JP2000011670A - 不揮発性メモリを有する機器 - Google Patents
不揮発性メモリを有する機器Info
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- G11C16/02—Erasable programmable read-only memories electrically programmable
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- G11C16/3418—Disturbance prevention or evaluation; Refreshing of disturbed memory data
- G11C16/3431—Circuits or methods to detect disturbed nonvolatile memory cells, e.g. which still read as programmed but with threshold less than the program verify threshold or read as erased but with threshold greater than the erase verify threshold, and to reverse the disturbance via a refreshing programming or erasing step
Abstract
(57)【要約】
【課題】 不揮発性メモリのデータ保持期間を実質的に
延長させる。 【解決手段】 不揮発性メモリを有する機器において、
前記不揮発性メモリに対する書き込み動作を実行してか
らの経過時間を計測するタイマーと、前記不揮発性メモ
リ近傍の温度を測定する温度センサーと、前記不揮発性
メモリに対する書き込み動作の回数をカウントするカウ
ンターと、前記タイマーによって計測される時間に対し
て、前記温度センサーによって測定される温度と、前記
カウンターによってカウントされる書き込む動作の回数
に基づく重み付けを行った後、前記タイマーによって計
測される重み付けされた経過時間が所定時間を超えたと
きに、前記不揮発性メモリに対して再度書き込み動作を
実行するリフレッシュ回路とを有する。
延長させる。 【解決手段】 不揮発性メモリを有する機器において、
前記不揮発性メモリに対する書き込み動作を実行してか
らの経過時間を計測するタイマーと、前記不揮発性メモ
リ近傍の温度を測定する温度センサーと、前記不揮発性
メモリに対する書き込み動作の回数をカウントするカウ
ンターと、前記タイマーによって計測される時間に対し
て、前記温度センサーによって測定される温度と、前記
カウンターによってカウントされる書き込む動作の回数
に基づく重み付けを行った後、前記タイマーによって計
測される重み付けされた経過時間が所定時間を超えたと
きに、前記不揮発性メモリに対して再度書き込み動作を
実行するリフレッシュ回路とを有する。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はフラッシュメモリ等
の不揮発メモリのデータ保持期間を実質的に延長させる
機器に関するものである。
の不揮発メモリのデータ保持期間を実質的に延長させる
機器に関するものである。
【0002】
【従来の技術】フラッシュメモリ等の不揮発メモリは、
書き込み/消去回数とデータ保持期間(データリテンシ
ョン)に制限がある。
書き込み/消去回数とデータ保持期間(データリテンシ
ョン)に制限がある。
【0003】そしてそれは、単体のメモリ製品に比べ、
マイクロプロセッサーに内蔵されたものにおいては、回
数や期間の点でさらに劣っている。それは原理的にこれ
らの素子が電荷を素子内の特定の領域に貯え、その領域
に電荷があるか否かによって、情報の班別をやっている
為、電荷のもれや書き込み量のコントロールによってデ
ータ保持期間が左右される為である。
マイクロプロセッサーに内蔵されたものにおいては、回
数や期間の点でさらに劣っている。それは原理的にこれ
らの素子が電荷を素子内の特定の領域に貯え、その領域
に電荷があるか否かによって、情報の班別をやっている
為、電荷のもれや書き込み量のコントロールによってデ
ータ保持期間が左右される為である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
のメモリのデータ保持期間は比較的短く10年間保証とい
われることが多い。例えばフラッシュメモリでは書き込
み/消去回数は100回で保持期間10年保証とか、E
EPROMでは書き換え回数1万回でやはり保持期間1
0年保証である。これは紫外線消去タイプのEPROM
でも同様のことがある。
のメモリのデータ保持期間は比較的短く10年間保証とい
われることが多い。例えばフラッシュメモリでは書き込
み/消去回数は100回で保持期間10年保証とか、E
EPROMでは書き換え回数1万回でやはり保持期間1
0年保証である。これは紫外線消去タイプのEPROM
でも同様のことがある。
【0005】ところが、この様なメモリを製品に組み込
む時、10年で動作しなくなってもよいという製品はほ
とんどない。
む時、10年で動作しなくなってもよいという製品はほ
とんどない。
【0006】メモリーのデータ保証は一般に書き換えを
保証回数行った後の保持期間保証であり、しかも、その
時の不良率を極めて低く押さえているので実害が発生す
ることはほとんどないが、フラッシュメモリのように元
々書き込み/消去回数が少ないメモリにおいては、その
余裕しろが少なく何らかの対策を電気製品側で行う必要
がある。
保証回数行った後の保持期間保証であり、しかも、その
時の不良率を極めて低く押さえているので実害が発生す
ることはほとんどないが、フラッシュメモリのように元
々書き込み/消去回数が少ないメモリにおいては、その
余裕しろが少なく何らかの対策を電気製品側で行う必要
がある。
【0007】その為にECCといってメモリを余裕をも
って準備し一部のメモリに不具合があっても、エラーを
発見し、エラーを修正する技術が開発されている。
って準備し一部のメモリに不具合があっても、エラーを
発見し、エラーを修正する技術が開発されている。
【0008】例えば8bitのメモリに対し、数bit
のメモリを付加することでコンパクトフラッシュカード
等のメモリモジュールではECCを行っているが、本来
必要としているメモリの数割増のメモリをよけいに持つ
のはコスト的にも負担が大きい。
のメモリを付加することでコンパクトフラッシュカード
等のメモリモジュールではECCを行っているが、本来
必要としているメモリの数割増のメモリをよけいに持つ
のはコスト的にも負担が大きい。
【0009】
【課題を解決するための手段】フラッシュメモリのデー
タリテンションは一般に10年程度と、短くしか保証さ
れていないので、本件では、タイマーと温度センサーを
使用し、メモリのデータリテンション保証期間が経過す
る前に前記メモリにすでに記憶してあるデータを再書き
込み(リフレッシュ)することで、実質的にデータリテ
ンション(データ保持期間)を延長させる。またその際
温度センサー出力によって、上記リフレッシュまでの期
間を短縮する。
タリテンションは一般に10年程度と、短くしか保証さ
れていないので、本件では、タイマーと温度センサーを
使用し、メモリのデータリテンション保証期間が経過す
る前に前記メモリにすでに記憶してあるデータを再書き
込み(リフレッシュ)することで、実質的にデータリテ
ンション(データ保持期間)を延長させる。またその際
温度センサー出力によって、上記リフレッシュまでの期
間を短縮する。
【0010】
【発明の実施の形態】(第1の実施例)本実施例では不
揮発メモリとして回数、期間の点で最も条件の悪いフラ
ッシュメモリをとりあげる。
揮発メモリとして回数、期間の点で最も条件の悪いフラ
ッシュメモリをとりあげる。
【0011】フラッシュメモリは図3に示すように21
のPサブまたはPウエルの基板にN+ の23ドレインD
と22ソースSがあり、24のゲートGで構成された単
なるN−ch MOS FETに、25のフローティン
グゲートFGがサンドイッチされたものである。
のPサブまたはPウエルの基板にN+ の23ドレインD
と22ソースSがあり、24のゲートGで構成された単
なるN−ch MOS FETに、25のフローティン
グゲートFGがサンドイッチされたものである。
【0012】この様に単純な構成の為、小さくでき、よ
って大容量の不揮発メモリとして、さかんに使われ始め
ている。この素子ではフローティングゲートFGに電荷
があるか否かによってゲートGに引加した電圧によって
ドレイン電流が流れたり流れなかったりする。
って大容量の不揮発メモリとして、さかんに使われ始め
ている。この素子ではフローティングゲートFGに電荷
があるか否かによってゲートGに引加した電圧によって
ドレイン電流が流れたり流れなかったりする。
【0013】つまりFGに電荷があると、Gに電圧印加
してもドレイン電流は流れないが、FGに電荷がなけれ
ばGに電圧印加するとドレイン電流は流れる。通常消去
状態ではFGに電荷はなく、どのセルもドレイン電流を
流すことができこの状態をHと呼ぶ。そしてFGに電荷
を書き込むことで、Gに電圧印加してもドレイン電流は
流れなくなり、この状態をLと呼ぶ。従って、データを
書き込む時にはになっているbitに着目してそれに
対応するセルのFGのみに電荷を注入すればよいわけで
ある。しかしながら、FGは他とは導通がとれていな
く、絶縁されているが、FGの下の絶縁層を通してのリ
ークや複数のメモリーセルのゲートGやドレインD、ソ
ースS等がマトリックス状に組みあわさってレイアウト
されていることによって種々のディスターブが発生す
る。
してもドレイン電流は流れないが、FGに電荷がなけれ
ばGに電圧印加するとドレイン電流は流れる。通常消去
状態ではFGに電荷はなく、どのセルもドレイン電流を
流すことができこの状態をHと呼ぶ。そしてFGに電荷
を書き込むことで、Gに電圧印加してもドレイン電流は
流れなくなり、この状態をLと呼ぶ。従って、データを
書き込む時にはになっているbitに着目してそれに
対応するセルのFGのみに電荷を注入すればよいわけで
ある。しかしながら、FGは他とは導通がとれていな
く、絶縁されているが、FGの下の絶縁層を通してのリ
ークや複数のメモリーセルのゲートGやドレインD、ソ
ースS等がマトリックス状に組みあわさってレイアウト
されていることによって種々のディスターブが発生す
る。
【0014】例えばマトリックスを表す表現として行
(ロウ)や列(コラム)があるが、同じロウ線の他のセ
ルを書き込むと、別のセルの貯えていた電荷が少し抜け
るといった悪影響などがある。
(ロウ)や列(コラム)があるが、同じロウ線の他のセ
ルを書き込むと、別のセルの貯えていた電荷が少し抜け
るといった悪影響などがある。
【0015】また書き込み/消去回数をくり返すことに
よってFG下の26の絶縁層Iにストレスが与えられ、
欠陥が発生してリークが増えたり、絶縁層Iの中に電荷
がトラップされて消去できなくなったりする。この様な
フラッシュメモリのデータ保持能力は絶縁層Iの性能に
依存するので書き込み/消去回数Kに依存するばかりで
なく、温度にも依存する。
よってFG下の26の絶縁層Iにストレスが与えられ、
欠陥が発生してリークが増えたり、絶縁層Iの中に電荷
がトラップされて消去できなくなったりする。この様な
フラッシュメモリのデータ保持能力は絶縁層Iの性能に
依存するので書き込み/消去回数Kに依存するばかりで
なく、温度にも依存する。
【0016】図4に25℃で10年データ保持を保証す
る為には例えば125℃で10時間経ってもメモリがデ
ータを保持することを確認すればよい。といったよう
に、一般に温度によって加速される。
る為には例えば125℃で10時間経ってもメモリがデ
ータを保持することを確認すればよい。といったよう
に、一般に温度によって加速される。
【0017】一般によく使用されるものとしてアレニウ
スの式があるが、加速係数α、実使用時の温度T0 、加
速試験時の温度T1 、ボルツマン定数B、活性化エネル
ギーEとして
スの式があるが、加速係数α、実使用時の温度T0 、加
速試験時の温度T1 、ボルツマン定数B、活性化エネル
ギーEとして
【0018】
【外1】 といった式がある。
【0019】活性化エネルギーを1ev程度とすると、
10℃温度を高めて試験するだけで、約3.5倍の加速
をしたことになる。
10℃温度を高めて試験するだけで、約3.5倍の加速
をしたことになる。
【0020】図4のように、温度による加速を行ない、
さらにマージンを持つために半導体メーカーでは、例え
ば180℃、1000時間といったデータリテンション
試験を行なっている。
さらにマージンを持つために半導体メーカーでは、例え
ば180℃、1000時間といったデータリテンション
試験を行なっている。
【0021】以上の様に、フラッシュメモリのデータ保
持特性は書き込み/消去回数や温度に依存するので、本
発明ではそこに着目してデータの再書き込み(リフレッ
シュ)を行うことで実質的にデータ保持期間の延長を行
っている。
持特性は書き込み/消去回数や温度に依存するので、本
発明ではそこに着目してデータの再書き込み(リフレッ
シュ)を行うことで実質的にデータ保持期間の延長を行
っている。
【0022】図1に本発明のシステムブロックを示す。
【0023】1はcpuで本システム全体のコントロー
ルを行うとともに次の図2のソフトフローを実行してい
る。
ルを行うとともに次の図2のソフトフローを実行してい
る。
【0024】2はFLS(フラッシュメモリ)で、この
中にプログラムやデータなどを記憶する。
中にプログラムやデータなどを記憶する。
【0025】3はTIM(タイマー)で、所定時間間隔
でCPUに割り込みをかける。
でCPUに割り込みをかける。
【0026】4はTMP(温度センサー)で、5は本発
明のソフトフローを実現するのに使用する種々のレジス
タ群REGである。
明のソフトフローを実現するのに使用する種々のレジス
タ群REGである。
【0027】ここでKは書き換え回数あるいは書き込み
/消去回数を表すカウンタ、xは温度検出値、αは温度
加速係数、f(x)は温度加速係数のLUT(Look
up TABLE)あるいは式を表わす。Tpass
edは、経過時間レジスタで書き込みもしくは書き換え
を実行したときからの経過時間、ΔTは割り込み間隔、
Tlimitはフラッシュメモリのリフレッシュ間隔、
g(k)は書き換えによるデータ保持の劣化の加速係数
である。
/消去回数を表すカウンタ、xは温度検出値、αは温度
加速係数、f(x)は温度加速係数のLUT(Look
up TABLE)あるいは式を表わす。Tpass
edは、経過時間レジスタで書き込みもしくは書き換え
を実行したときからの経過時間、ΔTは割り込み間隔、
Tlimitはフラッシュメモリのリフレッシュ間隔、
g(k)は書き換えによるデータ保持の劣化の加速係数
である。
【0028】図2にCPUのソフトフローを示す。
【0029】タイマーTIMからのΔT間隔の割り込み
が発生すると、11のタイマー割込処理ルーチンが呼ば
れる。
が発生すると、11のタイマー割込処理ルーチンが呼ば
れる。
【0030】12で温度センサTMPより温度xを検出
する。
する。
【0031】次に13で温度xに依存する加速係数αと
書き換えあるいは書き込み/消去回数Kに依存する加速
係数βを求める。これらについては図5、図6を基に後
述する。
書き換えあるいは書き込み/消去回数Kに依存する加速
係数βを求める。これらについては図5、図6を基に後
述する。
【0032】14で加速係数αとβをもとに経過時間T
passedに割り込み間隔ΔTをα、βの係数倍して
加算する。つまり、温度が高い時は実際の経過時間より
も見かけ上経過時間が速く経過するように重みを付ける
ことになる。また、Kが大きい時も同様である。
passedに割り込み間隔ΔTをα、βの係数倍して
加算する。つまり、温度が高い時は実際の経過時間より
も見かけ上経過時間が速く経過するように重みを付ける
ことになる。また、Kが大きい時も同様である。
【0033】15で、フラッシュメモリのデータリテン
ション保証期間に関連したリフレッシュ期間Tlimi
tに達したか否かを判別し、まだ達していない時は18
でリターンする。もし、Tlimitに達した時は16
でフラッシュメモリの再書き込み(リフレッシュ)を行
う。そして17で次回の為に経過時間Tpassed←
0を代入して初期化する。
ション保証期間に関連したリフレッシュ期間Tlimi
tに達したか否かを判別し、まだ達していない時は18
でリターンする。もし、Tlimitに達した時は16
でフラッシュメモリの再書き込み(リフレッシュ)を行
う。そして17で次回の為に経過時間Tpassed←
0を代入して初期化する。
【0034】フラッシュメモリのリフレッシュは、デー
タの書き換えとは異なり、すでにフローティングゲート
FGに貯えられた電荷が減ってしまったことを考慮し
て、電荷の残っているセルに再度適正量にするべく、電
荷注入を行う為に、消去動作は不要である。
タの書き換えとは異なり、すでにフローティングゲート
FGに貯えられた電荷が減ってしまったことを考慮し
て、電荷の残っているセルに再度適正量にするべく、電
荷注入を行う為に、消去動作は不要である。
【0035】ソフト的には、フラッシュメモリFLSの
リードを行い、同じデータをFLSに対して再書き込み
行うだけなので極めて危険が少ない。この時Tlimi
tを余り小さくしすぎると、ひんぱんにリフレッシュす
ることになるので、フローティングゲートFGの電荷が
減ってもいないのに無理やり追加しようとして、あまり
好ましくない。やはり、Tlimitは数年といった単
位で設定すべきである。
リードを行い、同じデータをFLSに対して再書き込み
行うだけなので極めて危険が少ない。この時Tlimi
tを余り小さくしすぎると、ひんぱんにリフレッシュす
ることになるので、フローティングゲートFGの電荷が
減ってもいないのに無理やり追加しようとして、あまり
好ましくない。やはり、Tlimitは数年といった単
位で設定すべきである。
【0036】ここで加速係数α、βについて説明する。
【0037】図5は温度xによる加速係数αを求める式
f(x)である。アレニウスの式については図4の説明
を行ったが、温度が高くなるにつれて等比的に加速係数
は増大していく。
f(x)である。アレニウスの式については図4の説明
を行ったが、温度が高くなるにつれて等比的に加速係数
は増大していく。
【0038】図6は消去回数Kに依存する加速係数βを
求める。グラフg(K)である。これもKに対して等比
的あるいは指数的に劣化することが考えられる。
求める。グラフg(K)である。これもKに対して等比
的あるいは指数的に劣化することが考えられる。
【0039】f(x)、g(k)ともにLUTや折れ線
式で表わして内蔵することが可能である。
式で表わして内蔵することが可能である。
【0040】リフレッシュという概念はすでにDRAM
(ダイナミックラム)で行われているが、これは微小キ
ャパシタに情報を貯え、これを数百msという極めて短
期間にリフレッシュしている。それに対して、いわゆる
不揮発メモリというジャンルでフラッシュメモリ、EE
PROM、紫外線消去型EPROM、OTPROM(ワ
ンタイムEPROM)FRAM(強誘電体メモリ)等が
あるが、いずれも不揮発といいつつデータ保持の保証期
間は有限である。
(ダイナミックラム)で行われているが、これは微小キ
ャパシタに情報を貯え、これを数百msという極めて短
期間にリフレッシュしている。それに対して、いわゆる
不揮発メモリというジャンルでフラッシュメモリ、EE
PROM、紫外線消去型EPROM、OTPROM(ワ
ンタイムEPROM)FRAM(強誘電体メモリ)等が
あるが、いずれも不揮発といいつつデータ保持の保証期
間は有限である。
【0041】その意味では、いずれ、記憶忘れを行う可
能性はあり、しかも、そこには書き込み/消去回数Kと
温度x依存による劣化の加速というものはつきまとう。
能性はあり、しかも、そこには書き込み/消去回数Kと
温度x依存による劣化の加速というものはつきまとう。
【0042】その点で、本件のデータ保持期間延長回路
はどのタイプの不揮発メモリにも有効であろう。
はどのタイプの不揮発メモリにも有効であろう。
【0043】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
フラッシュメモリ等の不揮発メモリのデータ保持期間を
温度や消去回数によって最適化されたリフレッシュ期間
でリフレッシュすることによって実質的に延長すること
ができるようになった。
フラッシュメモリ等の不揮発メモリのデータ保持期間を
温度や消去回数によって最適化されたリフレッシュ期間
でリフレッシュすることによって実質的に延長すること
ができるようになった。
【図1】本発明の回路ブロック図。
【図2】本発明のソフトフロー。
【図3】フラッシュメモリの構造図。
【図4】温度によるデータリテンション加速。
【図5】温度によるデータリテンション加速係数。
【図6】書き込み/消去回数によるデータリテンション
加速係数。
加速係数。
1 CPU 2 フラッシュメモリ 3 タイマー 4 温度センサー 21 Pサブ又はP基板 22 ソース 23 ドレイン 24 ゲート 25 フローティングゲート 26 絶縁層
Claims (5)
- 【請求項1】 不揮発性メモリを有する機器において、 前記不揮発性メモリに対する書き込み動作を実行してか
らの経過時間を計測するタイマーと、 前記タイマーによって計測される経過時間が所定時間を
超えたときに、前記不揮発性メモリに対して再度書き込
み動作を実行するリフレッシュ回路とを有することを特
徴とする不揮発性メモリを有する機器。 - 【請求項2】 不揮発性メモリを有する機器において、 前記不揮発性メモリに対する書き込み動作を実行してか
らの経過時間を計測するタイマーと、 前記不揮発性メモリ近傍の温度を測定する温度センサー
と、 前記タイマーによって計測される時間と、前記温度セン
サーによって測定される温度との2つの要素に基づい
て、前記不揮発性メモリに対して再度書き込み動作を実
行するリフレッシュ回路とを有することを特徴とする不
揮発性メモリを有する機器。 - 【請求項3】 不揮発性メモリを有する機器において、 前記不揮発性メモリに対する書き込み動作を実行してか
らの経過時間を計測するタイマーと、 前記不揮発性メモリ近傍の温度を測定する温度センサー
と、 前記不揮発性メモリに対する書き込み動作の回数をカウ
ントするカウンターと、 前記タイマーによって計測される時間と、前記温度セン
サーによって測定される温度と、前記カウンターによっ
てカウントされる書き込む動作の回数の3つの要素に基
づいて、前記不揮発性メモリに対して再度書き込み動作
を実行するリフレッシュ回路とを有することを特徴とす
る不揮発性メモリを有する機器。 - 【請求項4】 不揮発性メモリを有する機器において、 前記不揮発性メモリに対する書き込み動作を実行してか
らの経過時間を計測するタイマーと、 前記不揮発性メモリ近傍の温度を測定する温度センサー
と、 前記不揮発性メモリに対する書き込み動作の回数をカウ
ントするカウンターと、 前記タイマーによって計測される時間に対して、前記温
度センサーによって測定される温度と、前記カウンター
によってカウントされる書き込む動作の回数に基づく重
み付けを行った後、前記タイマーによって計測される重
み付けされた経過時間が所定時間を超えたときに、前記
不揮発性メモリに対して再度書き込み動作を実行するリ
フレッシュ回路とを有することを特徴とする不揮発性メ
モリを有する機器。 - 【請求項5】 前記温度センサーは、所定の時間間隔で
前記不揮発性メモリ近傍の温度を測定することを特徴と
する請求項2、3または4に記載の不揮発性メモリを有
する機器。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP17880698A JP2000011670A (ja) | 1998-06-25 | 1998-06-25 | 不揮発性メモリを有する機器 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP17880698A JP2000011670A (ja) | 1998-06-25 | 1998-06-25 | 不揮発性メモリを有する機器 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000011670A true JP2000011670A (ja) | 2000-01-14 |
Family
ID=16054988
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP17880698A Withdrawn JP2000011670A (ja) | 1998-06-25 | 1998-06-25 | 不揮発性メモリを有する機器 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2000011670A (ja) |
Cited By (32)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1182667A2 (de) * | 2000-08-18 | 2002-02-27 | TRW Automotive Electronics & Components GmbH & Co. KG | System und Verfahren zum sicheren Hochtemperaturbetrieb eines Flash-Speichers |
EP1858021A2 (en) * | 2006-05-18 | 2007-11-21 | Qimonda AG | Phase change memory having temperature budget sensor |
JP2008152904A (ja) * | 2006-11-22 | 2008-07-03 | Qimonda North America Corp | リフレッシュ動作を含む抵抗メモリ |
JP2008293579A (ja) * | 2007-05-24 | 2008-12-04 | Mega Chips Corp | メモリアクセスシステム |
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