JP2005182909A - 不揮発性半導体記憶装置 - Google Patents
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Abstract
不揮発性半導体記憶装置において、書込み及び消去時のディスターブによって起こる非選択セルのデータ損失を防止する。
【解決手段】
不揮発性半導体記憶装置において、不揮発性メモリの書換え単位よりも大きいデータ記憶ブロック内で実行した書換えの回数を、データ記憶ブロック毎に設けたErase/WriteカウンタEW CT10に記憶し、Erase/Writeカウンタ10の値が予め指定した回数以上になると、そのErase/Writeカウンタに対応するデータ記憶ブロックに対してリフレッシュ動作を実行する。リフレッシュ動作は、データ記憶ブロック内のデータをデータ一時保管領域8に一時保管して、データ記憶領域一時保管領域のデータを消去し、再び一時保管したデータをデータ記憶ブロックに書き込むことで行う。
【選択図】 図10
Description
さらに、上記公知技術では、電子及びホールのトンネリングによって書込み及び消去を行うために、(1)書込み・消去に時間がかかる、(2)ボトム酸化膜BOTOXを厚膜化できず100℃以上の高温でのデータ保持が厳しい、等の課題もある。
本発明の目的は、高速の書込み・消去を行うことができ、データ保持特性に優れるByte書換え型EEPROMにおいて、微細な実効セル面積を実現し、かつ、書込み・消去時のディスターブによるデータの損失を防ぐことにある。
本発明の不揮発性半導体記憶装置は、EEPROMメモリアレイ内に、同時に消去を行う1バイトの不揮発性メモリセルからなる消去ブロックと、複数個の消去ブロックからなるリフレッシュブロックと、リフレッシュブロック内で行われた書換えの回数を記憶するカウンタエリアがリフレッシュブロックと同じ数だけ設けられ、カウンタエリアに記憶されたリフレッシュブロック内の書換え回数が予め指定された書換え回数に達する毎にリフレッシュブロック内のデータを別途設けたデータ一時保管メモリに一旦保存し、リフレッシュブロック内のデータを全て消去し、再度保存したデータをリフレッシュブロックに書き込むことで、ディスターブ時間をリセットするものである。
図5に、本発明の実施形態を示す不揮発性半導体メモリアレイ構成の実施例を示す。不揮発性メモリセルとして、図4に示したホットキャリアにより書込み・消去を行うスプリットゲート型MONOSメモリを用いている。選択ゲート電極SGを接続する選択ゲート線(ワード線)SG0〜SGnとメモリゲートMGを選択するメモリゲート線MGLおよび2つの隣接したメモリセルが共有するソース領域を接続するソース線SLがそれぞれ平行に延在し、メモリセルのドレイン領域を接続するビット線BL0〜BL7が選択ゲート線と直行する方向に延在する。メモリゲート線MGLとソース線をメモリセル8ビット毎に分割し、ビット線方向の複数のソース線を接続して、共通のソース線SLとしてある。共通のメモリゲート線に接続された8ビット、すなわち1バイト毎に書換えを行う。
上位装置又はCPUは、まずNo.54 Blockの1バイトの消去と書込みを実行する。次にNo.54に対応するErase/Writeカウンタエリア(EW CT)をリードする。このリード値と予め決められた値yと比較し、リード値がy以下の場合には、EW CTを一旦Eraseし、EW CTをErase前にリードした値に+1を加えた値をEW CTにWriteする。これで、消去及び書込み動作が終了する。
上記yの値は、メモリセルのディスターブ耐性によって決まり、例えば、10万回の消去・書込みに対するディスターブ耐性を有するメモリセルの場合、yの値は10万回に設定する。ちなみに、図10に示すEEPROMメモリアレイのブロック構成において本リフレッシュ動作を行わずに10万回の書き換えを保証する場合、最悪のケースで10万回×1023bytes≒1億回の消去及び書込みに対するディスターブ耐性が要求される。すなわち、本発明のリフレッシュ動作では、ディスターブにより弱い消去もしくは弱い書込みを受ける時間をある指定した書換え回数毎にリセットすることで大幅にディスターブによるデータの損失を防ぐことができる。
以上図11では、一度の書換えで1ブロック内の1バイトのみを消去・書込み及びリフレッシュ動作する場合の動作シーケンスを説明したが、実際には複数ブロックに存在する複数バイトのセルを消去及び書込みすることもありうる。この複数ブロックに存在する複数バイトを消去・書込みする場合の動作シーケンスの実施例を図12及び図13に示す。
まず、No.54〜No.54+xBlockの1バイトの消去と書込みを実行し、各Blockに対応するEW CTをリードする。次にNo.54からNo.54+xまで、リード値と予め決められた値yより大きい場合には図11に示した方法と同じリフレッシュ動作を順次実行する。リフレッシュ動作が全て終了した後は、リフレッシュを実施していないBlockに対して、EW CTにリード値に+1を加えた値のWriteを実施する。
図12と同様に、まず、No.54〜No.54+xBlockの1バイトの消去と書込みを実行し、各Blockに対応するEW CTをリードする。すべてのリード値が予め決められた値y以下の場合には、いずれのBlockに対してもリフレッシュ動作を行わない。リード値がyより大きいBlockがN個以下の場合には、リフレッシュの対象となるBlockすべてに対して図11に示したリフレッシュ動作を実施する。リード値がyより大きいBlockがN個より大きい場合には、それらのBlockに対してリード値が大きい順に1番から順位付けをし、順位が1番からN番までのBlockのリフレッシュ動作を順次行う。最後に、リフレッシュを実施していないBlockに対して、EW CTにリードした値に+1を加えた値をWriteして、消去・書込み動作を終了する。この方法では、ブロック内の書換え回数がyを超えても、リフレッシュされない場合があるので、その分ディスターブに対するマージンを確保しておく必要がある。
S:ソース拡散層領域、D:ドレイン拡散層領域、
M:メモリゲート電極・選択ゲート電極間の拡散層領域、
WELL:P型ウエル領域、SUB:P型シリコン基板、
SGOX:ゲート絶縁膜、TOPOX:上部酸化膜、
SIN:窒化シリコン膜、BOTOX:下部酸化膜、
BL0〜BL7:ビット線、SG0〜SGn:選択ゲート線、
MG0〜MGn:メモリゲート線、SL、SL0〜SL7:ソース線、
WELL0〜WELLm:ウエル、BYS、BYS0:バイト選択線、
1:EEPROMアレイ領域、2:ビット線デコーダ・ドライバ、3:ワード線デコーダ・ドライバ、4:センスアンプ・ライト定電流MOS、
5:電源回路、6:主制御部、7:リフレッシュ制御回路、
8:メモリデータ一時保管領域
9:メモリBlock、10:Erase/Writeカウンタエリア。
Claims (14)
- 不揮発性メモリセルを含む不揮発性半導体メモリアレイにおいて、
前記不揮発性メモリセル複数個を一括して消去する消去ブロックと、
前記消去ブロックを複数含むリフレッシュブロックとを有し、
前記リフレッシュブロック内で行われた書換えの回数を記憶するカウンタエリアが前記リフレッシュブロックと同じ数だけ設けられ、
前記カウンタエリアに記憶されたリフレッシュブロック内の書換え回数が予め指定された書換え回数に達する毎に前記リフレッシュブロック内のデータを別途設けたデータ一時保管メモリに保管し、その後に前記リフレッシュブロック内のデータを全て消去し、前記一時保管メモリに保管したデータを前記リフレッシュブロックに書き込むことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。 - 前記不揮発性半導体メモリがEEPROMであることを特徴とする請求項1に記載の不揮発性半導体記憶装置。
- 前記不揮発性半導体メモリがゲート絶縁膜中のトラップに電荷を蓄積することで情報を記憶する電荷トラッピング型であることを特徴とする請求項1に記載の不揮発性半導体記憶装置。
- 前記不揮発性半導体メモリが浮遊ゲート中に電荷を蓄積することで情報を記憶する浮遊ゲート型であることを特徴とする請求項1に記載の不揮発性半導体記憶装置。
- 前記不揮発性半導体メモリが強誘電体の分極状態を情報として記憶するFeRAMであることを特徴とする請求項1に記載の不揮発性半導体記憶装置。
- 前記不揮発性半導体メモリが相変化膜の低抵抗状態を高抵抗状態情報として記憶する相変化メモリであることを特徴とする請求項1に記載の不揮発性半導体記憶装置。
- 前記不揮発性半導体メモリがトンネル磁気抵抗の低抵抗状態と高抵抗状態を情報として記憶するMRAMであることを特徴とする請求項1に記載の不揮発性半導体記憶装置。
- 前記不揮発性メモリセルの消去もしくは書込み動作をホットキャリア注入によって行うことを特徴とする請求項1に記載の不揮発性半導体記憶装置。
- 前記不揮発性メモリセルの消去及び書込み動作をホットキャリア注入によって行うことを特徴とする請求項1に記載の不揮発性半導体記憶装置。
- 前記ホットキャリア注入を行う際に高電圧が印加される前記不揮発性メモリセルの端子のうちの1つが、前記リフレッシュブロック内の全ての不揮発性メモリセルを接続していることを特徴とする請求項8又は9に記載の不揮発性半導体記憶装置。
- 前記ホットキャリア注入を行う際に高電圧が印加される前記不揮発性メモリセルの端子が、前記リフレッシュブロック内の不揮発性メモリセルと前記カウンタエリア内の不揮発性メモリとの間で接続されていないことを特徴とする請求項8又は9に記載の不揮発性半導体記憶装置。
- 前記消去ブロックが1バイトの不揮発性メモリセルから構成されることを特徴とする請求項1乃至11のいずれか一に記載の不揮発性半導体記憶装置。
- 前記リフレッシュブロックにおいて、カウンタエリアに記憶されたリフレッシュブロック内の書換え回数が予め指定された書換え回数に達したリフレッシュブロックが複数個あるとき、その複数個のリフレッシュブロックすべてに対して、順次、リフレッシュブロック内のデータを別途設けたデータ一時保管メモリに一旦保存し、リフレッシュブロック内のデータを全て消去し、再度保存したデータをリフレッシュブロックに書き込む動作を行うことを特徴とする請求項1乃至12のいずれか一に記載の不揮発性半導体記憶装置。
- 前記リフレッシュブロックにおいて、カウンタエリアに記憶されたリフレッシュブロック内の書換え回数が予め指定された書換え回数に達したリフレッシュブロックが複数個あるとき、リフレッシュブロック内の書換え回数が多い順に、リフレッシュブロック内のデータを別途設けたデータ一時保管メモリに一旦保存し、リフレッシュブロック内のデータを全て消去し、再度保存したデータをリフレッシュブロックに書き込む動作を、予め指定されたリフレッシュブロック数だけ行うことを特徴とする請求項1乃至12のいずれか一に記載の不揮発性半導体記憶装置。
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