JP2008065934A - 不揮発性メモリ装置及びメモリ制御装置、不揮発性メモリ装置のデータ書き込み方法及び不揮発性メモリ装置のデータ読み出し方法 - Google Patents

不揮発性メモリ装置及びメモリ制御装置、不揮発性メモリ装置のデータ書き込み方法及び不揮発性メモリ装置のデータ読み出し方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 不揮発性メモリの信頼性の向上、長寿命化及び書き込み速度の高速化を可能とする。
【解決手段】 書き込みデータを、予め保持された複数の関数によって論理演算し、それぞれの論理演算結果である論理演算値と、論理演算値を基に対応する最適度をそれぞれ算出する書き込み用演算装置12と、論理演算値を格納する一時メモリ13と、複数の最適度の中から最も大きい最適度である最大最適度を選択し、最大最適度に対応した書き込み用演算装置12が保持する関数を特定する条件判定結果の情報である関数選択フラグを生成する比較器14と、複数の一時メモリ13の中から、最大最適度に対応する論理演算値が格納された一時メモリ13を選択し、論理演算値を取得するセレクタ15と、比較器14が出力する最大最適度に対応した関数選択フラグとセレクタ15が出力する最大最適度に対応した論理演算値を格納するメモリセルアレイ16とを備える。
【選択図】 図1

Description

本発明は不揮発性メモリ装置及びメモリ制御装置、不揮発性メモリ装置のデータ書き込み方法及び不揮発性メモリ装置のデータ読み出し方法に関する。
閾値電圧の高低の状態によって情報を記憶するメモリセルを持つ不揮発性メモリ装置は、書き込み及び消去の際、フローティングゲートに電子を注入及び放出することで、メモリセルの閾値電圧を変化させ情報を記憶する。フローティングゲートへの電子の注入及び放出は、基板とフローティングゲート間の酸化膜中に電流を流すことにより行っているため、書き込み及び消去動作を繰り返して行うと、酸化膜の特性が劣化し、メモリの信頼性が低下する。そのため、メモリの信頼性を維持するには、酸化膜への電子の流入を極力抑制する必要がある(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1には、書き込みデータのうち閾値を変化させるビットの数を計測し、閾値を変化させるビットの数が書き込みデータのビット数の半分以上あるときは、データを反転させてメモリセルに書き込むことにより、各メモリセルの実質的な書き込み回数を減らす技術が示されている。これにより、データの書き換えに伴うゲート酸化膜へのダメージを減少させることが可能となる。
しかしながら、閾値を変化させるビットの数が閾値を変化させないビットの数と同程度であった場合、ビットを反転させてもさせなくても書き換えるメモリセルの数は大きく変わらない。また、1つのメモリセルに複数のビットのデータを格納する多値メモリにおいては、その中に1ビットでも閾値を変化させるビットがあれば書き込みが発生してしまうため、単純に反転/非反転させるだけでは有用性が低いと考えられる。
特開平11−3594公報
本発明は、不揮発性メモリ装置の信頼性の向上、長寿命化及び書き込み速度の高速化を可能とする不揮発性メモリ装置及びメモリ制御装置、不揮発性メモリ装置のデータ書き込み方法及び不揮発性メモリ装置のデータ読み出し方法を提供する。
本発明の一態様によれば、書き込みデータを、保持された複数の関数によって論理演算し、それぞれの論理演算結果である論理演算値と、論理演算値を基に対応する最適度をそれぞれ算出する書き込み用演算装置と、論理演算値を格納する一時メモリと、複数の最適度の中から最も大きい最適度である最大最適度を選択し、最大最適度に対応した書き込み用演算装置が保持する関数を特定する条件判定結果の情報である関数選択フラグを生成する比較器と、複数の一時メモリの中から、最大最適度に対応する論理演算値が格納された一時メモリを選択し、論理演算値を取得するセレクタと、比較器が出力する最大最適度に対応した関数選択フラグとセレクタが出力する最大最適度に対応した論理演算値を格納するメモリセルアレイとを備える不揮発性メモリ装置が提供される。
本発明の他の態様によれば、書き込み用演算装置が、書き込みデータを予め用意された複数の関数によって論理演算し、それぞれの論理演算結果である論理演算値と、論理演算値を基に対応する最適度をそれぞれ算出するステップと、論理演算値を、一時メモリに格納するステップと、比較器が、複数の最適度の中から最も大きな最適度である最大最適度を選択するステップと、セレクタが、複数の一時メモリの中から、最大最適度に対応する論理演算値が格納された一時メモリを選択し、論理演算値を取得及び出力するステップと、メモリセルアレイが、最大最適度に対応した関数選択フラグとセレクタが出力する最大最適度に対応した論理演算値を格納するステップとを有する不揮発性メモリ装置のデータ書き込み方法が提供される。
本発明の他の態様によれば、メモリセルアレイが、格納している論理演算値及び関数選択フラグを出力するステップと、読み出し用演算装置が、論理演算値及び関数選択フラグに対して、書き込み用演算装置に保持された関数選択フラグに対応する関数の逆関数を用いて、論理演算値を算出をすることで論理演算結果である書き込みデータを復元するステップとを有する不揮発性メモリ装置のデータ読み出し方法を要旨とする。
本発明の他の態様によれば、書き込みデータを、保持された複数の関数によって論理演算し、それぞれの論理演算結果である論理演算値と、論理演算値を基に対応する最適度をそれぞれ算出する書き込み用演算装置と、論理演算値を格納する一時メモリと、複数の最適度の中から最も大きい最適度である最大最適度を選択し、最大最適度に対応した書き込み用演算装置が保持する関数を特定する条件判定結果の情報である関数選択フラグを生成及び出力する比較器と、複数の一時メモリの中から、最大最適度に対応する論理演算値が格納された一時メモリを選択し、論理演算値を取得及び出力するセレクタとを備えるメモリ制御装置が提供される。
本発明によれば、不揮発性メモリの信頼性の向上、長寿命化及び書き込み速度の高速化を可能とする不揮発性メモリ装置及びメモリ制御装置、不揮発性メモリ装置のデータ書き込み方法及び不揮発性メモリ装置のデータ読み出し方法を提供可能である。
次に図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。なお以下の示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は構成部品の配置等を下記のものに特定するものではない。この発明の技術的思想は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。
[第1の実施の形態]
本発明の第1の実施の形態に係る不揮発性メモリ装置及びメモリ制御装置を用いた不揮発性メモリシステムは、図1に示すように、ホスト18、不揮発性メモリ装置1を備える。また、不揮発性メモリ装置1は、メモリ制御装置10、メモリセルアレイ16を備える。
この構成において、ホスト18は書き込みデータxを出力する。ページメモリ11はホスト18より出力された書き込みデータxを一時的に格納する。書き込み用演算装置12はページメモリ11より出力された書き込みデータxを論理演算する。書き込み用演算装置12には、論理演算を行うための複数の関数が用意されている。
論理演算関数f(x)の種類や数量はメモリ制御装置10が適用されるハードウェアの種類や書き込みデータの種類等、使用目的、使用環境によって異なり、それぞれの目的に応じて論理演算関数f(x)の種類や数量が設定される。
図1における書き込み用演算装置12では(n+1)個、(n+1)種類の論理演算関数f(x)、f(x)、・・・、f(x)が設定されている。ここで、nは正の整数である。書き込み用演算装置12に入力された書き込みデータxは、それぞれの論理演算関数f(x)、f(x)、・・・、f(x)によって、論理演算される。
その結果、論理演算結果としてy、y、・・・、yを算出する。ここで、y=f(x)、y=f(x)、・・・、y=f(x)である。例えば、ビット列x=10101100Bに対する論理演算関数f(x)=x、f(x)=x XOR 11111111B、f(x)=x XOR 10101010B及びf(x)=x XOR 01010101Bの論理演算結果f(x)及び論理演算値yは、y=f(x)=10101100B、y=f(x)=01010011B、y=f(x)=00000110B及びy=f(x)=11111001Bとなる。なお、「10101100B」,「11111111B」,「10101010B」及び「01010101B」等は2進数で表現された8ビット(1バイト)長の情報量を表す。ここで、「B」は「Binary(2進)」を意味する。
更に、書き込み用演算装置12は論理演算結果y、y、・・・、yを元に、最適度f’(x)、f’(x)、・・・、f’(x)を算出する。ここで最適度f’(x)は、メモリセルアレイ16のフローティングゲートへの電子の注入及び放出を促すための閾値電圧の変化をパラメータとして表される値である。すなわち、ここでは閾値電圧の変化が小さくなれば、最適度f’(x)は大きくなる。
メモリセルアレイ16におけるメモリセルのフローティングゲートに電子を注入及び放出し、基板とフローティングゲート間の酸化膜が劣化することで、不揮発性メモリの信頼性も低下する。
不揮発性メモリの信頼性低下に関わる処理の発生頻度が低くなるにつれ、最適度f’(x)は大きくなると定義される。例えば、1つのメモリセルの1ビットを記憶する2値メモリにおいて、データ書き込み時にメモリセルの閾値を変化させるビットを”0”、変化させないビットを”1”とすると、論理演算値f(x)=10101100B、f(x)=01010011B、f(x)=00000110B及びf(x)=11111001Bに対する最適度f’(x)はf’(x)>f’(x)=f’(x)>f’(x)となる。
すなわち、データ書き込み時にメモリセルの閾値を変化させないビット”1”が多いほど、最適度f’(x)は大きくなるものとするのである。更に、書き込み用演算装置12は、予め用意されている論理演算関数f(x)、f(x)、・・・、f(x)と論理演算結果であるy、y、・・・、yの対応を関係を示す関数選択フラグz、z、・・・、zを算出する。任意の論理演算結果yは、対応する関数選択フラグzを用いることで、論理演算に用いた関数f(x)を一意に定めることができる。
次に、一時メモリ13は、書き込み用演算装置12の論理演算結果である論理演算値y、y、・・・、yを一時的に格納する。この際、1つの論理演算値yに対して1つの一時メモリが使用される。そのため、一時メモリ13は、書き込み用演算装置12の論理演算関数f(x)の数量と同等分の数量で構成される。
次に、比較器14は、最適度f’(x)、f’(x)、・・・、f’(x)の中から最も大きい値の最適度である最大最適度fmax’(x)=f’(x)を選択する。次に、セレクタ15は、比較器14から出力された最大最適度fmax’(x)=f’(x)に関する関数選択フラグzを元に、対応する論理演算値yが格納された一時メモリ13を選択し、格納された論理演算値yを取得する。
次に、メモリセルアレイ16は、比較器14から出力された最大最適度fmax’(x)=f’(x)に関する関数選択フラグz及びセレクタ15が取得した最大最適度fmax’(x)=f’(x)に関する関数選択フラグzに対応した論理演算値yを格納する。上記例では、最大最適度はf’(x)であり、対応する関数選択フラグz及び論理演算値y=f(x)=11111001Bがメモリセルアレイ16に格納される。
この場合、書き込みデータx=10101100Bあるいは書き込みデータの反転データx−1=01010011Bをメモリセルアレイ16に格納すると、メモリセルの閾値を変化させるビット”0”の数は共に全体のビット数の2分の1であるのに対し、論理演算をした結果得られる値、論理演算値f(x)=11111001Bでは4分の1に減少させることができる。
メモリセルは、フローティングゲートへの電子の注入によりメモリセルの閾値電圧を変化させて情報を記憶する。フローティングゲートへの電子の注入は、基板とフローティングゲート間の酸化膜中に電流を流すことにより行っているため、書き込み動作を繰り返して行うと酸化膜の特性が劣化する。
本実施の形態の書き込み方法では、書き込みデータの単純な反転、非反転を行った場合よりも、メモリセルの閾値を変化させるビット数を減少させることが可能になる。これにより、メモリセルの酸化膜の劣化を防ぐことができ、不揮発性メモリの寿命を延ばすことが可能になる。
また、フローティングゲートへの電子の注入には時間がかかるため、注入数を減少させることで書き込み速度を高速化することが可能になる。
このようにして、メモリセルアレイ16は、複数の書き込みデータに対して、関数選択フラグと論理演算値とを順次格納していく。ここで、メモリセルアレイ16については、NAND型フラッシュメモリ、NOR型フラッシュメモリ、AND型フラッシュメモリ、2トランジスタ/セルNAND型フラッシュメモリ、3トランジスタ/セルNAND型フラッシュメモリ、VRAM(Video Rnadom Access Memory)、FeRAM (Ferroelectric RAM) 、MRAM (Magnetoresistive RAM) 等が使用可能である。
次に、読み出し用一時メモリ19は、ホスト18より要求されたメモリセルアレイ16に格納されている論理演算値y=f(x)を一時的に格納する。次に、読み出し用演算装置17は、読み出し用一時メモリ19から取得した論理演算値y=f(x)及びメモリセルアレイ16から取得した対応する関数選択フラグzより、逆関数f −1(y)を使用して論理演算を行い、論理演算結果としてxを算出する。ページメモリ11は読み出し用演算装置17が出力した論理演算結果xを一時的に格納する。ホスト18はページメモリ11に格納されたxを取得する。
(データ書き込み方法)
次に、図2に示すフローチャートを用いて、図1に示すメモリ制御装置10に着目し、不揮発性メモリシステム100の書き込み処理を説明する。
(a)ステップS21において、ホスト18から書き込みデータxが出力されると、
(b)ステップS22において、書き込みデータxはページメモリ11に格納される。
(c)ステップS23において、書き込みデータxはページメモリ11から出力されて、書き込み用演算装置12に入力される。書き込みデータxは、書き込み用演算装置12に予め用意されている複数の論理演算関数f(x)により論理演算され、それぞれの論理演算関数による論理演算結果である論理演算値yを算出する。
(d)更に、複数の論理演算値yに基づいた最適度f’(x)をそれぞれ算出する。ステップS24において、複数の論理演算値yをそれぞれ複数の一時メモリに格納する。
(e)ステップS25において、ステップS23で書き込み用演算装置12が算出した複数の最適度f’(x)を比較器14が比較する。
(f)ステップS26において、比較器14が、複数の最適度f’(x)の中から最も値の大きい最大最適度fmax’(x)を選択する。更に、書き込み用演算装置12は、最大最適度fmax’(x)に対応する関数選択フラグzを算出し、セレクタ15及びメモリセルアレイ16に出力する。
(g)ステップS27において、セレクタ15は比較器14から取得した関数選択フラグzを用いて、最大最適度fmax’(x)に対応する論理演算値yが格納された一時メモリ13を選択し、選択した一時メモリ13に格納されている論理演算値yを取得し、メモリセルアレイ16に出力する。メモリセルアレイ16は、比較器14から出力された関数選択フラグz及びセレクタ15から出力された最大最適度fmax’(x)に対応する論理演算値yをそれぞれ格納する。これにより、ホスト18から出力された書き込みデータxが、メモリ制御装置10によって、メモリセルアレイ16へ書き込まれる不揮発性メモリシステム100の処理は完了する。
(データ読み出し方法)
次に、図3に示すフローチャートを用いて、図1に示すメモリ制御装置10に着目し、不揮発性メモリシステム100の読み出し処理を説明する。
(a)ステップS31において、ホスト18の要求に促され、メモリセルアレイ16は格納している論理演算値y及び対応する関数選択フラグzを出力する。
(b)ステップS32において、論理演算値yは読み出し用一時メモリに格納される。
(c)ステップS33において、読み出し用演算装置17は、読み出し用一時メモリ19から出力される論理演算値y及びメモリセルアレイ16から出力される関数選択フラグzを取得する。更に、読み出し用演算装置17は、関数選択フラグzから、論理演算値yを論理演算した論理演算関数f(x)を特定する。更に、論理演算関数f(x)の逆関数f−1(y)を使用し、読み出しデータxを算出する。
(d)ステップS34において、演算結果である読み出しデータxをページメモリ11に格納する。
(e)ステップS35において、ページメモリ11は、読み出しデータxをホスト18に出力する。これにより、メモリセルアレイ16から出力されたデータを用いて、読み出しデータxが、メモリ制御装置10によってホスト18へ読み出され、不揮発性メモリシステム100の処理は完了する。
本発明の第1の実施の形態に係る不揮発性メモリ装置によれば、メモリセルの閾値を変化させるビット数を減らすことが可能となり、メモリセルの酸化膜の劣化を防ぐことができ、不揮発性メモリ装置寿命を長寿命化することが可能となる。また、フローティングゲートへの電子の注入数を減らすことで、書き込み速度を高速化することが可能となる。
[第2の実施の形態]
本発明の第2の実施の形態に係る不揮発性メモリ装置及びメモリ制御装置を用いた不揮発性メモリシステムは、図4に示すように、ホスト18、不揮発性メモリ装置1を備える。また、不揮発性メモリ装置1は、メモリセルアレイ16を備える。また、ホスト18は、CPU41及びメモリ制御装置10を備える構成である。図1に示す本発明の第1の実施の形態とは、メモリ制御装置10が不揮発性メモリ装置1ではなく、ホスト18に内蔵される点で異なる。
また、図4に示す第2の実施の形態に係る不揮発性メモリシステム100は、図1に示す第1の実施の形態に係る不揮発性メモリシステム100を構成するメモリセルアレイ16に替え、データレジスタ42で構成したものである。
この構成において、CPU41は書き込みデータxを出力する。また、データレジスタ42は、セレクタ15より論理演算値y及び比較器14より関数選択フラグzを一時的に格納する。
更に、不揮発性メモリ装置1への書き込みデータx書き込み時には、データレジスタ42から論理演算値y及び対応する関数選択フラブzを不揮発性メモリ装置1のメモリセルアレイ16へ移送する。
更に、不揮発性メモリ装置1からの読み出し用データx読み出し時には、メモリセルアレイ16より論理演算値y及び対応する関数選択フラグがデータレジスタ42へ移送され、一時的に格納した後に論理演算値yを読み出し用一時メモリ19に出力、対応する関数選択フラブzを読み出し用演算装置17へ出力する。
(データ書き込み方法)
次に、図5に示すフローチャートを用いて、図4に示すメモリ制御装置10に着目し、不揮発性メモリシステム100の書き込み処理を説明する。
(a)ステップS51において、ホスト18を構成するCPU41から書き込みデータxが出力されると、
(b)ステップS52において、書き込みデータxはページメモリ11に格納される。
(c)ステップS53において、書き込みデータxはページメモリ11から出力されて、書き込み用演算装置12に入力される。書き込みデータxは、書き込み用演算装置12に予め用意されている複数の論理演算関数f(x)により論理演算され、それぞれの論理演算関数による論理演算結果である論理演算値yを算出する。
(d)更に、複数の論理演算値yに基づいた最適度f’(x)をそれぞれ算出する。ステップS54において、複数の論理演算値yをそれぞれ複数の一時メモリに格納する。
(e)ステップS55において、ステップS53で書き込み用演算装置12が算出した複数の最適度f’(x)を比較器14が比較する。
(f)ステップS56において、比較器14が、複数の最適度f’(x)の中から最も値の大きい最大最適度fmax’(x)を選択する。更に、書き込み用演算装置12は、最大最適度fmax’(x)に対応する関数選択フラグzを算出し、セレクタ15及びデータレジスタ42に出力する。
(g)ステップS57において、セレクタ15は比較器14から取得した関数選択フラグzを用いて、最大最適度fmax’(x)に対応する論理演算値yが格納された一時メモリ13を選択し、選択した一時メモリ13に格納されている論理演算値yを取得し、データレジスタ42に出力する。データレジスタ42は、比較器14から出力された関数選択フラグz及びセレクタ15から出力された最大最適度fmax’(x)に対応する論理演算値yをそれぞれ格納する。
(h)ステップS58において、データレジスタ42から出力された関数選択フラグz及び対応する論理演算値yを、不揮発性メモリ装置1を構成するメモリセルアレイ16はそれぞれ格納する。これにより、ホスト18を構成するCPU41から出力された書き込みデータxが、メモリ制御装置10によって、不揮発性メモリ装置1を構成するメモリセルアレイ16へ書き込まれる不揮発性メモリシステム100の処理は完了する。
(データ読み出し方法)
次に、図6に示すフローチャートを用いて、図4に示すメモリ制御装置10に着目し、不揮発性メモリシステム100の読み出し処理を説明する。
(a)ステップS61において、CPU41の要求に促され、メモリセルアレイ16は格納している論理演算値y及び対応する関数選択フラグzを出力する。
(b)ステップS62において、論理演算値y及び対応する関数選択フラグzは、メモリ制御装置10のデータレジスタ42に一時的に格納される。
(c)ステップS63において、読み出し用演算装置17は、読み出し用一時メモリ19から出力される論理演算値y及びメモリセルアレイ16から出力される関数選択フラグzを取得する。
(d)ステップS64において、読み出し用演算装置17は、関数選択フラグzから、論理演算値yを論理演算した論理演算関数f(x)を特定する。更に、論理演算関数f(x)の逆関数f−1(y)を使用し、読み出しデータxを算出する。
(e)ステップS65において、演算結果である読み出しデータxをページメモリ11に格納する。
(f)ステップS66において、ページメモリ11は、読み出しデータxをCPU41に出力する。これにより、メモリセルアレイ16から出力されたデータを用いて、読み出しデータxが、メモリ制御装置10によってCPU41へ読み出され、不揮発性メモリシステム100の処理は完了する。
本発明の第2の実施の形態に係る不揮発性メモリ装置によれば、第1の実施の形態の不揮発性メモリ装置と同様に、不揮発性メモリ装置寿命を長寿命化することが可能となり、書き込み速度を高速化することが可能となる。
[メモリセルアレイの回路構成例]
(NAND型回路構成)
本発明の第1及び第2の実施の形態に係る不揮発性メモリ装置1のメモリセルアレイ16における模式的回路構成は、図7に示すように、NAND型メモリセルアレイの回路構成を備えることができる。
NANDセルユニット132は、図7に詳細に示されているように、メモリセルトランジスタM0〜M15と、選択ゲートトランジスタSG1、SG2から構成される。選択ゲートトランジスタSG1のドレインは、ビット線コンタクトCBを介して、ビット線・・・BLj-1,BLj, BLj+1・・・に対して接続され、選択ゲートトランジスタSG2のソースは、ソース線コンタクトCSを介して、共通のソース線SLに接続されている。
各メモリセルトランジスタのnソース・ドレイン領域を介して複数個のメモリセルトランジスタM0〜M15がビット線BLj-1,BLj, BLj+1が延伸する方向に直列に接続され、両端部に選択ゲートトランジスタSG1,SG2が配置され、更にこれらの選択ゲートトランジスタSG1,SG2を介して、ビット線コンタクトCB及びソース線コンタクトCSに接続されている。結果として、1つのNANDセルユニット132が構成され、これらのNANDセルユニット132は、ビット線・・・BLj-1,BLj, BLj+1・・・に直交するワード線WL0,WL1,WL2,WL3,・・・,WL14,WL15が延伸する方向に複数並列に配置されている。
(AND型回路構成)
本発明の第1及び第2の実施の形態に係る不揮発性メモリ装置1のメモリセルアレイ16における模式的回路構成は、図8に示すように、AND型メモリセルアレイの回路構成を備えることができる。
図8において、点線で囲まれた134がANDセルユニットを示す。ANDセルユニット134は、図8に詳細に示されているように、並列に接続されたメモリセルトランジスタM0〜M15と、選択ゲートトランジスタSG1、SG2から構成される。選択ゲートトランジスタSG1のドレインは、ビット線コンタクトCBを介して、ビット線・・・BLj-1,BLj, BLj+1・・・に接続され、選択ゲートトランジスタSG2のソースは、ソース線コンタクトCSを介して、共通のソース線SLに接続される。
ANDセルユニット134内において、メモリセルトランジスタM0〜M15の各ドレイン領域を共通接続し、又各ソース領域を共通接続している。即ち、図8に示されるようにAND型フラッシュメモリのANDセルユニット134では、メモリセルトランジスタM0〜M15が並列に接続され、その一方側に1つのビット線側選択トランジスタSG1、他方側に1つのソース線側選択トランジスタSG2が接続されている。各メモリセルトランジスタM0〜M15のゲートには、ワード線WL0〜WL15がそれぞれ1対1で接続されている。ビット線側選択トランジスタSG1のゲートには、選択ゲート線SGDが接続されている。ソース線側選択トランジスタSG2のゲートには、選択ゲート線SGSが接続されている。
AND型構成の不揮発性メモリ装置1においても、メモリセルトランジスタ領域は、NAND型構成の不揮発性メモリ装置1におけるメモリセルトランジスタと同様の積層ゲート構造を基本構造として有する。
(NOR型回路構成)
本発明の第1及び第2の実施の形態に係る不揮発性メモリ装置1のメモリセルアレイ16における模式的回路構成は、図9に示すように、NOR型メモリセルアレイの回路構成を備えることができる。
図9において、点線で囲まれた136がNORセルユニットを示す。NORセルユニット136内において、隣接する2つのメモリセルトランジスタの共通ソース領域はソース線コンタクトCSを介してソース線SLに接続され、共通ドレイン領域はビット線コンタクトCBを介してビット線・・・BLj-2,BLj-1,BLj,BLj+1,BLj+2・・・に接続されている。更に、ビット線・・・BLj-2,BLj-1,BLj,BLj+1,BLj+2…に直交するワード線・・・WLi-1,WLi,WLi+1…方向にNORセルユニット136が配列されており、各ワード線・・・WLi-1,WLi,WLi+1…がNORセルユニット136間で、メモリセルトランジスタのゲートを共通に接続している。NOR型回路構成による不揮発性メモリ装置1では、NAND型構成に比べ高速読み出しができるという特徴を有する。
NOR型構成の不揮発性メモリ装置1においても、メモリセルトランジスタ領域は、NAND型構成の不揮発性メモリ装置におけるメモリセルトランジスタと同様の積層ゲート構造を基本構造として有する。
(2トランジスタ/セル型回路構成)
本発明の第1及び第2の実施の形態に係る不揮発性メモリ装置1のメモリセルアレイ16における模式的回路構成は、図10に示すように、2トランジスタ/セル型メモリセルアレイの回路構成を備えることができる。
この場合の不揮発性メモリ装置1の例では、2トランジスタ/セル方式の構造を基本構造としており、積層ゲート構造のメモリセルを備えている。メモリセルトランジスタMTのnソース・ドレイン領域の内、ドレイン領域はビット線コンタクトCBに接続され、メモリセルトランジスタMTのnソース・ドレイン領域の内、ソース領域は選択トランジスタSTのドレイン領域に接続されている。又、選択トランジスタSTのソース領域は、ソース線コンタクトCSに接続されている。このような2トランジスタ/セル方式のメモリセルがワード線方向に並列に配置されて、図10に示すように、メモリセルブロック33が構成される。1つのメモリセルブロック33内では、ワード線WLi-2がメモリセルトランジスタのコントロールゲート電極層に共通に接続され、ページ単位31を構成している。尚、複数のブロック内のページをまとめてページ単位とすることもあることは勿論である。更に、選択トランジスタSTのゲート電極に対しては選択ゲート線SGSが共通に接続されている。一方、ビット線BL0,BL1,BL2,…,BLn−1が延伸する方向においては、2トランジスタ/セル方式のメモリセルがソース線SLに対して折り返された回路構造が、直列に配置されている。
2トランジスタ/セル型構成の不揮発性メモリ装置1においても、メモリセルトランジスタ領域は、NAND型構成の不揮発性メモリ装置におけるメモリセルトランジスタと同様の積層ゲート構造を基本構造として有する。
(3トランジスタ/セル型回路構成)
本発明の第1及び第2の実施の形態に係る不揮発性メモリ装置1のメモリセルアレイ16における模式的回路構成は、図11に示すように、3トランジスタ/セル型メモリセルアレイの回路構成を備えることができる。
この場合の不揮発性メモリ装置1の例では、3トランジスタ/セル方式の構造を基本構造としており、スタックゲート構造のメモリセルトランジスタMTを備え、メモリセルトランジスタMTの両側には、選択トランジスタST1,ST2が配置されている。メモリセルトランジスタMTのドレイン領域はビット線側選択トランジスタST1を介してビット線コンタクトCBに接続され、メモリセルトランジスタMTのソース領域はソース線側選択トランジスタST2を介してソース線コンタクトCSに接続されている。このような3トランジスタ/セル方式のメモリセルがワード線方向に並列に配置されて、図11に示すように、メモリセルブロック33が構成される。1つのメモリセルブロック33内ではワード線WLi-2がメモリセルトランジスタMTのコントロールゲート電極層に共通に接続され、ページ単位31を構成している。尚、複数のブロック内のページをまとめてページ単位とすることもあることは勿論である。更に、ソース線側選択トランジスタST2のゲート電極に対しては選択ゲート線SGSが共通に接続され、ビット線側選択トランジスタST1のゲート電極に対しては選択ゲート線SGDが共通に接続されている。一方、ビット線BL0,BL1,BL2,…,BLn−1が延伸する方向においては、3トランジスタ/セル方式のメモリセルがソース線SLに対して折り返された回路構造が、直列に配置され、NAND型とNOR型の中間的な動作が可能となる。
3トランジスタ/セル型構成の不揮発性メモリ装置1においても、メモリセルトランジスタ領域は、NAND型構成の不揮発性メモリ装置1におけるメモリセルトランジスタと同様の積層ゲート構造を基本構造として有する。
(チェイン型)
本発明の第1及び第2の実施の形態に係る不揮発性メモリ装置1の強誘電体メモリセルを適用可能なメモリセルアレイ16における模式的回路構成は、図13に示すように、チェイン型FeRAMのセルアレイの回路構成を備えることができる。
チェイン型FeRAMのユニットセルは、例えば、図12に示すように、セルトランジスタTのソース/ドレイン間に強誘電体キャパシタCFEの両端をそれぞれ接続した構成を備える。このようなユニットセルは、図12に示すように、プレート線PLとビット線BL間において、複数個直列に配置される。このような複数個直列接続されたチェイン型FeRAMストリングのブロックは、ブロック選択トランジスタSTによって、選択される。各々のセルトランジスタTのゲートには、ワード線WLが接続され、ブロック選択トランジスタSTのゲートには、ブロック選択線BSが接続されている。
チェイン型FeRAMセルアレイは、図13に示すように、メモリセルアレイ16と、メモリセルアレイ16に接続されたワード線制御回路4と、ワード線制御回路4に接続されたプレート線制御回路5を備える。メモリセルアレイ16には、図13に示すように、チェイン型FeRAMセルがマトリックス状に複数個配列されている。
図13に示すように、複数のワード線WL(WL0〜WL7)は、それぞれワード線制御回路4内に配置されるワード線ドライバ(WL.DRV.)60に接続され、ブロック選択線BS(BS0,BS1)は、それぞれワード線制御回路4内に配置されるブロック選択線ドライバ(BS.DRV.)62に接続されている。一方、プレート線PL(PL,/PL)は、それぞれプレート線制御回路5内に配置されるプレート線ドライバ(PL.DRV.)64に接続されている。
メモリセルアレイ16は、図13に示すように、チェイン型FeRAMのブロックが、ワード線WL(WL0〜WL7)が延伸する方向において、並列に配置された構成を備える。また、メモリセルアレイ16は、図13に示すように、チェイン型FeRAMのブロックが、プレート線PL(PL,/PL)を中心として、ビット線BL(BL,/BL)が延伸する方向において、折り返した構成を備える。
チェイン型FeRAMでは、ワード線WL(WL0〜WL7)の電位、及びブロック選択線BS(BS0,BS1)の電位は、例えば内部電源VPP、或いは接地電位GND、例えば0Vのいずれかをとる。又、スタンバイ状態においては、例えばV(WL)=VPP,V(BS)=0(V)となる。プレート線PL(PL,/PL)の電位は、内部電源VINT、或いは回路内接地電位GNDのいずれかの電位をとる。又、スタンバイ状態においては、V(PL)=0(V)となる。ビット線BL(BL,/BL)には、センスアンプ20が接続され、このセンスアンプ20において、FeRAMからの微小信号が比較増幅されて、ハイレベル、ロウレベルに確定された信号が読み出される。スタンドバイ状態においては、ビット線の電位V(BL)=0(V)である。
(DRAM型)
本発明の第1及び第2の実施の形態に係る不揮発性メモリ装置1の強誘電体メモリセルを適用可能なメモリセルアレイ16における模式的回路構成は、図14に示すように、DRAM型FeRAMの回路構成を備えることができる。
DRAM型FeRAMは、図14に示すように、メモリセルアレイ16と、メモリセルアレイ16に接続されたワード線制御回路4と、ワード線制御回路4に接続されたプレート線制御回路5を備える。メモリセルアレイ16には、DRAM型FeRAMセルが複数集積される。
DRAM型FeRAMのユニットセルは、例えば、図14に示すように、セルトランジスタTのソースに強誘電体キャパシタCFEを直列接続した構成を備える。このようなユニットセルは、図14に示すように、複数のプレート線PL(PL,/PL)と複数のビット線BL(BL,/BL)の交差部に配置され、マトリックスを構成している。
各々のセルトランジスタTのゲートには、ワード線WLが接続され、セルトランジスタTのソースに接続される強誘電体キャパシタCFEの電極と反対側の他方の電極は、図14に示すように、プレート線PL(PL,/PL)に接続され、セルトランジスタTのドレインには、ビット線BL(BL,/BL)が接続されている。
図14に示すように、複数のワード線WL(WL0,WL1,…)は、それぞれワード線制御回路4内に配置されるワード線ドライバ(WL.DRV.)60に接続され、一方、プレート線PL(PL,/PL)は、それぞれプレート線制御回路5内に配置されるプレート線ドライバ(PL.DRV.)64に接続されている。
DRAM型FeRAMでは、ワード線WLの電位は、例えば内部電源VPP、或いは回路内接地電位GND、例えば0Vのいずれかをとる。又、スタンバイ状態においては、例えばV(WL)=VPPとなる。プレート線PL(PL,/PL)の電位は、内部電源VINT、或いは接地電位GNDのいずれかの電位をとる。又、スタンバイ状態においては、V(PL)=0(V)となる。ビット線BL(BL,/BL)には、センスアンプ20が接続され、このセンスアンプ20において、FeRAMからの微小信号が比較増幅されて、ハイレベル、ロウレベルに確定された信号が読み出される。スタンバイ状態においては、V(BL)=0(V)である。
(1トランジスタ型)
本発明の第1及び第2の実施の形態に係る不揮発性メモリ装置1の強誘電体メモリセルを適用可能なメモリセルアレイ16における模式的回路構成は、図15に示すように、1トランジスタ型強誘電体メモリ(1T型FeRAM)の回路構成を備えることができる。
即ち、ソース領域をソース線SLに接続し、ドレイン領域をビット線に接続し、MOSトランジスタのMOSゲートキャパシタ構造を強誘電体材料からなる強誘電体キャパシタ構造で形成し、MOSゲート電極にワード線WLを接続している。図15に示すような1T型FeRAMの構成が、マトリックス状に配列されて、メモリセルアレイを構成する。
[その他の実施の形態]
上記のように、本発明の実施の形態を記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
例えば、本発明の実施の形態に適用可能なメモリセルアレイは上記構成のほかに、強磁性体メモリ(MRAM)を基本構成としてもよい。
例えば、図1に示す不揮発性メモリシステム100において、メモリ制御装置10は不揮発性メモリ装置1を構成していると説明した。また図4に示す不揮発性メモリシステム100において、メモリ制御装置10はホスト18を構成していると説明した。これに対して図1及び図4に示すメモリ制御装置10は、不揮発性メモリ装置1及びホスト18とは独立して不揮発性メモリシステム100を構成してもよい。また、図1及び図4に示すメモリ制御装置10は書き込み用演算装置12及び読み出し用演算装置17によって構成され、データの書き込み機能及び読み出し機能を備えると説明した。これに対して、メモリ制御装置10はデータの書き込み機能及び読み出し機能を分割し、それぞれが独立で不揮発性メモリシステム100を構成してもよい。このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明からは妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
本発明の第1の実施の形態に係る不揮発性メモリ装置及びメモリ制御装置の構成図である。 本発明の第1の実施の形態に係る不揮発性メモリ装置及びメモリ制御装置を用いたデータ書き込み方法を示すフローチャート図である。 本発明の第1の実施の形態に係る不揮発性メモリ装置及びメモリ制御装置を用いたデータ読み出し方法を示すフローチャート図である。 本発明の第2の実施の形態に係る不揮発性メモリ装置及びメモリ制御装置の構成図である。 本発明の第2の実施の形態に係る不揮発性メモリ装置及びメモリ制御装置を用いたデータ書き込み方法を示すフローチャート図である。 本発明の第2の実施の形態に係る不揮発性メモリ装置及びメモリ制御装置を用いたデータ読み出し方法を示すフローチャート図である。 本発明の第1及び第2の実施の形態に係る不揮発性メモリ装置のNAND型メモリセルアレイにおける模式的回路構成図である。 本発明の第1及び第2の実施の形態に係る不揮発性メモリ装置のAND型メモリセルアレイにおける模式的回路構成図である。 本発明の第1及び第2の実施の形態に係る不揮発性メモリ装置のNOR型メモリセルアレイにおける模式的回路構成図である。 本発明の第1及び第2の実施の形態に係る不揮発性メモリ装置の2トランジスタ/セル型メモリセルアレイにおける模式的回路構成図である。 本発明の第1及び第2の実施の形態に係る不揮発性メモリ装置の3トランジスタ/セル型メモリセルアレイにおける模式的回路構成図である。 本発明の第1及び第2の実施の形態に係る強誘電体メモリセルのユニットセルが複数個接続されたチェイン型FeRAMセルブロックの回路構成図である。 本発明の第1及び第2の実施の形態に係る強誘電体メモリセルを適用可能なメモリセルアレイの一例であって、チェイン型FeRAMセルアレイの模式的ブロック構成図である。 本発明の第1及び第2の実施の形態に係る強誘電体メモリセルを適用可能なメモリセルアレイの一例であって、DRAM型FeRAMセルアレイの模式的ブロック構成図である。 本発明の第1及び第2の実施の形態に係る強誘電体メモリセルを適用可能な1T型FeRAMの回路構成図である。
符号の説明
1…不揮発性メモリ装置
10…メモリ制御装置
11…ページメモリ
12…書き込み用演算装置
13…一時メモリ
14…比較器
15…セレクタ
16…メモリセルアレイ
17…読み出し用演算装置
18…ホスト
19…読み出し用一時メモリ
41…CPU
100…不揮発性メモリシステム
132…NANDセルユニット
134…ANDセルユニット
136…NORセルユニット

Claims (5)

  1. 書き込みデータを、予め保持された複数の関数によって論理演算し、それぞれの論理演算結果である論理演算値と、前記論理演算値を基に対応する最適度をそれぞれ算出する書き込み用演算装置と、
    前記論理演算値を格納する一時メモリと、
    複数の前記最適度の中から最も大きい最適度である最大最適度を選択し、前記最大最適度に対応した前記書き込み用演算装置が保持する前記関数を特定する条件判定結果の情報である関数選択フラグを生成する比較器と、
    複数の前記一時メモリの中から、前記最大最適度に対応する前記論理演算値が格納された前記一時メモリを選択し、前記論理演算値を取得するセレクタと、
    前記比較器が出力する前記最大最適度に対応した前記関数選択フラグと前記セレクタが出力する前記最大最適度に対応した前記論理演算値を格納するメモリセルアレイ
    とを備えることを特徴とする不揮発性メモリ装置。
  2. 書き込み用演算装置が、書き込みデータを予め保持された複数の関数によって論理演算し、それぞれの論理演算結果である論理演算値と、前記論理演算値を基に対応する最適度をそれぞれ算出するステップと、
    前記論理演算値を、一時メモリに格納するステップと、
    比較器が、複数の前記最適度の中から最も大きな前記最適度である最大最適度を選択するステップと、
    セレクタが、複数の一時メモリの中から、前記最大最適度に対応する前記論理演算値が格納された前記一時メモリを選択し、前記論理演算値を取得するステップと、
    メモリセルアレイが、前記最大最適度に対応した前記関数選択フラグと、前記セレクタが出力する前記最大最適度に対応した前記論理演算値を格納するステップ
    とを有することを特徴とする不揮発性メモリ装置のデータ書き込み方法。
  3. メモリセルアレイが、格納している論理演算値及び関数選択フラグを出力するステップと、
    読み出し用演算装置が、前記論理演算値及び前記関数選択フラグに対して、書き込み用演算装置に保持された前記関数選択フラグに対応する関数の逆関数を用いて、前記論理演算値を算出をすることで論理演算結果である書き込みデータを復元するステップ
    とを有することを特徴とする不揮発性メモリ装置のデータ読み出し方法。
  4. 書き込みデータを、保持された複数の関数によって論理演算し、それぞれの論理演算結果である論理演算値と、前記論理演算値を基に対応する最適度をそれぞれ算出する書き込み用演算装置と、
    前記論理演算値を格納する一時メモリと、
    複数の前記最適度の中から最も大きい最適度である最大最適度を選択し、前記最大最適度に対応した前記書き込み用演算装置が保持する前記関数を特定する条件判定結果の情報である関数選択フラグを生成する比較器と、
    複数の前記一時メモリの中から、前記最大最適度に対応する前記論理演算値が格納された前記一時メモリを選択し、前記論理演算値を取得するセレクタ
    とを備えることを特徴とするメモリ制御装置。
  5. 前記セレクタより出力された前記書き込み用演算装置の演算結果を一時的に保存し、不揮発性メモリ装置に出力するデータレジスタを更に備えることを特徴とする請求項4に記載のメモリ制御装置。
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