DE112004002836T5

DE112004002836T5 - Nichtflüchtige Halbleitervorrichtung und Verfahren zum automatischen Beheben eines Löschfehlers in der Vorrichtung

Info

Publication number: DE112004002836T5
Application number: DE112004002836T
Authority: DE
Inventors: Masaki Aizuwakamatsu Shingo
Original assignee: Spansion Japan Ltd; Spansion LLC
Current assignee: Spansion Japan Ltd; Spansion LLC
Priority date: 2004-04-21
Filing date: 2004-04-21
Publication date: 2007-03-08
Anticipated expiration: 2024-04-22
Also published as: GB0620716D0; JPWO2005104136A1; CN101006520A; WO2005104136A1; GB2427731B; CN101006520B; DE112004002836B4; JP4642018B2; US20060239111A1; US7352620B2; GB2427731A

Abstract

Halbleitervorrichtung mit:
– elektrisch löschbaren/programmierbaren regulären Sektoren;
– mindestens einem elektrisch löschbaren/programmierbaren Reserve-Sektor für die regulären Sektoren;
– einem Decoder, der einen der regulären Sektoren in Reaktion auf einen Löschbefehl auswählt;
– einer Überwachungsschaltung, die eine Löschleistung eines ausgewählten regulären Sektors während des Löschens überwacht; und
– einer Steuerschaltung, die automatisch den Reserve-Sektor für den ausgewählten regulären Sektor auswählt, wenn der ausgewählte reguläre Sektor eine verringerte Löschleistung aufweist,
– wobei sich der Reserve-Sektor anfangs vor dem Ausgewähltwerden durch die Steuerschaltung in einem Löschzustand befindet.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine nichtflüchtige Halbleitervorrichtung und ein Verfahren zum automatischen Beheben eines Löschfehlers und insbesondere eine Halbleitervorrichtung, die in der Lage ist, automatisch und schnell einen Löschfehler zu beheben, bei dem in einem Sektor befindliche Daten nicht innerhalb eines vorgebebenen Zeitraums gelöscht werden können (Fehler wegen zu langandauernden Löschens – Langlöschfehler), und ein Verfahren zum automatischen Beheben eines Langlöschfehlers.
2. Beschreibung des einschlägigen Stands der Technik
Es ist ein Flash-Speicher als einer der nichtflüchtigen Halbleitervorrichtungen bekannt. Der Flash-Speicher weist Sektoren auf, die jeweils aus einer Gruppe von Kernzellen gebildet sind. Um die Vorrichtung gegen Fehler in einem der regulären Sektoren zu schützen, weist der herkömmliche Flash-Speicher eine redundante Schaltung mit einem redundanten Sektor (Reserve-Sektor) auf, der von den regulären Sektoren (normalen Sektoren) getrennt ist und auf demselben Chip vorgesehen ist. Ein bei einer während des Fertigungsprozesses durchgeführten Prüfung/Inspektion identifizierter defekter regulärer Sektor wird durch den Reserve-Sektor ersetzt. Wenn nach der Auslieferung bei der praktischen Anwendung ein langandauerndes Löschen in einem Flash-Speicher-Chip erfolgt, handelt es sich bei dem Chip um einen Chip, bei dem "ein Langlöschfehler" auftritt, und er wird als defekter Chip behandelt. Wenn ein Löschfehler vor der Auslieferung bei dem Chip-Prüf-/Inspektionsschritt detektiert wird, kann ein Ersetzen durch einen Reserve-Sektor erfolgen, oder der defekte Chip wird bei einem Screening verworfen.
Es ist jedoch schwierig, eine Redundanz und ein Screening für Löschfehler vollständig zu implementieren, und es ist unvermeidlich, dass nach der Auslieferung bei der praktischen Anwendung ein Löschfehler auftritt. In der Japanischen Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 8-7597 ist eine nichtflüchtige Halbleiterspeichervorrichtung beschrieben, die ein automatisches Beheben eines Fehlers ermöglicht, der bei der praktischen Anwendung durch die Endbenutzer auftritt. Diese Vorrichtung weist eine Schaltung auf, die zur Gewährleistung einer guten Speicherleistung verhindert, dass eine Speicherzelle mit verringerter Programmier- oder Löschleistung bei der praktischen Anwendung ausgewählt wird.
Die in der Japanischen Patentanmeldungsveröffentlichung 8-7597 beschriebene Vorrichtung löscht jedoch den spezifizierten Sektor durch automatische Redundanz und ermöglicht Verbesserungen bei der Reduzierung der Zeit, die für ein automatisches Beheben des Sektorfehlers erforderlich ist.
ZUSAMMENFASSENDER ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
Bei der vorliegenden Erfindung werden die oben beschriebenen Probleme berücksichtigt, und der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Halbleitervorrichtung bereitzustellen, die in der Lage ist, automatisch und schnell einen Löschfehler zu beheben, bei dem in einem Sektor gespeicherte Daten nicht innerhalb eines vorgegebenen Zeitraums gelöscht werden können (Langlöschfehler), und den Benutzern eine Umgebung zu präsentieren, die im Wesentlichen derjenigen gleich ist, bei der kein Langlöschfehler auftritt, und ein Verfahren zum automatischen Beheben eines Langlöschfehlers zu schaffen.
Die Lösung der vorgenannten Aufgaben erfolgt erfindungsgemäß mit einer Halbleitervorrichtung, die aufweist: elektrisch löschbare/programmierbare reguläre Sektoren; mindestens einen elektrisch löschbaren/programmierbaren Reserve-Sektor für die regulären Sektoren; einen Decoder, der einen der regulären Sektoren in Reaktion auf einen Löschbefehl auswählt; eine Überwachungsschaltung, die eine Löschleistung eines ausgewählten regulären Sektors während des Löschens überwacht; und eine Steuerschaltung, die automatisch den Reserve-Sektor für den ausgewählten regulären Sektor auswählt, wenn der ausgewählte reguläre Sektor eine verringerte Löschleistung aufweist, wobei sich der Reserve-Sektor anfangs vor dem Ausgewähltwerden durch die Steuerschaltung in einem Löschzustand befindet.
Vorzugsweise wählt die Steuerschaltung automatisch den Reserve-Sektor aus, wenn die Löschleistung des ausgewählten regulären Sektors anzeigt, dass das Löschen des Sektors innerhalb eines vorgegebenen Zeitraums nicht abgeschlossen ist.
Die Überwachungsschaltung kann derart konfiguriert sein, dass sie einen Impulszähler aufweist, der zum Löschen vorgesehene Impulse zählt und die Löschleistung des ausgewählten regulären Sektors anhand der Anzahl von gezählten Impulsen überwacht. In diesem Fall kann die Steuerschaltung derart konfiguriert sein, dass sie das Löschen verifiziert und automatisch den Reserve-Sektor auswählt, wenn das Verifizieren der Löschung bei einer vorgegebenen Anzahl von gezählten Impulsen einen Fehler anzeigt.
Die Überwachungsschaltung kann derart konfiguriert sein, dass sie einen Stromdetektor aufweist, der einen beim Löschen in dem ausgewählten regulären Sektor fließenden Leckstrom detektiert. In diesem Fall kann die Steuerschaltung derart konfiguriert sein, dass sie automatisch den Reserve-Sektor auswählt, wenn der Leckstrom beim Löschen eine vorgegebene Strommenge erreicht. Der Leckstrom kann ein beim Löschen zwischen einer Wortleitung und einer Wanne des ausgewählten regulären Sektors fließender Strom sein.
Die Steuerschaltung kann derart konfiguriert sein, dass sei einen inhaltsadressierbaren Speicher (CAM) zum Speichern einer Adresse des ausgewählten regulären Sektors mit der verringerten Löschleistung aufweist.
Die Steuerschaltung kann derart konfiguriert sein, dass sie aufweist: einen inhaltsadressierbaren Speicher (CAM) zum Speichern einer Adresse des ausgewählten regulären Sektors mit der verringerten Löschleistung; und eine Adressenvergleichsschaltung zum Vergleichen einer von dem Löschbefehl angegebenen Adresse mit der in dem CAM gespeicherten Adresse und zum Bewirken, dass der Decoder den Reserve-Sektor auswählt, wenn die von dem Löschbefehl angegebene Adresse mit der Adresse in dem CAM übereinstimmt.
Die Steuerschaltung kann derart konfiguriert sein, dass sie das Löschen des ausgewählten regulären Sektors verifiziert und ein Signal erzeugt, das den ausgewählten regulären Sektor bei Durchführung der Verifizierung in einem programmierbaren Zustand setzt.
Die Steuerschaltung kann derart konfiguriert sein, dass sie das Verifizieren des Löschens fortsetzt, bis eine vorbestimmte maximale Anzahl von zum Löschen vorgesehenen Impulsen an den Sektor angelegt ist, wenn die Steuerschaltung den Reserve-Sektor nicht automatisch auswählt. Der CAM kann eine nichtflüchtige Speicherzelle zum Speichern der Adresse des ausgewählten regulären Sektors aufweisen.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Redundanz-Verfahren für einen nichtflüchtigen Halbleiterspeicher, mit folgenden Schritten: Löschen von in einem von einem Löschbefehl ausgewählten regulären Sektor gespeicherten Daten; Überwachen einer Löschleistung eines ausgewählten regulären Sektors; und Auswählen eines Reserve-Sektors für den ausgewählten regulären Sektor, wenn der ausgewählte reguläre Sektor eine verringerte Löschleistung aufweist, wobei sich der Reserve-Sektor anfangs vor dem Auswählschritt in einem Löschzustand befindet.
Vorzugsweise wird bei dem Auswählschritt automatisch der Reserve-Sektor ausgewählt, wenn die Löschleistung des ausgewählten regulären Sektors anzeigt, dass das Löschen des ausgewählten regulären Sektors innerhalb eines vorgegebenen Zeitraums nicht abgeschlossen ist.
Der Schritt des Auswählens kann einen Schritt des Zählens von zum Löschen vorgesehenen Impulsen zwecks Überwachung der Löschleistung des ausgewählten regulären Sektors anhand einer Anzahl von gezählten Impulsen umfassen.
Der Schritt des Überwachens kann einen Schritt des Detektierens eines beim Löschen in dem ausgewählten regulären Sektor fließenden Leckstroms umfassen.
Der Schritt des Überwachens kann einen Schritt des Detektierens eines beim Löschen zwischen einer Wortleitung und einer Wanne des ausgewählten regulären Sektors fließenden Leckstroms umfassen.
Das Redundanz-Verfahren kann ferner einen Schritt des Speicherns einer Adresse des ausgewählten regulären Sektors, der eine verringerte Löschleistung aufweist, umfassen.
Das Redundanz-Verfahren kann ferner folgende Schritte umfassen: Speichern einer Adresse des ausgewählten regulären Sektors, der die verringerte Löschleistung aufweist; und Vergleichen einer von dem Löschbefehl angezeigten Adresse mit der gespeicherten Adresse und Auswählen des Reserve-Sektors, wenn die von dem Löschbefehl angezeigte Adresse mit der gespeicherten Adresse übereinstimmt.
Bei dem nichtflüchtigen Halbleiterspeicher werden sämtliche Daten in dem Reserve-Sektor derart gelöscht, dass sich der Reserve-Sektor vor der Auslieferung im Lösch- (Leer-) Zustand befindet. Jedes Mal, wenn der Benutzer eine Löschung durchführt, wird die Anzahl von Löschimpulsen gezählt oder wird der zwischen der Wortleitung, an die der Löschimpuls angelegt ist, und der P-Wanne fließende Strom innerhalb des Speichers überwacht. Das automatische Umschalten auf den Reserve-Sektor ist abgeschlossen, bevor das Auftreten eines Langlöschfehlers bestätigt wird. Somit ist es möglich, den Langlöschfehler zu beheben, bevor das Auftreten eines Langlöschfehlers bestätigt wird, ohne dass der Reserve-Sektor nach der automatischen Durchführung der Redundanz mit dem Reserve-Sektor gelöscht wird.
Selbst wenn der Befehl zum Löschen des defekten Sektors nach dem automatischen Beheben eingegeben wird, wird ermittelt, ob die Adresse des von dem eingegebenen Befehl spezifizierten Sektors und die Adresse des defekten Sektors miteinander übereinstimmen. Der von dem Befehl spezifizierte defekte Sektor wird nicht ausgewählt, sondern es wird automatisch der Reserve-Sektor ausgewählt.
Somit hat der Benutzer den Eindruck, dass kein Langlöschfehler auftritt, und es wird ihm die normale Umgebung zur Verfügung gestellt, in der das Löschen normalerweise abgeschlossen ist. Der Reserve-Sektor oder die Reserve-Sektoren befindet/befinden sich zum Zeitpunkt der Auslieferung im Lösch- (Leer-) Zustand. Somit braucht bei der automatischen Redundanz mit dem Reserve-Sektor der Reserve-Sektor nach dem Ersetzen nicht wieder gelöscht zu werden, und das Löschen kann schnell abgeschlossen werden.
Erfindungsgemäß ist es möglich, eine Halbleitervorrichtung bereitzustellen, die in der Lage ist, Löschfehler, bei denen in einem Sektor gespeicherte Daten nicht innerhalb einer vorgegebenen Zeit (langandauerndes Löschen) gelöscht werden können, automatisch und schnell zu beheben und den Benutzern die Umgebung zu präsentieren, die im Wesentlichen derjenigen gleich ist, in der kein Langlöschfehler auftritt, und ein Verfahren zum Beheben eines Langlöschfehlers zu schaffen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung unter Hinzuziehung der beiliegenden Zeichnungen offensichtlich. Es zeigen:
1 ein Ablaufdiagramm einer ersten Sequenz einer Behebungsoperation an einem Langlöschfehler, die von einem erfindungsgemäßen nichtflüchtigen Halbleiterspeicher durchgeführt wird;
2 ein Blockschaltbild einer Darstellung einer ersten Konfiguration eines zum automatischen Beheben vorgesehenen Bereichs des erfindungsgemäßen nichtflüchtigen Halbleiterspeichers, der die in 1 gezeigte Sequenz durchführt;
3A und 3B schematische Darstellungen einer Operation eines CAM mit automatischer Redundanz;
4 eine schematische Darstellung einer beispielhaften Operation, bei der ein Adressenübereinstimmungs-Detektionssignal von einem Adressenübereinstimmungs-Detektionssignal ausgegeben wird;
5 eine schematische Darstellung einer Operation, bei der ein Reserve-Sektor anhand des in 4 erhaltenen Adressenübereinstimmungs-Detektionssignals (L) ausgewählt wird;
6 eine schematische Darstellung einer Schaltungskonfiguration, die das Programmieren des CAM mit automatische Redundanz anhand eines Langlösch-Detektionssignals, das als Löschfehler ermittelt wird, ausführt;
7A und 7B schematische Darstellungen einer Konfiguration und Operation einer Vorgabe-Löschimpuls-Detektionsschaltung;
8 ein Ablaufdiagramm einer zweiten Sequenz der Behebungsoperation an einem Langlöschfehler, die von einem erfindungsgemäßen nichtflüchtigen Halbleiterspeicher durchgeführt wird;
9 ein Blockschaltbild einer Darstellung einer zweiten Konfiguration eines zum automatischen Beheben vorgesehenen Bereichs des erfindungsgemäßen nichtflüchtigen Halbleiterspeichers, der die in 8 gezeigte Sequenz durchführt;
10 eine Querschnittsansicht eines Kerns einer Speicherzelle beim Löschen; und
11 eine schematische Darstellung einer Schaltungskonfiguration, die die Menge an zwischen einer Wortleitung und einer P-Wanne fließenden Stroms überwacht und ein Leckstrom-Detektionssignal ausgibt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Es werden nun Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
(Erste Ausführungsform)
1 zeigt ein Ablaufdiagramm einer ersten Sequenz einer automatischen Behebung eines Langlöschfehlers, die in einem erfindungsgemäßen nichtflüchtigen Halbleiterspeicher ausführbar ist. Die Schaltung für das automatische Beheben ist auf demjenigen Chip vorgesehen, auf dem der Speicherteil des nichtflüchtigen Halbleiterspeichers bei dieser Ausführungsform angeordnet ist, und sie ist in der Lage, einen Langlöschfehler zu beheben.
Der Speicherteil des nichtflüchtigen Halbleiterspeichers ist der gleiche wie bei dem herkömmlichen Speicher. Daher bezieht sich die folgende Beschreibung auf die Konfiguration derjenigen Schaltung, die die Operation zum Beheben des Langlöschfehlers ausführt.
Der nichtflüchtige Halbleiterspeicher weist "reguläre Sektoren", die normalerweise vorgesehen sind, und einen "Reserve-Sektor" auf, bei dem es sich um einen leeren Sektor handelt. Der Reserve-Sektor ist in der Phase der Endprüfung/-inspektion vor der Auslieferung in den Lösch- (Leer-) Zustand gesetzt. Somit befindet sich der Reserve-Sektor im Leerzustand, wenn der nichtflüchtige Halbleiterspeicher in praktischen Betrieb genommen wird und zum ersten Mal einem Datenlöschen unterzogen wird. Der Reserve-Sektor kann als regulärer Sektor ausgewählt werden, bei dem ein Langlöschfehler auftritt, wenn eine in einem CAM mit automatischer Redundanz gespeicherte "fehlerhafte Sektoradresse" mit einer "Löschbefehl-Eingabeadresse" übereinstimmt, und er weist die gleiche Konfiguration wie die regulären Sektoren auf.
Der Speicher gemäß der vorliegenden Ausführungsform führt eine Sequenz des automatischen Ermittelns, ob die Daten auf normale Weise innerhalb einer vorgegebenen Zeit aus dem ausgewählten regulären Sektor gelöscht worden sind, und des Ersetzens des ausgewählten regulären Sektors durch den Reserve-Sektor durch, wenn festgestellt wird, dass bei dem regulären Sektor ein "Langlöschfehler" aufgetreten ist. Diese Sequenz wird nun anhand von 1 beschrieben.
Der folgende Vorgang wird durchgeführt, wenn ein Befehl (Löschbefehl) zum Löschen von Daten aus in einem der regulären Sektoren gespeicherten Daten von dem Benutzer gegeben wird.
Als erstes wird ermittelt, ob sich ein regulärer Sektor im Programmierzustand befindet (Schritt S101). Wenn sich der reguläre Sektor nicht im Programmierzustand befindet (Nein in Schritt S101), wird der reguläre Sektor programmiert und in den Programmierzustand gesetzt (Schritt S102).
Wenn bestätigt wird, dass sich der reguläre Sektor im Programmierzustand befindet (JA in Schritt S101), wird der reguläre Sektor einem Löschen innerhalb einer vorgegebenen Zeit (Δt) unterzogen (Schritt S103) und es wird ermittelt, ob der reguläre Sektor in den Löschzustand gegangen ist (Schritt S104).
Wenn festgestellt wird, dass sich der reguläre Sektor im Löschzustand befindet (JA in Schritt S104), ist das Löschen des aktuellen regulären Sektors abgeschlossen (Schritt S107), und der Speicher wird als nichtdefekter Speicher behandelt (Schritt S108).
Im Gegensatz dazu wird dann, wenn sich der reguläre Sektor nicht im Löschzustand befindet (NEIN in Schritt S104), ermittelt, ob die Anzahl (n) von Löschimpulsen, die der Anzahl von Löschungen entspricht, eine vorbestimmte Anzahl erreicht hat, um festzustellen ob die Gesamtlöschzeit (Schritt S103) kleiner ist als die vorgegebene Zeit (t) zum Treffen einer Entscheidung hinsichtlich eines "Langlöschfehlers" (Schritt S105).
Wenn die Anzahl (n) von Löschimpulsen nicht die vorbestimmte Anzahl erreicht (NEIN in Schritt S105), hat die Gesamtzeit (n·Δt) zum Löschen des regulären Sektors die vorbestimmte Zeit (t) zum Treffen einer Entscheidung hinsichtlich eines Langlöschfehlers (n·Δ<t) noch nicht erreicht. Somit wird ein weiteres Löschen derart durchgeführt (Schritt S103), dass die Sequenz der Schritte S103-S105 mehrfach ausgeführt wird.
Wenn die Anzahl (n) von Löschimpulsen die vorbestimmte Anzahl erreicht (JA in Schritt S105), hat die Gesamtzeit (n·Δt) für das Löschen des regulären Sektors die vorbestimmte Zeit (t) zum Treffen einer Entscheidung hinsichtlich eines Langlöschfehlers (n·Δ≥t) erreicht. Es wird der Schritt des Ersetzens des regulären Sektors durch den Reserve-Sektor durchgeführt.
Insbesondere wird die Adresse des als einen Langlöschfehler aufweisenden Sektor beurteilten regulären Sektors als "fehlerhafte Sektoradresse" in den CAM mit automatischer Redundanz des Speichers geschrieben. Dies ermöglicht ein automatisches Ersetzen des defekten Sektors durch den Reserve-Sektor (Schritt S106).
Wenn das Ersetzen durch den Reserve-Sektor abgeschlossen ist (JA in Schritt S106), ist das in Reaktion auf den auf den regulären Sektor gerichteten Löschbefehl durchgeführt Löschen abgeschlossen (Schritt S107), und der Speicher wird als "nichtdefekter Speicher" behandelt (Schritt S108).
Im Gegensatz dazu wird dann, wenn das automatische Ersetzen durch den Reserve-Sektor deshalb nicht abgeschlossen ist, weil der sich im Leerzustand befindende Reserve-Sektor nicht zur Verfügung steht (NEIN in Schritt S106), ermittelt, ob die Anzahl von Löschimpulsen den vorbestimmten Maximalwert erreicht hat (Schritt S109). Wenn die Anzahl von Löschimpulsen die Maximalwert erreicht hat (JA in Schritt S109), kann das Löschen des betroffenen normalen Sektors nicht abgeschlossen werden (Schritt S110), und der Speicher wird als "defekter Speicher" behandelt (Schritt S111). Wenn die Anzahl von Löschimpulsen den Maximalwert noch nicht erreicht hat (NEIN in Schritt S109), kehrt der Prozess zu Schritt S103 zurück, und es wird die folgende Sequenz durchgeführt.
Der Grund dafür, dass die maximale Anzahl von Löschimpulsen in Schritt S109 verwendet wird, liegt darin, dass ein Langlöschfehler durch ergänzendes Löschen zusätzlich zu demjenigen Löschen behoben wird, welches zu der vorgegebenen Anzahl von in Schritt S105 verwendeten Löschimpulsen führt. Wenn die oben beschriebene Art des Behebens eines Langlöschfehlers nicht berücksichtigt zu werden braucht, kann die in Schritt S109 verwendete maximale Anzahl gleich der vorgegebenen Anzahl von in Schritt S105 verwendeten Löschimpulsen gesetzt werden, so dass der Prozess aus Schritt S109 im Wesentlichen invalidiert werden kann.
2 zeigt ein Blockschaltbild einer Darstellung der Konfiguration eines zum automatischen Beheben vorgesehenen Bereichs des erfindungsgemäßen nichtflüchtigen Halbleiterspeichers, der die in 1 gezeigte Sequenz durchführt.
Der Speicher weist eine Vorgabe-Löschimpuls-Detektionsschaltung 18, eine CAM-Steuerschaltung 16 und eine Steuerschaltung 17 zum Implementieren des automatischen Ersetzens auf, bei dem ein einen Langlöschfehler aufweisender regulärer Sektor, bei dem das Löschen nicht innerhalb der vorgegebenen Zeit abgeschlossen ist, identifiziert und durch den Reserve-Sektor ersetzt wird. Die Vorgabe-Löschimpuls-Detektionsschaltung 18 ermittelt, ob die Gesamtzeit zum Löschen des regulären Sektors kleiner ist als die vorgegebene Zeit zum treffen einer Entscheidung hinsichtlich eines Langlöschfehlers. Die CAM-Steuerschaltung 16 steuert einen CAM 15 mit automatischer Redundanz. Die Steuerschaltung 17 steuert die CAM-Steuerschaltung 16 anhand eines Detektionssignals von der Vorgabe-Löschimpuls-Detektionsschaltung 18 und erzeugt ein Signal zum Ersetzen durch den Reserve-Sektor. Die Vorgabe-Löschimpuls-Detektionsschaltung 18 ist eine Ausführungsform einer Löschleistungs-Detektionsschaltung.
Der von dem Benutzer gegebene Löschbefehl wird von einer Löschbefehl-Bestätigungsschaltung 11, die ein I/O-Register und einen Puffer aufweist, bestätigt. Ein Adressbefehlssignal, das in dem Löschbefehl enthalten ist und einen zu löschenden Sektor anzeigt, wird an einen Adressdatensequenzer 12 ausgegeben, und ein in dem Löschbefehl enthaltenes Löschbefehlssignal wird an einen Befehlssequenzer 13 ausgegeben.
Eine Adressenübereinstimmungs-Detektionsschaltung 14 trifft dahingehend eine Entscheidung, ob in dem Adressdatensequenzer 12 befindliche Adressdaten über den zu löschenden Sektor und die in dem CAM 15 mit automatischer Redundanz, der mit der Adresse des defekten Sektors programmiert ist, gespeicherten Adressdaten über den defekten Sektor miteinander übereinstimmen. Wenn die von dem Löschbefehl spezifizierte Adresse des regulären Sektors mit der Adresse des einen Langlöschfehler aufweisenden Sektors übereinstimmt, annulliert die Adressenübereinstimmungs-Detektionsschaltung 14 die Auswahl des spezifizierten regulären Sektors und führt eine automatische Umschaltung auf den Reserve-Sektor durch.
Der Speicher weist eine Gruppe von Sektoren auf, die aus regulären Sektoren 21 (bei der vorliegenden Ausführungsform 21a-21d) und einem Reserve-Sektor 22, der als redundanter Sektor dient, gebildet sind. Jeder der Sektoren weist ein Array von Flash-Speicherzellen auf, die beispielsweise Zellen des NOR-Typs mit einem Floating-Gate und einem Steuer-Gate sein können. Eine Wortleitung ist mit den Steuer-Gates der Zellen in demselben Sektor verbunden, und eine Bitleitung ist mit den Drains der Zellen in derselben Spalte verbunden. Die Wortleitungen und Bitleitungen sind mit einem X-Decoder (Xdec) 19 und einem Y-Decoder (Ydec) 20 verbunden.
Der X-Decoder 19 steuert selektiv die Wortleitung entsprechend der von dem Adressdatensequenzer 12 und der Adressenübereinstimmungs-Detektionsschaltung 14 angegebenen Adresse anhand eines von einer Spannungsversorgungsschaltung 23 gelieferten Signals an. Der X-Decoder 19 weist einen Decoder zum Decodieren der Eingabeadresssignale und einen Wortleitungstreiber zum Anlegen einer vorgegebenen Spannung an die Wortleitungen auf.
Auf im Wesentlichen gleiche Weise steuert der Y-Decoder 20 selektiv die Bitleitung entsprechend der Adresse von dem Adressdatensequenzer 12 und der Adressenübereinstimmungs-Detektionsschaltung 14 anhand eines von der Spannungsversorgungsschaltung 23 gelieferten Signals an, und er weist einen Decoder zum Decodieren der Eingabeadresssignale und einen Bitleitungstreiber zum Anlegen einer vorgegebenen Spannung an die Bitleitungen auf.
Das Signal, das den Zustand (Lösch-/Programmierzustand) jedes Sektors anzeigt, wird an ein Datenregister 24 ausgegeben und in diesem gespeichert und ferner zu der Steuerschaltung 17 zurückgeführt. Das Ersetzen eines regulären Sektors, der als einen Löschfehler aufweisend beurteilt ist, durch den im Leerzustand befindlichen Reserve-Sektor erfolgt über die von einem von der Steuerschaltung 17 gelieferten Steuersignal angesteuerte Spannungsversorgungsschaltung 23.
Der Adressdatensequenzer 12 bestätigt den zu löschenden regulären Sektor und speichert seine Adressdaten, die an den Befehlssequenzer 13 ausgegeben werden.
Der Befehlssequenzer 13 führt der Steuerschaltung 17 ein Signal zum Löschen des regulären Sektors anhand des Löschbefehls von der Löschbefehl-Bestätigungseinheit 11 und der Adressdaten von dem Adressdatensequenzer 12 zu.
Die Steuerschaltung 17 gibt ein Programmierverifiziersignal an die Spannungsversorgungsschaltung 23 aus, um zu ermitteln, ob sich der zu löschende reguläre Sektor im Lösch- oder Programmierzustand befindet. Die Spannungsversorgungsschaltung 23, der das Programmierverifiziersignal zugeführt wird, ermittelt über den X-Decoder 19 und den Y-Decoder 20, ob sich der reguläre Sektor im Lösch- oder Programmierzustand befindet.
Das Ergebnis der Feststellung, ob sich der reguläre Sektor im Lösch- oder Programmierzustand befindet, wird an das Datenregister 24 ausgegeben. Der Steuerschaltung 17 wird das in dem Datenregister 24 gespeicherte Signal zugeführt, wenn sich der reguläre Sektor nicht im Programmierzustand befindet, und sie schreibt Daten derart über die Spannungsversorgungsschaltung 23 in den regulären Sektor, dass sich der reguläre Sektor im Programmierzustand befinden kann.
Im Gegensatz dazu werden dann, wenn bestätigt wird, dass sich der reguläre Sektor im Programmierzustand befindet, Informationen, die dies anzeigen, von dem Datenregister 24 an die Steuerschaltung 17 ausgegeben, und die Spannungsversorgungsschaltung 23 gibt ein Signal zum Löschen des regulären Sektors innerhalb der vorgegebenen Zeit (Δt) an den X-Decoder 19 und den Y-Decoder 20 aus, so dass das Löschen ausgeführt wird.
Die Steuerschaltung 17 stellt den Löschstatus des regulären Sektors durch Anwenden des gleichen Prozesses zum Bestätigen des Lösch-/Programmierzustands wie oben beschrieben fest und gibt die Ergebnisse dieser Feststellung an das Datenregister 24 aus.
Wenn festgestellt wird, dass sich der reguläre Sektor im Löschzustand befindet, wird das Ergebnis dieser Feststellung an die Steuerschaltung 17 ausgegeben, und das Löschen ist abgeschlossen. Somit wird der Speicher als nichtdefekter Speicher beurteilt, und die Sequenz ist beendet.
Im Gegensatz dazu wird dann, wenn sich der reguläre Sektor nicht im Löschzustand befindet, ein Signal zum Löschen des in dem regulären Sektor gespeicherten Programms wieder innerhalb der vorgegebenen Zeit (Δt) von der Spannungssteuerschaltung 23 ausgegeben und an den X-Decoder 19 und den Y-Decoder 20 angelegt, so dass ein Löschen durchgeführt wird. Das Löschen wird mehrmals durchgeführt, bis die Anzahl von Löschimpulsen, die der Anzahl von Löschungen gleich ist, die vorbestimmte Anzahl erreicht.
Die Vorgabe-Löschimpuls-Detektionsschaltung 18 detektiert den von der Spannungsversorgungsschaltung 23 ausgegebenen Löschimpuls und zählt die Anzahl von dem zu löschenden regulären Sektor zugeführten Löschimpulsen. Dann gibt die Schaltung 18 die Anzahl von derart gezählten Löschimpulsen an die Steuerschaltung 17 aus.
Es dauert die Zeit Δt, um das Löschen auf einmal abzuschließen. Das Produkt (n·Δt) aus der Zeit Δt und der Anzahl (n) von von der Vorgabe-Löschimpuls-Detektionsschaltung 18 gezählten Löschungen wird berechnet, und es wird ermittelt, ob das Produkt kleiner ist als die vorgegebene Zeit (t) zum Treffen einer Entscheidung hinsichtlich eines Langlöschfehlers. In der Praxis ermittelt die Steuerschaltung 17, ob die Anzahl (n) von Löschimpulsen von der Vorgabe-Löschimpuls-Detektionsschaltung 18 die vorgegebene Anzahl erreicht.
Wenn die Anzahl (n) von Löschimpulsen die vorgegebene Anzahl nicht erreicht, hat die zum Löschen benötigte Gesamtzeit (n·Δt) die vorgegebene Zeit (t) zum Treffen eine Entscheidung hinsichtlich eines Löschfehlers (n·Δ<t) nicht erreicht, und das Löschen wird weiter mehrmals durchgeführt.
Im Gegensatz dazu hat dann, wenn die Anzahl (n) von Löschimpulsen die vorgegebene Anzahl erreicht, die zum Löschen benötigte Gesamtzeit (n·Δt) die vorgegebene Zeit (t) zum Treffen einer Entscheidung hinsichtlich eines Langlöschfehlers (n·Δ≥t) erreicht. Somit wird der zum Löschen vorgesehene reguläre Sektor durch Anwendung der nachstehend beschriebenen Sequenz durch den Reserve-Sektor ersetzt.
Das Ersetzen des regulären Sektors durch den Reserve-Sektor wird wie folgt durchgeführt. Die Steuerschaltung 17, die feststellt, dass der reguläre Sektor durch den Reserve-Sektor ersetzt werden sollte, führt der CAM-Steuerschaltung 16 ein Instruktionssignal zum Speichern einer "Adresse eines defekten Sektors" in dem CAM 15 mit automatischer Redundanz zu. In Reaktion auf das Instruktionssignal wird der CAM 15 mit automatischer Redundanz mit der Adresse des defekten Sektors programmiert, und das Ergebnis der Programmierung wird an die Adressenübereinstimmungs-Detektionsschaltung 14 ausgegeben.
Die Adressenübereinstimmungs-Detektionsschaltung 14 ermittelt, ob die in dem Adressdatensequenzer 12 gespeicherte Adresse des zu löschenden regulären Sektors und die in dem CAM 15 mit automatischer Redundanz gespeicherte Adresse des defekten Sektors miteinander übereinstimmen. Wenn die Adresse des von dem Löschbefehl spezifizierten regulären Sektors mit der Adresse des einen Langlöschfehler aufweisenden defekten Sektors übereinstimmt, führt die Adressenübereinstimmungs-Detektionsschaltung 14 dem X-Decoder 19 und dem Y-Decoder 20 Signale zum Annullieren der Auswahl des regulären Sektors und zum automatischen Umschalten auf den Reserve-Sektor zu. Auf diese Weise kann der einen Langlöschfehler aufweisende reguläre Sektor automatisch durch den sich im Leerzustand befindenden Reserve-Sektor 22 ersetzt werden.
Wenn das automatische Ersetzen durch den Reserve-Sektor abgeschlossen ist, ist der mit dem Löschbefehl in Zusammenhang stehende Prozess abgeschlossen, und der Speicher wird im nichtdefekten Zustand gehalten. Im Gegensatz dazu korrigiert dann, wenn das automatische Ersetzen durch den Reserve-Sektor beispielsweise aufgrund einer Situation, in der ein sich im Leerzustand befindender Reserve-Sektor nicht zur Verfügung steht, nicht abgeschlossen ist, der Speicher den defekten Sektor nicht, und er wird als einen Langlöschfehler aufweisender defekter Speicher beurteilt.
Obwohl 2 vier Reihen von regulären Sektoren und eine Reihe eines Reserve-Sektors zeigt, ist offensichtlich, dass eine beliebige Anzahl von Reihen von Sektoren verwendet werden kann. Bei einer größeren Anzahl von Ersetzungen wird eine größere Anzahl von sich im Leerzustand befindenden Reserve-Sektoren benötigt.
Es folgt nun eine Beschreibung der Strukturen und Operationen des CAM mit automatischer Redundanz, der Adressenübereinstimmungs-Detektionsschaltung und der Schaltung zum Programmieren des CAM mit automatischer Redundanz bei Identifizieren eines Löschfehlers und der Vorgabe-Löschimpuls-Detektionsschaltung.
3A und 3B zeigen schematische Darstellungen einer Operation des CAM mit automatischer Redundanz und einen beispielhaften Fall, in dem eine Adresse [10](CAM-A0 = 0(L), CAM-A1 = 1(H) in dem CAMs gespeichert ist. Diese CAMs weisen die gleiche Struktur auf wie die Flash-Speicherzellen und sind inhaltsadressierbare Speicher zum Speichern der Sektoradresse des als einen Langlöschfehler aufweisend beurteilten defekten regulären Sektors.
Der CAM ermöglicht einen Stromfluss (Löschzustand: 3A) oder ermöglicht keinen Stromfluss (Programmierzustand: 3B) je nach der in dem Floating- Gate der CAMs gespeicherten Ladungsmenge in Reaktion auf eine zum Zeitpunkt des Lesens angelegte Gate-Spannung V_G (insbesondere V_GREAD). Mit dieser Struktur sind die CAMs in der Lage, die Adresse eines beliebigen regulären Sektors zu speichern.
4 zeigt eine schematische Darstellung einer Konfiguration eines Schaltungsbereichs, der Teil der Adressenübereinstimmungs-Detektionsschaltung 14 ist und der in der Lage ist, ein Adressenübereinstimmungssignal zu erzeugen. Die Adressenübereinstimmungs-Detektionsschaltung 14 weist zwei NOR-Schaltungen, zwei NMOS-Transistoren, einen Widerstand und einen Inverter auf. Diese Schaltung ermittelt, ob die in dem CAM mit automatischer Redundanz (CAM-A0 und CAM-A1) gespeicherte Adresse des defekten Sektors (CAM-A0 = 0(H), CAM-A1= 1(L)) mit der von dem von dem Benutzer gegebenen Löschbefehl spezifizierten Adresse (A0 = 0(H), A1 = 1(L)) des regulären Sektors übereinstimmt. Wenn beide Adressen miteinander übereinstimmen, erzeugt die Adressenübereinstimmungs-Detektionsschaltung 14 das Signal, das den Löschbefehl annulliert, welcher den den Langlöschfehler aufweisenden regulären Sektor spezifiziert, und wählt den normal löschbaren Reserve-Sektor aus.
5 zeigt eine schematische Darstellung eines Schaltungsbereichs, der Teil der Adressenübereinstimmungs-Detektionsschaltung 14 ist und der in Reaktion auf das von dem in 4 dargestellten Schaltungsbereich erzeugte Adressenübereinstimmungs-Detektionssignal (L) den Reserve-Sektor auswählt. In Reaktion auf das Adressenübereinstimmungs-Detektionssignal (L) wird das Signal zum Auswählen des regulären Sektors annulliert und wird der Reserve-Sektor (H) ausgewählt. Das auf L-Pegel befindliche Adressenübereinstimmungs-Detektionssignal setzt die Ausgänge von vier AND-Gates auf L-Pegel, so dass der reguläre Sektor nicht ausgewählt werden kann. Im Gegensatz dazu befindet sich der Ausgang des Inverters auf H-Pegel, und der Reserve-Sektor wird ausgewählt.
Wenn der reguläre Sektor als einen Löschfehler aufweisend ermittelt wird, programmiert die CAM-Steuerschaltung 16 den CAM 15 mit automatischer Redundanz in Reaktion auf das Langlösch-Detektionssignal. 6 zeigt eine Schaltungskonfiguration der CAM-Steuerschaltung 16. Diese Schaltung ist derart konfiguriert, dass sie die Funktion des elektrischen Löschens oder Programmierens des CAM 15 mit automatischer Redundanz in Reaktion auf das Langlösch-Detektionssignal aufweist. Insbesondere weist die CAM-Steuerschaltung 16 zwei Latch-Schaltungen 111 und 112, eine nichtflüchtige Speicherzelle 113 und einen Inverter 114 auf. Jede der Latch-Schaltungen 111 und 112 weist ein Flip-Flop, einen Inverter und zwei NMOS-Transistoren auf. Wenn das Langlösch-Detektionssignal auf H umschaltet, geben die Latch-Schaltungen 111 und 112 H (VG_PROG VG_PROG) aus, so dass die nichtflüchtige Speicherzelle 113 programmiert wird. Es werden programmierte Daten (Adresse) über den Inverter 114 (CAM-An) an den CAM mit automatischer Redundanz ausgegeben.
7A und 7B zeigen eine Struktur und Operation der Vorgabe-Löschimpuls-Detektionsschaltung 18. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird, wie in 7A gezeigt, der Löschimpuls derart an eine aus fünf in Serie geschalteten Flip-Flop-Schaltungen (FF) gebildete Detektionsschaltung angelegt, dass 32 Impulse detektiert werden können. Die Ausgangssignale (Q0-Q4) der fünf Flip-Flop-Schaltungen werden an ein in 7B gezeigtes AND-Gate angelegt, welches das Langlösch-Detektionssignal ausgibt.
Wie oben beschrieben, ist der erfindungsgemäße nichtflüchtige Halbleiterspeicher derart konfiguriert, dass in der Endphase der Fertigung vor der Auslieferung sämtliche Daten in dem Reserve-Sektor oder den Reserve-Sektoren gelöscht sind und der Sektor oder die Sektoren in den Leerzustand versetzt ist/sind. Jedes Mal, wenn der Benutzer eine Löschung durchführt, wird die Anzahl von Löschimpulsen in dem Speicher gezählt, und der reguläre Sektor wird gegen den Reserve-Sektor ausgetauscht, bevor ermittelt wird, dass der Langlöschfehler in dem Speicher auftritt.
Somit braucht der Reserve-Sektor nach der automatischen Redundanz nicht wieder gelöscht zu werden, und der Langlöschfehler, der bei praktischer An wendung durch den Benutzer auftritt, kann behoben werden. Selbst wenn ein Befehl zum Löschen des defekten Sektors nach der automatischen Redundanz geliefert wird, wird der auf den defekten Sektor gerichtete Befehl gelöscht und wird stattdessen anhand der Adressenübereinstimmung zwischen der von dem Eingabebefehl spezifizieren Sektoradresse und der Adresse des defekten Sektors der Reserve-Sektor ausgewählt. Somit ist die Umschaltung auf den Reserve-Sektor automatisch implementierbar.
Somit hat der Benutzer den Eindruck, dass kein Langlöschfehler in den regulären Sektoren auftritt, und ihm wird die normale Umgebung präsentiert, in der ein Löschen normalerweise abgeschlossen ist. Der Reserve-Sektor oder die Reserve-Sektoren befindet/befinden sich zum Zeitpunkt der Auslieferung im Lösch- (Leer-) Zustand. Somit braucht bei der automatischen Redundanz mit dem Reserve-Sektor der Reserve-Sektor nach dem Ersetzen nicht wieder gelöscht zu werden, und das Löschen kann schnell abgeschlossen werden.
(Zweite Ausführungsform)
8 zeigt ein Ablaufdiagramm einer zweiten Sequenz (zweiten Ausführungsform) der in dem erfindungsgemäßen nichtflüchtigen Halbleiterspeicher ausführbaren automatischen Behebung eines Langlöschfehlers. Die zweite Sequenz ist zum Beheben des Langlöschfehlers in den regulären Sektoren vorgesehen, unterscheidet sich jedoch von der ersten Sequenz des Verfahrens zum Detektieren eines Langlöschfehlers.
Der erfindungsgemäße nichtflüchtige Halbleiterspeicher weist einen sich im Leerzustand befindenden Reserve-Sektor auf, der in der Endprüf-/-inspektionsphase vor der Auslieferung gelöscht worden ist. Wenn der Benutzer den Löschbefehl zum Löschen von Daten in einem regulären Sektor gibt, wird in dem Speicher in Reaktion auf den Löschbefehl die folgende Operation durchgeführt.
Als erstes wird ermittelt, ob sich der reguläre Sektor im Programmierzustand befindet (Schritt S201). Wenn sich der reguläre Sektor nicht im Programmierzustand befindet (NEIN in Schritt S201), werden Daten in den regulären Sektor geschrieben, der sich somit im Programmierzustand befindet (Schritt S202).
Wenn bestätigt wird, dass sich der reguläre Sektor im Programmierzustand befindet (JA in Schritt S201), wird die Operation zum Löschen des in dem regulären Sektor gespeicherten Programms innerhalb der vorgegebenen Zeit durchgeführt (Schritt S203). Eine Leckstrom-Detektionsschaltung, die in dem Speicher vorgesehen ist und nachstehend beschrieben wird, überwacht die Strommenge (die Menge an Strom, die zwischen der Wortleitung und der P-Wanne fließt), die während der Zeit, in der der Löschimpuls angelegt wird, beobachtet wird, und ermittelt, ob ein Leckstrom (Überstrom) vorhanden ist, der beim normalen Löschen nicht auftritt (Schritt S204).
Wenn festgestellt wird, das kein Überstrom auftritt (NEIN in Schritt S204), wird in Schritt S203 ermittelt, ob sich der reguläre Sektor tatsächlich im Löschzustand befindet (Schritt S205). Wenn sich der reguläre Sektor im Löschzustand befindet (JA in Schritt S205), ist das Löschen des regulären Sektors abgeschlossen (Schritt S207), und der Speicher wird im nichtdefekten Zustand gehalten (Schritt S208).
Wenn festgestellt wird, dass sich der reguläre Sektor nicht im Löschzustand befindet (NEIN in Schritt S205), kehrt der Prozess zum Löschen des aktuellen Sektors zurück, der erneut einem Löschen unterzogen wird.
Wenn das Auftreten eines Überstroms bestätigt wird (JA in Schritt S204), wird festgestellt, dass der reguläre Sektor einen Langlöschfehler aufweist, bei dem kein normales Löschen durchgeführt werden kann, und dass er durch den Reserve-Sektor ersetzt wird. Insbesondere ist der in den Speicher eingebaute CAM mit automatischer Redundanz mit der "Adresse des defekten Sektors" programmiert, das heißt, der Adresse des den Langlöschfehler aufweisenden regulären Sektors, und der defekte reguläre Sektor wird automatisch durch den sich im Leerzustand befindenden Reserve-Sektor ersetzt (Schritt S206).
Wenn das automatische Ersetzen durch den Reserve-Sektor abgeschlossen ist (JA in Schritt S206), ist das Löschen abgeschlossen (Schritt S207), und der Speicher wird im nichtdefekten Zustand gehalten (Schritt S208).
Im Gegensatz dazu wird dann, wenn das automatische Ersetzen durch den Reserve-Sektor aufgrund einer Situation, wie z.B. der Nichtverfügbarkeit eines im Leerzustand befindlichen Reserve-Sektors (NEIN in Schritt S206), festgestellt, dass die Anzahl von Löschimpulsen die Maximalanzahl erreicht hat (Schritt S209). Wenn die Anzahl von Löschimpulsen die Maximalanzahl erreicht hat (JA in Schritt S209), ist das Löschen des Sektors nicht mehr abgeschlossen (Schritt S210), und es wird festgestellt, dass der Speicher einen Langlöschfehler aufweist (Schritt S211). Wenn die Anzahl von Löschimpulsen die Maximalanzahl noch nicht erreicht hat (NEIN in Schritt S209), kehrt der Prozess zu Schritt S203 zurück, und es wird der nachfolgende Prozess durchgeführt. Der Grund dafür, dass die Maximalanzahl an Löschimpulsen in Schritt S209 verwendet wird, ist der gleiche, der oben in Zusammenhang mit Schritt S109 aus 1 beschrieben ist.
9 zeigt ein Blockschaltbild einer Darstellung einer zweiten Konfiguration des Automatik-Behebungs-Bereichs des erfindungsgemäßen nichtflüchtigen Halbleiterspeichers, wobei die zweite Konfiguration die in 8 gezeigte Sequenz durchführt.
Der Speicher weist eine Vorgabe-Leckstrom-Detektionsschaltung 58, eine CAM-Steuerschaltung 56 und eine Steuerschaltung 57 auf. Die Schaltung 58 detektiert für das Ersetzen durch den Reserve-Sektor einen aufgrund des Langlöschfehlers, bei dem das Löschen nicht innerhalb der vorgegebenen Zeit abgeschlossen ist, zwischen der Wortleitung und der P-Wanne fließenden Überstrom in diesem defekten regulären Sektor. Die CAM-Steuerschaltung 56 steuert einen CAM 55 mit automatischer Redundanz. Die Steuerschaltung 57 erzeugt Signale zum Steuern der CAM-Steuerschaltung 56 und schaltet anhand eines von der Vorgabe-Leckstrom-Detektionsschaltung 58 ausgegebenen Leckstrom-Detektionssignals auf den Reserve-Sektor um.
Der von dem Benutzer eingegebene Löschbefehl wird von einer aus einem I/O-Register und einem Puffer gebildeten Löschbefehl-Bestätigungseinheit 51 bestätigt. Das Adressbefehlssignal, das in dem Löschbefehl enthalten ist und einen zu löschenden Sektor anzeigt, wird an einen Adressdatensequenzer 52 ausgegeben, und das in dem Löschbefehl enthaltene Löschbefehlssignal wird an einen Befehlssequenzer 53 ausgegeben.
Eine Adressenübereinstimmungs-Detektionsschaltung 54 trifft dahingehend eine Entscheidung, ob in dem Adressdatensequenzer 52 befindliche Adressdaten über den zu löschenden Sektor und die in dem CAM 55 mit automatischer Redundanz, der mit der Adresse des defekten Sektors programmiert ist, gespeicherten Adressdaten über den defekten Sektor miteinander übereinstimmen. Wenn die von dem Löschbefehl spezifizierte Adresse des regulären Sektors mit der Adresse des einen Langlöschfehler aufweisenden Sektors übereinstimmt, annulliert die Adressenübereinstimmungs-Detektionsschaltung 54 die Auswahl des spezifizierten regulären Sektors und führt eine automatische Umschaltung auf den Reserve-Sektor durch.
Der Speicher weist reguläre Sektoren 61 und einen Reserve Sektor 62 auf, der als redundanter Sektor dient. Eine Wortleitung ist mit Steuer-Gates von Zellen in demselben Sektor verbunden, und eine Bitleitung ist mit Drains der Zellen in derselben Spalte verbunden. Die Wortleitungen und Bitleitungen sind mit einem X-Decoder (Xdec) 59 und einem Y-Decoder (Ydec) 60 verbunden.
Der X-Decoder 59 steuert selektiv die Wortleitung (X-Decoder-Knotenpunkt) entsprechend der von dem Adressdatensequenzer 52 und der Adressenübereinstimmungs-Detektionsschaltung 54 angegebenen Adresse anhand eines von einer Spannungsversorgungsschaltung 63 gelieferten Signals an. Der X-Decoder 59 weist einen Decoder zum Decodieren der Eingabeadresssig nale und einen Wortleitungstreiber zum Anlegen einer vorgegebenen Spannung an die Wortleitungen auf. Der Y-Decoder 60 steuert selektiv die Bitleitung entsprechend der Adresse von dem Adressdatensequenzer 52 und der Adressenübereinstimmungs-Detektionsschaltung 54 anhand eines von der Spannungsversorgungsschaltung 63 gelieferten Signals an, und er weist einen Decoder zum Decodieren der Eingabeadresssignale und einen Bitleitungstreiber zum Anlegen einer vorgegebenen Spannung an die Bitleitungen auf.
Der X-Decoder 59 weist einen Decoder, der das Eingabeadresssignal decodiert, und einen Treiber auf, der eine vorgegebene Spannung an die X-Decoder-Knotenpunkte anlegt. Der Y-Decoder 60 weist einen Decoder, der das Eingabeadresssignal decodiert, und einen Bitleitungstreiber auf, der eine vorgegebene Spannung an die Bitleitungen anlegt.
Das Signal, das den Zustand (Lösch-/Programmierzustand) jedes Sektors anzeigt, wird an ein Datenregister 54 ausgegeben und in diesem gespeichert und ferner zu der Steuerschaltung 57 zurückgeführt. Das Ersetzen eines regulären Sektors, der als einen Löschfehler aufweisend beurteilt ist, durch den im Leerzustand befindlichen Reserve-Sektor erfolgt über die von einem von der Steuerschaltung 57 gelieferten Steuersignal angesteuerte Spannungsversorgungsschaltung 63.
Der Adressdatensequenzer 52 bestätigt den zu löschenden regulären Sektor und speichert seine Adressdaten, die an den Befehlssequenzer 53 ausgegeben werden.
Der Befehlssequenzer 53 führt der Steuerschaltung 57 ein Signal zum Löschen des regulären Sektors anhand des Löschbefehls von der Löschbefehl-Bestätigungseinheit 51 und der Adressdaten von dem Adressdatensequenzer 52 zu.
Die Steuerschaltung 57 gibt ein Programmierverifiziersignal an die Spannungsversorgungsschaltung 63 aus, um zu ermitteln, ob sich der zu löschende reguläre Sektor im Lösch- oder Programmierzustand befindet. Die Spannungs versorgungsschaltung 63, der das Programmierverifiziersignal zugeführt wird, ermittelt über den X-Decoder 59 und den Y-Decoder 60, ob sich der reguläre Sektor im Lösch- oder Programmierzustand befindet.
Das Ergebnis der Feststellung, ob sich der reguläre Sektor im Lösch- oder Programmierzustand befindet, wird an das Datenregister 64 ausgegeben. Der Steuerschaltung 57 wird das in dem Datenregister 64 gespeicherte Signal zugeführt, wenn sich der reguläre Sektor nicht im Programmierzustand befindet, und sie schreibt Daten über die Spannungsversorgungsschaltung 63 in den regulären Sektor, so dass sich der reguläre Sektor im Programmierzustand befinden kann.
Im Gegensatz dazu werden dann, wenn bestätigt wird, dass sich der reguläre Sektor im Programmierzustand befindet, Informationen, die dies anzeigen, von dem Datenregister 64 an die Steuerschaltung 57 ausgegeben, und die Spannungsversorgungsschaltung 63 gibt ein Signal zum Löschen des regulären Sektors innerhalb der vorgegebenen Zeit an den X-Decoder 59 und den Y-Decoder 60 aus, so dass ein Löschen ausgeführt wird.
Die Steuerschaltung 57 führt der Spannungsversorgungsschaltung 63 ein Signal zum Überwachen des Stroms zu, der zu derjenigen Zeit zwischen der Wortleitung und der P-Wanne fließt, zu der der Löschimpuls angelegt wird. Die Leckstrom-Detektionsschaltung 58, die eine Ausführungsform der Löschleistungs-Detektionsschaltung ist, überwacht das Vorhandensein/Nichtvorhandensein des aus dem Langlöschfehler resultierenden Überstroms.
Bei Nichtvorhandensein des Überstroms zwischen der Wortleitung und der P-Wanne wird der Löschzustand des betroffenen regulären Sektors beim Löschen verifiziert. Wenn festgestellt wird, dass sich der reguläre Sektor im Löschzustand befindet, wird das Ergebnis dieser Feststellung an die Steuerschaltung 57 ausgegeben. Auf diese Weise ist das Löschen abgeschlossen, und es wird festgestellt, dass der Speicher keinen Fehler aufweist. Im Gegensatz dazu gibt dann, wenn der reguläre Sektor nicht gelöscht worden ist, die Spannungsver sorgungsschaltung 63 das Signal zum Löschen des betroffenen regulären Sektors innerhalb der vorgegebenen Zeit aus. In Reaktion auf das oben beschriebene Signal führen der X-Decoder 59 und der Y-Decoder 60 kontinuierlich das Löschen durch. Diese Operation wird mehrfach ausgeführt.
Wenn die Steuerschaltung 57 den Überstrom zwischen der Wortleitung und der P-Wanne detektiert, wird festgestellt, dass der Sektor einen Langlöschfehler aufweist, und der Reserve-Sektor wird unter Anwendung der nachstehend beschriebenen Sequenz als Ersatz verwendet.
Das Ersetzen des regulären Sektors durch den Reservesektor wird wie folgt durchgeführt. Die Steuerschaltung 57, die feststellt, dass der reguläre Sektor durch den Reserve-Sektor ersetzt werden sollte, führt der CAM-Steuerschaltung 56 ein Instruktionssignal zum Speichern einer "Adresse eines defekten Sektors" in dem CAM 55 mit automatischer Redundanz zu. In Reaktion auf das Instruktionssignal wird der CAM 55 mit automatischer Redundanz mit der Adresse des defekten Sektors programmiert, und das Ergebnis der Programmierung wird an die Adressenübereinstimmungs-Detektionsschaltung 54 ausgegeben.
Die Adressenübereinstimmungs-Detektionsschaltung 54 ermittelt, ob die in dem Adressdatensequenzer 52 gespeicherte Adresse des zu löschenden regulären Sektors und die in dem CAM 55 mit automatischer Redundanz gespeicherte Adresse des defekten Sektors miteinander übereinstimmen. Wenn die Adresse des von dem Löschbefehl spezifizierten regulären Sektors mit der Adresse des einen Langlöschfehler aufweisenden defekten Sektors übereinstimmt, führt die Adressenübereinstimmungs-Detektionsschaltung 54 dem X-Decoder 59 und dem Y-Decoder 60 Signale zum Annullieren der Auswahl des regulären Sektors und zum automatischen Umschalten auf den Reserve-Sektor zu. Auf diese Weise kann der einen Langlöschfehler aufweisende reguläre Sektor automatisch durch den sich im Leerzustand befindenden Reserve-Sektor 62 ersetzt werden.
Wenn das automatische Ersetzen durch den Reserve-Sektor abgeschlossen ist, ist der mit dem Löschbefehl in Zusammenhang stehende Prozess abgeschlossen, und der Speicher wird im nichtdefekten Zustand gehalten. Im Gegensatz dazu korrigiert dann, wenn das automatische Ersetzen durch den Reserve-Sektor beispielsweise aufgrund einer Situation, in der ein sich im Leerzustand befindlicher Reserve-Sektor nicht zur Verfügung steht, nicht abgeschlossen ist, der Speicher den defekten Sektor nicht, und er wird als einen Langlöschfehler aufweisender defekter Speicher beurteilt.
Wenn der Speicher derart konfiguriert ist, dass mehrmals Ersetzungen durchgeführt werden, wird eine größere Anzahl von sich im Leerzustand befindenden Reserve-Sektoren verwendet, wie es bei der ersten Ausführungsform der Fall ist.
Es folgt nun eine Beschreibung der Struktur und Operation der Vorgabe-Leckstrom-Detektionsschaltung, mit der der erfindungsgemäße Speicher versehen ist.
10 zeigt eine Querschnittsansicht eines Kerns einer vom Löschen betroffenen Speicherzelle, bei der es sich um eine NOR-Flash-Speicherzelle handelt. Beim Löschen werden der Wortleitung und der P-Wanne eine negative Spannung (–10 V) bzw. eine positive Spannung (+10 V) zugeführt. Ursprünglich besteht kein Leckstromweg zwischen der Wortleitung und der P-Wanne, und deren Potentiale sind separat gewährleistet. Im Gegensatz dazu fließt dann, wenn ein Leckstromweg zwischen der Wortleitung und der P-Wanne besteht, ein Leckstrom über den Weg, und es entsteht ein Spannungsabfall, und die ursprünglichen Potentiale werden nicht mehr aufrechterhalten. Daher ist es möglich, dass kein ausreichendes Löschen erfolgt und ein Langlöschfehler auftreten kann. Die vorliegende Erfindung betrifft das Überwachen des Vorhandenseins/Nichtvorhandenseins von Überstrom und das Verhindern des Auftretens eines Langlöschfehlers.
11 zeigt ein Schaltschema einer Konfiguration der Vorgabe-Leckstrom-Detektionsschaltung 58, die die Menge an zwischen der Wortleitung und der P-Wanne aus 10 fließenden Stroms überwacht und ein Langlösch-Detektionssignal ausgibt, bei dem es sich um das Leckstrom-Detektionssignal handelt. Bei der Schaltung wird eine Stromspiegelkonfiguration verwendet, die eine Situation detektiert, in der die P-Wannen-Spannung gleich einer oder niedriger als eine Schwellenspannung Vref wird, bei der es sich um eine vorbestimmte Vergleichsspannung handelt, und die das Leckstrom-Detektionssignal als Langlösch-Detektionssignal ausgibt. Die oben beschriebene Detektieroperation wird durchgeführt, während ein Signal Löschen angelegt ist, wobei sich das Signal Löschen zu derjenigen Zeit, zu der die in 9 gezeigte Spannungsversorgungsschaltung 63 die Löschspannung ausgibt, auf H-Pegel befindet.
Wie oben beschrieben, ist der erfindungsgemäße nichtflüchtige Halbleiterspeicher derart konfiguriert, dass in der Endphase der Fertigung vor der Auslieferung sämtliche Daten in dem Reserve-Sektor oder den Reserve-Sektoren gelöscht sind und der Reserve-Sektor oder die Reserve-Sektoren in den Lösch- (Leer-) Zustand gesetzt ist/sind. Jedes Mal, wenn der Benutzer eine Löschung durchführt, wird der zwischen der Wortleitung, der der Löschimpuls zugeführt wird, und der P-Wanne fließende Strom überwacht, um zu ermitteln, ob ein Überstrom fließt, welcher beim normalen Löschen nicht fließt, und der Reserve-Sektor ersetzt den regulären Sektor, bevor festgestellt wird, dass der Langlöschfehler in dem Speicher auftritt.
Somit ist es nicht erforderlich, den Reserve-Sektor nach der automatischen Redundanz wieder zu löschen, und der Langlöschfehler, der bei der praktischen Anwendung durch den Benutzer auftritt, kann behoben werden. Selbst wenn ein Befehl zum Löschen des defekten Sektors nach der automatischen Redundanz geliefert wird, wird der auf den defekten Sektor gerichtete Befehl gelöscht und wird stattdessen anhand der Adressenübereinstimmung zwischen der von dem Eingabebefehl spezifizieren Sektoradresse und der Adresse des defekten Sektors der Reserve-Sektor ausgewählt. Somit ist die Umschaltung auf den Reserve-Sektor automatisch implementierbar.
Somit hat der Benutzer den Eindruck, dass kein Langlöschfehler in den regulären Sektoren auftritt, und ihm wird die normale Umgebung präsentiert, in der ein Löschen normalerweise abgeschlossen ist. Der Reserve-Sektor oder die Reserve-Sektoren befindet/befinden sich zum Zeitpunkt der Auslieferung im Lösch- (Leer-) Zustand. Somit braucht bei der automatischen Redundanz mit dem Reserve-Sektor der Reserve-Sektor nach dem Ersetzen nicht wieder gelöscht zu werden, und das Löschen kann schnell abgeschlossen werden.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum automatischen und schnellen Beheben eines Langlöschfehlers, bei dem in dem nichtflüchtigen Speicher gespeicherte Daten nicht innerhalb der vorgegebenen Zeit gelöscht werden können. Der erfindungsgemäße nichtflüchtigen Speicher ist nicht auf einen Flash-Speicher oder dergleichen zum primären Speichern von Informationen beschränkt, sondern umfasst eine Paketvorrichtung, wie ein System LSI, in dem der nichtflüchtige Speicher zusammen mit anderen Funktionen eingebettet ist.
ZUSAMMENFASUNG
NICHTFLÜCHTIGE HALBLEITERVORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUM AUTOMATISCHEN BEHEBEN EINES LÖSCHFEHLERS IN DER VORRICHTUNG
Ein Reserve-Sektor befindet sich zunächst in einem Leerzustand, Jedes Mal, wenn bei praktischer Anwendung ein Löschen durchgeführt wird, wird die Anzahl von Löschimpulsen gezählt oder wird das Vorhandensein/Nichtvorhandensein von Überstrom überwacht, der fließt, wenn der Löschimpuls angelegt wird. Ein regulärer Sektor, bei dem ein derart detektierter Langlöschfehler auftritt, wird automatisch durch einen Reserve-Sektor ersetzt. Auf diese Weise kann der Langlöschfehler behoben werden, ohne dass der Reserve-Sektor nach der automatischen Redundanz mit dem Reserve-Sektor gelöscht wird.

Claims

Halbleitervorrichtung mit: – elektrisch löschbaren/programmierbaren regulären Sektoren; – mindestens einem elektrisch löschbaren/programmierbaren Reserve-Sektor für die regulären Sektoren; – einem Decoder, der einen der regulären Sektoren in Reaktion auf einen Löschbefehl auswählt; – einer Überwachungsschaltung, die eine Löschleistung eines ausgewählten regulären Sektors während des Löschens überwacht; und – einer Steuerschaltung, die automatisch den Reserve-Sektor für den ausgewählten regulären Sektor auswählt, wenn der ausgewählte reguläre Sektor eine verringerte Löschleistung aufweist, – wobei sich der Reserve-Sektor anfangs vor dem Ausgewähltwerden durch die Steuerschaltung in einem Löschzustand befindet.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Steuerschaltung automatisch den Reserve-Sektor auswählt, wenn die Löschleistung des ausgewählten regulären Sektors anzeigt, dass das Löschen des ausgewählten regulären Sektors innerhalb eines vorgegebenen Zeitraums nicht abgeschlossen ist.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Überwachungsschaltung einen Impulszähler aufweist, der zum Löschen vorgesehene Impulse zählt und die Löschleistung des ausgewählten regulären Sektors anhand der Anzahl von gezählten Impulsen überwacht.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 3, bei der die Steuerschaltung das Löschen verifiziert und automatisch den Reserve-Sektor auswählt, wenn die Verifizierung des Löschens bei einer vorgegebenen Anzahl von gezählten Impulsen immer noch ein nicht abgeschlossenes Löschen anzeigt.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Überwachungsschaltung einen Stromdetektor aufweist, der einen beim Löschen in dem ausgewählten regulären Sektor fließenden Leckstrom detektiert.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 5, bei der die Steuerschaltung automatisch den Reserve-Sektor auswählt, wenn der Leckstrom beim Löschen eine vorgegebene Strommenge erreicht.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 5, bei der der Leckstrom ein beim Löschen zwischen einer Wortleitung und einer Wanne des ausgewählten regulären Sektors fließender Strom ist.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Steuerschaltung einen inhaltsadressierbaren Speicher (CAM) zum Speichern einer Adresse des ausgewählten regulären Sektors mit der verringerten Löschleistung aufweist.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Steuerschaltung aufweist: – einen inhaltsadressierbaren Speicher (CAM) zum Speichern einer Adresse des ausgewählten regulären Sektors mit der verringerten Löschleistung; und – eine Adressenvergleichsschaltung zum Vergleichen einer von dem Löschbefehl angegebenen Adresse mit der in dem CAM gespeicherten Adresse und zum Bewirken, dass der Decoder den Reserve-Sektor auswählt, wenn die von dem Löschbefehl angegebene Adresse mit der Adresse in dem CAM übereinstimmt.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Steuerschaltung das Löschen des ausgewählten regulären Sektors verifiziert und ein Signal erzeugt, das den ausgewählten regulären Sektor bei Durchführung der Verifizierung in einen programmierbaren Zustand setzt.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, bei dem die Steuerschaltung das Verifizieren des Löschens fortsetzt, bis eine vorbestimmte maximale Anzahl von zum Löschen vorgesehenen Impulsen an den Sektor angelegt ist, wenn die Steuerschaltung den Reserve-Sektor nicht automatisch auswählt.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Reserve-Sektor eine Konfiguration aufweist, die mit der der regulären Sektoren identisch ist.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 8, bei der der CAM eine nichtflüchtige Speicherzelle zum Speichern der Adresse des ausgewählten regulären Sektors aufweist.
Redundanz-Verfahren für einen nichtflüchtigen Halbleiterspeicher, mit folgenden Schritten: – Löschen von in einem von einem Löschbefehl ausgewählten regulären Sektor gespeicherten Daten; – Überwachen einer Löschleistung eines ausgewählten regulären Sektors; und – Auswählen eines Reserve-Sektors für den ausgewählten regulären Sektor, wenn der ausgewählte reguläre Sektor eine verringerte Löschleistung aufweist, – wobei sich der Reserve-Sektor anfangs vor dem Auswählschritt in einem Löschzustand befindet.
Redundanz-Verfahren nach Anspruch 14, bei dem beim Schritt des Auswählens der Reserve-Sektor ausgewählt wird, wenn die Löschleistung des ausgewählten regulären Sektors anzeigt, dass das Löschen des ausgewählten regulären Sektors innerhalb eines vorgegebenen Zeitraums nicht abgeschlossen ist.
Redundanz-Verfahren nach Anspruch 14, bei dem der Schritt des Überwachens einen Schritt des Zählens von zum Löschen vorgesehenen Impulsen zwecks Überwachung der Löschleistung des ausgewählten regulären Sektors anhand einer Anzahl von gezählten Impulsen umfasst.
Redundanz-Verfahren nach Anspruch 14, bei dem der Schritt des Überwachens einen Schritt des Detektierens eines beim Löschen in dem ausgewählten regulären Sektor fließenden Leckstroms umfasst.
Redundanz-Verfahren nach Anspruch 14, bei dem der Schritt des Überwachens einen Schritt des Detektierens eines beim Löschen zwischen einer Wortleitung und einer Wanne des ausgewählten regulären Sektors fließenden Leckstroms umfasst.
Redundanz-Verfahren nach Anspruch 14, ferner mit einem Schritt des Speicherns einer Adresse des ausgewählten regulären Sektors, der eine verringerte Löschleistung aufweist.
Redundanz-Verfahren nach Anspruch 14, ferner mit folgenden Schritten: – Speichern einer Adresse des ausgewählten regulären Sektors, der die verringerte Löschleistung aufweist; und – Vergleichen einer von dem Löschbefehl angezeigten Adresse mit der gespeicherten Adresse und Auswählen des Reserve-Sektors, wenn die von dem Löschbefehl angezeigte Adresse mit der gespeicherten Adresse übereinstimmt.