JP2019045910A - 半導体記憶装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】書込み不良と判断されても、書込みデータおよび書込みアドレスを消失させることなく、外部へ出力しあるいは内部に格納可能な半導体記憶装置を提供する。【解決手段】本実施形態による半導体記憶装置はメモリセルアレイを備える。第1データラッチ部はメモリセルアレイへの書込み単位データを保持する。第1アドレスラッチ部は書込み単位データの書き込み先を示す書込みアドレスを保持する。第2データラッチ部はメモリセルアレイへの書き込みに失敗した書込み単位データをフェイルデータとして保持する。第2アドレスラッチ部は、フェイルデータの書き込み先を示すフェイルアドレスを保持する。制御部は、フェイルアドレスの出力を示す第1出力コマンドの入力に応じて、第2アドレスラッチ部からフェイルアドレスを出力し、かつ、フェイルデータの出力を示す第2出力コマンドの入力に応じて、第2データラッチ部からフェイルデータを出力する。【選択図】図2
Description
本発明による実施形態は、半導体記憶装置に関する。
SRAM(Static Random Access Memory)やDRAM(Dynamic RAM)は、高速アクセス可能であるが、比較的容量の小さな揮発性メモリである。また、NAND型EEPROM(Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory)やHDD(Hard Disk Drive)は、比較的容量の大きな不揮発性メモリまたはストレージであるが、アクセス速度において遅い。NAND型EEPROMまたはHDDのアクセス速度は、SRAMまたはDRAMのそれに対して約1000倍も遅い。
従って、SRAMまたはDRAMとNAND型EEPROMまたはHDDとの中間のアクセス速度を有する不揮発性メモリが開発されている。このようなメモリを本明細書では、SCM(Storage Class Memory)と称する。
SCMに要求される可能性がある機能として、データ書込みにおいて書き込みに失敗しても、所定回数だけ再度書き込みを繰り返し実行する機能が考えられる。しかし、その場合、書込み失敗の回数が所定回数を超えると、書込み不良となり、その書込みデータはリセットされ消失されてしまう。この場合、CPUまたはコントローラは、書込みデータおよびその書込みデータの書込み先のアドレスを知るこができなくなってしまう。
書込み不良と判断されても、書込みデータおよび書込みアドレスを消失させることなく、外部へ出力しあるいは内部に格納することができる半導体記憶装置を提供する。
本実施形態による半導体記憶装置はメモリセルアレイを備える。第1データラッチ部はメモリセルアレイへの書込み単位データを保持する。第1アドレスラッチ部は書込み単位データの書き込み先を示す書込みアドレスを保持する。第2データラッチ部はメモリセルアレイへの書き込みに失敗した書込み単位データをフェイルデータとして保持する。第2アドレスラッチ部は、フェイルデータの書き込み先を示すフェイルアドレスを保持する。制御部は、フェイルアドレスの出力を示す第1出力コマンドの入力に応じて、第2アドレスラッチ部からフェイルアドレスを出力し、かつ、フェイルデータの出力を示す第2出力コマンドの入力に応じて、第2データラッチ部からフェイルデータを出力する。
以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。本実施形態は、本発明を限定するものではない。
本実施形態は、メモリセルアレイと周辺回路との間に複数ページのアドレスおよびデータを保持可能なラッチ回路を有する不揮発性半導体記憶装置に適用することができる。例えば、ReRAM(Resistive RAM)、MRAM(Magnetoresistive RAM)、PCM(Phase Change Memory)等の半導体記憶装置に適用することができる。以下、ReRAMに適用した実施形態を説明する。
(第1の実施形態)
図1は、第1実施形態によるReRAMを用いたSCM(Storage Class Memory)1を示すブロック図である。SCM1は、例えば、DIMM(Dual Inline Memory Module)等のモジュール化された装置であってもよい。
図1は、第1実施形態によるReRAMを用いたSCM(Storage Class Memory)1を示すブロック図である。SCM1は、例えば、DIMM(Dual Inline Memory Module)等のモジュール化された装置であってもよい。
本実施形態によるSCM1は、複数のメモリチップ10と、メモリコントローラ20とを含み、1つのパッケージとして構成されている。複数のメモリチップ10は、積層されており、その積層数は特に限定しない。メモリコントローラ20は、ホストCPU2からの指示に従って複数のメモリチップ10にコマンドおよびアドレスを出力し、そのコマンドに従って所望のアドレスのメモリセル(ページ)に格納されたデータを読み出し、あるいは、所望のアドレスのメモリセル(ページ)へデータを書き込む。ホストCPU2は、SCM1の外部に設けられており、ホストCPU2からの指示に基づいて動作する。1ページは、データ読出し動作またはデータ書込み動作において同時に読み出しまたは書き込みを行うデータの単位あるいはメモリセルの単位である。即ち、1ページは、読出し単位データまたは書込み単位データである。あるいは、1ページは、読出し単位データまたは書込み単位データを格納するメモリセルの単位である。例えば、1ページは、64ビットのデータあるいは64ビットのデータを格納する複数のメモリセルでよい。
メモリチップ10は、メモリセルアレイMCAと、カラムデコーダCDと、ロウデコーダRDと、センスアンプSAと、データラッチDLと、アドレスラッチALと、周辺回路PCとを備えている。メモリチップ10の構成は、1つの半導体チップとして組み込まれている。上記周辺回路PCは、電圧ジェネレータVGと、リード・ライトエンジンRWEと、シリアライザ・デシリアライザSDと、アドレスコントローラACと、コマンドコントローラCCと、入出力回路IOとを備えている。
メモリセルアレイMCAは、例えばマトリクス状に二次元配置または三次元配置された複数のメモリセルMCを備えている。メモリセルMCは、例えば、ReRAMである。メモリセルMCは、例えば、ビット線BLとワード線WLとの交点に配置されている。メモリセルアレイMCAは、所謂、クロスポイント型メモリセルアレイであってもよく、三次元構造を有する立体型メモリセルアレイでよい。ビット線BLは、ワード線WLと直交する。メモリセルアレイMCAは、1チップ内において複数のバンクBNKに分割されており、各バンクBNKごとにセンスアンプSA、データラッチDL、アドレスラッチAL等が設けられている。
センスアンプSAは、例えば、ビット線BLを介してメモリセルMCに接続されており、メモリセルMCのデータを検出(リード)する機能を有する。
データラッチDLは、センスアンプSAで検出されたデータをページごとに一時的に保持し、あるいは、メモリセルアレイMCAに書き込むデータをページごとに一時的に保持する。
アドレスラッチALは、読み出したり書き込む対象となるバンクBNK内のページアドレス等を一時的に保持する。
ロウデコーダRDおよびカラムデコーダCDは、アドレスラッチALに保持されたアドレスに基づいてメモリセルアレイMCAにアクセスし、センスアンプSAを介してそのアドレスに格納されたデータをデータラッチDLに読み出す。あるいは、ロウデコーダRDおよびカラムデコーダCDは、アドレスラッチALに保持されたアドレスに基づいてメモリセルアレイMCAにアクセスし、センスアンプSAを介してデータラッチDLに保持されたデータをメモリセルアレイMCAへ書き込む。
電圧ジェネレータVGは、データ読出し動作およびデータ書込み動作に必要なワード線WLの電圧やビット線BLの電圧等を生成する。
アドレスコントローラACは、ロウアドレスおよびカラムアドレス等を受け取り、これらのアドレスをデコードし、アドレスラッチALやリード・ライトエンジンRWEにこれらのアドレスを送る。尚、三次元配置されたメモリセルアレイの場合、ロウアドレス、カラムアドレスおよびレイヤアドレスがアドレスラッチALやリード・ライトエンジンRWEに送られる。
コマンドコントローラCCは、データ読出し動作、データ書込み動作等の各種動作を示すコマンドを受け取り、それらのコマンドに従ってリード・ライトエンジンRWEを制御する。
リード・ライトエンジンRWEは、コマンドおよびアドレスに従って、入出力回路IOから受け取ったデータをバンクBNK内の所望ページに書き込むようにカラムデコーダCDおよびロウデコーダRDを制御し、あるいは、所望バンクBNK内の所望ページからデータを読み出し、そのデータをシリアライザ・デシリアライザSERDESを介して入出力回路IOのDQバッファへ転送する。また、リード・ライトエンジンRWEは、アドレスラッチALに保持されたアドレスを入出力回路IOへ出力することができ、かつ、データラッチDLに保持されたデータを入出力回路IOへ出力することができる。
入出力回路IOは、コマンドおよびアドレスをCA端子CAから取り込み、コマンドをコマンドコントローラCCへ転送し、アドレスをアドレスコントローラACへ転送する。コマンドは、書込み動作を指示する書込みコマンドであったり、読出し動作を指示する読出しコマンドでよい。また、本実施形態において、コマンドは、アドレスラッチALからフェイルアドレスを出力するフェイルアドレス出力コマンドFA、および、データラッチDLからフェイルデータを出力するフェイルデータ出力コマンドFDをも含む。アドレスは、バンクBNK内の読出しまたは書込み対象のページを示すページアドレスでよい。尚、アドレスは、メモリセルアレイMCAのいずれかのバンクBNKを示すバンクアドレスの場合もある。あるいは、複数のバンクBNKが1つのバンクグループを構成する場合には、アドレスは、バンクグループのアドレスの場合もある。バンクアドレスあるいはバンクグループアドレスは、リード・ライトエンジンRWEに一時的に保持され、活性化するバンクBNKまたはバンクグループを選択するために用いられる。
また、入出力回路IOは、書込みデータをDQ端子から取り込み、書込みデータを、シリアライザ・デシリアライザSERDESを介してデータラッチDLへ転送する。あるいは、入出力回路IOは、データラッチDLに保持された読出しデータを、シリアライザ・デシリアライザSERDESを介して受け取り、その読出しデータをDQ端子から出力する。
シリアライザ・デシリアライザSERDESは、書込みデータおよび読出しデータをシリアル転送方式とパラレル転送方式との間で相互変換する。
電圧ジェネレータVG、アドレスコントローラAC、コマンドコントローラCC、リード・ライトエンジンRWE、入出力回路IOおよびシリアライザ・デシリアライザSDは、メモリチップ10において周辺回路PCとして設けられている。
メモリコントローラ20は、積層された複数のメモリチップ10に対して1つ設けられており、複数のメモリチップ10全体を制御する。
さらに、SCM1のパッケージの外部には、ホストCPU2が設けられていてもよい。
図2は、1つのバンクBNKに対応するセンスアンプSA、データラッチDLおよびアドレスラッチALの構成例を示すブロック図である。SCMは、1ページ当たりのデータサイズが比較的小さく、高速アクセス可能であることが求められる。このため、メモリセルアレイMCAは、バンクBNKという最小アクセス単位に分割されており、バンクBNKごとにアクセス可能となっている。各バンクBNKには、1ページ分(例えば、64ビット分)のデータをほぼ同時に検出可能なセンスアンプSAが設けられている。各センスアンプSA(即ち、各バンクBNK)には、アドレスラッチALおよびデータラッチDLが設けられている。1つのアドレスラッチALは、複数のアドレスラッチ回路AL1〜AL4を含み、1つのデータラッチDLは、複数のデータラッチ回路DL1〜DL4を含む。アドレスラッチ回路は、データラッチ回路と対応しており、同数設けられている。例えば、各センスアンプSA(即ち、各バンクBNK)には、4つのアドレスラッチ回路AL1〜AL4および4つのデータラッチ回路DL1〜DL4が設けられている。
データラッチ回路DL1〜DL4は、それぞれ1ページ分のデータを一時的に保持可能であり、計4ページ(例えば、64×4ビット)分のデータを格納することができる。アドレスラッチ回路AL1〜AL4は、それぞれデータラッチ回路DL1〜DL4に格納されたデータの読出し元のアドレスまたは書込み先のアドレスを保持する。
例えば、データラッチ回路DL1〜DL3は、書込みデータまたはメモリセルアレイMCAへの書込みに失敗したフェイルデータを保持する。書込みデータおよびフェイルデータは、データラッチ回路DL1〜DL3のうち空いているデータラッチ回路へ保持される。データラッチ回路DL4は、メモリセルアレイMCAからの読出しデータを保持する読出しデータ専用のデータラッチ回路である。
例えば、データラッチ回路DL1がメモリセルアレイMCAへ書き込む1ページ分のデータ(書込み単位データ)を保持する場合、データラッチ回路DL1が書込み単位データを保持する第1データラッチ部として機能する。このとき、データラッチ回路DL1に対応するアドレスラッチ回路AL1はこの書込み単位データの書込み先を示す書込みアドレス(例えば、ページアドレス)を保持する。尚、データラッチ回路DL2(またはDL3)が書込み単位データを保持する場合には、データラッチ回路DL2(またはDL3)が書込み単位データを保持する第1データラッチ部として機能する。データラッチ回路DL2(またはDL3)に対応するアドレスラッチ回路AL2(またはAL3)が書込みアドレスを保持する第1アドレスラッチ部として機能する。
一方、データラッチ回路DL1がメモリセルアレイMCAへの書き込みに失敗した書込み単位データをフェイルデータとして保持する場合、データラッチ回路DL1は、フェイルデータを保持する第2データラッチ部として機能する。このとき、データラッチ回路DL1に対応するアドレスラッチ回路AL1はこのフェイルデータの書込み先を示すフェイルアドレス(例えば、バンクアドレスおよびページアドレス)を保持する。尚、データラッチ回路DL2(またはDL3)がフェイルデータを保持する場合には、データラッチ回路DL2(またはDL3)がフェイルデータを保持する第2データラッチ部として機能する。データラッチ回路DL2(またはDL3)に対応するアドレスラッチ回路AL2(またはAL3)がフェイルアドレスを保持する第2アドレスラッチ部として機能する。
第3データラッチ部としてのデータラッチ回路DL4は、メモリセルアレイMCAから読み出された1ページ分のデータ(読出し単位データ)を保持する。第3アドレスラッチ部としてのアドレスラッチ回路AL4は、読出し単位データの格納先を示す読出しアドレスを保持する。データラッチ回路DL4は、読出しデータに専用される。
データラッチ回路DL4は、読出しデータに専用されているが、データラッチ回路DL1〜DL3は、書込みデータおよびフェイルデータに汎用される。従って、書込みデータまたはフェイルデータは、データラッチ回路DL1〜DL3のうち空いているデータラッチ回路に保持すればよい。
尚、データラッチ回路DL1〜DL3に格納される書込みデータは、次の書込みサイクルでメモリセルアレイMCAへ書き込まれる予約データの場合もある。予約データは、データラッチ回路DL1〜DL3のいずれか空いているデータラッチ回路(第4データラッチ部)に保持される。予約データは、メモリセルアレイMCAへの書込みデータではあるが、第4データラッチ部に保持される段階(サイクル)では、メモリセルアレイMCAにはまだ書き込まれない。予約データは、第4データラッチ部に保持された後、実行コマンドが入力された段階(サイクル)でメモリセルアレイMCAへ書き込まれる。第4データラッチ部に対応する第4アドレスラッチ部(AL1〜AL3のいずれか)は、予約データの書き込み先を示す予約アドレスを保持する。
このように、データラッチ回路DL1〜DL3には、書込みデータ、フェイルデータおよび予約データが1ページずつ格納されている場合がある。この場合、アドレスラッチ回路AL1〜AL3には、それぞれデータラッチ回路DL1〜DL3に格納されているデータに対応するアドレスが格納される。
次に、第1実施形態によるSCM1の動作を説明する。
図3は、第1実施形態によるSCM1のデータ書込み動作を示すフロー図である。尚、データ書込み動作の主体は、制御部としてのアドレスコントローラAC、コマンドコントローラCCおよび/またはリード・ライトエンジンRWEである。
まず、データ書込み動作においては、入出力回路IOが書込みコマンドおよびそれに対応する書込みアドレスをメモリコントローラ20から入力する(S10)。アドレスコントローラは、このアドレスをアドレスラッチ回路AL1〜AL3のうち空いているアドレスラッチ回路に転送する。例えば、アドレスは、アドレスラッチ回路AL1に保持される。
次に、DQ端子を介して書込みデータが入力される(S20)。入出力回路IOは、シリアライザ・デシリアライザSDを介して書込みデータをデータラッチDLへ転送する。書込みデータは、上記アドレスが格納されたアドレスラッチ回路に対応するデータラッチ回路に保持される。例えば、アドレスがアドレスラッチ回路AL1に保持されている場合、書込みデータは、データラッチ回路DL1に保持される。
次に、センスアンプSAが書込み対象のアドレスで示されるページからデータを一旦読み出す(S30)。その読出しデータはデータラッチ回路DL4に一時的に保持される。
次に、リード・ライトエンジンRWEは、データラッチ回路DL1に保持された書込みデータとデータラッチ回路DL4に保持された読出しデータとを比較する(S40)。これにより、書込み対象のページのうちメモリセルのデータ状態が書込みデータと異なるメモリセル(ビット)が判明する。
次に、リード・ライトエンジンRWEは、メモリセルのデータ状態が書込みデータと異なるメモリセル(ビット)にデータを書き込む(S50)。リード・ライトエンジンRWEは、メモリセルのデータ状態が書込みデータと同じメモリセルには書込み動作を実行しない。このとき、リード・ライトエンジンRWEは、SET状態(低抵抗状態)を書き込み、次に、RESET状態(高抵抗状態)を書き込む。尚、リード・ライトエンジンRWEは、RESET状態(高抵抗状態)を書き込み、次に、SET状態(低抵抗状態)を書き込んでもよい。
書込みは、ワード線WLとビット線BLとに電圧差を発生させて、メモリセルMCに書込み電圧を印加することによって実行される。SET状態の書込みとRESET状態の書込みとでは、ワード線WLの電圧とビット線BLの電圧との大小関係が逆になる。
次に、ベリファイ動作を実行する(S60)。ベリファイ動作では、リード・ライトエンジンRWEが書込み対象ページのデータを読み出し、その読出しデータと書込みデータとを比較する。そのページ内において書込みデータの論理と一致しないメモリセル数(即ち、ビット数)が閾値未満の場合(S70のYES)、そのページの書込みは成功(パス)したことになる。書込みが成功した場合、そのページの書込み動作は終了する。
メモリセルMCに書込み電圧を印加する書込み動作とメモリセルMCにデータが書き込まれたか否かを検証するベリファイ動作は、1つの書込みループを構成する。書込みループは、例えば、ステップS50〜S70で示す動作である。書込みシーケンスは、ページ内のメモリセルにデータを書き込むために、複数の書込みループを繰り返す。1つの書込みシーケンスには、m回(mは2以上の整数)の書込みループが含まれる。mは、特に限定しないが、例えば、4つである。この場合、書込みループを4回実行しても、データが書き込まれないときに、そのアドレスおよびデータは、フェイルアドレスおよびフェイルデータとして第2データラッチ部(AL1〜AL3のいずれか)および第2データラッチ部(DL1〜DL3のいずれか)に保持される。
例えば、ページ内において書込みデータの論理と一致しないメモリセルのデータ数が閾値以上の場合(S70のNO)、ステップS50〜S70を再度実行する。ステップS50〜S70の書込みループは、ステップS70においてベリファイをパスしない限り、m回繰り返される(S80のNO)。もし、書込みループをm回繰り返してもベリファイをパスしない場合(S80のYES)、書込みデータは、フェイルデータとして第2データラッチ部(例えば、データラッチ回路DL2)に保持される。それとともに、書込みアドレスは、フェイルアドレスとして第2アドレスラッチ部(例えば、アドレスラッチ回路AL2)に保持される(S90)。
次に、EBF(Extension Buffer Flush)コマンドを受け取る(S100)と、リード・ライトエンジンRWEは、例えば、アドレスラッチ回路AL2に格納されたフェイルアドレスに従って、データラッチ回路DL2に格納されたフェイルデータをメモリセルアレイMCA内の該当ページへ再度書き込む。再書込みの書込みシーケンスは、ステップS30〜S90の書込みシーケンスと同様である。このとき、書込みループの実行回数は0にリセットされる。従って、ベリファイをパスしない限り、書込みループはm回繰り返される。
いずれかの書込みループにおいてベリファイをパスした場合、そのページの書込み動作は終了する。もし、EBFコマンドの発行後、書込みループをm回繰り返してもベリファイをパスしない場合(S80のYES)、書込みデータは、依然としてフェイルデータとして第2データラッチ部(例えば、データラッチ回路DL2)に格納され、書込みアドレスは、フェイルアドレスとして第2アドレスラッチ部(例えば、アドレスラッチ回路AL2)に格納される(S90)。
EBFコマンドによる書込みシーケンスは、n回(nは2以上の整数)だけ繰り返される。このとき、いずれかの書込みシーケンスにおいてベリファイをパスした場合、そのページの書込み動作は終了する。一方、EBFコマンドによる書込みシーケンスの繰り返し回数がn回に達しても、そのページのメモリセルがベリファイをパスしない場合(S110のYES)、メモリセルアレイMCAのそのページは不良ページと判断される(S120)。
ここで、不良ページと判断された場合のフェイルアドレスおよびフェイルデータの取り扱いについて説明する。
図4は、フェイルアドレスおよびフェイルデータの取り扱いを示すフロー図である。図5および図6は、フェイルアドレスおよびフェイルデータの取り扱いを示すタイミング図である。図5および図6において、信号CAは、SCM1に入力されるコマンドおよびアドレスを示す。FAはフェイルアドレス出力コマンドFAであり、BAはバンクアドレスであり、PAはページアドレスである。信号CASは、信号CAをSCM1に入力するときのタイミングを示すクロックである。信号REは、DQ端子から外部へデータを読み出すときのタイミングを示すクロックである。信号REは、信号CASの入力後、遅延時間tRLの経過以降に入力される。信号DQSは、データDQをSCM1からメモリチップ10の外部へ出力するタイミングを示すクロックである。信号DQSは、信号REの入力を受けて、信号REの入力後、遅延時間tDQSRE後に生成され、コントローラは信号DQSのタイミングで出力されたデータを取り込む。信号DQは、DQ端子から出力されるデータである。
図3のステップS120において不良ページと判断された後、SCM1は、図5に示すように、信号CASに従って、フェイルアドレスの出力指令を示す第1出力コマンドとしてのフェイルアドレス出力コマンドFAを入力する(S130)。フェイルアドレス出力コマンドFAは、SCM1では今までに無い新規のコマンドであり、フェイルアドレスをアドレスラッチ回路AL2からメモリチップ10の外部へ出力するコマンドである。フェイルアドレス出力コマンドFAに続いて、SCM1は、信号CASに従って、バンクアドレスBAを入力する(S140)。このバンクアドレスBAによってバンクBNKを特定すると、該当バンクBNKのアドレスラッチに保持された不良ページのアドレスが出力される。より詳細には、アドレスラッチAL1〜AL3のうち不良アドレスを格納しているアドレスラッチにはポインタ(フラグ)が立っている。そのポインタの立っているアドレスラッチのデータをDQへ出力する。
バンクアドレスBAは、複数のバンクを1つのグループとしたバンクグループのアドレスであってもよい。
バンクアドレスBAは、複数のバンクを1つのグループとしたバンクグループのアドレスであってもよい。
遅延時間tRLの経過後、信号REが入力され、その後、遅延時間tDQSREの経過後、信号DQSに従って、フェイルアドレスがアドレスラッチ回路AL2からDQ端子を介して出力される(S150)。即ち、制御部としてのリード・ライトエンジンRWEは、フェイルアドレス出力コマンドFAの入力に応じて、アドレスラッチ回路AL2からフェイルアドレスを出力する。尚、図5の信号CAにおいて、バンクアドレスBAおよびページアドレスPAの後に入力される信号は無くてもよい。また、信号DQから出力されるフェイルアドレスは、例えば、4つの8ビットデータであり、その後のデータは無くてもよい。
次に、図6に示すように、SCM1は、信号CASに従って、フェイルデータの出力指令を示す第2出力コマンドとしてフェイルデータ出力コマンドFDを入力する(S160)。フェイルデータ出力コマンドFDに続いて、SCM1は、信号CASに従って、バンクアドレスBAおよびページアドレスPAを入力する(S165)。フェイルデータ出力コマンドFDは、SCM1では今までに無い新規のコマンドであり、フェイルデータをデータラッチ回路DL2からメモリチップ10の外部へ出力するコマンドである。このバンクアドレスBAによってバンクBNKを特定すると、該当バンクBNKのアドレスラッチに保持された不良ページのアドレスが出力される。より詳細には、アドレスラッチAL1〜AL3のうち不良アドレスを格納しているアドレスラッチにはポインタ(フラグ)が立っている。そのポインタの立っているアドレスラッチのデータをDQへ出力する。バンクアドレスBAは、複数のバンクを1つのグループとしたバンクグループのアドレスであってもよい。
遅延時間tRLの経過後、信号REが入力され、その後、遅延時間tDQSREの経過後、信号DQSに従って、フェイルデータがデータラッチ回路DL2からDQ端子を介して出力される(S170)。即ち、リード・ライトエンジンRWEは、フェイルデータ出力コマンドFDの入力に応じて、データラッチ回路DL2からフェイルデータを出力する。尚、図6の信号CAにおいて、バンクアドレスBAおよびページアドレスPAの後に入力される信号は無くてもよい。また、信号DQから出力されるデータは、例えば、8つの8ビットデータである。
メモリチップ10から出力されたフェイルアドレスおよびフェイルデータは、メモリコントローラ20に格納されてもよく、あるいは、SCM1から出力されてホストCPU2に格納されてもよい。
このように、本実施形態によるSCM1は、データ書込み動作において、書込み不良となった不良ページのフェイルアドレスを、フェイルアドレス出力コマンドFAに応じて、アドレスラッチ回路AL2から出力する。また、SCM1は、不良ページのフェイルデータを、フェイルデータ出力コマンドFDに応じて、データラッチ回路DL2から出力する。これにより、データ書込み動作において、不良ページのフェイルアドレスおよびフェイルデータをSCM1の外部へ出力することができ、チップ外部のメモリコントローラ20あるいはSCM1の外部のホストCPU2がフェイルアドレスおよびフェイルデータを格納することができる。
もし、フェイルアドレス出力コマンドFAおよびフェイルデータ出力コマンドFDが設定されていない場合、フェイルアドレスおよびフェイルデータは、SCM1の外部へ出力されず、アドレスラッチ回路AL2およびデータラッチ回路DL1においてリセットされ消去されてしまう。この場合、チップ外部のメモリコントローラ20あるいはSCM1の外部のホストCPU2はフェイルアドレスおよびフェイルデータを格納していないので、フェイルアドレスおよびフェイルデータが不明となってしまう。
これに対し、本実施形態によるSCM1は、フェイルアドレスおよびフェイルデータをSCM1の外部へ出力するので、チップ外部のメモリコントローラ20あるいはSCM1の外部のホストCPU2がフェイルアドレスおよびフェイルデータを格納することができる。その結果、書込み不良と判断されても、フェイルデータおよびフェイルアドレスを消失させることなく、これらのフェイルアドレスおよびフェイルデータの特定が容易となる。フェイルアドレスが判明することによって、メモリコントローラ20あるいはホストCPU2は、メモリセルアレイMCAのどのバンクBNKのどのページが不良ページであるかを知ることができる。メモリコントローラ20またはホストCPU2は、フェイルアドレスにアクセス制限を掛けることができ、無駄なアクセス動作を省略することができる。
フェイルアドレスおよびフェイルデータは、ホストCPU2を介してユーザが参照できるようにしてもよい。あるいは、フェイルデータは、フェイルアドレスとは異なる再書込みアドレスを用いてメモリセルアレイMCAの別ページに再度、書き込んでもよい。フェイルデータを別ページに書き込む場合、リード・ライトエンジンRWEは、フェイルデータの再書き込みを示す再書込みコマンドREPROおよび再書込みアドレスを入力し、再書込みコマンドREPROに応じてフェイルデータを、メモリセルアレイMCAの再書込みアドレスへ書き込む。
これにより、メモリセルアレイMCAの或るページが壊れていても、他のページへフェイルデータを格納することができる。
(第2実施形態)
第1実施形態において、SCM1は、フェイルアドレスおよびフェイルデータをSCM1の外部へ出力している。これに対し、第2実施形態によるSCM1は、フェイルアドレスおよびフェイルデータを外部へ出力することなく、再書込みコマンドREPROに応じて、フェイルデータをメモリセルアレイの別のアドレスへ書き込む。
第1実施形態において、SCM1は、フェイルアドレスおよびフェイルデータをSCM1の外部へ出力している。これに対し、第2実施形態によるSCM1は、フェイルアドレスおよびフェイルデータを外部へ出力することなく、再書込みコマンドREPROに応じて、フェイルデータをメモリセルアレイの別のアドレスへ書き込む。
図7は、第2実施形態によるSCM1の動作を示すフロー図である。図8は、第2実施形態によるSCM1の動作を示すタイミング図である。
図3のステップS10〜S120の実行後、書込み対象のページが不良と判断された場合、フェイルアドレスおよびフェイルデータは、第2アドレスラッチ部(例えば、アドレスラッチ回路AL2)および第2データラッチ部(例えば、データラッチ回路DL2)に保持される。
次に、図8に示すように、SCM1は、信号CASに従って、フェイルデータの再書き込みを示す再書込みコマンドREPROを入力する(S132)。再書込みコマンドREPROは、SCM1では今までに無い新規のコマンドであり、フェイルデータをアドレスラッチ回路AL2からメモリセルアレイMCAへ再度書込みを指示するコマンドである。再書込みコマンドREPROに続いて、SCM1は、信号CASに従って、バンクアドレスBAおよびページアドレスPA1を入力する(S142)。再書込みアドレスとしてのページアドレスPA1は、フェイルアドレスと同じバンク内における別ページのアドレスである。バンクアドレスBAは、複数のバンクを1つのグループとしたバンクグループのアドレスであってもよい。
ここで、第2実施形態では、フェイルデータは、データラッチ回路DL2に依然として保持されている。従って、リード・ライトエンジンRWEは、再書込みコマンドREPROおよび再書込みアドレスとしてのページアドレスPA1を入力したときに、再書込みコマンドREPROに応じてデータラッチ回路DL2のフェイルデータを、フェイルページとは異なるページアドレスPA1へ書き込めばよい(S152)。即ち、SCM1は、フェイルデータを外部から入力する必要がない。
このように、第2実施形態によるSCM1は、再書込みコマンドREPROが入力されたときには、内部のデータラッチ回路DL2に保持されたフェイルデータを別アドレスのページに書き込む。これにより、第2実施形態のSCM1は、フェイルデータを消失することなく、別のページへ格納することができる。また、フェイルデータを外部から入力する必要がない。これにより、メモリコントローラ20またはホストCPU2は、フェイルデータを保持する必要がなくなる。
(第3実施形態)
図9は、第3実施形態による各種のデバイスを構成要素とするメモリシステム、ストレージシステムの一例の概要図である。
図9において、縦軸はデバイスごとのアクセス時間の一例である。これらの数値は変更可能であるが、上位のデバイスのアクセス時間は一般に下位のデバイスのアクセス時間よりも短い。横軸は概念的なメモリ容量である。各デバイスを示した領域の底辺が大きいほど、メモリ容量が大きい。
図9のメモリシステムまたはストレージシステムの最上位のデバイスであるSRAMはCPUと第1インタフェースを介して接続されている。或いは、SRAMはCPUに内蔵されている。
図9のメモリシステムまたはストレージシステムのSRAMの下位に位置するデバイスであるDRAMは、CPUと第1インタフェースを介してCPUまたはSRAMに接続されている。DRAMは、第1インタフェースと異なる第2インタフェースを介してCPUまたはSRAMに接続されてもよい。あるいは、DRAMは、CPUに内蔵されていてもよい。
図9のメモリシステムまたはストレージシステムのDRAMの下位に位置するデバイスであるSCMは、CPUと第1インタフェースまたは第2インタフェースを介してCPUまたはDRAMに接続されている。SCMは、第1および第2インタフェースと異なる第3インタフェースを介してCPUまたはDRAMに接続されてもよい。あるいは、SCMは、CPUに内蔵されていてもよい。
尚、これらのSRAM、DRAM、SCMは、必ずしも全てが必要ではなく、一部のみで構成されてよい。
SCMより下位のデバイスであるHDD/NAND/eMMCは、メモリシステムまたはストレージシステムとして一体に構成されてよいが、図示したように、たとえば、on−line storageとして、メモリシステムまたはストレージシステムから物理的に離れて構成されていてもよい。
最下位デバイスであるHDD/Tapeは、メモリシステムまたはストレージシステムとして一体に構成されてよいが、たとえば、off−line storageとして、メモリシステムまたはストレージシステムから物理的に離れて構成されていてもよい。
ここで、SCMは第1実施形態または第2実施形態のSCM1であってよい。また、CPUは図1のHostCPU2であってよい。
図1のメモリコントローラ(コントローラ)20はSCMのメモリコントローラであるが、例えば、図9中の上位デバイスであるDRAMのメモリコントローラと兼用されてもよい。また、下位デバイスのNAND/eMMC/HDD/Tapeのメモリコントローラと兼用されてもよい。
(第3実施形態)
図9は、第3実施形態による各種のデバイスを構成要素とするメモリシステム、ストレージシステムの一例の概要図である。
図9において、縦軸はデバイスごとのアクセス時間の一例である。これらの数値は変更可能であるが、上位のデバイスのアクセス時間は一般に下位のデバイスのアクセス時間よりも短い。横軸は概念的なメモリ容量である。各デバイスを示した領域の底辺が大きいほど、メモリ容量が大きい。
図9のメモリシステムまたはストレージシステムの最上位のデバイスであるSRAMはCPUと第1インタフェースを介して接続されている。或いは、SRAMはCPUに内蔵されている。
図9のメモリシステムまたはストレージシステムのSRAMの下位に位置するデバイスであるDRAMは、CPUと第1インタフェースを介してCPUまたはSRAMに接続されている。DRAMは、第1インタフェースと異なる第2インタフェースを介してCPUまたはSRAMに接続されてもよい。あるいは、DRAMは、CPUに内蔵されていてもよい。
図9のメモリシステムまたはストレージシステムのDRAMの下位に位置するデバイスであるSCMは、CPUと第1インタフェースまたは第2インタフェースを介してCPUまたはDRAMに接続されている。SCMは、第1および第2インタフェースと異なる第3インタフェースを介してCPUまたはDRAMに接続されてもよい。あるいは、SCMは、CPUに内蔵されていてもよい。
尚、これらのSRAM、DRAM、SCMは、必ずしも全てが必要ではなく、一部のみで構成されてよい。
SCMより下位のデバイスであるHDD/NAND/eMMCは、メモリシステムまたはストレージシステムとして一体に構成されてよいが、図示したように、たとえば、on−line storageとして、メモリシステムまたはストレージシステムから物理的に離れて構成されていてもよい。
最下位デバイスであるHDD/Tapeは、メモリシステムまたはストレージシステムとして一体に構成されてよいが、たとえば、off−line storageとして、メモリシステムまたはストレージシステムから物理的に離れて構成されていてもよい。
ここで、SCMは第1実施形態または第2実施形態のSCM1であってよい。また、CPUは図1のHostCPU2であってよい。
図1のメモリコントローラ(コントローラ)20はSCMのメモリコントローラであるが、例えば、図9中の上位デバイスであるDRAMのメモリコントローラと兼用されてもよい。また、下位デバイスのNAND/eMMC/HDD/Tapeのメモリコントローラと兼用されてもよい。
尚、本実施形態による半導体記憶装置は、
メモリセルアレイから読み出された読出し単位データを保持する第3データラッチ部と、
読出し単位データの格納先を示す読出しアドレスを保持する第3アドレスラッチ部と、
次の書込みサイクルで前記メモリセルアレイへ書き込む書込み単位データを予約データとして保持する第4データラッチ部と、
予約データの書き込み先を示す予約アドレスを保持する第4アドレスラッチ部とをさらに備えてもよい。
メモリセルアレイから読み出された読出し単位データを保持する第3データラッチ部と、
読出し単位データの格納先を示す読出しアドレスを保持する第3アドレスラッチ部と、
次の書込みサイクルで前記メモリセルアレイへ書き込む書込み単位データを予約データとして保持する第4データラッチ部と、
予約データの書き込み先を示す予約アドレスを保持する第4アドレスラッチ部とをさらに備えてもよい。
制御部は、フェイルデータの再書き込みを示す再書込みコマンド(REPRO)およびフェイルアドレスとは異なる再書込みアドレスを入力し、再書込みコマンドに応じて第2データラッチ部のフェイルデータを、メモリセルアレイの再書込みアドレスへ書き込んでもよい。
制御部は、再書込みコマンドが入力されたときには、フェイルデータを外部から入力しない。
メモリセルアレイと、第1および第2データラッチ部と、第1および第2アドレスラッチ部と、制御部とは、1つの半導体チップに組み込まれていてもよい。
メモリセルアレイに書込み単位データを書き込む書込みシーケンスは、書込み電圧を印加する書込み動作と、メモリセルアレイにデータが書き込まれたか否かを検証するベリファイ動作と、を有するm回(mは2以上の整数)の書込みループを含み、
書込みシーケンスにおいて書込み単位データが書き込まれなかった場合に該書込みシーケンスを再度実行し、該書込みシーケンスの繰り返し回数がn(nは2以上の整数)に達したときに、第1出力コマンドを入力してもよい。
書込みシーケンスにおいて書込み単位データが書き込まれなかった場合に該書込みシーケンスを再度実行し、該書込みシーケンスの繰り返し回数がn(nは2以上の整数)に達したときに、第1出力コマンドを入力してもよい。
メモリセルアレイに書込み単位データを書き込む書込みシーケンスは、書込み電圧を印加する書込み動作と、メモリセルアレイにデータが書き込まれたか否かを検証するベリファイ動作と、を有するm回(mは2以上の整数)の書込みループを含み、
書込みシーケンスにおいて書込み単位データが書き込まれなかった場合に該書込みシーケンスを再度実行し、該書込みシーケンスの繰り返し回数がn(nは2以上の整数)に達したときに、再書込みコマンドおよび再書込みアドレスを入力してもよい。
本実施形態によるメモリシステムは、CPUと、
CPUに接続された揮発性メモリと、
CPUまたは揮発性メモリに接続され、揮発性メモリよりもアクセス時間が長い請求項1に記載の半導体記憶装置と、
CPU、揮発性メモリ、または、半導体記憶装置に接続され、
半導体記憶装置よりもアクセス時間が長いストレージとを備えたメモリスステムであってもよい。
書込みシーケンスにおいて書込み単位データが書き込まれなかった場合に該書込みシーケンスを再度実行し、該書込みシーケンスの繰り返し回数がn(nは2以上の整数)に達したときに、再書込みコマンドおよび再書込みアドレスを入力してもよい。
本実施形態によるメモリシステムは、CPUと、
CPUに接続された揮発性メモリと、
CPUまたは揮発性メモリに接続され、揮発性メモリよりもアクセス時間が長い請求項1に記載の半導体記憶装置と、
CPU、揮発性メモリ、または、半導体記憶装置に接続され、
半導体記憶装置よりもアクセス時間が長いストレージとを備えたメモリスステムであってもよい。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
1 SCM、2 ホストCPU、10 メモリチップ、20 メモリコントローラ、MCA メモリセルアレイ、CD カラムデコーダ、RD ロウデコーダ、SA センスアンプ、DL データラッチ、AL アドレスラッチ、PC 周辺回路、VG 電圧ジェネレータ、RWE リード・ライトエンジン、SD シリアライザ・デシリアライザ、AC アドレスコントローラ、CC コマンドコントローラ、IO 入出力回路、AL1〜AL4 アドレスラッチ回路、DL1〜DL4 データラッチ回路
Claims (7)
- メモリセルアレイと、
前記メモリセルアレイへの書込み単位データを保持する第1データラッチ部と、
前記書込み単位データの書き込み先を示す書込みアドレスを保持する第1アドレスラッチ部と、
前記メモリセルアレイへの書き込みに失敗した前記書込み単位データをフェイルデータとして保持する第2データラッチ部と、
前記フェイルデータの書き込み先を示すフェイルアドレスを保持する第2アドレスラッチ部と、
前記フェイルアドレスの出力を示す第1出力コマンドの入力に応じて、前記第2アドレスラッチ部から前記フェイルアドレスを出力し、かつ、前記フェイルデータの出力を示す第2出力コマンドの入力に応じて、前記第2データラッチ部から前記フェイルデータを出力する制御部とを備えた半導体記憶装置。 - メモリセルアレイと、
前記メモリセルアレイへの書込み単位データを保持する第1データラッチ部と、
前記書込み単位データの書き込み先を示す書込みアドレスを保持する第1アドレスラッチ部と、
前記メモリセルアレイへの書き込みに失敗した前記書込み単位データをフェイルデータとして保持する第2データラッチ部と、
前記フェイルデータの書き込み先を示すフェイルアドレスを保持する第2アドレスラッチ部と、
前記フェイルデータの再書き込みを示す再書込みコマンドおよび前記フェイルアドレスとは異なる再書込みアドレスを入力し、前記再書込みコマンドに応じて前記第2データラッチ部の前記フェイルデータを、前記メモリセルアレイの前記再書込みアドレスへ書き込む制御部とを備えた半導体記憶装置。 - 前記メモリセルアレイは抵抗変化型メモリである、請求項1または請求項2に記載の半導体記憶装置。
- 前記メモリセルアレイに前記書込み単位データを書き込む書込みシーケンスは、書込み電圧を印加する書込み動作と、前記メモリセルアレイにデータが書き込まれたか否かを検証するベリファイ動作と、を有するm回(mは2以上の整数)の書込みループを含み、
前記制御部は、前記書込みシーケンスにおいて前記書込み単位データが書き込まれなかった場合に該書込みシーケンスを再度実行し、該書込みシーケンスの繰り返し回数がn(nは2以上の整数)に達したときに、前記第1出力コマンドを入力して前記第2アドレスラッチ部から前記フェイルアドレスを出力し、かつ、前記第2出力コマンドを入力して前記第2データラッチ部から前記フェイルデータを出力する、請求項1または請求項3に記載の半導体記憶装置。 - 前記メモリセルアレイに前記書込み単位データを書き込む書込みシーケンスは、書込み電圧を印加する書込み動作と、前記メモリセルアレイにデータが書き込まれたか否かを検証するベリファイ動作と、を有する所定回数の書込みループを含み、
前記制御部は、前記書込みシーケンスにおいて前記書込み単位データが書き込まれなかった場合に該書込みシーケンスを再度実行し、該書込みシーケンスの繰り返し回数がn(nは2以上の整数)に達したときに、前記再書込みコマンドおよび前記再書込みアドレスを入力し、前記再書込みコマンドに応じて前記第2データラッチ部の前記フェイルデータを、前記メモリセルアレイの前記再書込みアドレスへ書き込む、請求項2または請求項3に記載の半導体記憶装置。 - メモリセルアレイと、前記メモリセルアレイへの書込み単位データを保持する第1データラッチ部と、前記書込み単位データの書き込み先を示す書込みアドレスを保持する第1アドレスラッチ部と、前記メモリセルアレイへの書き込みに失敗した前記書込み単位データをフェイルデータとして保持する第2データラッチ部と、前記フェイルデータの書き込み先を示すフェイルアドレスを保持する第2アドレスラッチ部とを備えた半導体記憶装置の制御方法であって、
前記フェイルアドレスの出力を示す第1出力コマンドを入力し、
前記第1出力コマンドに応じて前記第2アドレスラッチ部から前記フェイルアドレスを出力し、
前記フェイルデータの出力を示す第2出力コマンドを入力し、
前記第2出力コマンドに応じて前記第2データラッチ部から前記フェイルデータを出力することを具備する半導体記憶装置の制御方法。 - メモリセルアレイと、前記メモリセルアレイへの書込み単位データを保持する第1データラッチ部と、前記書込み単位データの書き込み先を示す書込みアドレスを保持する第1アドレスラッチ部と、前記メモリセルアレイへの書き込みに失敗した前記書込み単位データをフェイルデータとして保持する第2データラッチ部と、前記フェイルデータの書き込み先を示すフェイルアドレスを保持する第2アドレスラッチ部とを備えた半導体記憶装置の制御方法であって、
前記フェイルデータの再書き込みを示す再書込みコマンドおよび前記フェイルアドレスとは異なる再書込みアドレスを入力し、
前記再書込みコマンドに応じて前記第2データラッチ部の前記フェイルデータを、前記メモリセルアレイの前記再書込みアドレスへ書き込むことを具備した半導体記憶装置の制御方法。
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