JP7332493B2 - メモリシステムおよび半導体記憶装置 - Google Patents

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Description

本実施形態は、メモリシステムおよび半導体記憶装置に関する。
従来、NAND型フラッシュメモリなどの半導体記憶装置が知られている。NAND型フラッシュメモリに既に書き込まれたデータの改変を防止するために、NAND型フラッシュメモリはワード線内の電荷が放電された状態で電源断することが求められる。しかしながら、急峻な電源断(abrupt shutdown)時においては、放電を完了することができない場合がある。
特開2010-232848号公報 特許第5300298号公報 米国特許第8116145号明細書
一つの実施形態は、急峻な電源断時においてもワード線に残留する電荷を放電することができるメモリシステムおよび半導体記憶装置を提供することを目的とする。
一つの実施形態によれば、メモリシステムは、半導体記憶装置と、第1電力を生成する電源回路と、第1電力に基づいて動作し、半導体記憶装置にコマンドを送信するメモリコントローラと、を備える。半導体記憶装置は、第1端子と、第2端子と、ワード線と、第1回路と、第2回路と、を備える。第1端子には、第1電力が入力される。第2端子には、第1端子の電圧が降下した後でも利用可能な第2電力が入力される。ワード線は、メモリセルトランジスタの制御ゲートに接続されている。第1回路は、第1端子に入力された第1電力に基づいてワード線にコマンドに応じた電圧を印加する。第2回路は、第1端子の電圧が降下した際に、第2端子に入力された第2電力を用いてワード線の電荷を放電する。
図1は、第1の実施形態にかかるメモリシステムの構成の一例を示す模式的な図である。 図2は、第1の実施形態にかかる各メモリチップの構成を示す模式的なブロック図である。 図3は、第1の実施形態にかかるメモリセルアレイの構成例を示す模式的な図である。 図4は、第1の実施形態にかかるブロックBLKの回路構成を示す模式的な図である。 図5は、第1の実施形態にかかる、ワード線に残留する電荷を放電するためのさらに詳しい構成の一例を示す模式的な図である。 図6は、第1の実施形態にかかるメモリチップの動作の一例を示すフローチャートである。 図7は、第2の実施形態にかかるメモリチップの構成の一例を示す図である。 図8は、第2の実施形態にかかる第2電力の供給源の一例を説明するための図である。 図9は、第2の実施形態にかかる第2電力の供給源の別の一例を説明するための図である。 図10は、第3の実施形態にかかるメモリシステムの構成の一例を示す模式的な図である。 図11は、第3の実施形態にかかるメモリシステムの動作の一例を示すフローチャートである。
以下に添付図面を参照して、実施形態にかかるメモリシステムおよび半導体記憶装置を詳細に説明する。なお、これらの実施形態により本発明が限定されるものではない。
(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態にかかるメモリシステムの構成の一例を示す模式的な図である。図1に示されるように、メモリシステム100は、ホスト200と所定の通信インタフェースで接続される。ホスト200は、例えばパーソナルコンピュータ、携帯情報端末、またはサーバなどが該当する。メモリシステム100は、ホスト200から種々の要求を受け付けることができる。また、メモリシステム100は、外部電源300に接続されており、外部電源300からの電力の供給を受ける。
メモリシステム100は、メモリコントローラ1と、電源IC(Power Supply Integrated Circuit)2と、NAND型のフラッシュメモリ(NANDメモリ)3と、RAM(Random Access Memory)4と、キャパシタ5と、を備えている。電源IC2は、電源回路(Power Supply Circuitry)に相当する。キャパシタ5は、第1キャパシタに相当する。
電源IC2は、外部電源300から入力される電力に基づいて、メモリコントローラ1、NANDメモリ3、およびRAM4を駆動するための電力を生成する。そして、電源IC2は、生成した電力をそれらに供給する。なお、外部電源300から電源IC2に入力される電力は、第3電力に相当する。また、電源IC2が生成した、メモリコントローラ1、NANDメモリ3、およびRAM4を駆動するための電力は、第1電力に相当する。
メモリコントローラ1は、ホスト200とNANDメモリ3との間のデータ転送を含む様々な処理を実行する。そのための構成として、メモリコントローラ1は、CPU(Central Processing Unit)11、NANDC(NAND Controller)12、ホストI/F(Interface)13、およびRAMC(RAM Controller)14を備えている。
CPU11は、ファームウェアプログラムに基づいてメモリコントローラ1全体の制御を実現する。NANDC12は、CPU11からの指示に基づいて、NANDメモリ3に対するアクセス(データの書き込み、データの読み出し、およびデータの消去)を行うためのコマンドを対象のメモリチップ30に送信したり、メモリチップ30との間で当該コマンドに対応したデータの送受信を行ったりする。ホストI/F13は、ホスト200との間でデータや要求などの情報を送受信する。RAMC14は、RAM4に対するアクセス(データの書き込み、データの読み出し、およびデータの消去)を実行する。
RAM4は、バッファまたはキャッシュとしてのエリアをメモリコントローラ1に提供する。例えば、メモリコントローラ1は、RAM4を、ホスト200とNANDメモリ3との間で転送されるデータのバッファとして使用したり、論物変換情報などの各種管理情報を一時的に格納するエリアとして使用したりすることができる。なお、論物変換情報は、ホスト200がデータの位置の指定に使用する論理アドレスと、NANDメモリ3における当該データが格納される位置を示す物理アドレスと、の対応を記録した情報である。
NANDメモリ3は、1以上のメモリチップ30によって構成される。図1の例では、NANDメモリ3は、4つのメモリチップ30によって構成されている。各メモリチップ30は、半導体記憶装置に相当する。
図1では簡略的に描画されているが、4つのメモリチップ30のそれぞれは、IO信号線および制御信号線を含む配線群10によって、メモリコントローラ1と接続されている。IO信号線は、例えば、データ、アドレス、およびコマンドを送受信するための信号線である。制御信号線は、例えば、WE(ライトイネーブル)信号、RE(リードイネーブル)信号、CLE(コマンドラッチイネーブル)信号、ALE(アドレスラッチイネーブル)信号、WP(ライトプロテクト)信号等を送受信するための信号線である。
メモリコントローラ1と4つのメモリチップ30との接続関係は、任意に構成され得る。例えば、配線群10の一端がメモリコントローラ1に接続され、当該配線群10の他端が複数(例えば2つまたは4つ)に分岐されて、分岐先にそれぞれ異なるメモリチップ30が接続されていてもよい。または、メモリコントローラ1には4セットの配線群10の一端が接続されて、当該4セットの配線群10のそれぞれの他端にそれぞれ異なるメモリチップ30が接続されていてもよい。
4つのメモリチップ30のそれぞれは、電源IC2から電力の入力を受けることができる。
また、4つのメモリチップ30のそれぞれは、1つのキャパシタ5に接続されている。メモリシステム100の動作中には、キャパシタ5が充電され、キャパシタ5は、所定量の電力を蓄えた状態となる。そして、電源断時には、キャパシタ5に蓄えられた電力は、ワード線に残留する電荷の放電の制御に使用される。
なお、図1に示されるメモリチップ30とキャパシタ5との接続関係は一例である。例えば、メモリシステム100は、4つのキャパシタ5を備え、4つのメモリチップ30のそれぞれは、4つのキャパシタ5のいずれかと一対一に接続されてもよい。または、メモリシステム100は、2つのキャパシタ5を備え、2つのキャパシタ5のそれぞれには、2つのメモリチップ30が接続されてもよい。このように、メモリチップ30とキャパシタ5との接続関係は任意に変更され得る。
キャパシタ5の役割やワード線に残留する電荷の放電の制御については後ほど詳述される。
図2は、第1の実施形態にかかる各メモリチップ30の構成を示す模式的なブロック図である。
メモリチップ30は、IO信号処理回路301、制御信号処理回路302、制御回路303、コマンドレジスタ304、アドレスレジスタ305、ステータスレジスタ306、電圧生成回路307、放電制御回路308、RY/BY生成回路309、パワーオンリセット回路310、カラムバッファ311、カラムデコーダ312、データレジスタ313、センスアンプ314、メモリセルアレイ315、ロウアドレスバッファデコーダ316、およびロウアドレスデコーダ317を備える。
また、メモリチップ30は、電源IC2から電力が入力されるVcc端子と、接地電位が接続されるVss端子と、を備えている。Vcc端子に入力された電力は、放電制御回路308を除く各回路ブロックに供給される。
パワーオンリセット回路310は、Vcc端子に接続されている。パワーオンリセット回路310は、Vcc端子の電圧の立ち上がりを検出すると、各回路ブロックのリセットを実行する。また、パワーオンリセット回路310は、Vcc端子の電圧の降下を検出すると、放電制御回路308に所定の信号を送信する。
なお、Vcc端子の電圧の降下の検出方法は、特定の方法に限定されない。一例では、パワーオンリセット回路310は、Vcc端子の電圧が所定のしきい値を下回ったとき、Vcc端子の電圧が降下したと判定することができる。しきい値は、例えば、メモリチップ30の動作に必要な電圧の最低値に基づいて設定される。
制御信号処理回路302は、制御信号を受信して、受け付けた制御信号に基づいて、IO信号処理回路301に送られてきたIO信号がコマンド、アドレス、およびデータのいずれであるかを判断する。また、制御信号処理回路302は、受け付けた制御信号を制御回路303に転送する。
IO信号処理回路301は、IO信号線を介してメモリコントローラ1との間でIO信号を送受信するためのバッファ回路である。IO信号処理回路301は、IO信号として送られてきたコマンド、アドレス、データを、夫々、コマンドレジスタ304、アドレスレジスタ305、データレジスタ313に振り分けて格納する。
アドレスレジスタ305に格納されたアドレスは、ロウアドレスおよびカラムアドレスを含む。ロウアドレスはロウアドレスバッファデコーダ316に送られ、カラムアドレスはカラムバッファ311に送られる。
制御回路303は、制御信号処理回路302を介して受信する各種制御信号に基づいて状態(ステート)遷移する状態遷移回路(ステートマシン)である。制御回路303は、各種制御信号と、コマンドレジスタ304に格納されたコマンドと、に基づいてメモリチップ30全体の動作を制御する。
また、制御回路303は、動作の制御の状態または動作の制御の結果などを示すステータス情報を生成して、ステータス情報をステータスレジスタ306に格納する。制御回路303は、ステータスレジスタ306に格納されたステータス情報を、メモリコントローラ1などからのステータスリードコマンドに応じてIO信号処理回路301を介して出力することができる。
RY/BY生成回路309は、制御回路303による制御の下でRY/BY信号線の状態をレディー状態(RY)とビジー状態(BY)との間で遷移させる。
メモリセルアレイ315は、複数のメモリセルトランジスタが配列された構成を有している。メモリセルアレイ315には、ホスト2から受信したデータが格納される。
図3は、第1の実施形態にかかるメモリセルアレイ315の構成例を示す模式的な図である。本図に示されるように、メモリセルアレイ315は、各々が複数の不揮発性メモリセルトランジスタの集合である複数のブロックBLK(BLK0、BLK1、…)を備える。ブロックBLKの各々は、それぞれがワード線およびビット線に関連付けられたメモリセルトランジスタの集合である複数のストリングユニットSU(SU0、SU1、…)を備える。ストリングユニットSUの各々は、メモリセルトランジスタが直列接続された複数のNANDストリング114を備える。なお、ストリングユニットSU内のNANDストリング114の数は任意である。
図4は、第1の実施形態にかかるブロックBLKの回路構成を示す模式的な図である。なお、各ブロックBLKは、同一の構成を有している。ブロックBLKは、例えば4つのストリングユニットSU0~SU3を有する。各ストリングユニットSUは、複数のNANDストリング114を含む。
NANDストリング114の各々は、例えば64個のメモリセルトランジスタMT(MT0~MT63)および選択トランジスタST1、ST2を含んでいる。メモリセルトランジスタMTは、制御ゲートと電荷蓄積層とを備え、データを不揮発に保持する。そして64個のメモリセルトランジスタMT(MT0~MT63)は、選択トランジスタST1のソースと選択トランジスタST2のドレインとの間に直列接続されている。なお、メモリセルトランジスタMTは、電荷蓄積層に絶縁膜を用いたMONOS型であってもよいし、電荷蓄積層に導電膜を用いたFG型であってもよい。さらに、NANDストリング114内のメモリセルトランジスタMTの個数は64個に限定されない。
ストリングユニットSU0~SU3の各々における選択トランジスタST1のゲートは、それぞれ選択ゲート線SGD0~SGD3に接続される。これに対してストリングユニットSU0~SU3の各々における選択トランジスタST2のゲートは、例えば選択ゲート線SGSに共通接続される。ストリングユニットSU0~SU3の各々における選択トランジスタST2のゲートは、ストリングユニットSU毎に異なる選択ゲート線SGS0~SGS3に接続されてもよい。同一のブロックBLK内にあるメモリセルトランジスタMT0~MT63の制御ゲートは、それぞれワード線WL0~WL63に共通接続される。
ストリングユニットSU内にある各NANDストリング114の選択トランジスタST1のドレインは、それぞれ異なるビット線BL(BL0~BL(L-1)、但しLは2以上の自然数)に接続される。また、ビット線BLは、複数のブロックBLK間で各ストリングユニットSU内にある1つのNANDストリング114を共通に接続する。更に、各選択トランジスタST2のソースは、ソース線SLに共通に接続されている。
つまりストリングユニットSUは、異なるビット線BLに接続され、且つ同一の選択ゲート線SGDに接続されたNANDストリング114の集合である。またブロックBLKは、ワード線WLを共通にする複数のストリングユニットSUの集合である。そしてNANDストリング114は、ビット線BLを共通にする複数のブロックBLKの集合である。
データの書き込みおよびデータの読み出しは、1つのストリングユニットSUにおける1つのワード線WLに接続されたメモリセルトランジスタMTに対して、一括して実行され得る。また、データの消去は、1つのブロックBLK単位で実行され得る。
なお、図2および図3を用いて説明されたメモリセルアレイ315の構成はあくまでも一例である。メモリセルアレイ315の構成は、図2および図3を用いて説明された構成に限定されない。以降、メモリセルトランジスタを、メモリセルと表記する。
図2に説明を戻す。電圧生成回路307は、Vcc端子に入力された電力に基づいて、メモリセルアレイ315に対するアクセス(データの書き込み、データの読み出し、およびデータの消去)に必要な種々の電圧を生成する。
ロウアドレスデコーダ317、カラムデコーダ312、センスアンプ314は、制御回路303による制御に基づいて、メモリセルアレイ315に対するアクセス(データの書き込み、データの読み出し、およびデータの消去)を実行する。なお、制御回路303、電圧生成回路307、およびロウアドレスデコーダ317は、コマンドに応じた電圧をワード線に印加する第1回路に相当する。
例えばデータの書き込みの際には、カラムデコーダ312は、カラムバッファ311に格納されたカラムアドレスに対応したビット線BLを選択する。制御回路303は、選択されたビット線の電位をゼロとする。ロウアドレスデコーダ317は、ロウアドレスバッファデコーダ316に格納されたロウアドレスに対応したワード線を選択し、選択されたワード線に、電圧生成回路307が生成した高電圧のパルスを印加する。すると、選択されたビット線および選択されたワード線との交点に位置するメモリセルの電荷蓄積層に電子が注入され、その結果、メモリセルのしきい値電圧が上昇する。センスアンプ314は、所定のタイミングでデータの読み出しを行うことで、メモリセルのしきい値電圧がデータレジスタ313に格納されたデータに対応した目標のステートに到達したか否かを確認する。制御回路303は、メモリセルのしきい値電圧が目標のステートに到達するまで、ロウアドレスデコーダ317にパルスの印加を継続させる。
データの読み出しの際には、センスアンプ314は、ビット線BLに電圧Vccをプリチャージする。ロウアドレスデコーダ317は、ロウアドレスバッファデコーダ316に格納されたロウアドレスに対応したワード線を選択する。ロウアドレスデコーダ317は、非選択のワード線に属するメモリセルを当該ワード線に電圧生成回路307が生成した所定の電圧Vreadを印可することで導通状態にする。そして、ロウアドレスデコーダ317は、選択されたワード線に、リード対象のページの種類に対応する電圧生成回路307によって生成された複数種類の電圧を順次印加する。センスアンプ314は、プリチャージにより蓄えられた電荷のソース線への流出を引き起こした電圧を特定することによって、対象のメモリセルが属するステートに対応するデータを判定する。センスアンプ314は、判定によって得られたデータをデータレジスタ313に格納する。データレジスタ313に格納されたデータは、データ線を通してIO信号処理回路301に送られ、IO信号処理回路301からメモリコントローラ1へ転送される。
このように、メモリセルアレイ315に対する書き込みや読み出しの際には、ワード線に種々の電圧が印加される。つまり、メモリセルアレイ315に対する書き込みや読み出しの際には、ワード線に電荷がチャージされた状態となる。この電荷が仮に電源断後においてもワード線に残留した場合、当該電荷によってメモリセルのしきい値電圧の変動が引き起こされ、当該メモリセルに書き込まれたデータが正しく読み出せなくなる虞がある。よって、ワード線に残留する電荷を動作が停止する前に放電することが求められる。
しかしながら、ワード線に電圧が印加された状態で急峻な電源断が起きた場合などにおいては、メモリチップ30において、Vcc端子の電圧の降下が検出された後にすぐに放電が開始されたとしても、放電を完了する前にメモリチップ30に供給される電力が尽きるために、放電を完了することができない場合がある。メモリチップ30あたりの記憶容量を大きくするためにメモリチップ30に多くのワード線が設けられていることも、放電を完了させることを困難にする一因となっている。
そこで、第1の実施形態によれば、メモリチップ30は、電源IC2から電力の入力を受けるVcc端子のほかに、Vcc端子の電圧が降下した後でも利用できる別の電力が入力されるVcc_disc端子が設けられている。そして、放電制御回路308は、パワーオンリセット回路310からVcc端子の電圧の降下を検出した際に送信される信号を受信すると、Vcc_disc端子から入力された電力に基づいてワード線に残留する電荷の放電を行うように構成されている。放電制御回路308は、第2回路に相当する。
図5は、第1の実施形態にかかる、ワード線に残留する電荷を放電するためのさらに詳しい構成の一例を示す模式的な図である。
図5に示されるように、Vcc端子とパワーオンリセット回路310とを接続する配線と、Vcc_disc端子と放電制御回路308とを接続する配線とは、電流がVcc端子側からVcc_disc端子側に流れるように、ダイオード319を介して接続されている。そして、Vcc_disc端子には、メモリチップ30の外部において、キャパシタ5に接続されている。これによって、Vcc端子に電力が供給されている間に、Vcc端子に供給された電力の一部がダイオード319とVcc_disc端子とを介してキャパシタ5に入力され、キャパシタ5は、入力された電力を蓄える。
ワード線の群には、放電用のスイッチの一例として、エンハンス型のnチャネルMOSFET318のドレインが接続されている。nチャネルMOSFET318のソースは接地されており、nチャネルMOSFET318のゲートには放電制御回路308が接続されている。
Vcc端子に供給された電力に電源断が発生すると、Vcc_disc端子側の配線は、Vcc端子側の配線とダイオード319によって分離される。そして、放電制御回路308には、それまでにキャパシタ5に蓄えられていた電力がVcc_disc端子を介して入力される。キャパシタ5からVcc_disc端子に入力される電力は、第2電力に相当する。パワーオンリセット回路310から信号を受信した放電制御回路308は、Vcc_disc端子に入力された電力を用いてnチャネルMOSFET318のゲートに電圧を印可する。すると、nチャネルMOSFET318が導通状態となり、ワード線内の電荷が放電される。
このように、メモリチップ30は、Vcc端子に供給される電力が利用できなくたった後であっても、キャパシタ5に蓄えられた電力を利用することで、ワード線内の電荷を放電することが可能である。
なお、Vcc端子は、電力を消費する様々な回路ブロックに配線によって接続される。これに対し、Vcc_disc端子に接続される電力を消費する回路ブロックは、放電制御回路308のみとされている。つまり、放電制御回路308は、他の回路ブロックとは異なる専用の端子から電力の供給を受ける。よって、Vcc_disc端子に電力を入力するキャパシタ5は、放電に要する期間、放電制御回路308を継続して駆動することができる程度の電力を蓄えることができるものであればよい。
図6は、第1の実施形態にかかるメモリチップ30の動作の一例を示すフローチャートである。パワーオンリセット回路310は、Vcc端子の電圧を監視しており、当該電圧が降下したか否かを判定する(S101)。パワーオンリセット回路310は、Vcc端子の電圧の降下を検出するまで、S101の処理を繰り返し実行する(S101:No)。パワーオンリセット回路310がVcc端子の電圧の降下を検出すると(S101:Yes)、その旨が所定の信号によって放電制御回路308に通知され、放電制御回路308は、キャパシタ5に蓄えられた電力を用いてnチャネルMOSFET318のゲートをオンする(S102)。これによって、ワード線群の電荷が放電される。
このように、第1の実施形態によれば、半導体記憶装置であるメモリチップ30と、第1電力を生成する電源IC2と、第1電力に基づいて動作し、メモリチップ30にコマンドを送信するメモリコントローラ1と、を備える。そして、メモリチップ30は、電源IC2から電力(第1電力)の入力を受けるVcc端子のほかに、Vcc端子の電圧が降下した後でも利用できる別の電力(第2電力)が入力されるVcc_disc端子が設けられている。そして、メモリチップ30の放電制御回路308は、Vcc端子の電圧が降下した際に、当該Vcc端子から入力される電力ではなく、Vcc_disc端子から入力された電力を用いてワード線に残留する電荷の放電を行うように構成されている。
よって、急峻な電源断が起こった場合であっても、ワード線に残留する電荷を放電することが可能となる。
また、第1の実施形態によれば、メモリシステム100は、第2電力を蓄える第1キャパシタとしてのキャパシタ5をさらに備える。Vcc端子には、電源IC2から第1電力が入力され、Vcc_disc端子にはキャパシタ5から第2電力が入力される。
また、第1の実施形態によれば、メモリチップ30は、Vcc端子に入力された第1電力の一部をVcc_disc端子に向けて流すダイオード319をさらに備えている。キャパシタ5は、第1電力の一部がダイオード319とVcc_disc端子とを介して入力されて、当該入力された電力を第2電力として蓄える。
これによって、特段の工夫を要することなく、Vcc端子の電圧が降下した後でも利用できる別の電力を用意することが可能となる。
例えば、ワード線に残留する電荷の放電に利用できる第2の電源を用意して、メモリシステム100に外部電源300と当該第2の電源との両方を接続する構成が考えられる。第1の実施形態によれば、メモリチップ30はVcc端子の電圧が降下した後でも利用できる別の電力を生成することができる。よって、上記第2の電源を設けるなどの工夫を必要としない。
(第2の実施形態)
図7は、第2の実施形態にかかるメモリチップの構成の一例を示す図である。第2の実施形態によれば、メモリチップ30aは、第1の実施形態にかかるメモリチップ30からダイオード319が省略された構成を備えている。
メモリチップ30aのVcc端子には、電源IC2から電力(第1電力)が入力される。そして、メモリチップ30aのVcc_disc端子には、Vcc端子の電圧が降下した後でも利用できる別の電力(第2電力)が入力される。
第2電力の供給源は、任意に構成され得る。
例えば図8に示されるように、キャパシタ5がVcc_disc端子に接続されている。そして、メモリチップ30aの外側において、Vcc端子に入力される電力の一部をキャパシタ5に向けて流すダイオード319aが設けられている。Vcc端子に第1電力が供給されている間に、当該第1電力の一部がダイオード319aを介してキャパシタ5に入力されて、キャパシタ5が当該電力を蓄えることで、キャパシタ5は、第2電力の供給源として機能することが可能となる。
または、例えば図9に示されるように、Vcc_disc端子には、バッテリ7が接続されている。バッテリ7は、メモリシステム100内に配置されてもよいし、メモリシステム100外に配置されてもよい。放電制御回路308は、Vcc端子の電圧の降下が検出された後、バッテリ7からの電力を用いてワード線に残留する電荷を放電することができる。
(第3の実施形態)
図10は、第3の実施形態にかかるメモリシステムの構成の一例を示す模式的な図である。第3の実施形態にかかるメモリシステム100cは、第1の実施形態にかかるメモリシステム100が備える電源IC2に替えて、CPU11に信号線で接続された電源IC2cを備えている。さらに、第3の実施形態にかかるメモリシステム100cは、キャパシタ5の他に、キャパシタ6を備えている。キャパシタ6は、第2キャパシタの一例である。
電源IC2cは、外部電源300から入力された電力(第3電力)に基づいて、メモリコントローラ1、NANDメモリ3、およびRAM4を駆動するための電力(第1電力)を生成する。そして、電源IC2cは、生成した電力をそれらに供給する。
電源IC2cは、外部電源300の電圧を監視している。そして、外部電源300の電圧の降下を検出した場合、電源IC2cは、所定の信号をCPU11に送信する。
CPU11が電源IC2cから当該信号を受信すると、保護処理を開始する。保護処理は、RAM4に格納されている各種情報(データや管理情報など)のうちの一部または全部をNANDメモリ3に退避する処理である。
例えば外部電源300からの電力の供給が突然遮断された場合、保護処理が起動して、RAM4内の各種情報がNANDメモリ3に退避される。その後、メモリシステム100cへの電力の供給が再開された場合、NANDメモリ3に退避された各種情報がRAM4に復元されることで、メモリシステム100は、外部電源300からの電力の供給が遮断される直前の状態に戻ることができる。このような保護処理を実施する機能は、パワーロスプロテクションとも称される。
保護処理においては、メモリコントローラ1、RAM4、およびNANDメモリ3は、キャパシタ6に蓄えられた第1電力を利用する。したがって、キャパシタ6としては、保護処理に要する電力を蓄えることができる、大容量のキャパシタが採用される。
各メモリチップ30は、第1の実施形態のメモリチップ30と同様の構成を備えている。
各メモリチップ30は、電源IC2cからの第1電力の入力をVcc端子に受けることができる。また、保護処理においては、各メモリチップ30は、キャパシタ6からの第1電力の入力をVcc端子に受けることができる。各メモリチップ30は、保護処理によってメモリコントローラ1から送られてきた各種情報を、キャパシタ6からの第1電力を利用することによってメモリセルアレイ315に書き込むことができる。
保護処理が実施された後、キャパシタ6に蓄えられた第1電力の減少によってVcc端子の電圧が降下する。すると、各メモリチップ30は、キャパシタ5に蓄えられた第2電力を用いることによってワード線に残留する電荷の放電を行う。
図11は、第3の実施形態にかかるメモリシステム100cの動作の一例を示すフローチャートである。電源IC2cは、外部電源300の電圧を監視しており、当該電圧が降下したか否かを判定する(S201)。電源IC2cは、外部電源300の電圧の降下を検出するまで、S201の処理を繰り返し実行する(S201:No)。電源IC2cが外部電源300の電圧の降下を検出すると(S201:Yes)、その旨が所定の信号によってCPU11に通知される。すると、メモリコントローラ1は、キャパシタ6の電力を用いて保護処理を実施する(S202)。
メモリチップ30においては、パワーオンリセット回路310は、Vcc端子の電圧を監視しており、当該電圧が降下したか否かを判定する(S203)。パワーオンリセット回路310は、Vcc端子の電圧の降下を検出するまで、S203の処理を繰り返し実行する(S203:No)。パワーオンリセット回路310がVcc端子の電圧の降下を検出すると(S203:Yes)、その旨が所定の信号によって放電制御回路308に通知され、放電制御回路308は、キャパシタ5に蓄えられた電力を用いてnチャネルMOSFET318のゲートをオンする(S204)。これによって、ワード線群の電荷が放電される。
以上述べたように、第3の実施形態によれば、電源IC2cによって生成された第1電力を蓄える第2キャパシタであるキャパシタ6をさらに備える。そして、外部電源300から入力される第3電力の電圧が降下した際には、キャパシタ6に蓄えられた第1電力がVcc端子に入力される。
これによって、たとえ外部電源300からの電力の供給が遮断された場合であっても、メモリチップ30は、キャパシタ6に蓄えられた電力に基づいて、しばらく通常の動作を継続することができる。その期間に、保護処理が実行することが可能である。そして、保護処理が終了した後に、キャパシタ6に蓄えられた電力が十分に残っていない状況においても、ワード線に残留する電荷を放電することが可能である。
なお、第3の実施形態は、第2の実施形態と併用することが可能である。
第1~第3の実施形態に述べられたように、メモリチップ30、30aは、電源IC2から電力(第1電力)の入力を受けるVcc端子のほかに、Vcc端子の電圧が降下した後でも利用できる別の電力(第2電力)が入力されるVcc_disc端子が設けられている。そして、放電制御回路308は、Vcc端子の電圧が降下した際に、当該Vcc端子から入力される電力ではなく、Vcc_disc端子から入力された電力を用いてワード線に残留する電荷の放電を行うように構成されている。
したがって、急峻な電源断が起こった場合であっても、ワード線に残留する電荷を放電することが可能となる。
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。これら新規な実施形態は、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ともに、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。
1 メモリコントローラ、2,2c 電源IC、3 NANDメモリ、4 RAM、5 キャパシタ、6 キャパシタ、7 バッテリ、10 配線群、30,30a メモリチップ、100,100c メモリシステム、114 NANDストリング、200 ホスト、300 外部電源、301 IO信号処理回路、302 制御信号処理回路、303 制御回路、304 コマンドレジスタ、305 アドレスレジスタ、306 ステータスレジスタ、307 電圧生成回路、308 放電制御回路、309 RY/BY生成回路、310 パワーオンリセット回路、311 カラムバッファ、312 カラムデコーダ、313 データレジスタ、314 センスアンプ、315 メモリセルアレイ、316 ロウアドレスバッファデコーダ、317 ロウアドレスデコーダ、319,319a ダイオード。

Claims (6)

  1. 半導体記憶装置と、
    第1電力を生成する電源回路と、
    前記第1電力に基づいて動作し、前記半導体記憶装置にコマンドを送信するメモリコントローラと、
    を備え、
    前記半導体記憶装置は、
    前記第1電力が入力される第1端子と、
    前記第1端子の電圧が降下した後でも利用可能な第2電力が入力される第2端子と、
    メモリセルトランジスタの制御ゲートに接続されたワード線と、
    前記第1端子に入力された前記第1電力に基づいて前記ワード線に前記コマンドに応じた電圧を印加する第1回路と、
    前記第1端子の電圧が降下した際に、前記第2端子に入力された前記第2電力を用いて前記ワード線の電荷を放電する第2回路と、
    を備える、
    メモリシステム。
  2. 前記メモリシステムは、前記第2電力を蓄える第1キャパシタをさらに備え、
    前記第1端子には前記電源回路から前記第1電力が入力され、
    前記第2端子には前記第1キャパシタから前記第2電力が入力される、
    請求項1に記載のメモリシステム。
  3. 前記半導体記憶装置は、前記第1端子に入力された前記第1電力の一部を前記第2端子に向けて流すダイオードをさらに備え、
    前記第1キャパシタには、前記ダイオードと前記第2端子とを介して前記第1電力の前記一部が入力されて、前記第1キャパシタは、前記入力された前記第1電力の前記一部を前記第2電力として蓄える、
    請求項2に記載のメモリシステム。
  4. 前記メモリシステムは、前記電源回路によって生成された前記第1電力を蓄える、前記第1キャパシタと異なる第2キャパシタをさらに備え、
    前記電源回路は、外部から供給される第3電力に基づいて前記第1電力を生成し、
    前記第3電力の電圧が降下した際に、前記第2キャパシタに蓄えられた前記第1電力が前記第1端子に入力される、
    請求項2または3に記載のメモリシステム。
  5. 第1電力が入力される第1端子と、
    前記第1端子の電圧が降下した後でも利用可能な第2電力が入力される第2端子と、
    メモリセルトランジスタの制御ゲートに接続されたワード線と、
    前記第1端子に入力された前記第1電力に基づいて前記ワード線にコマンドに応じた電圧を印加する第1回路と、
    前記第1端子の電圧が降下した際に、前記第2端子に入力された前記第2電力を用いて前記ワード線の電荷を放電する第2回路と、
    を備える、
    半導体記憶装置。
  6. 前記第1端子に入力された前記第1電力の一部を前記第2端子に向けて流すダイオードをさらに備え、
    前記第2端子には前記半導体記憶装置の外部に設けられたキャパシタが接続され、
    前記キャパシタには、前記ダイオードと前記第2端子とを介して前記第1電力の前記一部が入力されて、前記キャパシタは、前記入力された前記第1電力の前記一部を前記第2電力として蓄える、
    請求項5に記載の半導体記憶装置。
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