DE69729502T2 - Mehrpegelspeicher-System - Google Patents

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DE69729502T2
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Tomoharu 1-1 Shibaura 1-chome Tanaka
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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Speichersystem bestehend aus einer elektrisch löschbaren und programmierbaren nicht-flüchtigen Datenspeicher-Halbleiterspeichereinrichtung mit mehreren Ebenen (EEPROM).
  • In den zurückliegenden Jahren wurde ein NAND-Zellen-EEEPROM als eine von den elektrisch löschbaren und programmierbaren nicht-flüchtigen Halbleiterspeichereinrichtungen vorgeschlagen.
  • Ein NAND-Zellen-EEPROM ist so ausgebildet, dass eine Vielzahl von Speicherzellen jeweils enthaltend eine n-Kanal FETMOS Struktur vom Typ mit gestapeltem Gatter mit einem floatenden Gate und einem Steuergate in Serie verbunden sind. Die seriell verbundenenen Speicherzellen bilden eine Einheit, und sie sind mit einer Bitleitung verbunden.
  • Die 17A zeigt eine Draufmusteransicht zum Darstellen einer NAND-Zelle in einem Speicherzellenfeld, die 17B zeigt ein Schaltungsdiagramm der NAND-Zelle. Die 18A zeigt eine Querschnittsansicht entlang der in 17A gezeigten Linie XXXIXA-XXXIXA, und die 18B zeigt eine Querschnittsansicht, herangezogen entlang der in 17A gezeigten Linie XXXIXB-XXXIXB.
  • Ein Siliziumsubstrat von p-Typ (oder eine p-Typ Wanne) 11 hat eine Oberfläche mit einem Einrichtungsgebiet umgeben von einem Einrichtungsisolieroxidfilm 12. Es wird eine NAND-Zelle in jedem Einrichtungsgebiet gebildet. Eine Vielzahl von NAND-Zellen bilden ein Speicherzellenfeld.
  • Unter Bezug auf die 17A, 17B, 18A und 18B wird eine der NAND-Zellen nun beschrieben.
  • Ein in den 17A, 17B gezeigtes Halbleitergerät hat acht Speicherzellen M1 bis M8, seriell verbunden zum Bilden einer NAND-Zelle. Jede Speicherzelle hat ein floatendes Gate 14 (14-1, 14-2, ..., 14-8), gebildet auf einem Substrat 11 über einen Gate-Isolierfilm 13. Ein Steuergate 16 (16-1, 16-2, ..., 16-8) wird auf dem floatenden Gate 14 über einen zweiten Gate-Isolierfilm 15 gebildet. Eine Diffusionsschicht von n-Typ 19, die die Source/das Drain der Speicherzelle ist, wird durch angrenzende Speicherzellen geteilt. Demnach sind acht Speicherzellen in Serie verbunden.
  • Die NAND-Zelle hat, in dem Drain-Abschnitt, erste Auswahl-Gates 14-9 und 16-9 und, in dem Source-Abschnitt 2, die Auswahl-Gates 14-10 und 16-10, gleichzeitig mit den floatenden Gates 14-1 bis 14-8 und den Steuer-Gates 16-1 bis 16-8 gebildet. Das Substrat 11 mit den Einrichtungen, beispielsweise den Speicherzellen, wird durch einen CVC Oxidfilm 17 abgedeckt. Eine Bitleitung 18 ist über dem CVD Oxidfilm angeordnet. Die Steuergates 16 der NAND-Zelle sind so gebildet, dass sie sich entlang der Zeilenrichtung erstrecken, für eine Ausbildung gemeinsam mit den Steuergates der entsprechenden Speicherzellen der NAND, angrenzend in Richtung der Zeile, für eine Funktion als Wortleitungen (Steuergates CG1, CG2,..., CG8). Die Auswahlgates 14-9 und 16-9 und die Auswahlgate s 14-10 und 16-10 sind so gebildet, dass sie sich in Richtung der Zeile erstrecken, in einer Weise ähnlich zu den Steuergates 16-1 bis 16-8, damit sie gemeinsam mit den entsprechenden Auswahlgates einer NAND-Zelle ausgebildet sind, die in Richtung der Zeile angrenzt, für eine Funktion als Auswahlgates SG1 und SG2.
  • Die 19 zeigt ein Schaltbild zum Darstellen eines Speicherzellenfelds mit den NAND-Zellen, die in einer Matrixkonfiguration angeordnet sind.
  • Wie in 19 gezeigt, ist die Source-Leitung über einen Kontakt mit einer Referenzpotentialleitung verbunden, die aus Aluminium oder leitendem Polysilizium ausgebildet ist. Der Kontakt zwischen der Source-Leitung und der Referenzpotential- Leitung wird für jede der 64 Bitleitungen bereitgestellt. Die Referenzpotential-Leitung ist mit einer Peripherie-Schaltung (nicht gezeigt) verbunden, die beispielsweise das Potential steuert, das an der Source-Leitung in Entsprechung zu dem Betriebsmodus anzulegen ist.
  • Die ersten und zweiten Steuergates SG1 und SG2 der Steuergates CG1, CG2, ..., CG8 werden so gebildet, dass sie sich in Richtung der Zeile erstrecken. Eine Gruppe von Speicherzellen, verbunden mit einem Steuergate, wird allgemein als eine Seite (eine einzelne Seite) bezeichnet, und eine Gruppe der Seiten, die zwischen einer Gruppe der Drain-seitigen (des ersten Auswahlgates) und der Source-seitigen (des zweiten Auswahlgates) Auswahlgates gehalten ist, wird als ein NAND-Block (ein einzelner NAND-Block) oder als ein Block (ein einzelner Block) bezeichnet. Eine Seite besteht beispielsweise aus 256 Byte (256 × 8) Speicherzellen. Das Schreiben von Daten wird im wesentlichen gleichzeitig für die Speicherzellen bei einer Seite ausgeführt. Ein Block besteht beispielsweise aus 2048 Byte (2048 × 8) Speicherzellen. Daten werden im wesentlichen gleichzeitig von den Speicherzellen für einen Block gelöscht.
  • Der Betrieb des NAND EEPROM wird wie folgt ausgeführt.
  • Das Schreiben von Daten wird sequentiell ausgeführt, während einem Starten der am weitesten von der Bitleitung entfernten Speicherzelle.
  • Eine angehobene Schreibspannung Vpp (= ungefähr 20 V) liegt an dem Steuergate der ausgewählten Speicherzelle an, und ein Zwischenpotential (= ungefähr 10 V) liegt an den Steuergates der nicht ausgewählten Speicherzellen und den ersten Auswahlgates an, und 0 V (Schreiben von "0") oder ein Zwischenpotential (Schreiben von "1") liegt an der Bitleitung in Übereinstimmung mit Daten an. Zu dieser Zeit wird das Potential der Bitleitung zu der ausgewählten Speicherzelle übertragen. Ist das Datum "0", so liegt eine hohe Spannung zwischen dem floatenden Gate der ausgewählten Speicherzelle und dem Substrat an, so dass Elektronen von dem Substrat in das floatende Gate so tunnel-implantiert werden, dass die Schwellenwertspannung in positiver Richtung verschoben wird. Ist das Datum "1", wird die Schwellenwertspannung nicht geändert.
  • Das Löschen von Daten wird im wesentlichen gleichzeitig in Blockeinheiten ausgeführt.
  • D. h., bei Löschen von Daten werden sämtliche Steuergates und Auswahlgates, die in Blöcken enthalten sind, von denen Daten zu löschen sind, so ausgebildet, dass sie bei 0 V liegen, und dann liegt ein angehobenes Potential VppE (ungefähr 20 V) an dem Siliziumsubstrat vom p-Typ an) oder der p-Typwanne, die in dem Substrat vom n-Typ gebildet ist). Das angehobene Potential VppE liegt an den Steuergates und Auswahlgates an, die in den Blöcken enthalten sind, von denen Daten nicht zu löschen sind. Im Ergebnis werden in den Speicherzellen in den Blöcken, von denen Daten zu löschen sind, Elektronen, die in den floatenden Gate gespeichert sind, in das Siliziumsubstrat vom p-Typ) oder die p-Typwanne) entladen, so dass die Schwellwertspannung in die negative Richtung verschoben ist.
  • Der Betrieb zum Lesen von Daten wird so ausgeführt, dass die Bitleitung vorgeladen ist, und dann wird die Bitleitung in den floatenden Zustand versetzt. Dann wird das Steuergate der ausgewählten Zelle so ausgebildet, dass es bei 0 V liegt, und die Steuergates der anderen Speicherzellen und die Auswahlgates werden so ausgewählt, dass sie bei der Energieversorgungsspannung Vcc (beispielsweise 3 V) liegen, und die Source-Leitung wird so ausgebildet, dass sie bei 0 V liegt. Im Ergebnis wird detektiert, ob eine elektronischer Strom in die ausgewählte Speicherzelle fließt oder nicht, in Übereinstimmung mit der Änderung des Potentials auf der Bitleitung. D. h., ist das in der Speicherzelle geschriebene Datum "0" (erfüllt der Schwellenwert der Speicherzelle Vth > 0), so wird die Speicherzelle ausgeschaltet, so dass die Bitleitung das Vorladepotential beibehält. Ist das Datum "1", erfüllt der Schwellenwert der Speicherzelle Vth < 0, so wird die Speicherzelle angeschaltet, so dass ein elektronischer Strom fließt, um zu bewirken, dass das Potential der Bitleitung durch *1 V von dem Vorladepotential abgesenkt wird. Das Potential der Bitleitung wird durch einen Leseverstärker detektiert, so dass Daten in der Speicherzelle gelesen werden.
  • In den zurückliegenden Jahren wurde eine Mehrpegeldaten-Speicherzelle bekannt, die so strukturiert ist, dass Information von drei oder mehr Pegeln in einer Zelle gespeichert wird, im Zusammenhang mit einem Verfahren mit der Fähigkeit zum Realisieren mit einem EEPROM mit einer großen Kapazität (beispielsweise sei Bezug genommen auf die japanische Patent-Offenlegung Nr. 7-93979 und die japanische Patent-Offenlegung Nr. 7-161852).
  • Die 20 zeigt einen Graphen zum Darstellen der Beziehung zwischen den Schwellwertspannungen einer Speicherzelle und vier geschriebenen Zuständen (vier Werte von Daten "0", "1", "2" und "3").
  • Der Zustand für das Datum "0" ist ähnlich zu dem Zustand, nach dem ein Datum gelöscht wurde, und hat beispielsweise einen negativen Schwellenwert. Der Zustand für ein Datum "1" hat eine Schwellenwertspannung in einem Bereich von beispielsweise 0.5 V bis 0.8 V. Der Zustand für ein Datum "2" hat ein Schwellenwertspannung in einem Bereich von beispielsweise 1.5 V bis 1.8 V. Der Zustand für ein Datum "3" hat eine Schwellenwertspannung in einem Bereich von beispielsweise 2.5 V bis 2.8 V.
  • Demnach liegt eine Lesespannung VCG2 R an dem Steuergate CG an, zum Detektieren, ob die Speicherzelle angeschaltet ist oder abgeschaltet, damit detektiert wird, ob das Datum in den Speicherzelle "0" oder "1" ist, oder ob dasselbe "2" oder "3" ist. In Übereinstimmung mit einem Ergebnis der vorangehenden Detektion liegt eine Lesespannung VCG3 R oder VCG1 R so an, dass ein Datum in der Speicherzelle detektiert wird. Die Lesespannungen VCG1 R, VCG2 R und VCG3 R sind beispielsweise jeweils 0 V, 1 V und 2 V.
  • Die Spannungen VCG1 V, VCG2 V und VCG3 V werden als Verifizierungsspannungen bezeichnet. Werden Daten geschrieben, so liegen die Verifizierungsspannungen an dem Steuergate an, zum Detektieren des Datenschreibzustands bei einer Speicherzelle M, d. h., ob. Daten erfolgreich geschrieben wurden oder nicht. Die Verifizierungsspannungen VCG1 V, VCG2 V und VCG3 V sind beispielsweise jeweils 0.5 V, 1.5 V und 2.5 V.
  • Ein Flash-Speicher betrifft eine begrenzte Zahl für Wiederholungen der Schreib-Lösch-Folge, so dass beispielsweise die Zahl der Wiederholungen für eine Schreib-Lösch-Folge für eine Zweipegel-Speicherzelle auf eine Wiederholungszahl von 1,000,000 begrenzt ist. Die Begrenzung der Zahl von Wiederholungen führt eine Schreib-Lösch-Folgeschritt auf, wenn Elektronen in dem floatenden Gate von dem floatenden Gate der Speicherzelle in dem Schreibzustand zu dem Substrat lecken, wenn eine weitere Schreib-Lösch-Folge ausgeführt wird. Lecken Elektronen von der Speicherzelle in dem Zustand des Datums "1", gezeigt in 20, und wird somit die Speicherzelle in den Zustand eines Datums "0" gebracht, so wird das Schreiben von Daten unterbrochen.
  • Wird ein Mehrpegeldatum in die Speicherzelle geschrieben, so ist die Differenz zwischen dem Mehrpegeldatum reduziert (beispielsweise die Differenz der Spannung zwischen dem Zustand "3" und dem Zustand "2", gezeigt in 20). Im Ergebnis werden dann, wenn Elektronen in geringem Umfang zu dem Substrat lecken, Daten in dem Zustand "3" ohne Absicht zu dem Zustand "2" geändert. Wird die Speicherzelle in den Mehrpegel-Datenmodus gebracht, so ist der Schwellenwert der höchsten Schwellenwertspannung (der Zustand "3" in einem in 20 gezeigten Zustand) zu erweitern. Demnach ist das elektrische Feld zwischen dem floatenden Gate und dem Substrat erweitert, was zu einer Erhöhung des Umfangs an Elektronen führt, die von dem floatenden Gate lecken.
  • Unter diesen Umständen verschlechtert sich, je mehr die Zahl von Datenpegel in der Speicherzelle wird, umso mehr die Zuverlässigkeit für die Zahl der Wiederholungen der Schreib-Lösch-Folge. Demnach wird die Zahl für die zugelassenen Wiederholungen der Schreib-Lösch-Folge zu beispielsweise einer Wiederholungszahl von 500,000 reduziert. Im Ergebnis verschlechtert sich die Beständigkeit (die Lebensdauer) der Halbleiter-Einrichtung.
  • Eine übliche Speicherkarte (beispielsweise sei Bezug genommen auf Niijima; IBM J. RES. DEVELOP. Bd. 39, Nr. 5, September 1995) eine Struktur so, dass die Zahl der Wiederholungen der Schreib-Lösch-Folge für jeden Block aufgezeichnet ist, und ein Block, der mit einer Wiederholungszahl von 1,000,000 oder mehr Betriebsschritten einer Schreib-Lösch-Folge unterzogen wurde, wird nicht verwendet. Jedoch führt auch das vorangehende Verfahren zu einer Reduzierung der Zahl der Wiederholungen, für die die zu verwendende Speicherkarte zugelassen ist, im Vergleich mit dem 2-Pegel-Datenspeichermodus, wenn die Zahl der Datenpegel erhöht ist.
  • In WO95/22146, einem Familienmitglied von US-A-5,784,018, ist ein Halbleiterspeichersystem beschrieben, wie es in dem Oberbegriff von Anspruch 1 angezeigt ist.
  • Im Hinblick auf die vorangehenden Ausführungen besteht ein technisches Problem der vorliegenden Erfindung in der Schaffung eines Speichersystems mit einer Mehrpegel-Datenspeicherzelle und unter Aufweisung einer verbesserten Beständigkeit gegenüber Schreib-Lösch-Folge-Betriebsschritten.
  • Ein anderes technisches Problem der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines Speichersystems einschließlich einer Vielzahl neuer Systemelemente, die für das Speichersystem erforderlich sind, mit der Fähigkeit zum Erzielen des vorangehenden technischen Problems.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Speichersystem geschaffen, enthaltend einen Speicherabschnitt mit einer Speicherzelle, enthaltend eine Mehrpegel-Datenspeicherzelle mit der Betriebsfähigkeit bei unterschiedlichen Pegeln, dadurch gekennzeichnet, dass: die Speicherzelle als eine n-Pegel-Datenspeicherzelle betrieben wird, wobei n eine ganze Zahl gleich zu oder größer als 3 ist, und zwar solange, bis die Zahl der Wiederholungen für das Ausführen einer Schreib-Lösch-Folge eine vorgegebene Wiederholungszahl erreicht, und die Speicherzelle als eine m-Pegel-Datenspeicherzelle betrieben wird, mit m als einer ganzen Zahl kleiner als n, wenn die Zahl für das Ausführen der Wiederholungen der Schreib-Lösch-Folge die vorgegebene Wiederholungszahl überstiegen hat.
  • Die Speicherzelle kann als eine 2-Pegel-Datenspeicherzelle dann betrieben werden, wenn die Zahl der Wiederholungen für das Ausführen der Schreib-Lösch-Folge die vorgegebene Zahl der Wiederholungen überstiegen hat.
  • Die Speicherzelle kann als die n-Pegel-Datenablage-Speicherzelle solange betrieben werden, bis die Zahl der Wiederholungen für das Ausführen der Schreib-Lösch-Folge eine n-te Zahl der Wiederholungen enthaltend die vorgegebene Zahl von Wiederholungen erreicht, und die Speicherzelle wird als eine (n – 1)-Pegel-Datenablage-Speicherzelle nach der n-ten Zahl von Wiederholungen der Schreib-Lösch-Folge betrieben, bis die Zahl der Wiederholungen für das Ausführen der Schreib-Lösch-Folge eine (n – 1)-te Zahl von Wiederholungen erreicht, und die Speicherzelle kann als i-Pegel-Datenablage-Speicherzelle betrieben werden, mit i als einer ganzen Zahl gleich zu oder größer als 2, nach einer (i + 1)-ten Zahl von Wiederholungen der Schreib-Lösch-Folge, bis die Zahl der Wiederholungen für das Ausführen der Schreib-Lösch-Folge die i-te Zahl von Wiederholungen erreicht hat.
  • Eine Änderung von einem n-Pegel-Datenspeichermodus zu einem m-Pegel-Datenspeichermodus kann in einer Speicher-Chip-Einheit mit dem Speicherabschnitt ausgeführt werden, oder eine Änderung von einem n-Pegel-Datenspeichermodus zu einem (n – 1)-Pegel-Datenspeichermodus oder eine Änderung von einem (i + 1)-Pegel-Datenspeichermodus zu einem i-Pegel-Datenspeichermodus kann in einer Speicher-Chip-Einheit mit dem Speicherabschnitt ausgeführt werden.
  • Der Speicherabschnitt kann einen Speicherzellblock enthalten, enthaltend eine vorgegebene Zahl von Speicherzellen, und mit der Funktion als eine Einheit zum kollektiven Schreiben oder Löschen von Daten, und eine Änderung von einem n-Pegel-Datenspeichermodus zu einem m-Pegel-Datenspeichermodus kann in der Speicherzellen-Blockeinheit ausgeführt werden, oder der Speicherabschnitt kann eine Speicherzellenblock enthalten, enthaltend eine vorgegebene Zahl von Speicherzellen und mit der Funktion als Einheit zum kollektiven Schreiben oder Löschen von Daten, und eine Änderung von einem n-Pegel-Datenspeichermodus zu einem (n – 1)-Pegel-Datenspeichermodus oder eine Änderung von einem (i + 1)-Pegel-Datenspeichermodus zu einem i-Pegel-Datenspeichermodus kann in der Speicherzellen-Blockeinheit ausgeführt werden.
  • Daten können weder in die Speicherzelle geschrieben noch von der Speicherzelle gelöscht werden, nachdem die Zahl von Wiederholungen für das Ausführen der Schreib-Lösch-Folge eine begrenzte Zahl in einem m-Pegel-Datenspeichermodus erreicht, nachdem eine Änderung von einem n-Pegel-Datenspeichermodus zu dem m-Pegel-Datenspeichermodus ausgeführt wurde, oder Daten können weder in die Speicherzelle geschrieben noch von der Speicherzelle gelöscht werden, nachdem die Zahl von Wiederholungen für das Ausführen der Schreib-Lösch-Folge eine begrenzte Zahl in einem (n – 1)-Pegel-Datenspeichermodus erreicht, nachdem ein Ändern von einem n-Pegel-Datenspeichermodus zu dem (n – 1)-Pegel-Datenspeichermodus ausgeführt wurde, oder nachdem die Zahl von Wiederholungen für das Ausführen der Schreib-Lösch-Folge eine begrenzte Zahl in einem i-Pegel-Datenspeichermodus erreicht, nachdem ein Ändern von einem (i + 1)-Pegel-Datenspeichermodus zu dem i-Pegel-Datenspeichermodus ausgeführt wurde.
  • Die Speicherzelle kann nicht verwendet werden, nachdem die Zahl von Wiederholungen für das Ausführen der Schreib-Lösch-Folge eine begrenzte Zahl in einem m-Pegel-Datenspeichermodus erreicht, nachdem ein Ändern von einem n-Pegel-Datenspeichermodus zu dem m-Pegel-Datenspeichermodus ausgeführt wurde, oder die Speicherzelle kann nicht verwendet werden, nachdem die Zahl von Wiederholungen für das Ausführen der Schreib-Lösch-Folge eine begrenzte Zahl in einem (n – 1)-Pegel-Datenspeichermodus erreicht, nachdem ein Ändern von einem n-Pegel-Datenspeichermodus zu dem (n – 1)-Pegel-Datenspeichermodus ausgeführt wurde, oder nachdem die Zahl von Wiederholungen für das Ausführen der Schreib-Lösch-Folge eine begrenzte Zahl in einem i-Pegel-Datenspeichermodus erreicht, nachdem ein Ändern von einem (i + 1)-Pegel-Datenspeichermodus zu dem i-Pegel-Datenspeichermodus ausgeführt wurde.
  • Zyklen können wiederholt werden, von denen jeder einen Datenschreib- oder Löschbetrieb in oder von der Speicherzelle enthält, sowie einen Verifizier-Lesebetrieb zum Detektieren eines Zustands der Speicherzelle; die Zahl der wiederholten Zyklen des Datenschreib- oder Lesebetriebs und des Verifizier-Lesebetriebs können überwacht werden, und eine Änderung von einem n-Pegel-Datenspeichermodus zu einem m-Pegel-Datenspeichermodus kann ausgeführt werden, nachdem die Zahl der wiederholten Zyklen eine vorgegebene Zahl von Wiederholungen erreicht hat.
  • Alternativ können Zyklen wiederholt werden, von denen jeder einen Datenschreib- oder Löschbetrieb in oder aus der Speicherzelle enthält, sowie einen Verifizier-Lesebetrieb zum Detektieren eines Zustands der Speicherzelle; und die Zahl der wiederholten Zyklen des Datenschreib- oder Lesebetriebs und des Verifizier-Lesebetriebs kann überwacht werden; und eine Änderung von einem n-Pegel-Datenspeichermodus zu einem 2-Pegel-Datenspeichermodus kann ausgeführt werden, nachdem die Zahl der wiederholten Zyklen eine vorgegebene Zahl von Wiederholungen erreicht hat.
  • Alternativ können Zyklen wiederholt werden, von denen jeder einen Datenschreib- oder Löschbetrieb in oder aus der Speicherzelle enthält, sowie einen Verifizier-Lesebetrieb zum Detektieren eines Zustands der Speicherzelle; die Zahl der wiederholten Zyklen für den Datenschreib- oder Löschbetrieb und den Verifizier-Lesebetrieb kann überwacht werden; und eine Änderung von einem n-Pegel-Datenspeichermodus zu deinem (n – 1)-Pegel-Datenspeichermodus oder eine Änderung von einem (i + 1)-Pegel-Datenspeichermodus zu einem i-Pegel-Datenspeichermodus kann ausgeführt werden, nachdem die Zahl der wiederholten Zyklen eine vorgegebene Zahl von Wiederholungen erreicht hat.
  • Eine Datenschreibspannung in die Speicherzelle in einem Datenschreibmodus oder eine Löschspannung zu der Speicherzelle in einem Datenlöschmodus kann dann erhöht sein, wenn die Speicherzelle als eine m-Pegel-Datenspeicherzelle betrieben wird, nachdem die Zahl von Wiederholungen für das Ausführen der Schreib-Lösch-Folge die vorgegebene Zahl von Wiederholungen überstiegen hat, oder eine Datenschreibspannung zu der Speicherzelle in einem Datenschreibmodus oder eine Datenlöschspannung in einem Datenlöschmodus kann dann erhöht sein, wenn die Speicherzelle als eine (n – 1)-Pegel-Speicherzelle betrieben wird, nachdem die Zahl von Wiederholungen für das Ausführen der Schreib-Lösch-Folge die n-te Zahl von Wiederholungen der Schreib-Lösch-Folge überstiegen hat, oder wenn die Speicherzelle als eine i-Pegel-Datenspeicherzelle betrieben wird, nachdem die Zahl von Wiederholungen für das Ausführen der Schreib-Lösch-Folge die (i + 1)-te Zahl von Wiederholungen für die Schreib-Lösch-Folge überstiegen hat.
  • Eine Breite eines Datenschreibpuls zu der Speicherzelle in einem Datenschreibmodus oder eine Breite eines Datenlöschpuls zu der Speicherzelle in einem Datenlöschmodus kann dann erhöht sein, wenn die Speicherzelle als eine m-Pegel-Datenspeicherzelle betrieben wird, nachdem die Zahl von Wiederholungen für das Ausführen der Schreib-Lösch-Folge die vorgegebene Zahl von Wiederholungen für die Schreib-Lösch-Folge überstiegen hat, oder eine Breite eines Datenschreibpulses zu der Speicherzelle in einem Datenschreibmodus oder eine Breite eines Datenlöschpulses zu der Speicherzelle in einem Datenlöschmodus kann dann erhöht sein, wenn die Speicherzelle als eine (n – 1) Pegel- Datenspeicherzelle betrieben wird, nachdem die Zahl von Wiederholungen für das Ausführen der Schreib-Lösch-Folge die n-te Zahl von Wiederholungen der Schreib-Lösch-Folge überstiegen hat, oder wenn die Speicherzelle als eine i-Pegel-Datenspeicherzelle betrieben wird, nachdem die Zahl von Wiederholungen für das Ausführen der Schreib-Lösch-Folge die (i + 1)-te Zahl von Wiederholungen der Schreib-Lösch-Folge überstiegen hat.
  • Ein vollständigeres Verständnis dieser Erfindung ergibt sich anhand der folgenden detaillierten Beschreibung im Zusammenhang mit der beigefügten Zeichnung; es zeigen:
  • 1 eine Graphen zum Darstellen der Beziehung zwischen den Schwellwertspannungen für 4-Pegeldaten in einem Mehrfachpegel-Daten-NAND-Flash-Speicher gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 2A, 2B und 2C Graphen jeweils zum Darstellen der Beziehung zwischen den Schwellwertspannungen und 3-Pegeldaten in einem Mehrfachpegel-Daten-NAND-Flash-Speicher gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 3A und 3B Graphen jeweils zum Darstellen der Beziehung zwischen den Schwellwertspannungen und einem 2-Pegeldatum in einem Mehrfachpegel-Daten-NAND-Flash-Speicher gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 4 ein Blockschaltbild zum Darstellen eines Flash-Speichers gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 5 eine Struktur eines Chips des in 4 gezeigten Flash-Speichers;
  • 6 ein Blockschaltbild zum Darstellen eines Speichersystems gemäß einer Modifikation der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 7 ein Flussdiagramm für den Betrieb eines ersten Speichersystems gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 8 ein Flussdiagramm für den Betrieb eines zweiten Speichersystems gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 9 ein Flussdiagramm für den Betrieb eines dritten Speichersystems gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 10 ein Flussdiagramm für den Betrieb eines siebten Speichersystems gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 11 ein Flussdiagramm für den Betrieb eines achten Speichersystems gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 12 ein Flussdiagramm für den Betrieb eines neunten Speichersystems gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 13 ein Flussdiagramm für den Betrieb eines zehnten Speichersystems gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 14 ein Flussdiagramm für den Betrieb eines elften Speichersystems gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 15 ein Flussdiagramm für den Betrieb eines zwölften Speichersystems gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 16 ein Flussdiagramm für den Betrieb eines dreizehnten Speichersystems gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 17A ein Diagramm zum Darstellen eines Draufsichtmusters eines NAND-Trennabschnitts in dem Speicherzellenfeld;
  • 17B ein Schaltdiagramm des NAND-Trennabschnitts;
  • 18A einen Querschnitt, herangezogen entlang der in 17A gezeigten Linie XXXIX-XXXIX;
  • 18B eine Querschnittsansicht, herangezogen entlang der in 17A gezeigten Linie XXXIXB-XXXIXB;
  • 19 ein Schaltbild zum Darstellen eines Speicherzellenfelds mit NAND-Zellen, angeordnet in einer Matrixkonfiguration; und
  • 20 einen Graphen zum Darstellen der Beziehung zwischen Schwellwertspannungen und 4-Pegeldaten in der Speicherzelle.
  • Nun werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung so beschrieben, dass ein Mehrfachpegel-Daten-NAND-Flash-Speicher als ein Beispiel herangezogen wird.
  • Die 1, 2A2C und 3A3B zeigen Graphen zum Darstellen der Beziehung zwischen Schwellwertspannungen und Mehrpegeldaten in jedem Speichermodus des Mehrfachpegel-Daten-NAND-Flash-Speichers gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Die 1 zeigt ein Beispiel der Beziehung zwischen Schwellwertspannungen und 4-Pegeldaten. Die 2A bis 2C zeigen drei Beispiele der Beziehung zwischen den Schwellwertspannungen und der 3-Pegeldaten in dem 3-Pegel-Betriebsmodus. Die 3A und 3B zeigen zwei Beispiele der Beziehung zwischen den Schwellwertspannungen und 2-Pegeldaten in einem 2-Pegel-Betriebsmodus.
  • Unter Bezug auf die 1, 2A bis 2C, 3A und 3B, ist der Zustand "0" ein Löschzustand, und "1", "2", und "3" sind Schreibzustände. Der Betrieb (Schreiben, Lesen und Löschen) in dem Chip des Mehrfachpegel-Daten-NAND-Flash-Speichers wird so ausgeführt wie offenbart in der japanischen Patent-Offenlegung Nr. 7-93979, der japanischen Patent-Offenlegung Nr. 7-161852, der japanischen Patentanmeldung Nr. 7-295137, der japanischen Patentanmeldung Nr. 8-61443 und der japanischen Patentanmeldung Nr. 8-61445.
  • In dem EEPROM verringert sich die Zahl der Wiederholungen für das Ausführen der Schreib-Lösch-Folge mit der Zunahme der Zahl der Datenpegel. Beispielsweise ist eine 4-Pegel-Datenspeicherzelle mit dem 4-Pegel-Datenspeicherzustand, wie in 1 gezeigt, auf 500,000 Wiederholungen der Schreib-Lösch-Folge begrenzt, und eine 3-Pegel-Datenspeicherzelle mit dem 3-Pegel-Datenspeicherzustand, wie in 2A bis 2C gezeigt, ist auf 800,000 Wiederholungen der Schreib-Lösch-Folge begrenzt, und eine 2-Pegel-Datenspeicherzelle mit dem 2-Pegel-Datenspeicherzustand, wie in den 3A und 3B gezeigt, ist auf 1,000,000 Wiederholungen der Schreib-Lösch-Folge begrenzt.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Speicherzelle als eine 4-Pegel-Datenspeicherzelle mit einem Speicherzustand verwendet, wie er in 1 gezeigt ist. Nach 500,000 Wiederholungen für das Ausführen der Schreib-Lösch-Folge wird die Speicherzelle als eine 3-Pegel-Datenspeicherzelle verwendet, wie in 2A bis 2C gezeigt. Nach dem Ausführen von 800,000 Wiederholungen der Schreib-Lösch-Folge wird die Speicherzelle als eine 2-Pegel-Datenspeicherzelle verwendet, wie in den 3A und 3B gezeigt.
  • Zum Vereinfachen des Betriebsverfahrens der Halbleitereinrichtung kann die Struktur so ausgebildet sein, dass die Speicherzelle als die 4-Pegel-Speicherzelle solange verwendet wird, bis 500,000 Wiederholungen der Schreib-Lösch-Folge ausgeführt sind, und sie wird als die 2-Pegel-Datenspeicherzelle nach dem Ausführen von 500,000 Wiederholungen der Schreib-Lösch-Folge verwendet, ohne dass sie als die 3-Pegel-Datenspeicherzelle verwendet wird.
  • Übersteigt die Zahl der Wiederholungen für das Ausführen der Schreib-Lösch-Folge für die 4-Pegel-Datenspeicherzelle, die begrenzte Zahl von Wiederholungen, so wird die Speicherzelle sequentiell verwendet als die 3-Pegel-Datenspeicherzelle und die 2-Pegel-Datenspeicherzelle oder als die 2-Pegel-Datenspeicherzelle. Demnach lässt sich die Zahl der zugelassenen Wiederholungen der Schreib-Lösch-Folge für den Flash-Speicher erhöhen. Demnach hat der Mehrfachpegel-Daten-NAND-Flash-Speicher gemäß der vorliegenden Erfindung die Fähigkeit zum Verbessern der Beständigkeit gegenüber einer Schreib-Lösch-Folge, im Vergleich zu dem üblichen Mehrfachpegel-Daten-NAND-Flash-Speicher.
  • Die vorliegende Erfindung verbessert die Beständigkeit eines einzelnen Flash-Speichers, d. h. die Beständigkeit eines Halbleiter-Chips und diejenige einer Speichereinrichtung, die den Flash-Speicher enthält, bei einer Vielzahl von Speichereinrichtungen (beispielsweise einer Speicherkarte).
  • Die Frage, ob die Speicherzelle als die 4-Pegel-Datenspeicherzelle oder eine 3-Pegel-Datenspeicherzelle oder eine 2-Pegel-Datenspeicherzelle betrieben wird, lässt sich durch Eingabe eines Befehls zu dem Flash-Speicher von der Außenseite des Chips steuern. D. h., der Flash-Speicher ist versehen mit den folgenden Betriebsmodi bestehend aus einem Schreibbetriebsmodus, oder einem Schreibverfahren (/einem Lesebetriebsmodus oder einem Betriebsverfahren) für 4-Pegeldaten, einem Schreibbetriebsmodus, oder einem Betriebsverfahren (/Lesebetriebsmodus oder eine Betriebsverfahren) für 3-Pegeldaten und einem Schreibbetriebsmodus, oder einem Betriebsverfahren (/Lesebetriebsmodus oder Betriebsverfahren) für 2-Pegeldaten.
  • Irgendeiner der Betriebsmodi (oder der Betriebsverfahren) kann durch Eingabe eines Befehls ausgewählt werden.
  • Die Frage, ob die Speicherzelle als die 4-Pegel-Datenspeicherzelle oder die 3-Pegel-Datenspeicherzelle oder die 2-Pegel-Datenspeicherzelle betrieben wird, lässt sich in Übereinstimmung mit Schreibdaten steuern, die von einem Controller zum Steuern des Flash-Speichers zugeführt werden. D. h., es kann eine Struktur eingesetzt werden, bei der der interne Betrieb des Flash-Speichers nicht geändert ist, jedoch die Speicherzelle sequentiell betrieben wird als die 4-Pegel-Datenspeicherzelle, die 3-Pegel-Datenspeicherzelle und die 4-Pegel-Datenspeicherzelle oder als die 2-Pegel-Datenspeicherzelle, nachdem sie als die 4-Pegel-Speicherzelle betrieben wurde, in Übereinstimmung mit den Inhalten der von der Außenseite zugeführten Schreibdaten. Wird die Speicherzelle als die 4-Pegel-Datenspeicherzelle betrieben, so werden 4-Pegeldaten "0", "1", "2", und "3" zugeführt. Wird die Speicherzelle als die 3-Pegel-Datenspeicherzelle betrieben, so werden 3-Pegeldaten "0", "1" und "2" zugeführt. Wird die Speicherzelle als 2-Pegel-Datenspeicherzelle betrieben, so werden 2-Pegeldaten "0", "1" zugeführt. Wie oben beschrieben, kann der Wert der Eingangsdaten in Übereinstimmung mit dem Betriebsmodus der Speicherzelle gesteuert werden.
  • Übersteigt die Zahl der Wiederholungen der Schreib-Lösch-Folge für die 2-Pegel-Datenspeicherzelle die begrenzte Zahl von Wiederholungen, so kann die Anwendung der Speicherzelle gesperrt sein.
  • Übersteigt die Zahl von Wiederholungen für die Schreib-Lösch-Folge für die 2-Pegel-Datenspeicherzelle die begrenzte Zahl von Wiederholungen, so kann das Schreiben von Daten in die Speicherzelle oder das Löschen von Daten aus der Speicherzelle gesperrt sein. Da in einem solchen Fall eine Schreib-Lösch-Folge für Daten zu der Speicherzelle gesperrt ist, kann die Speicherzelle als ein ROM verwendet werden. Wird die Speicherzelle als ein ROM verwendet, so bestimmt insbesondere der Umfang der Verschlechterung des Tunneloxidfilms die Zeitperiode, in der sich Daten speichern lassen. Selbst wenn die Zahl von Wiederholungen der Schreib-Lösch-Folge die begrenzte Zahl der Wiederholungen erreicht, hat die Speicherzelle allgemein eine Zuverlässigkeit, um als der ROM zu dienen. Der Grund hierfür besteht darin, dass die begrenzte Zahl von Wiederholungen der Schreib-Lösch-Folge so festgelegt ist, dass ein gewisser Randabstand zu dem Moment besteht, zu dem der Tunneloxidfilm nicht mehr länger verwendet werden kann.
  • Es wird nun ein Speichersystem gemäß einer zweiten Ausführungsform beschrieben.
  • Die 4 zeigt ein Blockschaltbild zum Darstellen eins Flash-Speichers gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Wie in 4 gezeigt, steuert ein Controller 10k (mit k als ganzer Zahl) Chips 101-1 bis 101-k eines Mehrfachpegel-Daten-NAND-Flash-Speichers.
  • Die 5 zeigt ein Blockschaltbild zum Darstellen eines Chips, beispielsweise des Chips 101-1, des in 4 gezeigten Mehrfachpegel-Daten-NAND-Flash-Speichers. Jeder in 4 gezeigte Chip enthält eine Vielzahl von Speicherzellen, von denen jede eine Schwellwertspannungsverteilung entsprechend dem Mehrfachpegel-Datenspeicherpegel hat, wie diejenigen gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Schwellwertspannungsverteilung ist ähnlich zu der in den 1, 2A bis 2C, 3A und 3B gezeigten, so dass "0" der Löschzustand ist, und "1", "2" und "3" sind Schreibzustände, wie in den 1, 2A bis 2C, 3A und 3B gezeigt.
  • Der Betrieb (Schreiben, Lesen und Löschen) in dem Chip des Mehrfachpegel-Daten-NAND-Flash-Speichers wird ausgeführt wie offenbart in der japanischen Patent-Offenlegung Nr. 7-93979, der japanischen Patent-Offenlegung Nr. 7-161852, der japanischen Patentanmeldung Nr. 7-295137, der japanischen Patentanmeldung Nr. 8-61443 und der japanischen Patentanmeldung Nr. 8-61445.
  • Eine Seite, die eine Einheit ist, gemäß der Daten gleichzeitig geschrieben werden, besteht aus 528-Byte-Stücken der Speicherzellen. Von 528-Byte-Stücken der Speicherzellen bilden 512-Byte-Stücke einer Speicherzelle ein Datengebiet, während die verbleibenden 16-Byte-Stücke einer Speicherzelle eine Adressumsetztabelle speichern, zum Aufzeigen der Zuordnung zwischen den logischen Adressen und den physikalischen Adressen, sowie von Fehlerkorrekturcodes (Fehlerkorrekturcode: ECC).
  • Unter Bezug auf die 5 besteht ein Chip aus 512 Blöcken, von dem Block 0 bis zu dem Block 511. Ein Block, als eine Einheit, für die Daten gleichzeitig gelöscht werden, besteht aus 16 Seiten, ausgehend von der Seite 0 zu der Seite 15. Beispielsweise wird der vorangehende Endblock Block 0 als Systemgebiet verwendet. D. h., der Block 0 ist erforderlich, um die Zahl der Wiederholungen für die Schreib-Lösch-Folge in jedem Block zu speichern, sowie die Information über einen gebrochenen Block, oder eine Blockfolgenummer S. Die Blockfolgenummer S und dergleichen sind offenbart in Niijima; IBM J. RES. DEVELOP. Bd. 39, Nr. 5, September 1995. In diesem Fall erfolgt immer dann, wenn ein Schreiben oder Löschen wiederholt wird, ein Überschreiben der Zahl der Schreib-Lösch-Folge in dem voraneilenden Endblock, der die Zahl der Schreib-Lösch-Folge speichert. Da die Schreib-Lösch-Folge, wie oben beschrieben, oft in dem Systemblock ausgeführt wird, ist die Lebensdauer der Speicherzelle in dem Systemgebiet manchmal im Vergleich zu der Lebensdauer der Speicherzelle in dem anderen Datengebiet verkürzt.
  • Die 6 zeigt ein Blockschaltbild zum Darstellen der Modifikation des Speichersystems gemäß der zweiten Ausführungsform.
  • Ist die Lebensdauer des Systemgebiets kürzer als diejenige der Speicherzellen in den anderen Gebieten, so kann ein DRAM 102 zum Speichern des Systemgebiets vorgesehen sein, beispielsweise ein Gebiet zum Aufzeichnen der Zahl der Schreib-Lösch-Folge, wie in 6 gezeigt. Wird die Energieversorgung angeschaltet (d. h., bei Betrieb), werden Daten im Systemgebiet des Flash-Speichers in dem DRAM gelesen und gespeichert. Hiernach wird die Schreib-Lösch-Folge in dem Systemgebiet im Hinblick auf eine Datenschreib-, eine Datenlösch- oder eine Datenschreiblöschfolge ausgeführt. Zu dieser Zeit unterliegt das in dem DRAM gespeicherte Systemgebiet der Schreib-Lösch-Folge. In Übereinstimmung mit Daten in dem Systemgebiet in dem DRAM unterliegen Daten in dem Systemgebiet in dem Flash-Speicher der Datenschreib-Löschfolge dann, wenn die Energiequelle bzw. Versorgung ausgeschaltet ist oder nach jeder vorgegebenen Zeitperiode.
  • Wie oben beschrieben, wird die Schreib-Lösch-Folge des Systemgebiets während dem Betrieb ausgeführt, wie beispielsweise demjenigen, bei dem Daten in dem DRAM der Datenschreib-Lösch-Folge unterliegen. Demnach lässt sich eine häufige Schreib-Lösch-Folge des Systemgebiets in dem Flash-Speicher vermeiden.
  • Eine Adressumsetztabelle muss dann überschrieben werden, wenn Daten geschrieben, gelöscht oder überschrieben werden, und die Inhalte der Adressumsetztabelle können in dem DRAM gespeichert sein, und ebenso kann die Schreib-Lösch-Folge in dem DRAM ausgeführt werden.
  • Für diese Ausführungsform wird ein 4-Pegel-Daten-Flash-Speicher als ein Beispiel beschrieben. Beispielsweise kann eine 4-Pegel-Datenspeicherzelle, die so strukturiert ist, wie in 1 gezeigt, mit einer Wiederholungszahl von 500,000 beschrieben werden, während eine 2-Pegel-Datenspeicherzelle, die so strukturiert ist, wie in 3A und 3B gezeigt, mit einer Wiederholungszahl von 1,000,000 geschrieben werden kann.
  • Gemäß dieser Ausführungsform wird die Speicherzelle in einem 4-Pegeldatenmodus verwendet, um als 4-Pegel-Datenspeicherzelle zu dienen, wie in 1 gezeigt, bis die Schreib-Lösch-Folge 500,000 mal ausgeführt ist. Die Zahl der Wiederholungen für die Schreib-Lösch-Folge für jeden Block wird in einem Gebiet zum Speichern der Zahl der Schreib-Lösch-Folge in dem Systemgebiet des Flash-Speichers dann gespeichert, wenn die Energieversorgung ausgeschaltet ist. Ist die Energieversorgung angeschaltet, d. h. in Betrieb, wird sie in dem Gebiet zum Aufzeichnen der Zahl der Schreib-Lösch-Folge in dem DRAM gespeichert.
  • Nachdem die Schreib-Lösch-Folge mit einer Wiederholung von 500,000 ausgeführt ist, wird die Speicherzelle in dem 2-Pegeldatenmodus verwendet, um als 2-Pegel-Datenspeicherzelle zu dienen. Eine Änderung zwischen dem 4-Pegelmodus kann für die Seiteneinheit oder eine Blockeinheit ausgeführt werden, oder in einer Einheit mehrerer Blöcke oder einer Chip-Einheit. Eine Pegelhaltevorrichtung zum Speichern von Information dahingehend, ob jede Seite, jeder Block oder jeder Chip in dem 2-Pegeldatenmodus oder dem 4-Pegeldatenmodus vorliegt, speichert Information über den Betriebsmodus in dem Systemgebiet des Flash-Speichers, wenn die Energieversorgung ausgeschaltet ist. Ist die Energieversorgung angeschaltet (d. h., bei dem Betrieb), wird die Information in dem DRAM gespeichert. Wird elektrische Energie zugeführt, so wird die Pegelhaltevorrichtung gelesen, um den Pegel zu bestimmen, bei dem die Speicherzelle betrieben wird.
  • Wie oben beschrieben, wird die Speicherzelle als die 2-Pegel-Datenspeicherzelle dann verwendet, wenn die Zahl von Wiederholungen für das Ausführen der Schreib-Lösch-Folge die begrenzte Zahl der Wiederholungen für die 4-Pegel-Datenspeicherzelle übersteigt. Demnach lässt sich die zulässige Zahl von Wiederholungen für die Schreib-Lösch-Folge für den Flash-Speicher erhöhen.
  • Die Frage, ob die Speicherzelle als 4-Pegel-Datenspeicherzelle oder als 2-Pegel-Datenspeicherzelle betrieben wird, kann durch Eingabe eines Befehls an den Flash-Speicher von dem Controller 100 gesteuert werden. D. h., der Flash-Speicher ist versehen mit den folgenden Betriebsmodi, bestehend aus Schreib-Betriebsmodus, oder einem Betriebsverfahren (/Lesebetriebsmodus oder einem Betriebsverfahren) für 4-Pegeldaten und einem Schreibbetriebsmodus oder einem Betriebsverfahren (/Lesebetriebsmodus oder einem Betriebsverfahren) für 2-Pegeldaten. Jeder vorgesehene Betriebsmodus (oder jedes vorgesehen Betriebsverfahren) kann durch Eingabe eines Befehls ausgewählt werden.
  • Die Frage, ob sie Speicherzelle als die 4-Pegel-Datenspeicherzelle oder die 2-Pegel-Datenspeicherzelle betrieben wird, kann in Übereinstimmung mit Schreibdaten gespeichert werden, die von einem Controller 100 zum Steuern des Flash-Speichers zugeführt werden. D. h., es kann eine Struktur eingesetzt werden, bei der der interne Betrieb des Flash-Speichers nicht geändert ist, jedoch die Speicherzelle sequentiell betrieben wird als die 4-Pegel-Datenspeicherzelle oder die 2-Pegel-Datenspeicherzelle, in Übereinstimmung mit den Inhalten der von der Außenseite zugeführten Schreibdaten. Wird die Speicherzelle als die 4-Pegel-Datenspeicherzelle betrieben, so werden 4-Pegeldaten "0", "1", "2" und "3" zugeführt. Wird die Speicherzelle als 2-Pegel-Datenspeicherzelle betrieben, so werden 2-Pegeldaten "0", und "1" zugeführt.
  • Die Zahl der Speicherzellen in dem Datengebiet einer Seite kann unterschiedlich zwischen den 4-Pegelmodus und dem 2-Pegelmodus ausgebildet sein. In jedem Fall des 4-Pegelmodus oder des 2-Pegelmodus können beispielsweise 512-Byte-Stücke der Speicherzellen der 528-Byte-Stücke der Speicherzellen das Datengebiet bilden, und 15-Byte-Speicherzellen, die die verbleibenden Speicherzellen sind, können die Adressumsetztabelle zum Aufzeigen der Zuordnung zwischen der Logikadresse und der physikalischen Adresse und des Fehlerkorrekturcodes (ECC) speichern. Als Alternative hierzu können die Gebiete für die Adressumsetztabelle und das ECC-Gebiet für jeden von dem 4-Pegelmodus und dem 2-Pegelmodus optimiert sein. Es kann eine Struktur eingesetzt werden, bei der der 4-Pegelmodus so ausgebildet ist, dass Gebiete für die Adressumsetztabelle und den ECC 16-Byte-Stücke der Speicherzellen verwenden, und bei der der 2-Pegeldatenmodus 24-Byte-Stücke der Speicherzellen oder 8-Byte-Stücke der Speicherzellen verwendet. In jedem Fall können Gebiete mit Ausnahme der Adressumsetztabelle und dem ECC als das Datengebiet verwendet werden.
  • Da Daten in dem Gebiet zum Aufzeichnen der Zahl der Schreib-Lösch-Folge immer dann aktualisiert werden, wenn die Schreib-Lösch-Folge in jedem Block ausgeführt wird, ermöglicht ein Überwachen des Gebiets zum Speichern der Zahl der Wiederholungen der Schreib-Lösch-Folge ein Bestimmen des Pegels, mit dem die Speicherzelle betrieben wird. D. h., das Gebiet zum Aufzeichnen der Zahl von Wiederholungen der ausgeführten Schreib-Lösch-Folge in dem DRAM wird vor dem Ausführen der Schreib-Lösch-Folge gelesen. Beträgt die Zahl der Wiederholungen der Schreib-Lösch-Folge in dem Block, in den Daten geschrieben werden, 500,000 oder weniger, so wird das Schreiben ausgeführt, indem der Block als 4-Pegel-Datenspeicherzelle ausgebildet ist. Ist die Zahl der Schreib-Lösch-Folge größer als eine Wiederholungszahl von 500,000, so werden die Inhalte der Pegelhaltevorrichtung in dem DRAM von der 4-Pegel-Datenspeicherzelle zu der 2-Pegel-Datenspeicherzelle geändert, und Daten werden in den Block als 2-Pegel-Datenspeicherzelle geschrieben. Übersteigt die Zahl der Wiederholungen der Schreib-Lösch-Folge 1,000,000 Wiederholungen, so kann die Anwendung des Blocks gesperrt sein, oder das Schreiben und Löschen von Daten im Hinblick auf den Block kann gesperrt sein.
  • Die zweite Ausführungsform hat die Struktur derart, dass die Zahl von Wiederholungen der Schreib-Lösch-Folge für jeden Block aufgezeichnet ist, und der Pegel, bei dem jeder Block betrieben wird, wird bestimmt. Die Einheit, für die der Pegel bestimmt wird, ist nicht auf den Block beschränkt. Beispielsweise kann ein Gebiet zum Aufzeichnen der Zahl der Wiederholungen der Schreib-Lösch-Folge für die Vielzahl der Blöcke vorgesehen sein, und der Pegel, mit dem eine Einheit mehrerer Blöcke betrieben wird, kann bestimmt werden. Als Alternative hierzu kann ein Gebiet zum Aufzeichnen der Zahl der Wiederholungen der Schreib-Lösch-Folge für jeden Chip des Flash-Speichers vorgesehen sein, und der Pegel, bei dem eine Einheit des Chips betrieben wird, kann bestimmt werden. Es kann eine andere Struktur eingesetzt werden, bei der die Zahl der Wiederholungen der Schreib-Lösch-Folge für jedes Seiteneinheit überwacht werden kann, und der Pegel, bei dem jede Seiteneinheit betrieben wird, kann bestimmt werden.
  • Obgleich die zweite Ausführungsform die Struktur so hat, dass die Zahl der Wiederholungen der Schreib-Lösch-Folge überwacht wird, und trotz der Tatsache, dass der Pegel, bei dem die Speicherzelle betrieben wird, bestimmt wird, kann als Alternative hierzu beispielsweise die Zeit ab dem Versand überwacht werden, um den Pegel zu bestimmen, bei dem die Speicherzelle betrieben wird.
  • Ein Speichersystem gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezug auf die 7 bis 16 beschrieben.
  • Eine Vielzahl von Speichersystemen gemäß der vorliegenden Erfindung werden nun als Speichersystemen gemäß der dritten Ausführungsform beschrieben.
  • Die 7 zeigt ein Flussdiagramm zum Darstellen des Betriebs eines ersten Speichersystems gemäß der dritten Ausführungsform.
  • Das erste Speichersystem enthält eine Speicherzelle zum Speichern von n-Pegeldaten (n als ganze Zahl gleich zu oder größer als 3, und sie beträgt beispielsweise 3 oder 4 oder 8 oder 16). Das erste Speichersystem ist so strukturiert, dass die Speicherzelle als ein n-Pegel-Datenspeicher solange betrieben wird, bis die Zahl der Wiederholungen der Schreib-Lösch-Folge nicht mehr ist als eine vorgegebene Zahl der Wiederholungen der Schreib-Lösch-Folge (beispielsweise 500,000 Wiederholungen) wie in 7 gezeigt. Ist die Zahl der Wiederholungen der Schreib-Lösch-Folge größer als 500,000, so wird die Speicherzelle als m-Speicherzelle betrieben (m als ganze Zahl kleiner als n).
  • Wie bei der zweiten Ausführungsform beschrieben, kann die Zahl der Wiederholungen der Schreib-Lösch-Folge in dem Gebiet zum Speichern der Zahl von Wiederholungen der Schreib-Lösch-Folge für jeden Block oder jeden Chip aufgezeichnet werden, und das Gebiet zum Speichern der Zahl der Wiederholungen der Schreib-Lösch-Folge wird überwacht, um den Pegel zu bestimmen, bei dem die Speicherzelle betrieben wird.
  • Die 8 zeigt ein Flussdiagramm zum Darstellen des Betriebs für ein zweites Speichersystem gemäß der dritten Ausführungsform.
  • Das zweite Speichersystem enthält eine Speicherzelle zum Speichern von n-Pegeldaten (n als ganzer Zahl gleich zu oder größer als 3, und sie beträgt beispielsweise 3 oder 4 oder 8 oder 16). Das zweite Speichersystem ist so strukturiert, dass die Speicherzelle als ein n-Pegel-Datenspeicher solange betrieben wird, bis die Zahl der Wiederholungen der Schreib-Lösch-Folge nicht mehr ist als eine vorgegebene Zahl von Wiederholungen der Schreib-Lösch-Folge, wie in 8 gezeigt. Ist die Zahl von Wiederholungen der Schreib-Lösch-Folge größer als die vorgegebene Zahl der Wiederholungen der Schreib-Lösch-Folge, so wird die Speicherzelle als eine 2-Pegel-Datenspeicherzelle betrieben.
  • Die 9 zeigt ein Flussdiagramm zum Darstellen des Betriebs eines vierten Speichersystems gemäß der dritten Ausführungsform.
  • Das dritte Speichersystem enthält eine Speicherzelle zum Speichern von n-Pegeldaten (mit n als ganzer Zahl gleich zu oder größer als 3, und sie beträgt beispielsweise 3 oder 4 oder 8 oder 16). Wie in 9 gezeigt, ist das dritte Speichersystem so strukturiert, dass die Speicherzelle als ein n-Pegel-Datenspeicher solange betrieben wird, bis die Zahl von Wiederholungen der ausgeführten Schreib-Lösch-Folge eine n-te Zahl von Wiederholungen der Schreib-Lösch-Folge erreicht. Nach dem Ausführen der n-ten Zahl von Wiederholungen der Schreib-Lösch-Folge, bis die Zahl der Wiederholungen der ausgeführten Schreib-Lösch-Folge eine (n – 1)-te Zahl von Wiederholungen der Schreib-Lösch-Folge erreicht, wird die Speicherzelle als eine (n – 1)-Pegel-Datenspeicherzelle betrieben. Nach dem Ausführen einer (i + 1)-ten Zahl von Wiederholungen der Schreib-Lösch-Folge (i ist eine ganze Zahl größer als 2), solange, bis die Zahl von ausgeführten Wiederholungen der Schreib-Lösch-Folge eine i-te Zahl von Wiederholungen der Schreib-Lösch-Folge erreicht, wird die Speicherzelle als eine i-Pegel-Datenspeicherzelle betrieben.
  • Es ist zu erwähnen, dass die vorgegebene Zahl von Wiederholungen der Schreib-Lösch-Folge, die jeweils für die n-Pegel-Datenspeicherzelle, die (n – 1) Pegel-Datenspeicherzelle und die i-Pegel-Datenspeicherzelle festgelegt sind, definiert sind als n-te Zahl von Wiederholungen der Schreib-Lösch-Folge, als (n – 1)-te Zahl von Wiederholungen der Schreib-Lösch-Folge und als i-te Zahl von Wiederholungen der Schreib-Lösch-Folge, und sie werden hier ähnlich nachfolgend angewandt.
  • Ein viertes Speichersystem ist eine Halbleitereinrichtung mit einer Speicherzelle zum Speichern von n-Pegeldaten (n als ganzer Zahl gleich zu oder größer als 3, und sie beträgt beispielsweise 3 oder 4 oder 8 oder 16). Das vierte Speichersystem enthält eine Pegelhaltevorrichtung zum Speichern des Pegels, der durch die Speicherzelle gespeicherten Daten.
  • Die Pegelhaltevorrichtung muss so strukturiert sein, dass die Inhalte des Speichers beispielsweise in dem ersten Block des Flash-Speicherchips gespeichert sind, beispielsweise als Block 0, gezeigt in 5.
  • Als Alternative hierzu kann eine Struktur angewandt werden, bei der die Pegelhaltevorrichtung dann gelesen wird, wenn elektrische Energie zugeführt wird, und die gespeicherten Inhalte werden in dem in 6 gezeigten DRAM 102 gespeichert. Wird das Gebiet zum Speichern der Zahl von Wiederholungen der Schreib-Lösch-Folge gelesen, und erfolgte eine Bestimmung dahingehend, dass die Zahl von Wiederholungen der Schreib-Lösch-Folge eine Wiederholung von 500,000 erreicht hat, so werden die Inhalte der Pegelhaltevorrichtung so geändert, dass bewirkt wird, dass die Speicherzelle als eine 2-Pegel-Speicherzelle arbeitet. Dann wird die Pegelhaltevorrichtung gelesen, um zu bewirken, dass die Speicherzelle als die 2-Pegel-Datenspeicherzelle arbeitet, und das Schreiben wird ausgeführt. D. h., diese Ausführungsform hat eine Struktur dahingehend, dass die Pegelhaltevorrichtung beispielsweise dann gelesen wird, wenn elektrische Energie so zugeführt wird, dass der Pegel, bei dem die Speicherzelle betrieben wird, bestimmt wird.
  • Ein fünftes Speichersystem ist eine Halbleiterschalteinrichtung mit einer Speicherzelle zum Speichern von n-Pegeldaten (n als ganzer Zahl gleich zu oder größer als 3, und sie beträgt beispielsweise 3 oder 4 oder 8 oder 16). Eine vorgegebene Zahl von Speicherzellen bilden einen Speicherzellenblock so, dass das Schreiben und Löschen in Einheiten der Speicherzellenblöcke ausgeführt wird. Bei dem fünften Speichersystem werden Speicherzellen in dem Speicherzellenblock als n-Pegel-Speicherzellen solange betrieben, bis die Zahl der Wiederholungen der Schreib-Lösch-Folge eine vorgegebene Zahl von Wiederholungen erreicht. Übersteigt die Zahl der Wiederholungen für das Ausführen der Schreib-Lösch-Folge die vorgegebene Zahl an Wiederholungen, so werden sämtliche der Speicherzellen in dem Speicherzellenblock als m-Pegel-Speicherzellen betrieben (m als ganzer Zahl kleiner als n).
  • Das fünfte Speichersystem hat ein Gebiet zum Speichern der Zahl der Wiederholungen der Schreib-Lösch-Folge in dem Speicherzellenblock, bereitgestellt für jeden Speicherzellenblock. Der Pegel, bei dem der Speicherzellenblock betrieben wird, kann in Übereinstimmung mit der Zahl der Wiederholungen der Schreib-Lösch-Folge bestimmt werden, die in dem Gebiet zum Speichern der Zahl der Wiederholungen der Schreib-Lösch-Folge gespeichert ist.
  • Der Speicherzellenblock ist nicht auf einen sogenannten "Block" begrenzt, der als eine Vielzahl von Seiten festgelegt ist, zwischeneingefügt zwischen einem drain-seitigen Auswahlgate und einem source-seitigen Auswahlgate. Der Speicherzellenblock ist eine Speicherzellengruppe, bei der gleichzeitig eine Schreib-Lösch-Folge oder ein Löschen für Daten ausgeführt wird. Da der NAND-EEPROM allgemein so strukturiert ist, dass das Schreiben ein Seiteneinheiten und das Löschen in Blockeinheiten ausgeführt wird, entsprechen Seiten und Blöcke den Speicherzellenblöcken.
  • Ein sechstes Speichersystem einer Halbleiterspeichereinrichtung enthält eine Speicherzelle zum Speichern von n-Pegeldaten (mit n als ganzer Zahl gleich zu oder größer als 3, und sie ist beispielsweise 3 oder 4 oder 8 oder 16). Die Speicherzellen in dem sechsten System werden als n-Pegelzellen solange betrieben, bis die Zahl der Wiederholungen für das Ausführen der Schreib-Lösch-Folge eine vorgegebene Wiederholungszahl der Schreib-Lösch-Folge übersteigt. Übersteigt die Zahl der Wiederholungen der ausgeführten Schreib-Lösch-Folge die vorgegebene Zahl von Wiederholungen, so werden alle Speicherzellen in dem Chip einschließlich der Speicherzelle als m-Pegel-Speicherzellen (mit m als ganzer Zahl kleiner als n) betrieben.
  • Das sechste Speichersystem hat ein Gebiet auf dem Chip zum Speichern der Zahl der Wiederholungen der ausgeführten Schreib-Lösch-Folge. Das Gebiet zum Speichern der Zahl von Wiederholungen für die ausgeführte Schreib-Lösch-Folge ist für jeden Chip vorgesehen. Der Pegel, bei dem der Chip betrieben wird, kann in Übereinstimmung mit der Zahl der Wiederholungen der ausgeführten Schreib-Lösch-Folge bestimmt werden, gespeichert in dem Gebiet zum Speichern der Zahl der Wiederholungen der ausgeführten Schreib-Lösch-Folge.
  • Die 10 zeigt ein Flussdiagramm zum Darstellen des Betriebs eines siebten Speichersystems gemäß der dritten Ausführungsform.
  • Das siebte Speichersystem enthält eine Speicherzelle zum Speichern von n-Pegeldaten (mit n als ganzer Zahl nicht kleiner als 3, beispielsweise 3 oder 4 oder 8 oder 16), wie in 10 gezeigt. Das siebte Speichersystem ist so ausgebildet, dass die Speicherzellen als n-Pegel-Speicherzellen solange betrieben werden, bis die Zahl der Wiederholungen für das Ausführen der Schreib-Lösch-Folge zu der Speicherzelle eine n-te Zahl von Wiederholungen erreicht. Nach dem Ausführen der n-ten Zahl von Wiederholungen einer Schreib-Lösch-Folge, solange, bis die Zahl der Wiederholungen zum Ausführen der Schreib-Lösch-Folge eine m-te Zahl von Wiederholungen einer Schreib-Lösch-Folge erreicht, werden die Speicherzellen als m-Pegel-Speicherzellen (mit m als ganzer Zahl kleiner als n) betrieben. Übersteigt die Zahl der Wiederholungen der ausgeführten Schreib-Lösch-Folge die m-te Zahl von Wiederholungen einer Schreib-Lösch-Folge, so werden die Speicherzellen nicht verwendet.
  • Die 11 zeigt ein Flussdiagramm für den Betrieb eines achten Speichersystems gemäß der dritten Ausführungsform.
  • Das achte Speichersystem enthält eine Speicherzelle zum Speichern von n-Pegeldaten (n als einer ganzen Zahl gleich zu oder kleiner als 3, und sie ist beispielsweise 3 oder 4 oder 8 oder 16). Das achte Speichersystem ist so strukturiert, dass die Speicherzellen als n-Pegel-Speicherzellen solange betrieben werden, bis die Zahl der ausgeführten Schreib-Lösch-Folge die n-te Zahl von Wiederholungen erreicht, wie in 11 gezeigt. Nach dem Ausführen der n-ten Zahl von Wiederholungen der Schreib-Lösch-Folge, solange, bis die Zahl der Wiederholungen zum Ausführen der Schreib-Lösch-Folge eine zweit Zahl von Wiederholungen der Schreib-Lösch-Folge erreicht, werden die Speicherzellen als 2-Pegel-Speicherzellen betrieben. Übersteigt die Zahl der Wiederholungen der ausgeführten Schreib-Lösch-Folge die zweite Zahl der Wiederholungen der Schreib-Lösch-Folge, so werden die Speicherzellen nicht verwendet.
  • Die 12 zeigt ein Flussdiagramm für den Betrieb eines neunten Speichersystems gemäß einer dritten Ausführungsform.
  • Das neunte Speichersystem enthält eine Speicherzelle zum Speichern von n-Pegeldaten (mit n als ganzer Zahl gleich zu oder größer als 3, und sie ist beispielsweise 3 oder 4 oder 8 oder 16). Wie in 12 gezeigt, hat das neunte Speichersystem eines Struktur derart, dass die Speicherzellen als ein n-Pegel-Speicherzellen dann betrieben werden, wenn die Zahl der Wiederholungen zum Ausführen der Schreib-Lösch-Folge die n-te Zahl der Schreib-Lösch-Folge erreicht. Nach dem Ausführen der n-ten Zahl von Wiederholungen der Schreib-Lösch-Folge, solange, bis die Zahl von Wiederholungen zum Ausführen der Schreib-Lösch-Folge eine (n – 1)-te Zahl von Wiederholungen einer Schreib-Lösch-Folge erreicht, werden die Speicherzellen als (n – 1)-Pegel-Speicherzellen betrieben, wie in 12 gezeigt. Nach dem Ausführen einer (i + 1)-ten Zahl von Wiederholungen einer Schreib-Lösch-Folge, solange, bis die Zahl von Wiederholungen zum Ausführen der Schreib-Lösch-Folge eine i-te Zahl von Wiederholungen der Schreib-Lösch-Folge erreicht (mit i als ganzer Zahl größer als 2), werden die Speicherzellen als i-Pegel-Speicherzellen betrieben. Hiernach werden dann, wenn die Zahl der Wiederholungen zum Ausführen der Schreib-Lösch-Folge eine zweite Zahl von Wiederholungen der Schreib-Lösch-Folge übersteigt, die Speicherzellen nicht verwendet.
  • Die 13 zeigt ein Flussdiagramm für den Betrieb eines zehnten Speichersystems gemäß der dritten Ausführungsform.
  • Das zehnte Speichersystem enthält Speicherzellen zum Speichern von n-Pegeldaten (mit n als ganzer Zahl gleich zu oder größer als 3, und sie ist beispielsweise 3 oder 4 oder 8 oder 16). Wie in 13 gezeigt, hat das zehnte Speichersystem die Speicherzellen, die als n-Pegel-Speicherzellen solange betrieben werden, bis die Zahl von Wiederholungen zum Ausführen der Schreib-Lösch-Folge zu der Speicherzelle eine n-te Zahl von Wiederholungen erreicht. Nach dem Ausführen der n-ten Zahl von Wiederholungen der Schreib-Lösch-Folge, solange, bis die Zahl von Wiederholungen zum Ausführen der Schreib-Lösch-Folge die m-te Zahl von Wiederholungen der Schreib-Lösch-Folge erreicht, werden die Speicherzellen als m-Pegel-Speicherzellen betrieben (mit m als einer ganzen Zahl kleiner als n). Übersteigt die Zahl der Wiederholungen zum Ausführen der Schreib-Lösch-Folge die m-te Zahl von Wiederholungen der Schreib-Lösch-Folge, werden Daten nicht zu oder von den Speicherzellen geschrieben oder gelöscht.
  • Die 14 zeigt ein Flussdiagramm für den Betrieb eines elften Speichersystems gemäß der dritten Ausführungsform.
  • Das elfte Speichersystem enthält Speicherzellen zum Speichern von n-Pegeldaten (mit n als ganzer Zahl gleich zu oder größer als 3, und sie ist beispielsweise 3 oder 4 oder 8 oder 16). Das elfte Speichersystem hat eine Struktur derart, dass die Speicherzellen als n-Pegel-Speicherzellen solange betrieben werden, bis die Zahl zum Ausführen der Schreib-Lösch-Folge die n-te Zahl von Wiederholungen erreicht, wie in 11 gezeigt. Nach dem Ausführen der n-ten Zahl von Wiederholungen der Schreib-Lösch-Folge, solange, bis die Zahl von Wiederholungen zum Ausführen der Schreib-Lösch-Folge eine zweite Zahl von Wiederholungen der Schreib-Lösch-Folge erreicht, werden die Speicherzellen als 2-Pegel-Speicherzellen betrieben. Übersteigt die Zahl der Wiederholungen zum Ausführen der Schreib-Lösch-Folge eine zweite Zahl von Wiederholungen der Schreib-Lösch-Folge, so werden Daten in den Speicherzellen ausgangs-gelöscht, und Daten werden nicht in die Speicherzellen geschrieben.
  • Die 15 zeigt ein Flussdiagramm für den Betrieb eines zwölften Speichersystems gemäß der dritten Ausführungsform.
  • Das zwölfte Speichersystem enthält eine Speicherzelle zum Speichern von n-Pegeldaten (mit n als ganzer Zahl gleich zu oder größer als 3, und sie ist beispielsweise 3 oder 4 oder 8 oder 16). Wie in 15 gezeigt, hat das neunte Speichersystem die Struktur derart, dass die Speicherzellen als n-Pegel-Speicherzellen dann betrieben werden, wenn die Zahl von Wiederholungen zum Ausführen der Schreib-Lösch-Folge die n-te Zahl von der Schreib-Lösch-Folge erreicht. Nach dem Ausführen der n-ten Zahl von Wiederholungen der Schreib-Lösch-Folge, solange, bis die Zahl von Wiederholungen zum Ausführen der Schreib-Lösch-Folge eine (n – 1)-te Zahl von Wiederholungen der Schreib-Lösch-Folge erreicht, werden die Speicherzellen als (n – 1)-Pegel-Speicherzellen betrieben, wie in 15 gezeigt. Nach dem Ausführen einer (i + 1)-ten Zahl von Wiederholungen der Schreib-Lösch-Folge, solange, bis die Zahl von Wiederholungen der Schreib-Lösch-Folge eine i-te Zahl von Wiederholungen der Schreib-Lösch-Folge erreicht (mit i als ganzer Zahl größer als 2), werden die Speicherzellen als i-Pegel-Speicherzellen betrieben. Hiernach werden dann, wenn die Zahl von Wiederholungen zum Ausführen der Schreib-Lösch-Folge eine zweite Zahl von Wiederholungen der Schreib-Lösch-Folge übersteigt, dann die Daten in den Speicherzellen nicht gelöscht, oder Daten werden nicht in dieselben geschrieben.
  • Die 16 zeigt ein Flussdiagramm für den Betrieb eines dreizehnten Speichersystems gemäß der dritten Ausführungsform.
  • Das dreizehnte Speichersystem enthält eine Speicherzelle zum Speichern von n-Pegeldaten (mit n als ganzer Zahl gleich zu oder größer als 3, und sie ist beispielsweise 3 oder 4 oder 8 oder 16). Wie in 16 gezeigt, hat das neunte Speichersystem die Struktur derart, dass die Speicherzellen als n-Pegel-Speicherzellen dann betrieben werden, wenn die Zahl der Wiederholungen zum Ausführen der Schreib-Lösch-Folge die n-te Zahl der Schreib-Lösch-Folge erreicht. Nach dem Ausführen der n-ten Zahl von Wiederholungen der Schreib-Lösch-Folge, solange, bis die Zahl von Wiederholungen zum Ausführen der Schreib-Lösch-Folge eine (n – 1)-te Zahl von Wiederholungen der Schreib-Lösch-Folge erreicht, werden die Speicherzellen als (n – 1)-Pegel-Speicherzellen betrieben, wie in 16 gezeigt. Nach dem Ausführen einer (i + 1)-ten Zahl von Wiederholungen einer Schreib-Lösch-Folge, solange, bis die Zahl von Wiederholungen zum Ausführen der Schreib-Lösch-Folge eine i-te Zahl von Wiederholungen der Schreib-Lösch-Folge erreicht (mit i als ganzer Zahl größer als 2), werden die Speicherzellen als i-Pegel-Speicherzellen betrieben. Hiernach werden solange, bis die Zahl von Wiederholungen zum Ausführen der Schreib-Lösch-Folge eine dritte Zahl von Wiederholungen der Schreib-Lösch-Folge erreicht, die Speicherzellen als 3-Pegel-Speicherzellen betrieben. Hiernach werden solange, bis die Zahl der Wiederholungen zum Ausführen der Schreib-Lösch-Folge eine zweite Zahl von Wiederholungen der Schreib-Lösch-Folge erreicht, die Speicherzellen als 2-Pegel-Speicherzellen betrieben. Nachdem die Zahl von Wiederholungen der ausgeführten Schreib-Lösch-Folge die zweite Zahl von Wiederholungen der Schreib-Lösch-Folge überstiegen hat, kann das Löschen und Schreiben von Daten zu und von den Speicherzellen gesperrt werden, oder die Anwendung der Speicherzellen kann gesperrt werden.
  • Die erste bis dritte Ausführungsform hat eine Struktur derart, dass die Mehrfachpegel-Daten-Halbleiterspeichereinrichtung zum Reduzieren der Zahl von Informationspunkten (Werten) ausgebildet ist, die in einer Speicherzelle gespeichert werden, gemäß einer Zunahme der Zahl von Wiederholungen der Schreib-Lösch-Folge. Beispielsweise wird eine 4-Pegel-Speicherzellen als 4-Pegel-Speicherzelle dann betrieben, wenn die Zahl von Wiederholungen der Schreib-Lösch-Folge kleiner ist als 500,000 Wiederholungen. Dann wird die Speicherzelle als eine 2-Pegel-Speicherzelle betrieben. Als Ergebnis lässt sich die Zahl von Wiederholungen der Schreib-Lösch-Folge des Speichersystems im Vergleich zu derjenigen des üblichen Speichersystems vergrößern.
  • Zusätzlich zu dem NAND-EEPROM und einem NOR-Flash-Speicher kann die vorliegenden Erfindung angewandt werden auf ein AND (K. Kume et al.; IEDM Tech. Dig., Dez. 1992, Seiten 991–993), ein DINOR (S. Kobayashi et al.; ISSCC Tech. Dig., 1995, Seite 122) und ein Virtuell-Massefeld (R. Cema et al.; ISSCC Tech. Dig., 1995, Seite 126).
  • Als Selbstverständlichkeit kann die vorliegende Erfindung auf ein Mehrpegel-Daten-DRAM oder ein Mehrpegel-Daten-Masken-ROM oder ein Mehrpegel-Daten-SRAM angewandt werden.
  • Die vorliegende Erfindung kann selbstverständlich auf eine 5-Pegel-Speicherzelle, eine 8-Pegel-Speicherzelle oder eine 16-Pegel-Speicherzelle angewandt werden, ebenso wie auf die 3-Pegel-Speicherzelle oder die 4-Pegel-Speicherzelle.
  • Wie oben beschrieben, wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Speichersystem mit Mehrpegel-Datenspeicher-Speicherzellen geschaffen, und sie erzielt eine zufriedenstellende Beständigkeit gegenüber einem Schreib-Lösch-Folge-Betrieb.

Claims (18)

  1. Speichersystem mit einem Speicherabschnitt (1), enthaltend eine Speicherzelle (M1) mit einer Mehrfachpegel-Datenspeicherzelle, betreibbar bei unterschiedlichen Pegeln, dadurch gekennzeichnet, dass: die Speicherzelle betrieben wird als eine n-Ebenen Datenspeicher-Speicherzelle, mit n als ganzer Zahl gleich oder größer als 3, bis die Wiederholungszahl für das Ausführen einer Schreiblöschfolge eine vorgegebene Wiederholungszahl erreicht, und die Speicherzelle als eine m-Ebenen Datenspeicher-Speicherzelle betrieben wird, mit m als ganze Zahl kleiner als n, wenn die Wiederholungszahl für das Ausführen der Schreiblöschfolge die vorgegebene Wiederholungszahl überstiegen hat.
  2. Speichersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherzelle als eine 2-Ebenen Datenspeicherzelle dann arbeitet, wenn die Wiederholungszahl für das Ausführen der Schreiblöschfolge die vorgegebene Wiederholungszahl überstiegen hat.
  3. Speichersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass: die Speicherzelle als die n-Ebenen Datenspeicher-Speicherzelle betrieben wird, bis die Wiederholungszahl für das Ausführen der Schreiblöschfolge eine n-te Wiederholungszahl mit der vorgegebenen Wiederholungszahl erreicht, wobei die Zelle als eine (n – 1)-Ebenen Datenspeicherzelle nach der n-ten Wiederholungszahl für die Schreiblesefolge betrieben wird, bis die Wiederholungszahl für das Ausführen der Schreiblöschfolge eine (n – 1)-te Wiederholungszahl erreicht, und dass die Zelle als eine i-Ebenen Datenspeicher-Speicherzelle betrieben wird, mit i als ganze Zahl gleich oder größer als 2, nachdem eine (i + 1)-te Wiederholungszahl für die Schreiblöschfolge, bis die Wiederholungszahl für das Ausführen der Schreiblöschfolge eine i-te Wiederholungszahl erreicht.
  4. Ein Speichersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Änderung eines n-Ebenen Datenspeichermodus zu einem m-Ebenen Datenspeichermodus in einer Speicherchipeinheit mit dem Speicherabschnitt ausgeführt wird.
  5. Ein Speichersystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Änderung eines n-Ebenen Datenspeichermodus zu einem (n – 1)-Ebenen Datenspeichermodus oder eine Änderung von einem (i + 1)-Ebenen Datenspeichermodus zu einem i-Ebenen Datenspeichermodus in einer Speicherchipeinheit mit dem Speicherabschnitt ausgeführt wird.
  6. Ein Speichersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicherabschnitt einen Speicherzellenblock enthält, enthaltend eine vorgegebene Zahl von Speicherzelle mit der Funktion als Einheit für ein kollektives Schreiben und Löschen von Daten, und eine Änderung eines n-Ebenen Datenspeichermodus zu einem n-Ebenen Datenspeichermodus in der Speicherzellen-Blockeinheit ausgeführt wird.
  7. Ein Speichersystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicherabschnitt einen Speicherzellenblock enthält, enthaltend eine vorgegebene Zahl von Speicherzellen und mit der Funktion als Einheit für ein kollektives Schreiben oder Löschen von Daten, und eine Änderung von einem n-Ebenen Datenspeichermodus zu einem (n – 1)-Ebenen-Datenspeichermodus oder eine Änderung von einem (i + 1)- Ebenen Datenspeichermodus zu einem i-Ebenen Datenspeichermodus in der Speicherzellenblockeinheit ausgeführt wird.
  8. Ein Speichersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass: Daten weder in die Speicherzelle geschrieben noch von der Speicherzelle gelöscht werden, nachdem die Wiederholungszahl für das Ausführen der Schreiblöschfolge eine vorgegebene Zahl in einem m-Ebenen Datenspeichermodus erreicht, nach dem Ausführen einer Änderung eines n-Ebenen Datenspeichermodus zu dem m-Ebenen Datenspeichermodus.
  9. Ein Speichersystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass Daten weder in die Speicherzelle geschrieben noch von der Speicherzelle gelöscht werden, nachdem die Wiederholungszahl für das Ausführen der Schreiblöschfolge eine vorgegebene Zahl in einem (n – 1)-Ebenen Datenspeichermodus erreicht, nach dem Ausführen einer Änderung von einem n-Ebenen Datenspeichermodus zu dem (n – 1)-Ebenen Datenspeichermodus, oder nachdem die Wiederholungszahl für das Ausführen der Schreiblesefolge eine vorgegebene Zahl in einem i-Ebenen Datenspeichermodus erreicht, nach dem Ausführen einer Änderung von einem (i + 1)-Ebenen Datenspeichermodus zu dem i-Ebenen Datenspeichermodus.
  10. Ein Speichersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherzelle nicht verwendet wird, nachdem die Wiederholungszahl für das Ausführen der Schreiblöschfolge eine vorgegebene Zahl in einem m-Ebenen Datenspeichermodus erreicht, nach dem Ausführen einer Änderung von einem n-Ebenen Datenspeichermodus zu dem m-Ebenen Datenspeichermodus.
  11. Ein Speichersystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherzelle nicht verwendet wird, nachdem eine Wiederholungszahl für das Ausführen der Schreiblöschfolge eine begrenzte Zahl in einem (n – 1)-Ebenen Datenspeichermodus erreicht, nach dem Ausführen einer Änderung von einem n-Ebenen Datenspeichermodus zu dem (n – 1)-Ebenen Datenspeichermodus, oder nachdem die Wiederholungszahl für das Ausführen der Schreiblöschfolge eine vorgegebene Zahl in einem i-Ebenen Datenspeichermodus erreicht, nach dem Ausführen einer Änderung von einem (i + 1)-Ebenen Datenspeichermodus zu dem i-Ebenen Datenspeichermodus.
  12. Ein Speichersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Zyklen wiederholt werden, von denen jeder einen Datenschreib- oder -löschbetrieb umfasst, in oder von der Speicherzelle, sowie ein Verifizierlesebetrieb zum Detektieren eines Zustands der Speicherzelle; wobei die Zahl der wiederholten Zyklen für den Datenschreib- oder -löschbetrieb und den Verifizierlesebetrieb überwacht wird, und eine Änderung von einem n-Ebenen Datenspeichermodus zu einem m-Ebenen Datenspeichermodus ausgeführt wird, nachdem die Zahl der wiederholten Zyklen eine vorgegebene Wiederholungszahl erreicht.
  13. Ein Speichersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Zyklen wiederholt werden, von denen jeder einen Datenschreib- oder Löschbetrieb umfasst, in oder von der Speicherzelle, sowie ein Verifizierlesebetrieb zum Detektieren eines Zustands der Speicherzelle; wobei die Zahl der wiederholten Zyklen für den Datenschreib- oder Löschbetrieb und den Verifizierlesebetrieb überwacht wird; und eine Änderung von einem n-Ebenen Datenspeichermodus zu einem 2-Ebenen-Datenspeichermodus ausgeführt wird, nachdem die Zahl der wiederholten Zyklen eine vorgegebene Wiederholungszahl erreicht hat.
  14. Ein Speichersystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass Zyklen wiederholt werden, von denen jeder einen Datenschreib- oder -löschbetrieb umfasst, in oder von der Speicherzelle, sowie ein Verifizierlesebetrieb zum Detektieren eines Zustands eines Zustands der Speicherzelle; wobei die Zahl der wiederholten Zyklen des Datenschreib- oder -lesebetriebs und des Verifizierlesebetriebs überwacht wird; und eine Änderung von einem n-Ebenen Datenspeichermodus zu einem (n – 1)-Ebenen Datenspeichermodus oder eine Änderung von einem (i + 1)-Ebenen Datenspeichermodus zu einem i-Ebenen Datenspeichermodus ausgeführt wird, nachdem die Zahl der wiederholten Zyklen eine vorgegebene Wiederholungszahl erreicht hat.
  15. Ein Speichersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Datenschreibspannung zu der Speicherzelle in einem Datenschreibmodus oder eine Löschspannung zu der Speicherzelle in einem Datenlöschmodus erhöht ist, wenn die Speicherzelle als eine m-Ebenen Datenspeicherzelle betrieben wird, nachdem die Wiederholungszahl für das Ausführen der Schreiblöschfolge die vorgegebene Wiederholungszahl überstiegen hat.
  16. Ein Speichersystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Datenschreibspannung zu der Speicherzelle in einem Datenschreibmodus oder eine Datenlöschspannung in einem Datenlöschmodus erhöht ist, wenn die Speicherzelle als eine (n – 1)-Ebenen Datenspeicherzelle betrieben wird, nachdem die Wiederholungszahl für das Ausführen der Schreiblöschfolge die n-te Wiederholungszahl der Schreiblöschfolge überstiegen hat, oder wenn die Speicherzelle als eine i-Ebenen Datenspeicherzelle betrieben wird, nachdem die Wiederholungszahl für das Ausführen der Schreiblöschfolge die (i + 1)-te Wiederholungszahl der Schreiblöschfolge überstiegen hat.
  17. Ein Speichersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite eines Datenschreibpulses zu der Speicherzelle in einem Datenschreibmodus oder eine Breite eines Datenlöschpulses zu der Speicherzelle in einem Datenlöschmodus erhöht ist, wenn die Speicherzelle als eine n-Ebenen Datenspeicherzelle betrieben wird, nachdem die Wiederholungszahl für das Ausführen der Schreiblöschfolge die vorgegebene Wiederholungszahl für die Schreiblöschfolge überstiegen hat.
  18. Ein Speichersystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Breite für einen Datenschreibpuls zu der Speicherzelle in einem Datenschreibmodus oder eine Breite für einen Datenlöschpuls zu der Speicherzelle in einem Datenlöschmodus erhöht ist, wenn die Speicherzelle als eine (n – 1)-Ebenen Datenspeicherzelle betrieben wird, nachdem die Wiederholungszahl für das Ausführen der Schreiblöschfolge die n-te Wiederholungszahl der Schreiblöschfolge überstiegen hat, oder wenn die Speicherzelle als eine i-Ebenen Datenspeicherzelle betrieben wird, nachdem die Wiederholungszahl für das Ausführen der Schreiblöschfolge die (i + 1)-te Wiederholungszahl der Schreiblöschfolge überstiegen hat.
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