JP2013196725A - Nonvolatile semiconductor memory device - Google Patents
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Abstract
【課題】制御性の高い不揮発性半導体記憶装置を提供する。
【解決手段】不揮発性半導体記憶装置は、第1の方向に直列接続された複数のメモリセルを具備するNANDセルユニットが、第1の方向と直交する第2の方向に複数配列され、メモリセルが、半導体層と、ゲート絶縁層と、浮遊ゲートと、制御ゲートとを有するメモリセルアレイと、第2の方向に配列された複数のメモリセルをページとして、ページ単位で前記メモリセルにデータを書き込む制御回路とを備え、制御回路は、ページ単位の複数のメモリセルへの書き込み動作に際して、選択メモリセルへの書き込みデータ及び選択メモリセルと第2の方向に隣接するメモリセルへの書き込みデータに応じて選択メモリセルの書き込みベリファイレベルを調整する。
【選択図】図9A nonvolatile semiconductor memory device with high controllability is provided.
A non-volatile semiconductor memory device includes a plurality of NAND cell units each including a plurality of memory cells connected in series in a first direction in a second direction orthogonal to the first direction. However, a memory cell array having a semiconductor layer, a gate insulating layer, a floating gate, and a control gate and a plurality of memory cells arranged in the second direction are used as pages, and data is written to the memory cells in units of pages. And a control circuit that responds to write data to the selected memory cell and write data to the memory cell adjacent to the selected memory cell in the second direction during a write operation to the plurality of memory cells in page units. To adjust the write verify level of the selected memory cell.
[Selection] Figure 9
Description
本明細書記載の技術は、不揮発性半導体記憶装置に関する。 The technology described in this specification relates to a nonvolatile semiconductor memory device.
電気的に書き換え可能で且つ高集積化が可能な不揮発性半導体記憶装置として、NAND型フラッシュメモリが知られている。従来のNAND型フラッシュメモリのメモリトランジスタは絶縁膜を介して電荷蓄積層(浮遊ゲート)と制御ゲートが積層されたスタックゲート構造をしている。複数個のメモリトランジスタを、隣接するもの同士でソース若しくはドレインを共有するような形で列方向に直列接続させ、その両端に選択ゲートトランジスタを配置して、NANDセルユニットが構成される。NANDセルユニットの一端はビット線に接続され、他端はソース線に接続される。NANDセルユニットをマトリクス状に配置することにより、メモリセルアレイが構成される。また、行方向に並ぶNANDセルユニットをNANDセルブロックと呼ぶ。同一行に並ぶ選択ゲートトランジスタのゲートは、同一の選択ゲート線に接続され、同一行に並ぶメモリトランジスタの制御ゲートは、同一のワード線に接続される。NANDセルユニット内にN個のメモリトランジスタが直列接続されている場合、1つのNANDセルブロック内に含まれるワード線はN本となる。 A NAND flash memory is known as a nonvolatile semiconductor memory device that can be electrically rewritten and can be highly integrated. A memory transistor of a conventional NAND flash memory has a stack gate structure in which a charge storage layer (floating gate) and a control gate are stacked via an insulating film. A plurality of memory transistors are connected in series in the column direction so that adjacent ones share a source or drain, and select gate transistors are arranged at both ends to constitute a NAND cell unit. One end of the NAND cell unit is connected to the bit line, and the other end is connected to the source line. A memory cell array is configured by arranging NAND cell units in a matrix. A NAND cell unit arranged in the row direction is called a NAND cell block. The gates of the select gate transistors arranged in the same row are connected to the same select gate line, and the control gates of the memory transistors arranged in the same row are connected to the same word line. When N memory transistors are connected in series in the NAND cell unit, the number of word lines included in one NAND cell block is N.
このようなNAND型フラッシュメモリにおいては、微細化に伴い、メモリセル間の距離が小さくなると、メモリセルのセル間容量増大に起因する近接効果が増大し、メモリセルのしきい値分布が広くなり、各種ディスターブやリテンションマージンを確保するのが困難になる。 In such a NAND flash memory, as the distance between memory cells decreases with miniaturization, the proximity effect due to the increase in inter-cell capacity of the memory cells increases, and the threshold distribution of the memory cells becomes wider. It becomes difficult to secure various disturbances and retention margins.
本発明は、制御性の高い不揮発性半導体記憶装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a nonvolatile semiconductor memory device with high controllability.
実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置は、第1の方向に直列接続された複数のメモリセル、複数のメモリセルとソース線との間に接続されたソース線側選択ゲートトランジスタ及び複数のメモリセルとビット線との間に接続されたビット線側選択ゲートトランジスタを具備するNANDセルユニットが、第1の方向と直交する第2の方向に複数配列され、メモリセルが、半導体層と、半導体層の上に形成されたゲート絶縁層と、ゲート絶縁層の上に形成された浮遊ゲートと、浮遊ゲートにゲート間絶縁層を介して対向し第2の方向に延びる制御ゲートとを有するメモリセルアレイと、第2の方向に配列された複数のメモリセルをページとして、ページ単位で前記メモリセルにデータを書き込む制御回路とを備え、制御回路は、ページ単位の複数のメモリセルへの書き込み動作に際して、選択メモリセルへの書き込みデータ及び選択メモリセルと第2の方向に隣接するメモリセルへの書き込みデータに応じて選択メモリセルの書き込みベリファイレベルを調整する。 A nonvolatile semiconductor memory device according to an embodiment includes a plurality of memory cells connected in series in a first direction, a source line side select gate transistor connected between the plurality of memory cells and the source line, and a plurality of memory cells A plurality of NAND cell units each including a bit line side select gate transistor connected between the first and second bit lines are arranged in a second direction orthogonal to the first direction, and the memory cell includes a semiconductor layer, a semiconductor layer, A memory cell array having a gate insulating layer formed thereon, a floating gate formed on the gate insulating layer, and a control gate facing the floating gate via the inter-gate insulating layer and extending in the second direction A control circuit for writing data to the memory cells in units of pages using a plurality of memory cells arranged in the second direction as pages. In write operation to the number of memory cells, to adjust the write verify level of the selected memory cell in accordance with the write data and write data and a selected memory cell to the selected memory cell to the memory cells adjacent in the second direction.
以下、添付の図面を参照して実施の形態について説明する。 Embodiments will be described below with reference to the accompanying drawings.
[第1の実施形態]
[全体構成]
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る不揮発性半導体記憶装置のブロック図である。
[First Embodiment]
[overall structure]
FIG. 1 is a block diagram of a nonvolatile semiconductor memory device according to the first embodiment of the present invention.
この不揮発性半導体記憶装置は、複数のメモリセルMCがNAND接続されたNANDストリングを複数備えたメモリセルアレイ1を備える。
This nonvolatile semiconductor memory device includes a
メモリセルアレイ1のビット線BL方向に隣接する位置には、メモリセルアレイ1のビット線BLを制御し、メモリセルのデータ消去、メモリセルへのデータ書き込み、及びメモリセルからのデータ読み出しを行うカラム制御回路2が設けられている。
Column control for controlling the bit line BL of the
また、メモリセルアレイ1のワード線WL方向に隣接する位置には、メモリセルアレイ1のワード線WLを選択し、メモリセルのデータ消去、メモリセルへのデータ書き込み、及びメモリセルからのデータ読み出しに必要な電圧を印加するロウ制御回路3が設けられている。
In addition, the word line WL of the
データ入出力バッファ4は、外部のホスト9にI/O線を介して接続され、書き込みデータの受け取り、消去命令の受け取り、読み出しデータの出力、アドレスデータやコマンドデータの受け取りを行う。データ入出力バッファ4は、受け取った書き込みデータをカラム制御回路2に送り、カラム制御回路2から読み出したデータを受け取って外部に出力する。外部からデータ入出力バッファ4に供給されたアドレスは、アドレスレジスタ5を介してカラム制御回路2及びロウ制御回路3に送られる。
The data input /
また、ホスト9からデータ入出力バッファ4に供給されたコマンドは、コマンド・インターフェイス6に送られる。コマンド・インターフェイス6は、ホスト9からの外部制御信号を受け、データ入出力バッファ4に入力されたデータが書き込みデータかコマンドかアドレスかを判断し、コマンドであれば受け取りコマンド信号としてステートマシン7に転送する。
The command supplied from the host 9 to the data input /
ステートマシン7は、この不揮発性メモリ全体の管理を行うもので、ホスト9からのコマンドをコマンド・インターフェイス6を介して受け付け、読み出し、書き込み、消去、データの入出力管理等を行う。
The state machine 7 manages the entire nonvolatile memory. The state machine 7 receives commands from the host 9 via the
また、外部のホスト9は、ステートマシン7が管理するステータス情報を受け取り、動作結果を判断することも可能である。また、このステータス情報は書き込み、消去の制御にも利用される。 The external host 9 can also receive status information managed by the state machine 7 and determine the operation result. This status information is also used for control of writing and erasing.
また、データ入出力バッファ4には、データ入出力バッファ4が受け取った書き込みデータを検出して加算し、ステートマシン7に転送するコンパレータ61が接続されている。コンパレータ61としては、加算回路等の論理回路を用いることが可能である。
The data input /
また、ステートマシン7によって電圧生成回路60が制御される。この制御により、電圧生成回路60は任意の電圧、任意のタイミングのパルスを出力することが可能となる。尚、書き込み動作に際してステートマシン7は、コンパレータ61から出力された情報を参照してベリファイ電圧の調整が行われる。
In addition, the
ここで、形成されたパルスはカラム制御回路2及びロウ制御回路3で選択された任意の配線へ転送することが可能である。なお、メモリセルアレイ1以外の周辺回路素子はメモリセルアレイ1を配線層に形成した場合には、メモリアレイ1の直下のSi基板に形成可能であり、これにより、この不揮発性メモリのチップ面積はほぼ、メモリセルアレイ1の面積に等しくすることも可能である。
Here, the formed pulse can be transferred to an arbitrary wiring selected by the
[メモリセルアレイ]
次に、第1の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置のメモリセルアレイ1の構成について説明する。
[Memory cell array]
Next, the configuration of the
本実施形態では、浮遊ゲートと制御ゲートのカップリングを確保するセル構造の一つとしてスタックゲート構造でなく、浮遊ゲートの両側面に制御ゲートを埋め込んで、浮遊ゲートとその両側の制御ゲートとをカップリングさせるゲート構造を有する。 In this embodiment, a cell structure that secures coupling between the floating gate and the control gate is not a stack gate structure, but the control gate is embedded on both sides of the floating gate so that the floating gate and the control gate on both sides thereof are connected. A gate structure to be coupled is included.
図2は本実施形態に係るメモリセルアレイ1の構造を示す図、図3は同メモリセルアレイ1の回路図である。
FIG. 2 is a diagram showing the structure of the
メモリセルアレイ1は、電気的書き換え可能なM個の不揮発性メモリセルMC0−MCM−1が直列接続されたNANDストリングと、このNANDストリングの両端に接続される選択ゲートトランジスタS1,S2を備えるNANDセルユニットNUが複数配列されている。NANDセルユニットNUの一端(選択ゲートトランジスタS1側)はビット線BLに、他端(選択ゲートトランジスタS2側)は共通ソース線CELSRCに接続される。選択ゲートトランジスタS1、S2のゲート電極は選択ゲート線SGD、SGSに接続される。また、メモリセルMC0〜MCM−1の両側に配置された制御ゲート電極はそれぞれワード線WL0〜WLMに接続されている。ビット線BLは、カラム制御回路2に含まれるセンスアンプ回路2aに接続され、ワード線WL0〜WLM及び選択ゲート線SGD、SGSは、ロウ制御回路3に含まれるロウデコーダ回路3aに接続されている。
The
基板に形成されたp型ウェル51にはメモリセルMCを構成するMOSFETのソース、ドレインとして機能するn型拡散層52が形成されている。またウェル51の上にはトンネル絶縁膜として機能するゲート絶縁膜53を介して浮遊ゲート(FG)54が形成され、この浮遊ゲート54の両側面にはゲート間絶縁層(IPD)55を介して制御ゲート(CG)56が形成されている。制御ゲート56は、ワード線WLを構成する。また、選択ゲートトランジスタS1、S2は、ウェル51の上にゲート絶縁層53を介して選択ゲート57を有している。選択ゲート57は、選択ゲート線SGS,SGDを構成する。メモリセルMCと選択ゲートトランジスタS1,S2とは、隣接するもの同士でドレインおよびソースを共有する形でNAND接続されている。
In the p-
[メモリセル]
1つのメモリセルMCに1ビットのデータが記憶される1ビット/セルの場合、NANDセルユニットNUに交差するワード線WLに沿って形成されるメモリセルMCに1ページのデータが記憶される。また、1つのメモリセルMCに2ビットのデータが記憶される2ビット/セルの場合、ワード線WLに沿って形成されるメモリセルMCに、2ページ(上位ページUPPER、下位ページLOWER)のデータが記憶される。同様に、4ページのデータを記憶する4ビット/セルの場合、ワード線WLに沿って形成されるメモリセルMCに、4ページのデータが記憶される構成に対しても適用可能である。尚、本実施形態においては2ビット/セル方式を採用しているが、1ビット/セル方式や3ビット/セル、4ビット/セル方式とする事も可能である。
[Memory cell]
In the case of 1 bit / cell in which 1 bit of data is stored in one memory cell MC, 1 page of data is stored in the memory cell MC formed along the word line WL intersecting the NAND cell unit NU. In the case of 2 bits / cell in which 2-bit data is stored in one memory cell MC, two pages (upper page UPPER, lower page LOWER) of data are stored in the memory cell MC formed along the word line WL. Is memorized. Similarly, in the case of 4 bits / cell storing 4 pages of data, the present invention is also applicable to a configuration in which 4 pages of data are stored in the memory cells MC formed along the word line WL. In this embodiment, the 2-bit / cell system is adopted, but a 1-bit / cell system, a 3-bit / cell system, or a 4-bit / cell system may be used.
[メモリブロック]
1つのブロックBLKは、ワード線WLを共有する複数のNANDセルユニットNUを含む。1つのブロックBLKは、データ消去動作の一単位を形成する。1つのメモリセルアレイ1において1つのブロックBLK中のワード線WLの数は、M+1本であり、1ブロック中のページ数は、2ビット/セル方式であって1ブロックにおけるNANDセルユニットあたりの有効なメモリセル数(ダミーセルを除いたメモリセル数)M=64個の場合、M×2=128ページとなる。
[Memory block]
One block BLK includes a plurality of NAND cell units NU sharing the word line WL. One block BLK forms one unit of data erasing operation. In one
[第1の実施形態のメモリセルアレイ構造]
次に、第1の実施形態に係るメモリセルアレイ構造について説明する。
図4は、第1の実施形態に係るメモリセルアレイ構造の斜視図、図5は図4のGC(ゲート)方向から見た断面図、図6は図4のA−A′,B−B′及びC−C′の各線で切断し、図4のAA(アクティブエリア)方向から見た断面図である。なお、内部構造を視認可能とするために、一部構成を省略して図示している。
[Memory Cell Array Structure of First Embodiment]
Next, the memory cell array structure according to the first embodiment will be described.
4 is a perspective view of the memory cell array structure according to the first embodiment, FIG. 5 is a cross-sectional view as viewed from the GC (gate) direction of FIG. 4, and FIG. 6 is AA ′, BB ′ of FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line AA (active area) in FIG. In order to make the internal structure visible, a part of the structure is omitted.
このメモリセルアレイ構造は、図2に示した、メモリセルアレイ構造を上下反転させて積層すると共に、上下のメモリセルアレイ層で制御ゲートを共有するようにしたものである。 In this memory cell array structure, the memory cell array structure shown in FIG. 2 is turned upside down and stacked, and the upper and lower memory cell array layers share a control gate.
すなわち、図4、5に示すように、絶縁体のベース30の上に、チャネルを形成するボディとなる第1の半導体層11及び第2の半導体層21が上下に配置され、その間に第1のゲート絶縁層12を介して第1の半導体層11の上面に対向する第1の浮遊ゲート13と第2のゲート絶縁層22を介して第2の半導体層21の下面に対向する第2の浮遊ゲート23が第1の絶縁層31を介して上下に積層されている。これら半導体層11,21、ゲート絶縁層12,22及び浮遊ゲート13,23は、図6(a)のA−A′断面からも明らかなように、AA方向(第1の方向)に延びる層間絶縁層15,25を介してGC方向(第2の方向)に互いに絶縁分離されている。
That is, as shown in FIGS. 4 and 5, the
浮遊ゲート13,23の積層構造体は、NAND配列を形成するように、半導体層11,21に沿ってAA方向に所定間隔で複数形成されている。各浮遊ゲート13,23の積層体のAA方向の両側には、ゲート間絶縁層(IPD:インターポリ絶縁層)32を介してGC方向に延びる制御ゲート33が形成されている。制御ゲート33は、上下の浮遊ゲート13,23に側面からカップリングするように、これら浮遊ゲート13,23に共通に設けられている。制御ゲート33と第2のゲート絶縁層22との間には、マスク材33mが設けられている。そして、下側の第1の半導体層11、第1のゲート絶縁層12、第1の浮遊ゲート13、ゲート間絶縁層32及び制御ゲート33が、下側の第1のメモリセルMC1の構成に含まれる。また、上側の第2の半導体層21、第2のゲート絶縁層22、第2の浮遊ゲート23、ゲート間絶縁層32及び制御ゲート33が、上側の第2のメモリセルMC2の構成に含まれる。
A plurality of stacked structures of floating
浮遊ゲート13,23の積層構造体の配列方向の両端の制御ゲート33に隣接する位置には、選択ゲートトランジスタS11,S12,S21,S22を形成する第1の選択ゲート16及び第2の選択ゲート26が配置されている。これら選択ゲート16,26は、第1の絶縁層31を介して上下に積層され、それぞれゲート絶縁層12,22を介して半導体層11,21に対向している。第1の選択ゲート16にはGC方向に延びる第1の選択ゲート線17が埋め込まれ、第2の選択ゲート26にはGC方向に延びる第2の選択ゲート線27とマスク材27mとが埋め込まれている。これら選択ゲート線17,27は、層間絶縁層34を介して互いに絶縁分離されている。
The
そして、下側の第1のNANDセルユニットNU1には下側のNAND接続されたメモリセルMC1と選択ゲートトランジスタS11,S21を含み、第1のメモリセルアレイ層10は第1の素子分離絶縁層15を介してGC方向に配列された複数のNANDセルユニットNU1を含む。また、上側の第2のNANDセルユニットNU2には上側のNAND接続されたメモリセルMC2と選択ゲートトランジスタS12,S22を含み、第2のメモリセルアレイ層20にはGC方向に配列された複数のNANDセルユニットNU2を含む。
The lower first NAND cell unit NU1 includes a lower NAND-connected memory cell MC1 and select gate transistors S11 and S21. The first memory
NANDセルユニットNU1,NU2の一端の半導体層11,21には、これらに共通の上下に延びて図示しないビット線BLにつながるビット線コンタクト35が形成されている。また、NANDセルユニットNU1,NU2の他端の半導体層11,21には、これらに共通の上下に延びて図示しないソース線につながるソース線コンタクト36が形成されている。更に、制御ゲート33の端部にはワード線コンタクト37が形成され、選択ゲート線17,27の端部には選択ゲート線コンタクト38が接続されている。
In the semiconductor layers 11 and 21 at one end of the NAND cell units NU1 and NU2, a
ビット線コンタクト35は下部コンタクト35a及び上部コンタクト35bを含む。同様に、ソース線コンタクト36も下部コンタクト36a及び上部コンタクト36bを含む。下部コンタクト35a,36aは、第1のゲート絶縁層12に設けられた第1の溝81を介して第1の半導体層11に接続されている。本実施形態における下部コンタクト35a,36aは、後述のとおり第1の浮遊ゲート13及び第1の選択ゲート16と同時に形成される。従って、下部コンタクト35a,36aと第1の半導体層11のGC方向における幅は略一致している。又、下部コンタクト35a,36aは第1の浮遊ゲート13と同一の素材から形成されており、第1の素子分離絶縁層15を介して第1の半導体層と同一の間隔で同一直線状に形成されている。又、上部コンタクト35b,36bは、第2の半導体層21、第2のゲート絶縁層22、第1の絶縁層31を貫通し、下部コンタクト35a,36aの上部に接続する様に形成されている。なお、上部コンタクト35a,36aも第1の浮遊ゲート13と同一素材から形成されている。
The
以上の構成によれば、上下のNANDセルユニットNU1,NU2の上下に対応するメモリセルMC1,MC2の浮遊ゲート13,23は、両側のワード線WLとのカップリングによって同時に駆動され、共通のビット線BLと接続される。これに対し、選択ゲートトランジスタS11〜S22は、上下のビット線BLに対してそれぞれ独立して設けられ、いずれか一方が選択状態にされることにより、NANDセルユニットNU1,NU2を選択的にアクティブにすることができる。
According to the above configuration, the floating
また、上下の浮遊ゲート13,23の両側には、これらに共通の制御ゲート33が配置されているので、シールド効果により、AA方向及び対角方向の近接効果の影響を殆ど受けない。一方、GC方向、すなわち制御ゲート33の延びる方向の近接効果の影響を受けるが、これについては以下に述べるような動作により低減される。
In addition, since the
[動作方法]
次に、本実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の動作方法について説明する。
[Operation method]
Next, an operation method of the nonvolatile semiconductor memory device according to this embodiment is described.
[比較例の書き込み動作]
本実施形態に係る書き込み動作の説明に先立ち、比較例の書き込み動作について説明する。図7に示すように、ビット線BLn−1,BLn,BLn+1に接続され、同一のページを構成するメモリセルMCn−1,MCn,MCn+1のうち、メモリセルMCnを着目メモリセルとし、ワード線WL方向の両隣のメモリセルMCn−1,MCn+1を隣接メモリセルMCn−1,MCn+1とする。着目メモリセルMCnに書き込みデータを書き込む場合には、メモリセルMCnの浮遊ゲート54の両側のワード線WLk,WLk+1を構成する制御ゲート56の電圧を所定の書き込み電圧まで引き上げる。このとき、同一ページ内の非選択メモリセルに接続するビット線に例えば電位VDD(電源電圧)を印加して非選択メモリセルを非選択状態とし、選択メモリセルに接続するビット線に例えば電位0Vを印加して選択メモリセルセルを選択状態とすることで、選択的に書き込みを行う。なお、制御ゲート56以外の制御ゲートについては、電位0Vもしくは書き込み電圧と0Vの中間電位であるVpassを印加して電圧を低くすることにより、書き込み対象ページ以外のメモリセルに誤書き込みが生じるのを防止する。
[Write operation of comparative example]
Prior to the description of the write operation according to the present embodiment, the write operation of the comparative example will be described. As shown in FIG. 7, among the memory cells MCn−1, MCn, MCn + 1 connected to the bit lines BLn−1, BLn, BLn + 1 and constituting the same page, the memory cell MCn is the memory cell of interest, and the word line WL The adjacent memory cells MCn−1 and MCn + 1 in the direction are defined as adjacent memory cells MCn−1 and MCn + 1. When writing write data to the target memory cell MCn, the voltage of the
本実施形態に係るメモリセルアレイ1の様な構成においては、浮遊ゲート54のビット線方向の両側面にワード線WLが配置されており、これらワード線WLはシールド線として動作する。その結果、書き込み動作に際してビット線方向に隣接するメモリセルMCへの近接効果は抑制される。従って、上記構成を有するメモリセルアレイ1においては、ワード線方向に隣接するメモリセルMCへの近接効果を低減することによって、効果的に制御性の向上を図ることが可能となる。
In a configuration like the
上記ワード線方向に隣接するメモリセルMCへの近接効果について、図8を用いて説明する。図8は、粗い(Foggy)書き込みと精密な(Fine)書き込みの2段階書き込みを行った場合の、上記近接効果がしきい値分布に及ぼす影響を説明する為のヒストグラムである。以下、メモリセルMC対する書き込みデータに対応したしきい値を、低い方から順にデータE、A、B及びCとして説明する。 The proximity effect to the memory cells MC adjacent in the word line direction will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a histogram for explaining the influence of the proximity effect on the threshold distribution when performing two-step writing of coarse (Foggy) writing and fine (Fine) writing. Hereinafter, the threshold value corresponding to the write data for the memory cell MC will be described as data E, A, B, and C in order from the lowest.
図8(1)は、書き込み動作に先立って消去動作を行った時の、複数のメモリセルMCのしきい値分布を示している。図8(2)は、消去動作後に第1の書き込み(粗い書き込み)を行った場合のしきい値分布、図8(3)は第1の書き込み後に第2の書き込み(精密な書き込み)を行った場合のしきい値分布をそれぞれを示している。図に示す通り、選択メモリセルMCnに対する書き込みデータが隣接メモリセルMCn−1及びMCn+1に対する書き込みデータ以上である場合には選択メモリセルMCnに対する隣接メモリセルMCn−1,MCn+1からの近接効果はほとんど生じない。しかしながら、選択メモリセルMCnに対する書き込みデータが隣接メモリセルMCn−1及びMCn+1に対する書き込みデータよりも小さい場合には書き込みデータの差に応じた近接効果が生じ、しきい値分布が広がってしまう。又、近接効果は、選択メモリセルMCnに対する書き込みデータが低いほど、かつ隣接メモリセルMCn−1およびMCn+1に対する書き込みデータが高いほど顕著になる。 FIG. 8A shows the threshold distribution of the plurality of memory cells MC when the erase operation is performed prior to the write operation. FIG. 8 (2) shows the threshold distribution when the first writing (coarse writing) is performed after the erasing operation, and FIG. 8 (3) shows the second writing (precise writing) after the first writing. Each of the threshold distributions is shown. As shown in the drawing, when the write data for the selected memory cell MCn is greater than or equal to the write data for the adjacent memory cells MCn−1 and MCn + 1, the proximity effect from the adjacent memory cells MCn−1 and MCn + 1 to the selected memory cell MCn almost occurs. Absent. However, when the write data for the selected memory cell MCn is smaller than the write data for the adjacent memory cells MCn−1 and MCn + 1, a proximity effect corresponding to the difference of the write data occurs, and the threshold distribution is widened. The proximity effect becomes more prominent as the write data to the selected memory cell MCn is lower and the write data to the adjacent memory cells MCn−1 and MCn + 1 is higher.
[第1の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の書き込み動作]
上記近接効果に伴うしきい値変動の問題を解決すべく、本実施形態においては隣接メモリセルMCn−1,MCn+1からの近接効果を多く受ける選択メモリセルMCの書き込み条件、より詳細には書き込みベリファイレベルを通常よりも低めに設定する。図9は、本実施形態に係る書き込み動作を説明する為のヒストグラムである。図9(1)は、書き込み動作に先立って消去動作を行った時の、複数のメモリセルMCのしきい値分布を示している。
[Write Operation of Nonvolatile Semiconductor Memory Device According to First Embodiment]
In order to solve the above-described problem of threshold variation due to the proximity effect, in the present embodiment, the write condition of the selected memory cell MC that receives many proximity effects from the adjacent memory cells MCn−1 and MCn + 1, more specifically, the write verify. Set the level lower than normal. FIG. 9 is a histogram for explaining the write operation according to the present embodiment. FIG. 9A shows the threshold distribution of the plurality of memory cells MC when the erase operation is performed prior to the write operation.
図9(2)は、消去動作後の第1の書き込み(粗い書き込み)に際して設定する書き込みベリファイレベルと、その結果として得られた選択メモリセルMCnのしきい値分布を示している。本実施形態に係る書き込み動作においては、選択メモリセルMCnに対する書き込みデータと、隣接メモリセルMCn−1及びMCn+1に対する書き込みデータとに基づいて、選択メモリセルMCnの書き込みベリファイレベルを設定する。すなわち、隣接メモリセルMCn−1,MCn+1の書き込みレベルが高いほど、選択メモリセルMCnの書き込みベリファイレベルを小さく設定する。例えば、選択メモリセルMCnに対してデータAを書き込む場合、隣接メモリセルMCn+1にデータEが書き込まれる場合の書き込みベリファイレベルVA1よりも、隣接メモリセルMCn−1,MCm+1にデータCが書き込まれる場合の書き込みベリファイレベルVAC1の方が小さく設定される。
FIG. 9B shows a write verify level set in the first write (coarse write) after the erase operation and the threshold distribution of the selected memory cell MCn obtained as a result. In the write operation according to the present embodiment, the write verify level of the selected memory cell MCn is set based on the write data for the selected memory cell MCn and the write data for the adjacent memory cells MCn−1 and MCn + 1. That is, the higher the write level of the adjacent memory cells MCn−1, MCn + 1, the smaller the write verify level of the selected memory cell MCn. For example, when data A is written to the selected memory cell MCn, data C is written to the adjacent memory cells MCn−1 and MCm + 1 than the write verify level VA1 when data E is written to the adjacent memory
図9(3)は、第1の書き込み後の、第1の書き込みよりも精密な第2の書き込みに際して設定する書き込みベリファイレベルと、これにより得られる選択メモリセルMCnのしきい値分布を示している。第2の書き込みにおいても、第1の書き込みと同様の方法によって選択メモリセルMCnに対するしきい値電圧を調整する。 FIG. 9 (3) shows the write verify level set in the second write after the first write, which is more precise than the first write, and the threshold distribution of the selected memory cell MCn obtained thereby. Yes. Also in the second writing, the threshold voltage for the selected memory cell MCn is adjusted by the same method as in the first writing.
このような書き込みベリファイレベルの調整によれば、隣接メモリセルMCn−1,MCn+1からの近接効果によりしきい値レベルが変動しても、しきい値分布は収束する方向で変動するので、しきい値分布が拡がるのを防止することが出来る。 According to such adjustment of the write verify level, even if the threshold level varies due to the proximity effect from the adjacent memory cells MCn−1 and MCn + 1, the threshold distribution varies in the direction of convergence. It is possible to prevent the value distribution from spreading.
尚、本実施形態においては隣接メモリセルMCn−1及びMCn+1の影響のみに着目しているが、メモリセルアレイ1の微細化に伴い、隣接メモリセルMCn−1及びMCn+1に更に隣接するメモリセルMCn−2及びMCn+2の影響を考慮する必要が生じる場合も有りうる。上記書き込み条件の調整は、当然この様な場合にも適用可能である。
In the present embodiment, attention is paid only to the influence of the adjacent memory cells MCn−1 and MCn + 1. However, as the
次に、上記書き込み動作について、より詳細な具体例を挙げて説明する。図10は、本実施形態に係る書き込み動作の一例を示すフローチャートである。 Next, the write operation will be described with a more specific example. FIG. 10 is a flowchart showing an example of the write operation according to the present embodiment.
本実施形態に係る書き込み動作においては、まず所定の消去単位に含まれる複数のメモリセルMCに対して一括で消去動作を行い(ステップS1)、次に選択メモリセルMCnに対するベリファイ電圧に対して、隣接メモリセルMCn−1及びMCn+1に対する書き込みデータに応じた重み付けを行う(ステップS2)。 In the write operation according to the present embodiment, first, an erase operation is collectively performed on a plurality of memory cells MC included in a predetermined erase unit (step S1), and then, with respect to a verify voltage for a selected memory cell MCn, Weighting is performed according to the write data for the adjacent memory cells MCn−1 and MCn + 1 (step S2).
しきい値電圧の重み付けは、データ入出力バッファ4に保持されている1ページ分の書き込みデータをコンパレータ11において演算処理し、重みデータとしてステートマシン7に出力することによって行う。本実施形態において、コンパレータ11で行われる演算処理は単純な加算処理等を組み合わせたものである。即ち、各メモリセルMCnについて、隣接メモリセルMCn−1及びMCn+1に対する書き込みデータに基づいて選択メモリセルMCnの書き込みベリファイレベルを決定する。
The threshold voltage is weighted by processing the write data for one page held in the data input /
ステートマシン7は、データ入出力バッファ4に保持されている1ページ分の書き込みデータに応じて、ステップS2において1ページ分の重みデータを求め、これを用いて書き込みベリファイレベルを設定する。本実施形態においては2ビット/セル方式(4値)を採用している為、隣接メモリセルMCn−1及びMCn+1の組合せは4×4=16通り存在する。従って、重みを16段階に設定することも考えられるが、本実施形態においては、図11に示す通り、隣接メモリセルMCn−1及びMCn+1に対する書き込みデータに応じて7段階の重み付けを行う。
The state machine 7 obtains weight data for one page in step S2 in accordance with the write data for one page held in the data input /
隣接メモリセルMCn−1及びMCn+1への書き込み動作に起因する選択メモリセルMCnへの近接効果の影響は、選択メモリセルMCnに対する書き込みデータが小さい程顕著になる。従って、同じ重み付けであっても、選択メモリセルMCnに対する書き込みデータによって、異なる重み付けをする事が可能である。即ち、選択メモリセルMCnに対する書き込みデータが低い場合(例えばデータEであった場合)には重み付けを強く反映させ、高い場合(例えばデータCであった場合)には、書き込みデータが低い場合と比較して弱く反映させることが可能である。 The influence of the proximity effect on the selected memory cell MCn due to the write operation to the adjacent memory cells MCn−1 and MCn + 1 becomes more significant as the write data to the selected memory cell MCn is smaller. Therefore, even with the same weighting, different weighting is possible depending on the write data for the selected memory cell MCn. That is, when the write data for the selected memory cell MCn is low (for example, data E), the weight is strongly reflected, and when the write data is high (for example, data C), it is compared with the case where the write data is low. It is possible to reflect it weakly.
次に、第1の書き込みを行う(ステップS3〜S5)。第1の書き込みは、選択ワード線WLk,WLk+1に対して書き込みパルスを印加し(ステップS3)、ステップS2において重み付けされた書き込みデータを用いてベリファイを行い(ステップS4)、ベリファイが完了していない場合には書き込みパルスの電圧を上昇させて再度書き込みパルスの印加及びベリファイを繰り返す(ステップS5)。 Next, first writing is performed (steps S3 to S5). In the first write, a write pulse is applied to the selected word lines WL k and WL k + 1 (step S3), and verification is performed using the weighted write data in step S2 (step S4), and the verification is completed. If not, the voltage of the write pulse is raised and the application and verification of the write pulse are repeated again (step S5).
本実施形態においては書き込みデータが4通り(データE、A、B、C)存在し、それぞれについて7段階の重みを設けている為、各レベルの一回のベリファイにおいて7通りのパルス電圧の印加を行い、それぞれについて読み出し動作を行っている。従って、重み付けの数を増大させる程書き込み動作の精度は向上するが、それだけベリファイに要する時間が増大するため、重み付けの数はこの点を考慮して調整することが考えられる。尚、書き込みデータEに対するベリファイは省略することも可能である。 In this embodiment, there are four types of write data (data E, A, B, and C), and seven weights are provided for each. Therefore, seven pulse voltages are applied in one verification at each level. The read operation is performed for each. Therefore, although the accuracy of the write operation is improved as the number of weights is increased, the time required for verification is increased accordingly. Therefore, it is conceivable to adjust the number of weights in consideration of this point. The verification for the write data E can be omitted.
次に、第2の書き込みを行う(ステップS6〜S8)。第2の書き込みは、第1の書き込みとほぼ同様に行われるが、第1の書き込みと第2の書き込みとではベリファイ電圧が異なるため(図4参照)、ベリファイ電圧を変更する必要がある。 Next, second writing is performed (steps S6 to S8). The second writing is performed in substantially the same manner as the first writing. However, since the verify voltage differs between the first writing and the second writing (see FIG. 4), it is necessary to change the verify voltage.
以上の様な書き込み動作によれば、書き込み動作時に生じる隣接効果を低減し、制御性の高い不揮発性半導体記憶装置を提供することが可能となる。又、本実施形態に係る書き込み動作は、同一ページ内の書き込みデータ同士を演算処理することによって近接効果を低減させている為、次ページデータの読み込むためのキャッシュ等が不要であり、コンパレータ11も比較的単純な論理回路によって構成可能であるため、回路構成はほぼ増大しない。更に、次ページデータ等のキャッシュへの読み書きが不要である。
[第2の実施形態]
次に、第2の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置について説明する。本実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置は、基本的には第1の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置と同様であるが、本実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置においては、第2の書き込み時のみに重み付けを用いたベリファイを行っている。本実施形態に係る書き込み動作においては、第2の書き込みの精度を保持したまま第1の書き込みにおけるベリファイ時間を短縮し、動作の高速化を図ることが可能である。
According to the write operation as described above, it is possible to reduce the adjacent effect generated during the write operation and to provide a highly controllable nonvolatile semiconductor memory device. In addition, since the write operation according to the present embodiment reduces the proximity effect by processing the write data in the same page, there is no need for a cache or the like for reading the next page data. Since it can be configured by a relatively simple logic circuit, the circuit configuration does not increase substantially. Furthermore, it is not necessary to read / write the next page data into the cache.
[Second Embodiment]
Next, a nonvolatile semiconductor memory device according to a second embodiment will be described. The nonvolatile semiconductor memory device according to this embodiment is basically the same as the nonvolatile semiconductor memory device according to the first embodiment. However, in the nonvolatile semiconductor memory device according to this embodiment, the second Verification using weighting is performed only during writing. In the write operation according to the present embodiment, it is possible to shorten the verify time in the first write while maintaining the accuracy of the second write, and to increase the operation speed.
尚、第1の書き込み時のみに重み付けを用いたベリファイを行うことも可能である。
[その他の実施形態]
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
It is also possible to perform verification using weighting only during the first writing.
[Other Embodiments]
As mentioned above, although some embodiment of this invention was described, these embodiment is shown as an example and is not intending limiting the range of invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
1…メモリセルアレイ、2…カラム制御回路、3…ロウ制御回路、4…データ入出力バッファ、5…アドレスレジスタ、6…コマンドI/F、7…ステートマシン、10…電圧生成回路、11…コンパレータ。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記第2の方向に配列された複数の前記メモリセルをページとして、ページ単位で前記メモリセルにデータを書き込む制御回路と
を備え、
前記制御回路は、前記データを書き込むページを構成する複数の前記選択メモリセルの書き込みデータを検出するコンパレータを更に備え、
前記ページ単位の複数のメモリセルへの書き込み動作に際して、第1段階の書き込み、前記第1段階の書き込み後に第1のベリファイ、前記第1のベリファイの後に第2の書き込み、前記第2の書き込みの後に第2のベリファイを行い、
前記ページ単位の複数のメモリセルへの書き込み動作に際して、選択メモリセルへの書き込みデータ及び前記選択メモリセルと前記第2の方向に隣接するメモリセルへの書き込みデータに応じて前記第2のベリファイにおける前記選択メモリセルの書き込みベリファイレベルを調整し、
前記選択メモリセルの前記第2の方向に隣接するメモリセルへの書き込みデータのしきい値レベルが大きいほど前記第2のベリファイにおける前記選択メモリセルの書き込みベリファイレベルを減少させ、
前記コンパレータの出力に応じて前記第2のベリファイにおける前記書き込みベリファイレベルの調整を行う
ことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。 A plurality of memory cells connected in series in a first direction, a source line side select gate transistor connected between the plurality of memory cells and a source line, and connected between the plurality of memory cells and a bit line. A plurality of NAND cell units each including a bit line side select gate transistor are arranged in a second direction orthogonal to the first direction, and the memory cell is formed on the semiconductor layer and the semiconductor layer. A gate insulating layer; a floating gate formed on the gate insulating layer; and a control gate extending in the second direction opposite to both ends of the floating gate in the first direction via an inter-gate insulating layer A memory cell array having:
A plurality of the memory cells arranged in the second direction as a page, and a control circuit for writing data to the memory cell in page units,
The control circuit further includes a comparator that detects write data of a plurality of the selected memory cells constituting a page to which the data is written,
In the write operation to the plurality of memory cells in page units, the first stage write, the first verify after the first stage write, the second write after the first verify, and the second write Later we ’ll do a second verify,
In the write operation to the plurality of memory cells in the page unit, the second verify is performed according to the write data to the selected memory cell and the write data to the memory cell adjacent to the selected memory cell in the second direction. Adjusting the write verify level of the selected memory cell;
The write verify level of the selected memory cell in the second verify is decreased as the threshold level of the write data to the memory cell adjacent to the selected memory cell in the second direction increases.
The nonvolatile semiconductor memory device, wherein the write verify level in the second verify is adjusted according to the output of the comparator.
前記第2の方向に配列された複数の前記メモリセルをページとして、ページ単位で前記メモリセルにデータを書き込む制御回路と
を備え、
前記制御回路は、
前記ページ単位の複数のメモリセルへの書き込み動作に際して、選択メモリセルへの書き込みデータ及び前記選択メモリセルと前記第2の方向に隣接するメモリセルへの書き込みデータに応じて前記選択メモリセルの書き込みベリファイレベルを調整する
ことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。 A plurality of memory cells connected in series in a first direction, a source line side select gate transistor connected between the plurality of memory cells and a source line, and connected between the plurality of memory cells and a bit line. A plurality of NAND cell units each including a bit line side select gate transistor are arranged in a second direction orthogonal to the first direction, and the memory cell is formed on the semiconductor layer and the semiconductor layer. A memory cell array having a gate insulating layer, a floating gate formed on the gate insulating layer, and a control gate facing the floating gate via an inter-gate insulating layer and extending in the second direction;
A plurality of the memory cells arranged in the second direction as a page, and a control circuit for writing data to the memory cell in page units,
The control circuit includes:
In the write operation to the plurality of memory cells in page units, the selected memory cell is written according to the write data to the selected memory cell and the write data to the memory cell adjacent to the selected memory cell in the second direction. A nonvolatile semiconductor memory device characterized by adjusting a verify level.
前記選択メモリセルの前記第2の方向に隣接するメモリセルへの書き込みデータのしきい値レベルが大きいほど前記選択メモリセルの書き込みベリファイレベルを減少させることを特徴とする請求項2又は3記載の不揮発性半導体記憶装置。 The control circuit includes:
4. The write verify level of the selected memory cell is decreased as the threshold level of the write data to the memory cell adjacent to the selected memory cell in the second direction is larger. Nonvolatile semiconductor memory device.
前記コンパレータの出力に応じて前記書き込みベリファイレベルの調整を行う
ことを特徴とする請求項2〜4のいずれか1項記載の不揮発性半導体記憶装置。 The control circuit further includes a comparator that detects write data of a plurality of the selected memory cells constituting a page to which the data is written,
The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 2, wherein the write verify level is adjusted according to an output of the comparator.
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2012
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