JPH09180475A - 不揮発性半導体メモリ装置 - Google Patents
不揮発性半導体メモリ装置Info
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- JPH09180475A JPH09180475A JP27323696A JP27323696A JPH09180475A JP H09180475 A JPH09180475 A JP H09180475A JP 27323696 A JP27323696 A JP 27323696A JP 27323696 A JP27323696 A JP 27323696A JP H09180475 A JPH09180475 A JP H09180475A
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Abstract
できる不揮発性半導体メモリ装置を提供する。 【解決手段】 プログラム後のプログラム検証のときに
選択メモリセルのワードラインへプログラム基準電圧P
Vref を提供すると共に非選択メモリセルのワードライ
ンへパス電圧Vpassを提供するプログラム検証制御回路
20を設け、PVref を可変調節することによりプログ
ラムセルを通って流れる感知電流Isが制御されてプロ
グラムセルのしきい値電圧検証レベルが調整されるよう
になっている。また、消去後の消去検証のときに消去メ
モリセルを通った後の感知電流Isの量を消去基準電圧
EVref に従って制御する消去検証制御回路10を設
け、EVref を可変調節することにより消去メモリセル
のしきい値電圧検証レベルが調整されるようになってい
る。
Description
関し、特に不揮発性の半導体メモリ装置に関する。
が伴わなければチップサイズは増加してしまうが、近年
のサブミクロンクラスまでの微細加工にも限界が見え、
更なる技術開発が研究されている。そこで最近、1個の
セルで読出時に複数のデータを認識するようにしてより
多量の情報を記憶するマルチビットメモリ(Multi bit M
emory)が活発に研究されており、特に、不揮発性メモリ
装置のフラッシュメモリと組み合わせたマルチビットフ
ラッシュメモリが大いに注目されている。
プログラムしたメモリセルはポジティブしきい値電圧
(+)を有し、消去したメモリセルはネガティブしきい
値電圧(−)を有するように設計されるが、消去セルの
しきい値電圧(=Vth)が過度に低くなることがあるた
め、マルチビット技術と組み合わせたときに問題が発生
する。
リの消去及びプログラム動作のフローチャートを示して
いるが、同図を参照すれば、メモリセルの消去(ERASE)
終了で消去検証(VERIFY ERASURE)が行われ、この消去検
証でメモリセルのVthが0Vを下回っていればメインプ
ログラム(MAIN PROGRAM)が遂行される。従って、例えば
消去Vthが−3V、プログラムVthが3Vのレベルであ
るとすると、消去により−3Vを大きく越える程度にま
で過度に消去されたセルが存在する場合、これらセルは
プログラム検証又は読出動作でパストランジスタとして
動作するときのターンオン抵抗が小さく、相対的に、正
常セルがパストランジスタとして動作するときのターン
オン抵抗が大きくなるので、選択したメモリセルのドレ
イン電圧がパストランジスタのターンオン抵抗により異
なる事態を招き、プログラム検証動作時等のVth差が大
きくなる。
まず、プログラムセルのVthは3Vにされ、プログラム
検証や読出動作でパストランジスタとするセルのゲート
には5Vを加えると仮定する。すると、Vthが−3Vを
下回るまで過度消去された消去セルがパストランジスタ
としてある場合の選択セルのVth(B)と、正常に−3
Vに消去された消去セルがパストランジスタとしてある
場合の選択セルのVth(A1)とでは、0.7VのVth
の差が発生し得る。このようにVthに0.7Vの差がで
てしまうと、プログラム検証や読出動作においてマルチ
ビットのようにセルVthの分布を1V以下で非常に細か
く調整するメモリには不向ということになる。
は、プログラム動作において選択セルのワードライン
(W/L)に印加されるプログラム電圧(Vpgm )によ
り、非選択ストリングのセルデータが攪乱されるのを防
止するために、セルフブースティング(Self Boosting)
方式を採択しており、攪乱防止の特性は比較的優れてい
る(その詳細な内容は、例えば1993年12月22日
付米国出願“不揮発性半導体メモリ装置”に記載されて
いる)。しかし、非選択ストリングのセルVthがネガテ
ィブであると、Vpgm により非選択セルのチャネルに発
生するプログラム防止電圧はやや低くなる。これについ
て図1を通じて説明する。図1は、NAND形ストリン
グの等価回路図及び断面図である。半導体基板1と、ウ
ェル領域2と、ドレイン及びソース領域3と、半導体基
板1上に絶縁膜を介し形成されたフローティングゲート
4と、このフローティングゲート4上に絶縁膜を介し形
成された制御ゲート5と、が示されている。
セルのチャネルBに発生する電圧増加分はVa、プログ
ラム動作時の非選択メモリセルのゲートに加えられるパ
ス電圧(Vpass)により発生する電圧増加分はVb、そ
して、消去セルのVthは−3Vで、この消去セルがプロ
グラム動作時に非選択メモリセルとして動作するものと
してある。この場合、プログラム動作時に最初に発生す
る全体チャネル電圧はVcc−1Vthになり、その後Vpa
ssによりチャネル電圧はVbだけ上昇し、そしてVpgm
によりVaだけ追加上昇する。しかし、非選択メモリセ
ルのVthが−3Vであり、すべてのセルのチャネルが接
続されているのでチャネル電圧の分配現像が現われ、最
終的にVpgm が加わるメモリセルのチャネル電圧は(V
cc−1Vth)+Vbになる。このため、Vpassが低くな
るとプログラム攪乱防止特性が低下するという問題点が
ある。
着目して本発明の目的は、読出又はプログラム検証動作
時にパストランジスタのしきい値電圧の差が小さく、タ
ーンオン抵抗のバラツキのない不揮発性半導体メモリ装
置を提供することにある。また本発明の他の目的は、プ
ログラム時のプログラム攪乱防止特性が向上し得る不揮
発性半導体メモリ装置を提供することにある。更に本発
明のまた他の目的は、消去時の消去攪乱防止特性が向上
し得る不揮発性半導体メモリ装置を提供することにあ
る。
は、消去によりネガティブのしきい値電圧とされ且つプ
ログラムによりポジティブのしきい値電圧とされるフロ
ーティングゲートトランジスタのメモリセルを複数直列
接続したNAND形のセル構造を有し、ビットラインか
ら感知電流を流してメモリセルのしきい値電圧に応じた
前記感知電流の変化を感知することでデータを読出すよ
うにした不揮発性半導体メモリ装置において、消去後の
消去検証のときに消去メモリセルを通った後の前記感知
電流量を消去基準電圧に従って制御する消去検証制御回
路が設けられ、前記消去基準電圧を可変調節することに
より消去メモリセルのしきい値電圧検証レベルが調整さ
れるようになっていることを特徴とする。或いは、消去
によりネガティブのしきい値電圧とされ且つプログラム
によりポジティブのしきい値電圧とされるフローティン
グゲートトランジスタのメモリセルを複数直列接続した
NAND形のセル構造を有し、ビットラインから感知電
流を流してメモリセルのしきい値電圧に応じた前記感知
電流の変化を感知することでデータを読出すようにした
不揮発性半導体メモリ装置において、プログラム後のプ
ログラム検証のときに選択メモリセルのワードラインへ
プログラム基準電圧を提供すると共に非選択メモリセル
のワードラインへパス電圧を提供するプログラム検証制
御回路が設けられ、前記プログラム基準電圧を可変調節
することによりプログラムメモリセルを通って流れる前
記感知電流が制御されてプログラムメモリセルのしきい
値電圧検証レベルが調整されるようになっていることを
特徴とする。また、上記消去検証制御回路及びプログラ
ム検証制御回路の両方をもつことを特徴とする。この場
合、消去検証のときにプログラム検証制御回路がワード
ラインを0Vにするようにしておくことができ、また、
プログラム検証のときに消去検証制御回路がメモリセル
のソース側を接地させるようにしておくことができる。
をポジティブの低レベル(例えばマルチビットを読出す
ためのポジティブVthの最低レベル)としてプログラム
検証するプリプログラムを実施してプログラムメモリセ
ルのしきい値電圧をポジティブに揃えた後にメインプロ
グラムを実施してプログラムメモリセルを所望のしきい
値電圧にプログラムするようにすることができる。
付図面を参照して詳細に説明する。
リ装置の概略回路図である。各NANDセルユニットN
Uは、第1選択トランジスタST1及び第2選択トラン
ジスタST2と、第1選択トランジスタST1のソース
と第2選択トランジスタST2のドレインとの間にドレ
イン・ソース通路を直列接続したメモリセル(メモリト
ランジスタ)M1〜M4と、から構成される。メモリセ
ルM1〜M4のそれぞれは、チャネルを間に挟んでドレ
イン及びソースを有し、そのチャネル上にトンネル酸化
膜を介して形成されたフローティングゲートと、このフ
ローティングゲート上に中間絶縁膜を介して形成された
制御ゲートと、を有する。第1選択トランジスタST1
のドレインはビットラインBLと接続され、第2選択ト
ランジスタST2のソースは共通ソースラインCSL6
0と接続される。また、メモリセルM1〜M4の制御ゲ
ートと第1選択トランジスタST1及び第2選択タラン
ジスタST2のゲートが接続される第1選択ラインSS
L1、第2選択ラインGSL2、及び各ワードラインW
/Lは、それそれ選択トランジスタPG1〜PG6を介
し電圧を受け制御される。
数含むメモリセルブロック50と、このメモリセルブロ
ック50を選択するためのブロック選択制御回路40
と、各ビットラインB/Lと接続されたセンスアンプ3
0と、メモリセルM1〜M4のプログラム検証電圧を印
加するプログラム検証制御回路20と、共通ソースライ
ン(CSL)60に接続された消去検証制御回路10
と、が本例の不揮発性半導体メモリ装置には備えられて
いる。尚、4個のメモリセルM1〜M4を便宜上図示し
てあるが、8個ないし16個、若しくはそれ以上も可能
であるのは勿論である。
じて動作を説明する。センスアンプ(S/A)30は、
消去検証動作時にはビットラインB/Lの論理“ハイ”
レベルから論理“ロウ”レベルへの遷移を感知してその
次の消去動作を終了し、プログラム検証動作時には、ビ
ットラインB/Lの論理“ロウ”レベルから論理“ハ
イ”レベルへの遷移を感知してプログラム動作を終了す
ると仮定する。そして、図7に示すW/L(S1)は選
択のW/Lに印加される電圧、W/L(S2)は非選択
のW/Lに印加される電圧を表す。
証モードT1に進入し、ブロック選択制御回路40によ
り、選択トランジスタPG1〜PG6のゲート(CG)
70にはVcc+ΔVの電圧が印加され、そしてストリン
グ選択の第1選択ラインSSL1及び接地選択の第2選
択ラインGSL1にはVccの電圧VPASSが印加される。
これにより選択されたブロック50内のすべてのW/L
1〜W/L4は、消去検証活性化信号バーERAvfが論
理“ロウ”レベルへ遷移することですべて接地レベルに
なる。その後にビットラインB/Lと接続されたS/A
30から選択されたストリングNUへ電流Isが流れ、
この電流Isは、メモリセルのVthと共通ソースライン
(CSL)60を制御する消去検証制御回路部10のE
Vref 値とにより制限される。
すれば、消去検証モードT1へ進入すると消去電圧バー
ERAsが論理“ロウ”レベルになってNMOSトラン
ジスタM12はオフとなり、また消去検証活性化信号バ
ーERAvfが論理“ロウ”レベルになることでNMOS
トランジスタM11のゲート論理が“ハイ”レベルにな
る。従って、消去検証動作の検証レベルを調整する消去
基準電圧EVref がNMOSトランジスタM11を通じ
てNMOSトランジスタM13のゲートに伝達され、C
SL60は、NMOSトランジスタM13のゲート電圧
により左右される。この結果、Vthの感知電流Isは、
消去メモリセルのVthと消去基準電圧EVref により複
合的に調整される。
する場合についてメモリセルのVthに従い説明する。ま
ず消去が不十分でVthがポジティブの場合、感知電流I
sは十分にメモリセルを通じて流れることができないの
で、消去基準電圧EVref に関係なくS/A30は論理
“ハイ”を感知し、再び消去動作を遂行することにな
る。これにより当該メモリセルのVthが0Vになると、
メモリセルを通じる感知電流IsはVthがポジティブの
場合に比べて多く流れるが、消去基準電圧EVref でN
MOSトランジスタM13のゲートを調整しているの
で、やはり感知電流Isは接地へ流れることができな
い。従ってS/A30は論理“ハイ”状態を感知する。
このS/A30の論理“ハイ”レベルにより再び消去動
作を遂行し、当該メモリセルのVthがネガティブになれ
ば、感知電流Isを十分に流すだけVthが低くなるの
で、S/A30が論理“ハイ”状態で感知されるかどう
かは消去基準電圧EVref によってのみ左右される。従
って、この消去基準電圧EVref を調整することにより
S/A30の論理“ハイ”又は“ロウ”感知を決定でき
るので、消去動作の完了可否を決定できる。つまり、こ
の動作を応用すれば、消去セルの最大Vthを自在に調節
可能である。
て説明する。
T2へ進入すると、外部アドレスデコーディングにより
特定のブロック50が選択され、ブロック選択制御回路
40により、選択トランジスタPG1〜PG6ゲート
(CG)70には、出力ライン80,90及びプログラ
ム検証制御回路20の各電圧を選択トランジスタPG1
〜PG6を通じて減衰なく十分に伝達するためにVccよ
り高い電圧Vcc+ΔVが印加される。そして出力ライン
80,90には、選択されたビットラインB/Lの電圧
をセルへ十分に伝達するためにVcc以上の電圧VPASSが
印加される。またプログラム検証制御回路20により、
選択W/L(S1)にはプログラム基準電圧PVref が
印加され、非選択W/L(S2)には電圧VPASSが印加
される。
詳述する。アドレスデーコディングに従い選択のW/L
に接続したプログラム検証制御回路20へ提供される制
御信号バーTiは論理“ロウ”レベルになり、プログラ
ム検証活性化信号バーPGMvfも論理“ロウ”レベルに
なる。これに従って、選択W/L(S1)のNMOSト
ランジスタM23のみオンとなる。このNMOSトラン
ジスタM23を通じて供給されるプログラム基準電圧P
Vref は、NMOSトランジスタM22のゲートが論理
“ハイ”レベルなので、選択W/L(S1)へ送られ
る。一方、非選択W/L(S2)のプログラム検証制御
回路20の出力電圧は、制御信号バーTi論理“ハイ”
レベル、プログラム検証活性化信号バーPGMvfが論理
“ロウ”レベルにあり、従ってPMOSトランジスタM
21がオンとなるので、Vpassの電圧となる。
が0.5V以上になるように検証する場合を説明する。
プログラム検証モードT2に進入すれば、選択W/L
(S1)にはプログラム基準電圧PVref が印加され、
非選択W/L(S2)にはVPASSが印加される。また共
通ソースラインCSLは、消去電圧バーERAsの論理
“ハイ”レベルにより接地レベルになる。そして、消去
検証と同様にS/A30を通じて感知電流Isが供給さ
れ、VPASSがVccレベル以上、プログラム基準電圧PV
ref がポジティブレベルで調整するようにしてあると、
まず、プログラムが不十分でセルのVthが−0.5Vの
場合、感知電流Isは、プログラム基準電圧PVref に
関係なくセルを通じて共通ソースラインCSLへすべて
流れ、このためビットラインB/Lの電圧はほぼ接地レ
ベルになる。従って、S/A30が論理“ロウ”レベル
感知となり再プログラム動作を行うことになる。
になった場合には、感知電流Isがプログラム基準電圧
PVref により制御されてビットラインB/Lの電圧レ
ベルが調節されることになる。即ち、セルのVthが0V
となったときに、プログラム基準電圧PVref が0Vで
あればセルを通じて感知電流Isが十分に流れることが
できないのでビットラインB/Lの電圧レベルは上昇す
るが、プログラム基準電圧PVref が十分にポジティブ
であれば、感知電流Isはセルを通じて共通ソースライ
ンCSLへすべて流入するので、ビットラインB/Lの
電圧レベルはほぼ0Vになる。従って、例えばプログラ
ム基準電圧PVref を0.5Vに固定した状態でプログ
ラム検証動作を遂行すれば、セルのVthが0.5Vに達
していない場合にはS/A(30)が論理“ロウ”感知
になって再プログラム動作が継続して遂行され、このプ
ログラム遂行によりセルのVthが0.5Vになれば、当
該セルの感知電流Is制限でS/A(30)が論理“ハ
イ”感知となってプログラム動作終了となる。
通じてプログラムセルのVthを例えば上記のように低レ
ベルのポジティブレベルに揃えるプリプログラムをまず
実行するようにし、この後に更に異なる状態へのプログ
ラムを実行すれば、従来技術よりも改善されたマルチビ
ットメモリを実現可能である。即ち、しきい値電圧の分
布を細かく微調整可能であり、またプログラム攪乱防止
特性を向上させ得るという長所がある。
ム動作遂行のフローチャートである。同図を参照すれ
ば、メモリセルに対する消去(ERASE) を遂行した後に上
記のような消去検証(VERIFY ERASURE)を遂行する。これ
により、メモリセルのVthが0Vを下回れば(MAXIMUM E
RASURE Vth < 0V)、プリプログラム動作の遂行となる(P
REPROGRAM OPERATION)。このプリプログラムに続いて上
記のようなプログラム検証(VERIFY PROGRAM)を遂行し、
対象メモリセルのVthについて0Vを上回る(MINIMUM P
ROGRAM Vth > 0V)ように揃えた後、所望のセルのVthだ
け更にプログラムするメインプログラム動作(MAIN PROG
RAM)を遂行する。
及びプログラム動作後のしきい値電圧の違いを示す。本
発明によれば、消去メモリセルとプログラムメモリセル
とのしきい値電圧差を明確に区分することができる。
路図とその断面図。
チャート。
時の感知しきい値電圧のバラツキを示した波形図。
路図。
チャート。
のしきい値電圧分布図。
イミング図。
Claims (6)
- 【請求項1】 消去によりネガティブのしきい値電圧と
され且つプログラムによりポジティブのしきい値電圧と
されるフローティングゲートトランジスタのメモリセル
を複数直列接続したNAND形のセル構造を有し、ビッ
トラインから感知電流を流してメモリセルのしきい値電
圧に応じた前記感知電流の変化を感知することでデータ
を読出すようにした不揮発性半導体メモリ装置におい
て、 消去後の消去検証のときに消去メモリセルを通った後の
前記感知電流量を消去基準電圧に従って制御する消去検
証制御回路が設けられ、前記消去基準電圧を可変調節す
ることにより消去メモリセルのしきい値電圧検証レベル
が調整されるようになっていることを特徴とする不揮発
性半導体メモリ装置。 - 【請求項2】 消去によりネガティブのしきい値電圧と
され且つプログラムによりポジティブのしきい値電圧と
されるフローティングゲートトランジスタのメモリセル
を複数直列接続したNAND形のセル構造を有し、ビッ
トラインから感知電流を流してメモリセルのしきい値電
圧に応じた前記感知電流の変化を感知することでデータ
を読出すようにした不揮発性半導体メモリ装置におい
て、 プログラム後のプログラム検証のときに選択メモリセル
のワードラインへプログラム基準電圧を提供すると共に
非選択メモリセルのワードラインへパス電圧を提供する
プログラム検証制御回路が設けられ、前記プログラム基
準電圧を可変調節することによりプログラムメモリセル
を通って流れる前記感知電流が制御されてプログラムメ
モリセルのしきい値電圧検証レベルが調整されるように
なっていることを特徴とする不揮発性半導体メモリ装
置。 - 【請求項3】 消去後の消去検証のときに消去メモリセ
ルを通った後の感知電流量を消去基準電圧に従って制御
する消去検証制御回路が設けられ、前記消去基準電圧を
可変調節することにより消去メモリセルのしきい値電圧
検証レベルが調整されるようになっている請求項2記載
の不揮発性半導体メモリ装置。 - 【請求項4】 消去検証のときにプログラム検証制御回
路がワードラインを0Vにする請求項3記載の不揮発性
半導体メモリ装置。 - 【請求項5】 プログラム検証のときに消去検証制御回
路がメモリセルのソース側を接地させる請求項3又は請
求項4記載の不揮発性半導体メモリ装置。 - 【請求項6】 プログラム基準電圧をポジティブの低レ
ベルとしてプログラム検証するプリプログラムを実施し
てプログラムメモリセルのしきい値電圧をポジティブに
揃えた後にメインプログラムを実施してプログラムメモ
リセルを所望のしきい値電圧にプログラムする請求項2
〜5のいずれか1項に記載の不揮発性半導体メモリ装
置。
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Publications (2)
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| JP27323696A Expired - Fee Related JP3783885B2 (ja) | 1995-10-16 | 1996-10-16 | 不揮発性半導体メモリ装置 |
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|---|---|
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