JP2009129480A - Threshold control method for nonvolatile semiconductor memory device - Google Patents
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Abstract
【課題】書き込み時間を短縮することが可能な不揮発性半導体記憶装置の閾値制御方法を提供する。
【解決手段】閾値電圧を調整することにより多値状態を保持可能なメモリセルと、複数の前記メモリセルに共通接続されるワード線とを有し、消去状態以外の状態に調整される前記メモリセルに対してベリファイ読み出しを行い、目標閾値に達していない前記メモリセルに対して、前記ワード線に印加される書き込み電圧を増加させて書き込みを行う不揮発性半導体記憶装置の閾値制御方法であって、第1の目標閾値に調整される第1のメモリセルの書き込み時に前記ワード線に印加される書き込み電圧が、前記第1の目標閾値の次に閾値電圧が高い第2の目標閾値に調整される第2のメモリセルの書き込み開始電圧以上となった場合に、前記第1のメモリセルと、前記第1のメモリセルと共通の前記ワード線に接続される前記第2のメモリセルとに対して、同時に書き込みを行うステップ、を備える。
【選択図】図9A threshold value control method for a nonvolatile semiconductor memory device capable of shortening a writing time is provided.
The memory includes a memory cell capable of holding a multi-valued state by adjusting a threshold voltage, and a word line commonly connected to the plurality of memory cells, and is adjusted to a state other than an erased state. A threshold control method for a nonvolatile semiconductor memory device, wherein verify reading is performed on a cell and writing is performed by increasing a write voltage applied to the word line for the memory cell that has not reached a target threshold value. The write voltage applied to the word line at the time of writing the first memory cell adjusted to the first target threshold is adjusted to the second target threshold having the second highest threshold voltage after the first target threshold. The second memory connected to the first memory cell and the word line common to the first memory cell when the voltage exceeds the write start voltage of the second memory cell. It provided against and Le, a step of writing the same time.
[Selection] Figure 9
Description
本発明は、不揮発性半導体記憶装置の閾値制御方法に係り、例えば、メモリセルに記憶される多値データの調整方法に関する。 The present invention relates to a threshold control method for a nonvolatile semiconductor memory device, for example, a method for adjusting multi-value data stored in a memory cell.
不揮発性半導体記憶装置、例えばフラッシュメモリの大容量化、低コスト化に伴い、1つのメモリセルに複数ビットのデータを保持する多値化が進んできている。多値メモリにおいては、各データ状態に対応する閾値電圧が広い分布を有すると、隣り合う状態間の間隔が狭くなって、データの読み出しを確実に実行することが困難となるので、メモリセルのそれぞれの閾値に対して非常に狭い分布が要求される。狭い閾値電圧分布を得るための書き込み方法が、例えば、特許文献1に開示されている。
Along with the increase in capacity and cost of nonvolatile semiconductor memory devices such as flash memories, multi-value storage for holding a plurality of bits of data in one memory cell has been advanced. In a multi-level memory, if the threshold voltage corresponding to each data state has a wide distribution, the interval between adjacent states becomes narrow, and it becomes difficult to read data reliably. A very narrow distribution is required for each threshold. For example,
このような多値メモリにおいては、メモリセルの微細化に伴い、あるメモリセルに隣接するメモリセルの閾値の変動が、上記あるメモリセルの閾値を変動させてしまう隣接効果が問題になってきている。 In such a multilevel memory, with the miniaturization of a memory cell, a variation in the threshold value of a memory cell adjacent to a certain memory cell has caused the adjacent effect that the threshold value of the certain memory cell varies. Yes.
また、非常に狭い閾値分布が要求されるにもかかわらず、その調整時間(書き込み時間)の短縮化が要求されるようになってきている。書き込み速度を向上させるための書き込み方法が、例えば、特許文献2に開示されている。
本発明は、書き込み時間を短縮することが可能な不揮発性半導体記憶装置の閾値制御方法を提供する。 The present invention provides a threshold control method for a nonvolatile semiconductor memory device capable of shortening the writing time.
本発明の一態様による不揮発性半導体記憶装置の閾値制御方法は、閾値電圧を調整することにより多値状態を保持可能なメモリセルと、複数の前記メモリセルに共通接続されるワード線とを有し、消去状態以外の状態に調整される前記メモリセルに対してベリファイ読み出しを行い、目標閾値に達していない前記メモリセルに対して、前記ワード線に印加される書き込み電圧を増加させて書き込みを行う不揮発性半導体記憶装置の閾値制御方法であって、第1の目標閾値に調整される第1のメモリセルの書き込み時に前記ワード線に印加される書き込み電圧が、前記第1の目標閾値の次に閾値電圧が高い第2の目標閾値に調整される第2のメモリセルの書き込み開始電圧以上となった場合に、前記第1のメモリセルと、前記第1のメモリセルと共通の前記ワード線に接続される前記第2のメモリセルとに対して、同時に書き込みを行うステップ、を備えていることを特徴とする。 A threshold control method for a nonvolatile semiconductor memory device according to one embodiment of the present invention includes a memory cell that can hold a multi-valued state by adjusting a threshold voltage, and a word line that is commonly connected to the plurality of memory cells. Then, verify reading is performed on the memory cell adjusted to a state other than the erased state, and writing is performed on the memory cell that has not reached the target threshold by increasing the write voltage applied to the word line. A method for controlling a threshold value of a nonvolatile semiconductor memory device, wherein a write voltage applied to the word line at the time of writing to a first memory cell adjusted to a first target threshold is next to the first target threshold. The first memory cell and the first memory cell when the threshold voltage is equal to or higher than the write start voltage of the second memory cell that is adjusted to the second target threshold value Against said second memory cells connected to a common said word lines, characterized in that it comprises a step of writing the same time.
本発明によれば、書き込み時間を短縮することが可能な不揮発性半導体記憶装置の閾値制御方法を提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide a threshold value control method for a nonvolatile semiconductor memory device that can shorten the writing time.
本発明の実施形態を説明する前に、不揮発性半導体記憶装置がNOR型フラッシュメモリである場合を例にとって、隣接効果について説明する。 Before describing the embodiment of the present invention, the adjacency effect will be described by taking the case where the nonvolatile semiconductor memory device is a NOR flash memory as an example.
一般的に、NOR型フラッシュメモリは、図13に示すように、マトリクス状に配列された複数のメモリセルMCを有している。尚、図13においては、同一列のメモリセルMCのみを示している。各メモリセルMCは、半導体基板に形成されたソース領域Sおよびドレイン領域Dと、ソース領域Sとドレイン領域Dとの間のチャネル領域となる半導体基板上に形成されたゲート絶縁膜(図示せず)と、このゲート絶縁膜上に形成されたフローティングゲートFGと、このフローティングゲートFG上に形成された電極間絶縁膜(図示せず)と、この電極間絶縁膜上に形成された制御ゲートCGとを備えている。 In general, the NOR flash memory has a plurality of memory cells MC arranged in a matrix as shown in FIG. In FIG. 13, only memory cells MC in the same column are shown. Each memory cell MC includes a source region S and a drain region D formed on the semiconductor substrate, and a gate insulating film (not shown) formed on the semiconductor substrate that becomes a channel region between the source region S and the drain region D. ), A floating gate FG formed on the gate insulating film, an interelectrode insulating film (not shown) formed on the floating gate FG, and a control gate CG formed on the interelectrode insulating film And.
同一列のメモリセルMCは、同じ列内の隣接するメモリセルMCと、ソース領域Sまたはドレイン領域Dを共有している。そして、同一列のメモリセルMCのドレイン領域Dは、ビット線コンタクトBC(図示せず)を介し、共通のビット線BLに並列接続されている。また、同一行のメモリセルMCのそれぞれの制御ゲートCGは、共通のワード線WLに接続されている。 The memory cells MC in the same column share the source region S or the drain region D with the adjacent memory cells MC in the same column. The drain regions D of the memory cells MC in the same column are connected in parallel to a common bit line BL via a bit line contact BC (not shown). The control gates CG of the memory cells MC in the same row are connected to a common word line WL.
図13においては、各メモリセルMCのソース領域Sを介して接地電位が供給される構造のNOR型フラッシュメモリを示しているが、図14に示すように、同一行のメモリセルMCのソース領域Sをビット線BL以下のソース線SLで接続し、このソース線SLを介して接地電位が供給される構造であっても良い。 FIG. 13 shows a NOR flash memory having a structure in which a ground potential is supplied via the source region S of each memory cell MC. However, as shown in FIG. 14, the source region of the memory cells MC in the same row is shown. A structure in which S is connected by a source line SL below the bit line BL and a ground potential is supplied via the source line SL may be employed.
このように構成されたNOR型フラッシュメモリにおいては、各メモリセルMCの閾値調整(書き込み)は、制御ゲートCGとドレイン領域Dとに所定の電圧を印加し、ソース領域Sと半導体基板とを接地電位とすることで生じるチャネルホットエレクトロンをフローティングゲートFGに注入することによって行われる。 In the NOR type flash memory configured as described above, threshold adjustment (writing) of each memory cell MC applies a predetermined voltage to the control gate CG and the drain region D, and grounds the source region S and the semiconductor substrate. This is done by injecting channel hot electrons generated by setting the potential into the floating gate FG.
あるメモリセルMCのフローティングゲートFGに電子が注入されると、図15に示すように、上記メモリセルMCに隣接するメモリセルMCのフローティングゲートFGとの間で容量結合Cが生じ、上記隣接するメモリセルMCの閾値電圧が変化するという隣接効果が起こる。 When electrons are injected into the floating gate FG of a certain memory cell MC, as shown in FIG. 15, capacitive coupling C occurs between the floating gate FG of the memory cell MC adjacent to the memory cell MC, and the adjacent memory cell MC. The adjacent effect that the threshold voltage of the memory cell MC changes occurs.
NOR型フラッシュメモリにおいては、図16に示すように、同一列のメモリセルMCのドレイン領域Dは、ビット線コンタクトBCを介してビット線BLに接続される。このため、ビット線方向(同一列方向)の、ドレイン領域Dを共通にする隣接するメモリセル間では、ビット線コンタクトBCにより電位遮蔽されて、隣接効果は生じない。 In the NOR flash memory, as shown in FIG. 16, the drain region D of the memory cells MC in the same column is connected to the bit line BL via the bit line contact BC. For this reason, the adjacent memory cells sharing the drain region D in the bit line direction (same column direction) are shielded by the bit line contact BC, and the adjacent effect does not occur.
しかし、ワード線方向(同一行方向)の隣接するメモリセル間、およびビット線方向(同一列方向)の、ソース領域Sを共通にする隣接するメモリセル間では、隣接効果が生じる。ただし、ワード線方向(同一行方向)のソース領域Sが共通のソース配線SLに接続される図14に示すNOR型フラッシュメモリにおいては、このソース配線SLによって電位遮蔽され、ワード線方向(同一行方向)のメモリセルMC間にのみ、隣接効果が生じる。尚、NAND型フラッシュメモリにおいては、同一列のメモリセルが直列に接続された構造であるため、隣接効果は、全ての隣接するメモリセル間で生じる。 However, adjacent effects occur between adjacent memory cells in the word line direction (same row direction) and between adjacent memory cells sharing the source region S in the bit line direction (same column direction). However, in the NOR flash memory shown in FIG. 14 in which the source region S in the word line direction (same row direction) is connected to the common source line SL, the potential is shielded by the source line SL and the word line direction (same row) The adjacent effect occurs only between the memory cells MC in the direction). Since the NAND flash memory has a structure in which memory cells in the same column are connected in series, the adjacent effect occurs between all adjacent memory cells.
したがって、図13に示すNOR型フラッシュメモリにおいては少なくとも2本のワード線WLに接続されるメモリセル群への書き込みデータ、図14に示すNOR型フラッシュメモリにおいては少なくとも1本のワード線WLに接続されるメモリセル群への書き込みデータが書き込み前に確定していないと、相互に隣接効果が発生する関係にあるメモリセル群を、すべてほぼ同時に閾値調整をすることができない。 Therefore, in the NOR type flash memory shown in FIG. 13, write data to the memory cell group connected to at least two word lines WL, and in the NOR type flash memory shown in FIG. 14, connected to at least one word line WL. If the data to be written to the memory cell group to be written is not determined before writing, it is impossible to adjust the threshold value for all the memory cell groups in which the adjacent effects are generated almost simultaneously.
以下の実施形態においては、図14に示す構造のNOR型フラッシュメモリを想定し、少なくとも1本のワード線に接続されるメモリセル群の書き込みデータが確定されているとして、説明する。そして、以下の実施形態においては、各メモリセルMCの多値分布を、消去状態を(11)とした上で、残りの3状態を閾値の低いほうから(10)、(00)、(01)と定義する。 In the following embodiments, it is assumed that a NOR flash memory having the structure shown in FIG. 14 is assumed, and that write data of a memory cell group connected to at least one word line is determined. In the following embodiment, the multilevel distribution of each memory cell MC is set to (11) for the erased state, and the remaining three states are set to (10), (00), (01 ).
以下に図面を参照して本発明の実施形態を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態による不揮発性半導体記憶装置の多値データ調整方法を説明する。図1は、第1実施形態による不揮発性半導体記憶装置の多値データ調整方法を適用し得るNOR型フラッシュメモリ100の全体構成の一例を概略的に示すブロック図である。尚、前述した一般的なNOR型フラッシュメモリと実質的に同様の構成については同一の参照符号を付し、説明を省略する。
(First embodiment)
A multilevel data adjustment method for a nonvolatile semiconductor memory device according to a first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a block diagram schematically showing an example of the entire configuration of a NOR
本実施形態のNOR型フラッシュメモリ100は、例えば、アドレスラッチ101、アドレスカウンタ102、アドレスバッファ103、I/Oバッファ104、データラッチ105、メモリセルアレイ106、リード用センスアンプ回路107、カラムゲート回路108、ページバッファ109、多値圧縮回路110、書き込み回路111、ベリファイ用センスアンプ回路112、コマンドレジスタ113、内部コントローラ114、ロウデコーダ115、カラムデコーダ116、チャージポンプ回路117、レギュレータ回路118を有する。
The
図1において、アドレスラッチ101は、外部のアドレスバスからアドレスを受けてラッチする。アドレスカウンタ102は、アドレスラッチ101のラッチアドレスを受けてカウントする。アドレスバッファ103は、アドレスカウンタ102のカウント出力を受け、書き込み、読み出し、または消去するメモリセルMCに対応した内部アドレスを出力する。
In FIG. 1, an
I/Oバッファ104は、外部のデータバスと内部のデータラッチ105との間で読み出しデータ/書き込みデータを授受する。メモリセルアレイ106は、上述した一般的なNOR型フラッシュメモリと同様、複数の不揮発性メモリセルMCがマトリクス状に配置された構造を備えており、各々のメモリセルに接続されるワード線WL、ビット線BL、およびソース線SLが設けられている。また、メモリセルアレイ106は、同時並列的に書き込みおよび読み出しが可能なバンクと呼ばれる単位に分割されていても良い。
The I /
リード用センスアンプ(S/A)回路107は、読み出し時にメモリセルアレイ106内のメモリセルMCのデータを、カラムゲート回路108を介してセンスして、データラッチ105に出力する。例えば、ワード線WLに所定の読み出し電圧を印加して、ビット線BLを流れるセル電流とリファレンスセル(図示せず)を流れる参照電流とを比較することにより、メモリセルMCのデータを読み出す。
The read sense amplifier (S / A)
メモリセルMCは、比較例と同様に、フローティングゲートFGに注入される電子の量を細分化して制御することにより、4値データの記憶が可能とされている。即ち、各メモリセルMCの多値分布は、消去状態を(11)とした上で、残りの3状態を閾値電圧の低い方から(10)、(00)、(01)と定義する。尚、多値分布に対するデータの割付はこれに限るものではない。メモリセルMCが記憶可能なデータも4値に限らず、例えば、n値データ(nは4以上の正の整数)の記憶が可能な構成とすることが可能である。 As in the comparative example, the memory cell MC can store quaternary data by subdividing and controlling the amount of electrons injected into the floating gate FG. That is, in the multi-value distribution of each memory cell MC, the erased state is (11), and the remaining three states are defined as (10), (00), and (01) from the lowest threshold voltage. Note that the assignment of data to the multi-value distribution is not limited to this. The data that can be stored in the memory cell MC is not limited to four values. For example, n-value data (n is a positive integer of 4 or more) can be stored.
ページバッファ109は、データラッチ105から供給される書き込みデータをラッチする。ページバッファは、少なくとも1本のワード線WLに接続されるメモリセル群の書き込みデータを確定するのに必要な数だけ用意される。
The
多値圧縮回路110は、書き込み時にページバッファ109から供給される多値書き込みデータを圧縮し、書き込み回路111に出力する。書き込み回路111は、書き込み時に多値圧縮回路110から供給される書き込みデータが入力され、カラムゲート回路108を介して、メモリセルアレイ106内の対応するビット線BLに書き込み電圧を供給する。
The
ベリファイ用センスアンプ回路112は、所望の閾値電圧以上まで書き込みが行われたか否かを検証するベリファイ読み出し時に、メモリセルアレイ106内のメモリセルMCのデータを、カラムゲート回路108を介してセンスして、ページバッファ109に出力する。例えば、ワード線WLに所定のベリファイ電圧を印加して、ビット線BLを流れるセル電流とリファレンスセル(図示せず)を流れる参照電流とを比較することにより、メモリセルMCのデータを読み出す。
The verify
ベリファイ読み出しを行うことで、書き込みデータとベリファイ用センスアンプ112の出力データとを内部コントローラ114が比較し、一致していたら、ページバッファ109にラッチした書き込みデータを書き込み非対象データに更新し、一致していない場合は、ページバッファ109にラッチされたデータを更新せずに維持する。書き込みおよびベリファイ読み出しを繰り返して行うことで、既に十分書き込みがなされたメモリセルMCには以降書き込みを行わず、書き込み不足のメモリセルMCに対してのみ書き込みを続けることが可能となる。
By performing the verify read, the
コマンドレジスタ113は、外部のコントロールバスから入力されるコマンド(書き込みコマンド、読み出しコマンド、或いは消去コマンド等)を保持する。内部コントローラ114は、コマンドレジスタ113で保持されているコマンドを受けて、NOR型フラッシュメモリ100内の各回路を制御するための制御信号を発生する。
The
ロウデコーダ115は、アドレスバッファ103から出力される内部アドレスを受けて、メモリセルアレイ106内の対応するワード線WLを選択する。ロウデコーダ115により選択されたワード線WLには、書き込み、読み出し、消去等の各動作に応じて、書き込み電圧、読み出し電圧、消去電圧等が印加される。
The
カラムデコーダ116は、アドレスバッファ103から出力される内部アドレスを受け、内部アドレスに応じてカラムゲート回路108内のカラムゲートを選択駆動する。これにより、メモリセルアレイ106内の選択されたビット線BLに接続されたメモリセルMCのデータをリード用センスアンプ回路107、或いはベリファイ用センスアンプ回路112に読み出すことが可能となる。
The
昇圧回路であるチャージポンプ回路117は、外部電源電圧を昇圧して書き込み、読み出し、消去等の各動作に応じた高電圧(書き込み用電圧、消去用電圧等)を発生し、メモリセルアレイ106、書き込み回路111、ロウデコーダ115等に供給する。
The
レギュレータ回路118は、メモリセルMCの書き込み時や読み出し時にワード線、すなわちメモリセルMCのコントロールゲートCGに供給する電圧をチャージポンプ回路117で得られる電圧から生成し出力する。レギュレータ回路118で発生された電圧はロウデコーダ115を経由してメモリセルアレイ106内のワード線WLに供給される。
The
以下、上記構成を有するNOR型フラッシュメモリ100を例として、本実施形態に係る多値データ調整方法を説明する。
Hereinafter, the multi-value data adjustment method according to the present embodiment will be described using the NOR
フラッシュメモリにおいて、上述した隣接効果を削減するためには、書き込み対象のメモリセルMCの閾値を調整し終わった後に、隣接するメモリセルの閾値変動を極力抑制する必要がある。そのためには、まず相互に隣接効果が発生する関係にあるメモリセル群は、すべてほぼ同時に閾値調整をする必要がある。 In the flash memory, in order to reduce the above-described adjacent effect, it is necessary to suppress the threshold value fluctuation of the adjacent memory cell as much as possible after the adjustment of the threshold value of the memory cell MC to be written. For this purpose, first, it is necessary to adjust the threshold values almost simultaneously for the memory cell groups in which the adjacent effects are generated.
また、一般にNOR型フラッシュメモリは、書き込み単位(例えば、16ビットのワード単位)よりも消去単位(例えば、128Kバイトのブロック単位)の方が大きく、書き込み過ぎても、書き込み過ぎたメモリセルMCのデータのみを消去することができないので、メモリセルMCの多値データ調整時(メモリセルへの書き込みを行う時)は、過書き込みに対し注意する必要がある。 In general, the NOR flash memory has a larger erase unit (for example, 128 Kbyte block unit) than a write unit (for example, 16-bit word unit). Since only the data cannot be erased, it is necessary to pay attention to overwriting when adjusting the multi-value data of the memory cell MC (when writing to the memory cell).
図2に、本実施形態に係る多値データ調整方法により制御されるメモリセルMCの各状態の閾値分布を模式的に示す。本実施形態に係る多値データ調整方法においては、図2に示すように、状態(10)、(00)、(01)のそれぞれの目標閾値(ベリファイ電圧)Vthを、Vth1、Vth2、Vth3とし、それぞれの閾値分布の目標幅Wthを、Wth1、Wth2、Wth3とする。 FIG. 2 schematically shows a threshold distribution in each state of the memory cell MC controlled by the multi-value data adjustment method according to the present embodiment. In the multi-value data adjustment method according to the present embodiment, as shown in FIG. 2, the target threshold values (verify voltages) V th of the states (10), (00), and (01) are set to V th1 and V th2, respectively. , V th3, and the target widths W th of the respective threshold distributions are W th1 , W th2 , W th3 .
すなわち、状態(10)となるメモリセルMCの調整後の閾値は、Vth1〜Vth1+Wth1の間に存在している必要があり、状態(00)となるメモリセルMCの調整後の閾値は、Vth2〜Vth2+Wth2の間に存在している必要があり、状態(01)となるメモリセルMCの調整後の閾値は、Vth3〜Vth3+Wth3の間に存在している必要がある。また、データ読み出し時に、読み出し用センスアンプ回路107が各状態を判別するために、Vth2>Vth1+Wth1、Vth3>Vth2+Wth2の関係を満たしている。
That is, the adjusted threshold value of the memory cell MC in the state (10) needs to be between V th1 and V th1 + W th1 , and the adjusted threshold value of the memory cell MC in the state (00) Needs to exist between V th2 and V th2 + W th2 , and the threshold value after adjustment of the memory cell MC in the state (01) exists between V th3 and V th3 + W th3 There is a need. In addition, when the data is read, the read
多値の調整が行われるべきメモリセル群は、多値の調整前は、全てのメモリセルが消去状態(11)にあるものとする。すなわち、メモリセルMCの閾値の上限がVth0(<Vth1)以下であり、また、下限が0V以上であるものとする。メモリセルMCの閾値が0Vより低い場合(過消去状態)、ワード線WL電圧が0Vでビット線BLから電流がリークしてしまうためである。データ消去後に弱い書き込みとベリファイ読み出しを繰り返すことで、消去状態(11)にあるメモリセルMCの閾値は0〜Vth0の間に設定される。 It is assumed that all memory cells in the memory cell group to be subjected to multilevel adjustment are in the erased state (11) before the multilevel adjustment. That is, the upper limit of the threshold value of the memory cell MC is V th0 (<V th1 ) or less, and the lower limit is 0 V or more. This is because when the threshold value of the memory cell MC is lower than 0V (over-erased state), the current leaks from the bit line BL when the word line WL voltage is 0V. By repeating weak writing and verify reading after erasing data, the threshold value of the memory cell MC in the erased state (11) is set between 0 and Vth0 .
本実施形態の多値データ調整方法を図3に示す。本実施形態の多値データ調整方法においては、閾値調整の必要な状態(10)、(00)、(01)に関し、2種類の書き込み方式(第1の書き込み方式、および第2の書き込み方式)を定義する。 The multi-value data adjustment method of this embodiment is shown in FIG. In the multi-value data adjustment method of the present embodiment, two types of write methods (first write method and second write method) for the states (10), (00), and (01) that require threshold adjustment. Define
まず、第1の書き込み方式により、メモリセルMCに対する書き込みを行う。第1の書き込み方式においては、ベリファイ読み出しを行わないでメモリセルMCに対する書き込みを行うことを特徴とする(図3のステップS1参照)。この第1の書き込み方式は、調整後に状態(10)、(00)、(01)のいずれかになるメモリセルMCに対して、「過書き込み」が生じない書き込み電圧を、ロウデコーダ115により選択されたワード線WLを介して当該メモリセルMCの制御ゲートCGに印加することによって行う。
First, writing to the memory cell MC is performed by the first writing method. The first writing method is characterized in that writing to the memory cell MC is performed without performing verify reading (see step S1 in FIG. 3). In this first write method, the
この第1の書き込み方式による閾値調整は、各状態に対応した所定の書き込み電圧Vprgを1回のみワード線WLに印加することによって行っても良いし、所定のステップアップ幅Vstepで増加する書き込み電圧を、複数回に分けて印加することによって行っても良い。いずれにしても、過書き込みが生じない書き込み電圧とする。ステップアップ幅Vstepは、各状態(10)、(00)、(01)で異なる値に設定しても良いし、また、増加率は一定であっても良いし、一定でなくとも良い。 The threshold adjustment by the first write method may be performed by applying a predetermined write voltage Vprg corresponding to each state to the word line WL only once, or increases with a predetermined step-up width Vstep . The writing voltage may be applied by applying it in a plurality of times. In any case, the write voltage does not cause overwriting. The step-up width V step may be set to a different value in each of the states (10), (00), and (01), and the rate of increase may or may not be constant.
ここで、「過書き込み」が生じないとは、調整後のメモリセルの状態が、例えば状態(01)となる場合は、この第1の書き込みによるメモリセルMCの閾値の上限がVth3+Wth3以下であることを意味する。 Here, “overwriting” does not occur when, for example, the state of the adjusted memory cell is in the state (01), the upper limit of the threshold value of the memory cell MC by this first writing is V th3 + W th3 It means the following.
この第1の書き込み方式による閾値調整を、書き込み対象である選択ワード線WLに接続されたメモリセル群の内、調整後に状態(10)、(00)、(01)となるべき全てのメモリセルMCに対して行う。尚、ある状態の閾値調整を行う(書き込みを行う)時、同一ワード線WLに接続される他の状態となるべきメモリセルMCは、非選択(ドレイン領域Dにビット線BLから0Vが供給される)とされている。 All the memory cells that should be in the states (10), (00), and (01) after adjustment in the memory cell group connected to the selected word line WL to be written are adjusted by the first write method. Perform for MC. Note that when threshold adjustment in a certain state is performed (writing is performed), the memory cell MC to be in another state connected to the same word line WL is not selected (0 V is supplied to the drain region D from the bit line BL. It is said that.
この時、まず、調整後に最も閾値の高い状態(01)となるメモリセルMCに対して第1の書き込み方式を実施し、続いて、調整後の状態が(00)および(10)のいずれか一方となる全てのメモリセルMCに対して第1の書き込み方式を実施し、その後、他方となる全てのメモリセルMCに対して第1の書き込み方式を実施することが好ましい(図4(a)参照)。 At this time, first, the first write method is performed on the memory cell MC having the highest threshold value (01) after adjustment, and then the adjusted state is any one of (00) and (10). It is preferable that the first write method is performed on all the memory cells MC that are one, and then the first write method is performed on all the memory cells MC that are the other (FIG. 4A). reference).
これは、NOR型フラッシュメモリ100においては、調整後に最も閾値の高い状態(01)となるメモリセルMCに、隣接効果による過書き込みが発生しても問題がないからである。最も閾値の高い状態(01)の分布が隣接効果により高電圧側にシフトしたとしても、より閾値の高い状態は存在しないためデータ誤読み出しの問題はないこと、また、NOR型フラッシュメモリにおいては、メモリセルMCがビット線BLに並列に接続されているため、NAND型フラッシュメモリのように非選択のメモリセルのオン状態を保証する必要がなく、非選択のメモリセルMCのセル電流を確保するマージンを考慮しなくとも良いことによる。
This is because in the NOR
図4(a)における括弧内の数字は、第1の書き込み方式による閾値調整を行う好ましい順番を示している。この第1の書き込み方式では、ベリファイ読み出しを行うことなく書き込みが行われるため、相対的に書き込み特性の良いメモリセルMCと相対的に書き込み特性の悪いメモリセルMCとを区別することなく電子が注入され、各々の状態に対応する閾値分布の幅はかなり広がった状態となっている(図4(a)参照)。 The numbers in parentheses in FIG. 4A indicate a preferable order in which threshold adjustment is performed by the first writing method. In this first writing method, writing is performed without performing verify reading, so that electrons are injected without distinguishing between memory cells MC having relatively good writing characteristics and memory cells MC having relatively poor writing characteristics. Thus, the width of the threshold distribution corresponding to each state is considerably widened (see FIG. 4A).
第1の書き込み方式による閾値調整は、書き込み後のメモリセルMCの閾値電圧の上限をできるだけ高くすることにより、その後の第2の書き込み方式による閾値調整に要する時間を短くすることができる。また、第1の書き込みを複数回に分けて行うことにより、書き込み電流を抑制し、一括書き込みするメモリセル数を増やすことができる。また、ベリファイ読み出しを省略することで書き込み時間を短縮することが可能となる。 The threshold adjustment by the first writing method can shorten the time required for the subsequent threshold adjustment by the second writing method by making the upper limit of the threshold voltage of the memory cell MC after writing as high as possible. Further, by performing the first writing in a plurality of times, the write current can be suppressed and the number of memory cells to be collectively written can be increased. Further, the write time can be shortened by omitting the verify read.
第1の書き込み方式では、過書き込みの生じない範囲で目標閾値近傍まで閾値を高くすることが可能であるが、第1の書き込み方式が終了した時点での各状態の閾値をどの程度の範囲に設定するかは、メモリセルMCの書き込み特性、要求される書き込み時間等を考慮して適宜設定すれば良い。例えば、図4(a)のように、第1の書き込み方式による閾値調整が終了した時点で、各状態の閾値分布が目標閾値(ベリファイ電圧)Vthを超えない程度に設定すれば良い。 In the first writing method, it is possible to increase the threshold value up to the vicinity of the target threshold value in a range where overwriting does not occur, but in what range the threshold value of each state at the time when the first writing method is completed. The setting may be appropriately set in consideration of the write characteristics of the memory cell MC, the required write time, and the like. For example, as shown in FIG. 4A, the threshold distribution in each state may be set so as not to exceed the target threshold (verify voltage) Vth when the threshold adjustment by the first writing method is completed.
次に、調整後に状態(10)、(00)、(01)となるべき各メモリセルMCに対して、第2の書き込み方式による閾値調整を行う。第2の書き込み方式においては、メモリセルMCに対する書き込み後、当該メモリセルMCの目標閾値(ベリファイ電圧)Vthに対するベリファイ読み出しを、ベリファイ用センスアンプ回路112を用いて行い、書き込み不足のメモリセルMC、すなわち閾値が上記目標閾値を超えないメモリセルMCに対しては、ロウデコーダ115により選択されたワード線WLに印加する書き込み電圧Vprgを所定のステップアップ幅Vstepで増加させながら追加書き込みを行うことを特徴とする(図3のステップS2〜5参照)。
Next, threshold adjustment by the second writing method is performed on each memory cell MC that should be in the states (10), (00), and (01) after adjustment. In the second write method, after writing to the memory cell MC, verify read with respect to the target threshold value (verify voltage) Vth of the memory cell MC is performed using the verify
ステップアップ幅Vstepは、各状態(10)、(00)、(01)で異なる値に設定しても良いし、また、増加率は一定であっても良いし、一定でなくとも良い。また、第1の書き込み方式とは異なる値を設定しても良い。 The step-up width V step may be set to a different value in each of the states (10), (00), and (01), and the rate of increase may or may not be constant. Also, a value different from the first writing method may be set.
この追加書き込みとベリファイ読み出しは、書き込み不足が解消するまで繰り返す。この場合、最初にワード線WLに印加する書き込み電圧は、書き込み特性の良いメモリセルMCに対しても、「過書き込み」が生じない電圧に設定される。 This additional writing and verify reading are repeated until the writing shortage is resolved. In this case, the write voltage first applied to the word line WL is set to a voltage that does not cause “overwriting” even for the memory cell MC having good write characteristics.
また、第1の書き込み方式から第2の書き込み方式に移行した後、最初の書き込みを行う前に、ベリファイ用センスアンプ回路112を用いてベリファイ読み出しを行う(図3のステップS2参照)。これにより、既に十分に書き込まれたメモリセルMCに対し更に書き込みが行われることを防止できる。 In addition, after the transition from the first writing method to the second writing method, before the first writing, verify reading is performed using the verifying sense amplifier circuit 112 (see step S2 in FIG. 3). As a result, it is possible to prevent further writing from being performed on the memory cell MC that has already been sufficiently written.
すべてのメモリセルMCがベリファイ読み出しをパスして第2の書き込み方式による閾値調整が終了すると、各メモリセルMCの閾値は、目標閾値Vth〜目標閾値Vth+目標幅Wthの範囲に位置することになる。例えば、当該メモリセルMCの多値調整後の状態が(01)であるならばVth3〜Vth3+Wth3の範囲に位置し、(00)であるならばVth2〜Vth2+Wth2の範囲に位置し、(10)であるならばVth1〜Vth1+Wth1の範囲に位置する(図4(b)参照)。 When all the memory cells MC pass the verify read and the threshold value adjustment by the second write method is completed, the threshold value of each memory cell MC is positioned in the range of the target threshold value V th to the target threshold value V th + the target width W th. Will do. For example, if the state after the multi-value adjustment of the memory cell MC is (01), it is in the range of V th3 to V th3 + W th3 , and if it is (00), the range of V th2 to V th2 + W th2 . If it is (10), it is located in the range of V th1 to V th1 + W th1 (see FIG. 4B).
尚、図4(b)は、第2の書き込み方式による閾値調整が終了後の、各状態におけるメモリセルMCの閾値分布を示す模式図である。この第2の書き込み方式も、第1の書き込み方式と同様に、まず、調整後に最も閾値の高い状態(01)となるメモリセル10に対して、第2の書き込み方式を実施し、続いて、調整後の状態が(00)および(10)のいずれか一方となる全てのメモリセルMCに対して、第2の書き込みを実施し、その後、他方となる全てのメモリセルMCに対して第2の書き込みを実施することが好ましい。
FIG. 4B is a schematic diagram showing the threshold distribution of the memory cells MC in each state after the threshold adjustment by the second write method is completed. In the second write method, as in the first write method, first, the second write method is performed on the
図4(b)における括弧内の数字は、第2の書き込み方式による閾値調整を行う好ましい順番を示している。これは、上述したように、NOR型フラッシュメモリにおいては、調整後に最も閾値の高い状態(01)となるメモリセルMCに、隣接効果による過書き込みが発生しても問題がないからである。 The numbers in parentheses in FIG. 4B indicate a preferable order in which threshold adjustment is performed by the second writing method. This is because, as described above, in the NOR flash memory, there is no problem even if overwriting due to the adjacent effect occurs in the memory cell MC that has the highest threshold value (01) after adjustment.
以上説明したように、本実施形態によれば、相互に隣接効果が発生する関係にあるメモリセル群に対して、ベリファイを行わないで過書き込みが生じないように書き込みを行う第1の書き込み方式を用いて閾値調整を行い、その後、過書き込みが生じないように、まずベリファイ読み出しを行い、書き込み不足のメモリセルMCに対して追加書き込みとベリファイ読み出しを行う第2の書き込み方式を用いて閾値調整を行う。 As described above, according to the present embodiment, the first write method for performing writing so that overwriting does not occur without verifying the memory cell groups in which the adjacent effects are generated. Then, the threshold adjustment is performed by using the second write method in which the verify read is performed first, and the additional write and the verify read are performed on the insufficiently written memory cell MC so that overwriting does not occur. I do.
すなわち、第1の書き込み方式により、一本のワード線WLに接続されるメモリセルMCの閾値分布を、各状態の目標閾値に対してある程度全体的に近い位置にシフトさせることにより、その後の最終的な閾値分布を決定する第2の書き込み方式による閾値調整の際に受ける隣接効果を低減させることが可能である。よって、メモリセルMCの各閾値の分布を狭くすることができるとともに隣接効果を抑制することができる。 That is, the threshold value distribution of the memory cells MC connected to one word line WL is shifted to a position that is somewhat close to the target threshold value in each state to some extent by the first write method. It is possible to reduce the adjacency effect received during threshold adjustment by the second writing method for determining a typical threshold distribution. Therefore, the distribution of each threshold value of the memory cell MC can be narrowed and the adjacent effect can be suppressed.
また、本実施形態においては、状態(10)、(00)、(01)となるメモリセルMCの全てに対して第1の書き込み方式を実施し、その後に、状態(10)、(00)、(01)となるメモリセルMCの全てに対して第2の書き込み方式を実施したが、これに限定されるものではない。例えば、状態(10)、(00)、(01)となるメモリセルMCの内、特定の状態のみに対し第1の書き込み方式を実施しても良い。また、状態(10)、(00)、(01)となるメモリセルMCの内、特定の状態のみに対し第2の書き込み方式を実施しても良い。更に、例えば、下記に示す複数の変形例が考えられる。 In the present embodiment, the first write method is performed for all the memory cells MC in the states (10), (00), and (01), and then the states (10) and (00). , (2) is applied to all the memory cells MC that become (01), but the present invention is not limited to this. For example, the first write method may be performed only for a specific state among the memory cells MC in the states (10), (00), and (01). Further, the second write method may be performed only for a specific state among the memory cells MC in the states (10), (00), and (01). Further, for example, a plurality of modifications shown below can be considered.
(変形例1)
まず、状態(01)となるメモリセルMCに対して、第1の書き込み方式を実施し、目標閾値に対してある程度近い閾値分布を形成する。続いて、状態(10)または状態(00)に対し第1の書き込み方式を実施する前に、状態(01)となるメモリセルMCに対して、第2の書き込み方式を実施する。これにより、状態(10)となるメモリセルMCの閾値電圧はVth1〜Vth1+Wth1の範囲に位置する。
(Modification 1)
First, the first write method is performed on the memory cell MC in the state (01) to form a threshold distribution that is somewhat close to the target threshold value. Subsequently, before the first write method is performed on the state (10) or the state (00), the second write method is performed on the memory cell MC in the state (01). Thereby, the threshold voltage of the memory cell MC in the state (10) is located in the range of V th1 to V th1 + W th1 .
次に、状態(10)および状態(00)のうち一方の状態となるメモリセルMCに対して第1の書き込みを実施し、続いて第2の書き込み方式を実施する。その後に、他方の状態となるメモリセルMCに対して第1の書き込み方式を実施し、続いて第2の書き込み方式を実施する。 Next, the first writing is performed on the memory cell MC in one of the state (10) and the state (00), and then the second writing method is performed. Thereafter, the first write method is performed on the memory cell MC in the other state, and then the second write method is performed.
状態(01)の分布は、上述したように隣接効果による閾値電圧の変化がある程度許容されるので、このような方法によっても、メモリセルMCの各閾値の分布を狭くすることができるとともに隣接効果を抑制することができる。 Since the distribution of the state (01) allows a change in the threshold voltage due to the adjacent effect to some extent as described above, the distribution of each threshold value of the memory cell MC can be narrowed and the adjacent effect can be obtained also by such a method. Can be suppressed.
(変形例2)
まず、状態(01)となるメモリセルMCに対しては、第1の書き込み方式を実施し、目標閾値に対してある程度近い閾値分布を形成する。続いて、状態(01)となるメモリセルMCに対して、第2の書き込み方式を実施する。これにより、状態(10)となるメモリセルMCの閾値電圧はVth1〜Vth1+Wth1の範囲に位置する。
(Modification 2)
First, for the memory cell MC that is in the state (01), the first write method is performed to form a threshold distribution that is somewhat close to the target threshold value. Subsequently, the second write method is performed on the memory cell MC in the state (01). Thereby, the threshold voltage of the memory cell MC in the state (10) is located in the range of V th1 to V th1 + W th1 .
次に、状態(10)および状態(00)のうち一方の状態となるメモリセルMCに対して、第1の書き込み方式を実施することなく、第2の書き込み方式により書き込み方式を実施し、他方の状態となるメモリセルMCに対して、第1の書き込み方式を実施することなく、第2の書き込み方式により書き込み方式を実施する。 Next, with respect to the memory cell MC in one of the state (10) and the state (00), the writing method is performed by the second writing method without performing the first writing method, and the other For the memory cells MC in this state, the write method is performed by the second write method without performing the first write method.
状態(01)の分布は、上述したように隣接効果による閾値電圧の変化がある程度許容されるので、このような方法によっても、メモリセルMCの各閾値の分布を狭くすることができるとともに隣接効果を抑制することができる。 Since the distribution of the state (01) allows a change in the threshold voltage due to the adjacent effect to some extent as described above, the distribution of each threshold value of the memory cell MC can be narrowed and the adjacent effect can be obtained also by such a method. Can be suppressed.
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態による不揮発性半導体記憶装置の多値データ調整方法を説明する。本実施形態は、例えば、第1実施形態に示したNOR型フラッシュメモリ100に対して適用可能である。
(Second Embodiment)
Next, a multilevel data adjustment method for a nonvolatile semiconductor memory device according to a second embodiment of the present invention will be described. This embodiment can be applied to, for example, the NOR
第1実施形態の第1の書き込み方式はベリファイ読み出しを行わないので、書き込みを行った後の各状態(10)、(00)、(01)に対応するメモリセルMCの閾値分布は、広い。この広い閾値分布に対して第2の書き込み方式を行って閾値分布を狭くする場合、目標閾値に対して、第1の書き込み方式による書き込み終了後の閾値が遠いメモリセルMCは、第2の書き込み方式による閾値調整の過程での閾値変動量が大きいことになる。 Since the first write method according to the first embodiment does not perform verify read, the threshold distribution of the memory cells MC corresponding to the states (10), (00), and (01) after the write is performed is wide. When the threshold value distribution is narrowed by performing the second writing method on the wide threshold distribution, the memory cell MC whose threshold after the writing by the first writing method is far from the target threshold is written in the second writing method. The threshold fluctuation amount in the process of threshold adjustment by the method is large.
そうすると、目標閾値に対して、第1の書き込み方式による書き込み終了後の閾値が近いメモリセルMCは、すぐに第2の書き込み方式による閾値調整が終了するが、一方、第1の書き込み方式による書き込み終了後の閾値が遠いメモリセルMCは、追加書き込み、ベリファイ読み出しが繰り返されることとなる。したがって、第1の書き込み方式による書き込み終了後の閾値が目標閾値に対して近く、すぐに第2の書き込み方式による閾値調整が終了してしまったメモリセルMCに対する隣接効果が非常に大きくなってしまう。 As a result, the memory cell MC whose threshold after the end of writing by the first writing method is close to the target threshold value immediately ends the threshold adjustment by the second writing method, while the writing by the first writing method is completed. In the memory cell MC with the far threshold after the completion, additional writing and verify reading are repeated. Therefore, the threshold value after the end of writing by the first writing method is close to the target threshold value, and the adjacent effect on the memory cell MC in which the threshold adjustment by the second writing method has ended immediately becomes very large. .
そこで、本実施形態においては、第2の書き込み方式における閾値調整を2段階に分けて行うことを特徴とする。すなわち、第2の書き込み方式における閾値調整において、最初に目標閾値(ベリファイ電圧)Vthよりも低い閾値電圧(ロウベリファイ電圧)VLthを用いて各状態(10)、(00)、(01)の閾値調整を行い、第1の多値分布を形成する。その後、最終的な目標閾値Vthを用いて、再度各状態(10)、(00)、(01)の閾値調整を行い、第2の多値分布を形成する。 Therefore, the present embodiment is characterized in that threshold adjustment in the second writing method is performed in two stages. That is, in the threshold adjustment in the second writing method, each state (10), (00), (01) is first performed using a threshold voltage (low verify voltage) VLth lower than the target threshold (verify voltage) Vth . Are adjusted to form a first multi-value distribution. Thereafter, using the final target threshold value Vth , the threshold values of the states (10), (00), and (01) are adjusted again to form a second multi-value distribution.
本実施形態では、第2の書き込み方式において、第1の多値分布を形成する際に実施される閾値調整をロウベリファイステップ、次に、第2の多値分布を形成する際に実施される閾値調整をベリファイステップと称する。以下、本実施形態に係る閾値調整方法について、図5乃至図6(c)を参照して説明する。 In the present embodiment, in the second writing method, the threshold adjustment performed when forming the first multi-value distribution is performed when performing the low verify step, and then forming the second multi-value distribution. The threshold adjustment is referred to as a verify step. Hereinafter, the threshold adjustment method according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 5 to 6C.
図5は、本実施形態に係る多値データ閾値調整を示すフローチャートである。また、図6(a)、6(b)、6(c)に、図5の書き込みシーケンスを適用した場合のメモリセルMCの各状態の閾値分布を模式的に示す。 FIG. 5 is a flowchart showing multi-value data threshold adjustment according to the present embodiment. FIGS. 6A, 6B, and 6C schematically show threshold distributions in the respective states of the memory cell MC when the write sequence of FIG. 5 is applied.
まず、本実施形態の多値データ調整方法は、図6(a)に示すように、第1実施形態と同様に、第1の書き込み方式による書き込みを、調整後に状態(10)、(00)、(01)となる全てのメモリセルMCに対して行う。第1実施形態と同様、この第1の書き込み方式による閾値調整は、所定の書き込み電圧を1回のみワード線WLに印加することによって行っても良いし、所定のステップアップ幅で増加する書き込み電圧を、複数回に分けて印加することによって行っても良い。(図5のステップS1参照)。 First, in the multi-value data adjustment method of this embodiment, as shown in FIG. 6A, as in the first embodiment, writing by the first writing method is performed after the adjustment in the states (10), (00). , (01) for all the memory cells MC. As in the first embodiment, the threshold adjustment by the first write method may be performed by applying a predetermined write voltage to the word line WL only once, or a write voltage that increases with a predetermined step-up width. May be performed by applying in multiple steps. (See step S1 in FIG. 5).
第1の書き込み方式による閾値調整においては、第1実施形態と同様に、調整後に最も閾値の高い状態(01)となるメモリセルMCに対して書き込みを行い、続いて、調整後の状態が(00)および(10)のいずれか一方となる全てのメモリセルに対して書き込みを行い、その後、他方となる全てのメモリセルに対して書き込みを行うことが好ましい。図6(a)における括弧内の数字は、第1の書き込み方式による閾値調整を行う好ましい順番を示している。 In the threshold adjustment by the first writing method, as in the first embodiment, writing is performed on the memory cell MC that is in the state (01) having the highest threshold after the adjustment, and then the state after the adjustment is ( (00) and (10), it is preferable to write to all memory cells, and then write to all other memory cells. The numbers in parentheses in FIG. 6A indicate a preferable order in which threshold adjustment is performed by the first writing method.
その後、図6(b)に示すように、第2の書き込み方式(ロウベリファイステップ)による閾値調整を行い、第1の多値分布を形成する(図5のステップS2〜S5参照)。このロウベリファイステップで行われる書き込みは、第1実施形態とは異なり、ベリファイ読み出しを行う際にワード線WLに印可される電圧は、各状態の目標閾値Vth1、Vth2、Vth3よりも低い第1の値(ロウベリファイ電圧)VLth1、VLth2、VLth3にそれぞれ設定される。 Thereafter, as shown in FIG. 6B, threshold adjustment is performed by the second writing method (low verify step) to form a first multi-value distribution (see steps S2 to S5 in FIG. 5). Unlike the first embodiment, the write performed in this row verify step is applied with a voltage applied to the word line WL lower than the target threshold values V th1 , V th2 , and V th3 in each state. First values (low verify voltages) V Lth1 , V Lth2 and V Lth3 are set, respectively.
この第1の値VLth1、VLth2、VLth3を用いたベリファイ読み出しと追加書き込みとを繰り返すことで、各状態の閾値調整が行われる。尚、最終的な目標電圧(ベリファイ電圧)よりも低い値を設定して行われるベリファイ読み出しを、以下ではロウベリファイ読み出しと呼ぶこととする。 By repeating the adding and verify reading writing using the first value V Lth1, V Lth2, V Lth3 , threshold adjustment of each state is carried out. Note that the verify read performed by setting a value lower than the final target voltage (verify voltage) is hereinafter referred to as row verify read.
また、第1の多値分布は、各第1の値に対して目標幅となる第2の値WLth1、WLth1、WLth1がそれぞれ設定される。第1の多値分布を形成後のメモリセルMCの閾値は、各状態に対して、第1の値VLth〜第1の値VLth+第2の値WLthの範囲内にそれぞれ存在することになる。 In the first multi-value distribution, second values W Lth1 , W Lth1 , and W Lth1 that are target widths are set for the respective first values. Memory cell threshold of MC after forming a first multi-level distribution, for each state, each present in the range of the first value V Lth ~ first value V Lth + second value W Lth It will be.
ロウベリファイステップにおいては、各メモリセルMCに対して、当該メモリセルMCの目標閾値に対するロウベリファイ読み出しを行い、書き込み不足のメモリセルMC、すなわち閾値電圧が上記目標閾値を超えないメモリセルMCに対しては、ワード線WLに印加する電圧を所定のステップアップ幅で増加させながら追加書き込みとロウベリファイ読み出しを行う。この追加書き込みとロウベリファイ読み出しは、書き込み不足が解消するまで繰り返す。 In the row verify step, the row verify read is performed on each memory cell MC with respect to the target threshold value of the memory cell MC, and the memory cell MC whose write is insufficient, that is, the memory cell MC whose threshold voltage does not exceed the target threshold value. Thus, additional writing and row verify reading are performed while increasing the voltage applied to the word line WL with a predetermined step-up width. This additional writing and row verify reading are repeated until the writing shortage is resolved.
尚、本実施形態では、第1の書き込み方式から第2の書き込み方式のロウベリファイステップに移行した後、最初の書き込みを行う前に、ロウベリファイ読み出しを行う(図5のステップS2参照)。これにより、既に十分に書き込まれたメモリセルMCに対し更に書き込みが行われることを防止できる。ただし、第1の多値分布は、最終的な第2の多値分布に比較して閾値電圧が低く設定されているため、過書き込みの可能性が十分低ければ、最初のベリファイ読み出しを省略しても良い。 In the present embodiment, after shifting from the first writing method to the row verifying step of the second writing method, before performing the first writing, row verify reading is performed (see step S2 in FIG. 5). As a result, it is possible to prevent further writing from being performed on the memory cell MC that has already been sufficiently written. However, since the first multi-value distribution has a lower threshold voltage than the final second multi-value distribution, if the possibility of overwriting is sufficiently low, the first verify read is omitted. May be.
このロウベリファイステップを行うことにより形成される第1の多値分布においては、各状態の閾値電圧は、状態(10)はVLth1〜VLth1+WLth1の範囲、状態(00)はVLth2〜VLth2+WLth2の範囲、状態(10)はVLth2〜VLth2+WLth2の範囲になるように制御される。 In the first multi-level distribution formed by performing the low verify step, the threshold voltage of each state, state (10) is V Lth1 ~V Lth1 + W Lth 1 range, condition (00) is V Lth2 range of ~V Lth2 + W Lth2, state (10) is controlled to be in the range of V Lth2 ~V Lth2 + W Lth2.
ここで、第1の多値分布における各状態の閾値電圧は、例えば、VLth1+WLth1<Vth1、VLth2+WLth2<Vth2、VLth3+WLth3<Vth3なる条件を満たすように設定することができる。第1の多値分布と第2の多値分布との間の閾値電圧差が小さければ、以降のベリファイステップでの書き込み時間を短縮することが可能である。また、第1の多値分布と第2の多値分布との間の閾値電圧差がある程度大きければ、過書き込みの可能性を低減させることが可能である。 Here, the threshold voltages of the respective states in the first multi-value distribution are set so as to satisfy the conditions of, for example, V Lth1 + W Lth1 <V th1 , V Lth2 + W Lth2 <V th2 , V Lth3 + W Lth3 <V th3 be able to. If the threshold voltage difference between the first multi-value distribution and the second multi-value distribution is small, it is possible to shorten the writing time in the subsequent verify step. If the threshold voltage difference between the first multi-value distribution and the second multi-value distribution is large to some extent, the possibility of overwriting can be reduced.
ロウベリファイステップによる閾値調整においては、第1次実施形態と同様に、調整後に最も閾値の高い状態(01)となるメモリセルMCに対して書き込みを行い、続いて、調整後の状態が(00)および(10)のいずれか一方となる全てのメモリセルに対して書き込みを行い、その後、他方となる全てのメモリセルに対して書き込みを行うことが好ましい。図6(b)における括弧内の数字は、第1の書き込み方式による閾値調整を行う好ましい順番を示している。 In the threshold adjustment by the low verify step, as in the first embodiment, writing is performed on the memory cell MC that has the highest threshold value (01) after the adjustment, and then the adjusted state is (00 ) And (10), it is preferable to write to all the memory cells that are one of them, and then write to all the memory cells that are the other. The numbers in parentheses in FIG. 6B indicate a preferable order in which threshold adjustment is performed by the first writing method.
その後、図6(c)に示すように、第2の書き込み方式(ベリファイステップ)による閾値調整を行い、第2の多値分布(最終の多値分布)を形成する(図5のステップS6〜S9参照)。すなわち、各メモリセルMCに対して、当該メモリセルMCの目標閾値に対するベリファイ読み出しを行い、書き込み不足のメモリセルMCすなわち、閾値電圧が上記目標閾値を超えないメモリセルMCに対しては、ワード線WLに印加する書き込み電圧Vprgを所定のステップアップ幅Vstepで増加させながら追加書き込みとベリファイ読み出しを行う。 Thereafter, as shown in FIG. 6C, threshold adjustment is performed by the second writing method (verify step) to form a second multi-value distribution (final multi-value distribution) (steps S6 to S6 in FIG. 5). (See S9). That is, for each memory cell MC, verify reading is performed with respect to the target threshold value of the memory cell MC, and a word line is applied to a memory cell MC that is insufficiently written, ie, a memory cell MC whose threshold voltage does not exceed the target threshold value the write voltage V prg to be applied to WL perform additional writing and verify reading while increasing by a predetermined step-up width V step.
この追加書き込みとベリファイ読み出しは、書き込み不足が解消するまで繰り返す。このベリファイステップを行うことにより形成される第2の多値分布においては、それぞれの状態にあるメモリセルMCの閾値は、第1実施形態で最終的に形成される閾値分布と同様に、目標閾値Vth〜目標閾値Vth+目標幅Wthの範囲内に存在することになる。 This additional writing and verify reading are repeated until the writing shortage is resolved. In the second multi-value distribution formed by performing this verify step, the threshold value of the memory cell MC in each state is the target threshold value as in the threshold distribution finally formed in the first embodiment. It exists in the range of Vth -target threshold value Vth + target width Wth .
すなわち、当該メモリセル10の多値調整後の状態が(01)であるならばVth3〜Vth3+Wth3の範囲に位置し、(00)であるならばVth2〜Vth2+Wth2の範囲に位置し、(10)であるならばVth1〜Vth1+Wth1の範囲に位置する(図6(c)参照)。
That is, if the state after the multi-value adjustment of the
尚、第2の書き込み方式のロウベリファイステップから第2の書き込み方式のベリファイステップに移行した後、最初の書き込みを行う前に、ベリファイ読み出しを行う(図5のステップS6参照)。これにより、既に十分に書き込まれたメモリセルMCに対し更に書き込みが行われることを防止できる。 In addition, after the transition from the row verify step of the second write method to the verify step of the second write method, verify read is performed before the first write (see step S6 in FIG. 5). As a result, it is possible to prevent further writing from being performed on the memory cell MC that has already been sufficiently written.
ベリファイステップによる閾値調整においては、第1次実施形態と同様に、調整後に最も閾値の高い状態(01)となるメモリセル10に対して、書き込みを行い、続いて、調整後の状態が(00)および(10)のいずれか一方となる全てのメモリセルに対して書き込みを行い、その後、他方となる全てのメモリセルに対して書き込みを行うことが好ましい。図6(c)における括弧内の数字は、第1の書き込み方式による閾値調整を行う好ましい順番を示している。
In the threshold adjustment by the verify step, as in the first embodiment, writing is performed on the
以上説明したように、本実施形態によれば、第1の多値分布を形成し、その後に第2の多値分布(最終の多値分布)を形成しているので、第2の多値分布を形成する際のメモリセルMCの閾値変動量を削減することが可能となり、隣接効果を抑制することができる。 As described above, according to the present embodiment, since the first multi-value distribution is formed and then the second multi-value distribution (final multi-value distribution) is formed, the second multi-value distribution is formed. It is possible to reduce the threshold fluctuation amount of the memory cell MC when forming the distribution, and to suppress the adjacent effect.
尚、本実施形態においては、第1の多値分布の形成時に発生する隣接効果は、この第1の多値分布を形成する際の閾値を、目標とする閾値よりも低く設定しているため、その差で吸収することが可能となり、第2の多値分布の形成には影響が出ないようにしている。 In the present embodiment, the adjacent effect that occurs when the first multi-value distribution is formed sets the threshold value for forming the first multi-value distribution lower than the target threshold value. The difference can be absorbed, and the formation of the second multi-value distribution is not affected.
また、第2の多値分布形成時の書き込み開始時にワード線WLに印加される書き込み電圧Vprgは、書き込み特性の良いメモリセルMCが過書き込みにならないように、第1の多値分布形成終了時のワード線WLに印加した電圧よりも低い電圧から実行することが好ましい。 Further, the write voltage Vprg applied to the word line WL at the start of writing at the time of forming the second multi-value distribution is the end of the first multi-value distribution formation so that the memory cell MC having good write characteristics will not be overwritten. It is preferable to execute from a voltage lower than the voltage applied to the current word line WL.
また、本実施形態においては、調整後に状態(10)、(00)、(01)となるメモリセルMCの全てに対して第1の書き込み方式を実施し、その後に、調整後に状態(10)、(00)、(01)となるメモリセルMCの全てに対して第2の書き込み方式のロウベリファイステップを実施し、その後に、調整後に状態(10)、(00)、(01)となるメモリセルMCの全てに対して第2の書き込み方式のベリファイステップを実施したが、これに限定されるものではない。 In the present embodiment, the first write method is performed for all the memory cells MC in the states (10), (00), and (01) after adjustment, and then the state (10) after adjustment. , (00) and (01) are all subjected to the row verify step of the second writing method for all the memory cells MC, and then, after adjustment, the states (10), (00) and (01) are obtained. Although the verify step of the second write method is performed on all the memory cells MC, the present invention is not limited to this.
例えば、状態(10)、(00)、(01)となるメモリセルMCの内、特定の状態のみに対し第1の書き込み方式を実施しても良い。また、状態(10)、(00)、(01)となるメモリセルMCの内、特定の状態のみに対し第2の書き込み方式のロウベリファイステップを実施しても良い。また、状態(10)、(00)、(01)となるメモリセルMCの内、特定の状態のみに対し第2の書き込み方式のベリファイステップを実施しても良い。 For example, the first write method may be performed only for a specific state among the memory cells MC in the states (10), (00), and (01). In addition, the row verify step of the second write method may be performed only for a specific state among the memory cells MC in the states (10), (00), and (01). In addition, the verify step of the second write method may be performed only for a specific state among the memory cells MC in the states (10), (00), and (01).
更に、第1実施形態で述べたように、状態(01)の分布は隣接効果による閾値電圧の変化がある程度許容されるので、例えば、状態(01)の閾値電圧を先に調整し(状態(10)となるメモリセルMCに対し、第1の書き込み方式、第2の書き込み方式のロウベリファイステップ、第2の書き込み方式のベリファイステップを実施し)、その後、状態(10)、または(00)の閾値電圧を調整しても良い。この場合、状態(01)となるメモリセルMCの閾値調整は、ロウベリファイステップを省略しても良い。 Furthermore, as described in the first embodiment, since the distribution of the state (01) allows a change in threshold voltage due to the adjacent effect to some extent, for example, the threshold voltage of the state (01) is adjusted first (state ( 10), the first write method, the second write method row verify step, and the second write method verify step are performed on the memory cell MC that becomes 10), and then the state (10) or (00) The threshold voltage may be adjusted. In this case, the threshold value adjustment of the memory cell MC in the state (01) may omit the row verify step.
各状態に応じて、第1の書き込み方式を実施するか否か、第2の書き込み方式のロウベリファイステップを実施するか否か、第2の書き込み方式のベリファイステップを実施するか否かを設定することで、第1実施形態の変形例で述べたような種々の変形例を実現し得るものである。 In accordance with each state, whether to execute the first write method, whether to perform the row verify step of the second write method, or whether to perform the verify step of the second write method is set. By doing so, various modifications as described in the modification of the first embodiment can be realized.
(第3実施形態)
次に、本発明の第3実施形態による不揮発性半導体記憶装置の多値データ調整方法を、図7乃至図9を参照して説明する。図7および図8は、本実施形態の多値データ調整方法の手順を示すフローチャートである。図9は、本実施形態の多値データ調整方法において、ワード線WLに印加される電圧の波形図である。本実施形態は、例えば、第1実施形態に示したNOR型フラッシュメモリ100に対して適用可能である。
(Third embodiment)
Next, a multi-value data adjustment method for a nonvolatile semiconductor memory device according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 7 and 8 are flowcharts showing the procedure of the multi-value data adjustment method of the present embodiment. FIG. 9 is a waveform diagram of a voltage applied to the word line WL in the multi-value data adjustment method of this embodiment. This embodiment can be applied to, for example, the NOR
以下、書き込み時に選択ワード線WLに印加する書き込み電圧Vprgは、状態(10)の書き込み開始電圧をVprg1、状態(00)の書き込み開始電圧をVprg2、状態(01)の書き込み開始電圧をVprg3に設定されているとして説明する。ここで、Vprg1<Vprg2<Vprg3の関係が成立しているものとする。 Hereinafter, the write voltage V prg to be applied to the selected word line WL at the time of writing, the state (10) of the write start voltage V prg1, state (00) of the write start voltage V prg2, the write start voltage state (01) The description will be made assuming that V prg3 is set. Here, it is assumed that the relationship of V prg1 <V prg2 <V prg3 is established.
本実施形態の多値データ調整方法は、まず、書き込み電圧Vprgを書き込み開始電圧Vprg1に設定する(図7のステップS10)。そして、書き込み対象である選択ワード線WLに接続されたメモリセル群の内、調整後に閾値が最も低い状態(10)となるメモリセルMCの全てに対して、ベリファイ読み出し(時刻t1〜t2)を行う(図7のステップS11)。 In the multi-value data adjustment method of the present embodiment, first, the write voltage V prg is set to the write start voltage V prg1 (step S10 in FIG. 7). Then, verify read (time t1 to t2) is performed on all of the memory cells MC that are in the state (10) having the lowest threshold value after adjustment in the memory cell group connected to the selected word line WL to be written. This is performed (step S11 in FIG. 7).
ベリファイ読み出しの結果、ステップS12でベリファイがパスしたと判定されたメモリセルMC、すなわちベリファイ電圧Vth1以上の閾値電圧まで書き込まれたメモリセルMCは、次の書き込み動作(ステップS13)で書き込み対象から除かれる。一方、ベリファイ読み出しの結果、ベリファイがパスしないと判定されたメモリセルMC、すなわちベリファイ電圧Vth1まで閾値電圧が達していないメモリセルMCは、ステップS13で書き込み(時刻t2〜t3)がなされる。また、ステップS12で、状態(10)となるメモリセルMCの全てがベリファイをパスしたと判定された場合、図8に示すステップS28に進む。 As a result of the verify read, the memory cell MC determined to have passed the verify in step S12, that is, the memory cell MC written up to the threshold voltage equal to or higher than the verify voltage V th1 is the target of writing in the next write operation (step S13). Excluded. On the other hand, as a result of the verify read, the memory cell MC that is determined not to pass verify, that is, the memory cell MC that has not reached the threshold voltage to the verify voltage Vth1 , is written (time t2 to t3) in step S13. If it is determined in step S12 that all the memory cells MC in the state (10) have passed the verify, the process proceeds to step S28 shown in FIG.
その後、書き込み電圧Vprgが増大(ステップアップ)された(ステップS14)後、ステップS15において、書き込み電圧Vprgが、調整後の閾値が次に低い状態(00)の書き込み開始電圧Vprg2以上か否か判定され、書き込み開始電圧Vprg2を超えない場合にステップS11に戻り、再度ベリファイ読み出し(時刻t3〜t4)が行われる。 Thereafter, or after the write voltage V prg is increased (step-up) (step S14), and in step S15, the write voltage V prg is, the next lower state threshold after adjustment is (00) write start voltage V prg2 more If the write start voltage Vprg2 is not exceeded, the process returns to step S11, and verify read (time t3 to t4) is performed again.
すなわち、状態(10)となるメモリセルMCの全てがベリファイをパスしたと判定される、または、書き込み電圧Vprgが書き込み開始電圧Vprg2と一致するかまたは初めて超えるまで、ベリファイ読み出し動作(時刻t1〜t2、時刻t3〜t4)と書き込み動作(時刻t2〜t3)とが繰り返される(図7のステップS11〜S15参照)。 That is, all states (10) and a memory cell MC is determined to pass the verification, or, until the write voltage V prg exceeds or first matches the write start voltage V prg2, verify read operation (time t1 To t2, times t3 to t4) and the writing operation (times t2 to t3) are repeated (see steps S11 to S15 in FIG. 7).
また、各書き込み動作においてワード線WLに印加される書き込み電圧Vprgは、直前の書き込み動作においてワード線WLに印加された電圧よりもVstep(ステップアップ幅)増加された値となる。尚、増加する電圧Vstepは一定値であっても良いし、一定値でなくとも良い。例えば、時刻t2〜t3においてワード線WLに印加される書き込み電圧Vprgは、Vprg1+Vstepとなる。以下、Vstepは一定値であるものとして説明する。 In addition, the write voltage V prg applied to the word line WL in each write operation is a value that is increased by V step (step-up width) than the voltage applied to the word line WL in the immediately previous write operation. The increasing voltage V step may be a constant value or may not be a constant value. For example, the write voltage V prg applied to the word line WL at time t2 to t3 is V prg1 + V step . In the following description, V step is assumed to be a constant value.
そして、状態(10)となるメモリセルMCへのベリファイ読み出し動作と書き込み動作とが繰り返される途中で、ワード線WLに印加される書き込み電圧Vprgが、書き込み開始電圧Vprg2に一致するか、または初めて超えた場合に(時刻t5)、状態(10)のベリファイ読み出しと状態(00)のベリファイ読み出しとを順に行う(図7のステップS16、S17、図9の時刻t5〜t6、t6〜t7)。その後、ステップS18で、ベリファイをパスしたか否かの判定を行う。 Then, while the verify read operation and the write operation to the memory cell MC in the state (10) are repeated, the write voltage V prg applied to the word line WL matches the write start voltage V prg2 , or When it exceeds for the first time (time t5), the verify read in the state (10) and the verify read in the state (00) are sequentially performed (steps S16 and S17 in FIG. 7, times t5 to t6 and t6 to t7 in FIG. 9). . Thereafter, in step S18, it is determined whether or not verification has been passed.
ベリファイ読み出しの結果、ステップS18で、状態(10)、(00)となるメモリセルMCの全てがベリファイをパスしたと判定された場合は、図8に示すステップS39に進む。これに対して、ベリファイがパスしないと判定されたメモリセルMC、すなわち、ベリファイ電圧Vth1まで閾値電圧が達していない、状態(10)となるメモリセルMC、およびベリファイ電圧Vth2まで閾値電圧が達していない、状態(00)となるメモリセルMCは、ステップS19で同時に書き込みがなされる(図7のステップS19、図9の時刻t7〜t8)。 As a result of the verify read, if it is determined in step S18 that all the memory cells MC in the states (10) and (00) have passed the verify, the process proceeds to step S39 shown in FIG. On the other hand, the memory cell MC determined not to pass the verify, that is, the memory cell MC in the state (10) in which the threshold voltage has not reached the verify voltage V th1 and the threshold voltage reaches the verify voltage V th2. The memory cells MC that have not reached the state (00) are simultaneously written in step S19 (step S19 in FIG. 7, times t7 to t8 in FIG. 9).
その後、書き込み電圧Vprgが増大された(ステップS20)後、ステップS21において書き込み電圧Vprgが、調整後の閾値が状態(01)の書き込み開始電圧Vprg3以上か否か判定され、書き込み開始電圧Vprg3を超えない場合にステップS16に戻り、再度ベリファイ読み出し(時刻t8〜t9、t9〜t10)が行われる。 Thereafter, the write voltage V prg is increased (step S20) after the write voltage V prg In step S21, the threshold after adjustment is determined whether the state (01) write start voltage V prg3 above, the write start voltage If V prg3 is not exceeded, the process returns to step S16, and verify read (time t8 to t9, t9 to t10) is performed again.
すなわち、状態(10)、(00)となるメモリセルMCの全てがベリファイをパスしたと判定される、または、書き込み電圧Vprgが書き込み開始電圧Vprg3と一致するかまたは初めて超えるまで、ベリファイ読み出し動作(時刻t5〜t6、時刻t6〜t7、時刻t8〜t9、時刻t9〜t10)と、書き込み動作(時刻t7〜t8、時刻t10〜t11)とが繰り返される(図7のステップS16〜S21参照)。 That is, it is determined that all the memory cells MC in the states (10) and (00) have passed the verify, or the verify read is performed until the write voltage V prg matches the write start voltage V prg3 or exceeds for the first time. The operation (time t5 to t6, time t6 to t7, time t8 to t9, time t9 to t10) and the write operation (time t7 to t8, time t10 to t11) are repeated (see steps S16 to S21 in FIG. 7). ).
そして、状態(10)、(00)となるメモリセルMCへのベリファイ読み出し動作と書き込み動作とが繰り返される途中で、ワード線WLに印加される書き込み電圧Vprgが、書き込み開始電圧Vprg3に一致するか、または初めて超えた場合に(時刻t11)、状態(10)のベリファイ読み出しと、状態(00)のベリファイ読み出しと、状態(01)のベリファイ読み出しとを順に行う(図7のステップS22、S23、S24、図9の時刻t11〜t12、t12〜t13、t13〜t14)。その後、ステップS25で、ベリファイをパスしたか否かの判定を行う。 The write voltage V prg applied to the word line WL coincides with the write start voltage V prg3 while the verify read operation and the write operation to the memory cell MC in the states (10) and (00) are repeated. Or when it exceeds for the first time (time t11), the verify read in the state (10), the verify read in the state (00), and the verify read in the state (01) are sequentially performed (step S22 in FIG. 7, S23, S24, times t11 to t12, t12 to t13, t13 to t14 in FIG. 9). Thereafter, in step S25, it is determined whether or not verification has been passed.
ベリファイ読み出しの結果、ステップS25で、状態(10)、(00)、(01)となるメモリセルMCの全てがベリファイをパスしたと判定された場合は、書き込み対象である選択ワード線WLに接続されたメモリセル群の閾値調整を終了する。これに対して、ベリファイがパスしないと判定されたメモリセルMC、すなわち、ベリファイ電圧Vth1まで閾値電圧が達していない、状態(10)となるメモリセルMC、ベリファイ電圧Vth2まで閾値電圧が達していない、状態(00)となるメモリセルMC、およびベリファイ電圧Vth3まで閾値電圧が達していない、状態(01)となるメモリセルMCは、ステップS26で同時に書き込みがなされる(図7のステップS26、図9の時刻t14〜t15)。 As a result of the verify read, if it is determined in step S25 that all of the memory cells MC in the states (10), (00), and (01) have passed the verify, they are connected to the selected word line WL to be written. The threshold adjustment of the memory cell group thus completed is completed. On the other hand, the threshold voltage reaches the memory cell MC determined to not pass verification, that is, the memory cell MC in the state (10) in which the threshold voltage has not reached the verification voltage V th1 and the verification voltage V th2. The memory cell MC that is not in the state (00) and the memory cell MC that is in the state (01) in which the threshold voltage has not reached the verify voltage V th3 are simultaneously written in step S26 (step in FIG. 7). S26, times t14 to t15 in FIG. 9).
その後、書き込み電圧Vprgが増大された(ステップS27)後、ステップS22に戻り、再度ベリファイ読み出し(時刻t15〜t16、t16〜t17、t17〜t18)が行われる。 Thereafter, after the write voltage Vprg is increased (step S27), the process returns to step S22, and verify read is performed again (time t15 to t16, t16 to t17, t17 to t18).
すなわち、状態(10)、(00)、(01)となるメモリセルMCの全てがベリファイをパスしたと判定されるまで、ベリファイ読み出し動作(時刻t11〜t12、時刻t12〜t13、時刻t13〜t14、時刻t15〜t16、t16〜t17、t17〜t18)と、書き込み動作(時刻t14〜t15)とが繰り返される(図7のステップS22〜S27参照)。 That is, the verify read operation (time t11 to t12, time t12 to t13, time t13 to t14) is performed until it is determined that all the memory cells MC in the states (10), (00), and (01) have passed the verify. , Times t15 to t16, t16 to t17, t17 to t18) and the write operation (times t14 to t15) are repeated (see steps S22 to S27 in FIG. 7).
図7に示すステップS12で、状態(10)となるメモリセルMCの全てがベリファイをパスした場合は、図8に示すステップS28に進み、書き込み電圧Vprgが書き込み開始電圧Vprg2に設定される。そして、書き込み対象である選択ワード線WLに接続されたメモリセル群の内、調整後に状態(00)となるメモリセルMCの全てに対して、ベリファイ読み出しを行う(図8のステップS29)。 In step S12 shown in FIG. 7, if all the memory cells MC in the state (10) passes the verification, the process proceeds to step S28 shown in FIG. 8, the write voltage V prg is set to the write start voltage V prg2 . Then, verify read is performed on all the memory cells MC in the state (00) after adjustment in the memory cell group connected to the selected word line WL to be written (step S29 in FIG. 8).
ベリファイ読み出しの結果、ステップS30でベリファイがパスしたと判定されたメモリセルMC、すなわちベリファイ電圧Vth2以上の閾値電圧まで書き込まれたメモリセルMCは、次の書き込みステップ(ステップS31)で書き込み対象から除かれる。一方、ベリファイ読み出しの結果、ベリファイがパスしないと判定されたメモリセルMC、すなわちベリファイ電圧Vth2まで閾値電圧が達していないメモリセルMCは、ステップS31で書き込みがなされる。また、ステップS30で、状態(00)となるメモリセルMCの全てがベリファイをパスしたと判定された場合、図8に示すステップS39に進む。 As a result of the verify read, the memory cell MC determined to have passed the verify in step S30, that is, the memory cell MC written up to the threshold voltage equal to or higher than the verify voltage Vth2 is the target of writing in the next write step (step S31). Excluded. On the other hand, as a result of the verify read, the memory cell MC determined not to pass the verify, that is, the memory cell MC whose threshold voltage has not reached the verify voltage Vth2, is written in step S31. If it is determined in step S30 that all the memory cells MC in the state (00) have passed the verify, the process proceeds to step S39 shown in FIG.
その後、書き込み電圧Vprgが増大された(ステップS32)後、ステップS33において書き込み電圧Vprgが、状態(01)の書き込み開始電圧Vprg3以上か否か判定され、書き込み開始電圧Vprg3を超えない場合にステップS29に戻り、再度ベリファイ読み出しが行われる。 Thereafter, after the write voltage V prg is increased (step S32), it is determined in step S33 whether the write voltage V prg is equal to or higher than the write start voltage V prg3 in the state (01), and does not exceed the write start voltage V prg3 . In this case, the process returns to step S29, and verify read is performed again.
すなわち、状態(00)、(01)となるメモリセルMCの全てがベリファイをパスしたと判定される、または、書き込み電圧Vprgが書き込み開始電圧Vprg3と一致するかまたは初めて超えるまで、ベリファイ読み出し動作と書き込み動作とが繰り返される(図8のステップS29〜S33参照)。そして、ベリファイ読み出し動作と書き込み動作とが繰り返される途中で、書き込み電圧Vprgが書き込み開始電圧Vprg3と一致するかまたは初めて超えた場合に、状態(00)のベリファイ読み出しと、状態(01)のベリファイ読み出しとを順に行う(図8のステップS34、S35)。その後、ステップS36で、ベリファイをパスしたか否かの判定を行う。 That is, it is determined that all the memory cells MC in the states (00) and (01) have passed the verify, or the verify read is performed until the write voltage V prg matches the write start voltage V prg3 or exceeds for the first time. The operation and the writing operation are repeated (see steps S29 to S33 in FIG. 8). Then, when the verify read operation and the write operation are repeated, when the write voltage V prg matches or for the first time exceeds the write start voltage V prg3 , the verify read of the state (00) and the state (01) The verify reading is sequentially performed (steps S34 and S35 in FIG. 8). Thereafter, in step S36, it is determined whether or not verification has been passed.
ベリファイ読み出しの結果、ステップS36で、ベリファイがパスしたと判定された場合は、書き込み対象である選択ワード線WLに接続されたメモリセル群の閾値調整を終了する。これに対して、ベリファイがパスしないと判定されたメモリセルMC、すなわち、ベリファイ電圧Vth2まで閾値電圧が達していない、状態(00)となるメモリセルMC、およびベリファイ電圧Vth3まで閾値電圧が達していない、状態(01)となるメモリセルMCは、ステップS37で同時に書き込みがなされる。 As a result of the verify read, if it is determined in step S36 that the verify has passed, the threshold adjustment of the memory cell group connected to the selected word line WL to be written is ended. On the other hand, the memory cell MC determined not to pass the verify, that is, the memory cell MC in the state (00) in which the threshold voltage has not reached the verify voltage Vth2, and the threshold voltage reaches the verify voltage Vth3. The memory cells MC that have not reached the state (01) are simultaneously written in step S37.
その後、書き込み電圧Vprgが増大された(ステップS38)後、ステップS34に戻り、再度ベリファイ読み出し(時刻t15〜t16、t16〜t17、t17〜t18)が行われる。 After that, after the write voltage V prg is increased (step S38), the process returns to step S34, and verify read is performed again (time t15 to t16, t16 to t17, t17 to t18).
すなわち、状態(00)、(01)となるメモリセルMCの全てがベリファイをパスしたと判定されるまで、ベリファイ読み出し動作と、書き込み動作とが繰り返される(図8のステップS34〜S38参照)。 That is, the verify read operation and the write operation are repeated until it is determined that all the memory cells MC in the states (00) and (01) have passed the verify (see steps S34 to S38 in FIG. 8).
また、図7に示すステップS18で、状態(10)、(00)となるメモリセルMCの全てがベリファイをパスしたと判定された場合、または図8に示すステップS30で、状態(00)となるメモリセルMCの全てがベリファイをパスしたと判定された場合は、図8のステップ39に進み、書き込み電圧Vprgが書き込み開始電圧Vprg3に設定される。そして、書き込み対象である選択ワード線WLに接続されたメモリセル群の内、調整後に状態(01)となるメモリセルMCの全てに対して、ベリファイ読み出しを行う(図8のステップS40)。 Further, when it is determined in step S18 shown in FIG. 7 that all of the memory cells MC in the states (10) and (00) have passed the verification, or in step S30 shown in FIG. 8, the state (00) If it is determined that all the memory cells MC pass the verify, the process proceeds to step 39 in FIG. 8, and the write voltage V prg is set to the write start voltage V prg3 . Then, verify read is performed on all of the memory cells MC in the state (01) after adjustment in the memory cell group connected to the selected word line WL to be written (step S40 in FIG. 8).
ベリファイ読み出しの結果、ステップS41でベリファイがパスしたと判定されたメモリセルMC、すなわちベリファイ電圧Vth3以上の閾値電圧まで書き込まれたメモリセルMCは、次の書き込み動作(ステップS42)で書き込み対象から除かれ、処理を終了する。一方、ベリファイ読み出しの結果、ベリファイがパスしないと判定されたメモリセルMC、すなわちベリファイ電圧Vth3まで閾値電圧が達していないメモリセルMCは、ステップS42で書き込みがなされる。その後、書き込み電圧Vprgが増大された(ステップS43)後、ステップS40に戻り、再度ベリファイ読み出しが行われる。 As a result of the verify read, the memory cell MC determined to have passed the verify in step S41, that is, the memory cell MC written up to the threshold voltage equal to or higher than the verify voltage Vth3 is the target of writing in the next write operation (step S42). The process is terminated. On the other hand, as a result of the verify read, the memory cell MC determined not to pass the verify, that is, the memory cell MC whose threshold voltage has not reached the verify voltage Vth3 is written in step S42. After that, after the write voltage V prg is increased (step S43), the process returns to step S40, and verify read is performed again.
すなわち、ステップS41で、状態(01)となるメモリセルMCの全てがベリファイをパスするまで、ベリファイ読み出し動作と書き込み動作とが繰り返される(図8のステップS40〜S43参照)。 That is, in step S41, the verify read operation and the write operation are repeated until all the memory cells MC in the state (01) pass the verify (see steps S40 to S43 in FIG. 8).
尚、図7乃至図9では明記しないが、状態(10)となるメモリセルMCと、状態(00)となるメモリセルMCと、状態(01)となるメモリセルMCとに対する書き込みおよびベリファイ読み出しを繰り返す中で、例えば、ベリファイ読み出しの結果、書き込みが不十分と判定された状態(10)となるメモリセルMC、または、状態(00)となるメモリセルMCが無くなった場合、状態(01)となるメモリセルMCおよび書き込みが不十分の状態(10)となるメモリセルMC、または、状態(00)となるメモリセルMCに対してのみ書き込みが行われる。この場合、状態(10)および状態(00)に対応したベリファイ読み出しは省略して良い。 Although not explicitly shown in FIGS. 7 to 9, writing and verify reading are performed on the memory cell MC in the state (10), the memory cell MC in the state (00), and the memory cell MC in the state (01). In the repetition, for example, when the memory cell MC in the state (10) in which the write is determined to be insufficient as a result of the verify read or the memory cell MC in the state (00) disappears, the state (01) Writing is performed only to the memory cell MC and the memory cell MC that is in a state (10) where writing is insufficient, or the memory cell MC that is in the state (00). In this case, verify reading corresponding to the state (10) and the state (00) may be omitted.
また、ベリファイ読み出しの結果、例えば、書き込みが不十分と判定された状態(01)となるメモリセルMCが無くなり、且つ、書き込みが不十分と判定された状態(10)となるメモリセルMC、または、状態(00)となるメモリセルMCが未だ残っている場合、状態(10)となるメモリセルMC、または、状態(00)となるメモリセルMCに対してのみ書き込みが行われる。この場合、状態(10)または状態(00)に対応したベリファイ読み出しは省略して良い。 In addition, as a result of the verify read, for example, there is no memory cell MC in the state (01) in which the write is determined to be insufficient, and the memory cell MC in the state (10) in which the write is determined to be insufficient, or When the memory cell MC in the state (00) still remains, writing is performed only to the memory cell MC in the state (10) or the memory cell MC in the state (00). In this case, the verify reading corresponding to the state (10) or the state (00) may be omitted.
すなわち、最終的に、書き込み対象である選択ワード線WLに接続された、状態(10)、状態(00)、状態(01)となるべき全てのメモリセルMCが、ベリファイ読み出しの結果、書き込みが十分であると判定されることで、書き込み動作が終了する。尚、例えば、書き込み開始から所定の書き込み時間が経過した場合、或いは、所定の回数だけ書き込み電圧を増大(ステップアップ)した場合に、書き込みが失敗であるとして途中で書き込みを中止するように構成することも当然可能である。 That is, finally, all the memory cells MC that are to be in the state (10), the state (00), and the state (01) connected to the selected word line WL to be written are written as a result of the verify read. When it is determined that it is sufficient, the write operation is completed. Note that, for example, when a predetermined write time has elapsed from the start of writing, or when the write voltage is increased (step-up) a predetermined number of times, the write is interrupted on the way because the write has failed. Of course it is also possible.
このように、本実施形態においては、調整閾値の低い状態(10)となるメモリセルMCから状態(00)となるメモリセルMCに、そして状態(01)となるメモリセルMCに、書き込み電圧を増大させて順次書き込んでいく。そして、書き込み電圧を増大させて、書き込み動作およびベリファイ読み出し動作を繰り返していくと、次の調整閾値である状態、例えば、状態(00)となるメモリセルMCに対する書き込み開始電位と一致する。すると、ベリファイ読み出しがパスしない状態(10)となるメモリセルMCの他に、状態(00)となるメモリセルに対しても書き込み対象として同時に処理可能にしているので、書き込み時間の短縮を図ることができる。 Thus, in the present embodiment, the write voltage is applied from the memory cell MC in the low adjustment threshold state (10) to the memory cell MC in the state (00) and from the memory cell MC in the state (01). Increase and write sequentially. Then, when the write voltage is increased and the write operation and the verify read operation are repeated, the write adjustment potential coincides with the write start potential for the memory cell MC in the next adjustment threshold state, for example, the state (00). Then, in addition to the memory cell MC in the state (10) in which the verify read does not pass, the memory cell in the state (00) can be simultaneously processed as a write target, thereby reducing the write time. Can do.
尚、メモリセルMCの書き込み特性が良く、書き込み電圧Vprgが次に閾値の高い状態(00)の書き込み開始電圧Vprg2に達する前に、状態(10)の書き込みが終了した場合、書き込み電圧Vprgを状態(00)の書き込み開始電圧Vprg2にセットし、書き込みを開始しても良い。状態(00)の書き込み開始後に、書き込み電圧が状態(01)の書き込み開始電圧Vprg3に達した場合、状態(00)および状態(01)に対する書き込みを行えば良い。 In addition, good writing characteristics of the memory cell MC, before reaching the write start voltage V prg2 the high write voltage V prg is the next threshold state (00), when the write state (10) is completed, the write voltage V The write may be started by setting prg to the write start voltage Vprg2 in the state (00). When the write voltage reaches the write start voltage Vprg3 of the state (01) after the start of the write of the state (00), the write to the state (00) and the state (01) may be performed.
また、メモリセルMCの書き込み特性が良く、書き込み電圧Vprgが次に閾値の高い状態(01)の書き込み開始電圧に達する前に、状態(10)および状態(00)の書き込みが終了した場合、書き込み電圧Vprgを状態(01)の書き込み開始電圧Vprg3にセットし、書き込みを開始しても良い。 In addition, when the writing characteristics of the memory cell MC are good and the writing of the state (10) and the state (00) is finished before the writing voltage Vprg reaches the writing start voltage of the state (01) having the next highest threshold value, the write voltage V prg is set to write start voltage V prg3 of the state (01), may start writing.
また、本実施形態に係る多値データ調整方法は、第1実施形態、第2実施形態と組み合わせて用いても良い。すなわち、第1実施形態における第2の書き込み方式、第2実施形態における第2の書き込み方式において、本実施形態に係る多値データ調整方法を使用しても良い。第2実施形態においては、ロウベリファイステップおよびベリファイステップの両方に対し本実施形態を適用しても良いし、何れか一方に本実施形態を適用しても良い。 The multi-value data adjustment method according to this embodiment may be used in combination with the first embodiment and the second embodiment. That is, the multi-value data adjustment method according to this embodiment may be used in the second writing method in the first embodiment and the second writing method in the second embodiment. In the second embodiment, the present embodiment may be applied to both the row verify step and the verify step, or the present embodiment may be applied to any one of them.
以上説明したように、本実施形態によれば、書き込み対象である選択ワード線WLに接続された、複数の閾値状態に調整されるメモリセルMCに対して同時に書き込みを行うので、書き込み時間の短縮を図ることができる。 As described above, according to the present embodiment, writing is simultaneously performed on the memory cells MC connected to the selected word line WL to be written and adjusted to a plurality of threshold states, so that the writing time is shortened. Can be achieved.
尚、本実施形態においては、調整閾値が低い状態(10)から始めて、調整閾値が段々高くなる状態に移行していった。しかし、本実施形態の一変形例として、以下のような多値データ調整方法を用いても良い。 In this embodiment, the adjustment threshold is gradually increased from the state (10) where the adjustment threshold is low. However, as a modification of the present embodiment, the following multi-value data adjustment method may be used.
(変形例1)
まず調整閾値の最も高い状態(01)となるメモリセルMCに対して書き込みステップとベリファイステップを繰り返して行うことにより、状態(01)となるメモリセルに対する閾値調整を完了する。その後、本実施形態と同様に、調整閾値の最も低い状態(10)から書き込み動作とベリファイ読み出し動作とを繰り返す。
(Modification 1)
First, the threshold adjustment for the memory cell in the state (01) is completed by repeatedly performing the write step and the verify step for the memory cell MC in the state (01) having the highest adjustment threshold. Thereafter, as in the present embodiment, the write operation and the verify read operation are repeated from the state (10) with the lowest adjustment threshold.
そして、書き込み電圧Vprgが次の調整閾値となる状態(00)の書き込み開始電位Vprg2と一致した場合には、ベリファイ読み出しがパスしていない状態(10)となるメモリセルMCと共に、状態(00)となるメモリセルMCに対しても書き込み動作とベリファイ読み出し動作とを繰り返す。 When the write voltage V prg coincides with the write start potential V prg2 in the state (00) that is the next adjustment threshold, the state (in addition to the memory cell MC in the state (10) in which the verify read is not passed) The write operation and the verify read operation are repeated for the memory cell MC that becomes 00).
この繰り返しは、ベリファイ読み出しがパスしていない状態(10)となるメモリセルMCが無くなるまで行われる。その後、状態(00)となるメモリセルMCに対して書き込み動作とベリファイ読み出し動作とを繰り返す。 This repetition is repeated until there are no more memory cells MC in the state (10) where the verify read is not passed. Thereafter, the write operation and the verify read operation are repeated for the memory cell MC in the state (00).
この変形例による多値データ調整方法は、本実施形態と同様に、書き込み時間の短縮を図ることができる。また、本変形例においては、まず、調整閾値の高い状態(01)となるメモリセルMCに対して、閾値の調整を行って所望の分布を形成した後、他の調整閾値の状態となるメモリセルMCに対して閾値調整を行うので、状態(10)、(00)となるメモリセルMCが受ける隣接効果を抑制することができる。 The multi-value data adjustment method according to this modification can shorten the writing time as in the present embodiment. In this modification, first, a memory cell MC that is in a state (01) with a high adjustment threshold is subjected to threshold adjustment to form a desired distribution, and then a memory that is in another adjustment threshold state. Since the threshold adjustment is performed on the cell MC, the adjacent effect received by the memory cell MC in the states (10) and (00) can be suppressed.
(第4実施形態)
次に、本発明の第4実施形態による不揮発性半導体記憶装置の多値データ調整方法を、図10を参照して説明する。図10は、本実施形態の多値データ調整方法の手順を示すフローチャートである。本実施形態は、例えば、第1実施形態に示したNOR型フラッシュメモリ100に対して適用可能である。
(Fourth embodiment)
Next, a multi-value data adjustment method of the nonvolatile semiconductor memory device according to the fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 10 is a flowchart showing the procedure of the multi-value data adjustment method of this embodiment. This embodiment can be applied to, for example, the NOR
本実施形態の多値データ調整方法は、第1実施形態および第2実施形態において、書き込み動作中に中断動作(サスペンド動作)が発生した場合の多値データ調整方法である。本実施形態においては、例えば、外部のコマンドバスから入力されるサスペンドコマンドによりサスペンド状態とされ、書き込み動作を中断して読み出し動作を実行し、また、外部のコマンドバスから入力されるレジュームコマンドによりサスペンド状態から復帰する機能を有した不揮発性半導体記憶装置を想定する。 The multi-value data adjustment method according to the present embodiment is a multi-value data adjustment method when an interruption operation (suspend operation) occurs during a write operation in the first embodiment and the second embodiment. In the present embodiment, for example, the suspend command is entered by the suspend command input from the external command bus, the write operation is interrupted, the read operation is executed, and the suspend command is input by the resume command input from the external command bus. A nonvolatile semiconductor memory device having a function of returning from a state is assumed.
まず、図10のステップS50に示すように、調整後に状態(10)、(00)、(01)のいずれかとなる各メモリセルMCに対して書き込みを行う。この書き込み中にサスペンドコマンドが入力されると(ステップS51)、書き込み中のメモリセルMCの閾値調整が終了する前であっても、即時に書き込み動作を中止する。 First, as shown in step S50 of FIG. 10, writing is performed on each memory cell MC that is in any of the states (10), (00), and (01) after adjustment. When a suspend command is input during the writing (step S51), the writing operation is immediately stopped even before the threshold adjustment of the memory cell MC being written is completed.
そして、上記書き込みが第1の書き込み方式によるものであるか、或いは、第2の書き込み方式によるものであるか判定し(ステップS52)、ベリファイ読み出しを伴う第2の書き込み方式の場合には、中断から復帰後(レジューム後)、ベリファイ読み出しを行う(ステップS53)。 Then, it is determined whether the writing is performed by the first writing method or the second writing method (step S52). If the second writing method is accompanied by verify reading, the interruption is interrupted. After returning from (after resume), verify read is performed (step S53).
その後、ベリファイ読み出し結果を参照して、サスペンドコマンドの入力に従って書き込みを途中で中止した、書き込み対象のメモリセルMCの閾値調整が終了したか否かの判定を行い(ステップS54)、終了していない場合には、ステップS50に戻り、追加書き込みを行う。 Thereafter, referring to the verify read result, it is determined whether or not the threshold adjustment of the write target memory cell MC, which has been interrupted in accordance with the input of the suspend command, has been completed (step S54), and has not been completed. In this case, the process returns to step S50 to perform additional writing.
また、ステップS52において、ベリファイ読み出しを伴わない第1の書き込み方式の場合には、中断から復帰後(レジューム後)、書き込みアドレスをインクリメントして(ステップS56)、その後、ステップS50に戻り書き込み動作を行う。このように、ベリファイ読み出しを伴わない第1の書き込み方式の場合、レジューム後に過書き込みを防止するため、同一アドレスのメモリセルMCに対する再書き込みを行わず、次のアドレスのメモリセルMCに対する書き込みから開始する。 In step S52, in the case of the first writing method that does not involve verify reading, after returning from the interruption (after resume), the write address is incremented (step S56), and then the process returns to step S50 to perform the write operation. Do. As described above, in the case of the first writing method without verify reading, in order to prevent overwriting after resuming, rewriting to the memory cell MC at the same address is not performed, and writing to the memory cell MC at the next address is started. To do.
書き込み中にサスペンドコマンドの入力がない場合は、書き込み後にステップS55に進み、上記書き込みが第2の書き込み方式によるものであるか否かの判定を行う(ステップS55)。ベリファイ読み出しを伴わない第1の書き込み方式の場合には、書き込みアドレスをインクリメントしてステップS50に戻り、書き込みを実行する。 If no suspend command is input during writing, the process proceeds to step S55 after writing, and it is determined whether or not the writing is based on the second writing method (step S55). In the case of the first writing method that does not involve verify reading, the write address is incremented and the process returns to step S50 to execute writing.
ステップ55において、ベリファイ読み出しを伴う第2の書き込み方式の場合には、ステップS53に進み、ベリファイ読み出しを行う。このように、ベリファイ読み出しを伴う第2の書き込み方式の場合、レジューム後に過書き込みを防止するため、同一アドレスのメモリセルMCに対するベリファイ読み出しから開始し、その後書き込みを実行する。 In step 55, in the case of the second writing method with verify read, the process proceeds to step S53, and verify read is performed. As described above, in the case of the second write method with verify read, in order to prevent overwriting after resuming, the verify read for the memory cell MC at the same address is started, and then the write is executed.
上述したように、本実施形態においては、過書き込み防止のため、書き込み中のメモリセルMCの閾値調整が終了する前であっても、即時に書き込み動作を中止し、ベリファイを伴う第2の書き込み方式の場合には、中断から復帰後(レジューム後)、ベリファイ読み出しから行うことで過書き込みを防止し、その後の閾値分布を保証する。また、ベリファイ読み出しを伴わない第1の書き込み方式の場合には、レジューム後に同一アドレスのメモリセルMCに対する再書き込みを行わず、次のアドレスのメモリセルMCに対する書き込みから開始することで過書き込みを防止し、その後の閾値分布を保証する。 As described above, in the present embodiment, in order to prevent overwriting, even before the threshold adjustment of the memory cell MC being written is completed, the write operation is immediately stopped and the second write accompanied by verification is performed. In the case of the method, overwriting is prevented by performing the verify reading after returning from the interruption (after resume), and the subsequent threshold distribution is guaranteed. Further, in the case of the first writing method not accompanied with verify reading, overwriting is prevented by starting from writing to the memory cell MC at the next address without performing rewriting to the memory cell MC at the same address after resume. And guarantees the subsequent threshold distribution.
尚、第1実施形態および第2実施形態と第3実施形態を組み合わせた場合についても、同様に本実施形態を適用することが可能である。 It should be noted that the present embodiment can be similarly applied to the case where the first embodiment, the second embodiment, and the third embodiment are combined.
(第5実施形態)
次に、本発明の第5実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の多値データ調整方法を、図11乃至図12(b)を参照して説明する。図11は、本実施形態の多値データ調整方法の手順を示すフローチャートであり、図12(a)、12(b)は、本実施形態の多値データ調整方法を説明する模式図である。本実施形態は、例えば、第1実施形態に示したNOR型フラッシュメモリ100に対して適用可能である。
(Fifth embodiment)
Next, a multi-value data adjustment method for a nonvolatile semiconductor memory device according to a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 11 to 12B. FIG. 11 is a flowchart showing the procedure of the multi-value data adjustment method of the present embodiment, and FIGS. 12A and 12B are schematic diagrams for explaining the multi-value data adjustment method of the present embodiment. This embodiment can be applied to, for example, the NOR
以下、書き込み(電子の注入)対象となるメモリセルMCを選択メモリセル、選択メモリセルが接続されるワード線WLを選択ワード線、選択メモリセルが接続されるビット線BLを選択ビット線と呼び、選択メモリセル以外のメモリセルMCを非選択メモリセル、選択ワード線以外のワード線WLを非選択ワード線、選択ビット線以外のビット線BLを非選択ビット線BLと呼ぶ場合がある。 Hereinafter, a memory cell MC to be written (electron injection) is referred to as a selected memory cell, a word line WL to which the selected memory cell is connected is referred to as a selected word line, and a bit line BL to which the selected memory cell is connected is referred to as a selected bit line. The memory cells MC other than the selected memory cell may be referred to as non-selected memory cells, the word lines WL other than the selected word line may be referred to as non-selected word lines, and the bit lines BL other than the selected bit line may be referred to as non-selected bit lines BL.
NOR型フラッシュメモリの場合、書き込み時に同一ビット線BL上の非選択メモリセルが流すリーク電流によって、書き込みを行うべき当該メモリセルMCの書き込み特性が劣化し、書き込み時間が増加する。 In the case of a NOR flash memory, the write characteristics of the memory cell MC to be written to deteriorate due to a leak current flowing through unselected memory cells on the same bit line BL during writing, and the writing time increases.
そのため、図12(a)に示すように、非選択メモリセルのワード線WLの電圧を、負側(例えば、−1V)に下げて、リーク電流を抑制する方法がとられる。しかしながら、選択メモリセルに接続されたワード線WLに印加される書き込み電圧Vprg(例えば、+9V)が高いと、その負電位と正電位の差(例えば、10V)でメモリセルMC、或いは周辺素子の耐圧を超える事象が発生するおそれがある。尚、書き込み時に非選択ワード線に印加される上述の負電圧を、以下、制御電圧Vregと呼ぶこととする。 Therefore, as shown in FIG. 12A, a method is adopted in which the voltage of the word line WL of the unselected memory cell is lowered to the negative side (for example, −1 V) to suppress the leakage current. However, when the write voltage V prg (for example, + 9V) applied to the word line WL connected to the selected memory cell is high, the memory cell MC or the peripheral element is determined by the difference between the negative potential and the positive potential (for example, 10V). There is a possibility that an event exceeding the pressure resistance of the The above-described negative voltage applied to the unselected word line at the time of writing is hereinafter referred to as a control voltage V reg .
本実施形態においては、第3実施形態のように多値分布を形成していく途中で、図12(b)に示すように、ワード線WLの書き込み電圧Vprgが規定値を超えない値までは制御電圧Vregをより低い値に下げて(例えば、−3V)、一括書き込みメモリセル数を、例えば16ビット(1ワード)から64ビット(4ワード)に増やす。 In the present embodiment, as shown in FIG. 12B, while the multi-value distribution is being formed as in the third embodiment, the write voltage V prg of the word line WL does not exceed the specified value. Decreases the control voltage V reg to a lower value (for example, −3 V), and increases the number of batch write memory cells from, for example, 16 bits (1 word) to 64 bits (4 words).
そして、書き込み電圧Vprgを増大させて書き込みを行う途中で、書き込み電圧Vprgが規定値以上の電圧になったら制御電圧Vregを戻し(例えば、図12(a)に示すように−1V)、一括書き込みメモリセル数も例えば64ビット(4ワード)から16ビット(1ワード)に戻すことで、書き込み時間の短縮を図ることができる。ここで、一括書き込みメモリセル数を変更する(切り替える)規定値は、メモリセルMC、或いは周辺素子の耐圧、および許容されるリーク電流等を考慮して適宜決定すれば良い。 In the middle of performing writing by increasing the write voltage Vprg , the control voltage Vreg is returned when the write voltage Vprg becomes equal to or higher than a specified value (for example, -1V as shown in FIG. 12A). The write time can be shortened by returning the number of batch write memory cells from, for example, 64 bits (4 words) to 16 bits (1 word). Here, the specified value for changing (switching) the number of batch write memory cells may be appropriately determined in consideration of the breakdown voltage of the memory cell MC or the peripheral element, the allowable leakage current, and the like.
本実施形態の多値データ調整方法は、まず、図11のステップS60に示すように、例えば、16ビット一括書き込みを行った後、ベリファイ読み出しを行う(ステップS61)。そして、ベリファイ読み出しの結果、16ビット全てのメモリセルMCの書き込みが終了したか否かを判定し(ステップS62)、書き込み終了と判定された場合は、調整動作を終了する。 In the multi-value data adjustment method of the present embodiment, first, as shown in step S60 of FIG. 11, for example, after 16-bit batch writing is performed, verify reading is performed (step S61). Then, as a result of the verify read, it is determined whether or not the writing of all the 16-bit memory cells MC has been completed (step S62). If it is determined that the writing has been completed, the adjustment operation is terminated.
ベリファイ読み出しの結果、目標閾値Vthに達しないメモリセルMCがあり、書き込みが終了しない場合は、ステップS63に進み、書き込み電圧Vprg(すなわちワード線WLに印加する電圧)をVstep(ステップアップ幅)増大させる。 As a result of the verify read, if there is a memory cell MC that does not reach the target threshold value Vth and the write operation is not completed, the process proceeds to step S63 and the write voltage Vprg (that is, the voltage applied to the word line WL) is set to Vstep (step up). Width) increase.
そして、この書き込み電圧Vprgに対してデータが書き込まれるメモリセルMCの耐圧に余裕があるか否か(書き込み電圧Vprgが規定値以上であるか否か)をステップS64で判定し、余裕がない場合は、選択されたワード線WLに接続される16個のメモリセルMCに対して一括書き込み(すなわち16ビットの一括書き込み)を行い(ステップS65)、余裕が在る場合は、非選択のメモリセルMCのワード線WLの電圧を下げて、選択ワード線WLに接続される64個のメモリセルMCに対して一括書き込み(すなわち64ビットの一括書き込み)を行う(ステップS66)。 Then, in step S64, it is determined whether or not the withstand voltage of the memory cell MC into which data is written with respect to the write voltage Vprg has a margin (whether or not the write voltage Vprg is equal to or higher than a specified value). If not, batch writing (that is, 16-bit batch writing) is performed on the 16 memory cells MC connected to the selected word line WL (step S65). The voltage of the word line WL of the memory cell MC is lowered, and batch writing (that is, 64-bit batch writing) is performed on the 64 memory cells MC connected to the selected word line WL (step S66).
そして、一括書き込みが終了するとステップS67に進み、現在のアドレスが最後のアドレスでない場合はステップS61に戻り、ベリファイ読み出しを行う。最後のアドレスである場合は現在のアドレスに1を加えてステップS60に戻り、上述した動作を繰り返す。 When the batch writing is completed, the process proceeds to step S67. If the current address is not the last address, the process returns to step S61 to perform verify reading. If it is the last address, 1 is added to the current address and the process returns to step S60 to repeat the above-described operation.
以上説明したように、本実施形態によれば、ワード線WLに印加する電圧の耐圧違反が発生しない範囲では負側の電圧をより下げて、一括書き込みを行うメモリセル数を増やすことで、書き込み時間の短縮を図ることができる。尚、本実施形態は、上述した第1実施形態乃至第4実施形態と組み合わせて適用することも可能である。 As described above, according to the present embodiment, the voltage applied to the word line WL can be reduced by lowering the negative voltage and increasing the number of memory cells for batch writing in a range where no breakdown of the breakdown voltage occurs. Time can be shortened. Note that this embodiment can also be applied in combination with the first to fourth embodiments described above.
(第6実施形態)
次に、本発明の第6実施形態による不揮発性半導体記憶装置の多値データ調整方法を説明する。本実施形態は、例えば、第1実施形態に示したNOR型フラッシュメモリ100に対して適用可能である。
(Sixth embodiment)
Next, a multi-value data adjustment method for a nonvolatile semiconductor memory device according to a sixth embodiment of the present invention will be described. This embodiment can be applied to, for example, the NOR
本実施形態の多値データ調整方法は、第1実施形態または第2実施形態のように多値分布を形成していく場合、選択ワード線WLに印加される書き込み電圧Vprgを比較的高くしなくてもいい、低い閾値の状態(10)、(00)となるメモリセルMCの多値データを調整する時に、非選択メモリセルのワード線WLに印加する制御電圧Vregをより下げて、一括書き込みメモリセル数を増やし、高い閾値の状態(01)となるメモリセルMCの調整時には負側の電圧を戻し、一括書き込みメモリセル数も少なくすることにより行う。これにより、書き込み時間の短縮を図ることができる。尚、本実施形態は、上述した第1実施形態乃至第4実施形態と組み合わせて適用することも可能である。 In the multi-value data adjustment method of this embodiment, when a multi-value distribution is formed as in the first embodiment or the second embodiment, the write voltage V prg applied to the selected word line WL is made relatively high. When adjusting the multi-value data of the memory cell MC that is in the low threshold state (10), (00), the control voltage V reg applied to the word line WL of the non-selected memory cell is further lowered, This is done by increasing the number of batch write memory cells and returning the negative voltage to reduce the number of batch write memory cells when adjusting the memory cells MC that are in the high threshold state (01). Thereby, the writing time can be shortened. Note that this embodiment can also be applied in combination with the first to fourth embodiments described above.
(応用例)
以下、上記構成および機能を有するNOR型フラッシュメモリ100を半導体チップに搭載した一例について説明する。尚、応用例に係るNOR型フラッシュメモリ100に対しては、上述した第1実施形態乃至第6実施形態で示した制御方法が適用し得る。
(Application example)
Hereinafter, an example in which the NOR
図17は、本発明の一態様である第1実施形態に係るNOR型フラッシュメモリ100を備えた半導体チップ(マルチ・チップ・パッケージ:MCP(Multi Chip Package))1000の一例を示す断面図である。
FIG. 17 is a cross-sectional view showing an example of a semiconductor chip (multi-chip package: MCP) 1000 including the NOR
図17に示すように、半導体チップ1000は、基板1001上に順次積層されたNAND型フラッシュメモリ1002、スペーサ1003、NOR型フラッシュメモリ100、スペーサ1004、PSRAM(Pseudo Static Random Access Memory)1005、およびコントローラ1006を同一パッケージ内に搭載している。
As shown in FIG. 17, a
NAND型フラッシュメモリ1002は、例えば、多値データの記憶が可能な複数のメモリセルを有している。また、半導体チップ1000において、PSRAMに換えて、SDRAM(Synchronous Dynamic Random Access Memory)を用いた構成であっても良い。
The
上記メモリのうち、メモリシステムによる用途により、NAND型フラッシュメモリ1002は、例えば、データ格納用メモリとして使用される。また、NOR型フラッシュメモリ100は、例えば、プログラム格納用メモリとして使用される。また、PSRAM1005は、例えば、ワーク用メモリとして使用される。
Among the above memories, the
コントローラ1006は、主としてNAND型フラッシュメモリ1002に対するデータ入出力制御、データ管理を行う。コントローラ1006は、ECC訂正回路(図示せず)を有しており、データを書き込む際には誤り訂正符合(ECC)付加し、読み出す際にも誤り訂正符号の解析・処理を行う。
The
NAND型フラッシュメモリ1002、NOR型フラッシュメモリ100、PSRAM1005、およびコントローラ1006は、ワイヤ1007により基板1001にボンディングされている。
The
基板1001の裏面に設けられた各半田ボール1008は、それぞれワイヤ1007に電気的に接続されている。パッケージ形状としては、例えば、各半田ボール1008が二次元的に配置された表面実装型のBGA(Ball Grid Array)が採用される。
Each
次に、上記半導体チップ1000を、電子機器の一例である携帯電話に適用する場合について説明する。
Next, a case where the
図18は、半導体チップ1000を内部に実装する携帯電話を示す図である。図18に示すように、携帯電話2000は、メイン画面2001を有する本体上部2002と、キーパッド2003を有する本体下部2004と、を備えている。この携帯電話2000には、半導体チップ1000が搭載される。
FIG. 18 is a diagram showing a mobile phone in which the
携帯電話2000に搭載されたCPU(図示せず)は、半導体チップ1000にインターフェイス(図示せず)を介してアクセスし、データ等の転送を行うようになっている。携帯電話2000は、例えば、NAND型フラッシュメモリ1002をユーザデータの格納領域として、NOR型フラッシュメモリ100をファームウェア等のプログラム格納領域として使用する。
A CPU (not shown) mounted on the
この様なメモリシステムにおいて、NOR型フラッシュメモリ100には、高速な書き込み動作が要求される。また一方で、アプリケーションソフトの高機能化に伴い、格納すべきプログラムのデータ量も増大傾向にある。
In such a memory system, the NOR
本発明の一態様である第1実施形態に係るNOR型フラッシュメモリ100は、多値データを保持可能なメモリセルを備えるとともに、上述した閾値調整方法を用いて書き込み時間を短縮することで、上記課題を解決することが可能である。
The NOR
尚、半導体チップ1000は、上記携帯電話以外にも、パーソナルコンピュータ、デジタルスチルカメラ、PDA等の各種電子機器に適用することができる。
The
MC メモリセル
S ソース領域
D ドレイン領域
SL ソース線
FG フローティングゲート
CG 制御ゲート
BC ビット線コンタクト
BL ビット線
WL ワード線
100 NOR型フラッシュメモリ
101 アドレスラッチ
102 アドレスカウンタ
103 アドレスバッファ
104 I/Oバッファ
105 データラッチ
106 メモリセルアレイ
107 リード用センスアンプ回路
108 カラムゲート回路
109 ページバッファ
110 多値圧縮回路
111 書き込み回路
112 ベリファイ用センスアンプ回路
113 コマンドレジスタ
114 内部コントローラ
115 ロウデコーダ
116 カラムデコーダ
118 レギュレータ回路
1000 半導体チップ
1001 基板
1002 NAND型フラッシュメモリ
1003、1004 スペーサ
1005 PSRAM
1006 コントローラ
1007 ワイヤ
1008 半田ボール
2000 携帯電話
2001 メイン画面
2002 本体上部
2003 キーパッド
2004 本体下部
MC memory cell S source region D drain region SL source line FG floating gate CG control gate BC bit line contact BL bit line
1006
Claims (5)
第1の目標閾値に調整される第1のメモリセルの書き込み時に前記ワード線に印加される書き込み電圧が、前記第1の目標閾値の次に閾値電圧が高い第2の目標閾値に調整される第2のメモリセルの書き込み開始電圧以上となった場合に、前記第1のメモリセルと、前記第1のメモリセルと共通の前記ワード線に接続される前記第2のメモリセルとに対して、同時に書き込みを行うステップ、
を備えていることを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の閾値制御方法。 For the memory cell having a memory cell capable of holding a multi-valued state by adjusting a threshold voltage and a word line commonly connected to the plurality of memory cells and adjusted to a state other than an erased state A threshold control method for a non-volatile semiconductor memory device that performs verify reading and performs writing by increasing a write voltage applied to the word line to the memory cell that has not reached a target threshold value,
The write voltage applied to the word line at the time of writing to the first memory cell adjusted to the first target threshold is adjusted to the second target threshold having the second highest threshold voltage after the first target threshold. When the voltage exceeds the write start voltage of the second memory cell, the first memory cell and the second memory cell connected to the word line in common with the first memory cell , Writing simultaneously,
A method for controlling a threshold value of a nonvolatile semiconductor memory device, comprising:
を更に備えていることを特徴とする請求項1に記載の不揮発性半導体記憶装置の閾値制御方法。 After adjusting the threshold distribution of the third memory cell adjusted to the third target threshold value having the highest threshold voltage, the first memory cell connected to the word line in common with the third memory cell A write step of adjusting the threshold distribution of the second memory cell connected to the word line common to the third memory cell after adjusting the threshold distribution and adjusting the threshold distribution of the first memory cell. ,
The threshold value control method for a nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, further comprising:
を更に備えている請求項1または請求項2に記載の不揮発性半導体記憶装置の閾値制御方法。 The first memory cell and the second memory cell when a write voltage applied to the word line at the time of writing to the first memory cell is equal to or higher than a write start voltage of the second memory cell. The first memory cell determined to have not reached the first target threshold and the second memory cell determined to have not reached the second target threshold In contrast, the step of performing writing by increasing the write voltage applied to the word line
The threshold value control method for a nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, further comprising:
前記書き込み電圧が前記規定値以上である場合は、非選択の前記ワード線に前記第1の負電圧よりも高い第2の負電圧を印加した状態で、前記第1の所定数よりも小さい前記第2の所定数の前記メモリセルに対して一括して書き込みを行うステップと、
を更に備えたことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の不揮発性半導体記憶装置の閾値制御方法。 When the write voltage is lower than a specified value, a step of collectively writing to the first predetermined number of the memory cells in a state where a first negative voltage is applied to the unselected word lines; ,
When the write voltage is greater than or equal to the specified value, the second negative voltage higher than the first negative voltage is applied to the unselected word lines, and the write voltage is smaller than the first predetermined number. Performing batch writing on a second predetermined number of the memory cells;
The threshold value control method for a nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, further comprising:
前記第3のメモリセルの閾値分布を調整する場合は、非選択の前記ワード線に前記第1の負電圧よりも高い第2の負電圧を印加した状態で、前記第1の所定数よりも小さい前記第2の所定数の前記メモリセルに対して一括して書き込みを行うステップと、
を更に備えたことを特徴とする請求項3に記載の不揮発性半導体記憶装置の閾値制御方法。 When adjusting the threshold distribution of the first memory cell and the second memory cell, a first negative voltage is applied to the non-selected word lines and a first predetermined number of the memory cells are applied. A step of writing in batches,
When adjusting the threshold distribution of the third memory cell, the second negative voltage higher than the first negative voltage is applied to the unselected word line, and the threshold value distribution is higher than the first predetermined number. Writing to the small second predetermined number of the memory cells at once;
The threshold value control method for a nonvolatile semiconductor memory device according to claim 3, further comprising:
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