JP2007133968A - 不揮発性半導体記憶装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 複数の操作段階の何れを実行中かを示す操作状態情報を、操作段階の進行に合わせて出力することにより、EW操作中の異常検出を精度良く行うことや、エラー処理の試験を的確に実行することができる不揮発性半導体記憶装置を提供する。
【解決手段】 記憶情報の書き込み操作或いは消去操作を、内部制御回路により複数の操作段階に分割して所定のアルゴリズムに従って実行する不揮発性半導体記憶装置であって、内部制御回路が、複数の操作段階の何れを実行中かを示す操作状態情報を、操作段階の進行に合わせて出力可能である。
【選択図】 図1
【解決手段】 記憶情報の書き込み操作或いは消去操作を、内部制御回路により複数の操作段階に分割して所定のアルゴリズムに従って実行する不揮発性半導体記憶装置であって、内部制御回路が、複数の操作段階の何れを実行中かを示す操作状態情報を、操作段階の進行に合わせて出力可能である。
【選択図】 図1
Description
本発明は、記憶情報の書き込み操作或いは消去操作を、内部制御回路により複数の操作段階に分割して所定のアルゴリズムに従って実行する不揮発性半導体記憶装置に関する。
不揮発性半導体記憶素子には、記憶情報の書き込み或いは消去を行う際に複雑な操作を要するものがある。このような不揮発性半導体記憶素子を用いた記憶装置には、書き込み或いは消去に必要な操作を記憶装置内に用意した制御回路で行わせることで、記憶装置への書き込み或いは消去操作を簡便化したものがある。
上記不揮発性半導体記憶装置の代表的なものとしてフラッシュメモリがある。以下、フラッシュメモリの動作について説明する。フラッシュメモリは、フローティングゲート構造の不揮発性半導体記憶素子を用いており、フローティングゲートへの電子の注入/放出によってフローティングゲート電圧を変えることで記憶情報の書き込み操作/消去操作を行っている。フローティングゲートに対し電子の注入/放出を行うためには、記憶素子へ印加する電圧の切り替えや、記憶素子からの読み出しデータの検証等の複雑な操作(以下EW操作と称する)を要する。
EW操作は、複数の処理ステージで構成されており、一例として、消去操作における処理ステージについて説明する。尚、ここでのフラッシュメモリは、フローティングゲートへの電子の注入によりフローティングゲート電圧を下げることで書き込みを行い、フローティングゲートからの電子の放出によりフローティングゲート電圧を上げることで消去を行う。フローティングゲートへの電子の注入による書き込み操作または電子の放出による消去操作を行う場合には、夫々の操作に応じた記憶素子への電圧設定を行う必要がある。尚、書き込み操作と消去操作では記憶素子に印加すべき電圧が異なるため、印加する電圧を変更する回路が用意されている。
図3にフラッシュメモリの消去操作のフローチャートを示す。ステージBではプリコンディション処理、ステージDではイレース処理、ステージFではポストコンディション処理を行い、ステージA、C、Eでは夫々電子の注入/放出処理に必要な電圧設定を行っている。
フローティングゲートへの電子の注入による書き込み操作は記憶素子単位で行えるのに対し、フローティングゲートからの電子の放出による消去操作はブロック単位(1ブロックは数千ワードの記憶素子で構成される)でしか行えない。このため、消去操作においてイレース処理を行う前には、対象ブロック内の全記憶素子のフローティングゲート電圧を均等にしておく必要があり、対象ブロック内の未書き込み記憶素子に対して電子の注入を行うプリコンディション処理を行う。
また、イレース処理はブロック単位で行われるが、個々の記憶素子の特性バラツキによりフローティングゲートからの電子の放出の程度に差があるため、各記憶素子のイレース処理後のフローティングゲート電圧にはバラツキが生じる。そのため、イレース処理後はフローティングゲート電圧の均等化を行うため、電子の放出が多くてフローティングゲート電圧が上がり過ぎた記憶素子に対して電子の注入を行うポストコンディション処理を行う。
更に、プリコンディション処理、イレース処理、ポストコンディション処理の各処理では、フローティングゲートへの電子の注入/放出処理の後で、フローティングゲート電圧を調べるベリファイ処理が行われ、電子の注入/放出が不足している場合は、電子の注入/放出処理を繰り返す。
フラッシュメモリでは、複数の処理ステージで構成される複雑な書き込み操作や消去操作を簡便に行えるように、フラッシュメモリ内に制御回路を内蔵し、書き込みコマンド或いは消去コマンドを入力することで、内蔵された制御回路がEW操作を行うようになっている。但し、複数のEW操作を同時に行うことは出来ないため、EW操作中に書き込みコマンドや消去コマンドの入力は行えず、EW操作の完了を待ってからコマンドの入力を行う必要がある。書き込みコマンド或いは消去コマンドを入力してからEW操作が完了するまでには数μ秒から数百m秒の期間が必要となるため、EW操作完了を知らせるために、専用端子(READY/BUSY#端子)を設けたり、書き込みコマンド或いは消去コマンドを入力後にフラッシュメモリから読み出しを行った場合に、ステータス情報を出力する機能等を備えたりしている。
図8を用いて、READY/BUSY#端子及びステータス情報の出力動作について説明する。書き込みコマンド或いは消去コマンドが入力されると、STARTパルスが発生し、ラッチ10がセットされ、ENABLE信号が“H”レベル(電源電圧レベル)になる。ENABLE信号が“H”レベルになると制御回路17が起動しEW操作を行う。EW操作が終了すると、制御回路17はCOMPLEATEパルスを発生する。COMPLEATEパルスによりラッチ10はリセットされ、ENABLE信号が“L”レベル(接地電圧レベル)となり、制御回路17は停止する。出力回路13は、ENABLE信号に応じてREADY/BUSY#信号を出力する。出力回路13は、ENABLE信号が“H”の時に出力を“L”レベルとし、ENABLE信号が“L”レベルの時に出力をハイインピーダンスとする。尚、一般的には、READY/BUSY#端子は抵抗を介して電源にプルアップされているため、出力回路13が出力を“L”レベルとした場合はREADY/BUSY#端子の出力は“L”レベルとなり、出力回路13が出力をハイインピーダンスとした場合はREADY/BUSY#端子の出力は“H”レベルとなる。
出力MUX18は、RD_DATAが“H”レベルの時にはメモリセルからの読み出しデータを選択し、出力回路14を介して出力端子DQ0〜7から出力する。また、RD_STATが“H”レベルの時にはENABLE信号を選択し、出力回路14を介して出力端子DQ7から出力する。この時、ENABLE信号が“H”レベルの場合はDQ7=“0”となって、出力端子DQ0〜7からはステータス信号として“00h”が出力され、ENABLE信号が“L”レベルの場合はDQ7=“1”となって、出力端子DQ0〜7からはステータス信号として“80h”が出力される。メモリ読み出しを行う時は、RD_DATA=“H”となっているが、書き込みコマンド或いは消去コマンドを入力すると、STARTパルスの発生と同時に、RD_STAT=“H”となってステータス信号を出力する。
図9に消去コマンド入力後のREADY/BUSY#端子とDQ0〜7端子の出力波形を示す。EW操作期間中は、READY/BUSY#端子は“L”レベルとなり、DQ0〜7端子からは“00H”が出力される。EW操作が完了すると、READY/BUSY#端子は“H”レベルとなり、DQ0〜7端子からは“80H”が出力される。
ところで、異なる記憶装置の場合はもちろん、同一の記憶装置内であっても操作対象の記憶素子が異なる場合には、夫々必要なEW操作時間に差が生じる。これは個々の記憶素子の特性にバラツキがあり、電子の注入/放出の程度が異なることが主な原因となっている。さらに、記憶素子に異常があって、電子の注入/放出の程度が上記バラツキの範囲を越えて低下した場合や、記憶素子へ印加する電圧制御回路に異常があって、電子の注入/放出に必要な電圧が記憶素子に印加されない場合には、EW操作時が、より大きく増加することになる。
そこで、従来は、EW操作時間を測定し、予め想定したEW操作時間を超えた場合は、記憶素子の異常や電圧制御回路の異常が発生しているものとする異常検出手法が用いられている。もちろん想定するEW操作時間は、正常な記憶素子によるEW操作時間のバラツキを考慮して決められたものである。
しかしながら、EW操作で行われる各処理ステージでの処理時間は異なっており、処理時間の短いステージについて何らかの異常で処理時間が増加しても、EW操作全体の処理時間への影響が小さいため異常検出が行えない場合があるといった問題があった。
例えば、図3のイレース操作フローチャートにおいて、EW操作時間に対する各ステージの処理時間の割合が、ステージA、C、Eが夫々2%で、ステージBが30%、ステージDが50%、ステージFが14%であるとする。そうすると、ステージDの処理時間が3倍となった場合にEW操作時間が100%増加するのに対し、ステージAの処理時間が3倍となった場合でのEW操作時間は4%増加にしかならない。ここで、仮に、回路異常検出のためEW操作時間の判定基準を、EW操作時間が100%以上増加した場合に設定したと想定すると、ステージDは3倍以上で異常と判断されるが、ステージAだと51倍以上にならないと異常との判断が行われないことになる。
また、別の課題として、EW操作中のエラー処理が正しく行われるかを試験する場合に、全ての処理ステージについてエラー処理を試験することや、試験できていることを確認するのが困難であるという問題がある。エラー処理の試験を行うために、EW操作中にエラー要因を発生させて処理結果のチェックを行うが、全ての処理ステージについてエラー処理を試験するためには、各処理ステージを行っている最中にエラー要因を発生させる必要がある。しかし、従来技術では、READY/BUSY#端子からの出力によりEW操作中であることは判別できるが、現在行っている処理ステージが何れであるかまでは判別できないため、処理ステージを指定してエラー要因を発生させることが出来ない。同様に、エラー要因を発生させた時点で行っていた処理ステージが何れであるかを判別することも出来ない。
本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、複数の操作段階の何れを実行中かを示す操作状態情報を、操作段階の進行に合わせて出力することにより、EW操作中の異常検出を精度良く行うことや、エラー処理の試験を的確に実行することができる不揮発性半導体記憶装置を提供する点にある。
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は、記憶情報の書き込み操作或いは消去操作を、内部制御回路により複数の操作段階に分割して所定のアルゴリズムに従って実行する不揮発性半導体記憶装置であって、前記内部制御回路が、前記複数の操作段階の何れを実行中かを示す操作状態情報を、前記操作段階の進行に合わせて出力可能であることを第1の特徴とする。
上記特徴の不揮発性半導体記憶装置は、前記内部制御回路は、前記操作状態情報を示す前記複数の操作段階に各別に対応づけられた複数の操作状態信号を発生し、前記操作状態信号を出力端子から出力することを第2の特徴とする。
上記特徴の不揮発性半導体記憶装置は、前記内部制御回路は、前記操作状態信号を、前記記憶情報の読み出しに使用する出力端子を用いて出力することを第3の特徴とする。
上記第1の特徴の不揮発性半導体記憶装置は、前記内部制御回路は、前記操作状態情報を示す前記複数の操作段階に各別に対応づけられた複数の操作状態信号を発生し、前記操作状態信号のエンコードを行い前記操作状態情報を示す操作状態コードを生成し、前記操作状態コードを出力端子から出力することを第4の特徴とする。
上記特徴の不揮発性半導体記憶装置は、前記内部制御回路は、前記操作状態コード信号を、前記記憶情報の読み出しに使用する出力端子を用いて出力することを第5の特徴とする。
本発明によれば、複数の操作段階の何れを実行中かを示す操作状態情報を、操作段階の進行に合わせて出力可能に構成したので、記憶状態の書き込み操作或いは消去操作(EW操作)中の各操作段階(処理ステージ)での処理時間を個別に測定できることができ、処理時間の短い処理ステージについても、何らかの異常が発生して処理時間が増加した場合に検出することができる。
また、現在操作している処理ステージが判定できるため、任意の処理ステージを指定して、指定した処理ステージを行っている最中にエラー要因を発生させることが可能となり、全ての処理ステージでエラー処理の試験を行うことが可能になる。
以下、本発明に係る不揮発性半導体記憶装置(以下、適宜「本発明装置」と略称する)の実施形態を図面に基づいて説明する。
本発明装置は、記憶情報の書き込み操作或いは消去操作(EW操作)を、内部制御回路により複数の操作段階に分割して所定のアルゴリズムに従って実行するものであり、内部制御回路が、EW操作で実行中の操作段階(処理ステージ)に応じた操作状態情報を、処理ステージの進行に合わせて出力するように構成され、操作状態情報により現在の処理状況を読み出せるようにしている。
〈第1実施形態〉
本発明装置の第1実施形態について、図1及び図2を用いて説明する。
本発明装置の第1実施形態について、図1及び図2を用いて説明する。
図1は、本発明装置1の概略構成を示す概略ブロック図である。本発明装置1は、STARTパルスをラッチするためのラッチ10、STARTパルスを受けてEW操作を制御する内部制御回路に相当する制御回路11、READY/BUSY#信号を生成する出力回路13、出力回路14で構成されている。本発明装置1に対し、書き込みコマンド或いは消去コマンドが入力されると、STARTパルスが発生し、ラッチ10がセットされ、ENABLE信号が“H”レベル(電源電圧レベル)になる。ENABLE信号が“H”レベルになると、制御回路11が起動しEW操作を行う。本実施形態では、この時、EW操作の各処理ステージに応じて、操作状態情報STG_A、STG_B、STG_C、STG_D、STG_E、STG_Fが出力される。EW操作が終了すると、制御回路11はCOMPLEATEパルスを発生する。COMPLEATEパルスが発生すると、ラッチ10はリセットされ、ENABLE信号が“H”レベルから“L”レベルとなり、制御回路11は停止する。
出力回路13は、ENABLE信号に応じて、READY/BUSY#信号を出力する。出力回路13は、ENABLE信号が“H”レベルの時に出力を“L”レベルとし、ENABLE信号が“L”の時に出力をハイインピーダンスとする。一般的には、READY/BUSY#端子は、抵抗を介して電源電圧にプルアップしているため、出力回路13が出力を“L”レベルとした場合はREADY/BUSY#端子の出力は“L”レベルとなり、出力回路13が出力をハイインピーダンスとした場合はREADY/BUSY#端子の出力は“H”レベルとなる。
出力MUX12は、RD_DATAが“H”レベルの時にはメモリセルからの読み出しデータを選択し、出力回路14を介して出力端子DQ0〜7から出力する。出力MUX12は、RD_STATが“H”レベルの時にはENABLE信号を選択し、出力回路14を介して出力端子DQ7から出力する。この時、ENABLE信号が“H”レベルの場合はDQ7=“0”となり、出力端子DQ0〜7からはステータス信号として“00h”(hは16進表記であることを示す)が出力される。同様にして、ENABLE信号が“L”レベルの場合はDQ7=“1”となり、出力端子DQ0〜7からはステータス信号として“80h”が出力される。
出力MUX12は、RD_STGEが“H”レベルの時には操作状態情報を選択し、出力回路14を介して出力端子DQ0〜5から出力する。このとき、DQ6=“0”、DQ7=“0”となっている。詳細には、ステージAでは、STG_A信号が発生してDQ0から出力されるため、出力端子DQ0〜7の値は“01h”となる。ステージBでは、STG_B信号が発生してDQ1から出力されるため、出力端子DQ0〜7の値は“02h”となる。ステージCでは、STG_C信号が発生してDQ2から出力されるため、出力端子DQ0〜7の値は“04h”となる。ステージDでは、STG_D信号が発生してDQ3から出力されるため、出力端子DQ0〜7の値は“08h”となる。ステージEでは、STG_E信号が発生してDQ4から出力されるため、出力端子DQ0〜7の値は“10h”となる。ステージFでは、STG_F信号が発生してDQ5から出力されるため、出力端子DQ0〜7の値は“20h”となる。
図2は、操作状態情報を読み出すモードにおいて、消去コマンドを入力した後のREADY/BUSY#端子とDQ0〜7端子の出力波形を示している。操作状態情報を読み出すためのモード、即ち、RD_STGE=“H”レベルのとき、READY/BUSY#端子は、EW操作期間中は“L”レベルとなり、EW操作期間中以外は“H”レベルとなる。出力端子DQ0〜7は、EW操作において実行されている処理ステージに応じて、ステージAでは“01h”、ステージBでは“02h”、ステージCでは“04h”、ステージDでは“08h”、ステージEでは“10h”、ステージFでは“20h”の値が夫々出力される。この時、操作状態情報が出力されている期間を測定することで、各処理ステージの処理時間を求めることが出来る。
〈第2実施形態〉
本発明装置の第2実施形態を、図4及び図5を用いて説明する。尚、ここでは、上記第1実施形態と同一動作の箇所については説明を割愛し、第1実施形態と異なる点について説明を行う。
本発明装置の第2実施形態を、図4及び図5を用いて説明する。尚、ここでは、上記第1実施形態と同一動作の箇所については説明を割愛し、第1実施形態と異なる点について説明を行う。
MUX15は、アドレス信号Addr0の値によって、操作状態情報STG_A〜STG_CまたはSTG_D〜STG_Fを選択して、ステージビット信号STG_0〜STG_2信号として出力する。詳細には、MUX15は、Addr0=“L”の時に、STG_AはSTG_0に、STG_BはSTG_1に、STG_CはSTG_2に対応させて出力する。更に、Addr0=“H”の時に、STG_DはSTG_0に、STG_EはSTG_1に、STG_FはSTG_2に対応させて出力する。
出力MUX12は、RD_STGE=“H”の時にはステージビット信号STG_0〜STG_2を選択し、出力回路14を介して出力信号DQ0〜2に対応させて出力する。
図5は、操作状態情報を読み出すモードにおいて、消去コマンドを入力した後のREADY/BUSY#端子とDQ0〜7端子の出力波形を示している。READY/BUSY#端子は、EW操作期間中は“L”レベルとなり、EW操作期間以外は“H”レベルとなる。出力端子DQ0〜7は、EW操作において実行されている処理ステージに応じて、ステージビット信号が出力され、EW処理の進行と共に“01h”、“02h”、“04h”の値が出力されていく。尚、この時ステージA、ステージB、及び、ステージCの処理状況を確認する場合にはアドレス信号Addr0を“L”にし、ステージD、ステージE、及び、ステージFの処理状況を確認する場合にはアドレス信号Addr0を“H”にする。
〈第3実施形態〉
本発明装置の第3実施形態について、図6及び図7を用いて説明する。尚、ここでは、上記第1実施形態と同一動作の箇所については説明を割愛し、第1実施形態と異なる点について説明を行う。第1実施形態では、操作状態情報を出力回路14から出力したが、本実施形態では、エンコーダ16によって操作状態情報をエンコードした操作状態コードを出力回路14から出力する場合について説明する。
本発明装置の第3実施形態について、図6及び図7を用いて説明する。尚、ここでは、上記第1実施形態と同一動作の箇所については説明を割愛し、第1実施形態と異なる点について説明を行う。第1実施形態では、操作状態情報を出力回路14から出力したが、本実施形態では、エンコーダ16によって操作状態情報をエンコードした操作状態コードを出力回路14から出力する場合について説明する。
制御回路11から出力される操作状態情報は、エンコーダ16により操作状態コードSTG_Nにエンコードされる。詳細には、STG_A=“H”の時にSTG_N=“01h”、STG_B=“H”の時にSTG_N=“02h”、STG_C=“H”の時にSTG_N=“03h”、STG_D=“H”の時にSTG_N=“04h”、STG_E=“H”の時にSTG_N=“05h”、STG_F=“H”の時にSTG_N=“06h”にエンコードされる。
出力MUX12は、RD_STGE=“H”の時には操作状態コードSTG_Nを選択し、出力回路14を介して出力端子DQ0〜7に出力する。
図7は、操作状態情報を読み出すモードにおいて、消去コマンドを入力した後のREADY/BUSY#端子とDQ0〜7端子の出力波形を示している。READY/BUSY#端子は、EW操作期間中は“L”レベルとなり、EW操作期間中以外は“H”レベルとなる。出力端子DQ0〜7は、実行されている処理ステージに応じて、操作状態コードとして、ステージAでは“01h”、ステージBでは“02h”、ステージCでは“03h”、ステージDでは“04h”、ステージEでは“05h”、ステージFでは“06h”の値が夫々出力される。
尚、上記第1実施形態では1つの操作状態情報が1つのDQ端子に割り当てられるため、出力データ幅が8bitの場合は、8種類の操作状態情報まで対応できるが、第2実施形態及び第3実施形態では、更に多数の操作状態情報に対応できる。例えば、図3に示す消去操作は、6種類の処理ステージで構成されているが、 この内、プリコンディション、イレース処理、ポストコンディションの各処理について、電子の注入/放出処理とベリファイ処理を夫々別の処理ステージにすると、消去操作は9種類のステージで構成されることになる。この場合、上記第2実施形態及び第3実施形態では、同じ出力データ幅でより多くのステージ数に対応することができるため、9種類の処理ステージで構成されるEW操作に対応することができる。
より具体的には、第2実施形態では、アドレス信号Addr0によって出力する操作状態情報を選択することができるため、出力データ幅よりも多くの操作状態情報を出力することが出来る。出力端子が8ビットの場合、Addr0=“L”の時に8種類、Addr0=“H”の時に8種類で計16種類の操作状態情報が出力できることになる。また、更に、多くの操作状態情報に対応するには、操作状態情報を選択するアドレス信号を増やすことで対応できる。第3実施形態では、操作状態情報をエンコードしたものを操作状態コードとして出力するため、本実施例のような出力データ幅が8bitの場合は、操作状態コードは“01h”から“FFh”まで設定できるため、255種類の操作状態情報が出力できる。
1: 本発明に係る不揮発性半導体記憶装置
10:ラッチ
11:制御回路
12:出力MUX
13:出力回路
14:出力回路
15:MUX
16:エンコーダ
17:制御回路
18:出力MUX
10:ラッチ
11:制御回路
12:出力MUX
13:出力回路
14:出力回路
15:MUX
16:エンコーダ
17:制御回路
18:出力MUX
Claims (5)
- 記憶情報の書き込み操作或いは消去操作を、内部制御回路により複数の操作段階に分割して所定のアルゴリズムに従って実行する不揮発性半導体記憶装置であって、
前記内部制御回路が、前記複数の操作段階の何れを実行中かを示す操作状態情報を、前記操作段階の進行に合わせて出力可能であることを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。 - 前記内部制御回路は、前記操作状態情報を示す前記複数の操作段階に各別に対応づけられた複数の操作状態信号を発生し、前記操作状態信号を出力端子から出力することを特徴とする請求項1に記載の半導体記憶装置。
- 前記内部制御回路は、前記操作状態信号を、前記記憶情報の読み出しに使用する出力端子を用いて出力することを特徴とする請求項2に記載の半導体記憶装置。
- 前記内部制御回路は、前記操作状態情報を示す前記複数の操作段階に各別に対応づけられた複数の操作状態信号を発生し、前記操作状態信号のエンコードを行い前記操作状態情報を示す操作状態コードを生成し、前記操作状態コードを出力端子から出力することを特徴とする請求項1に記載の半導体記憶装置。
- 前記内部制御回路は、前記操作状態コード信号を、前記記憶情報の読み出しに使用する出力端子を用いて出力することを特徴とする請求項4に記載の半導体記憶装置。
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---|---|---|---|---|
JP2010003401A (ja) * | 2008-06-23 | 2010-01-07 | Samsung Electronics Co Ltd | メモリシステムの動作方法並びにそれを含むメモリシステム及びメモリカード |
JP2011008878A (ja) * | 2009-06-26 | 2011-01-13 | Samsung Electronics Co Ltd | 不揮発性半導体メモリの放電回路 |
JP2017004583A (ja) * | 2015-06-12 | 2017-01-05 | 株式会社東芝 | 半導体記憶装置及びメモリシステム |
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