JP2010277632A - Storage device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電気的消去、書き込み可能な半導体記憶装置であって、特に、2値および多値での情報の書き込みを可能とする記憶装置に関する。 The present invention relates to an electrically erasable and writable semiconductor memory device, and more particularly to a memory device capable of writing information in binary and multilevel values.
近年、不揮発性記憶装置、例えばメモリーカードは、デジタルカメラや携帯電話に代表される携帯情報端末等の記憶媒体として使用されるようになってきており、その市場を拡大している。また、メモリーカードには、フラッシュメモリなどの不揮発性メモリが搭載されている。このような不揮発性メモリでは、半導体プロセスでの微細化に伴って、その容量が増加している。また、不揮発性メモリでは、メモリセルの多値技術を用いることによって、さらなる容量増加が図られており、ビット単価を低下させて安価に入手できるようになってきている。ことに、NANDタイプのフラッシュメモリでは、そのビット単価が他の不揮発性メモリに比べて最も安価であるため、当該フラッシュメモリが広く普及している。しかしながら、このNANDタイプのフラッシュメモリには、いくつかのデータ保持に係わる特性が存在しており、半導体プロセスでの微細化に伴いその特性が顕著に現れることがあった。 In recent years, a nonvolatile storage device such as a memory card has been used as a storage medium for a portable information terminal represented by a digital camera or a mobile phone, and its market has been expanded. In addition, a nonvolatile memory such as a flash memory is mounted on the memory card. Such a non-volatile memory has increased in capacity with the miniaturization in the semiconductor process. Further, in the nonvolatile memory, the capacity is further increased by using the multi-value technology of the memory cell, and the bit unit price is lowered and it can be obtained at a low cost. In particular, NAND type flash memories are widely used because their bit unit price is the cheapest compared to other nonvolatile memories. However, this NAND-type flash memory has some characteristics related to data retention, and the characteristics may appear remarkably with miniaturization in a semiconductor process.
そこで従来の半導体記憶装置には、例えば特許文献1に記載されるように、不揮発性メモリ内部のセンスアンプの動作を切り替えることにより、2値でデータ記録をする領域と、4値でデータ記憶する領域を設けることでメモリ領域を効率的な使用を実現している。
Therefore, in a conventional semiconductor memory device, for example, as described in
また、従来の不揮発性記憶装置には、例えば特許文献2に記載されるように、不揮発性メモリに対して外部から書き込むデータを、必要なデータ信頼性に応じて2値書き込みと多値書き込みとを切り替えることが開示されている。
Also, in a conventional nonvolatile memory device, as described in, for example,
また、従来のNANDフラッシュメモリには、例えば特許文献3に記載されるように、ビット線のプリチャージ動作を工夫することにより、NANDフラッシュメモリのメモリセルアレイの端部の特性を、向上させることが開示されている。
Further, in the conventional NAND flash memory, for example, as described in
ところが、特許文献1および2で示される記憶装置では、求める信頼性に応じて2値で記憶する領域と多値で記憶する領域を設けてはいるものの、記憶装置の製造上に不可避であるメモリセルアレイのレイアウトが同一パターンの繰り返しとは異なる領域でのメモリセルの形状の不均一性に対しては考慮されていないという問題がある。メモリセルアレイにおいてレイアウトが同一パターンの繰り返しとは異なるになる領域では、製造プロセスの問題からメモリセル形状の不均一性が見られ、それに伴いメモリセルの性能も均一ではなくなる。その結果メモリセルアレイの中のレイアウトが不均一になる領域でのメモリセルの信頼性が全体を律速することになる。
However, although the storage devices disclosed in
また、特許文献3で示されるNANDフラッシュメモリではメモリセルアレイのレイアウトが同一パターンの繰り返しとは異なる領域での特性を改善する方法が示されているが、その為にダミーセルを用いた特別な制御が必要となっている。
In addition, in the NAND flash memory disclosed in
上記の課題に鑑み、本発明は、多値のメモリセルを用いた記憶装置において、メモリセルアレイのレイアウトが同一パターンの繰り返しとは異なる領域での信頼性を向上させる記憶装置を提供することを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a storage device using a multivalued memory cell, in which the layout of the memory cell array improves the reliability in a region different from the repetition of the same pattern. And
さらに、本発明は、多値のメモリセルを用いた記憶装置において、クラスタ単位での書き込みにおける性能を向上させる記憶装置を提供することを目的とする。 Furthermore, an object of the present invention is to provide a storage device that improves performance in writing in units of clusters in a storage device using multi-valued memory cells.
この目的を達成するために、本発明の記憶装置は、複数のメモリセルブロックを有し、メモリセルブロックはmビット(mは2以上の自然数)のデータを記憶可能に構成された複数の多値メモリセルが端部より順に0〜(p−1)の番号が割り当てられたp行(pは3以上の自然数)のワード線と、端部より順に0〜(q−1)の番号が割り当てられたq列(qは2以上の自然数)のビット線の交差部に配置されており、ワード線はそれぞれ第1ページ〜第mページのm個のページを有し、メモリセルブロックは0〜(n−1)のページ番号が割り当てられたn個(nは n<m×p を満たす自然数)のページを有し、すくなくとも1以上の端部ではないワード線には、m個のページの全てにページ番号が割り当てられると共にワード線の少なくとも一方の端部のワード線にページ番号が割り当てられた第1ページと、ページ番号が割り当てられない第mページとを有する。 In order to achieve this object, a memory device of the present invention has a plurality of memory cell blocks, and the memory cell blocks are a plurality of memory cells configured to store data of m bits (m is a natural number of 2 or more). The value memory cells are numbered from 0 to (p-1) in order from the end, and the word line of p rows (p is a natural number of 3 or more) and the numbers from 0 to (q-1) from the end. Arranged at the intersection of the assigned q columns (q is a natural number of 2 or more) bit lines, each word line has m pages from the first page to the m-th page, and the memory cell block is 0 There are n pages (n is a natural number satisfying n <m × p) to which page numbers of (n−1) are assigned, and there are at least m pages for a word line that is not at least one end. Page numbers are assigned to all of the It has a first page to which a page number is assigned to at least one word line and an mth page to which no page number is assigned.
本発明によれば、mビット格納可能な多値メモリセルによって構成されるメモリセルブロックの端部のワード線に対してmビット未満の情報しか割り当てないことにより、メモリセルアレイのレイアウトが同一パターンの繰り返しとは異なる領域での信頼性を向上させる記憶装置を提供することができる。 According to the present invention, by assigning less than m bits of information to the word line at the end of a memory cell block constituted by multi-level memory cells capable of storing m bits, the layout of the memory cell array has the same pattern. It is possible to provide a storage device that improves reliability in a region different from repetition.
また、クラスタ単位での書き込みにおける性能を向上させることもできる。 Also, the performance in writing in cluster units can be improved.
図面を参照して本発明に係わる記憶装置の実施形態について説明する。 Embodiments of a storage device according to the present invention will be described with reference to the drawings.
図1に本発明の記憶装置の構成を示す。 FIG. 1 shows a configuration of a storage device of the present invention.
101はNANDタイプのフラッシュメモリである記憶装置の全体を示す。102は記憶装置101外部とのI/Fを制御すると共に内部の制御を行う制御回路である。103はデータ転送回路で、制御回路102を経由して記憶装置101の外部からの読み出しや書き込みのデータの転送を制御する。
Reference numeral 101 denotes an entire storage device which is a NAND type flash memory. A
104はデータを記憶する多値メモリセルの複数からなるメモリセルアレイである。105はメモリセルアレイ104の中の多値メモリセルにデータを書き込む際にワード線を駆動するためのワード線ドライバー群で、1本のワード線に対してひとつのワード線ドライバーがある。
Reference numeral 104 denotes a memory cell array composed of a plurality of multilevel memory cells for storing data.
106は多値メモリセルからの読み出しデータをメモリセルに流れる電流量から読み出したり、書き込みデータに対応する電位をビット線に供給するセンスアンプ/書き込み回路群で、1本のビット線に対してひとつセンスアンプ/書き込み回路がある。 A sense amplifier / write circuit group 106 reads out read data from a multi-level memory cell from the amount of current flowing through the memory cell, and supplies a potential corresponding to write data to the bit line, one for each bit line. There is a sense amplifier / write circuit.
107は書き込み時や読み出し時や消去時にブロックを選択するブロック選択ドライバー群で、ブロック毎にブロック選択ドライバーがある。
108はワード線ドライバー群に対してワード線の駆動タイミングを制御するためのワードラインタイミング制御部である。 A word line timing control unit 108 controls the word line driving timing for the word line driver group.
109はワード線ドライバー群107の中の駆動すべきページに対応するワード線をアクティブにするためのページアドレスデコーダである。
Reference numeral 109 denotes a page address decoder for activating a word line corresponding to a page to be driven in the word
110はワード線ドライバー群107の中の駆動すべきブロックに対応するワード線群をアクティブにするためのブロックデコーダ。なお、図示しないがブロックデコーダ110はブロック選択ドライバー群107にもブロックアクティブにすべきワード線群の情報をアクティブにして伝える。
A block decoder 110 activates a word line group corresponding to a block to be driven in the word
ワードラインドライバー群105の中の、ブロックデコーダ110で指定されるブロックの、ページアドレスデコーダ109で指定されるワードラインがワードラインタイミング制御108のタイミングに従って制御される。
Of the word
111はブロック選択ドライバー群107に対してブロックの駆動タイミングを制御するブロックタイミング制御である。
Reference numeral 111 denotes block timing control for controlling the block drive timing for the block
図2はメモリセルアレイ104の構成図である。ブロック0からブロック1023までの1024個のブロックがある。これらの各ブロックは図1にあるメモリセルアレイ104のワード線方向に平行に分割される。
FIG. 2 is a configuration diagram of the memory cell array 104. There are 1024 blocks from
ブロックは記憶装置101のデータの消去単位である。ブロック単位でデータの消去を行うときにはブロック選択ドライバー107からメモリセルアレイ104中の該ブロックに対して多値メモリセルのデータを消去するための電圧を印加してデータの消去を行う。
A block is an erase unit of data in the storage device 101. When erasing data in units of blocks, the
図3はメモリセルアレイ104に含まれる各ブロックの構成図である。ページ0からページ127までの128個のページがある。これらの各ページはそれぞれ、1本のワード線に対応しており、1本のワード線には2つのページが対応するワード線と、1つのページが対応するワード線がある。一般的にNANDタイプのフラッシュメモリで用いられるページのサイズとしては2KBや4KBや8KBになる。従って、ファイルシステムで用いられるクラスタサイズを16KBとすると、2ページや4ページや8ページがクラスタサイズとなる。ワード線とビット線の対応については以降説明する。
FIG. 3 is a configuration diagram of each block included in the memory cell array 104. There are 128 pages from
図4(a)はワード線とページ番号の対応を示した図である。図2の各ブロックのメモリセル部分に相当する。各ブロックには、実際にはブロックを選択するためのブロック選択トランジスタがあるが、ここでは図示しない。ブロックは図4に示した様に行列状に並んだ複数の多値メモリセルから構成される。行方向にはワード線があり、列方向にはビット線がある。ワード線とビット線との交点に多値メモリセルが配置される。 FIG. 4A shows the correspondence between word lines and page numbers. This corresponds to the memory cell portion of each block in FIG. Each block actually has a block selection transistor for selecting the block, but is not shown here. The block is composed of a plurality of multilevel memory cells arranged in a matrix as shown in FIG. There are word lines in the row direction and bit lines in the column direction. A multilevel memory cell is arranged at the intersection of the word line and the bit line.
ワード線は#0から#64までの65本のワード線がある。各ワード線につながる多値のメモリセルにはそれぞれ2つのデータが格納可能なので、ひとつのワード線に対して第1ページのグループと第2ページのグループの2つのページが対応可能である。 There are 65 word lines from # 0 to # 64. Since two data can be stored in each of the multivalued memory cells connected to each word line, two pages of the first page group and the second page group can correspond to one word line.
メモリセルブロックの端部になるワード線#0やワード線#64につながる多値メモリセルは、信頼性を向上するために2値メモリセルとして使用する。従ってワード線#0およびワード線#64に対応するページは第1ページだけである。
Multi-level memory cells connected to the
各ワード線に対応するページ番号は、図示したとおりである。 The page number corresponding to each word line is as illustrated.
図4(b)に従来のワード線とページ番号の対応図である。ワード線は#0から#63の64本であり、1つのメモリセルに2つのデータが格納可能であるのでワード線の数である64に、それぞれのメモリセルに格納可能な数である2を乗じた128個のページが対応している。従来は、ブロックに属する全てのワード線に対して同じ数のページ(ここでは第1のページと第2のページの2つのページ)が割り当てられる。 FIG. 4B is a correspondence diagram between conventional word lines and page numbers. The number of word lines is 64 from # 0 to # 63. Since two data can be stored in one memory cell, the number of word lines is set to 64, which is 2 that can be stored in each memory cell. 128 pages that have been multiplied correspond. Conventionally, the same number of pages (here, two pages, the first page and the second page) are assigned to all word lines belonging to the block.
図4(a)に示したようなワード線とページの割り当てをするためにページアドレスデコーダ109は従来にないデコード方法を取っている。図5にページアドレスデコーダ109の図を示す。128通りを表現できるPage Address[6:0]の7ビットの情報を基にして、128通りの半分の64よりも多い出力信号を備える。ここでは65本の出力信号を備えて、
ワード線#0に対応する出力は、Page Addressが0の時に“H”になる。
ワード線#1に対応する出力は、Page Addressが1または3の時に“H”になる。
ワード線#64に対応する出力は、Page Address=126の時に“H”になる。
ようにデコードを行う。
In order to assign a word line and a page as shown in FIG. 4A, the page address decoder 109 employs a decoding method that is not conventionally used. FIG. 5 shows a diagram of the page address decoder 109. Based on 7-bit information of Page Address [6: 0] that can represent 128 patterns, the output signal is provided with more than 64, which is half of 128 patterns. Here we have 65 output signals,
The output corresponding to the
The output corresponding to the
The output corresponding to the word line # 64 becomes “H” when Page Address = 126.
Decode as follows.
図5に示したようなページアドレスデコーダを使用することでメモリセルアレイブロックの端部のワード線の多値メモリセルに格納可能なビット数を他のメモリセルに比べて少なくすることが可能になる。多値メモリセルに書き込みを行うビット数を減らすことをメモリセルの信頼性の向上につながる(データ保持特性や書き換え回数特性)。 By using the page address decoder as shown in FIG. 5, it is possible to reduce the number of bits that can be stored in the multi-level memory cell of the word line at the end of the memory cell array block as compared with other memory cells. . Reducing the number of bits written to the multi-level memory cell leads to improvement of the reliability of the memory cell (data retention characteristic and rewrite frequency characteristic).
図6は図4の1本のビット線の半導体集積回路の物理的構造の断面図である。図6(a)は1ブロックの中のビット線の端から端までを示している。ハッチング部が半導体基盤を示しており、斜線部がトランジスタのソース及びドレインの拡散領域を示しており、格子部が配線を示している。図の右端にビット線のコンタクト部があり、その左側にブロック選択ゲートがある。そこから左側に順にワード線#0のメモリセル、ワード線#1のメモリセル、・・・、ワード線#64のメモリセルと65個のメモリセルが並んでいる。
FIG. 6 is a sectional view of the physical structure of the semiconductor integrated circuit of one bit line of FIG. FIG. 6A shows the end of the bit line in one block. The hatched portion indicates the semiconductor substrate, the shaded portion indicates the diffusion region of the source and drain of the transistor, and the lattice portion indicates the wiring. There is a bit line contact portion on the right end of the figure, and a block select gate on the left side. From there, the memory cells of the
図6(b)は図6(a)の一部分を抜き出したものである。図6(b)の中央に破線で囲んだ部分のメモリセルは、メモリセルアレイ端部ではないメモリセルである。点線で囲んだ部分のメモリセルの両横のメモリセルは点線で囲んだメモリセルと同一形状である。このような形状が並ぶ領域ではメモリセルの形状も均一に仕上げることが出来る。 FIG. 6B shows a part extracted from FIG. A memory cell in a portion surrounded by a broken line in the center of FIG. 6B is a memory cell that is not an end portion of the memory cell array. The memory cells on both sides of the memory cell surrounded by the dotted line have the same shape as the memory cell surrounded by the dotted line. In the region where such shapes are arranged, the shape of the memory cells can be finished uniformly.
図6(c)は同じく図6(a)の一部分を抜き出したものである。図6(c)の中央に破線で囲んだ部分のメモリセルは、メモリセルアレイ端部のメモリセルである。点線で囲んだ部分のメモリセルの右側がメモリセルではなく、メモリセルとは形状の異なるブロック選択ゲートである。このように周辺の形状が連続的ではない領域ではメモリセルの形状に不均一性が発生する可能性がある。 FIG. 6 (c) is a part extracted from FIG. 6 (a). A memory cell in a portion surrounded by a broken line in the center of FIG. 6C is a memory cell at the end of the memory cell array. The right side of the memory cell surrounded by the dotted line is not a memory cell but a block selection gate having a shape different from that of the memory cell. As described above, in the region where the peripheral shape is not continuous, the shape of the memory cell may be non-uniform.
図6に示すようにワード線#0およびワード線#64のメモリセルがメモリセルアレイの端部に相当するが、図4に示したようにワード線#0およびワード線#64のメモリセルは2値として使用するために、高い信頼性を得ることが出来る。
As shown in FIG. 6, the memory cells of
さらに、本実施例の形態においては、書き込み性能も従来に比べて向上させることが可能である。その点についても説明をする。 Furthermore, in this embodiment, the writing performance can be improved as compared with the conventional case. The point is also explained.
図7はファイルシステムに基づいたクラスタ単位の書き込みを想定し、固定ページ単位である2ページ単位の書き込みを行うときの記憶装置101への書き込みデータの転送と書き込みビジーとを表したタイミングチャートである。 FIG. 7 is a timing chart showing transfer of write data to the storage device 101 and write busy when writing in units of two pages, which are fixed page units, assuming writing in cluster units based on the file system. .
図7(a)は本願発明における記憶装置101のタイミングチャートを示す。図7(b)は図4(b)に示したような従来の記憶装置を使用した場合のタイミングチャートである。
それぞれ“データ転送”は記憶装置への書き込みデータの転送期間で、各枠はそれぞれ1ページ分のデータ転送を示している。“ビジー”は記憶装置が出力するビジー信号であり、多値メモリセルを使用した記憶装置では第2ページのプログラム中に記憶装置外部にビジーを出力する。つまり第1ページのプログラム中にはビジーが出ない(記憶装置101としては書き込み処理を行うが、第1ページの書き込みにおいてはデータ転送回路103に余裕があるために、記憶装置101外部からの書き込みデータを入力可能なため)ので第2ページのデータ転送を行うことが可能であるが、第2ページのプログラム中にはビジーが出るので第1ページのデータ転送を行うことは出来ない。
FIG. 7A shows a timing chart of the storage device 101 according to the present invention. FIG. 7B is a timing chart when the conventional storage device as shown in FIG. 4B is used.
“Data transfer” is a transfer period of write data to the storage device, and each frame indicates data transfer for one page. “Busy” is a busy signal output from the storage device. In a storage device using multi-valued memory cells, busy is output to the outside of the storage device during the program of the second page. In other words, no busy occurs in the program for the first page (the storage device 101 performs a write process, but the data transfer circuit 103 has a margin in writing the first page, so a write from the outside of the storage device 101 is performed. Since the data can be input), the second page data can be transferred. However, since the second page program is busy, the first page data cannot be transferred.
その結果、2ページ単位の先頭のページが必ず第1ページになる本願発明の場合には第1ページのプログラム中に第2ページのデータ転送を行うことができる。
これは2ページ単位の先頭のページが必ず第2ページになる従来の場合には第2ページのプログラム中に第1ページのデータ転送を行うことができなかったことに対して高速化でき書き込み性能が向上する。
As a result, in the case of the present invention in which the first page in units of two pages always becomes the first page, the data transfer of the second page can be performed during the program of the first page.
This is because the first page in the unit of two pages always becomes the second page. In the conventional case, the data transfer of the first page cannot be performed during the program of the second page. Will improve.
このことは2ページ単位にとどまらず4ページ、8ぺージ等、ブロックに含まれるページである128ページを余りなしに割り切ることが出来るページ数の時には常に成立する。 This is always true when the number of pages that can divide the 128 pages included in the block without any remainder, such as 4 pages, 8 pages, etc., is not limited to the unit of 2 pages.
本発明は、多値メモリセルを使用したメモリセルの信頼性を向上させることが可能なユーザ利便性の高い記憶装置に有用である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is useful for a memory device with high user convenience that can improve the reliability of a memory cell using a multilevel memory cell.
101 記憶装置
102 制御回路
103 データ転送回路
104 メモリセルアレイ
105 ワード線ドライバー群
106 センスアンプ/書き込み回路群
107 ブロック選択ドライバー群
108 ワードラインタイミング制御回路
109 ページアドレスデコーダ
110 ブロックデコーダ
111 ブロックタイミング制御回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Memory |
Claims (6)
前記記憶装置は複数のメモリセルブロックを有し、
前記メモリセルブロックは、
mビット(mは2以上の自然数)のデータを記憶可能に構成された複数の多値メモリセルが端部より順に0〜(p−1)の番号が割り当てられたp行(pは3以上の自然数)のワード線と、
端部より順に0〜(q−1)の番号が割り当てられたq列(qは2以上の自然数)のビット線の交差部に配置されており、
前記ワード線は、それぞれ第1ページ〜第mページのm個のページを有し、
前記メモリセルブロックは0〜(n−1)のページ番号が割り当てられたn個(nは n<m×p を満たす自然数)のページを有し、
少なくとも1以上の前記端部ではないワード線には、m個のページの全てにページ番号が割り当てられると共に、
前記ワード線の少なくとも一方の前記端部のワード線にページ番号が割り当てられた第1ページと、前記ページ番号が割り当てられない第mページとを有することを特徴とする記憶装置。 In a storage device that can write and read data by specifying an address from the outside,
The storage device has a plurality of memory cell blocks;
The memory cell block includes:
A plurality of multi-valued memory cells configured to be able to store m-bit (m is a natural number of 2 or more) data are assigned p rows (p is 3 or more) in order from 0 to (p-1) from the end. A natural number) word line,
It is arranged at the intersection of bit lines of q columns (q is a natural number of 2 or more) assigned numbers 0 to (q-1) in order from the end.
Each of the word lines has m pages from a first page to an m-th page,
The memory cell block has n pages (n is a natural number satisfying n <m × p) assigned 0 to (n−1) page numbers,
At least one or more non-end word lines are assigned page numbers to all m pages,
A storage device comprising: a first page to which a page number is assigned to at least one of the word lines, and an m-th page to which the page number is not assigned.
Priority Applications (1)
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JP2009128462A JP2010277632A (en) | 2009-05-28 | 2009-05-28 | Storage device |
Applications Claiming Priority (1)
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Family Applications (1)
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JP2009128462A Pending JP2010277632A (en) | 2009-05-28 | 2009-05-28 | Storage device |
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