JP2982676B2 - 不揮発性半導体記憶装置の過消去救済方法 - Google Patents
不揮発性半導体記憶装置の過消去救済方法Info
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Description
装置に関し、特にフローティングゲートを有する電気的
に書き込みと消去が可能な不揮発性半導体記憶装置に関
する。
の構成を図1を参照して以下に説明する。従来の不揮発
性半導体記憶装置は、フローティングゲートを有する電
気的に書き込みと消去が可能なメモリセル(M11〜M
mn)を行方向及び列方向に複数個配列して成るメモリ
セルアレイ1と、メモリセルを行方向に接続する複数の
ワード線(W1〜Wm)と、メモリセルを列方向に接続
する複数のディジット線(D1〜Dn)と、アドレス信
号Addを入力としワード線(W1〜Wm)を選択する
ためのXデコーダ2と、アドレス信号Addを入力とし
ディジット線(D1〜Dn)を選択するためのYデコー
ダ3と、メモリセルに記憶されたデータを読み出すため
のセンスアンプ4と、メモリセルに対して入力データD
inに従ってデータを書き込むための書き込み回路5
と、メモリセルに書き込まれたデータを消去するための
消去回路6と、を有する。
(メモリセルのしきい値電圧を単に「VTM」という)
は、例えば、図9に示すように、メモリセル間で大きく
ばらつき、極く少数ではあるが、VTM<0V若しくは
0V近傍のメモリセルが存在する場合があり、これらの
メモリセルは過消去(overerased)セルと呼ばれる。過
消去セルは例えば消去時間が長すぎた場合等によりメモ
リセルのしきい値電圧が負値となるデプリーション状態
にあるセルをいう。
合、ワード線が非選択状態の0Vとなっているにもかか
わらず、VTM<0Vであることから、過消去セルはオ
ン状態を維持し続けるため、過消去セルが接続されたデ
ィジット線からはオン状態(導通状態)のセルに対応す
るデータ(例えば“1”)のみが出力され、例えオフ状
態のセルが選択されたとしても“0”は出力されず、正
しいデータを読み出すことが不可能となる。
公報には、過消去状態になったメモリセルを正常な状態
に回復させることを目的として、図5(A)に示すよう
に、消去後(ステップS21)に過消去セルの有無を検
出し(ステップS22)、過消去セルが存在した場合、
図5(B)に示すように、全てのワード線(W1〜W
m)を例えば12Vの高電圧とすることで、メモリセル
のフローティングゲートにトンネル現象により電子を注
入することにより(ステップS23)、過消去状態のセ
ルのVTMを上昇させて過消去セルを救済する方法が提
示されている。
する全てのセルに対してトンネル現象により電子を注入
するため、過消去ではない正常なセルに対しても、図5
(B)に示したように書き込みが行われ、過消去是正書
き込み期間が終了した時点ではVTMが上昇しており、
このため、読み出しスピードの低下や、最悪の場合に
は、読み出し動作動作不良となることがあるため、再び
消去を行いさらに過消去セルの有無を検出するという処
理を過消去セルが無くなるまで繰り返す。
は、図6及び図7に示すように、消去を行ったワード線
(図6は、ワード線W1の場合の例である)に接続され
たセルに対してディジット線毎に過消去セルの有無を検
出し、過消去セルが存在した場合、通常の書き込み条件
よりも弱い条件(例えばディジット線を4V、ワード線
を6Vに設定)の書き込みパルスを過消去状態が是正さ
れるまで印加し続けることによって過消去セルを救済す
る方法が提示されている。
みを行うため、ワード線(図6及び図7の例では、ワー
ド線W1)の電位を設定すると共に、過消去セルの存在
するディジット線(D1、〜Dn)の電位を逐次設定し
て行く。すなわち、図6に示すように、カラムアドレス
(デジット線)毎に過消去セルの有無を判定し(ステッ
プS31)、過消去セルが存在した場合、過剰消去是正
書き込み処理(ステップS35)において、図7のタイ
ミング図に示すように、通常の書き込み条件よりも弱い
条件(例えばディジット線を4V、ワード線を6Vに設
定)の書き込みパルスを過消去状態が是正されるまで印
加する。
には、図8に示すように、ビット毎に過消去セルの有無
を検出(ステップ408)し、過消去セルが存在した場
合、書き込みによって過消去セルを救済(ステップ41
0)するという動作を全てのワード線毎に逐次行い(ス
テップ414、416)、この書き込み動作を各ディジ
ット線毎に行って(ステップ426、428)、メモリ
セルアレイ内に存在する全ての過消去セルの是正を行
う。
83号公報と同様に通常の書き込み条件よりも弱い条件
で書き込むことにより、過消去セルの是正を行うが、V
pp=Vstart+(Vstep・count)で与
えられる、ステップカウントに比例して上昇する、書き
込み電圧Vppを印加することにより、過消去是正書き
込み時間の短縮が図られている。
994号公報に提案される過消去是正の方法は、メモリ
セルアレイ内に存在する全ての過消去セルの是正を同時
に行えるものの、図5(A)に示したように、過消去是
正書き込みを行った後に、再度、消去及び過消去セルの
有無の検出という処理を行わなければならない。
が無くなるまで繰り返し実行することが必要とされ、過
消去セルを是正するために長時間を要すると共に、過消
去セルを是正するためのシーケンスを実行するための制
御回路(図1の制御回路7参照)が複雑となり、回路規
模の増大により、半導体チップ上に実現する場合には、
非常に大きな面積を必要とするという問題点を有してい
る。
き込みの手段としてトンネル現象による電子の注入を利
用しているが、チャネルホットエレクトロンによる書き
込み(数十μsを要する)と比較すると、数msを要す
るトンネル現象による電子の注入は100倍程度遅く、
これも過消去セルを是正するために要する時間を長大化
させる大きな原因の一つとなっている。
に提案される過消去是正の方法は、チャネルホットエレ
クトロンによる過消去是正書き込みを採用しているた
め、1個の過消去セルを是正するために要する時間は短
時間で終了するが、図6に示したように、ビット毎に是
正書き込みを行うことが必要とされるため、大記憶容量
の場合過消去セルを是正するためには、長時間を要す
る。しかも、上記特開平4−222994号公報の場合
と同様に、過消去セルを是正するためのシーケンスを実
行するための制御回路が複雑となり、これをチップ上に
実現する場合に非常に大きな面積を必要とするという問
題点も有している。
ップカウントに比例して上昇する書き込み電圧Vppを
印加することにより、1個の過消去セルを是正するため
に要する時間はさらに短縮されているが、過消去是正書
き込みのシーケンスがより複雑になるため、制御回路が
一層複雑となり、チップ上に実現する場合にはさらに大
きな面積が必要になるという問題点がある。
に是正書き込みを行う必要があるため、特に大記憶容量
の場合には、上記特開平5−314783号公報に提案
された方法と同様、過消去セルを是正するために長時間
を要するという問題点を有している。
なされたものであって、フローティングゲートを有する
メモリセルを含む不揮発性半導体記憶装置において、過
消去セルの是正を短時間で行い、且つ回路規模の増大を
抑止低減し、チップ面積を削減することを可能とする不
揮発性半導体装置の過消去救済方法を提供することを目
的とする。
め、本発明は、(a)メモリセルに書き込まれたデータ
を消去する第1のステップと、(b)前記第1のステッ
プで消去された前記メモリセルに過消去セルがあるか否
かを検出する第2のステップと、(c)前記第2のステ
ップで過消去セルが存在した場合、書き込み時にディジ
ット線に印加する電圧以上の電圧を全てのディジット線
に同時に印加すると共に、過消去セルとなったメモリセ
ルのしきい値電圧よりも高く、過消去セルとはならなか
ったメモリセルのしきい値電圧よりも低い電圧を複数の
ワード線に印加して過消去セルとなったメモリセルのみ
のしきい値電圧を上昇させて該過消去セルの過消去を是
正する第3のステップと、(d)前記第2のステップで
過消去セルが存在しなかったか、若しくは前記第3のス
テップを1度実行した後に、消去動作を終了する第4の
ステップと、を含むことを特徴とする不揮発性半導体記
憶装置の過消去救済方法を提供する。
込まれたデータを消去する第1のステップと、(b)前
記第1のステップ後に、過消去セルのメモリセルがある
か否かを検出することなく、書き込み時にディジット線
に印加する電圧以上の電圧を全てのディジット線に同時
に印加すると共に、過消去セルとなったメモリセルのし
きい値電圧よりも高く、過消去セルとはならなかったメ
モリセルのしきい値電圧よりも低い電圧を複数のワード
線に印加して過消去セルとなったメモリセルのみのしき
い値電圧を上昇させて該過消去セルの過消去を是正する
第2のステップと、(c)前記第2のステップを1度実
行した後に、消去動作を終了する第3のステップと、を
含む。
が、全ワード線、もしくは分割されたワード線からな
る。
在する全ての過消去セルに対して同時に過消去是正書き
込みが行われ、しかもトンネル現象による電子注入より
も100倍程度も高速なチャネルホットエレクトロン注
入により行われるようにしたことにより、過消去セルを
是正するために要する時間が大幅に短縮される。
においては、ワード線に印加される電圧が読み出し時に
設定される電圧以下のため、1個当りのセルに流れる電
流が非常に小さい。加えて、過消去状態または非常に低
いしきい値電圧のメモリセルの数は、実質的に非常に少
数であることから、過消去是正書き込み期間に消費され
る電力は、実使用上、特に問題とはならない。
込み期間内に過消去セルのしきい値電圧VTMが上昇し
た後、ワード線に印加された電位によって制御される値
(例えばVTM=2V)に収束すると共に、正常なセル
のしきい値電圧VTMは変動することがないため、一回
の過消去是正書き込みでメモリセルアレイ中の全てのセ
ルが正常なしきい値電圧VTMとなり、このため、過消
去是正書き込み後に、正常セルについてそのしきい値の
上昇を是正するための再消去処理等のシーケンスを何等
必要とせず、直ちに消去終了となるので、過消去セルを
是正するために要する時間を大幅に短縮すると共に、過
消去セルが検出された場合には、一回の過消去是正書き
込み動作を行うだけよく、非常に単純な処理シーケンス
とされてる。このことから、本発明における制御回路は
極めて簡易な構成で済み、回路規模を縮減し、チップ面
積を削減することを可能としている。
間中、正常なセルのVTMは変動することは無いため、
メモリセルアレイ中に過消去状態のセルが存在しない正
常なセルだけの状態において、過消去是正書き込みを実
行したとしても、この場合、セルのしきい値電圧VTM
は何等変動することが無い。このため、過消去セルの有
無を検出し、過消去セルが存在する場合にのみ過消去是
正書き込みを実行するというシーケンスを省略すること
が可能となる。
レイ中に存在する過消去セルを複数回に分けて救済する
ように構成した場合、過消去是正書き込み期間中に流れ
る電流を削減することが可能となり、このため、電源/
GND配線幅も縮減することが可能とされ、チップ面積
を削減するという利点を有する。
して以下に説明する。
る不揮発性半導体記憶装置の概略構成を示すブロック図
である。本発明の第1の実施の形態に係る不揮発性半導
体記憶装置の構成自体は、前記従来技術と同様とされ
る。
に係る不揮発性半導体記憶装置は、フローティングゲー
トを有する電気的に書き込みと消去が可能なメモリセル
(M11〜Mmn)を行方向及び列方向に複数個配列し
て成るメモリセルアレイ1と、メモリセルを行方向に接
続する複数のワード線(W1〜Wm)と、メモリセルを
列方向に接続する複数のディジット線(D1〜Dn)
と、アドレス信号Addを入力としワード線(W1〜W
m)を選択するためのXデコーダ2と、アドレス信号A
ddを入力としディジット線(D1〜Dn)を選択する
ためのYデコーダ3と、メモリセルに記憶されたデータ
を読み出すためのセンスアンプ4と、メモリセルにデー
タを書き込むための書き込み回路5と、メモリセルに書
き込まれたデータを消去するための消去回路6と、を有
する。
は、消去後に過消去状態のセルを救済するために、Yデ
コーダ3及び書き込み回路5によってディジット線に高
電圧を印加する動作、及びXデコーダ2によってワード
線を読み出し時に設定される電位以下にバイアスする動
作を制御するための制御回路7を有している。
導体記憶装置において、メモリセル(例えばM11)に
データを書き込む場合、Yデコーダ3を介して書き込み
回路5からディジット線(D1)に高電圧(例えば5
V)を印加すると共に、Xデコーダ2によってワード線
(W1)に高電圧(例えば12V)を印加することによ
り、メモリセル(M11)にチャネル電流を流し、この
チャネル電流で誘起されたチャネルホットエレクトロン
がフローティングゲートに注入されてVTMが上昇す
る。
合、例えば消去回路6によってソース線(S1〜Sm)
に高電圧(例えば12V)を印加すると共に、Xデコー
ダ2によってワード線(W1〜Wm)を0Vにバイアス
することにより、フローティングゲートに蓄えられてい
た電子をソース側に引き抜き、これによりメモリセルの
しきい値電圧VTMを低下させる。
ソース線(S1〜Sm)が高電圧にバイアスされている
ため、メモリセルアレイ1中の全てのメモリセル(M1
1〜Mnm)が消去される。
れたメモリセル(例えばM11)に接続されているワー
ド線(W1)を例えば5Vにバイアスすると共に、Yデ
コーダ3を介してディジット線(D1)とセンスアンプ
4とを接続することによって、センスアンプ4から記憶
データ(Dout)が出力される。
去動作時に生じた過消去状態のメモリセルを救済する処
理フローを詳細に説明する。
おいては、消去後(ステップS1)、過消去セルの有無
を検出し(ステップS2)、もし過消去セルが存在しな
ければそのまま消去終了となるが、過消去セルが存在し
た場合には、過消去是正書き込みを行った(ステップS
3)後に消去終了となる。
(B)に示すように、メモリセルアレイ1中の全てのデ
ィジット線(D1〜Dn)に同時に高電圧(例えば5
V)を印加し、且つ、メモリセルアレイ1中の全てのワ
ード線(W1〜Wm)すなわち全てのメモリセルのコン
トロールゲート(制御ゲート)を、同時に読み出し時に
設定される電位(例えば5V)以下の所定電位(例えば
2V)にバイアスする。
えばVTM=−1V)ため、過消去セルのコントロール
ゲートが2Vにバイアスされるとチャネル電流が流れ、
このチャネル電流によって誘起されたチャネルホットエ
レクトロンがフローティングゲートに注入されてVTM
が上昇してゆく。
過消去状態にあったセルがオンしてチャネル電流が流れ
ている間中続き、VTM=ワード線電位(2V)まで上
昇したところで、セルがオフし、VTMの上昇も止ま
る。
3V)ため、コントロールゲートが2Vにバイアスされ
てもオンせず、チャネル電流も流れないために、チャネ
ルホットエレクトロンが誘起されず、このためVTM
は、過消去是正書き込み期間中変動することはない。
に存在する全ての過消去セルに対して同時に過消去是正
書き込みが行われ、しかもトンネル現象による電子注入
よりも100倍程度高速なチャネルホットエレクトロン
注入により行われるようにしたので、過消去セルを是正
するために要する時間が大幅に短縮される。
書き込みは、過消去セルにチャネル電流を流すことによ
って誘起されるチャネルホットエレクトロンを利用する
ため、過消去是正書き込み期間に消費される電力が大き
くなることが懸念されるが、ワード線に印加される電圧
が読み出し時に設定される電圧以下のため、1個当りの
セルに流れる電流が非常に小さいことに加えて、図9に
示したように、過消去状態または非常に低いVTMのメ
モリセルの数は、通常非常に少数であることから、過消
去是正書き込み期間に消費される電力は、実使用上、特
に問題とはならない。
書き込み期間内に過消去セルのVTMが上昇した後、ワ
ード線に印加された電位によって制御される値(例えば
VTM=2V)に収束すると共に、正常なセルのVTM
は変動することがないため、一回の過消去是正書き込み
でメモリセルアレイ中の全てのセルが正常なVTMとな
る。このため、本実施形態においては、過消去是正書き
込み後に、正常セルのしきい値の上昇を抑制するための
再消去処理等のシーケンスを何等必要とせず、直ちに消
去終了となるので、過消去セルを是正するために要する
時間が大幅に短縮されると共に、過消去セルが検出され
た場合には、一回の過消去是正書き込み動作を行うだけ
でよいという具合に、非常に単純な処理シーケンスとさ
れていることから、このシーケンスを実行するための制
御回路(図1の制御回路7参照)は極めて簡易な構成で
よいことになる。このため回路規模の縮減し、チップ上
に実現する場合に、非常に小さな面積で構成することが
可能となる。
シーケンスを説明するためのフローチャートである。な
お、本実施形態において不揮発性半導体記憶装置の全体
構成は図1に示したものと同様とされ、その説明は省略
する。
プS11)後に、無条件に過消去是正書き込みを行い
(ステップS12)、消去を終了するというシーケンス
からなるものである。
1〜Dmに高電圧を印加すると同時に全てのワード線W
1〜Wmを読み出し時に設定される電位以下にバイアス
してなる過消去是正書き込み(ステップS12)におい
ては、前述したように、過消去状態にあるセルのみのし
きい値電圧VTMが上昇して過消去状態が是正される
が、この過消去是正書き込み期間中、正常なセルのVT
Mは変動することは無い。このため、メモリセルアレイ
中に過消去状態のセルが存在しない正常なセルだけの状
態において、過消去是正書き込みを実行したとしても、
この場合、セルのしきい値電圧VTMは何等変動するこ
とが無いため、過消去セルの有無を検出し、過消去セル
が存在する場合にのみ過消去是正書き込みを実行すると
いうシーケンスを省略することが可能となる。
スの省略により、さらに過消去是正書き込み期間が短縮
されると共に、過消去セルの有無を検出し、過消去セル
が存在した場合にのみ過消去是正書き込みを起動すると
いう制御が不要とされるため、制御回路(図1の制御回
路7参照)が非常に簡単なものとなり、チップ上に実現
する場合により小さな面積で構成可能となる。
するためのタイミングチャートである。
ト線(D1〜Dn)に高電圧(例えば5V)を印加する
と共に、過消去是正書き込み期間の前半においては、半
数のワード線(例えばW1〜Wm/2)を読み出し時に
設定される電位以下(例えば2V)にバイアスし、残り
半数のワード線(例えばWm/2〜Wm)を非選択状態
(0Vにバイアス)に設定することによって、ワード線
(W1〜Wm/2)に接続された過消去状態のセルに電
流が流れ、過消去状態の是正が行われる。
残り半数のワード線(Wm/2〜Wm)を読み出し時に
設定される電位以下(例えば2V)にバイアスし、ワー
ド線(W1〜Wm/2)を非選択状態(0Vにバイア
ス)に設定することによって、ワード線(W1〜Wm/
2)に接続された過消去状態のセルに電流が流れて過消
去状態の是正が行われる。
に存在する過消去セルを2回に分けて救済するため、過
消去是正書き込み期間中に流れる電流を1/2に削減す
ることが可能となり、このため、電源/GND配線幅も
1/2とすることが可能となり、チップ面積を削減する
ことができる。
みでメモリセルアレイ中に存在する全ての過消去セルを
救済することができるため、トンネル現象を用いたり、
ビット毎に過消去セルを救済してゆくという、従来の方
法と比較すると、十分に短時間で過消去セルの救済が完
了することになる。従って、本実施形態は、過消去セル
救済の高速性を保ちつつ、更なるチップ面積削減を可能
としたものである。
ディジット線に高電圧を印加し、且つワード線を読み出
し時に設定される電位以下にバイアスすることによって
過消去是正書き込みを行うため、大記憶容量の不揮発性
半導体記憶装置についても、過消去セルの是正が短時間
で行えると共に、制御回路の構成を簡易化し、チップ面
積の削減を達成するという効果を有する。
装置の構成例を示すブロック図である。
去セル救済の処理シーケンスを示すフローチャートであ
る。 (B)本発明の第1の実施形態における、過消去セル救
済の処理動作を説明するための信号波形を示したタイミ
ング図である。
済の処理シーケンスを示す図である。
救済処理動作を説明するための信号波形を示したタイミ
ング図である。
チャートである。 (B)第1の従来技術を説明するためのタイミングチャ
ートである。
トである。
ャートである。
トである。
Claims (3)
- 【請求項1】(a)メモリセルに書き込まれたデータを
消去する第1のステップと、 (b)前記第1のステップで消去された前記メモリセル
に過消去セルがあるか否かを検出する第2のステップ
と、 (c)前記第2のステップで過消去セルが存在した場
合、書き込み時にディジット線に印加する電圧以上の電
圧を全てのディジット線に同時に印加すると共に、過消
去セルとなったメモリセルのしきい値電圧よりも高く、
過消去セルとはならなかったメモリセルのしきい値電圧
よりも低い電圧を複数のワード線に印加して過消去セル
となったメモリセルのみのしきい値電圧を上昇させて該
過消去セルの過消去を是正する第3のステップと、(d)前記第2のステップで過消去セルが存在しなかっ
たか、若しくは前記第3のステップを1度実行した後
に、消去動作を終了する第4のステップと、 を含むことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の過消
去救済方法。 - 【請求項2】(a)メモリセルに書き込まれたデータを
消去する第1のステップと、 (b)前記第1のステップ後に、過消去セルのメモリセ
ルがあるか否かを検出することなく、書き込み時にディ
ジット線に印加する電圧以上の電圧を全てのディジット
線に同時に印加すると共に、過消去セルとなったメモリ
セルのしきい値電圧よりも高く、過消去セルとはならな
かったメモリセルのしきい値電圧よりも低い電圧を複数
のワード線に印加して過消去セルとなったメモリセルの
みのしきい値電圧を上昇させて該過消去セルの過消去を
是正する第2のステップと、(c)前記第2のステップを1度実行した後に、消去動
作を終了する第3のステップと、 を含むことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の過消
去救済方法。 - 【請求項3】 前記複数のワード線が、全ワード線、も
しくは分割されたワード線からなる、ことを特徴とする
請求項1又は2記載の不揮発性半導体記憶装置の過消去
救済方法。
Priority Applications (4)
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