JP2009129477A - Nonvolatile semiconductor storage device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、不揮発性半導体記憶装置に係り、例えば、多値データを記憶可能なメモリセルを備えるフラッシュメモリに関する。 The present invention relates to a nonvolatile semiconductor memory device, for example, a flash memory including a memory cell capable of storing multilevel data.
一般に、NOR型フラッシュメモリに代表される不揮発性半導体記憶装置には、1ワード(16ビット)単位でメモリセルに書き込みができるワード書き込み動作と、書き込み時間を短縮化するために複数ワードの書き込みを可能にするページ書き込み動作とがある。 In general, a nonvolatile semiconductor memory device typified by a NOR flash memory has a word write operation capable of writing to a memory cell in units of one word (16 bits) and a plurality of words written in order to shorten the write time. There is a page write operation that enables it.
近年、フラッシュメモリの大容量化、低コスト化に伴い、1つのメモリセルに複数ビットのデータを保持する多値化が進んできている(例えば、特許文献1参照。)。 In recent years, with the increase in capacity and cost of flash memory, multi-level storage in which a plurality of bits of data is held in one memory cell has been advanced (for example, see Patent Document 1).
NOR型フラッシュメモリのメモリセルを多値化した場合、一回のページ書き込み動作で書き込みできるワード数は、従来の8ワード、16ワード、32ワードから、例えば、512ワードというように、非常に大きくなってきている。これは、書き込み高速化や、信頼性向上のためのECC(Error-Correcting Code)対応等によるものである(例えば、特許文献2参照。)。
本発明は、書き込み単位に応じて、疑似的な二値データまたは多値データをメモリセルに記憶することが可能な不揮発性半導体記憶装置を提供する。 The present invention provides a nonvolatile semiconductor memory device capable of storing pseudo binary data or multi-value data in a memory cell in accordance with a writing unit.
本発明の一態様に係る不揮発性半導体記憶装置は、第1の単位のデータの組の一方から上位ビットを、他方から下位ビットを選択して得られる多値データを、前記メモリセルの各閾値電圧に割り当てることにより、1つのメモリセルに複数ビットのデータを記憶することが可能な不揮発性半導体記憶装置であって、前記第1の単位でデータを処理する第1の書き込み動作では、前記上位ビットまたは前記下位ビットの何れか一方の論理を固定して、閾値電圧の差が最大になる2つの多値データを割り当てることにより、疑似的な二値状態として1つの前記メモリセルに1ビットの入力データを記憶し、前記第1の単位よりも大きい第2の単位でデータを処理する第2の書き込み動作では、多値状態として1つの前記メモリセルに複数ビットの入力データを記憶するとともに、前記第2の単位でエラー訂正を行うためのパリティデータを前記メモリセルに記憶することを特徴とする。 The nonvolatile semiconductor memory device according to one aspect of the present invention provides multivalued data obtained by selecting an upper bit from one of the data sets of the first unit and a lower bit from the other as a threshold value of each memory cell. A non-volatile semiconductor storage device capable of storing a plurality of bits of data in one memory cell by allocating to a voltage, and in a first write operation that processes data in the first unit, By fixing the logic of either the bit or the lower bit and assigning two multi-value data that maximizes the difference in threshold voltage, one bit is assigned to one memory cell as a pseudo binary state. In a second write operation that stores input data and processes the data in a second unit that is larger than the first unit, multiple bits are stored in one memory cell as a multi-valued state. Stores the force data, and to store the parity data for error correction in said second unit to said memory cell.
本発明の一態様に係る不揮発性半導体記憶装置は、書き込み単位に応じて、疑似的な二値データまたは多値データをメモリセルに記憶することができる。 The nonvolatile semiconductor memory device according to one embodiment of the present invention can store pseudo binary data or multilevel data in a memory cell in accordance with a writing unit.
例えば、メモリセルの各閾値に対して、消去状態を(11)とし、順次、閾値が低いほうから(10)、(00)、(01)として多値データを割り当てる。多値データを記憶するメモリセルの隣接する閾値の間隔は、二値データを記憶する場合と比較して、狭い範囲に制御する必要がある。 For example, for each threshold value of the memory cell, the erase state is (11), and multi-value data is sequentially assigned as (10), (00), (01) from the lowest threshold value. It is necessary to control the interval between adjacent threshold values of memory cells that store multilevel data in a narrower range than when binary data is stored.
したがって、メモリセルに記憶される多値データは、信頼性を向上するためにパリティデータを設けて、ECC回路により保証するのが一般的である。パリティデータに対する救済効率を上げるため、また、書き込み時間を高速化するために、多値データの書き込み時には、ページ書き込み動作によって、例えば、512ワード(8192ビット)といったような大量のデータを一括して処理する必要がある。 Therefore, the multi-value data stored in the memory cell is generally guaranteed by an ECC circuit by providing parity data in order to improve reliability. A large amount of data such as 512 words (8192 bits) is batched by a page write operation at the time of multi-value data write in order to increase the repair efficiency for parity data and to speed up the write time. Need to be processed.
ページ書き込み動作では、例えば、512ワードの本体データと、この本体データに関連づけられたパリティデータと、後述するフラグデータとを含めた単位がメモリセルに書き込まれる。多値データを記憶するメモリセルに対してページ書き込み動作を行った場合、512ワード(8192ビット)の本体データが、4096個のメモリセルに記憶保持されることとなる。 In the page write operation, for example, a unit including 512-word main data, parity data associated with the main data, and flag data described later is written in the memory cell. When a page write operation is performed on a memory cell that stores multilevel data, 512 words (8192 bits) of main data are stored and held in 4096 memory cells.
一方、1ワード単位でデータ処理を行うワード書き込み動作を多値として実現する場合、多値データのデータ圧縮方式として、1ワード単位で閉じた形でデータを圧縮するIO圧縮方式が採用される。上述した512ワードの本体データ単位でパリティデータを生成する場合、1ワード分のデータが新たに追加される度に、上記パリティデータを更新する必要が生じる。 On the other hand, when a word write operation for performing data processing in units of one word is realized as a multi-value, an IO compression method for compressing data in a closed form in units of one word is adopted as a data compression method for multi-value data. When the parity data is generated in units of main data of 512 words as described above, it is necessary to update the parity data every time one word worth of data is newly added.
しかし、フラッシュメモリでは一般に、データの書き込み単位よりも消去単位の方が大きく設定されているため、1ワード単位の書き込みに対しては、既述のようなパリティデータの更新ができないという問題がある。 However, in the flash memory, generally, the erase unit is set larger than the data write unit. Therefore, there is a problem that the parity data cannot be updated as described above for writing in units of one word. .
本発明の一態様である下記実施例に係る不揮発性半導体記憶装置では、上記問題を解決しつつ、書き込み単位に応じて、疑似的な二値データまたは多値データをメモリセルに記憶する。 In the nonvolatile semiconductor memory device according to the following embodiment which is an aspect of the present invention, pseudo binary data or multi-value data is stored in a memory cell in accordance with a writing unit while solving the above-described problem.
以下、各実施例について図面を参照しながら説明する。尚、以下の実施例では、不揮発性半導体記憶装置として、特に、NOR型フラッシュメモリに適用した場合の例について説明する。 Each embodiment will be described below with reference to the drawings. In the following embodiments, an example in which the present invention is applied to a NOR flash memory as a nonvolatile semiconductor memory device will be described.
図1は、本発明の一態様である実施例1に係るNOR型フラッシュメモリ100の構成を示す図である。
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a
図1に示すように、NOR型フラッシュメモリ100は、メモリセルアレイ1と、デコーダ2と、センスアンプ3と、制御回路4と、アドレスバッファ5と、入出力バッファ6と、データラッチ回路7と、データ圧縮回路8と、パリティ生成回路9と、バースト回路10と、ECC訂正回路11と、マルチプレックサ12と、を備える。
As shown in FIG. 1, a
メモリセルアレイ1は、マトリックス状に配置された複数のメモリセルを有する。選択行方向に配列された複数のメモリセルの制御ゲート電極は、ワード線に共通接続され、選択列方向に配列された複数のメモリセルのドレイン領域は、ビット線コンタクトを介してビット線に共通接続されている。
The
1つのワード線に接続されたメモリセル群は、本体データ(外部から入力された書き込みデータ)を格納するデータ領域として使用される複数のメモリセルと、本体データに関連づけられたパリティデータおよび後述するフラグデータが記憶されるパリティ/フラグ領域として使用される複数のメモリセルと、に相当する。本実施例では、1つのワード線に接続された上記メモリセル群が、一回のページ書き込み動作によって処理される単位をなすこととする。 A memory cell group connected to one word line includes a plurality of memory cells used as a data area for storing main body data (write data input from the outside), parity data associated with the main body data, and a later-described data cell. This corresponds to a plurality of memory cells used as a parity / flag area in which flag data is stored. In this embodiment, the memory cell group connected to one word line is a unit processed by one page write operation.
以下、ワード書き込み動作とは、例えば、16ビットの入力データの一括処理動作(第1の書き込み動作)、ページ書き込み動作とは、複数ワード、すなわち、少なくとも2ワード(32ビット)以上の入力データの一括処理動作(第2の書き込み動作)を意味する。 Hereinafter, the word write operation is, for example, a batch processing operation (first write operation) of 16-bit input data, and the page write operation is a plurality of words, that is, input data of at least 2 words (32 bits) or more. This means a batch processing operation (second writing operation).
デコーダ2は、制御回路4が出力する制御信号に応じて、メモリセルアレイ1のビット線選択、ワード線選択及び駆動を行う。
The
センスアンプ3は、メモリセルアレイ1のビット線に接続され、メモリセルに格納されたデータを読み出し、また出力する。
The sense amplifier 3 is connected to a bit line of the
アドレスバッファ5は、外部からのアドレス信号を受けて、内部アドレス信号を生成する。このアドレスバッファ5で生成される内部アドレス信号は、制御回路4、データラッチ回路7、バースト回路10に供給される。
入出力バッファ6は、例えば、一回の転送サイクルで同時に16ビット(1ワード)分のデータの入出力が可能なデータ入出力端子(図示せず)に接続され、データの書き込み時には、外部から供給されるデータをデータラッチ回路7および制御回路4に供給する。また、入出力バッファ6は、データの読み出し時には、読み出されたデータがバースト回路10を介して入力され、この入力されたデータを外部に出力する。
The input / output buffer 6 is connected to, for example, a data input / output terminal (not shown) capable of inputting / outputting data of 16 bits (one word) simultaneously in one transfer cycle. The supplied data is supplied to the data latch circuit 7 and the
制御回路4は、外部から入力されるチップイネーブル信号CEB、ライトイネーブル信号WEBおよびアウトプットイネーブル信号OEBを受けるとともに、内部アドレス信号およびデータ信号を受ける。制御回路4は、これらの入力信号に基づいて、各内部回路の動作を制御するための各種制御信号を出力する。
The
データラッチ回路7は、内部アドレス信号および入力データ信号を受けて、この内部アドレス信号が示す領域に入力データをラッチするとともに、ラッチした入力データをデータ圧縮回路8およびパリティ生成回路9に出力する。データラッチ回路7は、例えば、少なくとも256ビットのデータを保持可能であるとする。
The data latch circuit 7 receives the internal address signal and the input data signal, latches the input data in the area indicated by the internal address signal, and outputs the latched input data to the
データ圧縮回路8は、制御回路4から出力されたフラグデータ、データラッチ回路7から出力された本体データ、およびパリティ生成回路9から出力されたパリティデータを、アドレス圧縮する。
The
ここで、図2は、本実施例におけるアドレス圧縮方式を説明するための図である。また、図3Aは、圧縮された多値データが割り当てられるメモリセルの各閾値と、セル分布度数と、の関係を示す図である。 Here, FIG. 2 is a diagram for explaining the address compression method in the present embodiment. FIG. 3A is a diagram showing a relationship between each threshold value of the memory cell to which the compressed multi-value data is allocated and the cell distribution frequency.
本実施例においては、多値データ圧縮方式として、1ワード単位で閉じた形のIO圧縮方式ではなく、異なる転送サイクルで入力された1ワード単位のデータを組み(多値圧縮ペア)として処理するアドレス圧縮方式を用いる。ここで、例えば、256ビット単位で、多値圧縮ペアを構成する場合を想定する。データラッチ回路7に保持される256ビットの入力データの内、例えば、前半の128ビット(8ワード)を上位ビット“m(m=0,1)”側データ、後半の128ビット(8ワード)を下位ビット“n(n=0,1)”側データとして、多値データ“mn”を構成する。 In this embodiment, the multi-value data compression method is not an IO compression method closed in units of one word, but data in units of one word input in different transfer cycles is processed as a set (multi-value compression pair). Use address compression. Here, for example, a case where a multi-value compression pair is configured in units of 256 bits is assumed. Of the 256-bit input data held in the data latch circuit 7, for example, the first 128 bits (8 words) are the upper bit “m (m = 0, 1)” side data, and the latter 128 bits (8 words). Is the lower bit “n (n = 0, 1)” side data, and multi-value data “mn” is configured.
以下、ページ書き込み動作において、上位ビット側の入力データを、1ワード単位毎に、ページ0、1・・・7と呼ぶ。また、下位ビット側の入力データを、1ワード単位毎に、ページ8、9・・・15と呼ぶ。各ページは、16ビット(1ワード)のデータ容量を有する。
Hereinafter, in the page write operation, the input data on the upper bit side is referred to as
上位ビット側のページ0〜ページ7と下位ビット側のページ8〜ページ15とにおけるそれぞれの順序が同じデータの組、例えば、ページ0とページ8の組を多値圧縮ペアとする。したがって、ページ1とページ9の組も多値圧縮ペアとなり、ページ2とページ10の組も多値圧縮ペアとなる。
A set of data having the same order in
多値圧縮ペア、例えばページ0とページ8は、それぞれ16ビットのデータであり、それぞれ、16個のバイナリビットIO<0>、IO<1>、・・・、IO<15>から構成されているものとする。ここで、各IO<i>(i=0、・・・、15)は、i番目の入出力端子から入力されたバイナリビットを表している。
A multi-value compression pair, for example,
図2に示すように、例えば、多値圧縮ペアとなる2つのページ(例えば、ページ0とページ8)の同じIOアドレスIO<i>に位置づけされたデータを関連付け、メモリセルの各閾値に割り当てることで多値データを記憶するものである(図3A)。
As shown in FIG. 2, for example, data positioned at the same IO address IO <i> of two pages (for example,
尚、多値圧縮ペアとなる2つのページは、必ずしも上記関係に限られず、異なるページ同士を多値圧縮ペアとすれば良い。また、異なるページ間のビットを圧縮するのであれば、必ずしも同じIOアドレスに位置づけされたデータを関連付けなくとも良い。 Note that the two pages that form the multi-value compression pair are not necessarily limited to the above relationship, and different pages may be used as the multi-value compression pair. In addition, if bits between different pages are compressed, it is not always necessary to associate data positioned at the same IO address.
図3Bは、圧縮された疑似二値データが割り当てられるメモリセルの各閾値と、セル分布度数との関係を示す図である。また、図3Cは、ワード書き込み動作で書き込まれたデータの割り付けを示す図である。 FIG. 3B is a diagram showing a relationship between each threshold value of the memory cell to which the compressed pseudo binary data is allocated and the cell distribution frequency. FIG. 3C is a diagram showing allocation of data written by the word write operation.
本実施例では、1ワード単位でのデータの書き込みに関しては、閾値電圧の差が最も広い、(11)、(01)の二状態を使い、疑似的な二値データとしてメモリセルに書き込む(図3B)。これにより、パリティデータを生成しなくても、データの信頼性が確保される。 In this embodiment, when writing data in units of one word, the two states (11) and (01) with the widest difference in threshold voltage are used, and data is written into the memory cell as pseudo binary data (see FIG. 3B). This ensures data reliability without generating parity data.
この疑似的な二値データを書き込む際には、例えば、下位ビット側のページ8IO<0>のビットを強制的に“1”に固定することで、ページ0IO<0>のビット(二値データ)を、(11)、或いは(01)データとしてメモリセルに書き込む。すなわち、例えば、ページ8〜ページ15からなる下位ビット側データを、外部入力に関係なく、例えば、強制的に“1”に固定する。これにより、実際に有効なアドレス空間は半分になる(図3C)。
When writing the pseudo binary data, for example, the bit of the page 0IO <0> on the page 0IO <0> on the lower bit side is forcibly fixed to “1”. ) Is written into the memory cell as (11) or (01) data. That is, for example, the lower bit data consisting of
また、図1に示すように、パリティ生成回路9は、データラッチ回路7から出力されたデータに応じて、このデータをECC訂正するためのパリティデータを生成する。パリティデータは、例えば、一回のページ書き込み動作によって処理される512ワード(8192ビット)単位で生成されることとする。
As shown in FIG. 1, the
ECC訂正回路11は、センスアンプ3から出力された読み出しデータを、パリティデータに基づいて訂正し、訂正されたデータ(以下、訂正データと呼ぶ)を出力する。
The
マルチプレックサ12は、ECC訂正回路11から出力された訂正データが入力されるとともに、後述するフラグデータが入力される。このマルチプレックサ11は、該訂正データをバースト回路10に出力する。さらに、マルチプレックサ1は、制御回路4から出力された該フラグデータの出力を要請する制御信号の入力に応じて、該フラグデータをバースト回路10に出力する。
The
バースト回路10は、内部アドレス信号に応じて、外部クロック信号CLKに同期して、読み出すデータのアドレスを連続してデコーダ2に出力する。また、バースト回路10は、外部クロック信号CLKに同期して、マルチプレックサ12から出力されたデータ信号を入出力バッファ6に出力する(バースト読み出し動作)。
The
既述のように、パリティ生成単位である、例えば512ワード単位のアドレス空間で、メモリセルを多値状態、または、疑似的な二値状態に制御することが可能となる。 As described above, it is possible to control the memory cell in a multi-value state or a pseudo binary state in an address space of, for example, 512 words, which is a parity generation unit.
ただし、上述のようにパリティデータが512ワード単位で生成されるので、例えば、512ワードの領域が多値状態であるときに、多値データを上書きすることはできない。また、該512ワードの領域が多値状態であるときに、疑似的な二値状態を上書きすること、該512ワードの領域が疑似的な二値状態であるときに多値状態を上書きすることも、同様にできない。 However, since the parity data is generated in units of 512 words as described above, the multi-value data cannot be overwritten when the 512-word region is in the multi-value state, for example. Also, when the 512-word area is in a multilevel state, the pseudo binary state is overwritten, and when the 512-word area is in a pseudo binary state, the multilevel state is overwritten. But you can't do it as well.
また、該512ワードの領域が疑似的な二値状態であるとき、例えば強制的にデータを“1”に固定しているページ8にデータを書き込むこともできない。すなわち、“1”データにマスクされた下位ビットは、有効なアドレス空間から除外する必要がある。
Further, when the 512-word area is in a pseudo binary state, for example, data cannot be written to
このような制限があるため、例えば512ワード単位のアドレス空間が、多値状態として制御されているのか、疑似的な二値状態として制御されているのか、或いは、初期の消去状態なのかを記憶しておく必要がある。これらの状態に応じて、上記の制御をしなくてはならない。 Because of this limitation, for example, whether the address space in units of 512 words is controlled as a multi-value state, a pseudo binary state, or an initial erase state is stored. It is necessary to keep it. The above control must be performed according to these states.
そこで、本実施例では、パリティ生成単位である例えば512ワード単位(一回のページ書き込み動作によって処理される単位)毎に、上記状態を判別するためのフラグデータを設ける。 Therefore, in this embodiment, flag data for determining the state is provided for every 512 words (unit processed by one page write operation), which is a parity generation unit.
ここで、図4は、本体データに付随して設けられるパリティデータおよびフラグデータのビット数の割り付けを示す図である。また、図5は、本体データに付随して設けられるパリティデータおよびフラグデータのメモリセル数の割り付けの一例を示す図である。また、また、図6は、メモリセルに記憶される論理とフラグデータが示す状態との関連づけを示す図である。 Here, FIG. 4 is a diagram showing allocation of the number of bits of parity data and flag data provided accompanying the main body data. FIG. 5 is a diagram showing an example of the allocation of the number of memory cells of parity data and flag data provided accompanying the main body data. FIG. 6 is a diagram showing the association between the logic stored in the memory cell and the state indicated by the flag data.
図4に示すように、本実施例では、例えば、512ワード単位毎に生成されるパリティデータとともに、疑似的な二値状態を示す疑似二値フラグデータ(第1のフラグデータ)と、多値状態を示す多値フラグデータ(第2のフラグデータ)と、を設ける。以下、単にフラグデータと言う場合は、両方のフラグデータを意味する。 As shown in FIG. 4, in this embodiment, for example, pseudo binary flag data (first flag data) indicating a pseudo binary state, multi-value, together with parity data generated every 512 word unit. Multi-value flag data (second flag data) indicating a state is provided. Hereinafter, when it is simply referred to as flag data, it means both flag data.
図5に示すように、例えば、多値フラグデータと疑似二値フラグデータとを、ECC救済を必要としない疑似的な二値状態で2つのメモリセルで記憶する。すなわち、図1、図5に示すように、本体データ、付随するフラグデータ、および付随するパリティデータは、1度に消去される最小消去単位でもあり、1つのワード線に接続された複数のメモリセルに記憶される。 As shown in FIG. 5, for example, multilevel flag data and pseudo binary flag data are stored in two memory cells in a pseudo binary state that does not require ECC relief. That is, as shown in FIGS. 1 and 5, the main body data, the accompanying flag data, and the accompanying parity data are also the minimum erasing unit to be erased at one time, and are a plurality of memories connected to one word line. Stored in the cell.
また、図6に示すように、フラグデータは、例えば、消去状態では(11)、多値状態では(01)、疑似的な二値状態では(10)、書き込み禁止状態では(00)と定義して、メモリセルに記憶される。疑似二値フラグデータを記憶する場合は、対応するビットの論理を例えば“1”から“0”に書き換える。多値フラグデータを記憶する場合は、対応するビットの論理を例えば“1”から“0”に書き換える。 Further, as shown in FIG. 6, for example, flag data is defined as (11) in the erased state, (01) in the multi-valued state, (10) in the pseudo binary state, and (00) in the write-inhibited state. And stored in the memory cell. When storing the pseudo binary flag data, the logic of the corresponding bit is rewritten from “1” to “0”, for example. When storing multi-level flag data, the logic of the corresponding bit is rewritten from “1” to “0”, for example.
また、図7は、本体データに付随して設けられるパリティデータおよびフラグデータのメモリセルの割り付けの他の例を示す図である。また、図8は、本体データに付随して設けられるパリティデータおよびフラグデータのメモリセルの割り付けのさらに他の例を示す図である。 FIG. 7 is a diagram showing another example of allocation of memory cells for parity data and flag data provided in association with main body data. FIG. 8 is a diagram showing still another example of allocation of parity data and flag data memory cells provided in association with main body data.
図7に示すように、多値フラグデータと疑似二値フラグデータとを、多値状態で1つのメモリセルで記憶するようにしても良い。 As shown in FIG. 7, the multilevel flag data and the pseudo binary flag data may be stored in one memory cell in a multilevel state.
また、疑似二値フラグデータが書き込まれる場合には、データのECC訂正はされず、パリティデータは必要ない。したがって、512ワード単位のアドレス空間を疑似二値状態として制御する場合は、図8に示すように、パリティデータを記憶するためのメモリセルに、疑似二値フラグデータを記憶するようにしても良い。これにより、メモリセルの数を減らし、回路面積を削減することができる。 When pseudo binary flag data is written, the data is not ECC-corrected and parity data is not necessary. Therefore, when controlling the address space in units of 512 words as a pseudo binary state, pseudo binary flag data may be stored in a memory cell for storing parity data, as shown in FIG. . Thereby, the number of memory cells can be reduced and the circuit area can be reduced.
ここで、NOR型フラッシュメモリ100における上記フラグデータ(疑似二値フラグデータ、多値フラグデータ)を用いたワード書き込み動作およびページ書き込み動作について説明する。
Here, a word write operation and a page write operation using the flag data (pseudo binary flag data, multi-level flag data) in the NOR
先ず、ワード書き込み動作のフローの一例について説明する。図9は、本実施例に係るNOR型フラッシュメモリ100のワード書き込み動作の一例を示すフローチャートである。
First, an example of a flow of word write operation will be described. FIG. 9 is a flowchart illustrating an example of a word write operation of the NOR
先ず、制御回路4は、内部アドレス信号およびデータ信号の入力に応じて、ワード単位の書き込みを認識する。そして、制御回路4は、フラグ読み出しのための制御信号をデコーダ2に出力する(ステップS1)。
First, the
次に、デコーダ2は、該制御信号に応じて、メモリセルアレイ1のビット線選択、ワード線選択をし、指定されたアドレスに対応するメモリセルを駆動させる。これにより、指定されたアドレスを含む512ワード単位のアドレス空間の状態を示すフラグデータがメモリセルアレイ1から読み出され、センスアンプ3を介して、制御回路4にフラグデータが入力される(ステップS2)。
Next, the
次に、制御回路4は、入力されたフラグデータが、多値状態を示すか否かを判断する(ステップS3)。
Next, the
例えば、制御回路4は、ステップS3で、該フラグデータが多値状態を示すと判断した場合には、既述のように、本体データが多値状態で記憶されておりワード単位の書き込みができないので、書き込み動作を終了する。
For example, if the
一方、制御回路4は、ステップS3で、該フラグデータが多値状態を示さないと判断した場合には、消去状態であるか、本体データが疑似二値状態で記憶されているので、ワード単位の書き込みができると判断し、ステップS4に進む。
On the other hand, if the
そして、制御回路4は、指定されたアドレスが、疑似二値状態にするため例えばデータが“1”に固定されたページのアドレスか否かを判断する(ステップS4)。
Then, the
例えば、制御回路4は、指定されたアドレスが、例えばデータが“1”に固定されたページのアドレスであると判断した場合には、記憶されるデータの論理が確定しており書き込みが不可であるので、書き込み動作を終了する。
For example, if the
一方、制御回路4は、指定されたアドレスが、例えばデータが“1”に固定されたワードのアドレスではないと判断した場合には、ステップS5に進む。
On the other hand, if the
指定されたアドレスが、データが固定されたワードのアドレスではない場合は、ワード単位の書き込みが可能である。したがって、制御回路4は、二値状態を示すフラグデータを設定し、データ圧縮回路8に出力するとともに、フラグデータを書きこむための制御信号をデコーダ2に出力する。
When the designated address is not the address of a word in which data is fixed, writing in units of words is possible. Therefore, the
そして、データ圧縮回路8は、データ圧縮したフラグデータを出力する。そして、デコーダ2は、該制御信号およぶデータ圧縮回路8の出力に応じて、メモリセルアレイ1のビット線選択、ワード線選択し、指定されたアドレスに対応するメモリセルを駆動させ、該フラグデータを書き込む(ステップS5)。
Then, the
次に、該フラグデータのベリファイ動作が実施される(ステップS6)。 Next, a verify operation for the flag data is performed (step S6).
次に、制御回路4は、センスアンプ3の出力に基づいて、ベリファイが完了したかを判断する(ステップS7)。
Next, the
ベリファイが完了していない場合は、ステップS5に戻り、再度、ベリファイ動作を実施する。 If the verification is not completed, the process returns to step S5, and the verify operation is performed again.
一方、ベリファイが完了した場合は、ステップS8に進む。 On the other hand, when the verification is completed, the process proceeds to step S8.
次に、制御回路4は、指定されたアドレスに本体データを書きこむための制御信号をデコーダ2に出力する。そして、データ圧縮回路8は、データ圧縮した本体データを出力する。そして、デコーダ2は、該制御信号およぶデータ圧縮回路8の出力に応じて、メモリセルアレイ1のビット線選択、ワード線選択し、アドレス指定されたメモリセルを駆動させ、該本体データを書き込む(ステップS8)。
Next, the
次に、該本体データのベリファイ動作が実施される(ステップS9)。 Next, a verify operation of the main body data is performed (step S9).
次に、制御回路4は、センスアンプ3の出力に基づいて、ベリファイが完了したかを判断する(ステップS10)。
Next, the
ベリファイが完了していない場合は、ステップS8に戻り、再度、ベリファイ動作を実施する。 If the verification is not completed, the process returns to step S8, and the verify operation is performed again.
一方、ベリファイが完了した場合は、書き込み動作を終了する。 On the other hand, when the verification is completed, the write operation is terminated.
以上のNOR型フラッシュメモリ100の動作により、ワード書き込み動作が実施される。
The word write operation is performed by the operation of the NOR
既述のように、図9に示すフローでは、ワード単位での書き込みコマンド入力後、初期動作中にフラグデータを読み出し、本体データが多値状態か疑似的な二値状態かを判断する。 As described above, in the flow shown in FIG. 9, after inputting the write command in units of words, the flag data is read during the initial operation to determine whether the main body data is in a multi-value state or a pseudo binary state.
ここで、ワード単位の書き込み時に、疑似的な二値状態を示すフラグデータがすでに書かれていた場合には、疑似的な二値状態を示すフラグを書き込む動作をしないで、すぐ指定のアドレスに本体データを書き込む。これにより、ワード単位の書き込み時間を短縮することができる。 Here, if flag data indicating a pseudo binary state has already been written at the time of writing in word units, an operation for writing a flag indicating a pseudo binary state is not performed, but the specified address is immediately set. Write body data. As a result, the writing time in units of words can be shortened.
以下、上記ワード単位の書き込み動作のフローの他の例について説明する。 Hereinafter, another example of the above-described word unit write operation will be described.
図10は、本実施例に係るNOR型フラッシュメモリ100のワード単位の書き込み動作の他の例を示すフローチャートである。
FIG. 10 is a flowchart showing another example of the word unit write operation of the NOR
尚、図10において、ステップS1乃至ステップS4までの動作は、図9に示すステップS1乃至ステップS4までの動作と同様である。また、NOR型フラッシュメモリ100のステップS5乃至ステップS10までの動作は、図9に示すステップS5乃至ステップS10までの動作と同様である
ステップS4で、制御回路4が、指定されたアドレスが、データが“1”に固定されたページのアドレスではないと判断した場合には、ステップS4aに進む。
In FIG. 10, the operations from step S1 to step S4 are the same as the operations from step S1 to step S4 shown in FIG. Further, the operation from the step S5 to the step S10 of the NOR
ステップS4aでは、制御回路4は、入力されたフラグデータが、疑似的な二値状態を示すか否かを判断する。
In step S4a, the
例えば、制御回路4は、ステップS4aで、該フラグデータが疑似的な二値状態を示すと判断した場合には、改めて疑似的な二値状態を示すフラグデータを書き込む必要がないので、ステップS8に進む。
For example, if it is determined in step S4a that the flag data indicates a pseudo binary state, the
一方、制御回路4は、ステップS3で、該フラグデータが疑似的な二値状態を示さないと判断した場合には、疑似的な二値状態を示すフラグデータを書き込む必要があるので、ステップS5に進む。
On the other hand, if it is determined in step S3 that the flag data does not indicate a pseudo binary state, the
以降のフローは、図9に示すフローと同様である。 The subsequent flow is the same as the flow shown in FIG.
以上のNOR型フラッシュメモリ100の動作により、ワード単位の書き込み動作時間の短縮が図られる。
By the operation of the NOR
次に、複数ワード(例えば、512ワード)単位の書き込み動作(ページ書き込み動作)のフローの一例について説明する。 Next, an example of a flow of a write operation (page write operation) in units of a plurality of words (for example, 512 words) will be described.
図11は、本実施例に係るNOR型フラッシュメモリのページ書き込み動作の一例を示すフローチャートである。 FIG. 11 is a flowchart showing an example of the page write operation of the NOR flash memory according to this embodiment.
先ず、制御回路4は、内部アドレス信号およびデータ信号の入力に応じて、ページ単位の書き込みを認識する。そして、制御回路4は、フラグ読み出しのための制御信号をデコーダ2に出力する(ステップS11)。
First, the
次に、デコーダ2は、該制御信号に応じて、メモリセルアレイ1のビット線選択、ワード線選択し、指定されたアドレスのメモリセルを駆動させる。これにより、指定された512ワード単位のアドレス空間の状態を示すフラグデータがメモリセルアレイ1から読み出され、センスアンプ3を介して、制御回路4にフラグデータが入力される(ステップS12)。
Next, the
次に、制御回路4は、入力されたフラグデータが、多値状態を示すか否かを判断する(ステップS13)。
Next, the
例えば、制御回路4は、ステップS13で、該フラグデータが多値状態を示すと判断した場合には、既述のように、本体データが多値状態で記憶されており複数ワード単位の書き込みができないので、書き込み動作を終了する。
For example, if the
一方、制御回路4は、ステップS13で、該フラグデータが多値状態を示さないと判断した場合には、消去状態であるか、本体データが疑似的な二値状態で記憶されていると判断される。
On the other hand, if the
そこで、制御回路4は、入力されたフラグデータが、疑似的な二値状態を示すか否かを判断する(ステップS14)。
Therefore, the
例えば、制御回路4は、ステップS14で、該フラグデータが疑似的な二値状態を示すと判断した場合には、複数ワード単位の書き込みをすることができないので、書き込み動作を終了する。
For example, if it is determined in step S14 that the flag data indicates a pseudo binary state, the
一方、ステップS14で、制御回路4が、該フラグデータが疑似二値状態を示さないと判断した場合には、消去状態であると判断される。
On the other hand, if the
ここで、指定された512ワード単位のアドレス空間が消去状態の場合は、複数ワード単位の書き込みが可能である。したがって、制御回路4は、多値状態を示すフラグデータを設定し、データ圧縮回路8に出力するとともに、フラグデータを書きこむための制御信号をデコーダ2に出力する。
Here, when the designated 512-word unit address space is in the erased state, writing in units of a plurality of words is possible. Therefore, the
そして、データ圧縮回路8は、データ圧縮したフラグデータを出力する。そして、デコーダ2は、該制御信号およびデータ圧縮回路8の出力に応じて、メモリセルアレイ1のビット線選択、ワード線選択し、アドレス指定されたメモリセルを駆動させ、該フラグデータを書き込む(ステップS15)。
Then, the
次に、該フラグデータのベリファイ動作が実施される(ステップS16)。 Next, a verify operation for the flag data is performed (step S16).
次に、制御回路4は、センスアンプ3の出力に基づいて、ベリファイが完了したかを判断する(ステップS17)。
Next, the
ベリファイが完了していない場合は、ステップS15に戻り、再度、ベリファイ動作を実施する。 If the verification is not completed, the process returns to step S15, and the verify operation is performed again.
一方、ベリファイが完了した場合は、ステップS18に進む。 On the other hand, if the verification is completed, the process proceeds to step S18.
次に、制御回路4は、指定されたアドレスに本体データを書きこむための制御信号をデコーダ2に出力する。そして、データ圧縮回路8は、データ圧縮した本体データを出力する。そして、デコーダ2は、該制御信号およびデータ圧縮回路8の出力に応じて、メモリセルアレイ1のビット線選択、ワード線選択し、アドレス指定されたメモリセルを駆動させ、該本体データを書き込む(ステップS18)。尚、本体データに関連付けられたパリティデータも、所定のメモリセルに同様に書き込まれる。
Next, the
次に、該本体データおよびパリティデータのベリファイ動作が実施される(ステップS19)。 Next, the verify operation of the main data and parity data is performed (step S19).
次に、制御回路4は、センスアンプ3の出力に基づいて、ベリファイが完了したか否かを判断する(ステップS10)。
Next, the
ベリファイが完了していない場合は、ステップS8に戻り、再度、ベリファイ動作を実施する。 If the verification is not completed, the process returns to step S8, and the verify operation is performed again.
一方、ベリファイが完了した場合は、書き込み動作を終了する。 On the other hand, when the verification is completed, the write operation is terminated.
以上のNOR型フラッシュメモリ100の動作により、ページ書き込み動作が実施される。
The page write operation is performed by the operation of the NOR
ここで、NOR型フラッシュメモリ100の読み出し動作(バースト読み出し動作)について説明する。
Here, a read operation (burst read operation) of the NOR
図1において、バースト回路10は、読み出しのための内部アドレス信号を受けると、外部クロック信号CLKに同期して、読み出すデータを指定するアドレスを連続してデコーダ2に出力する。デコーダ2は、バースト回路10の出力に応じて、メモリセルアレイ1のビット線選択、ワード線選択し、アドレス指定されたメモリセルを駆動させる。これにより、読み出されたフラグデータがバースト回路10に入力されるとともに、ECC訂正回路11に読み出された本体データ、フラグデータ、パリティデータが入力される。
In FIG. 1, when receiving an internal address signal for reading, the
そして、制御回路4は、アドレスバッファ5、入出力バッファ6から専用のコマンド(フラグ出力コマンド)が入力されると、マルチプレックサ12にフラグ出力コマンドを出力する。マルチプレックサ12は、このフラグ出力コマンドに応じて、訂正データとともにフラグデータをバースト回路10に出力する。そして、バースト回路10は、外部クロック信号CLKに同期して、入力された該訂正データおよび該フラグデータを出力データとして、入出力バッファ6に出力する。
When a dedicated command (flag output command) is input from the
これにより、指定された512ワード単位のアドレス空間が、多値状態であるのか、疑似的な二値状態であるのかを示す情報を外部に出力することができる。よって、NOR型フラッシュメモリを制御する外部システムが、512ワード単位のアドレス空間が、多値状態として制御されているのか、疑似的な二値状態として制御されているのか、或いは、初期の消去状態なのかを管理することが可能となる。 As a result, it is possible to output information indicating whether the designated 512-word unit address space is in a multilevel state or a pseudo binary state. Therefore, the external system that controls the NOR type flash memory determines whether the address space in units of 512 words is controlled as a multi-value state, a pseudo binary state, or an initial erase state. It becomes possible to manage.
また、上述のように、512ワード単位のデータが読み出される際に、例えば512ワード単位にある多値状態を示す多値フラグデータと疑似的な二値状態を示す疑似二値フラグデータも一括して読み出される。 Further, as described above, when data in 512-word units is read, for example, multi-value flag data indicating a multi-value state in 512-word units and pseudo-binary flag data indicating a pseudo binary state are collectively displayed. Read out.
ECC訂正回路11は、多値フラグデータが入力されれば、ECC救済を実施する。一方、ECC訂正回路11は、多値フラグデータが入力されなければECC救済を実施しない。
The
図12は、本発明の一態様である実施例1に係るNOR型フラッシュメモリ100のバースト読み出し動作の一例を示す図である。
FIG. 12 is a diagram illustrating an example of a burst read operation of the NOR
バースト回路10は、図12に示すように、多値状態を示す多値フラグデータが入力されれば、読み出された全てのデータを、外部クロックCLKに同期して出力する。
As shown in FIG. 12, when multi-value flag data indicating a multi-value state is input, the
また、バースト回路10は、疑似的な二値状態を示す疑似二値フラグデータが入力されれば、疑似的な二値データを構成するために強制的に論理を固定したページのアドレスに対応するデータを、読み出された本体データに拘わらず、該固定された論理(例えば、“1”)として出力するようにしても良い。これにより、論理を“1”に固定したページ内のメモリセルの保持するデータが、“1”から“0”に不良しても、外部には不良として現れない。
Further, when the pseudo binary flag data indicating the pseudo binary state is input, the
さらに、バースト回路10は、疑似的な二値状態を示すフラグが入力されれば、強制的に論理を固定したページのアドレスに対応するデータは無効であるので、図12に示すように、そのアドレス空間に対応するデータを読み飛ばす。そして、バースト回路10は、残りの有効なアドレス空間に対応するデータのみを出力する。
Furthermore, if a flag indicating a pseudo binary state is input to the
すなわち、疑似二値フラグデータが記憶されている場合、論理が固定された一方のページのデータを読み出さず、他方のページに記憶されたデータを読み出す。これにより、実質的なデータ読み出し速度を向上することができる。 That is, when the pseudo binary flag data is stored, the data stored in the other page is not read out, but the data stored in the other page is not read out. Thereby, the substantial data reading speed can be improved.
以上のように、本実施例に係るNOR型フラッシュメモリ100によれば、書き込み単位に応じて、疑似的な二値データまたは多値データをメモリセルに記憶することができる。
As described above, according to the NOR
(応用例)
以下、上記構成および機能を有するNOR型フラッシュメモリ100を半導体チップに搭載した一例について説明する。
(Application example)
Hereinafter, an example in which the NOR
図13は、本発明の一態様である実施例1に係るNOR型フラッシュメモリ100を備えた半導体チップ(マルチ・チップ・パッケージ:MCP(Multi Chip Package))1000の一例を示す断面図である。
FIG. 13 is a cross-sectional view showing an example of a semiconductor chip (multi-chip package: MCP) 1000 including the NOR
図13に示すように、半導体チップ1000は、基板1001上に順次積層されたNAND型フラッシュメモリ1002、スペーサ1003、NOR型フラッシュメモリ100、スペーサ1004、PSRAM(Pseudo Static Random Access Memory)1005、およびコントローラ1006を同一パッケージ内に搭載している。
As shown in FIG. 13, a
NAND型フラッシュメモリ1002は、例えば、多値データの記憶が可能な複数のメモリセルを有している。また、半導体チップ1000において、PSRAMに換えて、SDRAM(Synchronous Dynamic Random Access Memory)を用いた構成であっても良い。
The
上記メモリのうち、メモリシステムによる用途により、NAND型フラッシュメモリ1002は、例えば、データ格納用メモリとして使用される。また、NOR型フラッシュメモリ100は、例えば、プログラム格納用メモリとして使用される。また、PSRAM1005は、例えば、ワーク用メモリとして使用される。
Among the above memories, the
コントローラ1006は、主としてNAND型フラッシュメモリ1002に対するデータ入出力制御、データ管理を行う。コントローラ1006は、ECC訂正回路(図示せず)を有しており、データを書き込む際には誤り訂正符合(ECC)付加し、読み出す際にも誤り訂正符号の解析・処理を行う。
The
NAND型フラッシュメモリ1002、NOR型フラッシュメモリ100、PSRAM1005、およびコントローラ1006は、ワイヤ1007により基板1001にボンディングされている。
The
基板1001の裏面に設けられた各半田ボール1008は、それぞれワイヤ1007に電気的に接続されている。パッケージ形状としては、例えば、各半田ボール1008が二次元的に配置された表面実装型のBGA(Ball Grid Array)が採用される。
Each
尚、実施例1におけるECC訂正回路11は、既述のようにNOR型フラッシュメモリ100内に設けられてもよく、または、コントローラ1006内に設けられていても良い。この場合、NAND型フラッシュメモリ1002とECC訂正回路を共用しても良いし、NAND型フラッシュメモリ1002とNOR型フラッシュメモリ100とで、それぞれ異なるECC訂正回路を有していても良い。また、ECC訂正回路11は、コントローラ1002の外部に独立して設けられていても良い。
The
次に、上記半導体チップ1000を、電子機器の一例である携帯電話に適用する場合について説明する。
Next, a case where the
図14は、半導体チップ1000を内部に実装する携帯電話を示す図である。図14に示すように、携帯電話2000は、メイン画面2001を有する本体上部2002と、キーパッド2003を有する本体下部2004と、を備えている。この携帯電話2000には、半導体チップ1000が搭載される。
FIG. 14 is a diagram showing a mobile phone in which the
携帯電話2000に搭載されたCPU(図示せず)は、半導体チップ1000にインターフェイス(図示せず)を介してアクセスし、データ等の転送を行うようになっている。携帯電話2000は、例えば、NAND型フラッシュメモリ1002をユーザデータの格納領域として、NOR型フラッシュメモリ100をファームウェア等のプログラム格納領域として使用する。
A CPU (not shown) mounted on the
この様なメモリシステムにおいて、NOR型フラッシュメモリ100には、1ワード単位での高速な書き込み動作が要求される。また一方で、アプリケーションソフトの高機能化に伴い、格納すべきプログラムのデータ量も増大傾向にある。
In such a memory system, the NOR
本発明の一態様である実施例1に係るNOR型フラッシュメモリ100は、上述したように、ワード書き込み動作で入力されるデータを疑似的な二値状態で記憶し、ページ書き込み動作で入力されるデータを多値状態で記憶することで、上記2つの相反する課題を共に解決することが可能である。
As described above, the NOR
尚、半導体チップ1000は、上記携帯電話以外にも、パーソナルコンピュータ、デジタルスチルカメラ、PDA等の各種電子機器に適用することができる。
The
1 メモリセルアレイ
2 デコーダ
3 センスアンプ
4 制御回路
5 アドレスバッファ
6 入出力バッファ
7 データラッチ回路
8 データ圧縮回路
9 パリティ生成回路
10 バースト回路
11 ECC訂正回路
12 マルチプレックサ
100 フラッシュメモリ
1000 半導体チップ
1001 基板
1002 NAND型フラッシュメモリ
1003、1004 スペーサ
1005 PSRAM
1006 コントローラ
1007 ワイヤ
1008 半田ボール
2000 携帯電話
2001 メイン画面
2002 本体上部
2003 キーパッド
2004 本体下部
1
1006
Claims (5)
前記第1の単位でデータを処理する第1の書き込み動作では、前記上位ビットまたは前記下位ビットの何れか一方の論理を固定して、閾値電圧の差が最大になる2つの多値データを割り当てることにより、疑似的な二値状態として1つの前記メモリセルに1ビットの入力データを記憶し、
前記第1の単位よりも大きい第2の単位でデータを処理する第2の書き込み動作では、多値状態として1つの前記メモリセルに複数ビットの入力データを記憶するとともに、前記第2の単位でエラー訂正を行うためのパリティデータを前記メモリセルに記憶する
ことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。 By assigning multi-level data obtained by selecting the upper bit from one of the data sets of the first unit and the lower bit from the other to each threshold voltage of the memory cell, a plurality of bits are assigned to one memory cell. A non-volatile semiconductor memory device capable of storing data,
In the first write operation for processing data in the first unit, the logic of either the upper bit or the lower bit is fixed, and two multi-value data that maximizes the threshold voltage difference are allocated. Thus, 1-bit input data is stored in one of the memory cells as a pseudo binary state,
In a second write operation for processing data in a second unit larger than the first unit, a plurality of bits of input data are stored in one memory cell as a multi-value state, and the second unit is used in the second unit. A non-volatile semiconductor memory device, wherein parity data for error correction is stored in the memory cell.
前記メモリセルが前記擬似的な二値状態である場合には、前記第2の単位毎に第1のフラグデータが記憶され、一方、前記メモリセルが前記多値状態である場合には、前記第2の単位毎に第2のフラグデータが記憶され、
前記第1のフラグデータおよび前記第2のフラグデータが共に記憶されていない場合は、前記第1の書き込み動作および前記第2の書き込み動作によるデータ処理が共に可能であり、
前記第1のフラグデータが記憶され、且つ、前記第2のフラグデータが記憶されていない場合は、前記第1の書き込み動作によるデータ処理が可能であり、且つ、前記第2の書き込み動作によるデータ処理が禁止され、
前記第2のフラグデータが記憶され、且つ、前記第1のフラグデータが記憶されていない場合は、前記第1の書き込み動作および前記第2の書き込み動作によるデータ処理が共に禁止される
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。 Controlling the address space of the second unit as the pseudo binary state or the multi-value state,
When the memory cell is in the pseudo binary state, the first flag data is stored for each of the second units, while when the memory cell is in the multi-value state, Second flag data is stored for each second unit,
When both the first flag data and the second flag data are not stored, both data processing by the first write operation and the second write operation is possible.
When the first flag data is stored and the second flag data is not stored, data processing by the first write operation is possible, and data by the second write operation Processing is prohibited,
When the second flag data is stored and the first flag data is not stored, both data processing by the first write operation and the second write operation is prohibited. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1.
ことを特徴とする請求項2に記載の不揮発性半導体記憶装置。 When data processing is performed by the first write operation, the first flag data and the second flag data corresponding to a designated address space are read, and the pseudo binary state is determined. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 2, wherein the first flag is not written and data processing is performed.
前記第2のフラグデータを、前記疑似的な二値状態として1つの前記メモリセルに記憶する
ことを特徴とする請求項2または請求項3に記載の不揮発性半導体記憶装置。 Storing the first flag data in the memory cell in which the parity data is stored in the second write operation;
4. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 2, wherein the second flag data is stored in one of the memory cells as the pseudo binary state. 5.
ことを特徴とする請求項2乃至請求項4のいずれか1項に記載の不揮発性半導体記憶装置。 When the first flag data is stored, data corresponding to an address space whose logic is fixed is not read, and input data corresponding to an address space whose logic is not fixed is read. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 2.
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