각각의 프로그램 펄스 다음에 선택된 워드 라인에 다른 값의 제어 게이트 전압을 각각 인가하는 (N-1)만큼의 검증 작동이 뒤따르고, 여기서 N은 MLC 실시예에서 상태들의 수이다. 예를 들어, 셀당 2비트에 대응하는 셀당 4 저장 상태들에서, 모든 프로그램 펄스 다음에 통상적으로 3 검증 판독 작동들이 뒤따른다. 각각의 이들 검증 작동들은 통상적으로 선택된 워드 라인에 인가된 연속적으로 보다 높은 판독 전압에서 이루어진다. 비록 다음 기술들이 이진 메모리들에서 모두 실행될 수 있지만, 장점들은 다중 상태 애플리케이션들에서 가장 완전히 실현된다.As noted in the background, it is desirable to improve the performance of multi-state nonvolatile memories. This section deals with improving the sensing operations as occurring during the read operations and the verify phase of the program operation. As described above with respect to FIG. 9B, each program pulse is followed by a verify operation of (N-1), each of which applies a different value of control gate voltage to the selected word line, where N is in the MLC embodiment. The number of states. For example, in four storage states per cell, corresponding to two bits per cell, three verify read operations are typically followed by every program pulse. Each of these verify operations typically takes place at successively higher read voltages applied to the selected word line. Although the following techniques can all be executed in binary memories, the advantages are most fully realized in multi-state applications.
비휘발성 메모리 셀을 감지시, 프로그램 작동의 판독 작동의 일부 또는 검증 단계의 일부로서, 통상적으로 몇몇 단계들이 있을 것이다. 이들은 셀의 상태에 관련된 파라미터를 측정하는 통합 기간 다음 감지되거나 측정될 데이터 콘텐트에 대한 올바른 초기 조건들로 적당히 바이어스되도록, 셀에 전압들을 인가하는 것을 포함한다. EEPROM 셀에서, 파라미터는 일반적으로 전압 또는 소스-드레인 전류이지만, 또한 셀의 상태에 의해 관리되는 시간 또는 주파수일 수 있다. 이런 측정 과정의 감지 전압들에 대한 하나의 예시적인 실시예는 도 10에 개략적으로 도시된다.Upon sensing the nonvolatile memory cell, there will typically be several steps as part of the read operation of the program operation or as part of the verify step. These include applying voltages to the cell such that they are properly biased to the correct initial conditions for the data content to be sensed or measured following an integration period measuring parameters related to the state of the cell. In an EEPROM cell, the parameter is typically a voltage or source-drain current, but can also be a time or frequency managed by the state of the cell. One exemplary embodiment for the sense voltages of this measurement process is shown schematically in FIG. 10.
도 10은 도 2에 도시된 비트 라인들 중 하나인 메모리 어레이의 비트 라인상 전압 레벨을 도시한다. 제 1 단계는 셀들의 게이트 전압들을 설정한다. 제 2 단계에서, 판독될 셀들의 비트 라인들은 미리 결정된 레벨까지 충전된다. 통합 시간은 비트 라인이 셀을 통하여 방전하고 전압 레벨이 셀의 상태에 따라 임의의 속도로 감쇠할 때 시간 t=0에서 시작하는 제 3 단계이다. 시간 t=t' 이후, 비트 라인상 전압 레벨은 기준 레벨(Vref)에 관련하여 측정된다. 만약 전압이 라인(501)에서 처럼 Vref이거나 초과하면, 셀은 오프 상태로 고려된다. 만약 전압이 라인(503)에서 처럼 Vref 이하이면, 셀은 온 상태로 고려되고, 결과적으로 제어 게이트상 전압은 셀의 임계 전압보다 크다. 메모리 셀들을 판독하는 다른 기술과 함께 이 기술은 미국특허 6,222,762, 6,538,922 및 6,747,892에 추가로 기술되고, 그 모두는 이들 출원들에 참조적으로 통합되고 포함된다.FIG. 10 illustrates a voltage level on a bit line of a memory array, which is one of the bit lines shown in FIG. 2. The first step sets the gate voltages of the cells. In the second step, the bit lines of the cells to be read are charged to a predetermined level. The integration time is the third step starting at time t = 0 when the bit line discharges through the cell and the voltage level decays at an arbitrary rate depending on the state of the cell. After time t = t ', the voltage level on the bit line is measured in relation to the reference level V ref . If the voltage is at or above V ref as in
감지 기술의 사용은 t' 및 기준 전압 Vref의 선택시 밸런스를 요구하고, Vref는 셀의 상태를 감지하기 위하여 사용된다: 만약 t'이 너무 짧게 선택되면, 501 및 503은 충분히 분리되지 못하고, 만약 t'이 너무 길게 선택되면, 503 및 501은 접지에 이르고; 유사하게 만약 Vref가 너무 높으면, 오프 셀에서도 낮은 레벨 누설 전류들로 인해 온으로서 잘못 판독될 수 있고, 만약 Vref가 너무 낮게 선택되면, 온 셀에서도 온 셀들이 한정된 전류 량을 전달할 수 있기 때문에 오프로서 잘못 판독될 수 있다. (결정될 질문은 인가된 제어 게이트 전압(VCG)이 셀 임계치보다 높은지 낮은지이고, 이것은 측정이 이루어지기 전에 알지 못하기 때문에, 이전, 너무 높은 또는 너무 낮은 값들의 범위 내에 VCG가 없고; 즉, 다른 VCG 값들의 인가는 잘못이 아니지만, 부적당한 t' 또는 Vref를 선택하는 것은 잘못이다). 이 문제는 밀접하게 놓이는 레벨들이 구별되어야 하는 다중 상태 메모리들에서 악화된다. 결과적으로, 이것은 전형적으로 각각의 상태 또는 타겟 값에 대한 사전 충전 및 방전(및 대응하는 Vref)에 의해 실행된다.The use of sensing techniques requires a balance in the selection of t 'and the reference voltage V ref , and V ref is used to sense the state of the cell: if t' is chosen too short, 501 and 503 are not sufficiently separated. If t 'is selected too long, 503 and 501 reach ground; Similarly, if V ref is too high, it may be misread as on due to low level leakage currents even in the off cell, and if V ref is chosen too low, because on cells can deliver a finite amount of current even in the on cell It may be misread as off. (The question to be determined is whether the applied control gate voltage V CG is higher or lower than the cell threshold, since it is not known before the measurement is made, there is no V CG in the range of previous, too high or too low values; ie It is not wrong to grant other V CG values, but it is wrong to choose an inappropriate t 'or V ref ). This problem is exacerbated in multi-state memories where closely placed levels must be distinguished. As a result, this is typically done by precharging and discharging (and corresponding V ref ) for each state or target value.
도 9B에 도시된 바와 같이, 다중 상태 프로그래밍 작동 동안, 이러한 판독 과정은 각각의 타겟 상태에 대해 메모리 셀의 상태를 검증하기 위하여 수행될 필요가 있다. 각각의 프로그램 펄스를 따르는 검증 작동들의 수를 다소 감소시킴으로써 기입 성능을 증가시키기 위하여, 제 1 몇몇 프로그래밍 펄스 동안, 보다 높은 제어 게이트 전압들을 인가하는 검증 작동들은 스킵되고, 최종 몇몇 프로그램 펄스 들 동안 보다 낮은 제어 게이트 전압들을 인가하는 검증 작동들은 또한 스킵될 수 있다. 이런 스킵은 VT의 분포가 선택된 제어 게이트에 인가된 보다 높은 전압 프로그램 펄스 각각으로 계단부가 될 때, 프로그래밍 작동 동안 임의의 주어진 시간에서 각각의 기입 블록에서 가장 높게 프로그래밍되고 가장 낮게 프로그래밍된 셀의 트랙을 유지함으로써 보다 지능적이고, 보다 안전하고 보다 효율적으로 행해질 수 있다. 예를 들어, 상태(3)에 대한 검증 작동은 셀이 상태(2)에 도달하는 동안 아직 검증되지 않는 한 스킵될 수 있다. 이러한 "스마트 검증" 기술은 참조로써 통합되고 2004년 6월 10일에 공개된 미국특허 공보 2004-0109362-A1에 기술된다. 검증 작동이 예전이 수행되는 방식 및 보다 효율성 있게 하는 개선들을 이전 것이 기술하였지만, 여전히 펄스들 사이의 다중 검증 작동들을 요구한다. 본 발명의 진보적인 개념은 이 상황을 개선한다.As shown in Fig. 9B, during a multi-state programming operation, this reading process needs to be performed to verify the state of the memory cell for each target state. In order to increase the write performance by slightly reducing the number of verify operations following each program pulse, during the first few programming pulses the verify operations applying higher control gate voltages are skipped and lower during the last few program pulses. Verification operations that apply control gate voltages may also be skipped. These skips track the track of the highest programmed and lowest programmed cell in each write block at any given time during a programming operation, when the distribution of VT steps into each of the higher voltage program pulses applied to the selected control gate. By doing so, it can be done more intelligently, safely and more efficiently. For example, the verify operation for
기입 처리에 적용될 때, 본 발명의 원리 측면은 단일 검증 작동만을 가진 프로그램 펄스당 (N-1)(또는 다소 적은) 검증 작동들을 대체한다. 이것은 선택된 워드 라인에 단일의 고정되고 높은 값인 판독 전압(예를 들어 가장 높은 프로그램된 임계 상태 및 다른 보다 낮은 프로그램된 상태들 사이를 판별을 위한 통상적인 워드 라인 전압인 2.4V)을 인가하고, 동시에 다음 방식으로 바디 효과의 장점을 취함으로써 자신의 타겟 상태에 대해 각각의 셀을 검증함으로써 달성된다: 예를 들어 2V의 전압은 NAND 어레이(도 2)의 통상적인 소스 라인에 인가되고, SGS 트랜지스터들은 턴온되어, 선택된 블록에서 NAND 스트링들의 종래 소스 측면들에 이런 전압을 전달한다. 통상적인 드레인들(즉, 비트 라인들)은 모든 비트 라인들이 사전 충전 되는 것을 보장하기 위하여 비트 라인들을 접지시키고 충분히 높은 전압을 SGD들에 인가함으로써 신호 통합 기간의 시작 전에 접지로 방전된다. 통합 기간 동안 처음에 도통하는 셀들은 각각의 셀이 임계 전압에 도달하고 각각의 비트 라인의 추가 충전을 차단될 때까지 각각의 비트 라인 전압들의 상승을 경험하고, 그 후 비트 라인 전압은 실질적으로 임의의 추가 상승이 없을 것이다. 비트 라인들이 메모리 셀에 대한 소스의 역할을 수행하는 것은 중요하고, 이와 같이, 각각의 메모리 셀의 임계 전압은 바디 효과를 통하여 소스 전압의 기능일 것이다. 이것은 도 11에 개략적으로 도시된다.When applied to the write process, the principles aspect of the present invention replaces (N-1) (or somewhat fewer) verify operations per program pulse with only a single verify operation. This applies a single fixed, high value read voltage (e.g., 2.4V, a typical word line voltage for discriminating between the highest programmed threshold state and other lower programmed states) to the selected word line, This is accomplished by verifying each cell against its target state by taking advantage of the body effect in the following way: For example, a voltage of 2V is applied to a typical source line of the NAND array (Figure 2) and the SGS transistors It is turned on to deliver this voltage to the conventional source sides of the NAND strings in the selected block. Typical drains (ie, bit lines) are discharged to ground before the start of the signal integration period by grounding the bit lines and applying a sufficiently high voltage to the SGDs to ensure that all the bit lines are precharged. The cells that initially conduct during the integration period experience a rise in each bit line voltage until each cell reaches a threshold voltage and blocks further charging of each bit line, after which the bit line voltage is substantially random. There will be no further rise. It is important that the bit lines serve as a source for the memory cell, and as such, the threshold voltage of each memory cell will be a function of the source voltage through the body effect. This is schematically shown in FIG.
도 11은 선택된 로우(도 11A)에서 셀들의 제어 게이트들에 워드 라인에 의해 공급된 전압(VWL), 여기서 상기 전압은 선택 셀들의 공통 소스 라인에 공급되고(도 11B), 및 이들 중 3개가 단일 기준 전압 운반 버스 라인을 통하여 감지 증폭기들의 기준 전압 입력측에 순차적으로 공급되는 경우에 대한 기준 레벨들(도 11D)과 함께, 감지 작동에 응답하여 비트 라인(도 11C)에 대한 전압 레벨들을 도시한다. 도 11A-C는 선택된 저장 엘리먼트들의 제어 게이트(VWL), 소스(Vsource) 및 드레인(VBL)에서 전압을 각각 나타낸다. 예시적 실시예들에 통합될 수 있는 NAND 어레이 작동들의 다양한 상세들은 다음 미국특허들 및 특허 공보에서 발견될 수 있고, 이 모두는 여기에 참조로써 통합된다: 6,373,746, 5,570,315; 5,652,719; 5,521,865; 5,870,334; 5,949,714; 6,134,140; 6,208,560; 6,434,055; 6,549,464; 6,798,698; 20050013169; 5,969,985; 6,044,013; 6,282,117; 6,363,010; 및 6,545,909.FIG. 11 shows the voltage V WL supplied by the word line to the control gates of the cells in the selected row (FIG. 11A), where the voltage is supplied to the common source line of the selected cells (FIG. 11B), and 3 of these Shows the voltage levels for the bit line (FIG. 11C) in response to a sensing operation, with reference levels (FIG. 11D) for when the dog is fed sequentially to the reference voltage input side of the sense amplifiers via a single reference voltage carrying bus line. do. 11A-C show the voltages at the control gate V WL , the source V source , and the drain V BL of the selected storage elements, respectively. Various details of NAND array operations that may be incorporated in example embodiments may be found in the following US patents and patent publications, all of which are incorporated herein by reference: 6,373,746, 5,570,315; 5,652,719; 5,521,865; 5,870,334; 5,949,714; 6,134,140; 6,208,560; 6,434,055; 6,549,464; 6,798,698; 20050013169; 5,969,985; 6,044,013; 6,282,117; 6,363,010; And 6,545,909.
선택된 엘리먼트에 대한 제어 게이트, 소스 및 드레인 전압들 외에, NAND 실시예에서 NAND 스트링상에 요구되는 다른 전압들은 설정될 필요가 있다: 스트링에서 다른 저장 엘리먼트들은 완전히 턴될 필요가 있을 것이고, 드레인측 선택 게이트(SGD)는 사전 충전(또는 보다 정확하게 사전 방전) 단계의 시작에 의해 늦어도 턴온될 필요가 있을 것이고, 소스측 선택 게이트(SGS)는 시간 t=0까지 늦어도 턴온될 필요가 있을 것이다. t=0 이후 이들 다른 전압들에 대한 상대적 값들은 도 11a상 점선에 의해 개략적으로 도시된다. VSGS, VSGD 및 VREAD는 각각 소스측 선택 게이트 전압, 드레인측 선택 게이트 전압, 및 판독 작동 동안 블록에서 비선택된 워드 라인들에 인가된 전압에 해당한다. 예를 들어, VSGS 및 VSGD는 바디 효과에도 불구하고 이들 트랜지스터들이 온되는 것을 보장하기 위하여 5V에 있을 수 있고, VWL은 3.5V(또는 가장 높은 VTH 비교 전압이 무엇이든), 및 vread는 VWL보다 높을 수 있다. VREAD는 NAND 스트링들을 따라 모든 다른 셀들이 바디 효과 상승 임계치들에도 불구하고 "온"이도록 일반적인 5V보다 높고(예를 들어 7V), 잠재적으로 가장 높은 프로그램 상태이다. (t=0 이전 이들 값들은 몇몇 옵션들로서 논의되었지만 명시적으로 도시되지 않았다.) 이들 값들은 특히 최종 값들은 다음에 추가로 논의될 것이다.In addition to the control gate, source and drain voltages for the selected element, other voltages required on the NAND string in the NAND embodiment will need to be set: the other storage elements in the string will need to be turned fully, and the drain side select gate (SGD) will need to be turned on at the latest by the start of the precharge (or more precisely pre-discharge) phase, and the source side select gate SGS will need to be turned on at least until time t = 0. The relative values for these other voltages after t = 0 are schematically shown by the dotted lines on FIG. 11A. V SGS , V SGD and V READ correspond to the source side select gate voltage, the drain side select gate voltage, and the voltage applied to unselected word lines in the block during a read operation, respectively. For example, V SGS and V SGD may be at 5V to ensure that these transistors are on despite the body effect, V WL is 3.5V (or whatever the highest V TH comparison voltage is), and v read can be higher than V WL . V READ is higher than typical 5V (eg 7V) and potentially the highest program state such that all other cells along the NAND strings are “on” despite the body effect rising thresholds. (These values before t = 0 were discussed as some options but not explicitly shown.) These values will in particular be discussed further below.
도 11은 이제까지 처리가 이전에 진행되었던 것이 무엇인가에 따라 초기 상태, 단계 1,에서 시작한다. VBL은 몇몇 초기 값을 가지는 것으로 도시되었고 다른 것들 모두는 낮은 것으로 도시되었지만, 이것은 임의적 시작 시점이다. 단계(2)는 비트 라인이 t=0에서 시작하는 단계(3)의 감지 처리에 대한 준비시 초기 조건을 설정하기 위하여 접지되는 사전 충전(보다 정확하게 사전 방전) 단계이다. NAND 어레이에서, 드레인측 선택 트랜지스터(SGD)는 턴온되어 전하는 흘러나오고 처리를 통하여 유지되고, 비트 라인은 단계들(3 및 4)에서 다시 충전된다. 시간 t=0 이전, 소스 라인은 충전되어, 셀이 턴온될 때, 전류는 셀의 상태에 따라 비트 라인을 충전하기 위하여 흐를 수 있다. 시간 t=0에서 워드 라인 전압(VWL)은 상승되어, 비트 라인들은 단계(3)에서 충전된다. 단계(3) 동안 t=0 이전 접지로 유지된 비트 라인들은 접지로부터 분리되고 플로팅되고, 전하는 셀 전류에 따라 보다 높은 전압으로 충전된다.Figure 11 begins in the initial state,
도 11C에 도시된 바와 같이, 일단 워드 라인이 t=0에서 높게 취해지면, 비트 라인들은 충전하기 시작한다. 동일한 VWL이 워드 라인을 따라 모든 셀들에 인가될 때, 판독 세트(또는 판독 페이지)의 모든 셀들은 충전된다. 결과적으로, 이것은 상기된 많은 NAND 참조물들, 2003년 12월 31일에 출원된 미국특허출원 번호 10/751,097에 기술되고, 여기에 참조로써 통합된 아키텍쳐 종류의 짝수 또는 홀수 비트 라인들 모두, 또는 2002년 9월 24일 출원되고 여기에 참조로써 통합된 미국특허 출원번호 10/254,483에 기술된 모든 비트 라인의 모든 비트 라인들, 또는 ABL 타입 아키텍쳐일 수 있다. 다른 실시예에서, 양쪽 소스 전압(VCS) 및 워드 라인 전압(VWL)은 t=0 이전에 상승될 수 있고, 선택 라인들 중 하나는 t=0에서 처리를 턴온하기 위하여 사용된다.As shown in Fig. 11C, once the word line is taken high at t = 0, the bit lines start to charge. When the same V WL is applied to all cells along the word line, all cells of the read set (or read page) are charged. As a result, this is described in many of the NAND references described above, US patent application Ser. No. 10 / 751,097, filed Dec. 31, 2003, all of which are even or odd bit lines of the architecture type, incorporated herein by reference, or 2002. All bit lines, or ABL type architecture, of all bit lines described in US patent application Ser. No. 10 / 254,483, filed September 24, and incorporated herein by reference. In another embodiment, both source voltage V CS and word line voltage V WL can be raised before t = 0, and one of the select lines is used to turn on the process at t = 0.
동일한 VWL이 모든 셀들에 인가되면, 주어진 셀의 비트 라인은 임의의 속도로 바디 효과로 인해 셀 상에 저장된 데이터 상태를 바탕으로 어심토틱 전압 값쪽으로 충전될 것이다. 이것은 단계(3) 동안 도 11C의 시간 축을 따른 4개의 상태 셀에 대해서 도시된다. 이들 비트 라인 전압들이 분리되기 시작할 때, 다른 데이터 상태들은 구별될 수 있다. 몇몇 시간(t')에서 VBL 값들은 기준 값들과 비교될 수 있다. 비록 t=0 이후 바로의 판독이 판독 시간을 감소시킬 수 있지만, 값들이 여전히 상승할 때 보다 부정확성을 유발한다; 결과적으로, 값들이 어심토틱 값들에서 또는 근처에서 편평하기 시작할 때까지 기다림으로써 정확성을 개선하는 것이 바람직하다. 비록 이것이 바로 판독을 시작하기보다 다소 늦을 수 있지만, 오직 단일 비트 라인 충전 처리가 모든 데이터 상태들을 판독하기 위하여 필요할 때, 도 10을 참조하여 상기된 방전 방법보다 여전히 빠르다. 셀들 방전 속도를 바탕으로 동적 판독 종류와 달리, 도 11의 처리에서 모든 상태들은 비트 라인 값들이 측정된 셀의 상태에 따라 다른 값으로 편평해질 때 동시에 감지될 수 있다. 대조하여, 도 10의 동적 감지는 각각 다른 비교 시점에서 완전한 충전-방전 사이클을 통하여 진행할 필요가 있다. If the same V WL is applied to all cells, the bit line of a given cell will be charged towards the asymmetric voltage value based on the data state stored on the cell at any rate due to the body effect. This is shown for four state cells along the time axis of FIG. 11C during step (3). When these bit line voltages begin to separate, other data states can be distinguished. At some time t 'the V BL values can be compared with reference values. Although reading immediately after t = 0 can reduce the reading time, it causes more inaccuracy than when the values still rise; As a result, it is desirable to improve accuracy by waiting for values to begin to flatten at or near asymmetric values. Although this may be somewhat later than just starting reading, it is still faster than the discharge method described above with reference to FIG. 10 only when a single bit line charge process is needed to read all data states. Unlike the dynamic readout type based on the cell discharge rate, in the process of FIG. 11 all states can be sensed simultaneously when the bit line values flatten to different values depending on the state of the cell being measured. In contrast, the dynamic sensing of FIG. 10 needs to proceed through a complete charge-discharge cycle at different comparison points.
t=t'에서, 각각의 비트 라인상 레벨은 단계(4)의 판독 처리 동안 동시에 또는 순차적으로 다중 기준 값들과 비교될 수 있다. 도 12는 일실시예에 대한 어레이 부분 및 주변 회로를 개략적으로 도시한다.At t = t ', the level on each bit line can be compared with multiple reference values simultaneously or sequentially during the read process of
도 12는 모든 비트 라인(ABL) 배열에서 어레이의 두 개의 블록들의 일부를 도시한다. 도시된 바와 같이, 블록(i)은 블록(i)에 대한 공통 소스 라인, c-소스_i(111)이 선택 게이트 라인(SGS_i) 보다 높은 블록(i)의 상부에 있고 차례로 메모리 셀들 상에 있는 측면에서 블록(i+1)에 관련하여 플립되고, 반면 블록(i+1)은 공통 소스 라인, c-소스_i+1이 바닥에 있는 것으로 배열된다. 상기 경우 워드 라인(WL1_i)(109)을 따라 메모리 셀들은 판독된다. 이 경우 도 11A의 전압(VWL)은 WL1_i(109)에 인가되고 도 11B의 전압은 c-소스_i(111)에 인가되고, 소스 및 드레인측에서 비 선택된 워드 라인들 및 선택 게이트들은 늦어도 t=0에서 턴온된다. 이것 및 다음 도면들에서, 감지 증폭기 회로들은 표현의 간략화를 위하여 어레이의 상부측상에서 모두 도시된다. 실제로 실행들시, 교번 비트 라인들에 대한 회로는 2005년 3월 11일 출원되고, 여기에서 참조로써 통합된 미국특허출원 번호 11/078,173에 기술된 바와 같이 어레이의 하부 측면상에 배치될 수 있다.12 shows a portion of two blocks of an array in every bit line (ABL) array. As shown, block i is a common source line for block i, c-
선택된 판독 페이지에서 모든 NAND 스트링들은, 그들이 선택된 NAND 블록(비 선택된 워드 라인들 및 선택 게이트들)과 연관된 전압들의 나머지에 있을 때, 인가된 동일한 Vsource 및 동일한 VWI를 가질 것이다: 다른 것은 얼마나 빨리 및 얼마나 멀리 대응하는 비트 라인상 전압 레벨이 상승할 것인가를 결정하는 선택된 로우의 셀들의 플로팅 게이트들상에 저장된 전하이고, 이는 도 11C의 다른 라인들에 대응한다. 예를 들어, 비트 라인(j)상 셀(113)에서, 이것은 비트 라인(BLj)(107)상 레벨을 제어할 것이고, 그 다음 글로벌 비트 라인(GBLj)(105)에 따라 대응하는 비교기(101j)와 통신된다. 비교 값들은 라인(또는 라인들)(103)을 따라 비교기들에 공 급된다. 이들 다른 비교 값들이 이전 시간들에서 라인(들)(103)에 공급되어 안정화되는 동안, 비교 작동은 도 11D에 도시된 바와 같이 시간(t') 이후 단계(4) 동안 수행될 수 있다. 도 13과 관련하여 이후에 기술된 바와 같이, 라인(103)은 추후 공급되는 다른 비교 값들(Vcomp)을 가진 단일 라인이거나 다양한 비교 값들에 대한 개별 라인들일 수 있고 비교기들에 멀티플렉스된다. 다른 변형에서, 각각의 글로벌 비트 라인들의 레벨은 병렬로 다른 Vcomp 값들과 비교하기 위한 다중 비교기들에 공급될 수 있다.All NAND strings in the selected read page are the same V source applied when they are at the rest of the voltages associated with the selected NAND block (unselected word lines and select gates). And the same V WI : the other is the charge stored on the floating gates of the cells of the selected row that determines how fast and how far the voltage level on the corresponding bit line will rise, which is the other lines of FIG. 11C. Corresponds to. For example, in
모든 레벨들을 동시에 감지하는 것의 장점은 비교 작동들의 병렬화로 인한 성능 이득을 포함한다. 그러나 모든 레벨들을 동시에 감지하는 것은 영역 측면의 페널티 및 감지 증폭기들의 복잡성을 수반하고, 여기서 각각의 감지 증폭기는 (N-1) 비교기들을 포함한다. 게다가, (N-1) 버스 라인들은 N 상태들을 동시에 감지하고 서로 판별하기 위하여 요구된 (N-1) 기준 전압들을 전달하기 위하여 요구될 것이다. 대안적으로, 만약 비교 작동들이 순차적으로 수행되면 감지 증폭기들은 보다 간단히 설계되고 다이의 보다 작은 부분들을 차지할 수 있도록 설계될 수 있다. 통상적인 ABL 아키텍쳐에서, 모든 글로벌 비트 라인이 전용 감지 증폭기를 가지며, 보다 통상적인 홀수/짝수 감지시, 하나의 증폭기가 모든 글로벌 비트 라인 쌍에 전용으로 사용되는 것은 주의되어야 한다. 순차적 방식으로 비교 단계를 수행하는 다른 장점은 워드 라인들과 동일한 방향으로 연장하는 단일 버스 라인이 각각의 메모리 평면의 단부에 잔류하는 모든 감지 증폭기들에 시간 멀티플렉싱 방식으로 기 준 전압들을 전달하기 위하여 사용될 수 있다는 것이다. 이것은 다이 영역을 절약한다. 그러나 기준 버스 라인 전압(N-1) 시간들을 충전하는 것과 연관된 몇몇 성능 및 전력/에너지 페널티들이 있을 것이다. 또한 비교 작동들을 시간 멀티플렉스하여, 몇몇 기준 전압 버스 라인들을 사용하도록 메모리를 설계하는 것은 가능하다. 예를 들어 8 상태 메모리(N=8)는 4 버스 라인들을 가질 수 있고, 감지 증폭기들은 기준 버스 라인들 중 둘을 사용하여 각각 동시에 2 상태들을 감지하도록 설계될 수 있고 다른 2 기준 버스 라인들은 다음 쌍의 기준 전압들로 충전되어, 기준 버스 라인의 충전 시간의 성능 영향을 감소시키는 결합들은 또한 가능하다. 비트 라인 충전 또는 방전 단계가 몇 마이크로초 정도 걸리는 비교적 느린 처리라는 것을 주의하는 것은 중요하다. 이 시간은 방정식 I=C dV/dt에 의해 표현되고, 여기서 I는 메모리 셀 트랜지스터의 포화 전류보다 크지 않을 수 있는 전류이고(온 셀에 대해, 통상적으로 I에 대한 값은 마이크로 암페어 이하 정도이다), C는 통상적으로 글로벌 비트 라인 캐패시턴스에 의해 일반적으로 관리되는 비트 라인 캐패시턴스이고, dV는 신뢰성, 및 노이즈 없는 작동을 위하여 요구된 감지 노드 전압의 최소 변화이고, 이것은 범위 [50mV, 500mV]이다. 참조로써 여기에 통합된 미국특허 공보 US-2005-0169082-A1 및 2004-0057318-A1은 예를 들어 ABL 아키텍쳐에서 글로벌 비트 라인이 아닌 감지 노드의 사용을 기술한다; 결과적으로, 이런 종류의 배열은 감지 노드의 캐패시턴스가 글로벌 비트 라인 캐패시턴스보다 상당히 작기 때문에 더 빠른 감지를 허용된다. 기준 전압과 감지 노드 전압을 비교하는 비교 작동은 몇 나노초, 또는 몇십 나노초 걸리는 매우 빠른 작동이다. 이들 예시적인 수 들은 (N-1) 순차적 감지 작동들로부터 (N-1) 순차적 비교 작동들을 사용할 수 있는 단일 감지 작동을 사용하는 것으로 진행함으로써 증가된다.The advantage of sensing all levels simultaneously includes the performance gains due to the parallelization of the comparison operations. However, sensing all levels simultaneously involves the area side penalty and the complexity of the sense amplifiers, where each sense amplifier includes (N-1) comparators. In addition, (N-1) bus lines will be required to carry the (N-1) reference voltages required to simultaneously sense N states and to discriminate from one another. Alternatively, if the compare operations are performed sequentially, the sense amplifiers can be designed to be simpler and occupy smaller portions of the die. In a typical ABL architecture, it should be noted that all global bit lines have dedicated sense amplifiers, and in more typical odd / even detection, one amplifier is dedicated to all global bit line pairs. Another advantage of performing the comparison step in a sequential manner is that a single bus line extending in the same direction as the word lines is used to deliver the reference voltages in a time multiplexed manner to all sense amplifiers remaining at the ends of each memory plane. Can be. This saves die area. However, there will be some performance and power / energy penalties associated with charging reference bus line voltage (N-1) times. It is also possible to design the memory to time multiplex comparison operations to use several reference voltage bus lines. For example, an eight state memory (N = 8) can have four bus lines, sense amplifiers can be designed to sense two states at the same time using two of the reference bus lines at the same time and the other two reference bus lines Combinations that are charged with a pair of reference voltages to reduce the performance impact of the charge time of the reference bus line are also possible. It is important to note that the bit line charge or discharge step is a relatively slow process that takes several microseconds. This time is represented by the equation I = C dV / dt, where I is a current that may not be greater than the saturation current of the memory cell transistor (for an on cell, typically the value for I is on the order of micro amps or less). Is the bit line capacitance typically managed by the global bit line capacitance, and dV is the minimum change in sense node voltage required for reliability and noiseless operation, which is in the range [50 mV, 500 mV]. United States Patent Publications US-2005-0169082-A1 and 2004-0057318-A1, incorporated herein by reference, describe the use of sense nodes other than global bit lines in, for example, ABL architectures; As a result, this kind of arrangement allows for faster sensing since the sensing node's capacitance is significantly less than the global bit line capacitance. The comparison operation of comparing the reference voltage with the sense node voltage is a very fast operation that takes several nanoseconds or tens of nanoseconds. These example numbers are increased by proceeding from using (N-1) sequential sensing operations to using a single sensing operation that can use (N-1) sequential comparison operations.
상기 논의는 각각 2 비트의 데이터를 저장하는 4 개의 상태 메모리 셀들의 경우에서 주로 찾을 수 있다. 그러나, 보다 많은 상태들이 각각의 셀에 저장될 때, 단일 워드 라인 전압을 사용함으로써 모든 상태들을 구별하는 것은 가능하지 않다. 심지어 모든 가능한 데이터 상태들을 판별하는 것이 가능할 때에도, 3, 4, 또는 그 이상의 상기 상태들이 있다면, 처리를 하나 이상의 판독으로 쪼개는 것은 바람직할 수 있다. 예를 들어, 한 번에 모든 상태들을 구별하는 것은 보다 높은 수의 판독 혼란들을 형성하는 바이어스 조건들을 요구할 수 있다. 동일한 워드 라인 전압을 사용하고 비트 라인들로부터 전달된 바디 효과의 양들을 가변시킴으로써 다중 데이터 상태들을 판독할 수 있기 위하여, NAND 블록의 비 선택된 워드 라인들에 인가된 VREAD 전압은 NAND 메모리들의 통상적인 판독에 필요한 것보다 높은 양까지 과구동(overdriven)될 것이다. 보다 높은 VREAD 값은 가장 높은 임계 전압으로 프로그램되었던 메모리 셀들을 턴온하고 높은 임계 값들을 추가 상승시킬 양의 소스 바이어스를 가지고 판독할 수 있게 선택되어야 한다. 결과적으로, 보다 높은 VREAD 값들은 필요할 수 있다. 이들 높은 VREAD 값들은 혼란을 판독할 수 있게 한다. 이런 문제를 경감시키기 위하여 판독 스크러빙(read scrubbing)(여기에 참조로써 통합된 미국특허 번호 5,532,962에 기술된 바와 같이)는 데이터가 재기입되기 전에 블록이 충분한 판독 혼란 노출을 경험하지 않는 것을 보장하는 주파수에서 수행될 수 있다. 데이터의 이런 재기입은 소모적인 레벨링 방법(wear leveling schemes)에 수행된 바와 같이 다른 블록으로 데이터를 이동시킴으로써 수행된다(미국특허 번호 6,230,233, 공개 번호 US-2004-0083335-A1, 및 출원 번호 10/990,189 및 10/281,739에 기술된 바와 같이, 이 모든 특허는 여기에 참조로써 통합된다). 또한 하이브리드 감지 방법을 설계하는 것은 가능하고 여기서 (N-1) 감지 작동들은 M(M<N) 순차적 감지 작동들에서 수행되고, 각각의 M 작동들은 감지 노드들의 방전/충전을 요구한다. 이런 하이브리드 방법은 허용된 소스/드레인 전압들에서 동적 범위의 이용성 부족으로부터 발생할 수 있는 문제들을 경감하기 위하여 사용될 수 있고, 여기서 혼란 및 신뢰성 문제들과 함께 바디 효과의 크기는 단일 이상의 검증 작동으로 모든(N-1) 비교들을 위한 단일 검증의 분석을 요구할 수 있다. 비록 이러한 하이브리드 감지 방법이 두 개의 외관상으로 반대의 방법들을 결합하는 것을 요구하지만(다중 워드 라인 판독 전압들을 사용하지만, 또한 소스들을 통하여 셀들을 충전함으로써 한번에 다중 상태들을 감지한다), 이것은 도 14와 관련하여 하기된 바와 같이 다중 상태 애플리케이션들에 매우 바람직할 수 있다.The above discussion can be found primarily in the case of four state memory cells, each storing two bits of data. However, when more states are stored in each cell, it is not possible to distinguish all states by using a single word line voltage. Even when it is possible to determine all possible data states, it may be desirable to break the process into one or more reads if there are three, four, or more such states. For example, distinguishing all states at once may require bias conditions that result in a higher number of read disturbs. In order to be able to read multiple data states by using the same word line voltage and varying the amount of body effect delivered from the bit lines, the VREAD voltage applied to the non-selected word lines of the NAND block is a typical read of NAND memories. It will be overdriven to a higher amount than necessary for. The higher VREAD value should be selected so that it can be read with a positive source bias to turn on the memory cells that were programmed to the highest threshold voltage and further raise the high threshold values. As a result, higher VREAD values may be needed. These high VREAD values make the chaos readable. To alleviate this problem, read scrubbing (as described in US Pat. No. 5,532,962, incorporated herein by reference) is a frequency that ensures that the block does not experience sufficient read confusion exposure before data is rewritten. It can be performed in. This rewriting of data is performed by moving the data to another block as performed in wasteful leveling schemes (US Pat. No. 6,230,233, Publication No. US-2004-0083335-A1, and Application No. 10 / 990,189). And 10 / 281,739, all of which are incorporated herein by reference). It is also possible to design a hybrid sensing method wherein (N-1) sensing operations are performed in M (M <N) sequential sensing operations, each M operations requiring discharging / charging of sensing nodes. This hybrid method can be used to alleviate problems that may arise from the lack of dynamic range availability at allowed source / drain voltages, where the magnitude of the body effect, together with confusion and reliability issues, can be reduced to a single or more verify operation. N-1) may require analysis of a single test for comparisons. Although this hybrid sensing method requires combining two apparently opposite methods (using multiple word line read voltages, it also senses multiple states at once by charging the cells through the sources), which is related to FIG. It may be very desirable for multi-state applications as described below.
다음 예시적인 값들의 세트는 새로운 판독 방법을 설명하는데 도움을 줄 것이다: 소스 상 0V 및 드레인 상 0.5V의 DC 바이어스들을 사용하는 외부 기구들은 메모리 셀의 임계 전압을 측정할 수 있다. 제어 게이트 전압의 일소(sweep)는 드레인 대 소스 전류, 대 제어 게이트 전압 특성(drain-to-source-current vs. control-gate-voltage characteristic)을 유발할 것이다. 100nA 같은 적절한 전류 값은 셀의 임계 전압을 정의하기 위하여 선택될 수 있다. 상태 E에서 소거 및 추후에 소프트 프로그램되는 셀들은 -1.5V 내지 -0.5V 범위의 음의 임계 값들을 가질 것이고, 상태 A에서 셀들은 0.3V 내지 0.9V 범위의 VthS를 가질 것이고, 상태 B에서 셀들은 1.5V 내지 2.1V 범위의 VT를 가질 것이고, 상태 C에서 셀들은 이런 정적 방법에 의해 측정된 바와 같이 2.7V 내지 3.3V 범위의 Vths를 가질 것이다. 실제 메모리 칩들은 통상적으로 통합의 시작 전 비트 라인들(드레인들)을 사전 충전하고, 감지된 셀이 온 또는 오프인지를 가리키는 통합 기간 동안 비트 라인의 몇몇 양의 방전을 포함하는 동적 감지를 사용한다. 동적 감지의 파라미터들은 도 10과 관련하여 상기된 동적 감지 종류에 의해 측정된 Vth가 정적 방법에 의해 측정된 셀의 Vth와 동일한 값이거나 근접한 값을 가지도록 선택될 수 있다.The following set of example values will help explain the new read method: External instruments using DC biases of 0 V on the source and 0.5 V on the drain can measure the threshold voltage of the memory cell. The sweep of the control gate voltage will result in a drain-to-source current, a drain-to-source-current vs. control-gate-voltage characteristic. Appropriate current values, such as 100 nA, may be selected to define the threshold voltage of the cell. Cells that are erased and subsequently soft programmed in state E will have negative thresholds in the range -1.5V to -0.5V, in state A the cells will have V thS in the range 0.3V to 0.9V, and in state B The cells will have a VT in the range 1.5V to 2.1V, and in state C the cells will have a V th s in the range of 2.7V to 3.3V as measured by this static method. Real memory chips typically use dynamic sensing, which precharges the bit lines (drains) before the start of integration and includes some amount of discharge of the bit lines during the integration period indicating whether the sensed cell is on or off. . The parameters of dynamic sensing may be selected such that V th measured by the dynamic sensing type described above with respect to FIG. 10 is equal to or close to V th of the cell measured by the static method.
임계 값들의 상기 분포를 제공하여, 도 10과 관련하여 상기된 동적 감지 방법을 사용하는 4개의 상태 메모리에 대한 통상적인 판독 작동은 각각 다음 제어 게이트 전압들: 0V, 1.2V 및 2.4V를 가진 3 사전 충전 및 통합 시퀀스들로 구성된다. 제어 게이트상 OV로 인해, 감지 작동의 ON 결과는 셀의 상태가 E인 것을 가리키고, OFF 결과는 셀의 상태가 A,B 또는 C인 것을 가리킨다. 제어 게이트상 1.2V로 인해 감지 작동의 ON 결과는 셀의 상태가 E 또는 A인 것을 가리키고, OFF 결과는 셀의 상태가 B 또는 C인 것을 가리킬 것이다. 제어 게이트상 2.4V로 인해, 감지 작동의 ON 결과는 셀의 상태가 E, A, 또는 B인 것을 가리키고, OFF 결과는 셀의 상태가 C인 것을 가리킬 것이다. 이들 3 개의 감지 작동들의 시퀀스의 결합 결과는 각각의 셀의 상태를 가리키는 4 상태 메모리에 대한 판독 작동을 구성한다. Providing the above distribution of threshold values, a typical read operation for four state memories using the dynamic sensing method described above with respect to FIG. 10 is 3 with the following control gate voltages: 0V, 1.2V and 2.4V, respectively. It consists of pre-charging and integration sequences. Due to OV on the control gate, the ON result of the sensing operation indicates that the state of the cell is E, and the OFF result indicates that the state of the cell is A, B or C. Due to 1.2V on the control gate, the ON result of the sensing operation will indicate that the cell is in state E or A, while the OFF result will indicate that the cell is in state B or C. Due to 2.4V on the control gate, the ON result of the sensing operation will indicate that the state of the cell is E, A, or B, and the OFF result will indicate that the state of the cell is C. The combination result of these three sense operations sequence constitutes a read operation on the four state memory indicating the state of each cell.
DC 감지 동안, 및 0V의 소스 전압 및 0.5V의 드레인 전압으로 인해, 셀의 임 계 전압은 1V일 수 있다. 플로팅 게이트상 동일한 양의 전하를 정확하게 가지는 동일한 셀은 만약 소스 전압이 0.5V 상승되고 드레인 전압이 1.0V 상승되면 2.0V의 바디 효과 시프트 VT를 가지며, 드레인 대 소스 전압의 동일한 값을 유지한다. (이런 논의에서, 2의 소스 바디 효과 인자는 추정되었다; 다른 인자들에 대해, 값들은 이에 따라 조절되어야 한다.). 다른 말로, 바디 바이어스의 0.5V 증가는 셀 Vth의 1.0V에 해당할 수 있다. 다시, 모든 상기 수치 값들은 단지 예시적이다. 도 10에 관련하여 기술된 종래 동적 감지는 비트 라인을 예를 들어 1.0V의 높은 사전 충전 값으로 사전 충전하고, 그 다음 비트 라인이 ON 셀의 경우 예를 들어 0.4V의 값으로 방전하여 감소하거나, OFF 셀의 경우 예를 들어 0.9V로 약간 강하하게 한다. 감지 통합 기간의 종료시, 비트 라인 전압은 대응 셀이 ON 또는 OFF인지를 결정하기 위하여 예를 들어 0.65V의 기준 값과 비교된다. 통상적인 동적 감지시, NAND 블록에서 비 선택된 워드 라인들은 비 선택된 워드 라인들 상 셀들이 비트 라인 전류의 방전을 방해하지 않는 것을 보장하기 위하여 예를 들어 5.0V의 충분히 높은 VREAD 값으로 구동되어야 한다. During DC sensing and due to a source voltage of 0V and a drain voltage of 0.5V, the threshold voltage of the cell may be 1V. The same cell with exactly the same amount of charge on the floating gate has a body effect shift VT of 2.0V if the source voltage is increased by 0.5V and the drain voltage is increased by 1.0V and maintains the same value of drain to source voltage. (In this discussion, the source body effect factor of 2 was estimated; for other factors, the values should be adjusted accordingly.). In other words, a 0.5V increase in body bias may correspond to 1.0V of cell V th . Again, all these numerical values are exemplary only. The conventional dynamic sensing described in connection with FIG. 10 precharges a bit line to a high precharge value of, for example, 1.0V, and then reduces or discharges the bit line to a value of, for example, 0.4V for an ON cell. For the OFF cell, let's drop it slightly to 0.9V, for example. At the end of the sense integration period, the bit line voltage is compared with a reference value of 0.65V, for example, to determine whether the corresponding cell is ON or OFF. In typical dynamic sensing, unselected word lines in a NAND block must be driven with a sufficiently high V READ value of 5.0 V, for example, to ensure that cells on unselected word lines do not interfere with the discharge of the bit line current. .
감지되는 셀들의 VT를 상승시키기 위하여 바디 효과를 사용하는 새로운 감지 방법에서, 과구동 요구는 또한 증가되고, 7.5V를 초과할 수 있는 VREAD를 요구한다. 이런 높은 VREAD 값은 이런 VREAD값에 대한 노출이 블록 기입 작동당 한 번의 노출일 때 프로그램/검증 작동들 동안 문제를 제기하지 않는다. 그러나, 판독 작동은 여러 번 수행될 수 있어서, 다중 판독 작동들 후 플로팅 게이트들로 전하의 과도한 터널링을 유발할 수 있는 보다 높은 VREAD 값들에 의해 악화되는 혼란들을 판독하도록 메모리 셀들을 노출시킨다. 미국특허 5,532,962에 기술된 바와 같은 판독 스크러빙 기술들은 이러한 판독 혼란 문제들(read disturb issues)을 치료하기 위하여 사용될 수 있다. 대부분의 실행들에서 가능한 한 밀접하게 검증 작동을 모사하도록 판독 작동들을 설계하는데 주의가 요구된다. 이것은 판독 충실도를 증가시키기 위하여 행해진다. 그러므로, 하나의 바람직한 실시예는 프로그램/검증 작동들 동안뿐 아니라, 판독 작동들 동안 바디 바이어스 단일 판독 작동을 사용하는 것을 포함한다.In a new sensing method that uses the body effect to raise the VT of the sensed cells, the overdrive requirement is also increased and requires V READ which can exceed 7.5V. This high V READ value does not pose a problem during program / verify operations when the exposure to this V READ value is one exposure per block write operation. However, the read operation may be performed multiple times, exposing memory cells to read confusions aggravated by higher V READ values that may cause excessive tunneling of charge to floating gates after multiple read operations. Read scrubbing techniques as described in US Pat. No. 5,532,962 can be used to treat these read disturb issues. Care should be taken to design the read operations to simulate the verify operation as closely as possible in most implementations. This is done to increase read fidelity. Therefore, one preferred embodiment includes using a body bias single read operation during read operations as well as during program / verify operations.
프로그래밍 작동들 동안, 대응 셀들에 프로그램될 상태들을 저장해온 동일한 래치들은 비트 라인 단위로 비트 라인 상 타겟 상태를 검증하기 위하여 요구된 감지 트립 포인트의 적당한 레벨을 선택하기 위해 액세스될 수 있다. 예를 들어, 만약 셀이 상태 A로 프로그램되면, 상기 셀에 대한 기준 트립 포인트 전압(reference trip point voltage)은 1.5V이고(상기로부터의 예시적인 값들을 사용하여), 반면 상태 B로 프로그래밍은 1.0V의 트립 포인트 전압을 요구하고, 상태 C로의 프로그래밍은 0.5V의 트립 포인트 전압을 요구한다. 도 13A에 도시된 일실시예에서, 이들 전압들 중 하나를 각각 하나가 운반하는 3 개의 버스 라인들(103a-c)은 워드 라인들과 동일한 방향으로 연장하도록 설계될 수 있고, 이것은 각각의 비트 라인 비교기(101)가 각각의 셀/비트 라인에 대응하는 타겟 상태 데이터를 홀딩하는 래치들로부터 유도된 선택 신호들(103d)을 가진 MUX(121)를 통하여 이들 3개의 기준 전압들 중 하나를 사용하게 한다.During programming operations, the same latches that have stored states to be programmed in the corresponding cells can be accessed to select the appropriate level of sense trip point required to verify the target state on the bit line on a bit line basis. For example, if a cell is programmed to state A, the reference trip point voltage for that cell is 1.5V (using example values from above), while programming to state B is 1.0 Requires a trip point voltage of V, and programming to state C requires a trip point voltage of 0.5V. In one embodiment shown in Fig. 13A, three
도 13B에 도시된 다른 실시예에서, 하나의 버스 라인(103)은 모두 3개의 전압들을 순차적으로 운반하고, 각각의 비트 라인의 래치 데이터는 0.5V, 1.0V 또는 1.5V의 기준 전압이 라인(103)에 인가될 때 유효 비교가 한번에 이루어지는지를 결정할 것이다. (판독 작동들 동안 이용할 수 있는 래치 데이터는 없기 때문에, 모두 3개의 값들은 비교될 필요가 있을 것이다). 다른 실시예에서(도 13C), 3개의 비교기들(101a-c)은 각각의 비트 라인(ABL 아키텍쳐 가정) 또는 각각의 비트 라인들 쌍(보다 통상적인 NAND 아키텍쳐 가정)에 존재하고 비트 라인 전압은 3개의 기준 전압들과 동시에 비교된다. 이것은 3개의 비교기들을 가지도록 요구된 추가 회로의 비용을 요구한다. 대안적으로, 도 13B의 단일 비교기는 순차적으로 3개의 비교들을 수행할 수 있고, 보다 콤팩트한 설계를 제공한다. 이것 및 다른 이전에 논의된 순차적 작동들의 시간 페널티는 각각의 비교가 몇십 나노초 문제로 달성될 수 있고, 기준 버스 라인 전압들을 변경하기 위하여 걸리는 시간이 작은 RC 지연을 가진 적절하게 설계된 버스 라인을 통하여 매우 작을 수 있기 때문에 매우 작을 수 있다. 모든 이들 순차적 실시예들에서, 상호 상태 감지 지연들은 어레이의 RC 시간 상수들에 의해 표시되거나, 사전 충전 또는 감지에 필요한 시간에 의해 표시되지 않는다. 이것은 재충전-방전 처리가 적절하게 길게 걸리는 종래 실시예들의 상호 상태 감지 지연들과 대조된다.In another embodiment shown in FIG. 13B, one
많은 상태들을 저장하는 셀들에 대해 상기 주의된 바와 같이, 혼란 및 신뢰성 문제들과 함께 바디 효과의 크기로 인해 모든 상태들이 단일 감지 작동으로 결 정되게 하도록, 허용된 소스/드레인 전압들에 충분한 동적 범위가 있을 수 있다. 예를 들어, 도 11의 처리에서 메모리 셀들이 메모리 셀당 8 상태들, 또는 3 비트들을 저장하는 경우를 고려하자. 도시된 VWL 값들에 대해, 11c의 도시된 상태들은 0,1,2 및 3 상태들만 있을 수 있고, VWL은 보다 높은 상태들(4,5,6 및 7)에서 셀들을 턴온하기에 너무 낮고; 또는 만약 VWL이 이들 보다 높은 상태들에서 셀들을 턴온하기에 충분히 높으면, 모든 상태들(0,1,2, 및 3)은 상부 곡선에서 상부에 이를 수 있다.As noted above for cells storing many states, the dynamic range sufficient for the allowed source / drain voltages to allow all states to be determined for a single sense operation due to the magnitude of the body effect with confusion and reliability issues. There can be. For example, consider the case in which the memory cells store 8 states, or 3 bits, per memory cell in the process of FIG. For the illustrated V WL values, the illustrated states of 11c may be only 0, 1, 2 and 3 states, and V WL is too large to turn on the cells at
이런 동적 범위 결함을 극복하기 위하여, 다른 측면에서, 본 발명은 하이브리드 감지기술을 사용한다. 이들 실시예들에서, 다중 VWL 값들은 방전되는 셀들을 가지며 도 11에 관련하여 기술된 방법에 따라 사용되지만, 소스를 통하여 충전되고, 그 다음 다중 상태들이 감지된다. 각각의 VWL 값에 대해, 다중 상태들의 총 서브세트는 감지되어, 서브 작동들의 개별 감지가 완료될 때, 감지는 상기 상태들 모두에 대해 완료된다. 결과적으로, 이들 모든 서브세트들은 통상적으로 별개이고, 비록 상기 서브세트들이 공통적으로 몇몇 상태들을 가질 수 있지만, 적어도 몇몇 부재들에서 다르다. 비록 보다 큰 효율성이 비 오버랩핑 서브세트들로부터 발생하지만, 몇몇 실행들에서 부가적인 정확성을 위하여 몇몇 오버랩을 허용하고 어떤 상태들도 놓쳐지지 않는 것을 보장하는 것이 보다 쉬울 수 있다. 부가적으로, 가장 높거나 낮은 서브세트들이 보다 크고 인접한 서브세트 내에 완전히 포함되는 경우 들이 있을 수 있다. In order to overcome this dynamic range defect, in another aspect, the present invention uses a hybrid sensing technique. In these embodiments, the multiple V WL values are used according to the method described with respect to FIG. 11 with the cells being discharged, but charged through the source, and then multiple states are sensed. For each V WL value, the total subset of multiple states is sensed so that when individual sensing of sub-operations is completed, sensing is completed for all of the states. As a result, all these subsets are typically separate and differ in at least some elements, although the subsets may have some states in common. Although greater efficiency arises from non-overlapping subsets, it may be easier to allow some overlap and ensure that no states are missed in some implementations for additional accuracy. Additionally, there may be cases where the highest or lowest subsets are completely contained within the larger and adjacent subsets.
하이브리드 방법이 두 개의 다소 정반대의 기술들을 결합하는 것이 주의된다: 도 11의 기술은 판독에 대한 워드 라인 전압들을 스위칭하기 위한 필요성을 제거하고, 다중 판독 전압들의 복잡성을 가지고 모든 상태들(도 11에 대해 4 상태 경우)이 한 번에 감지되도록 한다. 대조하여, 보다 일반적인 다중 워드 라인 전압 방법은 일반적인 임무를 메모리 셀의 소스 및 드레인측에 할당하고 바디 효과를 약속하기 위하여 소스 및 드레인 극성들의 보다 많이 포함된 스위칭 작동을 제거할 수 있다. 양쪽 방법들을 결합하는 것은 처음에는 감지 방법을 과도하게 복잡하게 하는 것 같을 수 있다. 그러나 판독 혼란 관련에 의해 표시된 허용된 VREAD 전압들의 고려는 하이브리드 방법을 1) 다중 상태 메모리를 지원할 수 있는 높은 임계 윈도우를 갖는 것, 2) 관리할 수 있는 레벨들을 스크러브하기 위하여 판독 혼란을 감소시키기에 충분히 낮은 VREAD, 및 3) 바디 효과를 통하여 임계 전압들을 상승시키고 다중 데이터 상태들의 동시 검증 작동들을 허용하는 다중 소스측 전압들의 애플리케이션에 의해 얻어진 성능 이득 사이의 가장 우수한 중재를 형성할 수 있다. It is noted that the hybrid method combines two somewhat opposite techniques: the technique of FIG. 11 eliminates the need to switch word line voltages for read, and all states (in FIG. 11) with the complexity of multiple read voltages. For 4 states). In contrast, the more common multiple word line voltage method can eliminate more involved switching operation of the source and drain polarities to assign the general task to the source and drain sides of the memory cell and promise body effects. Combining both methods may seem like an overly complex detection method at first. However, consideration of the allowed VREAD voltages indicated by the read confusion relations has led to the hybrid method of 1) having a high threshold window capable of supporting multi-state memory, and 2) reducing read confusion to manage manageable levels. VREAD sufficiently low, and 3) the body effect can form the best arbitration between the performance gain obtained by the application of multiple source-side voltages, which raises the threshold voltages and allows simultaneous verification operations of multiple data states.
도 14는 도 11과 유사하게 배열된다. 이것은 제 1 감지 서브 작동에서 4 개의 상태들 및 제 2 감지 작동에서 다른 4 개의 상태들을 판독하는 셀 시스템당 3 비트에 대한 처리를 도시한다. 이 실시예에서, 비교 값들의 동일한 세트는 비록 보다 일반적으로 개별 세트의 비교 값들이 각각의 서브 작동에 사용될 수 있지만, 상태들의 양쪽 서브세트들에 사용된다. 이전과 같이, 상기 처리는 타겟 데이터가 프로그램 작동시 공지될 수 있기 때문에, 두 개의 서브 작동들 중 어느 것이 발생 하였는지에 대해 타겟 상태만이 검사될 필요가 있는 데이터 판독 및 프로그램 검증에 사용될 수 있다.14 is arranged similarly to FIG. This shows processing for three bits per cell system that reads four states in the first sense sub operation and four other states in the second sense operation. In this embodiment, the same set of comparison values is used for both subsets of states, although more generally a separate set of comparison values can be used for each sub-operation. As before, the process can be used for data reading and program verification where only the target state needs to be checked for which of the two sub-operations has occurred since the target data can be known at the time of the program operation.
도 14를 보다 상세히 참조하면, 시간(t0) 이전에, 상황은 도 11과 비슷한데, 비트 라인들이 방전되고, 소스 라인이 충전되고, NAND 스트링의 다른 트랜지스터들이 이것, 예를 들어 VSGD 온으로 유지하고 및 VSGS(또는 VWL 또는 모두)를 낮게 유지하는 것을 허용하도록 설정된다. 일단 이들 초기 조건들이 t0 및 t1 사이에 설정되면, 소스 및 드레인 선택 트랜지스터들은 온되고, NAND 스트링에서 비 선택된 트랜지스터들은 턴온되고, 워드 라인은 제 1 값(VWL1)으로 된다. 이것은 비트 라인들(또는 감지 노드들)이 셀의 데이터 상태에 따라 다양한 레벨들로 충전되게 한다. VWL1은 상태들(0,1,2 및 3)이 분리될 수 있도록 충분히 높지만, 0 및 1 상태들이 상부에 이르고 판별될 수 없도록 높지 않다. 이 실시예에서, VWL1은 보다 높은 상태들(4,5,6 및 7)을 미해결된 채로 남긴다. Referring to FIG. 14 in more detail, before time t 0 , the situation is similar to FIG. 11, in which the bit lines are discharged, the source line is charged, and other transistors of the NAND string are brought to this, for example, V SGD on. And to keep V SGS (or V WL or both) low. Once these initial conditions are set between t 0 and t 1 , the source and drain select transistors are turned on, the non-selected transistors in the NAND string are turned on, and the word line is at a first value V WL1 . This allows the bit lines (or sense nodes) to charge at various levels depending on the data state of the cell. V WL1 is high enough so that
일단 이들 상태들이 안정화되면 감지 노드 전압은 비록 이 경우 3 대신 4개의 값들이 사용되고 대응 변화들이 도 13A-C에서 이루어질 필요가 있지만, t1 및 t2 사이에서 도 11과 관련하여 상기된 바와 같이 다양한 비교 값들과 비교될 수 있다. 이것은 각각의 셀이 이들 하부 상태들에 대응하는 데이터 콘텐트를 가질지 여부의 결정을 허용한다. 여기서, 4 상태들을 위한 감지는 비록 하나 이상의 비교들이 도 13과 관련하여 상기된 바와 같이 동시에 이루어질 수 있지만(4개의 비교 포인트들 에 대한 변화와 함께), 연속적으로 수행된다.Once these states stabilize, the sense node voltage varies between t 1 and t 2 as described above with respect to FIG. 11, although four values in this case are used instead of 3 and corresponding changes need to be made in FIGS. 13A-C. Can be compared with comparison values. This allows the determination of whether each cell will have data content corresponding to these substates. Here, sensing for four states is performed continuously, although one or more comparisons can be made simultaneously (as with changes to four comparison points), as one or more comparisons are made above with respect to FIG. 13.
일단 제 1 감지 서브 작동이 t2에서 수행되면, 워드 라인 전압은 VWL1>VWL2에서 분석된 상태들을 구별하기 위하여 VWL2로 상승된다. (여기서, 워드 라인 전압은 비록 다른 실시예들이 VWL1>VWL2를 사용할 수 있지만, 하나의 감지 작동으로부터 다음 작동으로 증가된다). t2 및 t3 사이에서, 비트 라인들 상 레벨은 VWL1에 대한 응답들부터 VWL2에 대한 응답으로 전이한다.Once the first sense sub-operation is performed at t 2 , the word line voltage is raised to V WL2 to distinguish between the states analyzed at V WL1 > V WL2 . (Where, the word line voltage is increased from one sense operation to the next, although other embodiments may use V WL1 > V WL2 ). Between t 2 and t 3 , the level on the bit lines transitions from the responses to V WL1 to the response to V WL2 .
도 14에 도시된 실시예에서, 비트 라인들은 감지 서브 작동들 사이에서 방전되지 않는다. 다른 실시예들에서, 비트 라인들은 예를 들어 소스측상 사전 충전 레벨을 안정화하기 위하여 t2 및 t3 사이에서 방전될 수 있다. 이것은 선택된 워드 라인 전압을 접지로 하고, VSGS를 접지(VWL2를 낮추거나 낮추어 지지 않고), 또는 선택된 워드 라인 상 셀들을 방전하기 위하여 드레인측 을 개방한 채로 소스 전압을 차단하는 것과 같은 다양한 방식으로 행해질 수 있다. 이것을 달성하기 위한 바람직한 실시예는 이들 다른 라인들 상 레벨들을 상승 및 하강시키기 위하여 필요한 상대적 속도 및 전력 소비 같은 인자들을 바탕으로 특정 메모리의 사양들에 따를 것이다. 재 방전 후, 비트 라인들은 VWL2에 응답하여 다시 충전된다. 워드 비트 라인은 감지 노드가 ABL 아키텍처에서처럼 비트 라인이 아닌 경우를 커버하기 위하여 감지 노드에 의해 상기에서 대체될 수 있다. In the embodiment shown in FIG. 14, the bit lines are not discharged between sense sub-operations. In other embodiments, the bit lines may be discharged between t 2 and t 3 , for example to stabilize the precharge level on the source side. This can be done in various ways such as grounding the selected word line voltage, grounding V SGS (without lowering or lowering V WL2 ), or blocking the source voltage with the drain side open to discharge cells on the selected word line. Can be done with. A preferred embodiment to achieve this will follow the specifications of a particular memory based on factors such as the relative speed and power consumption needed to raise and lower levels on these other lines. After recharging, the bit lines are charged again in response to V WL2 . The word bit line may be replaced above by the sense node to cover the case where the sense node is not a bit line as in the ABL architecture.
임의의 실시예들에서, 시간(t3)에서, 새로운 워드 라인 전압(VWL2)은 VWL1을 위해 분석되지 않은 몇몇 상태들을 분석할 것이다. 상기 실시예에서, VWL2를 사용한 바이어스 조건들은 비록 보다 낮은 상태들(t2 및 t2 사이에서 결정됨)이 지금 상태 4에 합체될지라도, 상태들(4,5,6 및 7)을 분리할 수 있다. 일단 비트 라인 레벨들이 t3에서 충분히 안정되면, 제 2 감지 서브 작동은 실행된다. 여기서, 이것은 비록 다른 값들 및 기술들이 두 가지 경우에 사용될 수 있을지라도, VWL2에 대한 것과 동일한 방식 및 값으로 행해진다. 예를 들어, 두 개의 워드 라인 값들을 가진 두 개의 판독들이 모든 셀들을 커버하기에 충분하다. 다른 경우들에서, 상기 처리는 만약 모든 상태들을 명확하게 분석할 필요가 있다면 제 3 또는 그 이상의 부가적인 감지 서브 작동들로 계속될 수 있다.In some embodiments, at time t 3 , the new word line voltage V WL2 will analyze some states that have not been analyzed for V WL1 . In this embodiment, the bias conditions using V WL2 will separate
이 섹션에 기술된 다양한 교번 감지 기술들은 동시에 다중 상태들을 기입하는 프로그래밍 방법과 관련하여 사용될 때 특히 바람직하다. 상기 방법은 타겟 임계 전압 레벨들이 낮은 셀들의 프로그램을 비례적으로 지연시킴으로써 다중 상태들을 동시에 프로그래밍하게 한다. 프로그래밍의 이런 타겟 상태 종속 지연은 타겟 상태에 따른 다양한 세기들(strengths)의 반 억제 또는 반 부스팅(semi-inhibit or semi-boosting) 조건들을 생성함으로써 달성된다. 결과적인 효율성들은 모두, 또는 적어도 다중 상태들의 이러한 동시 프로그래밍과 이들 검증/판독 방법들을 결합함으로써 메모리 성능을 크게 향상시킬 수 있다. 이러한 동시 프로그래밍은 타겟 상태에 따른 상이한 셀들의 프로그램 전압(여기에 참조로써 통합된 미국특허 번호 6,738,289에 기술됨) 또는 각각의 메모리 셀의 타겟 상태를 바탕으로 비트 라인 단위로 비트 라인상 프로그램 속도를 바탕으로 할 수 있다. 이러한 비트 라인 데이터 종속 프로그래밍은 여기에 참조로써 통합된 미국특허 출원 번호 11/196,547에 기술되고, 전압 바이어스 레벨, 흐르도록 허용된 전류의 양, 또는 모두는 대응 타겟 상태를 바탕으로 각각의 셀에 무관하게 관리된다. 이들 임의의 방법들에 대해, 프로그래밍 펄스들의 수는 감소된다; 상기된 감지 기술들이 각각의 이러한 펄스 사이에 필요한 검증 판독들의 수를 감소시킬 때, 효율성들은 메모리 성능을 개선하기 위하여 증가식으로 결합한다.The various alternating sensing techniques described in this section are particularly desirable when used in connection with a programming method of writing multiple states simultaneously. The method allows simultaneous programming of multiple states by proportionally delaying the program of cells with low target threshold voltage levels. This target state dependent delay of programming is achieved by creating half-inhibit or semi-boosting conditions of varying strengths depending on the target state. The resulting efficiencies can greatly improve memory performance by combining these concurrent programming of all or at least multiple states with these verify / read methods. This simultaneous programming is based on the program rate on the bit line in bit lines based on the program voltage of different cells according to the target state (described in US Pat. No. 6,738,289, incorporated herein by reference) or the target state of each memory cell. You can do Such bit line data dependent programming is described in US patent application Ser. No. 11 / 196,547, incorporated herein by reference, wherein the voltage bias level, amount of current allowed to flow, or both are independent of each cell based on the corresponding target state. Managed. For any of these methods, the number of programming pulses is reduced; As the sensing techniques described above reduce the number of verify reads required between each such pulse, the efficiencies combine to increase memory performance.
유전체 저장 Dielectric storage 엘리먼트들의Of elements 다른 사용 Other use
상기 실시예들은 전하 저장 엘리먼트들로서 전도성 플로팅 게이트들을 사용하는 셀 타입에 관련하여 기술되었다. 그러나, 본 발명의 다양한 측면들은 나노 결정 메모리들, 및 위상 변화 메모리들, MRAM, FERAM 및 여기에 참조로써 통합되고 2004년 5월 7일 출원된 미국특허출원 10/841,379에 기술된 다른 다양한 메모리 기술들과 관련하여 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명은 플로팅 게이트들 대신 개별 메모리 셀들의 저장 엘리먼트들로서 전하 트랩핑 유전체를 사용하는 시스템에도 실행될 수 있다. 유전체 저장 엘리먼트는 전도성 제어 게이트 및 셀의 채널 영역 내 기판 사이에 샌드위치된다. 비록 유전체가 플로팅 게이트들과 동일한 크기들 및 위치들을 가진 개별 엘리먼트들로 분리될 수 있지만, 전하가 이러한 유전체에 의해 로컬적으로 트랩되기 때문에 이렇게 하는 것은 일반적으로 필요하지 않다. 전하 트랩핑 유전체는 선택 트랜지스터 또는 등등에 의해 차지된 영역들을 제외하고 전체 어레이 상에서 연장할 수 있다.The above embodiments have been described in the context of a cell type using conductive floating gates as charge storage elements. However, various aspects of the present invention include nanocrystalline memories, and phase change memories, MRAM, FERAM, and various other memory technologies described in
유전체 저장 엘리먼트 메모리 셀들은 일반적으로 여기에 전체적으로 참조로써 통합된 다음 기술적 논문들 및 특허에 기술된다: Chan et al., "A True Single-Transistor Oxide-Nitride-Oxide EEPROM Device," IEEE Electron Device Letters, Vol. EDL-8, No. 3, March 1987, pp. 93-95; Nozaki et al., "A 1-Mb EEPROM with MONOS Memory Cell for Semiconductor Disk Application," IEEE Journal of Solid State Circuits, Vol. 26, No.4, April 1991, pp. 497-501; Eitan et al., "NROM: A Novel Localized Trapping, 2-Bit Nonvolatile Memory Cell," IEEE Electron Device Letters, Vol.21, No.11, November 2000, pp.543-545, 및 미국특허 5,851,881.Dielectric storage element memory cells are generally described in the following technical papers and patents incorporated herein by reference in their entirety: Chan et al., "A True Single-Transistor Oxide-Nitride-Oxide EEPROM Device," IEEE Electron Device Letters, Vol. EDL-8, no. 3, March 1987, pp. 93-95; Nozaki et al., "A 1-Mb EEPROM with MONOS Memory Cell for Semiconductor Disk Application," IEEE Journal of Solid State Circuits, Vol. 26, No. 4, April 1991, pp. 497-501; Eitan et al., "NROM: A Novel Localized Trapping, 2-Bit Nonvolatile Memory Cell," IEEE Electron Device Letters, Vol. 21, No. 11, November 2000, pp. 543-545, and US Pat. No. 5,851,881.
사용하기에 실용적인 특정 전하 트랩핑 유전체 재료들 및 구성들이 있다. 하나는 기판상에 처음에 성장된 실리콘 디옥사이드, 그 위에 증착된 실리콘 질화물 층 및 실리콘 질화물 층 위에 성장되고 및/또는 증착된 다른 실리콘 옥사이드의 층("ONO")을 가진 3층 유전체가 있다. 다른 것은 게이트 및 반도체 기판 표면 사이에 샌드위치된 실리콘 부유 실리콘 디옥사이드(rich silicon dioxide)의 단일층이다. 이런 추후 재료는 여기에 전체적으로 참조로써 통합된 하기 두 개의 논문들에 기술된다: DiMaria et al., "Electrically-alterable read-only-memory using Si-rich SIO2 injectors and a floating polycrystalline silicon storage layer," J. Appl. Phys. 52(7), July 1981, pp. 4825-4842; Hori et al., "A MOSFET with Si-implanted Gate-SiO2 Insulator for Nonvolatile Memory Applications," IEDM 92, April 1992, pp. 469-472. 유전체 저장 엘리먼트들은 여기에 참조로써 통합된 2002년 10월 25일에 출원된 미국특허출원 US 10/280,352에 추가로 논의되었다.There are certain charge trapping dielectric materials and configurations that are practical for use. One is a three layer dielectric with a silicon dioxide initially grown on a substrate, a silicon nitride layer deposited thereon and another layer of silicon oxide ("ONO") grown and / or deposited on the silicon nitride layer. Another is a single layer of rich silicon dioxide sandwiched between the gate and the semiconductor substrate surface. Such later materials are described in the following two articles, which are hereby incorporated by reference in their entirety: DiMaria et al., "Electrically-alterable read-only-memory using Si-rich SIO 2 injectors and a floating polycrystalline silicon storage layer," J. Appl. Phys. 52 (7), July 1981, pp. 4825-4842; Hori et al., "A MOSFET with Si-implanted Gate-SiO 2 Insulator for Nonvolatile Memory Applications," IEDM 92, April 1992, pp. 469-472. Dielectric storage elements are further discussed in US
비록 본 발명이 특정 실시예들 및 이들의 변형들 측면에서 기술되었지만, 본 발명이 첨부된 청구항들의 전체 범위 내에서 보호되는 것은 이해된다.Although the invention has been described in terms of specific embodiments and variations thereof, it is understood that the invention is protected within the full scope of the appended claims.
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