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JP2013196725A - Nonvolatile semiconductor memory device - Google Patents

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JP2013196725A
JP2013196725A JP2012062726A JP2012062726A JP2013196725A JP 2013196725 A JP2013196725 A JP 2013196725A JP 2012062726 A JP2012062726 A JP 2012062726A JP 2012062726 A JP2012062726 A JP 2012062726A JP 2013196725 A JP2013196725 A JP 2013196725A
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memory cell
write
memory cells
gate
data
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JP2012062726A
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Wataru Sakamoto
渉 坂本
Fumitaka Arai
史隆 荒井
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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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9
A 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.

特開2009−295232号公報JP 2009-295232 A 特開2009−123256号公報JP 2009-123256 A

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.

第1の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の全体構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing an overall configuration of a nonvolatile semiconductor memory device according to a first embodiment. 同不揮発性半導体記憶装置のメモリセルアレイ構造を示す図である。It is a figure which shows the memory cell array structure of the non-volatile semiconductor memory device. 同メモリセルアレイの等価回路図である。It is an equivalent circuit diagram of the same memory cell array. 同メモリセルアレイの斜視図である。It is a perspective view of the memory cell array. 同メモリセルアレイの断面図である。It is sectional drawing of the memory cell array. 同メモリセルアレイの断面図である。It is sectional drawing of the memory cell array. 比較例の書込み動作を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the write-in operation of a comparative example. 比較例に係る不揮発性半導体記憶装置の近接効果の影響を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the influence of the proximity effect of the non-volatile semiconductor memory device which concerns on a comparative example. 第1の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の書込み動作を説明するための模式図である。FIG. 6 is a schematic diagram for explaining a write operation of the nonvolatile semiconductor memory device according to the first embodiment. 同不揮発性半導体記憶装置の動作の書込み動作特性の一例を示すフローチャートである。4 is a flowchart showing an example of a write operation characteristic of an operation of the nonvolatile semiconductor memory device. 同不揮発性半導体記憶装置の重み付け方法の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the weighting method of the same non-volatile semiconductor memory device.

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 memory cell array 1 including a plurality of NAND strings in which a plurality of memory cells MC are NAND-connected.

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 memory cell array 1 at a position adjacent to the bit line BL direction of the memory cell array 1 to perform data erasure of the memory cell, data writing to the memory cell, and data reading from the memory cell. A circuit 2 is provided.

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 memory cell array 1 is selected at a position adjacent to the word line WL direction of the memory cell array 1 and is necessary for erasing data in the memory cell, writing data to the memory cell, and reading data from the memory cell. A row control circuit 3 is provided for applying an appropriate voltage.

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 / output buffer 4 is connected to an external host 9 via an I / O line, and receives write data, receives an erase command, outputs read data, and receives address data and command data. The data input / output buffer 4 sends the received write data to the column control circuit 2, receives the data read from the column control circuit 2, and outputs it to the outside. An address supplied from the outside to the data input / output buffer 4 is sent to the column control circuit 2 and the row control circuit 3 via the address register 5.

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 / output buffer 4 is sent to the command interface 6. The command interface 6 receives an external control signal from the host 9, determines whether the data input to the data input / output buffer 4 is write data, a command, or an address, and if it is a command, receives it as a received command signal to the state machine 7. Forward.

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 command interface 6 and performs read, write, erase, data input / output management, and the like.

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 / output buffer 4 is connected to a comparator 61 that detects and adds the write data received by the data input / output buffer 4 and transfers it to the state machine 7. As the comparator 61, a logic circuit such as an adder circuit can be used.

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 voltage generator 60 is controlled by the state machine 7. By this control, the voltage generation circuit 60 can output a pulse having an arbitrary voltage and arbitrary timing. In the write operation, the state machine 7 refers to the information output from the comparator 61 and adjusts the verify voltage.

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 column control circuit 2 and the row control circuit 3. Note that peripheral circuit elements other than the memory cell array 1 can be formed on the Si substrate immediately below the memory array 1 when the memory cell array 1 is formed in a wiring layer. The area of the memory cell array 1 can be made equal.

[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 memory cell array 1 of the nonvolatile semiconductor memory device according to the first embodiment will be described.

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 memory cell array 1 according to the present embodiment, and FIG. 3 is a circuit diagram of the memory cell array 1.

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MC−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MC〜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WL〜WL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WL〜WL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 memory cell array 1 includes a NAND string in which M non-volatile memory cells MC 0 to MC M−1 that can be electrically rewritten are connected in series, and select gate transistors S1 and S2 connected to both ends of the NAND string. A plurality of NAND cell units NU are arranged. One end (selection gate transistor S1 side) of the NAND cell unit NU is connected to the bit line BL, and the other end (selection gate transistor S2 side) is connected to the common source line CELSRC. The gate electrodes of the select gate transistors S1 and S2 are connected to select gate lines SGD and SGS. Control gate electrodes arranged on both sides of the memory cells MC 0 to MC M-1 are connected to word lines WL 0 to WL M , respectively. The bit lines BL are connected to the sense amplifier circuit 2a included in the column control circuit 2, word line WL 0 to WL M and the select gate lines SGD, SGS is connected to a row decoder circuit 3a included in the row control circuit 3 ing.

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-type well 51 formed on the substrate, an n-type diffusion layer 52 that functions as a source and drain of a MOSFET constituting the memory cell MC is formed. A floating gate (FG) 54 is formed on the well 51 via a gate insulating film 53 functioning as a tunnel insulating film, and both sides of the floating gate 54 are interposed via an inter-gate insulating layer (IPD) 55. A control gate (CG) 56 is formed. The control gate 56 constitutes a word line WL. Further, the selection gate transistors S 1 and S 2 have a selection gate 57 on the well 51 through a gate insulating layer 53. The selection gate 57 constitutes selection gate lines SGS and SGD. Memory cell MC and select gate transistors S1, S2 are NAND-connected in such a manner that adjacent ones share a drain and a source.

[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 memory cell array 1, the number of word lines WL in one block BLK is M + 1, and the number of pages in one block is 2 bits / cell, which is effective per NAND cell unit in one block. When the number of memory cells (number of memory cells excluding dummy cells) M = 64, M × 2 = 128 pages.

[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 first semiconductor layer 11 and the second semiconductor layer 21, which form the body forming the channel, are arranged on the top and bottom of the insulator base 30, and the first semiconductor layer 11 and the second semiconductor layer 21 are interposed therebetween. The first floating gate 13 facing the upper surface of the first semiconductor layer 11 via the gate insulating layer 12 and the second floating electrode facing the lower surface of the second semiconductor layer 21 via the second gate insulating layer 22. The floating gates 23 are stacked one above the other through the first insulating layer 31. These semiconductor layers 11, 21, gate insulating layers 12, 22 and floating gates 13, 23 are layers extending in the AA direction (first direction), as is clear from the AA ′ cross section of FIG. The insulating layers 15 and 25 are insulated from each other in the GC direction (second direction).

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 gates 13 and 23 are formed at predetermined intervals in the AA direction along the semiconductor layers 11 and 21 so as to form a NAND array. Control gates 33 extending in the GC direction are formed on both sides of the stack of floating gates 13 and 23 in the AA direction via an inter-gate insulating layer (IPD: interpoly insulating layer) 32. The control gate 33 is provided in common to the floating gates 13 and 23 so as to be coupled to the upper and lower floating gates 13 and 23 from the side surface. A mask material 33 m is provided between the control gate 33 and the second gate insulating layer 22. The lower first semiconductor layer 11, the first gate insulating layer 12, the first floating gate 13, the inter-gate insulating layer 32, and the control gate 33 are included in the configuration of the lower first memory cell MC1. included. The upper second semiconductor layer 21, the second gate insulating layer 22, the second floating gate 23, the intergate insulating layer 32, and the control gate 33 are included in the configuration of the upper second memory cell MC2. .

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 first selection gate 16 and the second selection gate forming the selection gate transistors S11, S12, S21, and S22 are positioned adjacent to the control gates 33 at both ends in the arrangement direction of the stacked structure of the floating gates 13 and 23. 26 is arranged. The select gates 16 and 26 are stacked one above the other through the first insulating layer 31 and face the semiconductor layers 11 and 21 through the gate insulating layers 12 and 22, respectively. A first selection gate line 17 extending in the GC direction is embedded in the first selection gate 16, and a second selection gate line 27 extending in the GC direction and a mask material 27m are embedded in the second selection gate 26. ing. These select gate lines 17 and 27 are insulated from each other through an interlayer insulating layer 34.

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 cell array layer 10 includes a first element isolation insulating layer 15. Through a plurality of NAND cell units NU1 arranged in the GC direction. The upper second NAND cell unit NU2 includes an upper NAND-connected memory cell MC2 and select gate transistors S12 and S22, and the second memory cell array layer 20 includes a plurality of NANDs arranged in the GC direction. Cell unit NU2 is included.

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 bit line contact 35 extending in common up and down to the bit line BL (not shown) is formed. Further, in the semiconductor layers 11 and 21 at the other ends of the NAND cell units NU1 and NU2, a source line contact 36 is formed which extends vertically in common to these and connects to a source line (not shown). Further, a word line contact 37 is formed at the end of the control gate 33, and a select gate line contact 38 is connected to the ends of the select gate lines 17 and 27.

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 bit line contact 35 includes a lower contact 35a and an upper contact 35b. Similarly, the source line contact 36 includes a lower contact 36a and an upper contact 36b. The lower contacts 35 a and 36 a are connected to the first semiconductor layer 11 through a first groove 81 provided in the first gate insulating layer 12. The lower contacts 35a and 36a in the present embodiment are formed simultaneously with the first floating gate 13 and the first select gate 16 as described later. Accordingly, the widths of the lower contacts 35a, 36a and the first semiconductor layer 11 in the GC direction are substantially the same. The lower contacts 35a and 36a are made of the same material as that of the first floating gate 13, and are formed in the same straight line at the same interval as the first semiconductor layer via the first element isolation insulating layer 15. Has been. The upper contacts 35b and 36b are formed so as to penetrate the second semiconductor layer 21, the second gate insulating layer 22, and the first insulating layer 31 and to be connected to the upper portions of the lower contacts 35a and 36a. . The upper contacts 35a and 36a are also made of the same material as that of the first floating gate 13.

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 gates 13 and 23 of the memory cells MC1 and MC2 corresponding to the upper and lower sides of the upper and lower NAND cell units NU1 and NU2 are simultaneously driven by the coupling with the word lines WL on both sides, and the common bit Connected to line BL. On the other hand, the selection gate transistors S11 to S22 are provided independently for the upper and lower bit lines BL, and either one is selectively activated to selectively activate the NAND cell units NU1 and NU2. Can be.

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 control gates 33 common to both the upper and lower floating gates 13 and 23 are disposed on the both sides, they are hardly affected by the proximity effect in the AA direction and the diagonal direction due to the shielding effect. On the other hand, although affected by the proximity effect in the GC direction, that is, the direction in which the control gate 33 extends, this is reduced by the operation described below.

[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WL,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 control gate 56 constituting the word lines WL k , WL k + 1 on both sides of the floating gate 54 of the memory cell MCn is raised to a predetermined write voltage. At this time, for example, the potential VDD (power supply voltage) is applied to the bit line connected to the non-selected memory cell in the same page to make the non-selected memory cell non-selected, and the bit line connected to the selected memory cell has the potential 0 V, for example. Is applied to set the selected memory cell to a selected state, thereby selectively writing. For the control gates other than the control gate 56, by applying a potential 0V or Vpass which is an intermediate potential between the write voltage and 0V to reduce the voltage, erroneous writing occurs in the memory cells other than the page to be written. To prevent.

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 memory cell array 1 according to the present embodiment, word lines WL are arranged on both side surfaces of the floating gate 54 in the bit line direction, and these word lines WL operate as shield lines. As a result, the proximity effect to the memory cells MC adjacent in the bit line direction during the write operation is suppressed. Therefore, in the memory cell array 1 having the above configuration, it is possible to effectively improve the controllability by reducing the proximity effect to the memory cells MC adjacent in the word line direction.

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 cell MCn + 1. The write verify level VAC1 is set smaller.

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 memory cell array 1 is miniaturized, the memory cell MCn− further adjacent to the adjacent memory cells MCn−1 and MCn + 1. It may be necessary to consider the effects of 2 and MCn + 2. The above adjustment of the write condition is naturally applicable to such a case.

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 / output buffer 4 in the comparator 11 and outputting it as weight data to the state machine 7. In the present embodiment, the arithmetic processing performed by the comparator 11 is a combination of simple addition processing and the like. That is, for each memory cell MCn, the write verify level of the selected memory cell MCn is determined based on the write data for the adjacent memory cells MCn−1 and MCn + 1.

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 / output buffer 4, and sets the write verify level using this. In this embodiment, since the 2-bit / cell system (four values) is adopted, there are 4 × 4 = 16 combinations of adjacent memory cells MCn−1 and MCn + 1. Accordingly, although it is conceivable to set the weights to 16 levels, in this embodiment, as shown in FIG. 11, 7 levels of weighting are performed according to the write data for the adjacent memory cells MCn−1 and MCn + 1.

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WL,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 SYMBOLS 1 ... Memory cell array, 2 ... Column control circuit, 3 ... Row control circuit, 4 ... Data input / output buffer, 5 ... Address register, 6 ... Command I / F, 7 ... State machine, 10 ... Voltage generation circuit, 11 ... Comparator .

Claims (5)

第1の方向に直列接続された複数のメモリセル、前記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前記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、前記第1の方向と直交する第2の方向に複数配列され、前記メモリセルが、半導体層と、前記半導体層の上に形成されたゲート絶縁層と、前記ゲート絶縁層の上に形成された浮遊ゲートと、前記浮遊ゲートの前記第1の方向の両端にゲート間絶縁層を介して対向し前記第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、
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.
第1の方向に直列接続された複数のメモリセル、前記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前記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、前記第1の方向と直交する第2の方向に複数配列され、前記メモリセルが、半導体層と、前記半導体層の上に形成されたゲート絶縁層と、前記ゲート絶縁層の上に形成された浮遊ゲートと、前記浮遊ゲートにゲート間絶縁層を介して対向し前記第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、
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.
前記制御ゲートは、前記浮遊ゲートの前記第1の方向の両側に前記ゲート間絶縁層を介して配置されていることを特徴とする請求項2記載の不揮発性半導体記憶装置。   3. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 2, wherein the control gate is disposed on both sides of the floating gate in the first direction with the intergate insulating layer interposed therebetween. 前記制御回路は、
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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