-
1. Gebiet der Erfindung:
-
Die
Erfindung betrifft eine nichtflüchtige Halbleiterspeicheranordnung
wie zum Beispiel eine EEPROM (Electrically Erasable and Programmable Read-Only
Memory)-Anordnung.
-
2. Beschreibung des Verwandten
Standes der Technik:
-
Konventionell
akkumuliert eine Speicheranordnung vom Typ EEPROM Ladungen in einem
potenzialfreien Gate eines nach dem Prinzip eines potenzialfreien
Gate arbeitenden MOS-Transistors (nachstehend einfach als ein "Transistor" bezeichnet), der
eine Speicherzelle bildet, und speichert Daten unter Verwendung
einer Änderung
in dem Schwellenspannungswert des Transistors, welche durch eine Änderung
in der Menge der in dem potenzialfreien Gate akkumulierten Ladungen
verursacht wird. Bei der tatsächlichen
Verwendung tritt jedoch ein Phänomen
dahingehend auf, dass die in dem potenzialfreien Gate akkumulierten
Ladungen über
eine Isolationsschicht ausströmen,
die zum Isolieren des potenzialfreien Gates gegenüber einer
Elektrode des Transistors bereitgestellt ist. Ein solches Phänomen tritt
auf, weil sich zum Beispiel die Isolationsschicht mit der Zeit verschlechtert
und einen Datenspeicherfehler erzeugt.
-
Um
dieses Phänomen
zu verhindern, werden im allgemeinen die folgenden Verfahren verwendet:
(i) die Isolationsschicht der Speicherzelle wird während des
Produktionsprozesses der Speicheranordnung vom Typ EEPROM verstärkt; und
(ii) die Spannungsbedingungen zum Löschen und Schreiben von Daten
werden optimiert, um eine die Isolationsschicht beaufschlagende
Belastung zu minimieren, wenn Daten gelöscht oder geschrieben werden.
-
Ein
Beispiel der Verfahren (I.) und (I. I.) ist in der japanischen offen
gelegten Veröffentlichung
Nr. 8-190796 mit dem Titel "Flash
Memory Having Data Refreshing Function and Data Refreshing Method
for Flash Memory" beschrieben.
-
Die
vorstehend erwähnte
Veröffentlichung offenbart
ein Verfahren zum Erfassen einer Speicherzelle unter einer Vielzahl
von Speicherzellen, in welcher Ladungen aus dem po tenzialfreien
Gate ausgeströmt
sind, und dann Zurückschreiben
von Daten in die erfasste Speicherzelle. In Übereinstimmung mit diesem Verfahren
werden eine Referenzzelle zum Löschen
und eine Referenzzelle zum Schreiben verwendet. Wenn unter Verwendung
der Referenzzelle zum Löschen
ermittelt wird, dass eine Speicherzelle auf einem Schreibpegel liegt,
und wenn unter Verwendung der Referenzzelle zum Schreiben ermittelt wird,
dass eine Speicherzelle auf einem Löschpegel liegt, wird ermittelt,
dass diese Speicherzelle die fehlerhafte Speicherzelle ist, in welcher
Ladungen aus dem potenzialfreien Gate ausgeströmt sind.
-
Im
allgemeinen tritt das Ausströmen
von Ladungen aus dem potenzialfreien Gate am häufigsten unter den Fehlern
auf, die das potenzialfreie Gate einer Speicheranordnung vom Typ
EEPROM involvieren. Andere Fehler beinhalten eine zu starke Zunahme
an Ladungen, die in dem potenzialfreien Gate in der Speicherzelle
akkumuliert sind. Durch das vorstehend beschriebene konventionelle
Verfahren zum Erfassen eines Speicherfehlers eines Speichers kann
eine Zelle, in welcher die Ladungen zugenommen haben, nicht klar
von einer Zelle unterschieden werden, in welcher die Ladungen ausgeströmt sind, so
dass folglich eine Zunahme der Ladungen als ein Ausströmen von
Ladungen ermittelt wird. In dieser Spezifikation wird der Fehler,
dass Ladungen aus einem potenzialfreien Gate einer Speicherzelle
ausströmen,
als ein "Ladungsausströmfehler" bezeichnet, und
wird der Fehler, dass Ladungen in einem potenzialfreien Gate einer
Speicherzelle zu stark erhöht sind,
als ein "Ladungserhöhungsfehler" bezeichnet. Der
Ladungsausströmfehler
und der Ladungserhöhungsfehler
sind beides Datenspeicherfehler.
-
In
dem Fall, in denen keine Maßnahme
gegen den Ladungsausströmfehler
oder den Ladungserhöhungsfehler
ergriffen wird, tritt der folgende Nachteil auf. Die Datenspeichercharakteristik
der Speicheranordnung hat einen vorgeschriebenen Pegel unmittelbar
nach dem die Speicheranordnung produziert ist, jedoch neigt die
Isolationsschicht des potenzialfreien Gates dazu, sich zu verschlechtern, wenn
die Anordnung verwendet wird, insbesondere wenn zunehmend Daten
aus der Anordnung gelöscht oder
in diese geschrieben werden. Der Pegel der Datenspeichercharakteristik
der Speicheranordnung nimmt allmählich
ab. Um eine Speicheranordnung bereitzustellen, welche für eine verlängerte Zeitspanne
mit Sicherheit verlässlich
ist, ist es notwendig, eine riesige Menge an Know-How oder Erfahrung hinsichtlich
sowohl Entwurf als auch Produktion anzusammeln, welches sehr schwierig
zu realisieren ist.
-
Die
Druckschrift
US 5835413 offenbart
eine Einrichtung zum Verbessern der Datenhaltung in einem nichtflüchtigen
beschreibbaren Speicher. Eine erste Gruppe von Speicherzelle wird
identifiziert, die eine gespeicherte Ladung über einem ersten Schwellenwert
hat. Ein Untersatz der ersten Gruppe von Speicherzellen mit einer
gespeicherten Ladung klei ner als ein zweiter Schwellenwert wird
ermittelt. Der Untersatz der Speicherzelle wird programmiert, bis
jede der Speicherzellen des Untersatzes eine gespeicherte Ladung über dem
zweiten Schwellenwert hat.
-
Die
Druckschrift
US 5652720 offenbart
einen elektrisch programmierbaren Speicher und ein Verfahren zum
Schreiben in diesen Speicher. Um die Verschlechterung von Informationen
in einer Speicherzelle folgend auf eine Anzahl von Schreibzyklen in
den anderen Zellen derselben Reihe zu vermeiden, beinhaltete das
Verfahren eine Sequenz, die vor jedem Schreibzyklus eines Wortes
innerhalb einer Reihe auszuführen
ist. Ein Systematisches Lesen aller Wörter einer Reihe unter Verwendung
von drei unterschiedlichen Lesereferenzpotenzialen wird durchgeführt, um
eine Zelle zu finden, die Nichtkompatibilitätsergebnisse zwischen beliebigen
zwei der drei Lesezyklen ergibt. Die Wörter der Reihe werden in einem
Register gespeichert. Falls ein nicht kompatibles Ergebnis gefunden
wird, welches eine Verschlechterung von Informationen in der Reihe
anzeigt, wird ein systematisches Zurückschreiben aller Wörter der
Reihe ausgeführt.
-
KURZBESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
-
In Übereinstimmung
mit einem Aspekt der Erfindung umfasst eine nichtflüchtige Halbleiterspeicheranordnung
zum Ermöglichen
eines Datenschreibvorgangs zu, eines Datenlesevorgangs aus, und
eines Datenlöschvorgangs
von einer Vielzahl von nichtflüchtigen
Speicherzellen einen Datenvergleichabschnitt zum Ausgeben eines
ersten Vergleichsergebnisses, das durch Vergleichen von aus jeder
der Vielzahl von Speicherzellen gelesenen Daten und unter Verwendung
eines Referenzelements zum Lesen gelesenen Daten erhalten wurde,
eines zweiten Vergleichsergebnisses, das durch Vergleichen von aus
jeder der Vielzahl von Speicherzellen gelesenen Daten und aus einem
Referenzelement zum Schreiben gelesenen Daten erhalten wurde, und eines
dritten Vergleichsergebnisses, das durch Vergleichen von aus jeder
der Vielzahl von Speicherzellen gelesenen Daten und aus einem Referenzelement
zum Löschen
gelesenen Daten erhalten wurde; einen Datenspeicherfehler-Erfassungsabschnitt
zum Erfassen eines Datenspeicherfehlers einer Speicherzelle unter
der Vielzahl von Speicherzellen auf der Grundlage des ersten, des
zweiten und des dritten Vergleichsergebnisses, die von dem Datenvergleichabschnitt
erhalten wurden; und einen Sicherungskapazitätsabschnitt zum Aufnehmen von
Ladungen und ausgelegt zum Durchführen eines Hintergrund-Datenzurückschreibvorgangs,
wenn der Speicher in eine Betriebsart mit niedrigem Leistungsverbrauch übergeht,
in der die Versorgungsspannung verringert ist.
-
In
einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung schließt
der Datenvergleichabschnitt eine Referenzelementgruppe ein, beinhaltend
das Referenzelement zum Lesen, das Referenz element zum Schreiben und
das Referenzelement zum Löschen;
und einen abtastenden Differentialverstärkerabschnitt, der an einem
Eingangsende des Abschnitts mit jeder der Vielzahl von Speicherzellen,
welche von einem EEPROM-Typ sind, verbunden ist, und darüber hinaus an
dem anderen Eingangsende des Abschnitts mit der Referenzelementgruppe
verbunden ist.
-
In
einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung ermittelt dann, wenn ein Schwellenspannungswert einer
Speicherzelle unter der Vielzahl von Speicherzellen zwischen einem
Schwellenspannungswert des Referenzelements für Lesen und einem Schwellenspannungswert
des Referenzelements für
Schreiben liegt, der Datenspeicherfehler-Erfassungsabschnitt, dass
die Speicherzelle einen Ladungsausströmfehler aufweist.
-
In
einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung ermittelt dann, wenn ein Schwellenspannungswert einer
Speicherzelle unter der Vielzahl von Speicherzellen zwischen einem
Schwellenspannungswert des Referenzelements zum Lesen und einem
Schwellenspannungswert des Referenzelements zum Löschen liegt,
der Datenspeicherfehler-Erfassungsabschnitt, dass die Speicherzelle
einen Ladungserhöhungsfehler
aufweist.
-
In
einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung erfasst der Datenspeicherfehler-Erfassungsabschnitt den
Datenspeicherfehler bei zumindest einem von: während einer Nichtauswahlperiode
jeder Speicherzelle, während
einer freien Periode, während
normales Datenlesen aus jeder Speicherzelle durchgeführt wird,
und wenn die Leistung eingeschaltet wird.
-
In
einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung ermittelt dann, wenn ein Schwellenspannungswert einer
Speicherzelle unter der Vielzahl von Speicherzellen zwischen einem
Schwellenspannungswert des Referenzelements für Lesen und einem Schwellenspannungswert
des Referenzelements für
Schreiben liegt, der Datenspeicherfehler-Erfassungsabschnitt, dass
die Speicherzelle einen Ladungsausströmfehler aufweist.
-
In
einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung ermittelt dann, wenn ein Schwellenspannungswert einer
Speicherzelle unter der Vielzahl von Speicherzellen zwischen einem
Schwellenspannungswert des Referenzelements zum Lesen und einem
Schwellenspannungswert des Referenzelements zum Löschen liegt,
der Datenspeicherfehler-Erfassungsabschnitt, dass die Speicherzelle
einen Ladungserhöhungsfehler
aufweist.
-
In
einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung ermittelt dann, wenn ein Schwellenspannungswert einer
Speicherzelle unter der Vielzahl von Speicherzellen zwischen einem
Schwellenspannungswert des Referenzelements zum Lesen und einem
Schwellenspan nungswert des Referenzelements zum Löschen liegt,
der Datenspeicherfehler-Erfassungsabschnitt, dass die Speicherzelle
einen Ladungserhöhungsfehler
aufweist.
-
In
einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung umfasst die nichtflüchtige Halbleiterspeicheranordnung
ferner einen Aufzeichnungsinformations-Speicherabschnitt zum Speichern
von Speicherzelleninformationen entsprechend dem Ladungsausströmfehler
und Speicherzelleninformationen entsprechend dem Ladungserhöhungsfehler
als Aufzeichnungsinformationen.
-
In
einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung ermittelt dann, wenn ein Schwellenspannungswert einer
Speicherzelle unter der Vielzahl von Speicherzellen zwischen einem
Schwellenspannungswert des Referenzelements zum Lesen und einem
Schwellenspannungswert des Referenzelements zum Löschen liegt,
der Datenspeicherfehler-Erfassungsabschnitt, dass die Speicherzelle
einen Ladungserhöhungsfehler
aufweist.
-
In
einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung umfasst die nichtflüchtige Halbleiterspeicheranordnung
ferner einen Aufzeichnungsinformations-Speicherabschnitt zum Speichern
von Speicherzelleninformationen entsprechend dem Ladungsausströmfehler
und Speicherzelleninformationen entsprechend dem Ladungserhöhungsfehler
als Aufzeichnungsinformationen.
-
In
einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung umfasst die nichtflüchtige Halbleiterspeicheranordnung
ferner einen Datenzurückschreibabschnitt
zum dann, wenn eine Speicherzelle unter der Vielzahl von Speicherzellen
den Ladungssausströmfehler
aufweist, Durchführen
eines Datenzurückschreibvorgangs
in die Speicherzelle.
-
In
einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung führt
der Datenzurückschreibabschnitt
den Datenzurückschreibvorgang
durch, wenn die Speicherzelle aus einer Betriebsart mit extra geringem
Leistungsverbrauch in eine Betriebsart mit normalem Leistungsverbrauch
zurückkehrt.
-
In
einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung führt
der Datenzurückschreibabschnitt
den Datenzurückschreibvorgang
durch, wenn die Speicheranordnung in die Betriebsart mit extra geringem
Leistungsverbrauch übergeht.
-
In
einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung führt
der Datenzurückschreibabschnitt
den Datenzurückschreibvorgang
durch Zuführen
von Leistung aus dem Sicherungskapazitäts abschnitt durch, wenn die
Speicheranordnung in die Betriebsart mit extra geringem Leistungsverbrauch übergeht.
-
In
einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung umfasst die nichtflüchtige Halbleiterspeicheranordnung
ferner einen Versorgungsspannungs-Überwachungsabschnitt zum Ausgeben
eines Schreibhaltsignals zum Anhalten des Datenzurückschreibvorgangs,
wenn die von dem Sicherungskapazitätsabschnitt zugeführte Leistung
ein vorgeschriebenes Niveau oder darunter erreicht.
-
In
einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung umfasst die nichtflüchtige Halbleiterspeicheranordnung
ferner einen Letzte-Adresse-Speicherabschnitt zum Speichern einer
letzten Adresse einer letzten Speicherzelle unter der Vielzahl von
Speicherzellen, aus welchen der Datenlesevorgang zum Erfassen des
Datenspeicherfehlers durchgeführt
wurde. Der Datenspeicherfehler-Erfassungsabschnitt verwendet die
in dem Letzte-Adresse-Speicherabschnitt gespeicherte Adresse dazu,
die Erfassung des Datenspeicherfehlers durch Durchführen des
Datenlesevorgangs unter Verwendung der letzten Adresse wieder aufzunehmen.
-
In Übereinstimmung
mit einem anderen Aspekt der Erfindung verwendet eine Informationsvorrichtung
die vorstehend beschriebene nichtflüchtige Halbleiterspeicheranordnung
zum Erfassen eines Datenspeicherfehlers einer Speicherzelle.
-
Wie
vorstehend beschrieben wurde, wird ein Datenspeicherfehler auf der
Grundlage eines Vergleichsergebnisses zwischen den aus einer Speicherzelle
gelesenen Daten und aus jedem von einem Referenzelement zum Lesen,
einem Referenzelement zum Schreiben, und einem Referenzelement zum
Löschen
gelesenen Daten erfasst. Daher können
ein Ladungsausströmfehler
und ein Ladungserhöhungsfehler
klar voneinander unterschieden werden. Somit kann eine hoch zuverlässige Datenspeicherung
realisiert werden, ohne dass insgesamt eine riesige Menge von Know-how
angesammelt werden muss.
-
Somit
kann ein Datenvergleichabschnitt leicht und zufrieden stellend unter
Verwendung einer Referenzelementgruppe und eines abtastenden Differenzialverstärkerabschnitts
ausgebildet werden.
-
Eine
Speicherzelle mit einer abnormalen oder fehlerhaften Datenspeichercharakteristik
wird unter Verwendung eines Referenzelements zum Lesen und eines
Referenzelements zum Schreiben erfasst. Daher kann ein Ladungsausströmfehler
mit hoher Genauigkeit erfasst werden.
-
Daher
wird eine Speicherzelle mit einer abnormalen oder defekten Datenspeichercharakteristik unter
Verwendung eines Referenzelements zum Lesen und eines Referenzelements
zum Löschen
erfasst. Daher kann ein Ladungserhöhungsfehler mit hoher Genauigkeit
erfasst werden.
-
Ob
die Datenspeicherung normal durchgeführt wird oder nicht, kann überprüft werden,
wenn die Speicheranordnung eingeschaltet wird. Üblicherweise wird dann, wenn
die Speicheranordnung eingeschaltet wird, ein Speichersystem einschließlich der
Speicheranordnung mit einer Verzögerungsperiode
für stabilen
Start versehen. Die Verzögerungsperiode
kann dazu verwendet werden, einen Hintergrund-Datenzurückschreibvorgang
durchzuführen. Somit
kann eine schwierig zu erhaltende Zeitspanne für den Hintergrund-Zurückschreibvorgang
mit Sicherheit erhalten werden. Ein Datenspeicherfehler kann auch
während
einer Nichtauswahl-Zeitspanne der Speicheranordnung und einer freien
Periode, während
ein normales Datenlesen aus der Speicherzelle durchgeführt wird,
erhalten werden.
-
Bevorzugt
können
dann, wenn eine Speicherzelle einen Ladungsausströmfehler
aufweist, die Daten in die Speicherzelle zurück geschrieben werden, um den
Fehler zu kompensieren.
-
Wenn
das Speichersystem aus einer Betriebsart mit extra geringem Leistungsverbrauch
zu einer Betriebsart mit normalem Leistungsverbrauch zurückkehrt,
ist das Speichersystem normalerweise mit einer Verzögerungsperiode
für eine
stabile Rückkehr
versehen. Diese Verzögerungsperiode
wird dazu verwendet, einen Hintergrund-Datenzurückschreibvorgang durchzuführen. Somit
kann eine schwierig zu erhaltende Zeitspanne für den Hintergrund-Zurückschreibvorgang
mit Sicherheit erhalten werden.
-
Wenn
das Speichersystem in die Betriebsart mit extra geringem Leistungsverbrauch übergeht,
ist das Speichersystem normalerweise mit einer Verzögerungsperiode
für eine
stabile Rückkehr
versehen. In Übereinstimmung
mit der Erfindung wird diese Verzögerungsperiode dazu verwendet,
einen Hintergrund-Datenzurückschreibvorgang
durchzuführen. Somit
kann eine schwierig zu erhaltende Zeitspanne für den Hintergrund-Zurückschreibvorgang
mit Sicherheit erhalten werden.
-
Die
Speicheranordnung hat einen eingebauten Sicherungskapazitätsabschnitt,
wie beispielsweise einen Kondensator zum Erhalten von Energie, die erforderlich
ist, um einen Hintergrundvorgang in der Betriebsart mit extra geringem
Leistungsverbrauch durchzuführen.
Daher wird der stabile Hintergrundvorgang erhalten, und kann die
Zeitspanne, in welcher der stabile Hintergrundvorgang durchgeführt werden
kann, erweitert werden.
-
Wenn
die Versorgungsspannung auf einen vorbestimmten Wert oder darunter
absinkt, wird der Datenzurückschreibvorgang
angehalten. Somit kann der Datenzurückschreibvorgang stabiler durchgeführt werden.
-
Informationen
bezüglich
eines Speichers mit einem Ladungsausströmfehler oder einem Ladungserhöhungsfehler
werden als Aufzeichnungsinformationen gespeichert. Ein Aufzeichnungsinformationen-Speicherabschnitt
kann unter Verwendung eines dedizierten Speichers ausgebildet werden,
welcher es erlaubt, Daten nur einmal zu schreiben. Durch späteres Entfernen
der Informationen aus dem Aufzeichnungsinformationen-Speicherabschnitt
können Informationen
(beispielsweise Parameter), welche für die Entwicklung einer Anordnung
mit nochmals höherer
Zuverlässigkeit
wichtig sind, erhalten werden.
-
Wenn
ein Hintergrund-Lesevorgang zum Erfassen eines Ladungsausströmfehlers
oder eines Ladungserhöhungsfehlers
unterbrochen wird, werden Adressinformationen der letzten Speicherzelle,
welche abgetastet wurde, in zum Beispiel einem Arbeits-RAM-Bereich
gespeichert. Wenn der Hintergrundvorgang erneut durchgeführt werden
darf, wird die Adresse der Speicherzelle, bei welcher der Hintergrundvorgang
zu beginnen ist, auf der Grundlage der Informationen bestimmt. Somit
kann ein effizienter Hintergrund-Lesevorgang durchgeführt werden. Wenn
die Leistung abgeschaltet wird, während ein Hintergrund-Lesevorgang zum Erfassen
eines Ladungsausströmfehlers
oder eines Ladungserhöhungsfehlers
durchgeführt
wird, werden Adressabtastinformationen in zum Beispiel einem EEPROM-Bereich
gespeichert. Wenn die Leistung wieder eingeschaltet und der Hintergrund-Lesevorgang wieder
aufgenommen wird, können
die Adressabtastinformationen bis zu dem vorangehenden Hintergrund-Lesevorgang
aus dem EEPROM-Bereich gelesen werden, und wird der Hintergrundvorgang
unter Verwendung der Adresse, an welcher der vorangehende Hintergrund-Lesevorgang
beendet wurde, begonnen. Somit kann ein effizienter Hintergrund-Lesevorgang
durchgeführt
werden.
-
Somit
ermöglichen
die hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele
den Vorteil des Bereitstellens einer nichtflüchtigen Halbleiterspeicheranordnung zum
klaren Unterscheiden eines Ladungsausströmfehlers von einem Ladungserhöhungsfehler,
um relativ leicht einen hoch verlässlichen Datenspeicher zu realisieren,
ohne dass insgesamt eine riesige Menge von Know-how angesammelt
werden muss.
-
Zum
leichteren Verständnis
der vorliegenden Erfindung werden nun bestimmte Ausführungsbeispiele
derselben unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
-
KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
-
1 ist
ein Blockdiagramm, das eine Struktur einer Speicheranordnung vom
Typ EEPROM gemäß einem
Beispiel der vorliegenden Erfindung darstellt;
-
2 ist
eine Schnittansicht einer Speicherzelle vom Typ EEPROM, die in 1 gezeigt
ist;
-
3 ist
eine Grafik, die die V-I-Kennlinie eines Transistors darstellt,
der die in 2 gezeigte Speicherzelle bildet;
-
4 ist
eine Grafik, die eine Verteilung einer Schwellenspannung einer Speicherzelle
darstellt, und zum Beschreiben eines Gate-Ausströmfehlers und eines Gate-Erhöhungsfehlers
einer Speicherzelle verwendet wird;
-
5 ist
ein Blockdiagramm, das eine beispielhafte Struktur einer Ladungsverlustkompensations-Steuerlogikschaltung
darstellt, die in 1 gezeigt ist;
-
6 ist
ein Zeitverlaufsdiagramm, das einen Betriebsablauf der in 1 gezeigten
Speicheranordnung vom Typ EEPROM darstellt;
-
7 ist
ein Zeitverlaufsdiagramm, das einen Betriebsablauf einer in 5 gezeigten
Hotline-Schaltung zum sofortigen Zurückführen der Speicheranordnung
zu normalem Datenlesen darstellt;
-
8 ist
ein Zeitverlaufsdiagramm, das einen Betriebsablauf der in 1 gezeigten
Speicheranordnung vom Typ EEPROM zum Durchführen eines Hintergrund-Lesevorgangs und
eines Hintergrund-Schreibvorgangs während einer langen Betriebszykluszeit
darstellt; und
-
9 ist
ein Blockdiagramm, das eine grundlegende Struktur einer Informationsvorrichtung darstellt,
die eine nichtflüchtige
Halbleiterspeicheranordnung gemäß der vorliegenden
Erfindung integriert.
-
BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
-
1 ist
ein Blockdiagramm, das eine Struktur einer Speicheranordnung 1 vom
Typ EEPROM gemäß einem
Beispiel der vorliegenden Erfindung darstellt. 1 zeigt
nur Elemente, die sich auf die vorliegende Erfindung beziehen, und
verzichtet aus Gründen
der Einfachheit auf die anderen Elemente. Zum Beispiel erfordert
eine Speicheranordnung vom Typ EEPROM Schaltungen bzw. Schaltkreise,
die in normales Datenschreiben und -löschen (beispielsweise eine
geschaltete Kondensatorschaltung und dergleichen) involviert sind,
jedoch sind diese Schaltungen und dergleichen in 1 nicht
gezeigt. Hierin wird hauptsächlich
die Erfassung eines Ladungsausströmfehlers und eines Ladungserhöhungsfehlers sowie
die Kompensation des Ladungsausströmfehlers beschrieben.
-
Wie
in 1 gezeigt ist, beinhaltet die Speicheranordnung 1 vom
Typ EEPROM (nachstehend einfach als die "Speicheranordnung 1" bezeichnet) ein
Speicherzellenfeld 2, einen Reihendecoder 3X, einen
Spaltendecoder 3Y, einen Datenvergleichabschnitt 4,
eine Anordnungs-Steuerlogikschaltung 5, eine Ladungsverlustkompensations-Steuerlogikschaltung 6,
einen Ladungsverlust/Verstärkungs-Aufzeichnungsspeicher 7,
einen Pegelüberwachungsabschnitt 8 als
einen Versorgungsspannungs-Überwachungsabschnitt,
und eine Adressübertragungs-Erfassungsschaltung 9.
-
Das
Speicherzellenfeld 2 beinhaltet eine Vielzahl von Speicherzellen 21,
die in einer Matrix angeordnet sind. Jede Speicherzelle 21 ist
eine Speicherzelle vom Typ EEPROM und beinhaltet einen MOS-Transistor
mit potenzialfreien Gate als einen nichtflüchtigen Speichertransistor.
Die Speicherzelle 21 beinhaltet ein Steuer-Gate CG und
ein potenzialfreies Gate FG, das unter dem Steuer-Gate CG bereitgestellt
ist. Ladungen werden in dem potenzialfreien Gate FG akkumuliert,
und Daten werden unter Verwendung einer Änderung in des Schwellenspannungswerts
des Transistors, welche durch eine Änderung in der Menge der in
dem potenzialfreien Gate FG akkumulierten Ladungen verursacht wird,
gespeichert. Steuer-Gates CG der Speicherzellen 21 in jeder
Reihe sind gemeinsam verbunden, um eine Wortleitung W zu bilden.
Drain-Anschlüsse
bzw. Drains D der Speicherzellen 21 in jeder Spalte sind
gemeinsam verbunden, um eine Bitleitung B zu bilden. Source-Anschlüsse bzw.
Sources S aller in einer Matrix angeordneten Speicherzellen 21 sind
gemeinsame mit der Masse verbunden. Bezug nehmend auf 2 ist
der Ausdruck "Schwellenspannungswert
Vt" in dieser Spezifikation
als ein an ein Steuer-Gate CG angelegter Wert definiert, welcher
erforderlich ist, um einen Strom mit einem vorbestimmten Wert (beispielsweise
1 μA) bereitzustellen,
der zwischen dem Drain D und der Source S einer Speicherzelle 21 fließt, wenn
eine Spannung von etwa 1 V zwischen dem Drain D und der Source S
angelegt wird.
-
Zu 1 zurückkehrend,
ist der Reihendecoder 3X mit den Wortleitungen W verbunden,
die mit den Speicherzellen 21 wie vorstehend beschrieben verbunden
sind, und gibt ein vorbestimmtes Wortleitungs-Auswahlsignal in Übereinstimmung
mit einem Reihen- Auswahlsignalwert
von jedem von Adresseingangssignalen A0 bis An aus, welche einem
Eingangsanschluss 31 zugeführt werden. Der Spaltendecoder 3Y ist
mit den Bitleitungen B verbunden, die mit den Speicherzellen 21 wie
vorstehend beschriebenen verbunden sind, und verbindet eine ausgewählte Bitleitung
B mit einem Datenbus in Übereinstimmung
mit einem Spalten-Auswahlsignalwert von jedem der Adresseingangsignale
A0 bis An (welche einem Eingangsanschluss 31 zugeführt werden), wenn
Daten in jede Speicherzelle 21 geschrieben oder aus jeder
Speicherzelle 21 gelesen werden.
-
Bevor
der Datenvergleichabschnitt 4 beschrieben wird, werden
ein Ladungsausströmfehler und
ein Ladungserhöhungsfehler
im Einzelnen unter Bezugnahme auf die 3 und 4 beschrieben. In
der folgenden Erklärung
werden die für
die Elemente der Speicheranordnung 1 gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendeten Bezugszeichen zum leichteren Verständnis verwendet.
Zum Beispiel zeigt in einem allgemeinen Flash-Speicher vom Typ NOR eine
Speicherzelle 21 Strom-Spannungs-Kennlinien wie in 3 gezeigt.
In dem Zustand, in dem Daten aus der Speicherzelle 21 gelöscht sind
(einem Löschzustand),
ist keine Ladung in dem potenzialfreien Gate FG der Speicherzelle 21 gespeichert.
Folglich zeigt die Speicherzelle 211 Strom-Spannungs-Kennlinie,
die durch den Verlauf 211 in 3 angegeben ist.
In dem Fall, in dem Daten in die Speicherzelle 21 geschrieben
sind (einem Schreibzustand), sind Ladungen in dem potenzialfreien
Gate FG der Speicherzelle 21 akkumuliert, und wird eine
Vorspannung angelegt, um einer positiven Spannung entgegen zu wirken,
die an das Steuer-Gate CG angelegt ist. Folglich zeigt die Speicherzelle 211 Strom-Spannungs-Kennlinie,
die durch den Verlauf 212 in 3 angegeben
ist. Das heißt,
wie in 3 gezeigt ist, der Schwellenspannungswert Vt der
Speicherzelle 21 in dem Löschzustand liegt auf einem
Spannungspunkt 213. Der Schwellenspannungswert Vt der Speicherzelle 21 in
dem Schreibzustand liegt auf einem Spannungspunkt 214.
-
4 zeigt
eine Verteilung von Schwellenspannungswerten Vt in dem gesamten
Speicherzellenfeld 2 einschließlich der Vielzahl von Speicherzellen 21.
In 4 sind etwa 50% aller Speicherzellen 21 in
dem Löschzustand
(solche Speicherzellen 21 werden kollektiv als eine "Löschzellengruppe" bezeichnet und durch
das Bezugszeichen 215 angegeben werden), und sind etwa
50% aller Speicherzellen 21 in dem Schreibzustand (solche
Speicherzellen 21 werden kollektiv als eine "Schreibzellengruppe" bezeichnet und durch
das Bezugszeichen 216 angegeben werden). Um zu garantieren,
dass der Spannungswert der Schreibzelle und der Spannungswert der
Löschzelle
gelesen werden, während
sie klar voneinander unterschieden werden, müssen die Löschzellengruppe 215 und
die Schreibzellengruppe 216 innerhalb eines gewissen Bereichs
(Spannungsbereich) auf jeder der positiven Seite und der negativen
Seite in Bezug auf einen Bezugs-Schwellenspannungswert Vt1 zum Lesen
verteilt sein. Das heißt,
ein Spannungsbereich 217 zum Löschen und ein Span nungsbereich 218 zum
Schreiben sind erforderlich, wie in 4 gezeigt
ist. Demgemäß sind die Löschzellengruppe 215 und
die Schreibzellengruppe 216 vorwiegend verteilt, wobei
der Spannungsbereich 217 zum Löschen und dem Spannungsbereich 218 zum
Schreiben dazwischen eingefügt
ist.
-
Ein
Ladungsausströmfehler
ist ein Phänomen
dahin gehend, dass die in dem potenzialfreien Gate FG der Speicherzelle 21 akkumulierten
Ladungen in dem Schreibzustand aufgrund von zum Beispiel einer Verschlechterung
in der Isolationsschicht aus der Speicherzelle 21 ausströmen beziehungsweise
entweichen. Infolgedessen verringert sich der Schwellenspannungswert
Vt, und wird ein Teil der Speicherzellen 21 im Hinblick
auf die Verteilung in der durch einen Pfeil A in 4 angegebenen
Richtung versetzt (eine Zellengruppe 216a). Ein Ladungserhöhungsfehler
ist ein Phänomen
dahin gehend, dass die Ladungen in dem Löschzustand in dem potenzialfreien
Gate FG der Speicherzelle 21 akkumuliert werden. Infolgedessen
wird ein Teil der Speicherzellen 21 im Hinblick auf die
Verteilung in der durch einen Pfeil B in 4 angegebenen
Richtung versetzt (eine Zellengruppe 215a). Die in der
Zellengruppe 215a enthaltenen Speicherzellen 21 weisen
einen Ladungserhöhungsfehler
auf, und die in der Zellengruppe 216a enthaltenen Speicherzellen 21 weisen einen
Ladungsausströmfehler
auf.
-
Mit
dem vorstehenden Phänomen
als einer Voraussetzung wird der Datenvergleichabschnitt 4 beschrieben
werden, wobei erneut auf 1 Bezug genommen wird.
-
Der
Datenvergleichabschnitt 4 beinhaltet eine Referenztransistorgruppe
(als eine Referenzelementgruppe), beinhaltend Referenztransistoren
PT, RT und ET, und einen abtastenden Differentialverstärker 41 (abtastender
Differentialverstärkerabschnitt).
Der abtastende Differenzialverstärker 41 vergleicht
sequenziell eine Abtastspannung mit jeder von Referenzspannungen,
um erste bis dritte Vergleichsergebnisse zu erhalten, und gibt die
ersten bis dritten Vergleichsergebnisse über einen Datenausgangsanschluss 42 an
eine externe Einrichtung aus. Die Abtastspannung wird auf der Grundlage
von Daten erhalten, welche aus der Speicherzelle 21 gelesen
werden, die durch den Reihendecoder 3X und den Spaltendecoder 3Y in Übereinstimmung
mit der zugeführten
Adresse ausgewählt
ist, und dann einer hochgezogenen Abtastleitung SL zugeführt. Die
Referenzspannungen werden sequenziell einer hochgezogenen Referenzleitung
Re über
die Referenztransistoren PT, RT und ET zugeführt. Eine "hochgezogene" Leitung bezieht sich auf eine Leitung
mit einer Spannung, welche als ein Ergebnis einer Verbindung der
Leitung mit einer Leistungsversorgung über einen Widerstand angehoben
ist.
-
Der
Referenztransistor PT ist ein Referenztransistor zum Schreiben und
wird zum Bestimmen eines Schwellenspannungs-Referenzwerts zum Schreiben
(Schwellenspannungswert Vt2) verwendet. In diesem Beispiel wird
der Referenztransistor PT zum Erfassen eines Ladungsausströmfehlers
der Speicherzelle 21 verwendet. Der Referenztransistor RT
ist ein Referenztransistor zum Lesen und wird zum Bestimmen eines
Schwellenspannungs-Referenzwerts zum Lesen (Schwellenspannungswert Vt1)
verwendet. In diesem Beispiel wird der Referenztransistor RT sie
zum Erfassen eines Ladungsausströmfehlers
der Speicherzelle 21 und eines Ladungserhöhungsfehlers
der Speicherzelle 21 verwendet. Der Referenztransistor
ET ist ein Referenztransistor zum Löschen und wird zum Bestimmen
eines Schwellenspannungs-Referenzwerts zum Löschen (Schwellenspannungswert
Vt3) verwendet. In diesem Beispiel wird der Referenztransistor ET
zum Erfassen eines Ladungserhöhungsfehlers
der Speicherzelle 21 verwendet.
-
Die
Anordnungs-Steuerlogikschaltung 5 erfasst, ob sich die
Speicheranordnung 1 in einer Betriebsart mit extra geringem
Leistungsverbrauch oder in einer Betriebsart mit normalem Leistungsverbrauch
befindet, und führt
darüber
hinaus verschiedene Steuerungen der Speicheranordnung 1 durch Erfassen,
ob sich die Speicheranordnung 1 in einer Auswahlbetriebsart
oder in einer Nichtauswahlbetriebsart befindet, durch.
-
Die
Ladungsverlustkompensations-Steuerlogikschaltung 6 beinhaltet
einen Datenspeicherfehler-Erfassungsabschnitt 67, einen
Daten-Zurückschreibabschnitt 68,
und einen Letzte-Adresse-Speicherabschnitt 69.
Der Datenspeicherfehler-Erfassungsabschnitt 67 gibt sequenziell
Steuersignale an Steuer-Gates CG der Referenztransistoren RT, PT und
ET aus, um die ersten bis dritten Vergleichsergebnisse von dem abtastenden
Differentialverstärker 41 zu
erhalten, und erfasst einen Datenspeicherfehler einer Speicherzelle 21 auf
der Grundlage der ersten bis dritten Vergleichsergebnisse. Wenn
erfasst wird, dass eine Speicherzelle 21 einen Ladungsausströmfehler
aufweist, schreibt der Daten-Zurückschreibabschnitt 68 Daten
in die so erfasste Speicherzelle 21 zurück. Der Letzte-Adresse-Speicherabschnitt 69 speichert
eine Adresse der letzten Speicherzelle 21, aus welcher
ein Datenlesevorgang durchgeführt
wurde, um einen Datenspeicherfehler zu erfassen. Ein Signal, das
anzeigt, dass sich die Speicheranordnung 1 in der Auswahlbetriebsart
befindet, wird über
eine Leitung 66 gesendet.
-
Der
Datenspeicherfehler-Erfassungsabschnitt 67 arbeitet zum
Beispiel auf die folgende Art und Weise.
-
Aus
einer Speicherzelle 21 in einem normalen Speichervorgang
gelesene Daten werden mit Daten verglichen, die aus dem Referenztransistor
RT zum Lesen gelesen wurden. Das Ergebnis wird als ein erstes Vergleichsergebnis
bereitgestellt, welches wie folgt bestimmt wird. Wenn der durch
normales Datenlesen der Speicherzelle 21 erhaltene Schwellenspannungswert
Vt niedriger ist als der Schwellenspannungswert des Referenztransistoren
RT (Schwellenspannungswert Vt1), ermittelt der Datenspeicherfehler-Erfassungsabschnitt 67,
dass sich die Speicherzelle 21 in einem Löschzustand
befindet. Wenn der Schwellenspannungswert Vt höher ist als der Schwellenspannungs-Referenzwert
des Referenztransistors RT (Schwellenspannungswert Vt1), ermittelt
der Datenspeicherfehler-Erfassungsabschnitt 67, dass sich
die Speicherzelle in einem Schreibzustand befindet.
-
Das
zweite Vergleichsergebnis wird aus dem Datenlesen aus der Speicherzelle 21 und
dem Datenlesen aus dem Referenztransistor PT zum Schreiben erhalten.
Wenn das erste Vergleichsergebnis der Schreibzustand ist und das
zweite Vergleichsergebnis nicht der Schreibzustand ist, das heißt, wenn
der Schwellenspannungswert Vt der Speicherzelle 21 zwischen
dem Schwellenspannungswert Vt1 des Referenztransistors RT zum Lesen
und dem Schwellenspannungswert Vt2 des Referenztransistors PT zum Schreiben
liegt, ermittelt der Datenspeicherfehler-Erfassungsabschnitt 67,
dass die Speicherzelle 21 einen Ladungsausströmfehler
aufweist. Wenn das erste Vergleichsergebnis der Schreibzustand ist
und dass zweite Vergleichsergebnis ebenfalls der Schreibzustand
ist, ermittelt der Datenspeicherfehler-Erfassungsabschnitt 67,
dass sich die Speicherzelle in einem normalen Datenspeicherzustand
befindet.
-
Das
dritte Vergleichsergebnis wird aus dem Datenlesen aus der Speicherzelle 21 und
dem Datenlesen aus dem Referenztransistor ET zum Löschen erhalten.
Wenn das erste Ergebnis der Löschzustand
ist und das dritte Ergebnis nicht der Löschzustand ist, das heißt, wenn
der Schwellenspannungswert Vt der Speicherzelle 21 zwischen
dem Schwellenspannungswert Vt1 des Referenztransistors RT zum Lesen
und dem Schwellenspannungswert Vt3 des Referenztransistors ET zum
Löschen liegt,
ermittelt der Datenspeicherfehler-Erfassungsabschnitt 67, dass
die Speicherzelle 21 einen Ladungserhöhungsfehler aufweist. Wenn
das erste Vergleichsergebnis der Löschzustand ist und das dritte Vergleichsergebnis
ebenfalls der Löschzustand
ist, ermittelt der Datenspeicherfehler-Erfassungsabschnitt 67,
dass sich die Speicherzelle 21 in einem normalen Datenspeicherzustand
des Löschzustands befindet.
-
Der
Datenspeicherfehler-Erfassungsabschnitt 67 kann einen Datenspeicherfehler
zum Beispiel während
einer Nichtauswahlperiode der Speicheranordnung 1 (der
Speicherzelle 21), einer Austastperiode in einer Auswahlperiode,
oder wenn die Leistung eingeschaltet wird, erfassen. In dieser Spezifikation
bezieht sich die "Nichtauswahlperiode" auf eine Periode,
in welcher die Speicheranordnung 1 nicht ausgewählt ist
zum z.B. normalen Lesen aus einer, schreiben in eine, oder Löschen von
einer Speicherzelle 21. Die "Auswahlperiode" ist eine Periode, in welcher die Speicheranordnung 1 ausgewählt ist für z.B. normales
Datenlesen aus einer, schreiben in eine oder Löschen von einer Speicherzelle 21.
Eine "Austastperiode" bezieht sich auf
eine Periode in der Auswahlperiode, nach dem ein normales Datenlesen aus
einer, ein normales Datenschreiben in eine, ein normales Datenlöschen von
einer, oder ein beliebiger anderer Speichervorgang in Bezug auf
eine Speicherzelle 21 oder ein beliebiger anderer Speichervorgang
beendet ist und bevor ein normales Datenlesen aus einer, ein normales
Datenschreiben in eine, ein normales Datenlöschen von einer, oder ein beliebiger anderer
Speichervorgang in Bezug auf die nächste Speicherzelle 21 begonnen
wird. Ein "normaler
Speichervorgang",
ein "normales Datenschreiben", und ein "normales Datenlesen" beziehen sich auf
einen normalen Speichervorgang des Lesens von Daten aus einer, des
Schreibens von Daten in eine, des Löschens von Daten von einer,
oder des Durchführens eines
beliebigen anderen Speichervorgangs in Bezug auf eine Speicherzelle,
welches nicht für
einen Datenspeicherfehler durchgeführt wird.
-
Der
Daten-Zurückschreibabschnitt 68 kann zum
Beispiel einen Daten-Zurückschreibvorgang durchführen, wenn
die Speicheranordnung 1 aus der Betriebsart mit extra geringem
Leistungsverbrauch auf die Betriebsart mit normalem Leistungsverbrauch umgeschaltet
wird, oder wenn die Speicheranordnung 1 in die Betriebsart
mit extra geringem Leistungsverbrauch übergeht.
-
Der
Datenspeicherfehler-Erfassungsabschnitt 67 beginnt die
Erfassung eines Datenspeicherfehlers, nachdem ein normales Datenlesen
aus den Speicherzelle 21 unterbrochen ist, und bevor das normale
Datenlesen wieder aufgenommen wird. Der Datenspeicherfehler-Erfassungsabschnitt 67 beginnt die
Erfassung durch Lesen von Daten mit der Speicherzelle 21 an
der letzten Adresse, die in dem Letzte-Adresse-Speicherabschnitt 69 gespeichert
ist.
-
In
dem Ladungsverlust/Verstärkungs-Aufzeichnungsspeicher 7 werden
Datenspeicherfehler-Informationen bezüglich eines Ladungsausströmfehlers
oder eines Ladungserhöhungsfehlers
einer Speicherzelle 21 durch die Ladungsverlustkompensations-Steuerlogikschaltung 6 gespeichert,
wenn ein solcher Fehler erfasst wird. Der Ladungsverlust/Verstärkungs-Aufzeichnungsspeicher 7 und
die Ladungsverlustkompensations-Steuerlogikschaltung 6 bilden
einen Aufzeichnungsinformationen-Speicherabschnitt. Die Datenspeicherfehler-Informationen
beinhalten zum Beispiel eine Adresse der Speicherzelle 21,
bei der ein Fehler erfasst wurde, das Datum (Jahr/Monat/Tag) und
die Zeit, zu denen der Fehler auftrat, und die Art des Fehlers (beispielsweise
einen Ladungsausströmfehler
oder einen Ladungserhöhungsfehler).
Die Datenspeicherfehler-Informationen werden festgelegt, um durch
einen speziellen Befehl von einer externen Einrichtungen gelesen
zu werden, wenn ein Produkt, wie beispielsweise eine Informationsvorrichtung
oder dergleichen, die die Speicheranordnung 1 verwendet, von
einem Kunden oder dergleichen zurückgegeben wird. Der Ladungsverlust/Verstärkungs-Aufzeichnungsspeicher 7 kann
ein beliebiger Speicher sein, welcher nichtflüchtig ist und es ermöglicht,
dass Daten nur einmal geschrieben werden.
-
Der
Pegelüberwachungsabschnitt 8 beinhaltet
einen Sicherungskondensator 81 als einen Sicherungskapazitätsabschnitt
zum Aufnehmen von Ladungen, die zum Durchführen eines Hintergrund-Schreibvorgangs
verwendet wurden, und einen Pegelüberwachungsabschnitt (Pegelüberwachungsschaltung) 82 zum Überwachen,
ob sich eine Anschlussspannung des Sicherungskondensators 81 auf
einen vorbestimmten Spannungswert oder niedriger verringert hat.
Der Pegelüberwachungsabschnitt 82 gibt
ein Versorgungsspannungsverringerungs-Erfassungssignal an den Daten-Zurückschreibabschnitt 68 der
Ladungsverlustkompensations-Steuerlogikschaltung 6 aus,
wenn sich die Anschlussspannung des Sicherungskondensators 81 auf
den vorbestimmten Spannungswert oder niedriger verringert hat, und
steuert den Hintergrund-Schreibvorgang so, dass dieser angehalten wird,
wenn der Daten-Zurückschreibabschnitt 68 das Versorgungsspannungsverringerungs-Erfassungssignal
empfängt.
-
Die
Adressübertragungs-Erfassungsschaltung 9 arbeitet
wie folgt. In einer Austastperiode erfasst die Adressübertragungs-Erfassungsschaltung 9,
dass ein Hintergrund-Lesevorgang zum Erfassen eines Ladungsausströmfehlers
oder eines Ladungserhöhungsfehlers
abgeschlossen ist. Wenn die Adressübertragung durch die Adressübertragungs-Erfassungsschaltung 9 erfasst
wird, nachdem die Datenlesevorgangsperiode beendet ist, gibt die Adressübertragungs-Erfassungsschaltung 9 ein Übertragungserfassungssignal
an die Ladungsverlustkompensations-Steuerlogikschaltung 6 aus,
um die Ladungsverlustkompensations-Steuerlogikschaltung 6 so
zu steuern, dass der Hintergrundvorgang angehalten wird. In dieser
Spezifikation bezieht sich ein "Hintergrund-Lesevorgang" auf einen Lesevorgang,
der durchgeführt
wird, um einen Datenspeicherfehler zu erfassen. Ein "Hintergrund-Schreibvorgang" und ein "Hintergrund-Zurückschreibvorgang" beziehen sich auf
einen Vorgang des Schreibens von Daten, um den Ladungsausströmfehler
zu kompensieren.
-
5 zeigt
eine beispielhafte Struktur der Ladungsverlustkompensations-Steuerlogikschaltung 6,
die in 1 gezeigt ist. Wie in 5 gezeigt ist,
beinhaltet die Ladungsverlustkompensations-Steuerlogikschaltung 6 einen
Ladungsverlustkompensations-Steuerlogikschaltungskern 60,
eine ODER-Gatter-Logikschaltung 65, und eine Hotline-Schaltung 63.
In anderen Worten beinhaltet die Ladungsverlustkompensations-Steuerlogikschaltung 61 eine
Gatter-Logikschaltung, die die ODER-Gatter-Logikschaltung 65 und
die Hotline-Schaltung 63 beinhaltet. Durch die Gatter-Logikschaltung
kann ein Hintergrund-Lesevorgang angehalten werden, so dass der
normale Speichervorgang unmittelbar begonnen werden kann, wenn die Speicheranordnung 1 von
der Nichtauswahlperiode zu der Auswahlperiode geschaltet wird. Eine
Einrichtungs-Auswahlsignalleitung 511 zum Zuführen eines Einrichtungsauswahlsignals
von einer externen Einrichtung zu der Speicheranordnung 1 und
eine Lese-Freigabesignalleitung 512 zum Zuführen eines Lesesignals
von einer externen Einrichtung zu der Speicheranordnung 1 sind
mit Eingängen
der Einrichtungs-Steuerlogikschaltung 5 verbunden.
-
Ein
Betriebsablauf der Speicheranordnung 1 mit der vorstehend
beschriebenen Struktur wird beschrieben werden, zunächst kurz
und dann im Einzelnen.
-
Bevor
die Speicheranordnung 1 betrieben wird, wird eine Menge
von in jedem Speicherelement (Transistor) akkumulierten Ladungen
als ein Hintergrundvorgang überwacht.
Wenn festgestellt wird, dass die Ladungen aus irgendeinem Grund
aus dem potenzialfreien Gate FG der Speicherzelle 21 ausströmen, werden
Daten in die Speicherzelle 21 mit dem Ladungsausströmfehler
zurück
geschrieben, um das Ausströmen
der Ladungen zu kompensieren, das heißt, die Ladungen werden reinjiziert
(dieser Schreibvorgang wird auch als ein "Auffrischvorgang" bezeichnet).
-
Die
Erfassung eines Ladungsausströmfehlers
erfordert keinerlei Betriebsablauf von einer externen Einrichtung.
Der Ladungsausströmfehler
kann mit hoher Genauigkeit und mit hoher Geschwindigkeit durch Durchführen eines
Hintergrund-Lesevorgangs erfasst werden, während sich die Speicherzelle 21 in
einem Wartezustand oder einem Nichtauswahlzustand befindet. Dieser
Datenlesevorgang wird wie folgt durchgeführt. Daten aus jeder Speicherzelle 21 werden
mit Daten aus dem Referenztransistor RT zum Lesen und mit Daten
aus dem Referenztransistor PT zum Schreiben. Wenn eine Speicherzelle 21 mit
einem Schwellenspannungswert Vt, welcher höher ist als der Schwellenspannungswert
Vt1 des Referenztransistors RT zum Lesen und niedriger ist als der
Schwellenspannungswert Vt2 des Referenztransistors PT zum Schreiben,
erfasst wird, kann ermittelt werden, dass diese Speicherzelle 21 einen
Ladungsausströmfehler
aufweist. Der Grund hierfür
ist, dass ein solcher Schwellenspannungswert Vt nicht existieren
kann. Die vorstehend beschriebene Erfassung eines Ladungsausströmfehlers
kann in zum Beispiel den folgenden Perioden durchgeführt werden.
-
Erstens
kann die Erfassung eines Ladungsausströmfehlers einer Speicherzelle 21 während einer
Nichtauswahlperiode der Speicheranordnung 1 erfasst werden.
In diesem Fall muss die Nichtauswahlperiode der Speicheranordnung 1 ausreichend lang
sein, um einen Hin tergrund-Lesevorgang durchzuführen. Demgemäß wird in
einer Nichtauswahlperiode, die eine vorbestimmte Zeitspanne überschreitet,
ein Lesevorgang zum Erfassen eines Ladungsausströmfehlers während der Nichtauswahlperiode durchgeführt.
-
Zweitens
kann die Erfassung eines Ladungsausströmfehlers einer Speicherzelle 21 während einer
Austastperiode in der Auswahlperiode der Speicherzelle 21 durchgeführt werden.
Daten werden aus der Speicherzelle 21, dem Referenztransistor
PT zum Schreiben, und dem Referenztransistor RT zum Lesen gelesen.
Wenn eine Speicherzelle 21 mit einem Schwellenspannungswert
Vt, welcher höher
ist als der Schwellenspannungswert des Referenztransistors RT zum
Lesen und niedriger ist als der Schwellenspannungswert des Referenztransistors PT
zum Schreiben erfasst wird, kann ermittelt werden, dass diese Speicherzelle 21 einen
Ladungsausströmfehler
aufweist. Der Grund hierfür
ist, dass ein solcher Schwellenspannungswert Vt nicht existieren kann.
-
Wenn
ein Ladungsausströmfehler
einer Speicherzelle 21 wie vorstehend beschrieben erfasst wird,
werden Daten auf die folgende Art und Weise als ein Auffrischvorgang
in dieselbe Speicherzelle 21 zurück geschrieben. Verglichen
mit einem Datenlesevorgang erfordert ein Datenschreibvorgang eine größere Energiemenge
und braucht mehr Zeit. Daher ist es schwierig, einen Hintergrund-Datenschreibvorgang
durchzuführen.
-
Die
Häufigkeit,
mit welcher der Ladungsausströmfehler
auftritt, ist jedoch sehr niedrig, so dass folglich die Häufigkeit,
mit welcher ein Hintergrund-Datenschreibvorgang zur Kompensation
erforderlich ist, ebenfalls sehr niedrig ist. Demgemäß können die
Daten in einer Periode geschrieben werden, in welcher sich die Speicheranordnung 1 mit
Sicherheit in einem Nichtauswahlzustand befindet, und welche ausreichend
lang zum Durchführen
eines Schreibvorgangs zum Kompensieren des Ladungsausströmfehlers
der Speicherzelle 21 ist. Ein Hintergrund-Auffrischvorgang
kann durch Durchführen
eines Schreibvorgangs in dem Moment realisiert werden, wenn die
Speicheranordnung 1 in die Betriebsart mit extra geringem
Leistungsverbrauch übergeht, oder
aus der Betriebsart mit extra geringem Leistungsverbrauch zu der
Betriebsart mit normalem Leistungsverbrauch zurückgekehrt. Der "Moment" hier liegt in der
Größenordnung
von Mikrosekunden.
-
Nachdem
der Ladungsausströmfehler
durch den Datenzurückschreibvorgang
kompensiert wurde, kann ein Kennzeichen, das anzeigt, dass der Ladungsausströmfehler
kompensiert ist, in den Ladungsverlust/Verstärkungs-Aufzeichnungsspeicher 7 (EEPROM-Bereich)
der Speichereinrichtung 1 geschrieben werden. Auf diese
Art und Weise ist es möglich,
einige Informationen über
die Korrelation zwischen dem Ladungsausströmfehler und einem in der tatsächlichen
Verwendung auftretenden Fehler zu erhalten, wenn ein Produkt, wie
eine Informationsvorrichtung oder dergleichen, die die Speicheranordnung 1 verwendet,
aufgrund des Fehlers von dem Kunden zurückgegeben wird. Darüber hinaus
sollte die Speicheranordnung 1 grundlegend keinerlei Ladungsausströmfehler
erzeugen. Aus dem Ladungsverlust/Verstärkungs-Aufzeichnungsspeicher 7 einschließlich des
Kennzeichens ist es ebenfalls möglich,
die Häufigkeit
zu erhalten, mit welcher der Ladungsausströmfehler in der tatsächlichen
Verwendung auftrat. Auf der Grundlage dieser Informationen kann
die wahre Datenspeichercharakteristik der Speicheranordnung 1 bestimmt
werden, welches zu einer Ansammlung von Know-how zum Realisieren einer
Anordnung mit nochmals höherer
Zuverlässigkeit
führt.
-
In Übereinstimmung
mit dem vorstehend beschriebenen Verfahren des Hintergrund-Schreibvorgangs muss
Leistung zum Schreiben von Daten von einem Speichersystem (beinhaltend
die Speicheranordnung 1) geliefert werden. In manchen Arten
von Speichersystemen wird gegenüber
während
dem des normalen Speicherbetriebs der Speicheranordnung 1 während des
Hintergrund-Schreibvorgangs ein unterschiedliches Leistungsniveau
zugeführt,
beispielsweise während
der Betriebsart mit extra geringem Leistungsverbrauch. Genauer gesagt
können sich
manche Arten der Speichersysteme während des Hintergrund-Schreibvorgangs in
einer Betriebsart mit geringem Leistungsverbrauch befinden. In einem
solchen Fall kann von dem Speichersystem zusätzliche Leistung nicht geliefert
werden. Um einen Hintergrund-Schreibvorgang in eine fehlerhafte
Speicherzelle 21 unter solchen Betriebsumständen durchzuführen, kann
ein Akkumulationsabschnitt für elektrische
Energie (Sicherungskapazitätsabschnitt) zum
Schreiben von Daten bereitgestellt sein. Im einzelnen kann der Sicherungskapazitätsabschnitt
der Sicherungskondensator 81 (1) zum Akkumulieren
von Ladungen in der Speicheranordnung 1 sein. Während eines
normalen Speicherbetriebs werden Ladungen in dem Sicherungskondensator 81 akkumuliert.
Wenn zum Beispiel das Speichersystem in die Betriebsart mit extra
geringem Leistungsverbrauch übergeht
und die Speicheranordnung 1 ebenfalls in die Betriebsart
mit extra geringem Leistungsverbrauch übergeht, werden die Ladungen
in dem Sicherungskondensator 81 akkumuliert gehalten, ohne entladen
zu werden. Während
die Speicheranordnung 1 die Erfassung eines Ladungsausströmfehlers einer
Speicherzelle 21 als Hintergrundvorgang durchführt, oder
einen Hintergrund-Schreibvorgang zu einer Speicherzelle 21,
bei der ein Ladungsausströmfehler
erfasst wurde, durchführt,
kann die in dem Sicherungskondensator 81 akkumulierte elektrische
Energie verwendet werden.
-
Soweit
wurde der Ladungsausströmfehler beschrieben.
Ein Ladungserhöhungsfehler
tritt ebenfalls dahin gehend auf, dass eine Menge von Ladungen in
dem potenzialfreien Gate einer Speicherzelle 21 der Speicheranordnung 1,
welche sich in einem Löschzustand
befindet, zunimmt. Da eine Speicherzelle 21 üblicherweise
nicht selektiv aus einer Spei cheranordnung vom Typ Flash EEPROM
gelöscht werden
kann, ist es unmöglich,
einen solchen Fehler zu kompensieren. Nichtsdestotrotz kann ein
solcher Fehler erfasst werden, wenn der Schwellenspannungswert der
Speicherzelle 21 zwischen dem Schwellenspannungswert Vt1
(4) des Referenztransistor RT zum Lesen und dem
Schwellenspannungswert Vt3 (4) des Referenztransistor
ET zum Lesen liegt. Der Ladungserhöhungsfehler, ebenso wie der
Ladungsausströmfehler,
ist ein Parameter, der anzeigt, dass die Zuverlässigkeit der Speicheranordnung 1 beeinträchtigt ist.
Der Ladungserhöhungsfehler
kann nicht kompensiert werden, wie vorstehend beschrieben wurde,
aber die Informationen über
den Ladungserhöhungsfehler
können
aufgezeichnet werden. Wenn ein Produkt, wie beispielsweise eine
Informationsvorrichtung oder dergleichen, die die Speicheranordnung 1 verwendet,
von einem Kunden zurückgegeben
wird, ist es möglich
zu erkennen, ob der Ladungserhöhungsfehler
aufgetreten ist oder nicht, welches als ein Parameter zum Verbessern
des Produktionsprozesses der Speicheranordnung 1 sehr nützlich ist.
-
Nachstehend
wird ein Betriebsablauf der Speicheranordnung 1 sequenziell
im Einzelnen unter Bezugnahme auf die 1 bis 9 beschrieben werden.
-
Es
wird angenommen, dass die Speicheranordnung 1 bei der Anforderung
des Speichersystems in eine Betriebsart mit extra geringem Leistungsverbrauch übergeht. Üblicherweise
wird die Speicheranordnung 1 durch das Steuersystem über einen
Steuereingangsanschluss 51 dazu gesteuert, in die Betriebsart
mit extra geringem Leistungsverbrauch überzugehen. An diesem Punkt
versetzt die Einrichtungs-Steuerlogikschaltung 5 die Speicheranordnung 1 in
die Betriebsart mit extra geringem Leistungsverbrauch, und gibt
darüber
hinaus ein Startsignal zum Beginnen der Erfassung eines Ladungsausströmfehlers
und eines Ladungserhöhungsfehlers über eine
Leitung 52 an die Ladungsverlustkompensations-Steuerlogikschaltung 6 aus.
Dieser Ausgabevorgang des Startsignals benachrichtigt auch die Ladungsverlustkompensations-Steuerlogikschaltung 6 darüber, dass
die Speicheranordnung 1 in die Betriebsart mit extra geringem
Leistungsverbrauch versetzt worden ist. Bei Empfang des Startsignals
beginnt die Ladungsverlustkompensations-Steuerlogikschaltung 6 sofort
einen Hintergrund-Lesevorgang aus dem Speicherzellenfeld 2.
Dieser Vorgang wird genauer unter Bezugnahme auf 6 beschrieben.
-
6 ist
ein Zeitverlaufsdiagramm, das einen Betriebsablauf der in 1 gezeigten
Speicheranordnung 1 darstellt. Wie in 6 gezeigt
ist, beginnt dann, wenn ein Startsignal 521 aus der Leitung 52 zugeführt wird,
die Ladungsverlustkompensations-Steuerlogikschaltung 6 die
Erfassung eines Ladungsausströmfehlers
und eines Ladungserhöhungsfehlers.
Genauer gesagt beginnt die Ladungsverlustkompensations-Steuerlogikschaltung 6 bei Empfang
des Startsignals 521, eine interne Adresse zu generieren.
Die La dungsverlustkompensations-Steuerlogikschaltung 6 wählt darüber hinaus
sequenziell jeweils die drei Auswahlleitungen 61 zur Verbindung
zu den Referenztransistoren PT, RT und ET, um einen Ladungsausströmfehler
und einen Ladungserhöhungsfehler
zu erfassen.
-
Genauer
gesagt gibt die Ladungsverlustkompensations-Steuerlogikschaltung 6 die
generierte interne Adresse an den Reihendecoder 3X und den
Spaltendecoder 3Y über
eine Leitung 62 aus, und beginnt dadurch einen Hintergrund-Lesevorgang aus
dem Speicherzellenfeld 2. Wenn der Hintergrund-Lesevorgang
gestartet ist, wählt
die Ladungsverlustkompensations-Steuerlogikschaltung 6 sequenziell
die Referenztransistoren PT, ET und RT über die Auswahlleitungen 61 aus.
Die Reihenfolge der Auswahl ist nicht wichtig, jedoch werden hierin der
Referenztransistor ET zum Löschen,
der Referenztransistor PT zum Schreiben, und der Referenztransistor
RT zum Lesen in dieser Reihenfolge ausgewählt. Bezüglich der von dem abtastenden
Differenzialverstärker 41 ausgegebenen
Daten zeigt ein Wert "1" ein Löschen an,
und zeigt ein Wert "0" ein Schreiben an.
-
In 6 erhält die Ladungsverlustkompensations-Steuerlogikschaltung 6 einen
Wert "0", der unter Verwendung
des Referenztransistors ET zum Löschen
gelesen wurde, einen Wert "1 ", der unter Verwendung
des Referenztransistor PT zum Schreiben gelesen wurde, und einen
Wert "0", der unter Verwendung
des Referenztransistor RT zum Lesen gelesen wurde, wenn die interne
Adresse generiert ist und die Referenztransistoren ET, PT und RT
sequenziell ausgewählt
werden. Es wird davon ausgegangen, dass die Speicherzelle, die in 6 gezeigt ist,
einen Ladungsausströmfehler
aufweist. Wenn sich die Speicherzelle 21 in dem normalen
Datenspeicherzustand befindet, haben die Daten aus einer Ausgangsleitung 43 einen
Wert "0", der unter Verwendung
des Referenztransistor ET zum Löschen gelesen
wurde, einen Wert "0", der unter Verwendung
des Referenztransistor PT zum Schreiben gelesen wurde, und einen
Wert "0", der unter Verwendung
des Referenztransistor RT zum Lesen gelesen wurde.
-
Wenn
kein Ladungsausströmfehler
oder Ladungserhöhungsfehlers
gefunden wird, führt
die Ladungsverlustkompensations-Steuerlogikschaltung 6 ein
automatisches Inkrement durch, um die nächste interne Adresse zu generieren.
Somit werden alle Speicherzellen 21 in dem Speicherzellenfeld 2 sequenziell
abgetastet, um zu überprüfen, ob
der Datenspeicherzustand derselben normal oder fehlerhaft ist.
-
Wenn
ein Ladungsausströmfehler
gefunden wird, kann die Ladungsverlustkompensations-Steuerlogikschaltung 6 entweder
in einen Hintergrund-Zurückschreibvorgang
gehen, oder dort die Adresse der Speicherzelle 21 mit dem
dortigen Fehler speichern, so dass ein Hintergrund-Schreibvorgang
zu einer geeigneten Zeit durchgeführt werden kann. Üblicherwei se
erfordert der Schreibvorgang Leistung zum Indizieren von Ladungen
in das potenzialfreie Gate FG der Speicherzelle 21. In
z. B. einem Speichersystem eines Mobiltelefons oder dergleichen
kann die Last des Lieferns der Leistung zu groß sein. Wenn das gesamte Speichersystem
in die Betriebsart mit dem extra geringem Leistungsverbrauch übergeht,
könnte ein
notwendiges Leistungsniveau der Speicheranordnung 1 nicht
geliefert werden. Um mit einer solchen Situation zurecht zu kommen,
kann die Leistung anhand der folgenden drei Verfahren zugeführt werden.
-
In Übereinstimmung
mit einem ersten Leistungszufuhrverfahren (Betriebszustandbeispiel 1 in 6)
weist die Speicheranordnung 1 einen eingebauten Sicherungskapazitätsabschnitt
einschließlich des
Sicherungskondensators 81 auf. Ein Hintergrundschreibvorgang
wird unter Verwendung der Leistung aus dem Kondensator 81 durchgeführt. Wenn
jedoch der Hintergrund-Schreibvorgang fortgesetzt wird, nimmt die
Anschlussspannung des Sicherungskondensators 81 ab. Das
Niveau der Anschlussspannung wird durch den Pegelüberwachungsabschnitt
(Pegelüberwachungsschaltung) 82 überwacht.
Wenn die Anschlussspannung des Kondensators 81 ein bestimmter
Wert oder kleiner wird, gibt der Pegelüberwachungsabschnitt 82 ein
Signal, das die Pegelverringerung anzeigt, über eine Leitung 83 an
die Ladungsverlustkompensations-Steuerlogikschaltung 6 aus.
Folglich wird die Ladungsverlustkompensations-Steuerlogikschaltung 6 über die
Verringerung der Anschlussspannung des Sicherungskondensators 81 informiert.
Dann steuert der Pegelüberwachungsabschnitt 82 die
Ladungsverlustkompensations-Steuerlogikschaltung 6 dazu,
den Hintergrund-Schreibvorgang anzuhalten.
-
In Übereinstimmung
mit einem zweiten Leistungszufuhrverfahren (Betriebszustandbeispiel 2 in 6)
wird ein Hintergrund-Schreibvorgang während einer Periode durchgeführt, in
welcher der Hintergrund-Schreibvorgang möglich ist, beispielsweise in
dem Moment, in dem die Speicheranordnung 1 aus der Betriebsart
mit extra geringem Leistungsverbrauch zu der Betriebsart mit normalem
Leistungsverbrauch zurückkehrt,
unter Verwendung der letzten Adresse in der Ladungsverlustkompensations-Steuerlogikschaltung 6.
Wenn die Speicheranordnung 1 aus der Betriebsart mit extra
geringem Leistungsverbrauch zu der Betriebsart mit normalem Leistungsverbrauch
zurückkehrt,
muss die Speicheranordnung 1 üblicherweise mit einer Verzögerungszeitperiode für stabile
Rückkehr
versorgt werden. Während
der Verzögerungszeitperiode
kann der Hintergrund-Schreibvorgang durchgeführt werden, ohne dass dem Speichersystem
(einschließlich
der Speicheranordnung 1) eine Last des Lieferns von Leistung
auferlegt wird, hinsichtlich der Leistung, da die Leistungsversorgung
des Speichersystems in dieser Periode eine normale Leistungsversorgungsfähigkeit hat.
-
In Übereinstimmung
mit einem dritten Leistungszufuhrverfahren wird die Adresse der
Speicherzelle 21 mit dem Datenspeicherfehler in der Ladungsverlustkompensations-Steuerlogikschaltung 6 gespeichert,
wie vorstehend beschrieben wurde. Anders als bei dem Betriebszustandbeispiel 2 in 6 wird
der Hintergrund-Schreibvorgang durchgeführt, wenn die Speicheranordnung 1 in
die Betriebsart mit extra geringem Leistungsverbrauch übergeht.
Allgemein wird für
einen stabilen Betrieb des Speichersystems die Leistungsversorgungsfähigkeit
des Speichersystems in dem Moment, in dem das Speichersystem in
die Betriebsart mit extra geringem Leistungsverbrauch übergeht,
nicht reduziert, sondern nach einer gewissen Verzögerungszeitperiode.
Unter Verwendung dieser Verzögerungszeitperiode
kann der Hintergrund-Schreibvorgang durchgeführt werden.
-
Nach
dem der Hintergrund-Schreibvorgang in einem beliebigen der vorstehend
beschriebenen Verfahren durchgeführt
ist, kann eine Aufzeichnung bezüglich
der Speicherzelle 21 wie folgt festgehalten werden. Wenn
zumindest einer eines Ladungsausströmfehlers und eines Ladungserhöhungsfehlers gefunden
wird, speichert die Ladungsverlustkompensations-Steuerlogikschaltung 6 in
dem Ladungsverlust/Verstärkungs-Aufzeichnungsspeicher 7 Datenspeicherfehler-Informationen,
zum Beispiel eine Adresse der Speicherzelle 21 mit dem
Datenspeicherfehler und den Typ des Datenspeicherfehlers (beispielsweise
einen Ladungsausströmfehler und/oder
einen Ladungserhöhungsfehler).
Die Datenspeicherfehler-Informationen
können
durch eine externe Einrichtung unter Verwendung eines speziellen
Befehls ausgelesen werden, wenn ein Produkt, wie beispielsweise
eine Informationsvorrichtung oder dergleichen, die die Speicheranordnung 1 verwendet,
von einem Kunden zurückgegeben
wird.
-
In
dem Fall, in dem die Speicherzelle 21 einen Ladungserhöhungsfehler
aufweist, haben die Daten aus der Datenausgangsleitung 43 einen
Wert "0", der unter Verwendung
des Referenztransistors ET zum Löschen
gelesen wurde, einen Wert "1 ", der unter Verwendung
des Referenztransistors PT zum Schreiben gelesen wurde, und einen
Wert "1 ", der unter Verwendung
des Referenztransistor RT zum Lesen gelesen wurde. Anders als der
Ladungsausströmfehler
kann der Ladungserhöhungsfehler
durch Zurückschreiben
von Daten nicht kompensiert werden. Der Grund hierfür besteht
darin, dass, da die Speicheranordnung 1 vom Typ Flash-EEPROM
nur das stapelweise Löschen
von Daten in einem Speicherblock erlaubt, Ladungen nicht erzwungen aus
einer wahlfreien Speicherzelle 21 entfernt werden können. Jedoch
können
die Informationen über das
Auftreten des Ladungserhöhungsfehlers,
welche in dem Ladungsverlust/Verstärkungs-Aufzeichnungsspeicher 7 gespeichert
sind, später
auf die vorstehend beschriebene Art und Weise verwendet werden.
-
Wenn
die Speicheranordnung 1 in eine Tiefschlafbetriebsart übergeht,
nachdem sie einmal aus der Betriebsart mit extra geringem Leistungsverbrauch
zu der Betriebsart mit normalem Leistungsverbrauch zurückgekehrt
war, ohne dass die Leistungsversorgung zu der Speicheranordnung 1 unterbrochen
wird, kann der Vorgang bzw. Betrieb mit der letzten Speicherzelle 21 begonnen
werden, aus welcher der vorangehende Hintergrund-Datenlesevorgang
durchgeführt
wurde. Alternativ kann der Vorgang mit einer Speicherzelle 21 unmittelbar
nach der letzten Speicherzelle 21 begonnen werden. Um dies zu
realisieren, ist ein Arbeits-RAM-Bereich in der Ladungsverlustkompensations-Steuerlogikschaltung 6 bereitgestellt,
und wird die letzte Adresse in dem Arbeits-RAM-Bereich gespeichert.
Der Inhalt des Speichers wird nicht gelöscht, bis die Leistungsversorgung
der Speicheranordnung 1 ausgeschaltet wird. Wenn die Speicheranordnung 1 erneut
in die Betriebsart mit extra geringem Leistungsverbrauch übergeht,
wird der in dem Arbeits-RAM-Bereich gespeicherte Inhalt (das heißt, die
letzte Adresse) gelesen, und kann der Lesevorgang zum Erfassen eines Ladungsausströmfehlers
und eines Ladungserhöhungsfehlers
mit der letzten Speicherzelle 21 an der letzten Adresse
begonnen werden.
-
Anstelle
des Verwendens des Arbeits-RAM kann eine Speicherzelle vom Typ EEPROM
verwendet werden. In diesem Fall ist es möglich, die letzte Adresse auch
dann zu speichern, nachdem die Leistungsversorgung der Speicheranordnung 1 ausgeschaltet
ist. Folglich kann ein Lesevorgang zum Erfassen eines Ladungsausströmfehlers
und eines Ladungserhöhungsfehlers
unabhängig
davon, ob die Leistungsversorgung der Speicheranordnung 1 ein oder
aus ist, mit der letzten Speicherzelle 21 an der letzten
Adresse begonnen werden.
-
Zusätzlich zu
einem Vorgang bzw. Betrieb während
der Betriebsart mit extra geringem Leistungsverbrauch kann der Hintergrund-Schreibvorgang
in einer Nichtauswahlperiode der Speicheranordnung 1 durchgeführt werden.
Wenn die Nichtauswahlperiode der Speicheranordnung 1 eine
vorbestimmte Zeitspanne überschreitet,
geht das Speichersystem (einschließlich der Speicheranordnung 1)
in eine Betriebsart über,
welche die Speicheranordnung 1 nicht erfordert, und ermittelt
folglich, dass ein Hintergrund-Schreibvorgang problemlos durchgeführt werden
kann. Folglich gibt das Speichersystem den Hintergrund-Schreibvorgang frei.
-
Während dieser
Periode können
ein Ladungsausströmfehler
und ein Ladungserhöhungsfehler
zusätzlich
zu dem Durchführen
des Hintergrund-Schreibvorgangs erfasst werden. Wenn die Speicheranordnung 1 in
einen Auswahlzustand übergeht,
während
sie einen Erfassungsvorgang für
einen Ladungsausströmfehler
oder einen Ladungserhöhungsfehler
durchführt,
oder einen Hintergrund-Schreibvorgang durchführt, muss die Speicheranordnung 1 sofort
zu der Betriebsart normalem Speicherbetriebs zurückkehren. Um dies zu realisieren
gibt, wenn die Einrichtungs-Steuerlogikschaltung 5 erfasst,
dass sich die Speicheranordnung 1 in einem Auswahlzustand
befindet, die Einrichtungs-Steuerlogikschaltung 5 sofort
ein Signal an die Ladungsverlustkompensations-Steuerlogikschaltung 6 aus,
das anzeigt, dass erfasst wird, dass sich die Speicheranordnung 1 in
dem Auswahlzustand befindet.
-
In
dem Fall, in dem die interne Schaltungskonfiguration der Ladungsverlustkompensations-Steuerschaltung 6 wie
in 5 gezeigt ist, kann die Speicheranordnung 1 sofort
zu dem normalen Speicherbetrieb zurückkehren. Wenn die Speicheranordnung 1 zu
einer Befehlseingabebetriebsart zurückkehrt, welche nur durch die
Einrichtungs-Steuerlogikschaltung 5 gehandhabt werden kann,
kann der Hintergrundvorgang durch die Ladungsverlustkompensations-Steuerlogikschaltung 6 angehalten
werden, während
die Befehlseingabe durch die Einrichtungs-Steuerlogikschaltung 5 gehandhabt
wird.
-
Dieser
Betriebsablauf wird im Einzelnen unter Bezugnahme auf die 7 beschrieben
werden. Es wird angenommen, dass in der Periode D in 7 die
Speicheranordnung 1 einen Hintergrund-Schreibvorgang zum
Kompensieren eines Ladungsausströmfehlers
einer Speicherzelle 21 durchführt. An diesem Punkt wird vorausgesetzt,
dass ein Einrichtungsauswahlsignal und ein Lesesignal aktiv bzw. freigegeben
sind. Folglich sollte die Speichereinrichtung 1 sofort
den Hintergrundvorgang anhalten und ein normales Datenlesen durchführen. Dies
wird durch die Gatter-Logikschaltung einschließlich der ODER-Gatter-Logikschaltung 65 und
der Hotline-Schaltung 63 realisiert. Wenn das Einrichtungsauswahlsignal
aktiv wird und das Lesesignal aktiv wird, sollte eine Hintergrund-Freigabeleitung 64 (5)
sofort gesperrt werden. Die Hintergrund-Freigabeleitung 64 wird
jedoch durch eine komplizierte Logikschaltung gebildet, so dass
es folglich im Wesentlichen unmöglich
ist, die Hintergrund-Freigabeleitung 64 sofort zu sperren
bzw. zu deaktivieren, ohne den Betrieb der Speicheranordnung 1 zu
beeinflussen. Demgemäß wird in
der Periode E in 7 die Hintergrund-Freigabeleitung 64 für eine gewisse Zeitspanne
aktiviert gehalten, selbst nachdem die Nichtauswahlperiode vorbei
ist. Ein Direkt-Lesesignal wird aus dem Auswahlsignal und dem Lese-Freigabesignal
der Speicheranordnung 1 generiert, und das Direkt-Lesesignal
wird direkt dem Referenztransistor RT zum Lesen zugeführt. Die
Hotline-Schaltung 63 erlaubt es der Speicheranordnung 1,
sofort zu dem normalen Speicherbetrieb zurückzukehren. In der Periode
F geht, wenn der Ladungsverlustkompensations-Steuerlogikkern 60 als
eine Hintergrund-Steuerschaltung komplett stabilisiert ist, das Signal
aus der Hintergrund-Freigabeleitung 64 in einen Sperrzustand,
und werden die Auswahlleitungen 61 für die Referenztransistoren
PT, ET und RT nun durch eine Schaltung zum Durchführen einer
normalen Einrichtungssteuerung gesteuert.
-
In
dem vorstehend beschriebenen Betriebsablauf kann die Speicheranordnung 1 sofort
aus einem Hintergrundvorgang in den normalen Speicherbetrieb überführt werden.
Wenn die Speichereinrichtung 1 zu einem normalen Datenlesen
zurückkehrt, muss
die Hotline-Schaltung 63 wie
vorstehend beschrieben zusätzlich
bereitgestellt sein. Wenn die Speicheranordnung 1 zu irgend
einer anderen Art von normalem Speicherbetrieb zurückkehrt,
ist die Hotline-Schaltung 63 nicht speziell erforderlich.
Der Grund hierfür
besteht darin, dass die anderen Arten von normalem Speicherbetrieb
außer
dem Datenlesen, beispielsweise Datenschreiben, Datenlöschen, und
Zustandlesen, alle durch das Speichersystem unter Verwendung eines
Befehls ausgeführt
werden. Der Befehl wird unabhängig
von einer Einrichtungs-Steueranordnung zum Durchführen einer
normalen Einrichtungssteuerung empfangen, welche von dem Ladungsverlustkompensations-Steuerlogikschaltung 6 getrennt
ist. Die Einrichtungs-Steueranordnung analysiert den Befehl und
führt den
nächsten
Vorgang (löschen,
schreiben oder dergleichen) durch. Dieser Vorgang erfordert eine
gewisse Zeitspanne. Daher ist irgend eine spezielle Hotline-Schaltung 63 zum
sofortigen Umschalten des Betriebs der Referenztransistoren in die
Betriebsart für
normalen Speicherbetrieb nicht speziell erforderlich.
-
In 7 bezieht
sich "PV" auf Programm verifizieren
(Program Verify).
-
In
dem Fall, in dem die Speicheranordnung 1 eine sehr lange
Datenleseperiode (beispielsweise in der Größenordnung von einigen 10 Mikrosekunden) hat,
während
die Speichereinrichtung 21 nicht grundlegend arbeitet,
nachdem das normale Datenlesen abgeschlossen ist, werden Daten in
jeder Speicherzelle 21 gelesen, im Vergleich zu dem Referenztransistor
RT zum Lesen, im Vergleich zu dem Referenztransistor PT zum Schreiben,
und im Vergleich zu dem Referenztransistor ET zum Löschen. Dieser
Betriebsablauf wird mit dem Zeitverlaufsdiagramm in 8 beschrieben
werden.
-
Wie
in 8 gezeigt ist, werden die Adressen an Punkt G übertragen.
Danach werden die Einrichtungsauswahlleitung 511 und die
Lese-Freigabeleitung 512 freigegeben bzw. aktiviert. In
der Periode H in 8 wird ein Datenlesen innerhalb
der Speicheranordnung 1 durchgeführt. Die Zykluszeit des Datenlesens
beträgt
mehrere 10 Mikrosekunden, wohingegen eine Periode, die für das Datenlesen
erforderlich ist, mehrere 100 Nanosekunden beträgt. Demgemäß ist das Datenlesen in der
Speicheranordnung 1 in einer kürzeren Zeitspanne als der Zykluszeit
beendet, wie in Periode H von 8 gezeigt
ist. In einer Austastperiode, nachdem das Datenlesen beendet ist,
wird ein Hintergrund-Lesevorgang zum Erfassen eines Ladungsausströmfehlers
oder eines Ladungserhöhungsfehlers
einer Speicherzelle 21 durchgeführt. Die Adressübertragungs-Erfassungsschaltung 9 erfasst,
dass die Datenlesevorgangsperiode (Datenleseperiode) beendet ist.
Wenn die Adressübertragung durch
die Adressübertragungs-Erfassungsschaltung 9 nach
der Datenlesevorgangsperiode erfasst wird, wird der Hintergrundvorgang
angehalten (Punkt I in 8).
-
Während der
Leerlaufperiode K, nachdem das normale Datenlesen abgeschlossen
ist, wird ein Hintergrund-Schreibvorgang zum Kompensieren des Ladungsausströmfehlers
durchgeführt
(Periode J in 8). Der Schreibvorgang wird
anders als der Lesevorgang bevorzugt in derselben Datenleseperiode abgeschlossen.
Demgemäß muss ein
Algorithmus, welcher den Hintergrund-Schreibvorgang verbietet, wenn
die für
den Hintergrundschreibvorgang erforderliche Periode länger als
die Leerlaufperiode K ist, angewandt werden.
-
Wie
vorstehend beschrieben wurde, ermittelt in Übereinstimmung mit der vorliegenden
Erfindung die Ladungsverlustkompensations-Steuerlogikschaltung 6,
dass die Speicherzelle 21 einen Ladungsausströmfehler
aufweist, wenn der Schwellenspannungswert der Speicherzelle 21 zwischen
dem Schwellenspannungswert des Referenztransistors RT zum Lesen
und dem Schwellenspannungswert des Referenztransistors PT zum Schreiben
liegt. Die Ladungsverlustkompensations-Steuerlogikschaltung 6 ermittelt
darüber
hinaus, dass die Speicherzelle 21 einen Ladungserhöhungsfehler
aufweist, wenn der Schwellenspannungswert der Speicherzelle 21 zwischen
dem Schwellenspannungswert des Referenztransistors RT zum Lesen
und dem Schwellenspannungswert des Referenztransistors ET zum Löschen liegt.
Daher kann der Ladungsausströmfehler klar
von dem Ladungserhöhungsfehler
unterschieden werden. Folglich kann eine hoch genaue Erfassung eines
Datenspeicherzustands, zum Beispiel ob die Speicherzelle 21 einen
Ladungsausströmfehler oder
einen Ladungserhöhungsfehler
aufweist, durchgeführt
werden.
-
Wenn
die Speicheranordnung 1 eine Nichtauswahlperiode hat, welche
ausreichend lang ist, um einen Hintergrund-Schreibvorgang in die
Speicheranordnung 1 durchzuführen (zum Beispiel wenn die Zykluszeit
relativ lang ist, wenn sich die Speicheranordnung 1 in
einer Nichtauswahlperiode befindet) kann ein Zurückschreibvorgang in die Speicherzelle 21 mit
dem Ladungsausströmfehler
durchgeführt werden.
Auf diese Art und Weise kann eine schwierig zu erhaltende Zeitspanne
für den
Hintergrund-Zurückschreibvorgang
erhalten werden. Wenn die Speicheranordnung 1 eine Betriebszykluszeit
hat, welche ausreichend lang ist, um einen Hintergrund-Schreibvorgang
in die Speicheranordnung 1 durchzuführen, und während das normale Datenlesen
durch die Speicheranordnung 1 durchgeführt wird, kann ein Zurückschreibvorgang
in die Speicherzelle mit dem Ladungsausströmfehler durchgeführt werden.
Auf diese Art und Weise kann eine schwierig zu erhaltende Zeitspanne
für den
Hintergrund-Zurückschreibvorgang
erhalten werden. In dem Fall, in dem das Speichersystem ein normales
Datenlesen durchführt und
die Zykluszeit zum Betreiben der Speicheranordnung 1 ausreichend
lang ist, können
ein Hintergrund-Lesevorgang zum Erfassen eines Ladungsausströmfehlers
und eines Ladungserhöhungsfehlers
durchgeführt
werden, nachdem das normale Datenlesen aus der Speicheranordnung 1 beendet
ist. Auf diese Art und Weise kann der Hintergrund-Lesevorgang effizient
durchgeführt
werden.
-
Wie
vorstehend beschrieben wurde, wird ein Datenspeicherfehler auf der
Grundlage eines Vergleichsergebnisses zwischen dem Datenlesen aus einer
Speicherzelle und dem Datenlesen aus jedem eines Referenzelements
zum Lesen, eines Referenzelements zum Schreiben, und eines Referenzelements
zum Löschen
erfasst. Daher können
ein Ladungsausströmfehler
und ein Ladungserhöhungsfehler
klar voneinander unterschieden werden. Folglich kann ein hoch zuverlässiger Datenspeicher
realisiert werden, ohne insgesamt eine riesige Menge von Know-How
ansammeln zu müssen.
-
Somit
kann ein Datenvergleichabschnitt leicht und zufrieden stellend unter
Verwendung einer Referenzelementgruppe und eines abtastenden Differentialverstärkerabschnitts
ausgebildet werden.
-
Daher
wird eine Speicherzelle mit einer abnormalen oder fehlerhaften Datenspeichercharakteristik
unter Verwendung eines Referenzelements zum Lesen und eines Referenzelements
zum Schreiben erfasst. Daher kann ein Ladungsausströmfehler mit
hoher Genauigkeit erfasst werden.
-
Somit
wird eine Speicherzelle mit einer abnormalen oder fehlerhaften Datenspeichercharakteristik
unter Verwendung eines Referenzelements zum Lesen und eines Referenzelements
zum Löschen
erfasst. Daher kann ein Ladungserhöhungsfehler mit hoher Genauigkeit
erfasst werden.
-
Somit
kann dann, wenn die Speicheranordnung eingeschaltet wird, geprüft werden,
ob die Datenspeicherung normal durchgeführt wird oder nicht. Üblicherweise
wird das Speichersystem dann, wenn die Speicheranordnung eingeschaltet
wird, mit einer Verzögerungsperiode
für einen
stabilen Start versorgt. Diese Verzögerungszeitperiode kann zum Durchführen eines
Hintergrund-Datenzurückschreibvorgangs
verwendet werden. Somit kann eine schwierig zu erhaltende Zeitspanne
für den
Hintergrund-Zurückschreibvorgang
mit Sicherheit erhalten werden. Ein Datenspeicherfehler kann auch
während einer
Nichtauswahlperiode der Speicheranordnung und einer Austastperiode
erfasst werden, während ein
normales Datenlesen aus der Speicherzelle durchgeführt wird.
-
Wenn
eine Speicherzelle einen Ladungsausströmfehler aufweist, können die
Daten in die Speicherzelle zurück
geschrieben werden, um den Fehler zu kompensieren.
-
Wenn
das Speichersystem aus einer Betriebsart mit extra geringem Leistungsverbrauch
zu einer Betriebsart mit normalem Leistungsverbrauch zurückkehrt,
wird das Speichersystem üblicherweise mit
einer Verzögerungsperiode
für eine
stabile Rückkehr
versehen. Diese Verzögerungsperiode
wird zum Durchführen
eines Hintergrund-Datenzurückschreibvorgangs
verwendet. Somit kann eine schwierig zu erhaltende Zeitspanne für den Hintergrund-Zurückschreibvorgang
mit Sicherheit erhalten werden.
-
Wenn
das Speichersystem in die Betriebsart mit extra geringem Leistungsverbrauch übergeht,
ist das Speichersystem üblicherweise
mit einer Verzögerungsperiode
für eine
stabile Rückkehr
versehen. Diese Verzögerungsperiode
wird zum Durchführen eines
Hintergrund-Datenzurückschreibvorgangs
verwendet. Somit kann eine schwierig zu erhaltende Zeitspanne für den Hintergrund-Zurückschreibvorgang
mit Sicherheit erhalten werden.
-
Die
Speicheranordnung hat einen eingebauten Sicherungskapazitätsabschnitt,
wie beispielsweise einen Kondensator, zum Erhalten von Energie,
die erforderlich ist, um einen Hintergrundvorgang in der Betriebsart
mit extra geringem Leistungsverbrauch durchzuführen. Daher wird der stabile
Hintergrundvorgang erhalten, und kann die Zeitspanne, in welcher
der stabile Hintergrundvorgang durchgeführt werden kann, erstreckt
werden.
-
Wenn
die Versorgungsspannung auf einen vorbestimmten Wert oder darunter
absinkt, wird der Datenzurückschreibvorgang
angehalten. Somit kann der Datenzurückschreibvorgang stabiler durchgeführt werden.
-
Somit
werden Informationen bezüglich
eines Speichers mit einem Ladungsausströmfehler oder einem Ladungserhöhungsfehler
als Aufzeichnungsinformationen gespeichert. Ein Aufzeichnungsinformationen-Speicherabschnitt
kann unter Verwendung eines dedizierten Speichers ausgebildet werden,
welcher es erlaubt, Daten nur einmal zu schreiben. Durch späteres Entfernen
der Informationen aus dem Aufzeichnungsinformationen-Speicherabschnitt
können
Informationen (beispielsweise Parameter), welche für die Entwicklung
einer Anordnung mit nochmals höherer
Zuverlässigkeit
wichtig sind, erhalten werden.
-
Wenn
ein Hintergrund-Lesevorgang zum Erfassen eines Ladungsausströmfehlers
oder eines Ladungserhöhungsfehlers
unterbrochen wird, werden Adressinformationen der letzten Speicherzelle,
welche abgetastet wurde, in zum Beispiel einem Arbeits-RAM-Bereich
gespeichert. Wenn der Hintergrundvorgang erneut durchgeführt werden
darf, wird die Adresse der Speicherzelle, bei welcher der Hintergrundvorgang
zu beginnen ist, auf der Grundlage der Informationen bestimmt. Somit
kann ein effizienter Hintergrund-Lesevorgang durchgeführt werden. Wenn
die Leistung abgeschaltet wird, während ein Hintergrund- Lesevorgang zum Erfassen
eines Ladungsausströmfehlers
oder eines Ladungserhöhungsfehlers
durchgeführt
wird, werden Adressabtastinformationen in zum Beispiel einem EEPROM-Bereich
gespeichert. Wenn die Leistung wieder eingeschaltet und der Hintergrund-Lesevorgang wieder
aufgenommen wird, können
die Adressabtastinformationen bis zu dem vorangehenden Hintergrund-Lesevorgang
aus dem EEPROM-Bereich gelesen werden, und wird der Hintergrundvorgang
unter Verwendung der Adresse, an welcher der vorangehende Hintergrund-Lesevorgang
beendet wurde, begonnen. Somit kann ein effizienter Hintergrund-Lesevorgang
durchgeführt
werden.
-
In
dem vorstehenden Beispiel ist eine nichtflüchtige Halbleiterspeicheranordnung
beschrieben. Eine nichtflüchtige
Halbleiterspeicheranordnung gemäß der vorliegenden
Erfindung kann leicht in eine Informationsvorrichtung, wie beispielsweise
ein Mobiltelefon oder einen Computer, integriert werden, um die
Wirkung der vorliegenden Erfindung bereitzustellen. Zum Beispiel
kann, wie in 9 gezeigt ist, eine Informationsvorrichtung 100 einen
Informationsspeicherabschnitt, wie beispielsweise ein RAM oder ein ROM
(beispielsweise ein Flash-Speicher), einen Steuerungseingabeabschnitt,
einen Anzeigeabschnitt zum Anzeigen eines Anfangsbildschirms oder eines
Informationsverarbeitungsergebnisses wie beispielsweise eine Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung, und
eine CPU (zentrale Verarbeitungseinheit; Central Processing Unit)
beinhalten. Die CPU für
verschiedene Arten von Informationsverarbeitung durch Lesen von
Informationen aus dem oder Schreiben von Informationen in den Informationsspeicherabschnitt (Speicherbetrieb)
oder Übertragen
von Daten bei Empfang einer Steueranweisung von dem Steuerungseingabeabschnitt
auf der Grundlage eines vorbestimmten Informationsverarbeitungsprogramms oder
von Daten desselben durch. In diesem Fall kann die nichtflüchtige Halbleiterspeicheranordnung
gemäß der vorliegenden
Erfindung leicht in dem Informationsspeicherabschnitt verwendet
werden.