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JP4658812B2 - Nonvolatile semiconductor memory device and writing method thereof - Google Patents

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JP4658812B2 JP2006006162A JP2006006162A JP4658812B2 JP 4658812 B2 JP4658812 B2 JP 4658812B2 JP 2006006162 A JP2006006162 A JP 2006006162A JP 2006006162 A JP2006006162 A JP 2006006162A JP 4658812 B2 JP4658812 B2 JP 4658812B2
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Description

本発明は、不揮発性半導体記憶装置に関し、より具体的には、不揮発性半導体記憶装置の書き込み対象となる複数のメモリセルからなる書き込み対象メモリセル群に対する書き込み方法に関する。本発明は、特に、単体のメモリセルに3値以上のデータを記憶する可能な多値型不揮発性半導体記憶装置の書き込み動作に有用な書き込み方法に関する。   The present invention relates to a nonvolatile semiconductor memory device, and more specifically to a writing method for a write target memory cell group including a plurality of memory cells to be written to the nonvolatile semiconductor memory device. The present invention particularly relates to a writing method useful for a writing operation of a multi-value type nonvolatile semiconductor memory device capable of storing data of three or more values in a single memory cell.

不揮発性半導体記憶装置の代表的な一例として、下記の非特許文献1に記載されているフラッシュメモリがある。浮遊ゲートと呼ばれる電気的に絶縁されたMOSゲートにより構成されるフラッシュ消去(電気的な一括消去)可能な電気的プログラム可能リードオンリーメモリー(フラッシュEEPROM)である。図7は、従来技術のフラッシュEPROMのメモリセル構造の一例である。浮遊ゲート1がチャンネル2を直接制御し、且つ、データ(電子)を格納する浮遊ゲート1と、その上に絶縁膜3を介して制御ゲート4を備えた積層構造を有する。図8の等価回路図に示すように、浮遊ゲートは、外部の端子からは、絶縁膜により完全に浮遊しており、この電位は、他の4端子からの容量結合にて制御される。データの書き込み動作は、紫外線消去型EPROMの書き込み原理と同様なホットキャリア現象をメカニズムとして用いて、絶縁膜であるトンネルゲート酸化膜5のバリアハイトを超えるに十分なエネルギーを電子に与えることにより、浮遊ゲート1内に電子を注入する。消去動作は、浮遊ゲート1とソース拡散6のオーバーラップ領域のトンネル酸化膜5を経由して、Fowler−Nordheimトンネル現象をメカニズムとして電子放出を行う。これにより浮遊ゲート1内の電子数を調整する。読み出しは、通常MOSのNOR型メモリと同様に、ビット線(ドレイン7)、ワード線(制御ゲート4)で選択されたビットの駆動電流の蓄積データ(電子数)による差分を検出することで、読み出しを行う。   As a typical example of a nonvolatile semiconductor memory device, there is a flash memory described in Non-Patent Document 1 below. This is an electrically programmable read-only memory (flash EEPROM) capable of flash erasing (electrical batch erasing) constituted by an electrically insulated MOS gate called a floating gate. FIG. 7 shows an example of a memory cell structure of a conventional flash EPROM. The floating gate 1 directly controls the channel 2 and has a stacked structure including the floating gate 1 for storing data (electrons) and the control gate 4 on the insulating film 3 thereon. As shown in the equivalent circuit diagram of FIG. 8, the floating gate is completely floating from the external terminal by the insulating film, and this potential is controlled by capacitive coupling from the other four terminals. The data write operation uses a hot carrier phenomenon similar to the write principle of the UV erasable EPROM as a mechanism, and gives the electrons sufficient energy to exceed the barrier height of the tunnel gate oxide film 5 which is an insulating film. Electrons are injected into the gate 1. In the erasing operation, electrons are emitted through the tunnel oxide film 5 in the overlapping region of the floating gate 1 and the source diffusion 6 by using the Fowler-Nordheim tunneling mechanism. Thereby, the number of electrons in the floating gate 1 is adjusted. As with the normal MOS NOR type memory, reading is performed by detecting the difference in the accumulated data (number of electrons) of the drive current of the bit selected by the bit line (drain 7) and the word line (control gate 4). Read.

また、下記特許文献1に示すように、上述の浮遊ゲートの代替として、シリコン窒化膜等の電荷保持層を配置してこの部分に電荷を注入、蓄積して同様に不揮発性記憶装置として機能させる例も存在する。   Further, as shown in Patent Document 1 below, as an alternative to the above-described floating gate, a charge holding layer such as a silicon nitride film is disposed, and charges are injected and accumulated in this portion to similarly function as a nonvolatile memory device. There are also examples.

図9に、一般的な不揮発性記憶装置の構成を示すブロック図を示す。メモリセルアレイ10の各ビット線にセンスアンプ回路11と、カラム(列)デコーダ12が接続されビット線の選択とデータの検出が行われる。各ワード線にロウ(行)デコーダ13が接続され、ワード線の選択が行われる。カラムデコーダ12、ロウデコーダ13、並びに、センスアンプ回路11には、夫々、カラム電圧制御回路14と、ロウ電圧制御回路15が接続され、これらから諸動作に必要な電圧が供給される。カラムデコーダ12とロウデコーダ13には、外部からアドレスバッファ18を経由して入力されたアドレス信号がロウアドレスとカラムアドレスに分割され各別に入力する。また、センスアンプ回路11で読み出されたメモリセルアレイ10のデータは、その時のメモリ動作モードの違い(読み出しモードまたは書き込み・消去モード)に応じて、入出力バッファ17を経由して外部に出力されるか、或いは、書き込み・消去モードにおける書き込み・消去の検証処理(ベリファイ)に使用される。   FIG. 9 is a block diagram showing a configuration of a general nonvolatile memory device. A sense amplifier circuit 11 and a column decoder 12 are connected to each bit line of the memory cell array 10 to select a bit line and detect data. A row (row) decoder 13 is connected to each word line, and a word line is selected. A column voltage control circuit 14 and a row voltage control circuit 15 are connected to the column decoder 12, the row decoder 13, and the sense amplifier circuit 11, respectively, and voltages necessary for various operations are supplied from these. In the column decoder 12 and the row decoder 13, an address signal input from the outside via the address buffer 18 is divided into a row address and a column address and input separately. The data in the memory cell array 10 read by the sense amplifier circuit 11 is output to the outside via the input / output buffer 17 in accordance with the difference in memory operation mode (read mode or write / erase mode) at that time. Alternatively, it is used for a write / erase verification process (verify) in the write / erase mode.

センスアンプ回路11、カラム電圧制御回路14と、ロウ電圧制御回路15、カラムデコーダ12、ロウデコーダ13には、ステートマシン16が接続される。このステートマシン16は、外部からコマンドステートロジックインタフェース19を経由して入力されたコマンドに基づきフラッシュメモリアレイに対するメモリ動作全体を制御する。   A state machine 16 is connected to the sense amplifier circuit 11, the column voltage control circuit 14, the row voltage control circuit 15, the column decoder 12, and the row decoder 13. The state machine 16 controls the entire memory operation for the flash memory array based on a command input from the outside via the command state logic interface 19.

多値型フラッシュメモリの書き込み方法の一例を、下記特許文献2を引用して説明する。   An example of a writing method for a multi-level flash memory will be described with reference to Patent Document 2 below.

図10に、本従来例における消去後の閾値電圧の分布DEと、少なくとも1つの書き込みパルスを全ビットに対して印加した後の自然な閾値電圧の分布DP1を夫々示す。閾値電圧分布DP1は、n個のグループに分けられる。例えば、第1のグループA1には電圧V1未満の閾値電圧を持つメモリセルが含まれ、第2のグループA2には電圧V1以上且つ電圧V2未満の閾値電圧を持つメモリセルが含まれる。このように、所定の閾値電圧レベルV0、V1、・・・、Vnによって区切られるn個の階級A1〜Anに対して、夫々の電圧レベルの高さに応じた異なる書き込みビット線電圧が印加されることにより、書き込み後のメモリセル閾値電圧分布幅を狭く制御することを目的としている。   FIG. 10 shows a threshold voltage distribution DE after erasure and a natural threshold voltage distribution DP1 after at least one write pulse is applied to all bits in the conventional example. The threshold voltage distribution DP1 is divided into n groups. For example, the first group A1 includes memory cells having a threshold voltage lower than the voltage V1, and the second group A2 includes memory cells having a threshold voltage not lower than the voltage V1 and lower than the voltage V2. In this way, different write bit line voltages corresponding to the respective voltage levels are applied to n classes A1 to An divided by predetermined threshold voltage levels V0, V1,..., Vn. Thus, the memory cell threshold voltage distribution width after writing is controlled to be narrow.

次に、他の一例として、下記特許文献3に記載のフラッシュメモリの書き込み方法を説明する。図11に示すように、メモリセルの制御ゲートに対する1回目の書き込みパルス印加から2回目の書き込みパルス印加における書き込み電圧の増加分ΔVpgm1と、2回目と3回目の書き込み電圧増加分ΔVpgm2と、それ以降の書き込み電圧増加分ΔVpgm3以降において、各電圧増加分の相互関係を、ΔVpgm1>ΔVpgm2=ΔVpgm3とするものである。   Next, as another example, a flash memory writing method described in Patent Document 3 below will be described. As shown in FIG. 11, the write voltage increment ΔVpgm1 from the first write pulse application to the second write pulse application to the memory cell control gate, the second and third write voltage increments ΔVpgm2, and thereafter After the write voltage increment ΔVpgm3, the mutual relationship between the voltage increments is ΔVpgm1> ΔVpgm2 = ΔVpgm3.

制御ゲートに印加する書き込み電圧を増加させながら、書き込み動作を行う様子を図12〜図16に示す。   FIGS. 12 to 16 show how the write operation is performed while increasing the write voltage applied to the control gate.

先ず、第1の書き込み電圧パルスが印加された状態を図12に示す。書き込み対象の全メモリセルに対して書き込みパルスが印加された後の閾値電圧分布DP1は、自然なバラツキによる分布となっている。この状態では書き込み完了基準閾値電圧Vpvに達しているメモリセルは無いものとする。この第1の書き込みパルス印加後、上記書き込み完了基準閾値電圧Vpvに達しているか否かを判定する(ベリファイ動作)。ここで、該書き込み完了基準閾値電圧Vpvに達していないメモリセルに対しては、選択的に引き続き第2の書き込み電圧パルスが印加される。第2の書き込み電圧は、第1の書き込み電圧に対して、ΔVpgm1だけ増加している。この結果、書き込みが完了していない閾値電圧分布DP1全体は、図13に示すように、ΔVpgm1の書き込み電圧差に相当する閾値電圧変動ΔVth1だけ高電圧側に移動する。この結果、移動した閾値電圧分布DP2のX1で示す領域のメモリセルが書き込み完了基準閾値電圧Vpvに達しているため、これらのメモリセルは次の第3の書き込み電圧パルスの印加を受けない。同様に、書き込み完了基準閾値電圧Vpvに達していないメモリセルに対して第2の書き込み電圧パルスに対してΔVpgm2だけ増加した第3の書き込み電圧パルスが印加され、図14に示すように書き込み後閾値電圧分布DP3は、前回の閾値電圧分布DP2から、ΔVpgm2の書き込み電圧差に相当する閾値電圧変動ΔVth2だけ高電圧側に移動する。この結果、新たに図14に示す領域X2のメモリセルが書き込み完了と判定され、以降の書き込みパルスは印加されない。この時点で、図13における領域X1と図14における領域X2の各メモリセルの閾値電圧分布が合成されて、図14に示すような閾値電圧分布DXが形成される。同様の手順で図15に示すように第4の書き込み電圧パルスが印加され、書き込みが完了した領域X3のメモリセルの閾値電圧分布が更に合成され、閾値電圧分布DYが形成される。最終的に図16に示すような書き込み後の閾値電圧分布DZが形成される。このようにして最終的に形成された閾値電圧分布DZの分布幅Wvtpは、上述の例では、書き込み電圧増加分ΔVpgm2(=ΔVpgm3)と、自然なバラツキの閾値電圧分布DP1を構成する標準偏差、更には、書き込み電圧の変動ノイズの標準偏差、読み出しノイズの標準偏差等のバラツキ要因が統計的に重畳されたものになり、通常書き込み電圧増加分ΔVpgm2よりも大きな値になる。   First, FIG. 12 shows a state where the first write voltage pulse is applied. The threshold voltage distribution DP1 after the write pulse is applied to all the memory cells to be written is a distribution due to natural variations. In this state, it is assumed that no memory cell has reached the write completion reference threshold voltage Vpv. After the first write pulse is applied, it is determined whether or not the write completion reference threshold voltage Vpv has been reached (verify operation). Here, the second write voltage pulse is selectively applied to the memory cells that have not reached the write completion reference threshold voltage Vpv. The second write voltage is increased by ΔVpgm1 with respect to the first write voltage. As a result, the entire threshold voltage distribution DP1 for which writing has not been completed moves to the high voltage side by a threshold voltage fluctuation ΔVth1 corresponding to the writing voltage difference of ΔVpgm1, as shown in FIG. As a result, since the memory cells in the region indicated by X1 in the moved threshold voltage distribution DP2 have reached the write completion reference threshold voltage Vpv, these memory cells do not receive the application of the next third write voltage pulse. Similarly, a third write voltage pulse that is increased by ΔVpgm2 with respect to the second write voltage pulse is applied to the memory cells that have not reached the write completion reference threshold voltage Vpv, and the post-write threshold value as shown in FIG. The voltage distribution DP3 moves from the previous threshold voltage distribution DP2 to the high voltage side by a threshold voltage fluctuation ΔVth2 corresponding to the write voltage difference of ΔVpgm2. As a result, it is newly determined that the memory cell in the region X2 shown in FIG. 14 is completely written, and the subsequent write pulse is not applied. At this point, the threshold voltage distributions of the memory cells in the region X1 in FIG. 13 and the region X2 in FIG. 14 are combined to form a threshold voltage distribution DX as shown in FIG. In the same procedure, as shown in FIG. 15, the fourth write voltage pulse is applied, and the threshold voltage distributions of the memory cells in the region X3 where writing is completed are further combined to form the threshold voltage distribution DY. Finally, a threshold voltage distribution DZ after writing as shown in FIG. 16 is formed. In the above example, the distribution width Wvtp of the threshold voltage distribution DZ finally formed in this way is the write voltage increase ΔVpgm2 (= ΔVpgm3) and the standard deviation constituting the natural variation threshold voltage distribution DP1. Furthermore, the variation factors such as the standard deviation of the fluctuation noise of the write voltage and the standard deviation of the read noise are statistically superimposed and become a value larger than the normal write voltage increase ΔVpgm2.

特表2000−514946号公報JP 2000-514946 特開2005−129194号公報JP 2005-129194 A 特開2004−185658号公報JP 2004-185658 A S.Mukherjee et.al, “A Single Transistor EEPROM Cell and implementation in 512k CMOS EEPROM”,IEDM Technical Digest, p.616,(1985年)S. Mukherjee et. al, "A Single Transistor EEPROM Cell and implementation in 512k CMOS EEPROM", IEDM Technical Digest, p. 616, (1985)

多値型不揮発性半導体記憶装置においては、書き込み後の閾値電圧分布幅を高精度に制御する必要がある。即ち、分布幅を可能な限り狭く制御し、各多値状態間の閾値電圧の分離幅を十分広く取ることが要求される。   In a multi-value type nonvolatile semiconductor memory device, it is necessary to control the threshold voltage distribution width after writing with high accuracy. In other words, it is required to control the distribution width as narrow as possible and to take a sufficiently wide separation width of the threshold voltage between the multi-value states.

しかしながら、上述の閾値電圧分布幅を狭くするには、上記特許文献3に開示されている従来例では、書き込み電圧増加幅ΔVpgmを小さくする必要があるが、上記の例からも明らかなように、ΔVpgmを小さくすると、これに相当する閾値電圧変化量ΔVthが小さくなり、自然な閾値電圧分布幅をΔVthで割ることにより得られる書き込みパルスの印加回数が増加し、書き込み時間が増大してしまう。   However, in order to narrow the threshold voltage distribution width described above, in the conventional example disclosed in Patent Document 3, it is necessary to reduce the write voltage increase width ΔVpgm, but as is clear from the above example, When ΔVpgm is reduced, the corresponding threshold voltage change amount ΔVth is reduced, the number of times of application of the write pulse obtained by dividing the natural threshold voltage distribution width by ΔVth is increased, and the write time is increased.

更に、書き込み電圧増加幅ΔVpgmを小さくしても、上述の各種バラツキが統計的に重畳されるので、書き込み完了後において、ΔVpgmに相当するΔVthよりも広い分布幅の閾値電圧分布しか得られないという問題があった。   Further, even if the write voltage increase width ΔVpgm is reduced, the above-described various variations are statistically superimposed. Therefore, after writing is completed, only a threshold voltage distribution having a wider distribution width than ΔVth corresponding to ΔVpgm can be obtained. There was a problem.

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、少ない書き込み電圧の印加回数で、書き込み完了後の閾値電圧分布幅を狭く制御可能な不揮発性半導体記憶装置及びその書き込み方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a nonvolatile semiconductor memory device capable of narrowly controlling a threshold voltage distribution width after completion of writing with a small number of application times of writing voltage and writing thereof. It is to provide a method.

上記目的を達成するための本発明に係る不揮発性半導体記憶装置の書き込み方法は、不揮発性半導体記憶装置の書き込み対象となるMOSFET構造を有する複数のメモリセルからなる書き込み対象メモリセル群の全てまたは一部の前記メモリセルの集合に対して、前記メモリセルの夫々を、前記メモリセルの記憶状態に応じて変化する前記MOSFET構造の閾値電圧に応じて、前記閾値電圧の分布範囲によって規定される3以上の階級に類別する類別工程と、前記類別工程で類別された前記各階級に属する前記メモリセルの数を前記各階級の評価値として導出する評価工程と、前記各階級の前記メモリセルに対して、前記各階級の前記評価値に応じて前記メモリセルの所定の電極に印加する書き込み電圧の変化量を変化させる書き込み条件で書き込み処理を行う書き込み工程と、を有することを第1の特徴とする。 In order to achieve the above object, a writing method of a nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention includes all or one of the write target memory cell groups including a plurality of memory cells having a MOSFET structure to be written to the nonvolatile semiconductor memory device. For each of the set of memory cells, each of the memory cells is defined by a threshold voltage distribution range according to a threshold voltage of the MOSFET structure that changes according to a storage state of the memory cell. A classification process for classifying the above classes, an evaluation process for deriving the number of the memory cells belonging to each class classified in the classification process as an evaluation value for each class, and for the memory cells of each class Te, write conditions for changing the amount of change in the write voltage applied to the predetermined electrode of the memory cell in accordance with the evaluation value of each class In that the writing process for writing process, that has a first feature.

更に、上記第の特徴の不揮発性半導体記憶装置の書き込み方法は、前記評価工程において、前記各階級の閾値電圧分布の上限値または下限値を参照電圧として、前記集合内の前記メモリセルに対して読み出し動作を実行して、前記階級別に読み出された前記各メモリセルの閾値電圧の内、前記参照電圧に対して高電圧側或いは低電圧側の何れか一方側にある前記メモリセルの数を集計し、隣接する前記階級間の前記集計数の差分を求め、前記各階級の前記評価値を導出することを特徴とする。 Further, in the writing method of the nonvolatile semiconductor memory device according to the first feature, in the evaluation step, the upper limit value or the lower limit value of the threshold voltage distribution of each class is used as a reference voltage for the memory cells in the set. The number of the memory cells on either the high voltage side or the low voltage side with respect to the reference voltage among the threshold voltages of the memory cells read by the class And calculating the difference between the numbers of the adjacent classes, and deriving the evaluation value of each class.

更に、上記第の特徴の不揮発性半導体記憶装置の書き込み方法は、前記評価工程において、前記各階級の閾値電圧分布の幅に相当する電圧差の複数の前記書き込み電圧を前記集合内の前記メモリセルに順次印加することにより実行し、1つの前記書き込み電圧での書き込み動作が終了する毎に、前記メモリセルの書き込み状態を規定する基準閾値電圧を参照電圧とする読み出し動作を実行して書き込み状態となっている前記メモリセルの数を集計し、隣接する前記階級間の前記集計数の差分を求め、前記各階級の前記評価値を導出することを特徴とする。 Furthermore, the write method for a nonvolatile semiconductor memory device of the first aspect, the memory of the in the evaluation step, said the set multiple of the write voltage of the voltage difference corresponding to the width of the threshold voltage distribution of each class run by sequentially applied to the cell, one of said each time a write operation in the write voltage is finished, the writing is performing a read operation for the reference voltage to the reference threshold voltage that defines the write state of the memory cell state The number of the memory cells is totaled, a difference in the total number between the adjacent classes is obtained, and the evaluation value of each class is derived.

更に、上記第の特徴の不揮発性半導体記憶装置の書き込み方法は、前記評価工程において、前記各階級の閾値電圧分布の幅に相当する電圧差の複数の前記書き込み電圧を前記集合内の前記メモリセルに順次印加することにより実行し、1つの前記書き込み電圧での書き込み動作が終了する毎に、前記メモリセルの書き込み状態を規定する第1の基準閾値電圧を参照電圧とする第1の読み出し動作と、評価対象の前記階級の閾値電圧分布幅だけ消去側に電圧差のある第2の基準閾値電圧を参照電圧とする第2の読み出し動作とを実行して、前記第1の読み出し動作で消去状態となっている前記メモリセルの数を集計し、且つ、前記第2の読み出し動作で書き込み状態となっている前記メモリセルの数を集計し、前記2つの集計数の差分を求め、評価対象の前記階級の前記評価値を逐次導出することを特徴とする。 Furthermore, the write method for a nonvolatile semiconductor memory device of the first aspect, the memory of the in the evaluation step, said the set multiple of the write voltage of the voltage difference corresponding to the width of the threshold voltage distribution of each class run by sequentially applied to the cell, each time a write operation in one of the write voltage is finished, the first read operation and the reference voltage to the first reference threshold voltage defining a write state of the memory cell And a second read operation using a second reference threshold voltage having a voltage difference on the erase side by the threshold voltage distribution width of the class to be evaluated as a reference voltage, and erasing in the first read operation The number of the memory cells that are in the state is totaled, and the number of the memory cells that are in the writing state in the second read operation is totalized, and a difference between the two numbers of totals is obtained. Characterized by sequentially derives the evaluation value of the class to be evaluated.

更に、上記第の特徴の不揮発性半導体記憶装置の書き込み方法は、前記書き込み工程で使用する前記書き込み条件の内の前記各階級の前記評価値に応じて前記書き込み電圧の変化量を変化させるための条件が、前記集合全体に対して書き込み処理が終了した時点での前記集合全体の閾値電圧分布の標準偏差と、前記各階級に属する前記メモリセルの数に基づいて導出されることを特徴とする。 Further, in the writing method of the nonvolatile semiconductor memory device according to the first feature, the amount of change in the write voltage is changed according to the evaluation value of each class among the write conditions used in the write step. conditions, and the standard deviation of the threshold voltage distribution across the set at the time of the writing process has been finished for the entire said set, and characterized in that it is derived based on the number of the memory cells belonging to the each class To do.

更に、上記第の特徴の不揮発性半導体記憶装置の書き込み方法は、前記書き込み工程において、前記書き込み条件における前記書き込み電圧の変化量を変化させながら前記書き込み処理を順次実行することにより、前記集合内の前記メモリセルを順次書き込み状態に遷移させるに際し、前記書き込み電圧の変化量を、変化後の前記書き込み電圧が適用されることによって前記書き込み状態に遷移する一群の前記メモリセルが属する前記階級の前記評価値が大きいほど小さく設定することを特徴とする。 Further, in the writing method of the nonvolatile semiconductor memory device according to the first feature, in the writing step, the writing process is sequentially executed while changing the amount of change of the writing voltage under the writing condition . said upon transitioning the sequentially written state memory cell, the amount of change in the write voltage, by the write voltage after the change is applied to the class in which a group of the memory cells belonging to the transition to the write state The smaller the evaluation value, the smaller the setting.

更に、上記第の特徴の不揮発性半導体記憶装置の書き込み方法は、前記書き込み工程において、前記書き込み条件における前記書き込み電圧の変化量を変化させながら逐次実行する前記書き込み処理の実行回数の進行につれて、前記書き込み電圧の変化量が極小値を持つように前記書き込み電圧が変化することを特徴とする。 Furthermore, in the writing method of the nonvolatile semiconductor memory device according to the first feature, as the number of execution times of the writing process sequentially executed while changing the amount of change of the writing voltage in the writing condition in the writing step, The write voltage is changed so that the change amount of the write voltage has a minimum value.

更に、上記第の特徴の不揮発性半導体記憶装置の書き込み方法は、前記書き込み電圧が、前記メモリセルのゲート電極に印加する書き込みゲート電圧であることを特徴とする。 Further, the write method of the nonvolatile semiconductor memory device according to the first feature is characterized in that the write voltage is a write gate voltage applied to the gate electrode of the memory cell.

更に、上記第の特徴の不揮発性半導体記憶装置の書き込み方法は、前記書き込み工程において、前記各階級の前記メモリセルに対する前記書き込み処理に適用する前記書き込み電圧の変化量を決定するに際し、任意数i番目の前記階級の前記評価値Nが、前記任意数iと異なる任意数j番目の前記階級の前記評価値Nより大きい場合(N>N)、前記任意数i番目の前記階級に属する前記メモリセルが書き込み直前の閾値電圧領域にある場合の当該階級に属する前記メモリセルに対する書き込み処理における前記書き込み電圧Vpgm(i)の1回前の書き込み処理における前記書き込み電圧のVpgm(i−1)からの変化量ΔVpgm(i)が、前記任意数j番目の前記階級に属する前記メモリセルが書き込み直前の閾値電圧領域にある場合の当該階級に属する前記メモリセルに対する書き込み処理における前記書き込み電圧Vpgm(j)の1回前の書き込み処理における前記書き込み電圧のVpgm(j−1)からの変化量ΔVpgm(j)より小さくなるように、決定されることを特徴とする。 Furthermore, in the writing method of the nonvolatile semiconductor memory device according to the first feature, in the writing step, when determining the amount of change in the writing voltage applied to the writing process for the memory cells of each class, an arbitrary number When the evaluation value N i of the i-th class is greater than the evaluation value N j of the arbitrary number j of the class different from the arbitrary number i (N i > N j ), the arbitrary number i of the class When the memory cell belonging to the class is in the threshold voltage region immediately before writing, the write voltage Vpgm (i) in the write process one time before the write voltage Vpgm (i) in the write process for the memory cell belonging to the class. Change amount ΔVpgm (i) from (-1) is a threshold immediately before the memory cell belonging to the arbitrary number j of the class is written. Change amount ΔVpgm (j) from Vpgm (j−1) of the write voltage in the write process one time before the write voltage Vpgm (j) in the write process to the memory cell belonging to the class in the pressure region It is determined to be smaller.

更に、上記第の特徴の不揮発性半導体記憶装置の書き込み方法は、前記書き込み工程において、前記各階級の前記メモリセルに対する前記書き込み処理に適用する前記書き込み電圧の変化量を決定するに際し、任意数i番目の前記階級に属する前記メモリセルが書き込み直前の閾値電圧領域にある場合の当該階級に属する前記メモリセルに対する書き込み処理における前記書き込み電圧Vpgm(i)の1回前の書き込み処理における前記書き込み電圧のVpgm(i−1)からの変化量ΔVpgm(i)が、下記の数1に示す漸化式で与えられ、
(数1)
ΔVpgm(i+1)−ΔVpgm(i)=−2×(ki+1−k)×S

前記数1中の前記任意数iが1以上の場合のki+1とkが、(i+1)番目の前記階級の前記評価値Ni+1とi番目の前記階級の前記評価値Nの逆数で与えられる確率Pi+1とPの夫々を、下記の数2と数3に示すような正規分布の累積確率分布関数Pr{ki+1}とPr{k}で表した場合の各逆関数で与えられ、

前記数1中の前記任意数iが0の場合のkが、前記集合全体の前記メモリセルの数Nの逆数で与えられる確率Pを、下記の数4に示すような正規分布の累積確率分布関数Pr{k}で表した場合の逆関数で与えられ、

前記数1中の前記任意数iが0の場合のΔVpgm(0)が、変化量ΔVpgm(i)を任意数iに関係なく一定値に固定して前記集合全体の前記メモリセルの書き込み処理を完了させた場合に前記集合全体の閾値電圧分布幅が目標の閾値電圧分布幅となる場合の変化量で与えられ、前記数1中のSが、変化量ΔVpgm(i)を前記任意数iに関係なくΔVpgm(0)固定して前記集合全体の前記メモリセルの書き込み処理を完了させた場合の前記集合全体の閾値電圧分布の標準偏差で与えられることを特徴とする。
Furthermore, in the writing method of the nonvolatile semiconductor memory device according to the first feature, in the writing step, when determining the amount of change in the writing voltage applied to the writing process for the memory cells of each class, an arbitrary number The write voltage in the write process one time before the write voltage Vpgm (i) in the write process for the memory cell belonging to the class when the memory cell belonging to the i-th class is in the threshold voltage region immediately before the write The amount of change ΔVpgm (i) from Vpgm (i−1) is given by the recurrence formula shown in the following equation 1,
(Equation 1)
ΔVpgm (i + 1) -ΔVpgm ( i) = - 2 × (k i + 1 -k i) × S 0

K i + 1 and k i if the arbitrary number i of the number of 1 is 1 or more, the reciprocal of the evaluation value N i (i + 1) th of the evaluation value N i + 1 and i-th of said classes of the class Each inverse function when the given probabilities P i + 1 and P i are expressed by the cumulative distribution functions Pr {k i + 1 } and Pr {k i } of the normal distribution as shown in the following equations 2 and 3. Given,

The probability P 0 given by the reciprocal of the number N 0 of the memory cells in the whole set is k 0 when the arbitrary number i in the number 1 is 0. It is given as an inverse function when expressed by a cumulative probability distribution function Pr {k 0 },

ΔVpgm (0) in the case where the arbitrary number i in the equation 1 is 0, the change amount ΔVpgm (i) is fixed to a constant value regardless of the arbitrary number i, and the writing process of the memory cells in the entire set is performed. When the threshold voltage distribution width of the entire set becomes the target threshold voltage distribution width when completed, the change amount is given as S 0 in the equation 1, and the change amount ΔVpgm (i) is changed to the arbitrary number i. Regardless of whether or not ΔVpgm (0) is fixed and the write processing of the memory cells in the entire set is completed, the standard deviation of the threshold voltage distribution of the entire set is given.

更に、上記何れかの特徴の不揮発性半導体記憶装置の書き込み方法は、前記類別工程と前記評価工程を、実際に前記書き込み工程を前記不揮発性半導体記憶装置内で実行する前に、前記不揮発性半導体記憶装置とは別の試料を用いた実験或いはシミュレーションによって予め実行しておき、その実行結果として得られた前記各階級の前記評価値に応じた前記書き込み条件を、予め導出した上で前記不揮発性半導体記憶装置内に記憶しておくことを第の特徴とする。 Further, in any of the above-described characteristics of the nonvolatile semiconductor memory device writing method, the classification step and the evaluation step may be performed before the writing step is actually executed in the nonvolatile semiconductor memory device. It is executed in advance by an experiment or simulation using a sample different from the storage device, and the write condition corresponding to the evaluation value of each class obtained as a result of the execution is derived in advance and then the nonvolatile The second feature is that the data is stored in the semiconductor memory device.

更に、本発明に係る不揮発性半導体記憶装置は、上記第1の特徴の不揮発性半導体記憶装置の書き込み方法により、書き込み対象となる複数のメモリセルからなる書き込み対象メモリセル群の全てまたは一部の前記メモリセルの集合に対して書き込み可能な不揮発性半導体記憶装置であって、前記書き込み方法の前記類別工程を実行可能な類別手段と、前記書き込み方法の前記評価工程を実行可能な評価手段と、前記書き込み方法の前記書き込み工程を実行可能な書き込み手段と、を備えてなることを第1の特徴とする。 Furthermore, the nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention can be obtained by using the nonvolatile semiconductor memory device writing method according to the first feature, in which all or part of a write target memory cell group including a plurality of write target memory cells. A non-volatile semiconductor memory device writable with respect to the set of memory cells, classification means capable of executing the classification step of the writing method, and evaluation means capable of executing the evaluation step of the writing method; And a writing unit capable of executing the writing step of the writing method.

また、上記第1の特徴の不揮発性半導体記憶装置は、前記評価手段が、前記集合内において、前記閾値電圧が所定の参照電圧以下または以上の前記メモリセルの数を集計可能な集計手段を備えていることを第2の特徴とする。 Also, the non-volatile semiconductor memory device of the first aspect, wherein the evaluation means, within said set, wherein the threshold voltage is provided with a collecting unit which can aggregate the number of predetermined reference voltage below or above the memory cells This is the second feature.

更に、上記第2の特徴の不揮発性半導体記憶装置は、前記評価手段が、前記集計手段が集計した前記メモリセルの数を記憶するレジスタ回路を備えていることを第3の特徴とする。   Further, the nonvolatile semiconductor memory device according to the second feature is characterized in that the evaluation means includes a register circuit for storing the number of the memory cells counted by the counting means.

更に、上記何れかの特徴の不揮発性半導体記憶装置は、前記各階級の前記評価値を入力とし、前記評価値に対して予め設定された前記書き込み条件における前記書き込み電圧、前記書き込み電圧の変化量、または、前記書き込み電圧の変化量の変化量を出力とする書き込み条件対照表を備えていることを第4の特徴とする。 Furthermore, the nonvolatile semiconductor memory device according to any one of the above features has the evaluation value of each class as an input, and the write voltage and the change amount of the write voltage in the write condition set in advance for the evaluation value Or a write condition comparison table that outputs a change amount of the change amount of the write voltage .

更に、上記第1乃至第3の特徴の不揮発性半導体記憶装置は、前記書き込み手段が、前記各階級の前記評価値が入力されると、前記書き込み条件における前記書き込み電圧、前記書き込み電圧の変化量、または、前記書き込み電圧の変化量の変化量を出力とする順序回路を備えていることを第5の特徴とする。 Furthermore, in the nonvolatile semiconductor memory device according to the first to third features, when the writing unit receives the evaluation value of each class, the write voltage under the write condition and the amount of change in the write voltage Alternatively, a fifth circuit is characterized in that a sequential circuit that outputs the change amount of the write voltage change amount is provided.

また、本発明に係る不揮発性半導体記憶装置は、上記第の特徴の不揮発性半導体記憶装置の書き込み方法により、書き込み対象となる複数のメモリセルからなる書き込み対象メモリセル群の全てまたは一部の前記メモリセルの集合に対して書き込み可能な不揮発性半導体記憶装置であって、前記書き込み方法の前記類別工程と前記評価工程を予め実行して得られる前記各階級の前記評価値に応じた前記書き込み条件を対照表として記憶する記憶回路と、前記書き込み方法の前記書き込み工程を前記対照表として記憶された前記書き込み条件に基づいて実行可能な書き込み手段と、を備えてなることを第6の特徴とする。 According to another aspect of the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention, all or part of a write target memory cell group including a plurality of memory cells to be written can be obtained by the writing method of the nonvolatile semiconductor memory device according to the second feature. A nonvolatile semiconductor memory device capable of writing to the set of memory cells, wherein the writing according to the evaluation value of each class obtained by executing the classification step and the evaluation step of the writing method in advance A sixth feature includes: a storage circuit that stores conditions as a comparison table; and a writing unit that can execute the writing step of the writing method based on the writing conditions stored as the comparison table. To do.

更に、上記第4乃至第6特徴の不揮発性半導体記憶装置は、前記書き込み手段が、前記各階級の前記評価値に応じた前記書き込み条件における前記書き込み電圧、前記書き込み電圧の変化量、または、前記書き込み電圧の変化量の変化量に基づいて、前記メモリセルの所定の電極に印加する書き込み電圧を出力する書き込み電圧発生回路を備えていることを第7の特徴とする。 Further, the fourth to sixth nonvolatile semiconductor memory device of the features of the writing means, wherein the write voltage in the write condition in accordance with the evaluation value of each class, the amount of change in the write voltage, or, A seventh feature is that a write voltage generation circuit is provided that outputs a write voltage to be applied to a predetermined electrode of the memory cell based on a change amount of the change amount of the write voltage.

更に、上記第7の特徴の不揮発性半導体記憶装置は、前記書き込み電圧発生回路がD/A変換回路で構成され、前記D/A変換回路のディジタル入力によって選択されるアナログ出力である前記書き込み電圧の離散的な分布が、前記分布の全電圧範囲を3以上の区分に均等分割した場合に、前記分布の中央寄りの区分ほど選択されるアナログ出力数が多いことを特徴とする。   Further, in the nonvolatile semiconductor memory device according to the seventh feature, the write voltage generation circuit is constituted by a D / A conversion circuit, and the write voltage is an analog output selected by a digital input of the D / A conversion circuit. When the entire voltage range of the distribution is equally divided into three or more sections, the number of analog outputs selected is higher in the section closer to the center of the distribution.

メモリセルの記憶状態を規定する物理量が個々のメモリセルの特性バラツキによって或る分布幅で分布する場合に、書き込み対象の全メモリセルにおける当該分布幅を細分化した各階級に対して書き込み処理を行うと、個々の書き込み処理で書き込み完了となる階級の書き込み完了後の分布はその階級のメモリセル数が多いほどバラツキが大きくなる。   When the physical quantity that defines the storage state of the memory cell is distributed with a certain distribution width due to the characteristic variation of each memory cell, the writing process is performed on each class obtained by subdividing the distribution width in all the memory cells to be written. When this is done, the distribution after completion of writing of a class in which writing is completed in each writing process varies more as the number of memory cells in that class increases.

そこで、本発明によれば、各階級に属するメモリセルの個数で表された評価値に応じた書き込み条件で書き込み処理を行うため、メモリセル数の多い階級に対しては、書き込み完了後の分布を狭く制御可能な細かな書き込み制御となる書き込み条件を適用し、メモリセル数の少ない階級に対しては、書き込み完了後の分布が或る程度広がることを許容した大まかな書き込み制御となる書き込み条件を適用することができるので、書き込み対象の全メモリセルの上記物理量の分布幅を一定範囲内に収めるのに、全ての階級に対して一様に書き込み完了後の分布を狭く制御するための書き込み条件を適用する必要がなくなる。即ち、書き込み対象の全メモリセルの上記物理量の書き込み完了後の分布幅を一定範囲内に収めるのに、メモリセル数の少ない階級に対しては書き込み処理数を低減できることから、全ての階級のメモリセルが書き込み完了となるまでに要する書き込み処理の総数を低減でき、全体としての書き込み時間を短縮できる。つまり、少ない書き込み処理回数で、書き込み完了後の分布幅を狭く制御可能となる。   Therefore, according to the present invention, the write process is performed under the write condition corresponding to the evaluation value represented by the number of memory cells belonging to each class. The write condition that is the rough write control that allows the distribution after the completion of the write to spread to a certain extent is applied to the class having a small number of memory cells by applying the write condition that becomes the fine write control that can be controlled narrowly. In order to keep the distribution width of the physical quantity of all the memory cells to be written within a certain range, the programming for uniformly controlling the distribution after the programming is completed uniformly for all classes. There is no need to apply conditions. That is, the number of write processes can be reduced for a class with a small number of memory cells in order to keep the distribution width of all the memory cells to be written after the completion of writing of the physical quantity within a certain range. It is possible to reduce the total number of write processes required until the cell is completely written, and to shorten the overall write time. That is, the distribution width after the writing is completed can be controlled with a small number of writing processes.

更に、メモリセルがMOSFET構造を有し、前記物理量がMOSFET構造の閾値電圧として規定され、前記書き込み工程で使用する書き込み条件の内の各階級の評価値に応じて変化する条件が、メモリセルのゲート電極に印加する書き込み電圧の変化量である場合を想定して、上記効果について理論的な説明を加える。   Further, the memory cell has a MOSFET structure, the physical quantity is defined as a threshold voltage of the MOSFET structure, and a condition that changes according to an evaluation value of each class among the write conditions used in the write process is as follows. Assuming that the amount of change in the write voltage applied to the gate electrode is assumed, the above effect will be theoretically explained.

書き込み電圧の変化量ΔVpgmを一定にして、書き込み対象の全メモリセルに対して書き込み完了となるまで書き込みを行うと、書き込み完了後の閾値電圧の分布幅はΔVpgmより広がり、ΔVpgm+αの値になることは前述のとおりである。この場合、閾値電圧分布は、或る標準偏差に基づいた正規分布に近い分布となる。図12〜図16に示した書き込み過程で示したとおり、書き込みの途中の段階では、自然な書き込み閾値分布がΔVpgmに相当する閾値電圧分だけ徐々に目標とする閾値電圧分布の方向に移動し、あたかも、図12に示す自然な閾値電圧分布がΔVpgmに相当する閾値電圧幅で分解された個々の小分布が書き込み完了基準閾値電圧Vpvを最小値として重ね合わされるようにして上述の書き込み後分布は形成される。従って、自然な閾値電圧分布がΔVpgm幅で区切られた各階級Aiは、書き込み完了基準閾値電圧Vpvを越えた直後において、書き込み完了後の閾値電圧分布を表現する標準偏差Sと、夫々同じ標準偏差Sを持つ閾値電圧分布となると考えてよい。 When writing is performed until writing is completed for all the memory cells to be written with the change amount ΔVpgm of the writing voltage being constant, the distribution width of the threshold voltage after writing is wider than ΔVpgm and becomes a value of ΔVpgm + α. Is as described above. In this case, the threshold voltage distribution is a distribution close to a normal distribution based on a certain standard deviation. As shown in the writing process shown in FIGS. 12 to 16, in the middle of writing, the natural writing threshold distribution gradually moves toward the target threshold voltage distribution by the threshold voltage corresponding to ΔVpgm, The above-mentioned post-write distribution is as if the individual small distributions obtained by decomposing the natural threshold voltage distribution shown in FIG. 12 with the threshold voltage width corresponding to ΔVpgm are superimposed with the write completion reference threshold voltage Vpv as the minimum value. It is formed. Therefore, each class Ai in which the natural threshold voltage distribution is divided by the ΔVpgm width is the same standard as the standard deviation S 0 representing the threshold voltage distribution after the completion of writing immediately after exceeding the write completion reference threshold voltage Vpv. it may be considered to be the threshold voltage distribution having a deviation S 0.

従って、図17に示すように、各階級Aの閾値電圧分布(正規分布)の幅は、各階級Aのメモリセル数が多いほど広く、メモリセル数が少ないほど狭くなる。即ち、メモリセル数Nの階級Aと、メモリセル数Nの階級Aに対して、N>Nが成り立つとき、階級A、Aの閾値電圧分布の形状は相似形をなし、夫々、平均値をVthu、標準偏差をSとする正規分布N(Vthu、 S)に従う。各階級のメモリセル数に対してN>Nが成り立つので、相似形をなす2つの閾値電圧分布の分布幅、即ち、最大値と最小値の差R、Rは、R>Rとなる。 Accordingly, as shown in FIG. 17, the width of the threshold voltage distribution of each class A i (normal distribution) is wider as the number of memory cells is large for each class A i, becomes narrower as the number of memory cells is small. That is, a class A i of the number of memory cells N i, with respect to Class A j of the number of memory cells N j, when N i> N j holds, class A i, the shape of the threshold voltage distribution of A j are similar figures Respectively, and follows a normal distribution N (Vthu, S 0 ) where the average value is Vthu and the standard deviation is S 0 . Since N i > N j holds for the number of memory cells in each class, the distribution width of two similar threshold voltage distributions, that is, the difference between the maximum and minimum values R i and R j is R i > R j .

また、図17に示す例では、2つの階級A,Aが同一のΔVpgmで書き込まれた場合を想定しており、各階級の閾値電圧分布の平均は等しくなっている。このため、最大値には差が出ている。この差は、両階級のメモリセル数の差に起因する。更には、この最大値の差は、階級Aにとっては、無用な幅であり、階級Aの書き込み完了後の閾値電圧分布における最大値が階級Aのそれと等しくなっても、全体としての書き込み完了後の閾値電圧の分布幅は変わらない。従って、階級Aに関して、この階級に属するメモリセルに印加する書き込み電圧の変化幅ΔVpgmを階級Aより大きくして書き込み完了に至るまでの書き込み処理数も減らしても、同等の結果(階級Aの閾値電圧分布内に収まる閾値電圧分布)を得ることができる。 In the example shown in FIG. 17, it is assumed that two classes A i and A j are written with the same ΔVpgm, and the average of the threshold voltage distribution of each class is equal. For this reason, there is a difference in the maximum value. This difference is due to the difference in the number of memory cells in both classes. Furthermore, the difference between the maximum value for the class A j, a useless width, the maximum value of the threshold voltage distribution after completion writing class A j is even equal to that of the class A i, as a whole The distribution width of the threshold voltage after completion of writing does not change. Therefore, with respect to the class A j , even if the change width ΔVpgm of the write voltage applied to the memory cells belonging to this class is made larger than the class A i and the number of write processes until the write is completed is reduced, the same result (class A threshold voltage distribution that falls within the threshold voltage distribution of i ).

本発明では、書き込み対象となる複数のメモリセルからなる書き込み対象メモリセル群の全てまたは一部のメモリセルの集合を、閾値電圧等のメモリセルの記憶状態に応じて変化する物理量の分布範囲によって規定される3以上の階級に類別し、各階級に属するメモリセル数の差異を事前に想定して、各階級に対する書き込み電圧の変化量ΔVpgmを最適化することによって、図18に示すように、特にメモリセル数の少ない階級Ajの書き込み完了後の閾値電圧分布の最大値を、最大のメモリセル数を有する階級の同閾値電圧分布の最大値に揃えるように設計することにより、書き込み処理数を有効に削減することを可能にする。   In the present invention, a set of all or a part of a memory cell group to be written consisting of a plurality of memory cells to be written is changed according to a physical quantity distribution range that changes according to the storage state of the memory cell such as a threshold voltage. As shown in FIG. 18, by classifying into three or more classes that are defined and optimizing the amount of change ΔVpgm of the write voltage for each class, assuming a difference in the number of memory cells belonging to each class in advance. In particular, by designing the maximum value of the threshold voltage distribution after completion of writing of the class Aj with a small number of memory cells to be aligned with the maximum value of the same threshold voltage distribution of the class having the maximum number of memory cells, the number of write processes can be reduced. Enables effective reduction.

以下、本発明に係る不揮発性半導体記憶装置及びその書き込み方法(以下、適宜「本発明装置」及び「本発明方法」と略称する)の実施形態を図面に基づいて説明する。   DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of a nonvolatile semiconductor memory device and a writing method thereof (hereinafter abbreviated as “the device of the present invention” and “the method of the present invention” as appropriate) will be described below with reference to the drawings.

〈第1実施形態〉
図1に、本発明装置の一構成例のブロック図を示す。図1に示す本発明装置のブロック構成は、図9に示す従来の一般的な不揮発性記憶装置のブロック構成と同様に、メモリセルアレイ10、センスアンプ回路11、カラム(列)デコーダ12、ロウ(行)デコーダ13、カラム電圧制御回路14、ロウ電圧制御回路15、ステートマシン16、入出力バッファ17、アドレスバッファ18、及び、コマンドステートロジックインタフェース19等を備えて構成される。各部の基本的な機能は、図9に示す従来の一般的な不揮発性記憶装置と同様であり、重複する説明は割愛する。
<First Embodiment>
FIG. 1 shows a block diagram of a configuration example of the device of the present invention. The block configuration of the device of the present invention shown in FIG. 1 is similar to the block configuration of the conventional general non-volatile memory device shown in FIG. 9, and is a memory cell array 10, sense amplifier circuit 11, column decoder 12, row ( A row) decoder 13, a column voltage control circuit 14, a row voltage control circuit 15, a state machine 16, an input / output buffer 17, an address buffer 18, a command state logic interface 19, and the like. The basic function of each part is the same as that of the conventional general non-volatile memory device shown in FIG. 9, and a duplicate description is omitted.

図1に示すように、本発明装置は、後に詳細に説明する本発明方法を実施するために、上記構成に加えて、更に、本発明方法の類別工程と評価工程に使用する評価値計数レジスタ回路20、及び、本発明方法の書き込み工程で使用する対照表を記憶した不揮発性の記憶回路21を備える。評価値計数レジスタ回路20は、本発明方法の処理手順を制御するステートマシン16、及び、ロウデコーダ13に接続し、対照表を記憶した不揮発性の記憶回路21は、ステートマシン16に接続し、ステートマシン16が書き込み工程の制御時に上記対照表を利用可能に構成されている。   As shown in FIG. 1, in order to carry out the method of the present invention, which will be described later in detail, the device of the present invention further includes an evaluation value counting register used in the classification process and the evaluation process of the method of the present invention. A circuit 20 and a nonvolatile memory circuit 21 storing a comparison table used in the writing process of the method of the present invention are provided. The evaluation value counting register circuit 20 is connected to the state machine 16 that controls the processing procedure of the method of the present invention and the row decoder 13, and the non-volatile storage circuit 21 that stores the comparison table is connected to the state machine 16, The state machine 16 is configured to be able to use the comparison table when controlling the writing process.

ステートマシン16は、メモリセルアレイ10に対するデータの書き込み動作をコマンド入力により認識すると、本発明方法を実行可能な所定のアルゴリズムに基づいて、評価値計数レジスタ回路20及び記憶回路21を含むステートマシン16に接続する各回路部の制御を実行する。   When the state machine 16 recognizes a data write operation to the memory cell array 10 by a command input, the state machine 16 includes the evaluation value counting register circuit 20 and the storage circuit 21 based on a predetermined algorithm capable of executing the method of the present invention. Control of each circuit unit to be connected is executed.

尚、本実施形態においては、メモリセルアレイ10は、図7に例示する浮遊ゲートを備えたMOSFET構造のフラッシュEPROMメモリセルを行方向及び列方向にマトリクス状に配列した構造を想定し、一例として、同一行の各メモリセルの制御ゲート4が行方向に延伸する共通のワード線に接続し、同一列の各メモリセルのドレイン電極7が列方向に延伸する共通のビット線に接続し、消去単位別に分割された同一ブロック内の各メモリセルのソース電極6が共通のソース線に接続している。ここで、各ワード線は、ロウデコーダ13によって選択され、ロウ電圧制御回路15から供給されるワード線電圧が供給される。更に、各ビット線は、カラムデコーダ12によって選択され、カラム電圧制御回路14から供給されるビット線電圧が供給される。尚、ソース線には、消去時以外は接地電圧が供給され、消去時には所定の消去電圧が印加されるが、図1においては、書き込み動作と直接関係しないので、ソース線への消去電圧印加回路の記載は省略している。   In the present embodiment, the memory cell array 10 is assumed to have a structure in which flash EPROM memory cells having a MOSFET structure having a floating gate illustrated in FIG. 7 are arranged in a matrix in the row direction and the column direction. The control gate 4 of each memory cell in the same row is connected to a common word line extending in the row direction, and the drain electrode 7 of each memory cell in the same column is connected to a common bit line extending in the column direction. The source electrode 6 of each memory cell in the same block divided separately is connected to a common source line. Here, each word line is selected by the row decoder 13 and supplied with the word line voltage supplied from the row voltage control circuit 15. Further, each bit line is selected by the column decoder 12 and supplied with the bit line voltage supplied from the column voltage control circuit 14. A ground voltage is supplied to the source line except during erasing, and a predetermined erasing voltage is applied during erasing. However, in FIG. 1, since it is not directly related to the writing operation, an erasing voltage applying circuit to the source line is applied. Is omitted.

次に、図1に示すブロック構成において、ステートマシン16の制御により実行される本発明方法の一例について説明する。   Next, an example of the method of the present invention executed by the control of the state machine 16 in the block configuration shown in FIG. 1 will be described.

以下で説明する本発明方法においては、メモリセルアレイ10内のデータ記憶領域を規定するアドレス空間の一部または全部に属するメモリセル群を書き込み対象として、当該メモリセル群のデータが予め消去された状態から、外部から入出力バッファ17を介して入力された書き込み用データに基づいて消去状態からの書き込みが必要なメモリセルのみを書き込み対象として選択してデータの書き込みを行う場合を想定する。尚、以下の説明では、説明の簡潔のため、2値データ記憶を想定して、書き込み状態が1つの場合につき説明するが、多値データ記憶の場合であっても、書き込み状態が複数に分割されるだけで、消去状態から各書き込み状態への書き込み動作、及び、或る書き込み状態から別の書き込み状態への書き込み動作に対して本発明方法が同様に適用可能である。   In the method of the present invention described below, a memory cell group belonging to a part or all of an address space defining a data storage area in the memory cell array 10 is set as a write target, and data in the memory cell group is erased in advance. Then, it is assumed that data is written by selecting only memory cells that need to be written from the erased state based on write data input from the outside via the input / output buffer 17 as write targets. In the following description, for the sake of brevity, it is assumed that binary data is stored, and the case where there is one writing state will be described. However, even in the case of multi-value data storage, the writing state is divided into a plurality of states. The method of the present invention can be similarly applied to a write operation from an erase state to each write state and a write operation from one write state to another write state.

本発明方法は、書き込み対象のメモリセル(以下、単に「メモリセル」という)の夫々を、消去状態から1回書き込み電圧を印加され、何れのメモリセルも書き込み完了に至らず、各メモリセルの特性バラツキに応じた自然な閾値電圧分布を呈する状態で、当該自然な閾値電圧分布を細分化して3以上の階級A(iは自然数で、閾値電圧の高い方から低い方に1ずつ増加する)に分解し、各メモリセルを個々の閾値電圧が何れの階級に属するかにより類別する類別工程と、各階級Aに属するメモリセル数Nを各階級Aの評価値として計数する評価工程と、各階級Aの評価値Nに応じた書き込み条件で、各階級Aに属するメモリセルに対して書き込み処理を行う書き込み工程を、夫々実行する。 In the method of the present invention, each of the memory cells to be written (hereinafter simply referred to as “memory cells”) is applied with a write voltage once from the erased state. In a state in which a natural threshold voltage distribution corresponding to the characteristic variation is exhibited, the natural threshold voltage distribution is subdivided into three or more classes A i (i is a natural number, and increases by 1 from a higher threshold voltage to a lower threshold voltage). decomposes), evaluation for counting and classification step of the each memory cell each threshold voltage grading depending on whether they fall in a class, the number of memory cells N i belonging to each class a i as an evaluation value of each class a i a step, in the write condition corresponding to the evaluation value N i of each class a i, a writing process for writing process to the memory cells belonging to each class a i, respectively executed.

以下、類別工程、評価工程、書き込み工程の夫々につき、詳細に説明する。本実施形態では、上記各工程を、1工程ずつ全ての階級に対して実行するのではなく、階級A毎に順番に各工程を全て実行しつつ、次の階級に順次移行して行く逐次実行方式につき説明する。 Hereinafter, each of the classification process, the evaluation process, and the writing process will be described in detail. In this embodiment, the above steps are not executed for all classes one by one, but are sequentially performed for each class A i while sequentially shifting to the next class. The execution method will be described.

尚、上記書き込み処理では、各メモリセルの制御ゲートとドレインにワード線とビット線を介して、夫々書き込み電圧を印加するが、本実施形態では、制御ゲートに印加する書き込み電圧の1回前の書き込み処理からの増加量を評価値Nに応じて変化させる場合について説明する。 In the above write process, a write voltage is applied to the control gate and drain of each memory cell via a word line and a bit line. In this embodiment, the write voltage applied to the control gate is one time before. It will be described of changing in accordance with increase of the writing process to the evaluation value N i.

先ず、消去状態にある全てのメモリセルが自然な閾値電圧分布を呈するように予備書き込みを行う。この段階では、全てのメモリセルの閾値電圧は、図12に示すように、書き込み完了基準電圧Vp未満で、書き込み状態に至っていないものとし、予備書き込み条件は予め統計的或いは経験的に導出されたものを使用する。   First, preliminary writing is performed so that all memory cells in the erased state exhibit a natural threshold voltage distribution. At this stage, as shown in FIG. 12, it is assumed that the threshold voltage of all the memory cells is less than the write completion reference voltage Vp and the write state has not been reached, and the preliminary write conditions are derived statistically or empirically in advance. Use things.

次に、1回目(i=1)の書き込み処理を実行する。1回目の書き込み処理で印加する書き込み電圧Vpgm(1)により、階級Aのメモリセルが書き込み完了となる。全メモリセルの自然な閾値電圧分布が略正規分布に従うため、階級Aはその閾値電圧の高い側の端の領域であるため、メモリセル数Nが少ないので、書き込み完了後の閾値電圧分布幅Wvtpに対して、予備書き込みからのVpgm(1)の増加量ΔVpgm(1)は、分布幅Wvtpより大きく設定でき、1回目の書き込み電圧Vpgm(1)も、統計的或いは経験的に導出されたものを使用する。 Next, the first writing process (i = 1) is executed. By the write voltage Vpgm is applied by the first writing process (1), the memory cell of rank A 1 is write completion. Since the natural threshold voltage distribution of all the memory cells follows a substantially normal distribution, the class A 1 is an end region on the higher side of the threshold voltage, and therefore the number of memory cells N 1 is small. With respect to the width Wvtp, the increase amount ΔVpgm (1) of Vpgm (1) from preliminary writing can be set larger than the distribution width Wvtp, and the first writing voltage Vpgm (1) is also derived statistically or empirically. Use the same thing.

2回目以降の任意数i番目の処理を開始する段階では、階級Aのメモリセルが書き込み直前の状態、つまり、i番目の書き込み処理で書き込み完了状態にある。ここで、階級Aに対する類別工程と評価工程が同時に実行される。具体的には、未書き込み状態の全メモリセル(階級A以降のメモリセル)或いは全メモリセルに対して、第1の参照電圧を書き込み完了基準電圧Vpとする読み出し動作(ベリファイ処理)により、閾値電圧が第1の参照電圧未満のメモリセル数を計数する。次に、書き込み完了基準電圧Vpから1回前の(i−1)番目の書き込み処理で使用したVpgm(i−1)における増加量ΔVpgm(i−1){=Vpgm(i−1)−Vpgm(i−2)}を差し引いた電圧(Vp−ΔVpgm(i−1))を第2の参照電圧として、先のベリファイ処理の対象となったメモリセルに対してベリファイ処理を実行して、閾値電圧が第2の参照電圧未満のメモリセル数を計数する。2つのベリファイ処理における計数値は、評価値計数レジスタ回路20に記憶され、その差が計算される。 At the stage of starting an arbitrary number i-th process after the second time, the memory cells of the class A i are in a state immediately before writing, that is, in a writing completion state in the i-th writing process. Here, the classification process and the evaluation process for the class A i are executed simultaneously. Specifically, by a read operation (verification process) in which the first reference voltage is set to the write completion reference voltage Vp for all memory cells in the unwritten state (memory cells after class A i ) or all memory cells, The number of memory cells whose threshold voltage is less than the first reference voltage is counted. Next, an increase ΔVpgm (i−1) {= Vpgm (i−1) −Vpgm in Vpgm (i−1) used in the (i−1) th writing process one time before the write completion reference voltage Vp. (I−2)} is subtracted from the voltage (Vp−ΔVpgm (i−1)) as the second reference voltage, the verify process is performed on the memory cell that is the target of the previous verify process, and the threshold value The number of memory cells whose voltage is less than the second reference voltage is counted. The count values in the two verify processes are stored in the evaluation value count register circuit 20, and the difference between them is calculated.

以上の処理により、閾値電圧が(Vp−ΔVpgm(i−1))から書き込み完了基準電圧Vpまでの分布範囲内にあるメモリセルが階級Aとして類別され、2つのベリファイ処理における計数値の差が、階級Aのメモリセル数(評価値)Nとして導出される。 Through the above processing, the memory cells within the distribution range from the threshold voltage (Vp−ΔVpgm (i−1)) to the write completion reference voltage Vp are classified as the class A i , and the difference between the count values in the two verification processes Is derived as the number of memory cells (evaluation value) N i of class A i .

次に、ステートマシン16は、評価値計数レジスタ回路20に記憶され評価値Nを用いて、評価値Nに対応する書き込み電圧増加量ΔVpgm(i)を、記憶回路21に内蔵された評価値NとΔVpgm(i)の対照表にアクセスして取得する。そして、ロウ電圧制御回路15に対して、取得したΔVpgm(i)に応じたVpgm(i){=Vpgm(i−1)+ΔVpgm(i)}をロウデコーダ13に供給するように制御し、未書き込みの全メモリセルに対して書き込み処理を実行する。これにより、未書き込みの全メモリセルの閾値電圧が増加量ΔVpgm(i)に相当する電圧分だけ上昇し、階級Aのメモリセルの全数或いは略全数の閾値電圧が書き込み完了基準電圧Vp以上となり、書き込み完了となる。この時点で、次の階級Ai+1が書き込み直前状態となっており、次の類別工程、評価工程、書き込み工程のサイクルが開始可能となる。 Next, the state machine 16 uses the evaluation value N i stored in the evaluation value counting register circuit 20 to evaluate the write voltage increase amount ΔVpgm (i) corresponding to the evaluation value N i in the storage circuit 21. to get access to the control table of the values N i with .DELTA.Vpgm (i). Then, the row voltage control circuit 15 is controlled to supply the row decoder 13 with Vpgm (i) {= Vpgm (i−1) + ΔVpgm (i)} corresponding to the acquired ΔVpgm (i). Write processing is executed for all memory cells to be written. As a result, the threshold voltages of all unwritten memory cells are increased by a voltage corresponding to the increase amount ΔVpgm (i), and the threshold voltages of all or almost all of the memory cells of the class A i are equal to or higher than the write completion reference voltage Vp. The writing is completed. At this point, the next class A i + 1 is in a state immediately before writing, and the next cycle of the classification process, the evaluation process, and the writing process can be started.

以下、全メモリセルが書き込み完了となるまで、階級別に類別工程、評価工程、書き込み工程を繰り返し実行する。   Thereafter, the classification process, the evaluation process, and the writing process are repeatedly executed for each class until the writing of all the memory cells is completed.

但し、この逐次実行方式では、階級Aの閾値電圧分布幅として1回前の書き込み処理における書き込み電圧増加量ΔVpgm(i−1)を使用するため、書き込み工程で導出した書き込み電圧増加量ΔVpgm(i)との間に若干の誤差が生じるが、評価工程において、その時点で未知の書き込み電圧増加量ΔVpgm(i)の使用が不可能であり、導出した書き込み電圧増加量ΔVpgm(i)で再度評価工程を再実行すると循環参照となり、処理が収束しない虞があり、敢えて若干の誤差を許容した運用を行っている。 However, in this sequential execution method, since the write voltage increase amount ΔVpgm (i−1) in the previous write process is used as the threshold voltage distribution width of the class A i , the write voltage increase amount ΔVpgm (derived in the write process) is used. There is a slight error with i), but in the evaluation process, it is impossible to use the unknown write voltage increase ΔVpgm (i) at that time, and the derived write voltage increase ΔVpgm (i) is used again. If the evaluation process is re-executed, it becomes a circular reference, and there is a possibility that the process will not converge.

次に、書き込み工程において使用する記憶回路21に内蔵された評価値NとΔVpgm(i)の対照表について説明する。 Next, a description will be given control table of the storage circuit 21 incorporated in the evaluation values N i with .DELTA.Vpgm (i) used in the writing process.

先ず、或る連続した階級A、Ai−1の評価値(メモリセル数)をN、Ni−1とし、書き込み対象の全メモリセルの総数を評価値Nとし、これらに対して、評価値N、Ni−1、Nの逆数で与えられる確率P、Pi−1、Pを、下記の数5〜数7に示すような正規分布の累積確率分布関数Pr{k}、Pr{ki−1}Pr{k}で表し、各累積確率分布関数Pr{k}、Pr{ki−1}Pr{k}の逆関数により、k、ki−1、kを夫々定義する。 First, the evaluation values (number of memory cells) of a certain continuous class A i , A i-1 are set to N i , N i-1, and the total number of all memory cells to be written is set to the evaluation value N 0 , Then, the probability P i , P i−1 , P 0 given by the reciprocals of the evaluation values N i , N i−1 , N 0 is expressed as a cumulative probability distribution function of a normal distribution as shown in the following equations 5 to 7. Pr {k i }, Pr {k i-1 } Pr {k 0 }, and the inverse function of each cumulative probability distribution function Pr {k i }, Pr {k i-1 } Pr {k 0 }, k i , k i−1 , and k 0 are respectively defined.



一方、書き込み電圧増加量ΔVpgm(i)を書き込み工程の回数iに関係なく一定値に固定して全メモリセルに対する書き込み処理を行った場合に、目標となる書き込み完了後の閾値電圧分布幅が実現される場合の書き込み電圧増加量をΔVpgm(0)とし、その書き込み電圧増加量ΔVpgm(0)で全メモリセルに対して書き込み処理を行った場合の書き込み完了後の閾値電圧分布の標準偏差Sを予め既知数として定義しておく。 On the other hand, when the write processing for all the memory cells is performed with the write voltage increase amount ΔVpgm (i) fixed to a constant value regardless of the number of write processes i, the target threshold voltage distribution width after the completion of write is realized. When the write voltage increase amount is ΔVpgm (0) and the write processing is performed on all the memory cells with the write voltage increase amount ΔVpgm (0), the standard deviation S 0 of the threshold voltage distribution after the completion of writing is described. Is defined in advance as a known number.

次に、上記要領で定義されたk、ki−1、kとSを用いて、評価値Nの階級Aが書き込み完了直前にある場合に階級Aのメモリセルに印加する書き込み電圧Vpgm(i)の1回前の書き込み処理の書き込み電圧Vpgm(i−1)からの増加量ΔVpgm(i)を、下記の数8に示す漸化式により決定する。尚、使用するk、ki−1、kとSは予め既知数として導出して、ステートマシン16内の順序回路に組み込んでおくか、或いは、ステートマシン16が実行するソフトウェアコードに格納しておく。 Next, using the k i , k i−1 , k 0 and S 0 defined in the above manner, the class A i of the evaluation value N i is applied to the memory cell of the class A i when it is just before the completion of writing. The amount of increase ΔVpgm (i) from the write voltage Vpgm (i−1) of the write process one time before the write voltage Vpgm (i) to be determined is determined by the recurrence formula shown in Equation 8 below. Note that k i , k i−1 , k 0, and S 0 to be used are derived in advance as known numbers and incorporated in a sequential circuit in the state machine 16, or are included in software code executed by the state machine 16. Store it.

(数8)
ΔVpgm(i)=ΔVpgm(i−1)−2×(k−ki−1)×S
(Equation 8)
ΔVpgm (i) = ΔVpgm (i -1) -2 × (k i -k i-1) × S 0

上記数8において、ΔVpgm(i−1)は、階級Aのメモリセルが書き込み完了直前となる書き込み処理前の段階において評価値Ni−1の階級Ai−1が書き込み完了直前にある場合に、階級Ai−1のメモリセルに印加する書き込み電圧Vpgm(i−1)のその1回前の書き込み処理の書き込み電圧Vpgm(i−2)からの増加量である。 In Equation 8, ΔVpgm (i-1), when the class A i-1 of the evaluation value N i-1 in step memory cell before writing process to be written immediately before the completion of the class A i is immediately before the completion of writing The increase amount of the write voltage Vpgm (i−1) applied to the memory cell of class A i−1 from the write voltage Vpgm (i−2) of the previous write process.

尚、1回目の書き込み電圧ΔVpgm(1)は、上述の通り、予め統計的或いは経験的に定められている値を使用するため、数8で求まるΔVpgm(1)は、1回目の書き込み工程では使用されない。   As described above, since the first write voltage ΔVpgm (1) uses a value determined statistically or empirically in advance as described above, ΔVpgm (1) obtained by Equation 8 is calculated in the first write step. Not used.

以上の要領で導出された対照表の一例を、図2に示す。図2に示す対照表では、書き込み完了直前の階級Aの評価値Nと、階級Aのメモリセルを書き込み完了とする書き込み処理における書き込み電圧増加量ΔVpgm(i)と1回前に書き込み完了直前にあった階級Ai−1のメモリセルを書き込み完了とする書き込み処理における書き込み電圧増加量ΔVpgm(i−1)の差分{ΔVpgm(i)−ΔVpgm(i−1)}が記載されている。これより、順次前回の書き込み電圧増加量ΔVpgm(i−1)に当該差分を加算することで、今回の書き込み電圧増加量ΔVpgm(i)を算出することができる。更に、算出された今回の書き込み電圧増加量ΔVpgm(i)を前回の書き込み処理で使用した書き込み電圧Vpgm(i−1)に加算することで、今回印加すべき書き込み電圧Vpgm(i)を導出できる。 An example of the comparison table derived as described above is shown in FIG. In the comparison table shown in FIG. 2, the evaluation value N i of the class A i immediately before the completion of writing, the write voltage increase ΔVpgm (i) in the writing process in which writing to the memory cell of the class A i is completed, and writing one time before The difference {ΔVpgm (i) −ΔVpgm (i−1)} of the write voltage increase amount ΔVpgm (i−1) in the writing process in which the memory cell of the class A i−1 that was immediately before completion is written is described. Yes. Accordingly, the current write voltage increase amount ΔVpgm (i) can be calculated by sequentially adding the difference to the previous write voltage increase amount ΔVpgm (i−1). Further, the write voltage Vpgm (i) to be applied this time can be derived by adding the calculated current write voltage increase ΔVpgm (i) to the write voltage Vpgm (i−1) used in the previous write process. .

図2に示す対照表では、書き込み対象の全メモリセルが13の階級に類別され、評価値の大きい階級A〜Aに対する書き込み電圧増加量ΔVpgm(i)(i=5〜8)は0.1Vとなっている。前述の通り、各階級の書き込み完了後の閾値電圧分布幅は、評価値(メモリセル数)の大きい階級ほど広くなるが、これらの階級に対する書き込み電圧増加量ΔVpgm(i)(i=5〜8)によって規定される。また、他の評価値の小さい階級A(j=1〜4,9〜13)については、評価値Nが小さい分だけ書き込み完了後の閾値電圧分布幅が狭くなるので、その小さくなった程度に応じて書き込み電圧増加量ΔVpgm(j)を大きくしても、階級A〜Aの書き込み完了後の閾値電圧分布内に収めることができる。つまり、評価値Nの小さい階級Aに対する書き込み電圧増加量ΔVpgm(j)と評価値Nが最大の階級Aに対する書き込み電圧増加量ΔVpgm(i)との間の関係が、上記数8に示す漸化式で求まることになる。 In the comparison table shown in FIG. 2, all the memory cells to be written are classified into 13 classes, and the write voltage increase ΔVpgm (i) (i = 5 to 8) is 0 for the classes A 5 to A 8 having the large evaluation value. .1V. As described above, the threshold voltage distribution width after completion of writing of each class becomes wider as the evaluation value (the number of memory cells) becomes larger, but the write voltage increase amount ΔVpgm (i) (i = 5 to 8) with respect to these classes. ). Further, for other classes A j (j = 1 to 4, 9 to 13) having a small evaluation value, the threshold voltage distribution width after writing is narrowed by the amount of the evaluation value N j being small. Even if the write voltage increase amount ΔVpgm (j) is increased according to the degree, the write voltage increase amount ΔVpgm (j) can be kept within the threshold voltage distribution after completion of writing of the classes A 5 to A 8 . That is, the relationship between the evaluation value N j small class A j for the write voltage increment .DELTA.Vpgm (j) the evaluation value N i write voltage increase .DELTA.Vpgm to the maximum of class A i (i) is the number 8 The recurrence formula shown in

一例として、図2に示す対照表では、書き込み電圧増加量ΔVpgm(i)の最小値
が0.1Vであるので、全メモリセルの書き込み完了後の閾値電圧分布幅も0.1Vの近傍値となる。つまり、本発明方法では、0.1Vの書き込み完了後の閾値電圧分布幅を実現するのに、均等な0.1Vの書き込み電圧増加量ΔVpgm(i)で全てのメモリセルに対して書き込み処理を行う必要がなくなり、書き込み工程の回数を大幅に軽減できることになる。比較例として、均等な0.1Vの書き込み電圧増加量ΔVpgm(i)で全てのメモリセルに対して書き込み処理を行う場合の、書き込み工程の回数iと書き込み電圧増加量ΔVpgm(i)の関係を図3に示す。図2に示す本実施形態での書き込み電圧Vpgm(i)は6〜8V程度の電圧範囲を13回の書き込み工程の繰り返しでカバーしており、これに対し、図3に示す従来の書き込み方法では、19回の書き込み工程の繰り返しで、同様の電圧範囲をカバーしている。
As an example, in the comparison table shown in FIG. 2, since the minimum value of the write voltage increase amount ΔVpgm (i) is 0.1 V, the threshold voltage distribution width after completion of writing of all the memory cells is also close to 0.1 V. Become. In other words, according to the method of the present invention, in order to realize the threshold voltage distribution width after the completion of 0.1 V writing, the writing process is performed on all the memory cells with an even writing voltage increase amount ΔVpgm (i) of 0.1 V. There is no need to perform this, and the number of writing steps can be greatly reduced. As a comparative example, the relationship between the number of write steps i and the write voltage increase amount ΔVpgm (i) when the write process is performed on all the memory cells with a uniform write voltage increase amount ΔVpgm (i) of 0.1 V is shown. As shown in FIG. The write voltage Vpgm (i) in this embodiment shown in FIG. 2 covers a voltage range of about 6 to 8 V by repeating the write process 13 times, whereas the conventional write method shown in FIG. The same voltage range is covered by repeating the writing process 19 times.

図2及び図3より、本実施形態では、13回の書き込み工程で全メモリセルの書き込みが完了するのに対して、従来の書き込み方法では、19回の書き込み工程が必要となり、本発明方法によって32%程度の書き込み処理時間の軽減が可能となることが分かる。   2 and 3, in the present embodiment, writing of all the memory cells is completed in 13 writing processes, whereas in the conventional writing method, 19 writing processes are required. It can be seen that the write processing time can be reduced by about 32%.

実際に、同じ試料の同じアドレス領域のメモリセル群を用いて、図2及び図3に夫々示す書き込み電圧Vpgm(i)で、2通りの書き込み工程を実行した場合、夫々の実行回数で、略同じ書き込み完了後の閾値電圧分布幅を得ることができた。   Actually, when two kinds of writing processes are executed with the writing voltage Vpgm (i) shown in FIGS. 2 and 3 using the memory cells in the same address area of the same sample, The threshold voltage distribution width after completion of the same writing could be obtained.

以上の要領で導出された書き込み電圧Vpgm(i)と書き込み工程の回数iとの関係を、図4に示す。また、以上の要領で導出された書き込み電圧増加量ΔVpgm(i)と書き込み工程の回数iとの関係を、図5に示す。   FIG. 4 shows the relationship between the write voltage Vpgm (i) derived in the above manner and the number of write processes i. Further, FIG. 5 shows the relationship between the write voltage increase amount ΔVpgm (i) derived in the above manner and the number of write processes i.

図4及び図5に示すように、3回以上繰り返される書き込み工程を時間的に3段階に分けた場合、最初と最後の段階では、書き込み電圧Vpgm(i)は大きく変化し、つまり、書き込み電圧増加量ΔVpgm(i)は大きく、中間段階では、書き込み電圧増加量ΔVpgm(i)は最初と最後の段階より小さくなり、極小値を取る。より具体的には、i番目の書き込み工程で書き込み完了となる階級Aの評価値Nが、j番目の書き込み工程で書き込み完了となる階級Aの評価値Nより大きい場合は、i番目の書き込み工程での1回前からの書き込み電圧増加量ΔVpgm(i)が、j番目の書き込み工程での1回前からの書き込み電圧増加量ΔVpgm(j)より小さくなっている。つまり、書き込み工程を順次繰り返すことで、評価値の小さい階級から評価値の大きい階級へと書き込みが完了し、約半数のメモリセルの書き込みが完了した時点から、評価値の大きい階級から評価値の小さい階級へと書き込みが完了していく様子を、図4及び図5は示している。 As shown in FIG. 4 and FIG. 5, when the write process repeated three times or more is divided into three stages in time, the write voltage Vpgm (i) changes greatly between the first and last stages, that is, the write voltage. The increase amount ΔVpgm (i) is large, and in the intermediate stage, the write voltage increase amount ΔVpgm (i) is smaller than the first and last stages and takes a minimum value. More specifically, if the evaluation value N i of the class A i that is written in the i-th writing step is larger than the evaluation value N j of the class A j that is written in the j-th writing step, i The write voltage increase amount ΔVpgm (i) from the previous time in the first write step is smaller than the write voltage increase amount ΔVpgm (j) from the previous time in the jth write step. That is, by sequentially repeating the writing process, writing is completed from a class having a small evaluation value to a class having a large evaluation value, and from the point when the writing of about half of the memory cells is completed, the evaluation value is evaluated from the class having a large evaluation value. FIGS. 4 and 5 show how writing is completed to a small class.

上述の通り、本実施形態では、書き込み工程において、ステートマシン16が記憶回路21に内蔵された対照表にアクセスしてΔVpgm(i)または相当情報を取得し、ロウ電圧制御回路15に対して、取得したΔVpgm(i)に応じたVpgm(i){=Vpgm(i−1)+ΔVpgm(i)}をロウデコーダ13に供給するように制御し、未書き込みの全メモリセルに対して書き込み処理を実行する。   As described above, in the present embodiment, in the writing process, the state machine 16 accesses the comparison table built in the storage circuit 21 to acquire ΔVpgm (i) or equivalent information, and the row voltage control circuit 15 Control is performed so that Vpgm (i) {= Vpgm (i−1) + ΔVpgm (i)} corresponding to the acquired ΔVpgm (i) is supplied to the row decoder 13, and write processing is performed on all unwritten memory cells. Execute.

ここで、ロウ電圧制御回路15(書き込み電圧発生回路に相当)は、一実施例として、例えば、D/A変換回路を備えて構成される。このD/A変換回路は、ΔVpgm(i)の電圧値に相当するディジタル入力を受け付け、ΔVpgm(i)の電圧値の電圧をアナログ出力する回路である。ところで、図4及び図5に示すように、3回以上繰り返される書き込み工程を時間的に3段階に分けた場合、最初と最後の段階では、書き込み電圧Vpgm(i)は大きく変化し、つまり、書き込み電圧増加量ΔVpgm(i)は大きく、中間段階では、書き込み電圧増加量ΔVpgm(i)は最初と最後の段階より小さくなるので、D/A変換回路のアナログ出力である書き込み電圧Vpgm(i)の離散的な分布を、当該分布の全電圧範囲を3以上の区分に均等分割した場合に、分布の中央寄りの区分ほど選択されるアナログ出力数が多くなるように設定しておくことで、効率的なD/A変換処理が可能となる。   Here, the row voltage control circuit 15 (corresponding to the write voltage generation circuit) includes, for example, a D / A conversion circuit as an example. This D / A conversion circuit is a circuit that receives a digital input corresponding to a voltage value of ΔVpgm (i) and outputs an analog voltage of a voltage value of ΔVpgm (i). By the way, as shown in FIGS. 4 and 5, when the write process repeated three times or more is divided into three stages in time, the write voltage Vpgm (i) greatly changes in the first and last stages, that is, The write voltage increase amount ΔVpgm (i) is large, and in the intermediate stage, the write voltage increase amount ΔVpgm (i) is smaller than in the first and last stages, so the write voltage Vpgm (i) which is an analog output of the D / A conversion circuit. If the discrete distribution of is divided into three or more sections evenly in the entire voltage range of the distribution, by setting the number of analog outputs to be selected as the section closer to the center of the distribution, Efficient D / A conversion processing is possible.

〈第2実施形態〉
本実施形態は、上記第1実施形態において実際の書き込み動作の過程で実行された本発明方法の類別工程と評価工程を、予め実験やシミュレーションに基づいて実施しておき、その結果を書き込み工程の回数iと、書き込み電圧増加量ΔVpgm(i)、書き込み電圧増加量ΔVpgm(i)の変化量、及び、書き込み電圧Vpgm(i)の少なくとも何れか1つとの関係を示す対照表と作成し、記憶回路21に内蔵しておく。
Second Embodiment
In the present embodiment, the categorization process and the evaluation process of the method of the present invention executed in the course of the actual write operation in the first embodiment are performed in advance based on experiments and simulations, and the results are written in the write process. A comparison table showing the relationship between the number of times i and at least one of the write voltage increase amount ΔVpgm (i), the change amount of the write voltage increase amount ΔVpgm (i), and the write voltage Vpgm (i) is created and stored. It is built in the circuit 21.

また、全メモリセルの自然な閾値電圧分布の形状(分布幅等)も、予め実験やシミュレーションに基づいて予測可能であり、類別工程前の全メモリセルの自然な閾値電圧分布として、予め実験やシミュレーションに基づいて予測した自然な閾値電圧分布を使用する。   In addition, the natural threshold voltage distribution shape (distribution width, etc.) of all the memory cells can be predicted in advance based on experiments and simulations. A natural threshold voltage distribution predicted based on simulation is used.

従って、本実施形態では、本発明装置が実行する書き込み動作では、類別工程と評価工程は行わずに、書き込み工程だけを類別工程と評価工程の結果を格納した対照表を用いて実行する。   Therefore, in the present embodiment, in the writing operation executed by the apparatus of the present invention, the classification process and the evaluation process are not performed, and only the writing process is executed using the comparison table storing the results of the classification process and the evaluation process.

書き込み工程では、ステートマシン16がi回目の書き込み工程においては、回数iを入力として記憶回路21に内蔵された対照表にアクセスして、書き込み電圧増加量ΔVpgm(i)、書き込み電圧増加量ΔVpgm(i)の変化量、及び、書き込み電圧Vpgm(i)の少なくとも何れか1つ取得し、書き込み電圧Vpgm(i)を導出する。そして、ロウ電圧制御回路15に対して、導出した書き込み電圧Vpgm(i)をロウデコーダ13に供給するように制御し、未書き込みの全メモリセルに対して書き込み処理を実行する。かかる書き込み工程を全メモリセルが書き込み完了となるまで繰り返す。   In the writing process, in the i-th writing process, the state machine 16 accesses the comparison table built in the memory circuit 21 with the number of times i as an input, and writes the write voltage increase amount ΔVpgm (i) and the write voltage increase amount ΔVpgm ( At least one of the change amount of i) and the write voltage Vpgm (i) is acquired, and the write voltage Vpgm (i) is derived. Then, the row voltage control circuit 15 is controlled so as to supply the derived write voltage Vpgm (i) to the row decoder 13, and a write process is executed for all unwritten memory cells. This writing process is repeated until all the memory cells are completely written.

以上の結果、本実施形態では、類別工程と評価工程が実際の書き込み動作で省略できるため、本発明装置内での書き込み動作の処理手順が簡略化され、スループプットが向上する。また、本実施形態では、本発明装置内に上記第1実施形態で用いた評価値計数レジスタ回路20は不要となる。   As a result, in this embodiment, the classification process and the evaluation process can be omitted in the actual writing operation, so that the processing procedure of the writing operation in the apparatus of the present invention is simplified and the throughput is improved. In the present embodiment, the evaluation value counting register circuit 20 used in the first embodiment is not required in the device of the present invention.

本実施形態では、類別工程と評価工程を書き込み工程と分離して別途独立に実行できるので、上記第1実施形態に示した逐次実行方式に加えて、評価工程において、全メモリセルを一旦全て書き込み完了とする方法が採用できる。つまり、各階級Aの閾値電圧分布の幅に相当する電圧差の複数の書き込み電圧Vpgm(i)を全メモリセルに順次印加し、書き込み電圧Vpgm(i)の印加による書き込み処理が終了する毎に、書き込み完了基準電圧Vpを参照電圧とする読み出し動作(ベリファイ処理)を実行して書き込み状態となっているメモリセル数を集計し、隣接する階級Ai−1間の集計数の差分を求め、各階級Aの評価値Nを導出することができる。尚、書き込み電圧Vpgm(i)の隣接する階級A,Ai−1間での増加量ΔVpgm(i)は、上記第1実施形態と同様に、上記数8の漸化式に従って導出されるものとする。 In this embodiment, the classification process and the evaluation process can be separately performed separately from the writing process. Therefore, in addition to the sequential execution method shown in the first embodiment, all the memory cells are once written in the evaluation process. The method of completing can be adopted. That is, a plurality of write voltages Vpgm (i) having a voltage difference corresponding to the width of the threshold voltage distribution of each class A i are sequentially applied to all the memory cells, and each time the write process by the application of the write voltage Vpgm (i) is completed. Then, a read operation (verify process) using the write completion reference voltage Vp as a reference voltage is executed to count the number of memory cells in a write state, and a difference in the total number between adjacent classes A i-1 is obtained. , it can be derived evaluation value N i of each class a i. Note that the increase amount ΔVpgm (i) between the adjacent classes A i and A i−1 of the write voltage Vpgm (i) is derived according to the recurrence formula of Equation 8 as in the first embodiment. Shall.

〈第3実施形態〉
本実施形態は、本発明方法の類別工程と評価工程の別実施形態について説明する。本実施形態の評価工程では、上記第1及び第2実施形態とは異なり、書き込み処理を伴わずに読み出し動作(ベリファイ処理)だけで、各階級Aの評価値Nを導出する。
<Third Embodiment>
In the present embodiment, another embodiment of the classification process and the evaluation process of the method of the present invention will be described. The evaluation step of this embodiment, unlike the first and second embodiments, only a read operation (verification processing) without writing process to derive the evaluation value N i of each class A i.

具体的には、先ず、類別工程において、全メモリセルの自然な閾値電圧分布の下限値Vthと上限値Vthの間をN個の領域に区分して各階級Aに割り当てる。 Specifically, first, in the classification process, the range between the lower limit value Vth 0 and the upper limit value Vth N of the natural threshold voltage distribution of all the memory cells is divided into N regions and assigned to each class A i .

引き続き、評価工程において、各階級Aの閾値電圧分布の上限値Vthまたは下限値Vthi−1を参照電圧として、全メモリセルに対してベリファイ処理を実行して、階級A別に読み出された各メモリセルの閾値電圧の内、参照電圧に対して下限値Vthi−1より高電圧側或いは上限値Vthより低電圧側の何れか一方側にあるメモリセル数を集計し、隣接する階級A,Ai−1間または階級Ai+1,A間の集計数の差分を求め、各階級Aの評価値Nを導出することができる。導出した評価値Nは、評価値計数レジスタ回路20に記憶される。 Subsequently, in the evaluation process, the verify process is executed on all the memory cells using the upper limit value Vth i or the lower limit value Vth i−1 of the threshold voltage distribution of each class A i as a reference voltage, and reading is performed for each class A i. among the threshold voltage of each memory cell aggregates the number of memory cells in the lower limit value Vth i-1 from the high-voltage side or the upper limit value Vth i on either side of the low-voltage side relative to the reference voltage, the adjacent The difference of the total number between classes A i and A i-1 or between classes A i + 1 and A i can be obtained, and the evaluation value N i of each class A i can be derived. The derived evaluation value N i is stored in the evaluation value counting register circuit 20.

ここで、階級Aの評価値Nの逆数で与えられる確率Pを上記数5に示すような正規分布の累積確率分布関数Pr{k}で表し、累積確率分布関数Pr{k}の逆関数によりkを定義する。更に、書き込み対象の全メモリセルの総数を評価値Nとする。 Here, the probability P i given by the reciprocal of the evaluation value N i of the class A i is expressed by the cumulative probability distribution function Pr {k i } of the normal distribution as shown in the above formula 5, and the cumulative probability distribution function Pr {k i } Define k i by the inverse function of. Further, the total number of all memory cells to be written is set as an evaluation value N 0 .

一方、書き込み電圧増加量ΔVpgm(i)を書き込み工程の回数i(つまり、各階級Aの閾値電圧分布幅)に関係なく一定値に固定して全メモリセルに対する書き込み処理を行った場合に、目標となる書き込み完了後の閾値電圧分布幅が実現される場合の書き込み電圧増加量をΔVpgm(0)とし、その書き込み電圧増加量ΔVpgm(0)で全メモリセルに対して書き込み処理を行った場合の書き込み完了後の閾値電圧分布の標準偏差Sを予め既知数として定義しておく。 On the other hand, when the write voltage increase amount ΔVpgm (i) is fixed to a constant value regardless of the number of write processes i (that is, the threshold voltage distribution width of each class A i ), When the write voltage increase amount when the target threshold voltage distribution width after completion of write is realized is ΔVpgm (0), and write processing is performed on all the memory cells with the write voltage increase amount ΔVpgm (0). The standard deviation S 0 of the threshold voltage distribution after completion of writing is defined as a known number in advance.

ここで、各階級Aのメモリセルに対して単独に書き込み処理を行って書き込み完了となった場合の書き込み完了後の閾値電圧分布幅Wの予測値は、下記の数9で算出される。 Here, the predicted value of the threshold voltage distribution width W i after the writing is completed when the writing process is performed independently for each class A i memory cell and the writing is completed is calculated by the following equation (9). .

(数9)
=2×k×S
(Equation 9)
W i = 2 × k i × S 0

上記分布幅Wを得るための書き込み条件における閾値電圧の変化量に関する予め導出した既知の設定値或いは関数により、各階級Aの書き込み処理後の閾値電圧分布の形状と位置(分布の上限値と下限値)を予測できる。 The known set value or function previously derived on the change amount of the threshold voltage in the write conditions for obtaining the distribution width W i, the upper limit value of the shape and position (distribution of the threshold voltage distribution after the writing process of each class A i And lower limit).

従って、書き込み工程において、数9で得られる各階級Aの書き込み完了後の閾値電圧分布幅Wの予測値を利用して、各階級Aのメモリセルに個別の書き込み条件での書き込み電圧Vpgm(i)を印加することにより、各階級Aの書き込み処理後の閾値電圧分布が目標とする全メモリセルの書き込み完了後の閾値電圧分布内に収まるように、各階級Aの書き込み条件を設定する。また、この書き込み条件の設定においては、各階級Aの書き込み処理後の閾値電圧分布の上限値、下限値、中央値等を各階級Aで揃えるようにすることができる。 Therefore, in the write process, the write voltage under the individual write condition is applied to each class A i memory cell by using the predicted value of the threshold voltage distribution width W i after the completion of the write of each class A i obtained in Equation 9. By applying Vpgm (i), the write condition of each class A i is set so that the threshold voltage distribution after the write process of each class A i falls within the threshold voltage distribution after the completion of the write of all the target memory cells. Set. In the setting of the write condition, it is possible to align the upper limit value of the threshold voltage distribution after the writing process of each class A i, the lower limit value, the median value or the like in each class A i.

書き込み工程では、各階級Aのメモリセルに対して、夫々、上記要領で設定された書き込み条件で書き込み処理が実行される。全ての階級のメモリセルが書き込み完了となるまで、当該書き込み処理が繰り返される。 In the write process, a write process is executed for each class Ai memory cell under the write conditions set in the above manner. The writing process is repeated until the writing of all the memory cells of all classes is completed.

ここで、評価工程の評価値の算出処理と、書き込み工程での書き込み条件の設定処理と書き込み処理の各処理は、階級A毎に連続して実行する逐次実行方式と、全階級のメモリセルに対して、各処理を一括して実行する一括実行方式の両方式が可能である。但し、一括実行方式の場合は、全ての階級Aに対する評価値Nや書き込み条件を纏めて記憶しておく記録領域が必要となる。 Here, each of the evaluation value calculation process in the evaluation process, the write condition setting process in the write process, and the write process is performed sequentially for each class A i , and all class memory cells On the other hand, it is possible to use both batch execution methods for executing each process in a batch. However, in the case of the collective execution method, a recording area for storing evaluation values N i and writing conditions for all classes A i together is required.

次に、本発明装置及び本発明方法の別実施形態について説明する。   Next, another embodiment of the device of the present invention and the method of the present invention will be described.

〈1〉上記各実施形態では、図1に示すように、対照表の内容を記憶する不揮発性の記憶回路21を備えていたが、対照表を記憶回路21に記憶するのに代えて、図6に示すように、ステートマシン16内の順序回路16aに組み込んでおくか、或いは、ステートマシン16が実行するソフトウェアコードに格納しておくようにしてもよい。   <1> In each of the above embodiments, as shown in FIG. 1, the nonvolatile storage circuit 21 for storing the contents of the comparison table is provided. However, instead of storing the comparison table in the storage circuit 21, FIG. As shown in FIG. 6, it may be incorporated in the sequential circuit 16a in the state machine 16 or may be stored in software code executed by the state machine 16.

〈2〉上記各実施形態では、一実施例として、ロウ電圧制御回路15にD/A変換回路を設け、このD/A変換回路が、ΔVpgm(i)の電圧値に相当するディジタル入力を受け付け、電圧値がΔVpgm(i)の書き込み電圧をアナログ出力する構成を例示したが、対照表を設ける代わりに、D/A変換回路が、対照表の入力である階級Aの評価値Nや書き込み工程の回数iをディジタル入力として受け付けて、直接に電圧値がΔVpgm(i)の書き込み電圧をアナログ出力する構成であってもよい。 <2> In each of the above embodiments, as an example, a D / A conversion circuit is provided in the low voltage control circuit 15, and this D / A conversion circuit accepts a digital input corresponding to a voltage value of ΔVpgm (i). However, instead of providing a comparison table, the D / A conversion circuit has an evaluation value N i of class A i that is an input of the comparison table. A configuration may be adopted in which the number i of the writing process is received as a digital input, and a writing voltage having a voltage value ΔVpgm (i) is directly output as an analog signal.

〈3〉上記各実施形態では、制御ゲートに印加する書き込み電圧の1回前の書き込み処理からの増加量を評価値Nに応じて変化させる場合について説明したが、評価値Nに応じて変化させる書き込み条件としては、必ずしも制御ゲートに印加する書き込み電圧だけに限定されるものではない。メモリセルの書き込み原理によっては、メモリセルの他の電極に印加される電圧を制御対象としても構わない。 <3> In the above embodiments, the description has been given of the case of changing depending on the evaluation value N i increasing amounts of the writing process of the previous one write voltage applied to the control gate, depending on the evaluation value N i The write condition to be changed is not necessarily limited to the write voltage applied to the control gate. Depending on the writing principle of the memory cell, the voltage applied to the other electrode of the memory cell may be the control target.

〈4〉上記各実施形態では、メモリセルとして、図7に例示するフローティングを備えたMOSFET構造のフラッシュEPROMメモリセルを想定したが、メモリセルの構造は、図7に例示するスタック型のフローティング構造に限定されるものではない。   <4> In each of the above embodiments, the flash EPROM memory cell having the MOSFET structure provided with the floating illustrated in FIG. 7 is assumed as the memory cell, but the structure of the memory cell is a stack type floating structure illustrated in FIG. It is not limited to.

本発明に係る不揮発性半導体記憶装置及びその書き込み方法は、不揮発性半導体記憶装置に利用可能であり、より詳細には、不揮発性半導体記憶装置の書き込み対象となる複数のメモリセルからなる書き込み対象メモリセル群に対する書き込み方法に有効である。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The nonvolatile semiconductor memory device and the writing method thereof according to the present invention can be used for a nonvolatile semiconductor memory device, and more specifically, a write target memory including a plurality of memory cells to be written to the nonvolatile semiconductor memory device. This is effective for a writing method for a cell group.

本発明に係る不揮発性半導体記憶装置の一実施形態における構成を模式的に示すブロック図The block diagram which shows typically the structure in one Embodiment of the non-volatile semiconductor memory device based on this invention 本発明に係る不揮発性半導体記憶装置で使用する各階級の評価値と書き込み電圧増加量の対応関係を示す対照表を説明する図The figure explaining the comparison table | surface which shows the correspondence of the evaluation value of each class used with the non-volatile semiconductor memory device which concerns on this invention, and the write voltage increase amount 従来の書き込み方法における書き込み工程の回数と書き込み電圧増加量の関係を示す対照表Comparison table showing the relationship between the number of write steps and the amount of increase in write voltage in the conventional write method 本発明に係る不揮発性半導体記憶装置の書き込み方法で得られた導出された書き込み電圧と書き込み工程の回数の関係を示す説明図Explanatory drawing which shows the relationship between the write-in voltage derived | led-out obtained with the writing method of the non-volatile semiconductor memory device based on this invention, and the frequency | count of a write-in process 本発明に係る不揮発性半導体記憶装置の書き込み方法で得られた導出された書き込み電圧増加量と書き込み工程の回数の関係を示す図The figure which shows the relationship between the write voltage increase amount derived | led-out obtained with the writing method of the non-volatile semiconductor memory device based on this invention, and the frequency | count of a write-in process 本発明に係る不揮発性半導体記憶装置の別実施形態における構成を模式的に示すブロック図The block diagram which shows typically the structure in another embodiment of the non-volatile semiconductor memory device which concerns on this invention 従来技術のフラッシュEPROMのメモリセル構造の一例を模式的に示す素子断面図Device sectional view schematically showing an example of a memory cell structure of a conventional flash EPROM 図7に示すメモリセルの等価回路図7 is an equivalent circuit diagram of the memory cell shown in FIG. 従来の不揮発性半導体記憶装置の一構成例を模式的に示すブロック図A block diagram schematically showing a configuration example of a conventional nonvolatile semiconductor memory device 従来の不揮発性半導体記憶装置における消去後の閾値電圧分布と自然な閾値電圧分布を示す図The figure which shows the threshold voltage distribution after erasing and the natural threshold voltage distribution in the conventional nonvolatile semiconductor memory device 従来の不揮発性半導体記憶装置における書き込み回数と書き込み電圧の関係を示す図The figure which shows the relationship between the frequency | count of writing in the conventional non-volatile semiconductor memory device, and a write voltage. 従来の不揮発性半導体記憶装置における書き込み動作中のメモリセルの閾値電圧分布の推移を説明する図The figure explaining transition of the threshold voltage distribution of the memory cell during the write operation in the conventional nonvolatile semiconductor memory device 従来の不揮発性半導体記憶装置における書き込み動作中のメモリセルの閾値電圧分布の推移を説明する図The figure explaining transition of the threshold voltage distribution of the memory cell during the write operation in the conventional nonvolatile semiconductor memory device 従来の不揮発性半導体記憶装置における書き込み動作中のメモリセルの閾値電圧分布の推移を説明する図The figure explaining transition of the threshold voltage distribution of the memory cell during the write operation in the conventional nonvolatile semiconductor memory device 従来の不揮発性半導体記憶装置における書き込み動作中のメモリセルの閾値電圧分布の推移を説明する図The figure explaining transition of the threshold voltage distribution of the memory cell during the write operation in the conventional nonvolatile semiconductor memory device 従来の不揮発性半導体記憶装置における書き込み動作中のメモリセルの閾値電圧分布の推移を説明する図The figure explaining transition of the threshold voltage distribution of the memory cell during the write operation in the conventional nonvolatile semiconductor memory device 従来の不揮発性半導体記憶装置におけるメモリセル数の異なる階級の閾値電圧分布の関係を示す図The figure which shows the relationship of the threshold voltage distribution of the class from which the number of memory cells differs in the conventional non-volatile semiconductor memory device 本発明に係る不揮発性半導体記憶装置におけるメモリセル数の異なる階級の閾値電圧分布の関係を示す図The figure which shows the relationship of the threshold voltage distribution of the class from which the number of memory cells differs in the non-volatile semiconductor memory device which concerns on this invention

1: 浮遊ゲート
2: チャンネル
3: 絶縁膜
4: 制御ゲート
5: トンネルゲート絶縁膜
6: ソース拡散、ソース電極
7: ドレイン拡散、ドレイン電極
10: メモリセルアレイ
11: センスアンプ回路
12: カラム(列)デコーダ
13: ロウ(行)デコーダ
14: カラム電圧制御回路
15: ロウ電圧制御回路
16: ステートマシン
16a:順序回路(対照表)
17: 入出力バッファ
18: アドレスバッファ
19: コマンドステートロジックインタフェース
20: 評価値計数レジスタ回路
21: 記憶回路(対照表)
,A: 階級
DE: 消去後の閾値電圧分布
DP1: 自然な閾値電圧分布
DP2〜DP4: 書き込み電圧印加後の移動した閾値電圧分布
DX,DY,DZ: 書き込み電圧印加毎の書き込み完了した領域の合成閾値電圧分布
,R: 閾値電圧分布幅
Vpgm: 書き込み電圧
Vpv: 書き込み完了基準閾値電圧
Wvtp: 最終的な書き込み完了後の閾値電圧分布幅
X1〜X3: 書き込み電圧印加後の閾値電圧分布内の書き込み完了した領域
ΔVpgm: 書き込み電圧の増加量
1: floating gate 2: channel 3: insulating film 4: control gate 5: tunnel gate insulating film 6: source diffusion, source electrode 7: drain diffusion, drain electrode 10: memory cell array 11: sense amplifier circuit 12: column (column) Decoder 13: Row (row) decoder 14: Column voltage control circuit 15: Row voltage control circuit 16: State machine 16a: Sequential circuit (reference table)
17: I / O buffer 18: Address buffer 19: Command state logic interface 20: Evaluation value counting register circuit 21: Memory circuit (reference table)
A i , A j : Class DE: Threshold voltage distribution after erasure DP1: Natural threshold voltage distribution DP2 to DP4: Moved threshold voltage distribution after application of write voltage DX, DY, DZ: Write completed for each write voltage application Area combined threshold voltage distribution R i , R j : Threshold voltage distribution width Vpgm: Write voltage Vpv: Write completion reference threshold voltage Wvtp: Threshold voltage distribution width after final write completion X1 to X3: Threshold after write voltage application Write completed area in voltage distribution ΔVpgm: Increase in write voltage

Claims (19)

不揮発性半導体記憶装置の書き込み対象となるMOSFET構造を有する複数のメモリセルからなる書き込み対象メモリセル群の全てまたは一部の前記メモリセルの集合に対して、
前記メモリセルの夫々を、前記メモリセルの記憶状態に応じて変化する前記MOSFET構造の閾値電圧に応じて、前記閾値電圧の分布範囲によって規定される3以上の階級に類別する類別工程と、
前記類別工程で類別された前記各階級に属する前記メモリセルの数を前記各階級の評価値として導出する評価工程と、
前記各階級の前記メモリセルに対して、前記各階級の前記評価値に応じて前記メモリセルの所定の電極に印加する書き込み電圧の変化量を変化させる書き込み条件で書き込み処理を行う書き込み工程と、
を有することを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の書き込み方法。
For a set of all or part of the memory cells to be written consisting of a plurality of memory cells having a MOSFET structure to be written to the nonvolatile semiconductor memory device,
A classification step of classifying each of the memory cells into three or more classes defined by a distribution range of the threshold voltage according to a threshold voltage of the MOSFET structure that changes according to a storage state of the memory cell;
An evaluation step of deriving the number of the memory cells belonging to each class classified in the classification step as an evaluation value of each class;
A writing step of performing a writing process on the memory cells of each class under a write condition that changes a change amount of a write voltage applied to a predetermined electrode of the memory cell according to the evaluation value of each class;
A writing method for a nonvolatile semiconductor memory device, comprising:
前記評価工程において、前記各階級の閾値電圧分布の上限値または下限値を参照電圧として、前記集合内の前記メモリセルに対して読み出し動作を実行して、前記階級別に読み出された前記各メモリセルの閾値電圧の内、前記参照電圧に対して高電圧側或いは低電圧側の何れか一方側にある前記メモリセルの数を集計し、隣接する前記階級間の前記集計数の差分を求め、前記各階級の前記評価値を導出することを特徴とする請求項に記載の不揮発性半導体記憶装置の書き込み方法。 In the evaluation step, each memory read out by each class by performing a read operation on the memory cells in the set using the upper limit value or the lower limit value of the threshold voltage distribution of each class as a reference voltage Summing up the number of the memory cells on either the high voltage side or the low voltage side with respect to the reference voltage among the threshold voltages of the cells, obtaining the difference of the summation number between the adjacent classes, The method for writing to a nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1 , wherein the evaluation value of each class is derived. 前記評価工程において、前記各階級の閾値電圧分布の幅に相当する電圧差の複数の前記書き込み電圧を前記集合内の前記メモリセルに順次印加することにより実行し、1つの前記書き込み電圧での書き込み動作が終了する毎に、前記メモリセルの書き込み状態を規定する基準閾値電圧を参照電圧とする読み出し動作を実行して書き込み状態となっている前記メモリセルの数を集計し、隣接する前記階級間の前記集計数の差分を求め、前記各階級の前記評価値を導出することを特徴とする請求項に記載の不揮発性半導体記憶装置の書き込み方法。 In the evaluation process, the run by a plurality of the write voltage of the voltage difference corresponding to the width of the threshold voltage distribution of each class is sequentially applied to the memory cells in the set, writing in one of the write voltage Each time the operation is completed, a read operation is performed using a reference threshold voltage that defines a write state of the memory cell as a reference voltage, and the number of the memory cells in the write state is counted, and the adjacent classes are classified. the calculated aggregate number of the difference, nonvolatile writing method of the semiconductor memory device according to claim 1, wherein the deriving the said evaluation value of each class. 前記評価工程において、前記各階級の閾値電圧分布の幅に相当する電圧差の複数の前記書き込み電圧を前記集合内の前記メモリセルに順次印加することにより実行し、1つの前記書き込み電圧での書き込み動作が終了する毎に、前記メモリセルの書き込み状態を規定する第1の基準閾値電圧を参照電圧とする第1の読み出し動作と、評価対象の前記階級の閾値電圧分布幅だけ消去側に電圧差のある第2の基準閾値電圧を参照電圧とする第2の読み出し動作とを実行して、前記第1の読み出し動作で消去状態となっている前記メモリセルの数を集計し、且つ、前記第2の読み出し動作で書き込み状態となっている前記メモリセルの数を集計し、前記2つの集計数の差分を求め、評価対象の前記階級の前記評価値を逐次導出することを特徴とする請求項に記載の不揮発性半導体記憶装置の書き込み方法。 In the evaluation process, the run by a plurality of the write voltage of the voltage difference corresponding to the width of the threshold voltage distribution of each class is sequentially applied to the memory cells in the set, writing in one of the write voltage Every time the operation is completed, a voltage difference between the first read operation using the first reference threshold voltage that defines the write state of the memory cell as a reference voltage and the threshold voltage distribution width of the class to be evaluated is erased. And performing a second read operation using a second reference threshold voltage as a reference voltage to count the number of memory cells in an erased state in the first read operation, and The number of the memory cells that are in a write state in two read operations is totaled, a difference between the two total numbers is obtained, and the evaluation values of the classes to be evaluated are sequentially derived. Writing method of the nonvolatile semiconductor memory device according to Motomeko 1. 前記書き込み工程で使用する前記書き込み条件の内の前記各階級の前記評価値に応じて前記書き込み電圧の変化量を変化させるための条件が、前記集合全体に対して書き込み処理が終了した時点での前記集合全体の閾値電圧分布の標準偏差と、前記各階級に属する前記メモリセルの数に基づいて導出されることを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載の不揮発性半導体記憶装置の書き込み方法。 The condition for changing the amount of change in the write voltage according to the evaluation value of each class among the write conditions used in the write process is as follows when the write process is completed for the entire set. 5. The nonvolatile semiconductor memory according to claim 1 , wherein the nonvolatile semiconductor memory is derived based on a standard deviation of a threshold voltage distribution of the entire set and a number of the memory cells belonging to each class. Device writing method. 前記書き込み工程において、前記書き込み条件における前記書き込み電圧の変化量を変化させながら前記書き込み処理を順次実行することにより、前記集合内の前記メモリセルを順次書き込み状態に遷移させるに際し、
前記書き込み電圧の変化量を、変化後の前記書き込み電圧が適用されることによって前記書き込み状態に遷移する一群の前記メモリセルが属する前記階級の前記評価値が大きいほど小さく設定することを特徴とする請求項1〜5の何れか1項に記載の不揮発性半導体記憶装置の書き込み方法。
In the write step, by sequentially executing the write process while changing the amount of change in the write voltage in the write condition, when sequentially transitioning the memory cells in the set to a write state,
The amount of change in the write voltage, characterized in that a group of the memory cells to transition to the write state by the write voltage after the change is applied to set smaller the larger the evaluation value of the class belonging writing method of the nonvolatile semiconductor memory device according to any one of claims 1 to 5.
前記書き込み工程において、前記書き込み条件における前記書き込み電圧の変化量を変化させながら逐次実行する前記書き込み処理の実行回数の進行につれて、前記書き込み電圧の変化量が極小値を持つように前記書き込み電圧が変化することを特徴とする請求項1〜6の何れか1項に記載の不揮発性半導体記憶装置の書き込み方法。 In the write process, the progresses of execution times of the writing process of sequentially executed while changing the amount of change in the write voltage, the write voltage to have a variation amount minimum value of the write voltage is changed in the write condition A writing method for a nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1 , wherein: 前記書き込み電圧が、前記メモリセルのゲート電極に印加する書き込みゲート電圧であることを特徴とする請求項1〜7の何れか1項に記載の不揮発性半導体記憶装置の書き込み方法。 The write voltage, the writing method of the nonvolatile semiconductor memory device according to any one of claims 1-7, characterized in that a write gate voltage applied to the gate electrode of the memory cell. 前記書き込み工程において、前記各階級の前記メモリセルに対する前記書き込み処理に適用する前記書き込み電圧の変化量を決定するに際し、
任意数i番目の前記階級の前記評価値Nが、前記任意数iと異なる任意数j番目の前記階級の前記評価値Nより大きい場合(N>N)、
前記任意数i番目の前記階級に属する前記メモリセルが書き込み直前の閾値電圧領域にある場合の当該階級に属する前記メモリセルに対する書き込み処理における前記書き込み電圧Vpgm(i)の1回前の書き込み処理における前記書き込み電圧のVpgm(i−1)からの変化量ΔVpgm(i)が、前記任意数j番目の前記階級に属する前記メモリセルが書き込み直前の閾値電圧領域にある場合の当該階級に属する前記メモリセルに対する書き込み処理における前記書き込み電圧Vpgm(j)の1回前の書き込み処理における前記書き込み電圧のVpgm(j−1)からの変化量ΔVpgm(j)より小さくなるように、決定されることを特徴とする請求項またはに記載の不揮発性半導体記憶装置の書き込み方法。
In determining the amount of change in the write voltage applied to the write process for the memory cells of each class in the write step,
When the evaluation value N i of the arbitrary number i-th class is greater than the evaluation value N j of the arbitrary j-th class different from the arbitrary number i (N i > N j ),
In the write process one time before the write voltage Vpgm (i) in the write process to the memory cell belonging to the class when the memory cell belonging to the arbitrary number i-th class is in the threshold voltage region immediately before the write The amount of change ΔVpgm (i) from Vpgm (i−1) of the write voltage is the memory belonging to the class when the memory cell belonging to the arbitrary number j-th class is in the threshold voltage region immediately before writing. The write voltage Vpgm (j) in the write process for the cell is determined to be smaller than a change amount ΔVpgm (j) of the write voltage from Vpgm (j−1) in the write process one time before. A method for writing into a nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1 or 8 .
前記書き込み工程において、前記各階級の前記メモリセルに対する前記書き込み処理に適用する前記書き込み電圧の変化量を決定するに際し、
任意数i番目の前記階級に属する前記メモリセルが書き込み直前の閾値電圧領域にある場合の当該階級に属する前記メモリセルに対する書き込み処理における前記書き込み電圧Vpgm(i)の1回前の書き込み処理における前記書き込み電圧のVpgm(i−1)からの変化量ΔVpgm(i)が、下記の数1に示す漸化式で与えられ、
(数1)
ΔVpgm(i+1)−ΔVpgm(i)=−2×(ki+1−k)×S

前記数1中の前記任意数iが1以上の場合のki+1とkが、(i+1)番目の前記階級の前記評価値Ni+1とi番目の前記階級の前記評価値Nの逆数で与えられる確率Pi+1とPの夫々を、下記の数2と数3に示すような正規分布の累積確率分布関数Pr{ki+1}とPr{k}で表した場合の各逆関数で与えられ、


前記数1中の前記任意数iが0の場合のkが、前記集合全体の前記メモリセルの数Nの逆数で与えられる確率Pを、下記の数4に示すような正規分布の累積確率分布関数Pr{k}で表した場合の逆関数で与えられ、

前記数1中の前記任意数iが0の場合のΔVpgm(0)が、変化量ΔVpgm(i)を任意数iに関係なく一定値に固定して前記集合全体の前記メモリセルの書き込み処理を完了させた場合に前記集合全体の閾値電圧分布幅が目標の閾値電圧分布幅となる場合の変化量で与えられ、
前記数1中のSが、変化量ΔVpgm(i)を前記任意数iに関係なくΔVpgm(0)固定して前記集合全体の前記メモリセルの書き込み処理を完了させた場合の前記集合全体の閾値電圧分布の標準偏差で与えられることを特徴とする請求項またはに記載の不揮発性半導体記憶装置の書き込み方法。
In determining the amount of change in the write voltage applied to the write process for the memory cells of each class in the write step,
When the memory cell belonging to an arbitrary number i of the class is in the threshold voltage region immediately before writing, the writing voltage Vpgm (i) in the writing process for the memory cell belonging to the class is written one time before the writing process. A change amount ΔVpgm (i) of the write voltage from Vpgm (i−1) is given by a recurrence formula shown in the following equation (1).
(Equation 1)
ΔVpgm (i + 1) -ΔVpgm ( i) = - 2 × (k i + 1 -k i) × S 0

K i + 1 and k i if the arbitrary number i of the number of 1 is 1 or more, the reciprocal of the evaluation value N i (i + 1) th of the evaluation value N i + 1 and i-th of said classes of the class Each inverse function when the given probabilities P i + 1 and P i are expressed by the cumulative distribution functions Pr {k i + 1 } and Pr {k i } of the normal distribution as shown in the following equations 2 and 3. Given,


The probability P 0 given by the reciprocal of the number N 0 of the memory cells in the whole set is k 0 when the arbitrary number i in the number 1 is 0. It is given as an inverse function when expressed by a cumulative probability distribution function Pr {k 0 },

ΔVpgm (0) in the case where the arbitrary number i in the equation 1 is 0, the change amount ΔVpgm (i) is fixed to a constant value regardless of the arbitrary number i, and the writing process of the memory cells in the entire set is performed. When completed, the threshold voltage distribution width of the entire set is given by the amount of change when it becomes the target threshold voltage distribution width,
When S 0 in Equation (1) completes the writing process of the memory cells in the entire set by fixing the change amount ΔVpgm (i) to ΔVpgm (0) regardless of the arbitrary number i. writing method of the nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1 or 8, characterized in that given a standard deviation of threshold voltage distributions.
前記類別工程と前記評価工程を、実際に前記書き込み工程を前記不揮発性半導体記憶装置内で実行する前に、前記不揮発性半導体記憶装置とは別の試料を用いた実験或いはシミュレーションによって予め実行しておき、その実行結果として得られた前記各階級の前記評価値に応じた前記書き込み条件を、予め導出した上で前記不揮発性半導体記憶装置内に記憶しておくことを特徴とする請求項1〜10の何れか1項に記載の不揮発性半導体記憶装置の書き込み方法。 The classification step and the evaluation step are executed in advance by an experiment or simulation using a sample different from the nonvolatile semiconductor memory device before the writing step is actually executed in the nonvolatile semiconductor memory device. The write condition according to the evaluation value of each class obtained as an execution result is derived in advance and stored in the nonvolatile semiconductor memory device. 11. The writing method of the nonvolatile semiconductor memory device according to any one of 10 above. 請求項1〜10の何れか1項に記載の不揮発性半導体記憶装置の書き込み方法により、書き込み対象となる複数のメモリセルからなる書き込み対象メモリセル群の全てまたは一部の前記メモリセルの集合に対して書き込み可能な不揮発性半導体記憶装置であって、
前記書き込み方法の前記類別工程を実行可能な類別手段と、
前記書き込み方法の前記評価工程を実行可能な評価手段と、
前記書き込み方法の前記書き込み工程を実行可能な書き込み手段と、
を備えてなることを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
A method for writing into a nonvolatile semiconductor memory device according to any one of claims 1 to 10 , wherein all or part of a set of memory cells in a write target memory cell group including a plurality of memory cells to be written is set. A non-volatile semiconductor memory device that can be written to,
Classification means capable of executing the classification step of the writing method;
Evaluation means capable of executing the evaluation step of the writing method;
Writing means capable of executing the writing step of the writing method;
A non-volatile semiconductor memory device comprising:
記評価手段が、前記集合内において、前記閾値電圧が所定の参照電圧以下または以上の前記メモリセルの数を集計可能な集計手段を備えていることを特徴とする請求項12に記載の不揮発性半導体記憶装置。 Before Symbol evaluation means, within said set, non of claim 12, wherein the threshold voltage is characterized by comprising an aggregate capable aggregator a number of predetermined reference voltage below or above the memory cells Semiconductor memory device. 前記評価手段が、前記集計手段が集計した前記メモリセルの数を記憶するレジスタ回路を備えていることを特徴とする請求項13に記載の不揮発性半導体記憶装置。 14. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 13 , wherein the evaluation unit includes a register circuit that stores the number of the memory cells counted by the counting unit. 前記書き込み手段が、前記各階級の前記評価値を入力とし、前記評価値に対して予め設定された前記書き込み条件における前記書き込み電圧、前記書き込み電圧の変化量、または、前記書き込み電圧の変化量の変化量を出力とする書き込み条件対照表を備えていることを特徴とする請求項12〜14の何れか1項に記載の不揮発性半導体記憶装置。 The writing means receives the evaluation value of each class and inputs the write voltage , the change amount of the write voltage, or the change amount of the write voltage in the write condition set in advance for the evaluation value. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 12 , further comprising a write condition comparison table that outputs a change amount. 前記書き込み手段が、前記各階級の前記評価値が入力されると、前記書き込み条件における前記書き込み電圧、前記書き込み電圧の変化量、または、前記書き込み電圧の変化量の変化量を出力とする順序回路を備えていることを特徴とする請求項12〜14の何れか1項に記載の不揮発性半導体記憶装置。 When the evaluation value of each class is input to the writing means, a sequential circuit that outputs the write voltage , the change amount of the write voltage, or the change amount of the change amount of the write voltage under the write condition . The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 12, comprising: 請求項11に記載の不揮発性半導体記憶装置の書き込み方法により、書き込み対象となる複数のメモリセルからなる書き込み対象メモリセル群の全てまたは一部の前記メモリセルの集合に対して書き込み可能な不揮発性半導体記憶装置であって、
前記書き込み方法の前記類別工程と前記評価工程を予め実行して得られる前記各階級の前記評価値に応じた前記書き込み条件を対照表として記憶する記憶回路と、
前記書き込み方法の前記書き込み工程を前記対照表として記憶された前記書き込み条件に基づいて実行可能な書き込み手段と、
を備えてなることを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
The nonvolatile semiconductor memory device writing method according to claim 11 , wherein the nonvolatile memory capable of writing to all or a part of the set of memory cells of the write target memory cell group including a plurality of memory cells to be written. A semiconductor memory device,
A storage circuit that stores the write conditions according to the evaluation values of the classes obtained by executing the classification step and the evaluation step in advance as a comparison table;
Writing means capable of executing the writing step of the writing method based on the writing conditions stored as the comparison table;
A non-volatile semiconductor memory device comprising:
前記書き込み手段が、前記各階級の前記評価値に応じた前記書き込み条件における書き込み電圧、前記書き込み電圧の変化量、または、前記書き込み電圧の変化量の変化量に基づいて、前記メモリセルの所定の電極に印加する前記書き込み電圧を出力する書き込み電圧発生回路を備えていることを特徴とする請求項15〜17の何れか1項に記載の不揮発性半導体記憶装置。 The writing means is configured to determine a predetermined voltage of the memory cell based on a write voltage, a change amount of the write voltage, or a change amount of the change amount of the write voltage in the write condition according to the evaluation value of each class. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 15 , further comprising a write voltage generation circuit that outputs the write voltage applied to the electrode. 前記書き込み電圧発生回路がD/A変換回路で構成され、
前記D/A変換回路のディジタル入力によって選択されるアナログ出力である前記書き込み電圧の離散的な分布が、前記分布の全電圧範囲を3以上の区分に均等分割した場合に、前記分布の中央寄りの区分ほど選択されるアナログ出力数が多いことを特徴とする請求項18に記載の不揮発性半導体記憶装置。
The write voltage generation circuit is composed of a D / A conversion circuit,
When the discrete distribution of the write voltage, which is an analog output selected by the digital input of the D / A conversion circuit, is equally divided into three or more sections, the distribution voltage is closer to the center of the distribution. 19. The non-volatile semiconductor memory device according to claim 18 , wherein the number of analog outputs to be selected is larger for each of the categories.
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