JP2015069688A - Semiconductor storage device - Google Patents
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Abstract
Description
本実施形態は、半導体記憶装置に関する。 The present embodiment relates to a semiconductor memory device.
多値のデータを保持可能な半導体記憶装置において、NANDフラッシュメモリが知られている。 2. Description of the Related Art NAND flash memories are known as semiconductor memory devices that can hold multi-value data.
本実施形態は、データの信頼性を向上可能にする半導体記憶装置を提供する。 The present embodiment provides a semiconductor memory device that can improve data reliability.
実施形態の半導体記憶装置は、データを保持可能な複数のメモリセルと、前記複数のメモリセルに接続された複数のワード線と、制御部とを有する。前記制御部は、前記複数のワード線のうち選択されたワード線に、第1の書き込み電圧を印加し、第1のベリファイ電圧、前記第1のベリファイ電圧よりも高い第2ベリファイ電圧を印加する第1ステップと、前記第1ステップののちに前記複数のワード線のうち選択されたワード線に、前記第1のベリファイ電圧よりも低い第3のベリファイ電圧、前記第2のベリファイ電圧よりも低く前記第3のベリファイ電圧よりも高い第4のベリファイ電圧を印加する第2ステップを実行する。 The semiconductor memory device according to the embodiment includes a plurality of memory cells capable of holding data, a plurality of word lines connected to the plurality of memory cells, and a control unit. The control unit applies a first write voltage to a selected word line among the plurality of word lines, and applies a first verify voltage and a second verify voltage higher than the first verify voltage. A third verify voltage lower than the first verify voltage and lower than the second verify voltage are applied to a word line selected from the plurality of word lines after the first step and the first step. A second step of applying a fourth verify voltage higher than the third verify voltage is executed.
(第1の実施形態)
図1に示すように第1の実施形態に係る半導体記憶装置1は、メモリセルアレイ2、ロウデータ3、電圧発生回路4、制御部5、データ入出力回路6、第1のラッチ回路7及び第2のラッチ回路8を有する。
(First embodiment)
As shown in FIG. 1, the
1−1.メモリセルアレイ2について
1−1−1.メモリセルMTの構成について
図2はメモリセルアレイ2の構成を例示する図である。メモリセルアレイ2は複数のメモリセルMTを有し、ワード線WLで接続される。ワード線WLはロウデコーダ3と接続される。メモリセルMTは、ビット線BLと接続されており、それぞれのビット線BLを介してデータが出力される。
1-1.
1−1−2.メモリセルMTの閾値電圧分布について
図3を用いて上記メモリセルMTの閾値電圧分布について説明する。図3は、メモリセルMTの閾値電圧分布及び書き込み方式を示す図である。図に示すように、横軸に閾値電圧をとり、縦軸にメモリセルMTの数を示したグラフである。
1-1-2. Threshold voltage distribution of the memory cell MT The threshold voltage distribution of the memory cell MT will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a diagram showing the threshold voltage distribution and the write method of the memory cell MT. As shown in the figure, the horizontal axis represents the threshold voltage, and the vertical axis represents the number of memory cells MT.
本実施形態において、メモリセルMTは多値データ、例えば4値のデータ(2ビット/セル)を記憶するものとする。この場合、メモリセルMTのデータは上位ページのデータと下位ページのデータで構成される。 In the present embodiment, it is assumed that the memory cell MT stores multilevel data, for example, quaternary data (2 bits / cell). In this case, the data in the memory cell MT is composed of upper page data and lower page data.
メモリセルMTに4値のデータの書き込みを行う方法を、図3を用いて説明する。書き込み方法は、下位ページの書き込みを行った後に上位ページの書き込みを行う。 A method of writing quaternary data to the memory cell MT will be described with reference to FIG. As a writing method, the lower page is written and then the upper page is written.
まず下位ページの書き込み動作を説明する。下位ページの書き込み前において全てのメモリセルMTは、消去電圧(Eレベル)の閾値電圧を有しているものとする。 First, the lower page write operation will be described. It is assumed that all memory cells MT have a threshold voltage of an erase voltage (E level) before the lower page is written.
図に示すように、下位ページの書き込みの際、制御部5は、下位ページのデータをEレベル又はLMレベルとする。メモリセルMTの閾値電圧が消去電圧(Eレベル)の場合 “1”のデータを、閾値電圧がLMレベル場合、“0”のデータを記憶しているものとする。 As shown in the figure, when writing the lower page, the control unit 5 sets the data of the lower page to the E level or the LM level. It is assumed that “1” data is stored when the threshold voltage of the memory cell MT is the erase voltage (E level), and “0” data is stored when the threshold voltage is the LM level.
次に、上位ページの書き込み動作について説明する。上位ページの書き込みは2ビットのデータの書き込みを行う。また、上位ページの書き込みは、ホストから入力される書き込みコマンドと、メモリセルMTに既に書き込まれている下位ページの“0” 又は“1”のデータに基づいて行う。 Next, the upper page write operation will be described. The upper page is written by writing 2-bit data. Further, the upper page is written based on a write command input from the host and data “0” or “1” of the lower page already written in the memory cell MT.
上位ページの書き込みの際、下位ページのデータが“1”の場合、データの閾値電圧を消去電圧(Eレベル)又はEレベルよりも閾値電圧が高いAレベルとする。一方、下位ページのデータが“0”の場合、上位ページの書き込みで、閾値電圧をBレベル又は、Bレベルよりも高いCレベルとする。Aレベルのデータは場合“10”=(下位ページのデータ、上位ページのデータ)のデータを記憶し、Bレベルの場合は“00”のデータを、Cレベルの場合は“01”のデータをそれぞれ記憶しているものとする。 At the time of writing the upper page, if the data of the lower page is “1”, the threshold voltage of the data is set to the erase voltage (E level) or the A level that is higher than the E level. On the other hand, when the data of the lower page is “0”, the threshold voltage is set to the B level or the C level higher than the B level in the upper page write. In the case of A level data, data of “10” = (lower page data, upper page data) is stored, “00” data is stored in the B level, and “01” data is stored in the C level. Assume that each is remembered.
1−2.ロウデコーダ3について
図1に戻ってロウデコーダ3について説明する。ロウデコーダ3は、ブロックデコーダ、及び転送トランジスタ(NチャネルMOSトランジスタ)を備える。ブロックデコーダは、データの書き込み動作時、読み出し動作時、及び消去時において、制御部5から与えられたブロックアドレスをデコードし、その結果に基づいてブロックBLKを選択する。
1-2. About
また、ロウデコーダ3は、制御部5から与えられたロウアドレスをデコードして、その結果に基づいて、選択されたブロック内の複数のワード線WLのうち所望のワード線WLを選択する。
The
1−3.電圧発生回路4について
電圧発生回路4は、外部から与えられる電圧Vccを昇圧または降圧することにより、データの書き込み、読み出し及び消去に必要な電圧を発生させる。
1-3.
1−4.制御部5について
制御部5は、半導体記憶装置1全体の動作を制御する。すなわち、データ入出力回路6を介して、ホストから与えられた上記アドレス、コマンド及びデータに基づいて、データの書き込み動作、読み出し動作、及び消去動作における書き込みプログラム及び消去プログラム及びプログラムベリファイを実行する。制御部5はアドレス、及び動作シーケンスに基づき、ブロック選択信号、カラム選択信号、及びロウ選択信号を生成する。
1-4. Control Unit 5 The control unit 5 controls the operation of the entire
制御部5は、前述したブロック選択信号、ロウ選択信号をロウデコーダ3に出力する。また、制御部5はカラム選択信号をカラムデコーダ(図示略)に出力する。カラム選択信号とは、第1のラッチ回路7のカラム方向を選択する信号である。
The control unit 5 outputs the block selection signal and the row selection signal described above to the
制御部5には、半導体記憶装置1に接続されたメモリコントローラから供給された制御信号が与えられる。制御部5は供給された制御信号により、I/O端子を介してホストからデータ入出力回路6に供給された信号がアドレスであるのか、データであるのかを区別する。
The control unit 5 is given a control signal supplied from a memory controller connected to the
制御部5は、1ページ分のデータを保持可能であるとし、第2〜第5のベリファイの演算処理し、当該演算後のデータを保持可能であるとする。 It is assumed that the control unit 5 can hold data for one page, can perform the second to fifth verify calculation processes, and can hold the data after the calculation.
1−5.データ入出力回路6について
データ入出力回路6は、ホストから供給されたアドレス(ロウアドレス、カラムアドレス、ブロックアドレス;ロウアドレスとブロックアドレスを合わせてページアドレスとも呼ぶ)及びコマンドを制御部5に出力する。また、データ入出力回路6は、書き込みデータを、データ線Dlineを介して第1のラッチ回路7及び第2のラッチ回路8に出力する。
1-5. Data Input / Output Circuit 6 The data input / output circuit 6 outputs an address (a row address, a column address, a block address; a row address and a block address together called a page address) and a command and a command supplied from the host to the control unit 5. To do. The data input / output circuit 6 outputs write data to the first latch circuit 7 and the second latch circuit 8 via the data line Dline.
また、メモリセルMTから読み出されたデータをホストに出力する際、データ入出力回路6は、制御部5の制御に基づき、第1及び第2のラッチ回路7、8で増幅されたデータを、Dlineを介してホストに出力する。 Further, when outputting data read from the memory cell MT to the host, the data input / output circuit 6 outputs the data amplified by the first and second latch circuits 7 and 8 based on the control of the control unit 5. , Output to the host via Dline.
1−6.カラムデコーダついて
カラムデコーダ(図示略)は、制御部5から与えられたカラムアドレスをデコードして、カラム選択信号を第1及び第2のラッチ回路7、8に出力する。
1-6. Column Decoder The column decoder (not shown) decodes the column address given from the control unit 5 and outputs a column selection signal to the first and second latch circuits 7 and 8.
1−7.第1及び第2のラッチ回路7、8について
第1及び第2のラッチ回路7、8は、Dlineに接続される。第1及び第2のラッチ回路7、8はセンスアンプ(図示略)の機能も備えている。この場合、第1及び第2のラッチ回路7、8は、データの読み出し時にメモリセルトランジスタMTからビット線BLに読み出されたデータをセンスして増幅する。
1-7. About the 1st and 2nd latch circuits 7 and 8 The 1st and 2nd latch circuits 7 and 8 are connected to Dline. The first and second latch circuits 7 and 8 also have a function of a sense amplifier (not shown). In this case, the first and second latch circuits 7 and 8 sense and amplify data read from the memory cell transistor MT to the bit line BL when reading data.
具体的には、ビット線BLを所定の電圧にプリチャージした後、ロウデコーダ3により選択されたNANDストリングによってビット線BLを放電させ、そのビット線BLの放電状態をセンスする。つまり、第1及び第2のラッチ回路7、8は、ビット線BLの電圧を増幅してメモリセルトランジスタMTの有するデータをセンスする。 なお、メモリセルMTから流れるセル電流をセンスして、メモリセルMTに書き込まれたデータを、閾値電圧分布がAレベル、Bレベル及びCレベルかを検知しても良い。また、データの書き込みを行う際は、対応するビット線BLに書き込みデータに対応した電圧を与える。
Specifically, after the bit line BL is precharged to a predetermined voltage, the bit line BL is discharged by the NAND string selected by the
第1の実施形態の半導体記憶装置1の動作について説明する。図4及び図5は、第1の実施形態の半導体記憶装置1の動作を示すフローチャートである。図4は下位ページのデータの書き込みを行った際のフローチャートであり、図5は上位ページのデータの書き込みを行った際のフローチャートを示している。ここで、以下に示す書き込みとは“11”、“10”、“00”又は“01”のいずれかのデータの書き込みを行うことをいう。
An operation of the
まず、制御部5は、後述する書き込みプログラムと第1のプログラムベリファイを実行する下位ページの書き込みを行う。この動作を下位ページの書き込み動作とする。 First, the control unit 5 writes a lower page for executing a write program, which will be described later, and the first program verify. This operation is a lower page write operation.
図4に示すように、制御部5は、ブロック単位ごとにデータの書き込み回数mを初期化し、書き込み回数を0回とする。(ステップS1)。なお、制御部5は、書き込み回数mと書き込み回数の上限m(max)を予め例えばレジスタに記憶しているものとする。書き込み回数の上限m(max)とは、メモリセルMTの書き込みを行うことができる最大の書き込み回数のことをいう。 As shown in FIG. 4, the control unit 5 initializes the data write count m for each block, and sets the write count to zero. (Step S1). It is assumed that the control unit 5 stores the number of times of writing m and the upper limit m (max) of the number of times of writing in, for example, a register in advance. The upper limit m (max) of the number of times of writing means the maximum number of times of writing in which the memory cell MT can be written.
ステップS2で、制御部5は書き込み回数をインクリメントする(ステップS2)。 In step S2, the control unit 5 increments the number of times of writing (step S2).
ステップS3で、制御部5は下位ページの書き込みプログラムを実行し、データの書き込みを行う(ステップS3)。この時、制御部5は、まず、ロウデコーダ3を制御して、対象となるメモリセルアレイ2のブロックBLKを選択する。また、制御部5は電圧発生回路4を制御して、選択したブロックBLK内のうち選択されたメモリセルMTに接続する所望のワード線WLをさらに選択し、この選択されたワード線WL(以下、選択ワード線ともいう)に電圧Vpgmを印加する。一方、非選択のワード線WLには、制御部5は電圧Vpassを印加する。また、制御部5は、第1及び第2のラッチ回路7、8にデータをセットし、そのデータに基づいて所望の電圧を各ビット線BLに印加する。例えば、各ワード線WL及びチャネル間で電位差が生じると、各ワード線WL及びビット線BLに接続するメモリセルMTに書き込みが行われる。つまり、書き込みプログラムが実行される。
In step S3, the control unit 5 executes a lower page writing program and writes data (step S3). At this time, the control unit 5 first controls the
ステップS4で、制御部5は、ロウデコーダ3及び電圧発生回路4を制御して、第1のベリファイ電圧VR1を選択したワード線WLに印加して第1のベリファイを行う(ステップS4)。これにより、メモリセルMT内のデータの読み出しを行う。第1のベリファイの動作について説明する。まず、制御部5は、電圧発生回路4及びロウデコーダ3を制御して、選択されたワード線WLに第1のベリファイ電圧VR1を印加する。非選択のワード線WLに対して、制御部5は書き込み電圧Vpgmよりも低い電圧Vreadを印加する。このとき、制御部5の制御により、ビット線BLにも既に所望の電圧が印加されているものとする。第1ベリファイ電圧VR1は電圧Vreadよりも低い電圧である。
In step S4, the control unit 5 controls the
第1のベリファイの動作で読み出されたデータに基づいて、第1及び第2のラッチ回路7、8はフェイルビットの数を算出する。制御部5は、フェイルビットが所望の個数よりも小さいときに、第1のベリファイパスと判断する。所望の個数は、例えばECCで訂正できる数である。 Based on the data read in the first verify operation, the first and second latch circuits 7 and 8 calculate the number of fail bits. When the number of fail bits is smaller than the desired number, the control unit 5 determines that the first verify pass. The desired number is, for example, a number that can be corrected by ECC.
制御部5は、フェイルビットが所望の個数よりも大きいときに、第1のベリファイフェイルと判断する。 When the number of fail bits is larger than the desired number, the control unit 5 determines that the first verify fail.
第1のベリファイフェイルの場合、つまりメモリセルMTの閾値電圧が第1のベリファイ電圧VR1に達していない場合、選択するメモリセルMTはオン状態となり、ビット線BLの電圧は放電される。一方、第1のベリファイパスの場合、つまり、メモリセルMTの閾値電圧が第1のベリファイ電圧VR1に達していた場合は、選択するメモリセルMTはオフ状態となり、ビット線BLの電圧は放電されない。センス方式は電圧センスに限られず、例えば電流センスでもよい。 In the case of the first verify fail, that is, when the threshold voltage of the memory cell MT does not reach the first verify voltage VR1, the selected memory cell MT is turned on, and the voltage of the bit line BL is discharged. On the other hand, in the case of the first verify pass, that is, when the threshold voltage of the memory cell MT has reached the first verify voltage VR1, the selected memory cell MT is turned off and the voltage of the bit line BL is not discharged. . The sensing method is not limited to voltage sensing, and may be current sensing, for example.
フェイルの場合、ステップS5に書き込み回数が上限の回数m(max)に達しているかを判断し(ステップS5)、達していない場合はステップS2に戻る。 In the case of a failure, it is determined in step S5 whether the number of writings has reached the upper limit number m (max) (step S5), and if not, the process returns to step S2.
ステップS2で、制御部5は書き込み回数をインクリメントする(ステップS2)。 In step S2, the control unit 5 increments the number of times of writing (step S2).
ステップS3で、制御部5は、(m−1回数)×ΔVpgm分高い書き込み電圧Vpgmを印加して書き込みを行う(ステップS3)。なお、以下書き込み電圧(VpgmおよびΔVpgm)と書き込み回数の上限は(m(max))は、書き込みに要する時間と書き込み後のメモリセルの閾値電圧分布の幅の制御性を考慮して最適な値が設定する。制御部5は、ベリファイをパスするまでステップS2〜ステップS5の書き込み動作を繰り返すものとする。 In step S3, the control unit 5 performs writing by applying a write voltage Vpgm that is higher by (m−1 times) × ΔVpgm (step S3). In the following description, the write voltage (Vpgm and ΔVpgm) and the upper limit of the number of write times (m (max)) are optimum values in consideration of the time required for write and the controllability of the width of the threshold voltage distribution of the memory cell after write. Set. The control unit 5 repeats the write operation in steps S2 to S5 until the verification is passed.
メモリセルMTの閾値電圧が第1のベリファイ電圧VR1に達した場合、つまり第1のベリファイをパスした場合、メモリセルMTに接続するビット線の電位は保持される。制御部5は、例えばビット線の電位に基づいて第1又は第2のラッチ回路7、8に、第1のベリファイをパスしたとして“1”のデータを保持する。“0”のデータはパスをしていないデータとする。第1のベリファイの結果は、書き込み後、第1又は第2のラッチ回路7、8に保持された“1”又は“0”のデータをホストに出力することで読み取ることが可能である。 When the threshold voltage of the memory cell MT reaches the first verify voltage VR1, that is, when the first verify is passed, the potential of the bit line connected to the memory cell MT is held. For example, the control unit 5 holds data of “1” in the first or second latch circuit 7 or 8 based on the potential of the bit line, assuming that the first verification is passed. Data of “0” is assumed to have not been passed. The result of the first verification can be read by outputting “1” or “0” data held in the first or second latch circuit 7 or 8 to the host after writing.
m(max)回の書き込みで、メモリセルMTの閾値電圧分布が第1のベリファイ電圧VR1に達しなかった場合、つまり閾値電圧分布LMレベルが得られなかった場合、第1のベリファイの結果をフェイルとし、下位ページの書き込みを終了する。 If the threshold voltage distribution of the memory cell MT does not reach the first verify voltage VR1 after m (max) writing, that is, if the threshold voltage distribution LM level is not obtained, the result of the first verify is failed. To finish writing the lower page.
ステップS6で、上位ページのデータの書き込みを行う。まず、制御部5は下位ページのデータの書き込み時と同様に上位ページのデータの書き込み回数nを初期化し、書き込み回数を0回とする(ステップS6)。なお、制御部5は、書き込み回数nと書き込み回数の上限を書き込み回数n(max)と予め例えばレジスタに記憶しているものとする。書き込み回数nが上限回数n(max)に到達した場合、上位ページの書き込みを行わずに書き込みをフェイルとする。 In step S6, the upper page data is written. First, the controller 5 initializes the upper page data write count n in the same manner as the lower page data write, and sets the write count to 0 (step S6). Note that the control unit 5 stores the number of times of writing n and the upper limit of the number of times of writing as the number of times of writing n (max) in advance in a register, for example. When the number of times of writing n reaches the upper limit number of times n (max), writing is failed without writing the upper page.
ステップS7で、制御部5は、書き込み回数をインクリメントする(ステップS7)。 In step S7, the control unit 5 increments the number of times of writing (step S7).
図6は第1の実施形態の半導体記憶装置1の動作を示すタイミングチャートである。図6は、上位ページのデータの書き込み時において、選択したワード線に印加した際の電圧の波形を例示している。
FIG. 6 is a timing chart showing the operation of the
制御部5は、後述する書き込みプログラムと第2のプログラムベリファイ及び第3のプログラムベリファイを実行し上位ページの書き込みを行う。この動作を上位ページの書き込み動作とする。 The control unit 5 executes a write program, a second program verify, and a third program verify, which will be described later, and writes the upper page. This operation is an upper page write operation.
ステップS8で、制御部5は選択したワード線WLに書き込み電圧Vpgmを印加し、上位ページの書き込みプログラムを実行し、データの書き込みを行う(ステップS8)。書き込み方法については、制御部5は下位ページのデータの書き込み時と同様の方法で行う。 In step S8, the control unit 5 applies the write voltage Vpgm to the selected word line WL, executes the upper page write program, and writes data (step S8). As for the writing method, the control unit 5 performs the same method as when writing the data of the lower page.
ステップS9で、制御部5は、第2のベリファイ電圧VR2を選択したワード線WLに印加した後、第3のベリファイ電圧VR3も同様の方法で印加して、第2のベリファイ及び第3のベリファイを行う(ステップS9)。第2及び第3のベリファイは、閾値電圧分布がBレベルか又はCレベルかの識別を行うものである。これにより、上位ページのデータの書き込み不良を検出する。第2及び第3のベリファイの結果のデータは、ページ単位ごとに第1又は第2のラッチ回路7、8に保持される。図6に示すように、第3のベリファイ電圧VR3は、第2のベリファイ電圧VR2よりも高い。第2、第3のベリファイ時における電圧の印加方法及び動作は第1のベリファイ時と同様である。また非選択のワードWL及びビット線の印加方法についても第1のベリファイ時と同様とする。なお、本実施形態において制御部5は、第2のベリファイ電圧VR2の印加後に第3のベリファイ電圧VR3を印加するが、第3のベリファイ電圧VR3は第2のベリファイ電圧VR2の印加前に印加してもよい。 In step S9, the control unit 5 applies the second verify voltage VR2 to the selected word line WL, and then applies the third verify voltage VR3 in the same manner, so that the second verify and the third verify are performed. Is performed (step S9). The second and third verifications identify whether the threshold voltage distribution is B level or C level. As a result, an upper page data write failure is detected. Data as a result of the second and third verification is held in the first or second latch circuit 7 or 8 for each page unit. As shown in FIG. 6, the third verify voltage VR3 is higher than the second verify voltage VR2. The voltage application method and operation during the second and third verifications are the same as those during the first verification. The method for applying the non-selected word WL and the bit line is the same as in the first verification. In this embodiment, the control unit 5 applies the third verify voltage VR3 after applying the second verify voltage VR2, but applies the third verify voltage VR3 before applying the second verify voltage VR2. May be.
第2のベリファイを行う際、制御部5は、メモリセルアレイ2内の下位ページのデータの1ビットのデータを、データ線Dlineを介して第2のラッチ回路8に出力する。一方で、制御部5は第1のラッチ回路7に上位ページのデータの1ビットのデータを出力する。その後、制御部5は、第1のラッチ回路7のデータ及び第2のラッチ回路8のデータにより演算処理を行い、ベリファイの結果を“1”又は“0”のデータとして制御部5内のラッチ回路に出力する。メモリセルMTのデータがホストから出力された書き込みデータと一致していれば、制御部5は、メモリセルMTから出力された書き込みデータを書き込み禁止データと設定する。この動作により、ページ内で書き込みが不十分な書き込みデータのみが残っていることになり、次の書き込み動作からはすでに書き込みが終了しているメモリセルMTのデータは維持される。これにより、書き込み時にメモリセルMTに生じる負荷を軽減することが出来る。なお、第2のラッチ回路8は、メモリセルMTに書き込まれたデータを保持し、第1のラッチ回路7はホストから出力されたデータを保持しても良い。
When performing the second verification, the control unit 5 outputs 1-bit data of the lower page data in the
上位ページの書き込み動作の際、Bレベル又はCレベルの閾値電圧に書き込みを行うべきだったに、所望の閾値電圧が得られなかった場合、制御部5は、第2及び第3のベリファイの結果をフェイルとし、再度、書き込みを行う。この時ベリファイの結果がフェイルの場合例えば、“1”のデータを第1及び第2のラッチ回路7、8に保持する。ベリファイの結果のデータは1ページのデータで保持される。 In the upper page write operation, if the desired threshold voltage is not obtained even though the threshold voltage of the B level or the C level should have been written, the control unit 5 obtains the results of the second and third verifications. And write again. At this time, if the result of verification is fail, for example, data “1” is held in the first and second latch circuits 7 and 8. The verification result data is held as one page of data.
第2及び第3のベリファイの結果がフェイルだった場合、制御部5は、ステップS10で書き込み回数がm(max)回以内かを判断する。 If the results of the second and third verifications are failures, the control unit 5 determines whether the number of writings is within m (max) times in step S10.
書き込み回数がm(max)回以内の場合、ステップS7に戻る。制御部5は書き込み回数をインクリメントする(ステップS7)。その後、制御部5は再度上位ページの書き込み動作を行う。 If the number of times of writing is within m (max), the process returns to step S7. The control unit 5 increments the number of writing (step S7). Thereafter, the control unit 5 performs the upper page write operation again.
ステップS8で、制御部5は、ワード線WLに書き込み電圧はVpgmに(n−1回数)×ΔVpgm(追加電圧)を加えた電圧として印加し(ステップS8)、第2及び第3のベリファイをパスするまでn(max)回、上位ページのデータの書き込みを繰り返す。 In step S8, the control unit 5 applies the write voltage to the word line WL as a voltage obtained by adding (n-1 times) × ΔVpgm (additional voltage) to Vpgm (step S8), and performs the second and third verifications. The data of the upper page is repeatedly written n (max) times until it passes.
n(max)回以内の上位ページの書き込み動作で、メモリセルMTの閾値電圧分布が第2のベリファイ電圧VR2又は第3のベリファイ電圧VR3のいずれか一方よりも高かった場合、つまり、Bレベルのデータを得ようとしてBレベルのデータを得た場合又はCレベルのデータを得ようとしてCレベルのデータが得た場合、上位ページのデータの書き込みが正常に行われたとして、制御部5は第2又は第3のベリファイの結果をパスと出力し、上位ページの書き込みを終了する。この場合、メモリセルMTの閾値電圧分布はEレベル、Aレベル、Bレベル又はCレベルにあることになる。 If the threshold voltage distribution of the memory cell MT is higher than either the second verify voltage VR2 or the third verify voltage VR3 in the upper page write operation within n (max) times, that is, at the B level. When the B level data is obtained in an attempt to obtain data or the C level data is obtained in an attempt to obtain the C level data, the control unit 5 determines that the upper page data has been normally written, The result of the second or third verification is output as a pass, and the upper page writing is terminated. In this case, the threshold voltage distribution of the memory cell MT is at the E level, A level, B level or C level.
ステップS10で、第2又は第3のベリファイがパスとされず、上位ページの書き込み動作の回数がn(max)に到達した(ステップS10)場合には、書き込みフェイルとして書き込みを終了する。つまり、書き込みが極端に遅いまたは書き込みできないメモリセルMTがある場合、書き込みの動作をパスしないことになる。第2及び第3のベリファイの結果のデータはページごとに第1又は第2のラッチ回路7、8に保持される。 If the second or third verify is not passed in step S10 and the number of upper page write operations reaches n (max) (step S10), the write is terminated as a write failure. That is, if there is a memory cell MT in which writing is extremely slow or cannot be written, the writing operation is not passed. The data of the second and third verify results are held in the first or second latch circuit 7 or 8 for each page.
第2及び第3のベリファイの結果がフェイルである場合、制御部5は、第4及び第5のベリファイを行い、メモリセルMTの書き込み不良が上位ページのデータに影響を与えているか又は下位ページのデータに影響を与えているかを検出する。 When the results of the second and third verify are “fail”, the control unit 5 performs the fourth and fifth verify, and the write failure of the memory cell MT affects the data of the upper page or the lower page. Detect whether the data is affected.
ここで、書き込み不良は、下位ページの書き込みで所望の閾値電圧を上げたものの、上位ページの書き込みで所望の閾値電圧に上げることができなかったことにより生じるものである。なお、第4のベリファイの後に第5のベリファイを行うが、第4のベリファイと第5のベリファイは逆の順で行ってもよい。 Here, the write failure is caused by the fact that the desired threshold voltage has been raised in the lower page write but cannot be raised to the desired threshold voltage in the upper page write. Although the fifth verify is performed after the fourth verify, the fourth verify and the fifth verify may be performed in the reverse order.
また、所望の閾値以上に閾値電圧を上げてしまうことによる書き込み不良は生じないものとする。例えば、上位ページの書き込みを行う前に閾値電圧がEレベルにあり、上位ページの書き込み動作でAレベルの閾値電圧まで上げるべきだったが、Bレベルまで閾値電圧を上げた場合の不良が該当する。 Further, it is assumed that a write failure due to raising the threshold voltage to a desired threshold value or higher does not occur. For example, the threshold voltage is at the E level before the upper page is written, and should have been raised to the A level threshold voltage in the upper page write operation, but this is a failure when the threshold voltage is raised to the B level. .
ステップS11で、制御部5は、選択したワード線WLに第4のベリファイ電圧VR4を印加して第4のベリファイを行い、第5のベリファイ電圧VR5を印加して第5のベリファイを行う(ステップS11)。 In step S11, the controller 5 performs the fourth verify by applying the fourth verify voltage VR4 to the selected word line WL, and performs the fifth verify by applying the fifth verify voltage VR5 (step S11). S11).
第4のベリファイは、第2及び第3のベリファイでフェイルだったメモリセルMTの閾値電圧がEレベルに達しているかどうかの識別を行うものである。第4のベリファイ電圧VR4は第2のベリファイ電圧VR2及び第3のベリファイ電圧VR3よりも低い。つまり、第4のベリファイ電圧VR4は、Eレベル及びLMレベルの閾値電圧分布間に位置する。 The fourth verify is for identifying whether or not the threshold voltage of the memory cell MT that failed in the second and third verify has reached the E level. The fourth verify voltage VR4 is lower than the second verify voltage VR2 and the third verify voltage VR3. That is, the fourth verify voltage VR4 is located between the threshold voltage distributions of the E level and the LM level.
また、第5のベリファイは、第2及び第3のベリファイでフェイルだったメモリセルの閾値電圧がBレベルに達しているかどうかの識別を行うものである。第5のベリファイ電圧VR5は第2のベリファイ電圧VR2と略同一の電圧である。このため、第5のベリファイ電圧VR5は、第4のベリファイ電圧VR4よりも高く、第3のベリファイ電圧VR3よりも低い。 The fifth verify is for identifying whether or not the threshold voltage of the memory cell that has failed in the second and third verify has reached the B level. The fifth verify voltage VR5 is substantially the same voltage as the second verify voltage VR2. Therefore, the fifth verify voltage VR5 is higher than the fourth verify voltage VR4 and lower than the third verify voltage VR3.
非選択のワード線WL及びビット線BLの電圧印加方法については、第1のベリファイ時と同様に行う。電圧印加後、第4及び第5のベリファイの結果はページ単位ごとに第1又は第2のラッチ回路7、8に保持される。 The voltage application method for the unselected word lines WL and bit lines BL is the same as in the first verification. After the voltage application, the results of the fourth and fifth verify are held in the first or second latch circuit 7 or 8 for each page unit.
ステップS12で、不良とみなしたページにおける不良メモリセルMTの形態の仕分けを行う(ステップS12)。制御部5は、第1及び第2のラッチ回路7、8から、
第2〜第5のベリファイの結果を読み出した後、どのメモリセルMTに書き込み不良が生じているかの各メモリセルMTの不良の位置情報と、各メモリセルMTがどの閾値電圧を有するかの閾値電圧情報に基づいて、不良メモリセルMTの仕分けを行う。
In step S12, the defective memory cells MT in the page regarded as defective are sorted (step S12). The control unit 5 includes first and second latch circuits 7 and 8,
After reading the results of the second to fifth verifications, the location information of the failure of each memory cell MT indicating which memory cell MT has a write failure, and the threshold value of which threshold voltage each memory cell MT has Based on the voltage information, the defective memory cells MT are sorted.
例えば、制御部5は、第2及び第3のベリファイ結果と第4のベリファイの結果及び第5のベリファイの結果の3ページのデータに対して演算処理を行い、第2及び第3のベリファイでフェイルとなったメモリセルMTでかつ、第4のベリファイでフェイルとなったメモリセルMT、つまり閾値電圧が第4のベリファイ電圧VR4より低いメモリセルMTの位置情報を制御部5内のラッチ回路に出力する。第4のベリファイ電圧よりも低い場合、当該メモリセルMTの閾値電圧はEレベルに位置する。当該Eレベル(“11”)にある不良は、Aレベル(“10”)に書き込みを行うべきだったが、上位ページの書き込み動作を正常に行うことができずに生じた不良である。当該不良は、下位ページのデータは“1”で共通する。つまり、下位ページのデータは上位ページの書き込み前後で保持されており、当該不良は、上位ページのデータにのみ不良が生じたものである。 For example, the control unit 5 performs arithmetic processing on the data of the third page of the second and third verify results, the fourth verify result, and the fifth verify result, and performs the second and third verify operations. Position information of the memory cell MT that has failed and the memory cell MT that has failed in the fourth verify, that is, the memory cell MT whose threshold voltage is lower than the fourth verify voltage VR4, is stored in the latch circuit in the control unit 5. Output. When lower than the fourth verify voltage, the threshold voltage of the memory cell MT is at the E level. The defect at the E level (“11”) should have been written to the A level (“10”), but occurred because the upper page write operation could not be performed normally. The defect is common because the data of the lower page is “1”. That is, the data of the lower page is held before and after the writing of the upper page, and the defect is a defect that occurs only in the data of the upper page.
また、制御部5は、第2及び第3のベリファイ結果と第4のベリファイの結果及び第5のベリファイの結果の3ページのデータに対して演算処理を行い、第2、3のベリファイでフェイルになったメモリセルMTでかつ、第5のベリファイでパスとなったメモリセル、つまり閾値電圧が第5のベリファイ電圧VR5以上にあるメモリセルMTの位置情報を、制御部5内のラッチ回路に出力する。閾値電圧が第5のベリファイ電圧よりも高い場合、メモリセルMTの閾値電圧はBレベルに位置する。当該Bレベル(“00”)にある不良は、Cレベル(“01”)に書き込みを行うべきだったが、上位ページの書き込み動作を正常に行うことができずに生じた不良である。当該不良は、下位ページのデータは“0”で共通する。つまり、上位ページの書き込み動作の前後で下位ページのデータは保持されており、当該不良は上位ページのデータにのみ不良が生じたものである。 Further, the control unit 5 performs arithmetic processing on the data of the third page of the second and third verify results, the fourth verify result, and the fifth verify result, and fails in the second and third verify. The position information of the memory cell MT that has become the pass and the pass of the fifth verify, that is, the memory cell MT whose threshold voltage is equal to or higher than the fifth verify voltage VR5 is transferred to the latch circuit in the control unit 5 Output. When the threshold voltage is higher than the fifth verify voltage, the threshold voltage of the memory cell MT is located at the B level. The defect at the B level (“00”) should have been written at the C level (“01”), but the defect occurred because the upper page write operation could not be performed normally. The defect is common because the data of the lower page is “0”. That is, the lower page data is retained before and after the upper page write operation, and the defect is caused only by the upper page data.
さらに、制御部5は、第2及び第3のベリファイ結果と第4のベリファイの結果及び第5のベリファイの結果の3ページのデータに対して演算処理を行い、第2、第3のベリファイでフェイルになったメモリセルMTでかつ、第4のベリファイをパスで第5のベリファイでフェイルとなったメモリセルMT、つまり閾値電圧が第4のベリファイ電圧以上で第5のベリファイ電圧VR5よりも低いメモリセルMTの位置情報を、制御部5内のラッチ回路に出力する。当該不良は閾値電圧がAレベルにある不良であり、当該メモリセルMTが上位ページのみならず、下位ページのデータにのみ書き込み不良が生じているものである。閾値電圧がAレベル(“10”)にある不良は、下位ページの書き込みでLMレベルまで書き込みを行った後、Bレベル(“00”)に書き込みを行うべきだったが、上位ページの書き込み動作を正常に行うことができずに、閾値電圧がAレベル(“10”)とみなされた書き込み不良である。つまり、当該不良は、下位ページのデータが保持されておらず、下位ページのデータが上位ページの書き込み動作の前後で異なっている。 Further, the control unit 5 performs arithmetic processing on the data of the third page of the second and third verify results, the fourth verify result, and the fifth verify result, and performs the second and third verify operations. The memory cell MT that has failed and the memory cell MT that has failed in the fourth verify pass, that is, the threshold voltage is equal to or higher than the fourth verify voltage and lower than the fifth verify voltage VR5. The position information of the memory cell MT is output to the latch circuit in the control unit 5. The defect is a defect whose threshold voltage is at the A level, and the memory cell MT has a write defect not only in the upper page but also in the lower page data. For a defect whose threshold voltage is at the A level (“10”), the lower page should be written to the LM level and then the B level (“00”). Is a write failure in which the threshold voltage is regarded as A level (“10”). That is, the defect is that the lower page data is not held, and the lower page data differs before and after the upper page write operation.
上位ページのデータの書き込み動作及び第4及び第5のベリファイが終了した後は、外部のホスト機器やコントローラからステータスコマンドを受けると、制御部5は書き込み不良を有するメモリセルMTの位置情報を “1”又は“0”のデータとしてホスト機器又はコントローラに出力する。 After the upper page data write operation and the fourth and fifth verify operations are completed, upon receiving a status command from an external host device or controller, the control unit 5 displays the position information of the memory cell MT having the write failure as “ The data is output to the host device or controller as “1” or “0” data.
第1の実施形態の半導体記憶装置1の効果について説明する。
The effect of the
本実施形態の半導体記憶装置1は、書き込み終了後の第2〜第5のベリファイのパス/フェイルの結果を読み込む。これにより書き込み不良が上位ページに不良が生じているか、上位ページだけでなく下位ページに不良が生じているかを検出することが出来る。
The
本実施形態の半導体記憶装置1において、多値NANDフラッシュメモリを有する半導体記憶装置1が書き込みを行った際、書き込みを行っているページのみならず、同一ブロック内の別ページに新たに発生した不良もステータスとして出力することができる。この書き込みフェイルは、書き換えが繰り返された後に酸化膜が劣化している場合に生じていることが多い。このため、第2〜第5のベリファイでフェイルを検出した際、データ不良が生じる箇所は決まったメモリセルMTに固定されているので、同一ページ内に、上位ページのデータ及び下位ページのデータの両方に書き込み不良が生じているメモリセルMTが多い場合、別のページにデータを書き直せばよい。これにより、メモリセルアレイ2に書き込まれたデータの信頼性を向上させることが出来る。
In the
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、特許請求の範囲記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope 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 半導体記憶装置
2 メモリセルアレイ
3 ロウデコーダ
4 電圧発生回路
5 制御部
6 データ入出力回路
7 第1のラッチ回路
8 第2のラッチ回路
9 記憶部
MT メモリセル
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記複数のメモリセルに接続された複数のワード線と、
前記複数のワード線のうち選択されたワード線に、第1の書き込み電圧を印加し、第1のベリファイ電圧、前記第1のベリファイ電圧よりも高い第2ベリファイ電圧を印加する第1ステップと、前記第1ステップの後に前記複数のワード線のうち選択されたワード線に、前記第1のベリファイ電圧よりも低い第3のベリファイ電圧、前記第2のベリファイ電圧よりも低く前記第3のベリファイ電圧よりも高い第4のベリファイ電圧を印加する第2ステップを実行する制御部と、
を備える半導体記憶装置。 A plurality of memory cells capable of holding data;
A plurality of word lines connected to the plurality of memory cells;
A first step of applying a first write voltage to a selected word line of the plurality of word lines and applying a first verify voltage and a second verify voltage higher than the first verify voltage; A third verify voltage lower than the first verify voltage and a third verify voltage lower than the second verify voltage are applied to a selected word line among the plurality of word lines after the first step. A control unit that executes a second step of applying a higher fourth verify voltage;
A semiconductor memory device.
前記第4のベリファイ電圧は、前記メモリセルの前記第2の閾値電圧及び前記第2の閾値電圧よりも高い第3の閾値電圧の間の電圧である請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の半導体記憶装置。 The third verify voltage is a voltage between a first threshold voltage of the memory cell and a second threshold voltage higher than the first threshold voltage,
5. The first verify voltage according to claim 1, wherein the fourth verify voltage is a voltage between the second threshold voltage of the memory cell and a third threshold voltage higher than the second threshold voltage. The semiconductor memory device according to item.
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