JP2011060415A - Nonvolatile semiconductor storage device and data storage system - Google Patents

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JP2011060415A JP2010244277A JP2010244277A JP2011060415A JP 2011060415 A JP2011060415 A JP 2011060415A JP 2010244277 A JP2010244277 A JP 2010244277A JP 2010244277 A JP2010244277 A JP 2010244277A JP 2011060415 A JP2011060415 A JP 2011060415A
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Satoru Tamada
悟 玉田
Hidenori Mitani
秀徳 三谷
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nonvolatile semiconductor storage device for reading management data at a high-speed. <P>SOLUTION: The nonvolatile semiconductor storage device includes: two-dimensional memory cells storing two or more bits; and a reading means reading data stored in the memory cell. In one bit of data formed of two or more bits stored in the memory cell, the logic of stored data is fixed by reading at one threshold voltage. In the other bits of the data formed of two or more bits stored in the memory cell, the logic of stored data is fixed by reading at two or more threshold voltages. The management data managed by the controller controlling the nonvolatile semiconductor storage device 1 is stored in the bit of the memory cell in which the logic of the stored data is fixed by the reading at the one threshold voltage. The reading means reads the data of the other bits after reading the management data of the bit of the memory cell in which the logic of the stored data is fixed by the reading at the one threshold voltage. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、電気的に書き換え可能な不揮発性半導体記憶装置、詳述すればフラッシュメモリに関する。   The present invention relates to an electrically rewritable nonvolatile semiconductor memory device, and more particularly to a flash memory.

不揮発性半導体記憶装置としては、紫外線による一括消去が可能なEPROMから電気的に消去可能なEEPROM、さらにフラッシュメモリへと開発が進み、普及し始めている。このフラッシュメモリは、シリアル書込/シリアル読出の高速性に優れるとともに、記憶容量が大きい。また、フラッシュメモリは、加工ルールの微細化と一つのメモリセルに複数ビットのデータを記憶する多値化技術(特開平4−119594号公報、特開平10−92186号公報、特開平10−334674号公報)の採用によりDRAMを上回る勢いで大容量化が進んでいる。   As a nonvolatile semiconductor memory device, development has progressed from an EPROM that can be erased by ultraviolet rays to an EEPROM that can be electrically erased, and further to a flash memory. This flash memory is excellent in high-speed serial writing / serial reading and has a large storage capacity. Further, the flash memory has a finer processing rule and a multilevel technology for storing a plurality of bits of data in one memory cell (Japanese Patent Laid-Open Nos. 4-119594, 10-92186, 10-334474). With the adoption of No. Gazette), the capacity is increasing at a faster rate than DRAM.

この多値化技術について、その概略を説明する。従来、メモリセルが、2つの状態のいずれをとるかによって、それぞれ「1」と「0」の状態に対応させて1ビットのデータを格納していた。この多値化技術では、例えば2ビットの記憶をさせるには、一つのメモリセルが4つの異なるいずれかの状態を取りうるようにする。これによって、4つの状態を「11」、「10」、「00」、「01」に対応させて2ビットのデータを格納する。一つのメモリセルに格納されている2ビットのデータの読み出しにあたっては、図15に示すように異なる4つの状態の間にある3通りのワード線電圧を印加して読み出しを行う3回のREAD動作を行う必要がある。   An outline of this multilevel technology will be described. Conventionally, 1-bit data is stored corresponding to the states of “1” and “0” depending on which of the two states the memory cell takes. In this multilevel technology, for example, in order to store 2 bits, one memory cell can take one of four different states. As a result, 2-bit data is stored by associating the four states with “11”, “10”, “00”, and “01”. When reading 2-bit data stored in one memory cell, three READ operations are performed by applying three word line voltages between four different states as shown in FIG. Need to do.

また、データ記憶用フラッシュメモリにおいて、シリアル書込/シリアル読出する最小の単位をセクタ(あるいはページ)という。通常、データを読み出す一本のワード線に沿ってアレーをなしている複数のメモリセルが1セクタとなる。このデータ記憶用フラッシュメモリを用いたシステムでは、一般的にフラッシュメモリを制御するコントローラが管理する管理データとユーザデータとをセクタ内に含んでいる。この管理データは、使用されるシステムによっても異なるが、例えば、そのセクタが良セクタであるか、不良セクタであるかを示すフラグ、セクタに有効なデータが書き込まれているか否かを示すフラグ、セクタに何回書き込みが行われたかを示すデータ、それにセクタのユーザデータについてのECC(Error Correction Code)データ等である。   In the data storage flash memory, the minimum unit for serial writing / reading is called a sector (or page). Usually, a plurality of memory cells forming an array along one word line from which data is read constitute one sector. In a system using this data storage flash memory, the sector generally includes management data and user data managed by a controller that controls the flash memory. Although this management data varies depending on the system used, for example, a flag indicating whether the sector is a good sector or a bad sector, a flag indicating whether valid data is written in the sector, Data indicating how many times the sector has been written, ECC (Error Correction Code) data on the user data of the sector, and the like.

フラッシュメモリでは、例えば、64MのAND型フラッシュメモリでは、1セクタは512Byteのデータ領域と16Byteの管理領域から構成される。ここで、管理データは管理領域に格納される。また、256MのAND型フラッシュメモリでは、1セクタは2048Byteのデータ領域と64Byteの管理領域から構成される。このセクタ毎の読み出しには約50μsを要し、読み込んだ後のデータ転送には1Byte毎に50nsを要する。   In the flash memory, for example, in a 64M AND type flash memory, one sector includes a 512-byte data area and a 16-byte management area. Here, the management data is stored in the management area. In the 256M AND flash memory, one sector is composed of a 2048-byte data area and a 64-byte management area. The reading for each sector requires about 50 μs, and the data transfer after reading requires 50 ns for every 1 byte.

また、メモリセルの密度を上げることによって記憶容量の大容量化が行われている。しかし、メモリセルが近接してくると、隣接するメモリセルを同時に読み出そうとする場合に、近接するビット線間に生じる静電容量のために隣接するビット線から干渉を受けて誤読み出しが生じるという問題がある。これについて、隣接するメモリセルの読み出しを少なくとも2回のフェイズに分けて行う方法が考えられる。これは、一本のワード線に接続されるメモリセルのアレーにおいて、最初のメモリセルを0として、以下、順に1、2、3と番号付けした場合に偶数番目のメモリセルを読み出すフェイズ0(P0)(図14(a))と、奇数番目のメモリセルを読み出すフェイズ1(P1)(図14(b))の2回のフェイズに分けて読み出しを行うものである。このように隣接するメモリセルの読み出しを異なる2回のフェイズに分けて行うことで隣接メモリセル間でのビット線の干渉を防止して誤読み出しを防ぐことができる。
なお、NANDセルユニットにおいて、データの読み出し時に互いに隣接する二本のビット線の一方をプリチャージ電位にプリチャージした後にフローティング状態にし、かつ他方を正電位に設定する手段を備える不揮発性半導体メモリ(特開平11−176960号公報)がある。しかし、この不揮発性半導体メモリは、特定の選択セルを読み出す操作に関するものである。
Further, the storage capacity has been increased by increasing the density of the memory cells. However, when memory cells come close to each other, when trying to read adjacent memory cells at the same time, an error occurs due to interference from adjacent bit lines due to the capacitance generated between adjacent bit lines. There is a problem that arises. Regarding this, a method of performing reading of adjacent memory cells in at least two phases can be considered. This is because, in an array of memory cells connected to one word line, the first memory cell is set to 0, and when the numbers 1, 2, and 3 are sequentially numbered, phase 0 (reading out even-numbered memory cells) P0) (FIG. 14A) and phase 1 (P1) (FIG. 14B) for reading out odd-numbered memory cells are read in two phases. As described above, reading of adjacent memory cells is performed in two different phases, thereby preventing bit line interference between adjacent memory cells and preventing erroneous reading.
In the NAND cell unit, a nonvolatile semiconductor memory having means for precharging one of two bit lines adjacent to each other at the time of reading data to a floating state and setting the other to a positive potential ( JP-A-11-176960). However, this nonvolatile semiconductor memory relates to an operation of reading a specific selected cell.

特開平4−119594号公報Japanese Patent Laid-Open No. 4-119594 特開平10−92186号公報JP-A-10-92186 特開平10−334674号公報JP-A-10-334673 特開平11−176960号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-176960

ところで、フラッシュメモリでは、1セクタのデータを一括して読み出すが、必要とされるデータだけをできるだけ高速に読み出すことが要求される場合がある。特に、1セクタのメモリセルに関する管理データは、コントローラがまず必要とするデータであり、高速に読み出す必要がある。   By the way, in a flash memory, data of one sector is read at a time, but it may be required to read only necessary data as fast as possible. In particular, management data relating to a memory cell in one sector is data that is first required by the controller and needs to be read at high speed.

また、1セクタのデータは、例えば、論理割付では図18に示すように、データ領域(Y000H〜Y7FFH)と管理領域(Y800H〜Y83FH)がある。この1セクタのデータをメモリセルに記憶させる実際の物理割付では、例えば、図19に示すようになる。しかし、上述のように隣接するメモリセルを同時に読み出すのではなく、2回のフェイズ(P0,P1)に分けて読み出しを行う場合には、図19に示すように、管理データを読み出すためには2回のフェイズを完了する必要がある。このため、管理データの読み出しにあたって、図20に示すように、データ領域のデータの読み出しをも行わなければならず、1セクタ分の読み出し時間を要する問題がある。   Further, for example, as shown in FIG. 18, the data of one sector includes a data area (Y000H to Y7FFH) and a management area (Y800H to Y83FH) as shown in FIG. In the actual physical allocation in which the data of one sector is stored in the memory cell, for example, as shown in FIG. However, in the case where reading is performed in two phases (P0, P1) instead of reading adjacent memory cells simultaneously as described above, in order to read management data as shown in FIG. It is necessary to complete two phases. For this reason, when reading the management data, as shown in FIG. 20, data in the data area must also be read, and there is a problem that a reading time for one sector is required.

そこで、本発明の目的は、所望のデータ、例えば、管理データの読み出しを高速に行うことができる電気的に書き換え可能な不揮発性半導体記憶装置を提供することである。   Accordingly, an object of the present invention is to provide an electrically rewritable nonvolatile semiconductor memory device that can read out desired data, for example, management data at high speed.

本発明に係る不揮発性半導体記憶装置は、少なくとも2ビット以上を記憶する2次元配列のメモリセルと、複数のワード線と、該ワード線に直交する複数のビット線とを有し、
前記メモリセルは、前記ワード線と前記ビット線の交点に存在すると共に、前記ワード線と前記ビット線に所定電圧を印加してデータの書き込みと読み出しを行う不揮発性半導体記憶装置であって、
少なくとも一本の前記ワード線に接続される前記メモリセルのアレーにおいて、(n−1)個(nは2以上の整数)おきのメモリセルごとに特定データを読み出す読み出し手段
を有することを特徴とする。
A nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention has a two-dimensional array of memory cells storing at least two bits, a plurality of word lines, and a plurality of bit lines orthogonal to the word lines,
The memory cell is a non-volatile semiconductor memory device that exists at the intersection of the word line and the bit line, and writes and reads data by applying a predetermined voltage to the word line and the bit line,
In the array of the memory cells connected to at least one of the word lines, there is provided reading means for reading specific data for every (n−1) memory cells (n is an integer of 2 or more). To do.

また、本発明に係る不揮発性半導体記憶装置は、前記不揮発性半導体記憶装置であって、少なくとも一本の前記ワード線に接続される前記メモリセルのアレーにおいて、(n−1)個(nは2以上の整数)おきのメモリセルごとに特定データを書き込む書き込み手段
をさらに有することを特徴とする。
The non-volatile semiconductor memory device according to the present invention is the non-volatile semiconductor memory device, wherein (n−1) (n is an n) in an array of the memory cells connected to at least one word line. It further has a writing means for writing specific data for every two or more memory cells.

本発明に係る不揮発性半導体記憶装置は、少なくとも2ビット以上を記憶する2次元配列のメモリセルと、複数のワード線と、該ワード線に直交する複数のビット線とを有し、
前記メモリセルは、前記ワード線と前記ビット線の交点に存在すると共に、前記ワード線と前記ビット線に所定電圧を印加してデータの書き込みと読み出しを行う不揮発性半導体記憶装置であって、
少なくとも一本の前記ワード線に接続される前記メモリセルのアレーにおいて、所定のメモリセルの前記少なくとも2ビット以上のうち少なくとも一つの特定ビットごとに特定データを読み出す読み出し手段
を有することを特徴とする。
A nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention has a two-dimensional array of memory cells storing at least two bits, a plurality of word lines, and a plurality of bit lines orthogonal to the word lines,
The memory cell is a non-volatile semiconductor memory device that exists at the intersection of the word line and the bit line, and writes and reads data by applying a predetermined voltage to the word line and the bit line,
In the array of the memory cells connected to at least one of the word lines, there is provided reading means for reading specific data for each at least one specific bit of the at least two bits or more of a predetermined memory cell. .

また、本発明に係る不揮発性半導体記憶装置は、前記不揮発性半導体記憶装置であって、少なくとも一本の前記ワード線に接続される前記メモリセルのアレーにおいて、所定のメモリセルの前記少なくとも2ビット以上のうち少なくとも一つの特定ビットごとに特定データを書き込む書き込み手段
をさらに有することを特徴とする。
The nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention is the nonvolatile semiconductor memory device, wherein the at least two bits of a predetermined memory cell in an array of the memory cells connected to at least one word line. Of the above, it is further characterized by further comprising a writing means for writing specific data for each at least one specific bit.

本発明に係る不揮発性半導体記憶装置は、少なくとも2ビット以上を記憶する2次元配列のメモリセルと、複数のワード線と、該ワード線に直交する複数のビット線とを有し、
前記メモリセルは、前記ワード線と前記ビット線の交点に存在すると共に、前記ワード線と前記ビット線に所定電圧を印加してデータの書き込みと読み出しを行う不揮発性半導体記憶装置であって、
少なくとも一本の前記ワード線に接続される前記メモリセルのアレーにおいて、(n−1)個(nは2以上の整数)おきのメモリセルごとに、前記少なくとも2ビット以上のうち少なくとも一つの特定ビットごとに特定データを読み出す読み出し手段
を有することを特徴とする。
A nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention has a two-dimensional array of memory cells storing at least two bits, a plurality of word lines, and a plurality of bit lines orthogonal to the word lines,
The memory cell is a non-volatile semiconductor memory device that exists at the intersection of the word line and the bit line, and writes and reads data by applying a predetermined voltage to the word line and the bit line,
In an array of the memory cells connected to at least one of the word lines, at least one of the at least two bits is specified for every (n-1) memory cells (n is an integer of 2 or more). It has a reading means for reading specific data for each bit.

また、本発明に係る不揮発性半導体記憶装置は、前記不揮発性半導体記憶装置であって、少なくとも一本の前記ワード線に接続されるメモリセルのアレーにおいて、(n−1)個(nは2以上の整数)おきのメモリセルごとに、前記少なくとも2ビット以上のうち少なくとも一つの特定ビットごとにデータを書き込む書き込み手段
をさらに有することを特徴とする。
The nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention is the nonvolatile semiconductor memory device, wherein (n−1) (n is 2) in an array of memory cells connected to at least one word line. Each of the memory cells is further provided with writing means for writing data for each at least one specific bit among the at least two bits or more.

さらに、本発明に係る不揮発性半導体記憶装置は、前記不揮発性半導体記憶装置であって、前記読み出し手段は、データの読み出しを開始するメモリセルを特定するコマンドが外部から入力される場合に、前記コマンドにしたがって、所定のメモリセルから特定データを読み出すことを特徴とする。   Furthermore, the non-volatile semiconductor memory device according to the present invention is the non-volatile semiconductor memory device, wherein the reading means receives the command for specifying the memory cell to start reading data from the outside. According to the command, specific data is read from a predetermined memory cell.

またさらに、本発明に係る不揮発性半導体記憶装置は、前記不揮発性半導体記憶装置であって、前記特定データは、前記ワード線に接続される前記メモリセルのアレーに関する管理データであることを特徴とする。   Still further, the nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention is the nonvolatile semiconductor memory device, wherein the specific data is management data related to an array of the memory cells connected to the word line. To do.

本発明に係るシステムは、前記不揮発性半導体記憶装置を用いて外部とのデータの入出力を行うことを特徴とする。   The system according to the present invention is characterized in that data is input / output to / from the outside using the nonvolatile semiconductor memory device.

以上詳述した通り、本発明に係る不揮発性半導体記憶装置によれば、(n−1)個(nは2以上の整数)おきのメモリセルごとに、例えばnが2の場合には偶数番目のメモリセルごとに読み出すフェイズ0を行って特定データを読み出す読み出し手段を有しているので、一つのセクタを読み出す場合の半分の時間に高速化できる。   As described above in detail, according to the nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention, every (n−1) memory cells (n is an integer of 2 or more), for example, when n is 2, an even number. Since the reading means for reading specific data by performing phase 0 reading for each memory cell is provided, the speed can be increased to half the time required for reading one sector.

また、本発明に係る不揮発性半導体記憶装置によれば、(n−1)個(nは2以上の整数)おきのメモリセルごとに、例えばnが2の場合には偶数番目のメモリセルごとに特定データを書きこむ書き込み手段を有することで、所定のメモリセルから一つおきのメモリセルごとに所望のデータを記憶させることができ、(n−1)個(nは2以上の整数)おきのメモリセルごとに特定データを読み出す読み出し手段によって一つのセクタを読み出す場合の半分の時間に高速化できる。   Further, according to the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention, every (n−1) memory cells (n is an integer of 2 or more), for example, when n is 2, every even-numbered memory cell By having a writing means for writing specific data in the memory, desired data can be stored for every other memory cell from a predetermined memory cell, and (n-1) (n is an integer of 2 or more) The speed can be increased to half the time required to read one sector by the reading means for reading specific data for every other memory cell.

本発明に係る不揮発性半導体記憶装置によれば、所定のメモリセルの少なくとも一つの特定ビットごとに特定データを読み出す読み出し手段、例えば、上位ビットを確定できるREAD動作を行うことによって、所定のメモリセルの上位ビットごとに特定データを読み出すことができる。これによって、例えば、2ビット記憶の場合、2ビット全てを確定させるために必要な3回のREAD動作のうち1回のREAD動作によって特定データを読み出すことができるので、読み出しを一つのセクタを読み出す場合の1/3の時間に高速化できる。さらに3ビット記憶の場合では、全ビット確定に必要な7回のREAD動作のうち1回のREAD動作のみで上位ビットごとに特定データを読み出すことができるので、1つのセクタを読み出す場合の1/7の時間に高速化できる。   According to the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention, a predetermined memory cell can be obtained by performing a read means for reading specific data for each at least one specific bit of a predetermined memory cell, for example, a READ operation capable of determining an upper bit Specific data can be read for each upper bit of the. Thus, for example, in the case of 2-bit storage, specific data can be read out by one READ operation among the three READ operations necessary to determine all 2 bits, so that one sector is read out. The speed can be increased to 1/3 of the time. Further, in the case of 3-bit storage, specific data can be read for each upper bit by only one READ operation out of seven READ operations necessary for determining all bits. The speed can be increased to 7 hours.

また、本発明に係る不揮発性半導体記憶装置によれば、所定のメモリセルの少なくとも一つの特定ビットごとに特定データを書きこむ書き込み手段によって、所定のメモリセルの上位ビットごとに特定データを書きこむことができる。これによって、所定のメモリセルの上位ビットごとに所望のデータを記憶させることができる。読み出しにあたって、上位ビットを確定できるREAD動作を行うことによって、所定のメモリセルの上位ビットごとに特定データを読み出すことができる。2ビット記憶の場合、2ビット全てを確定させるために必要な3回のREAD動作のうち1回のREAD動作によって特定データを読み出すことができるので、読み出しを一つのセクタを読み出す場合の1/3の時間に高速化できる。さらに3ビット記憶の場合では、全ビット確定に必要な7回のREAD動作のうち1回のREAD動作のみで上位ビットごとに特定データを読み出すことができるので、1つのセクタを読み出す場合の1/7の時間に高速化できる。   According to the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention, the specific data is written for each upper bit of the predetermined memory cell by the writing means for writing the specific data for every at least one specific bit of the predetermined memory cell. be able to. Thus, desired data can be stored for each upper bit of a predetermined memory cell. In reading, specific data can be read for each upper bit of a predetermined memory cell by performing a READ operation that can determine the upper bit. In the case of 2-bit storage, specific data can be read out by one READ operation out of the three READ operations necessary to determine all 2 bits. Can be speeded up. Further, in the case of 3-bit storage, specific data can be read for each upper bit by only one READ operation out of seven READ operations necessary for determining all bits. The speed can be increased to 7 hours.

本発明に係る不揮発性半導体記憶装置によれば、(n−1)個(nは2以上の整数)おきのメモリセルごとに、例えばnが2の場合には偶数番目のメモリセルごとに読み出すフェイズ0を行う。それとともに、少なくとも一つの特定ビットごとに特定データを読み出す読み出し手段、例えば、上位ビットを確定できるREAD動作を行うことによって、所定のメモリセルの上位ビットごとに特定データを読み出すことができる。つまり、1回のREAD動作でしかもフェイズ0のみを行うことで特定データを読み出す読み出し手段を有しているので、2ビット記憶の場合、一つのセクタを読み出す場合の1/6の時間に高速化できる。   According to the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention, data is read every (n−1) memory cells (n is an integer of 2 or more), for example, every even-numbered memory cell when n is 2. Perform Phase 0. At the same time, by performing reading means for reading specific data for each at least one specific bit, for example, a READ operation that can determine the upper bit, the specific data can be read for each upper bit of a predetermined memory cell. In other words, since it has a reading means that reads specific data by performing only one phase 0 in a single READ operation, in the case of 2-bit storage, the speed is shortened to 1/6 of the time required to read one sector. it can.

また、本発明に係る不揮発性半導体記憶装置によれば、(n−1)個(nは2以上の整数)おきのメモリセルごとに、例えばnが2の場合には偶数番目のメモリセルごとに、少なくとも一つの特定ビットごとに特定データを書きこむ書き込み手段によって、所定のメモリセルの上位ビットごとに特定データを書きこむことができる。これによって、一つおきのメモリセルの上位ビットごとに所望のデータを記憶させることができる。読み出しにあたって、1回のREAD動作のフェイズ0のみを行うことで特定データを読み出す読み出し手段を有している。これによって、2ビット記憶の場合、一つのセクタを読み出す場合の1/6の時間に高速化できる。   Further, according to the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention, every (n−1) memory cells (n is an integer of 2 or more), for example, when n is 2, every even-numbered memory cell In addition, it is possible to write the specific data for each upper bit of a predetermined memory cell by the writing means for writing the specific data for at least one specific bit. Thus, desired data can be stored for each upper bit of every other memory cell. In reading, it has reading means for reading specific data by performing only phase 0 of one READ operation. As a result, in the case of 2-bit storage, the speed can be increased to 1/6 of the time required for reading one sector.

また、本発明に係る不揮発性半導体記憶装置によれば、読み出しを開始するメモリセルを特定するコマンドを外部から入力することによって、特定データを読み出すメモリセルを適宜変更することができる。   Further, according to the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention, the memory cell from which the specific data is read can be appropriately changed by inputting a command for specifying the memory cell from which reading is to be started from the outside.

さらに、本発明に係る不揮発性半導体記憶装置によれば、コントローラで最初に必要とされる管理データを高速に読み出すことができる。   Furthermore, according to the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention, the management data that is first required by the controller can be read at high speed.

本発明に係るシステムによれば、前記不揮発性半導体記憶装置を用いて外部とのデータの入出力を行うので、所望のデータ、例えば、管理データを高速に読み出すことができる。   According to the system of the present invention, since data is input / output to / from the outside using the nonvolatile semiconductor memory device, desired data, for example, management data can be read at high speed.

本発明の実施の形態1に係る不揮発性半導体記憶装置の概略図である。1 is a schematic diagram of a nonvolatile semiconductor memory device according to a first embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態1に係る不揮発性半導体記憶装置の1セクタにおける物理割付を示す図である。It is a figure which shows the physical allocation in 1 sector of the non-volatile semiconductor memory device concerning Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係る不揮発性半導体記憶装置の1セクタにおける管理データの読み出し動作を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a management data read operation in one sector of the nonvolatile semiconductor memory device according to the first embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態2に係る不揮発性半導体記憶装置の1セクタにおける物理割付を示す図である。It is a figure which shows the physical allocation in 1 sector of the non-volatile semiconductor memory device concerning Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2に係る不揮発性半導体記憶装置の1セクタにおける管理データの読み出し動作を示す図である。It is a figure which shows the read-out operation | movement of the management data in 1 sector of the non-volatile semiconductor memory device concerning Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態3に係る不揮発性半導体記憶装置の1セクタにおける物理割付を示す図である。It is a figure which shows the physical allocation in 1 sector of the non-volatile semiconductor memory device concerning Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態3に係る不揮発性半導体記憶装置の1セクタにおける管理データの読み出し動作を示す図である。It is a figure which shows read-out operation | movement of the management data in 1 sector of the non-volatile semiconductor memory device concerning Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態4に係る不揮発性半導体記憶装置の1セクタにおける物理割付を示す図である。It is a figure which shows the physical allocation in 1 sector of the non-volatile semiconductor memory device concerning Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施の形態4に係る不揮発性半導体記憶装置の1セクタにおける管理データの読み出し動作を示す図である。It is a figure which shows read-out operation | movement of the management data in 1 sector of the non-volatile semiconductor memory device concerning Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施の形態5に係る不揮発性半導体記憶装置の1セクタにおける管理データの読み出し動作を示す図である。It is a figure which shows the read-out operation | movement of the management data in 1 sector of the non-volatile semiconductor memory device concerning Embodiment 5 of this invention. 本発明の実施の形態6に係るデータ記憶システムの概略図である。It is the schematic of the data storage system which concerns on Embodiment 6 of this invention. 本発明の実施の形態6に係るデータ記憶システムの論理割付の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the logical allocation of the data storage system which concerns on Embodiment 6 of this invention. 本発明の実施の形態6に係るデータ記憶システムの論理割付の別の例を示す図である。It is a figure which shows another example of the logical allocation of the data storage system which concerns on Embodiment 6 of this invention. フラッシュメモリのワード線に沿ってアレーをなしているメモリセルの読み出しにあたって、隣接するメモリセルを2回のフェイズ((a)フェイズ0、(b)フェイズ1)で読み出す場合にビット線に印加する電圧条件を示す図である。When reading memory cells arrayed along the word line of the flash memory, it is applied to the bit line when reading adjacent memory cells in two phases ((a) phase 0, (b) phase 1). It is a figure which shows voltage conditions. 2ビットのデータを読み出す場合に、4つの状態のそれぞれについて、ワード線に印加する電圧と流れる電流との関係から、対応する上位ビットと下位ビットの組み合わせを示す図。The figure which shows the combination of a corresponding upper bit and a lower bit from the relationship between the voltage applied to a word line, and the flowing electric current about each of four states, when reading 2 bits data. メモリセルから2ビットのデータを読み出す3回のREAD動作((a)READ1、(b)READ2、(c)READ3)でのセンスラッチ、データラッチの値の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the value of a sense latch and a data latch in three times of READ operation ((a) READ1, (b) READ2, (c) READ3) which reads 2-bit data from a memory cell. (a)図16でREAD3の後に下位ビットを確定させるためのXOR演算の概略を示す図と、(b)各データラッチからの出力と上位・下位ビットの対応を示す図である。FIG. 17A is a diagram showing an outline of an XOR operation for determining a lower bit after READ3 in FIG. 16, and FIG. 17B is a diagram showing a correspondence between an output from each data latch and upper / lower bits. 不揮発性半導体記憶装置の1セクタにおける論理割付を示す図である。It is a figure which shows the logical allocation in 1 sector of a non-volatile semiconductor memory device. 不揮発性半導体記憶装置の1セクタにおける物理割付の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the physical allocation in 1 sector of a non-volatile semiconductor memory device. 図19の不揮発性半導体記憶装置の1セクタにおける読み出し動作を示す図である。FIG. 20 is a diagram showing a read operation in one sector of the nonvolatile semiconductor memory device of FIG. 19.

以下に、本発明に係る実施の形態について添付図面を用いて説明する。   Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

実施の形態1.
本発明の実施の形態1に係る不揮発性半導体記憶装置の概略図を図1に示す。この不揮発性半導体記憶装置1は、2次元配列している複数のメモリセル2a、2bの間にYデコーダ/センスラッチ5を有し、メモリセル2a、2bの上下にYデコーダ/データラッチ7a、Yデコーダ/データラッチ7b、それにXデコーダ6a,6bを有している。また、ワード線3と該ワード線に直交するビット線4があり、各メモリセルはワード線3とビット線4の交点に存在している。さらに、各メモリセルはXデコーダ6aから延在するワード線3に沿ってアレーをなしており、各メモリセルはビット線4でYデコーダ/センスラッチ5やYデコーダ/データラッチ7aに接続され、さらにビット線4でYデコーダ/データラッチ7bに接続されている。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 shows a schematic diagram of a nonvolatile semiconductor memory device according to Embodiment 1 of the present invention. This nonvolatile semiconductor memory device 1 has a Y decoder / sense latch 5 between a plurality of memory cells 2a, 2b arranged two-dimensionally, and a Y decoder / data latch 7a above and below the memory cells 2a, 2b. It has a Y decoder / data latch 7b and X decoders 6a and 6b. Further, there are a word line 3 and a bit line 4 orthogonal to the word line, and each memory cell exists at an intersection of the word line 3 and the bit line 4. Further, each memory cell forms an array along the word line 3 extending from the X decoder 6a, and each memory cell is connected to the Y decoder / sense latch 5 and the Y decoder / data latch 7a by the bit line 4. Further, the bit line 4 is connected to the Y decoder / data latch 7b.

この不揮発性半導体記憶装置1の読み出し動作について概説する。読み出しの単位(セクタ)は一本のワード線3に接続される複数のメモリセルのアレーである。一本のワード線3に接続されるメモリセルのアレーについて、1回のフェイズでは一つおきのメモリセルについて読み出し、全部で2回のフェイズに分けて読み出す。具体的には、フェイズ0では偶数番目のメモリセルを読み出し、フェイズ1では奇数番目のメモリセルを読み出す。また、一つのメモリセルに記憶している2ビットのデータを読み出すために3回のREAD動作を行う。各READ動作で、各メモリセルから延びているビット線からセンスラッチ5にデータが転送され、上位ビットはデータラッチ7bから、下位ビットはデータラッチ7aからそれぞれ出力される。このうち、READ1で上位ビットを確定することができる。
なお、一本のワード線に接続されるメモリセルのアレーを読み出すフェイズは、2回(P0,P1)に限られず、n回(nは2以上の整数)のフェイズに分けて行ってもよい。この場合、(n−1)個おきのメモリセルごとにデータを読み出す。
The read operation of the nonvolatile semiconductor memory device 1 will be outlined. A read unit (sector) is an array of a plurality of memory cells connected to one word line 3. With respect to the array of memory cells connected to one word line 3, every other memory cell is read in one phase, and is read in two phases in total. Specifically, even-numbered memory cells are read in phase 0, and odd-numbered memory cells are read in phase 1. In addition, three READ operations are performed to read 2-bit data stored in one memory cell. In each READ operation, data is transferred from the bit line extending from each memory cell to the sense latch 5, and the upper bit is output from the data latch 7b and the lower bit is output from the data latch 7a. Of these, the upper bits can be determined by READ1.
Note that the phase of reading the array of memory cells connected to one word line is not limited to twice (P0, P1), and may be divided into n times (n is an integer of 2 or more). . In this case, data is read every (n−1) memory cells.

また、この不揮発性半導体記憶装置1は、制御用CPU8、ALL判定回路9、コマンドデコーダ10、アドレスデコーダ11、入出力バッファ12を備えている(図1)。この不揮発性半導体記憶装置1では、外部とのデータの入出力は、入出力バッファ12を介して行われ、入力されたデータは、アドレスデコーダ11で指定される所定のアドレスのメモリセルに書き込まれ、記憶される。書き込みが成功したかどうかはALL判定回路9によって判断される。また、入力されるコマンドはコマンドデコーダ10で解読され、制御用CPU8でデータの書き込み/読み出しを行うメモリセルの制御が行われる。   The nonvolatile semiconductor memory device 1 also includes a control CPU 8, an ALL determination circuit 9, a command decoder 10, an address decoder 11, and an input / output buffer 12 (FIG. 1). In the nonvolatile semiconductor memory device 1, input / output of data with the outside is performed via the input / output buffer 12, and the input data is written into a memory cell at a predetermined address specified by the address decoder 11. Memorized. Whether or not the writing is successful is determined by the ALL determination circuit 9. The input command is decoded by the command decoder 10, and the control CPU 8 controls the memory cell for writing / reading data.

ここで、一本のワード線に沿って、4つの異なる状態にあるメモリセルがしきい値電圧の高い順に上から下に並んでいる場合(図16(a))に、これらのメモリセルから2ビット記憶を読み出す場合を考える。
まず、READ1では、図16の(a)に示すように、ワード線電圧3.0Vで読み出しを行うと、ワード線電圧より低いしきい値の状態にあるメモリセルでは電流が流れるので「0」がセンスラッチにラッチされ、ワード線電圧より高いしきい値のメモリセルでは電流が流れないので「1」がセンスラッチにラッチされる。次いで、ラッチされた値はセンスラッチからデータラッチ2に転送される。このときセンス側とは反対の出力側には反転された値が発生し、上から「0」、「0」、「1」、「1」の値が各メモリセルに記憶している2ビットのうちの上位ビットに対応する(図16(a))。
次に、READ2では、図16の(b)に示すように、ワード線電圧4.0Vで読み出しを行うと、ワード線電圧より低いしきい値の3つのメモリセルでは電流が流れるので「0」、最もしきい値の高いメモリセルは「1」がセンスラッチにラッチされる。次いで、ラッチされた値はセンスラッチからデータラッチ1に転送される。
そして、READ3では、図16の(c)に示すように、ワード線電圧2.0Vで読み出しを行うと、ワード線電圧より低いしきい値の1つのメモリセルでは電流が流れるので「0」、他の3つのワード線電圧よりしきい値が高いメモリセルは「1」がセンスラッチにラッチされる。
Here, when memory cells in four different states are arranged from the top to the bottom in descending order of the threshold voltage along one word line (FIG. 16A), the memory cells Consider the case of reading 2-bit storage.
First, in READ1, as shown in FIG. 16A, when reading is performed at a word line voltage of 3.0 V, a current flows in a memory cell having a threshold value lower than the word line voltage. Is latched in the sense latch, and since no current flows in the memory cell having a threshold value higher than the word line voltage, “1” is latched in the sense latch. The latched value is then transferred from the sense latch to the data latch 2. At this time, an inverted value is generated on the output side opposite to the sense side, and the values “0”, “0”, “1”, and “1” from the top are stored in each memory cell in 2 bits. Corresponds to the upper bits (FIG. 16A).
Next, in READ2, as shown in FIG. 16B, when reading is performed at a word line voltage of 4.0 V, a current flows in three memory cells having a threshold value lower than the word line voltage, and therefore “0”. In the memory cell having the highest threshold value, “1” is latched in the sense latch. The latched value is then transferred from the sense latch to the data latch 1.
In READ3, as shown in FIG. 16C, when reading is performed at a word line voltage of 2.0 V, a current flows in one memory cell having a threshold value lower than the word line voltage. “1” is latched in the sense latch in the memory cell whose threshold is higher than the other three word line voltages.

次いで、図17の(a)に示すように、READ3でラッチされたセンスラッチの値(「1」、「1」、「1」、「0」)がビット線に転送され、一方、データラッチ1にラッチされている値(「1」、「0」、「0」、「0」)はビット線に反転転送され、これらの2つの値に関するXOR演算の結果、得られる値(「0」、「1」、「1」、「0」)がデータラッチ1にラッチされる。次いで、データラッチ1からの出力時にそれぞれ反転されて、(「1」、「0」、「0」、「1」)の値が出力される。これが2ビット記憶のうちの下位ビットに相当する。この下位ビットの値は、データラッチ2のデータ(上位ビット)とともにデータ出力される(図17(b))。上位、下位ビットを連続して表記すると、「01」、「00」、「10」、「11」となり、これがメモリセルの4つの状態に対応する。そこで、各メモリセルに記憶される2ビット記憶は、3回のREAD動作によってこれらのいずれかの値として読み出される。   Next, as shown in FIG. 17A, the sense latch values (“1”, “1”, “1”, “0”) latched by READ3 are transferred to the bit lines, while the data latches The values latched to 1 (“1”, “0”, “0”, “0”) are inverted and transferred to the bit line, and the value (“0”) obtained as a result of the XOR operation on these two values. , “1”, “1”, “0”) are latched in the data latch 1. Next, the values are inverted at the time of output from the data latch 1 and the values (“1”, “0”, “0”, “1”) are output. This corresponds to the lower bits of the 2-bit storage. The value of the lower bit is output together with the data (upper bit) of the data latch 2 (FIG. 17 (b)). When the upper and lower bits are expressed in succession, they are “01”, “00”, “10”, and “11”, which correspond to the four states of the memory cell. Therefore, the 2-bit memory stored in each memory cell is read as one of these values by three READ operations.

さらに、この不揮発性半導体記憶装置の1セクタの物理割付を図2に示す。図2では、便宜上、ワード線に沿ったメモリセルのアレーを縦に並べて示している。図2では、各行が一つのメモリセルの下位ビット、上位ビットに記憶される論理アドレスを示している。例えば、管理データ(Y800H I/O 0、I/O 4)は、一つのメモリセルの下位ビット、上位ビットにそれぞれ記憶されている。また、この不揮発性半導体記憶装置では、所定のメモリセルから一つおきの偶数番目のメモリセル(P0として表示)ごとに管理データ(Y800H I/O 0〜Y83FH I/O 7)を記憶している。
なお、この管理データのY800Hは、論理アドレスを表わしており、YはY方向であることを表わし、800Hは16進(Hexadecimal)表記(10進表記では、8×16×16+0×16+0×16=2048)でのByte数を示している。また、I/O 0は、1Byteを表わす8ビットデータを伝えるI/Oピンの0から7のうちの一つを表わしている。この論理アドレスの表記方法は上記のものに限られず、任意の方法で表記してもよい。
Further, FIG. 2 shows the physical allocation of one sector of the nonvolatile semiconductor memory device. In FIG. 2, for the sake of convenience, an array of memory cells along the word line is shown vertically. In FIG. 2, each row shows a logical address stored in a lower bit and an upper bit of one memory cell. For example, management data (Y800H I / O 0, I / O 4) is stored in the lower bit and the upper bit of one memory cell, respectively. Also, in this nonvolatile semiconductor memory device, management data (Y800H I / O 0 to Y83FH I / O 7) is stored for every even-numbered memory cell (displayed as P0) from a predetermined memory cell. Yes.
In this management data, Y800H represents a logical address, Y represents the Y direction, and 800H represents hexadecimal notation (in decimal notation, 8 × 16 × 16 + 0 × 16 + 0 × 16 = 2048) indicates the number of bytes. I / O 0 represents one of I / O pins 0 to 7 for transmitting 8-bit data representing 1 byte. The notation method of the logical address is not limited to the above, and any notation may be used.

次に、この不揮発性半導体記憶装置の1セクタにおける読み出し動作を図3に示す。この読み出し動作では、まずIOピンにコマンドと上位ビットと下位ビットに分けられたアドレス(SA(1)、SA(2))が順次入力されると、読み出されるワード線が決められ、シリアル読み出しが開始される。読み出しにおいて、そのワード線について、READ1、READ2、READ3のフェイズ0のみを行う。この不揮発性半導体記憶装置では、偶数番目のメモリセル(P0)に管理データを記憶しているので、管理データの読み出しにあたっては、READ1、READ2、READ3のそれぞれのフェイズ0のみを行うことで管理データを読み出すことができる。これによって一つのセクタを読み出す場合の半分の24μsで管理データを読み出すことができる。   Next, FIG. 3 shows a read operation in one sector of the nonvolatile semiconductor memory device. In this read operation, when a command and an address (SA (1), SA (2)) divided into a high-order bit and a low-order bit are sequentially input to the IO pin, the word line to be read is determined and serial read is performed. Be started. In reading, only the phase 0 of READ1, READ2, and READ3 is performed on the word line. In this nonvolatile semiconductor memory device, since the management data is stored in the even-numbered memory cell (P0), the management data is read by performing only phase 0 of each of READ1, READ2, and READ3. Can be read out. As a result, management data can be read out in 24 μs, which is half of the case of reading out one sector.

実施の形態2.
本発明の実施の形態2に係る不揮発性半導体記憶装置の1セクタにおける物理割付を図4に示す。この不揮発性半導体記憶装置は、実施の形態1に係る不揮発性半導体記憶装置と比べると、管理データを上位ビットに記憶させている点で相違する。この不揮発性半導体記憶装置は、多値化技術により複数ビットを格納するメモリセルからデータを読み出す場合に、管理データの読み出しを優先して行う課題を解決するものである。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 4 shows physical allocation in one sector of the nonvolatile semiconductor memory device according to Embodiment 2 of the present invention. This nonvolatile semiconductor memory device is different from the nonvolatile semiconductor memory device according to the first embodiment in that management data is stored in higher bits. This nonvolatile semiconductor memory device solves the problem of prioritizing reading of management data when data is read from a memory cell storing a plurality of bits by a multi-value technology.

この多値化技術における読み出しの問題について説明する。多値化技術によって一つのメモリセルに複数ビットのデータを記憶している場合、一つのメモリセルに格納されている複数ビットのデータを読み出すために、例えば、2ビットのデータ(4値)を持つ場合には3回のREAD動作を必要とする。また、3ビットのデータ(8値)を持つ場合には7回のREAD動作を必要とする。2ビット記憶の場合、一つのメモリセルに格納している2ビット分のデータは、3回全てのREAD動作を行わなければ確定しない。また、一回のREAD動作では管理データが格納されているメモリセル以外のメモリセルについてもシリアル読出する。そのため、必要とする管理データを読み出すにあたって、余分のユーザデータ等の読み出しを行う必要があり、結局、1セクタ分の読み出し時間を要するという問題がある。   The problem of reading in this multilevel technology will be described. When multiple bits of data are stored in one memory cell by multilevel technology, in order to read out multiple bits of data stored in one memory cell, for example, 2-bit data (four values) is used. If so, three READ operations are required. In addition, when 3 bits of data (8 values) are provided, 7 READ operations are required. In the case of 2-bit storage, 2-bit data stored in one memory cell is not determined unless all three READ operations are performed. In one READ operation, serial reading is performed on memory cells other than the memory cell storing the management data. For this reason, when the necessary management data is read out, it is necessary to read out extra user data and the like, resulting in a problem that a reading time for one sector is required.

このような複数ビットからなる格納データを上位ビット側と下位ビット側とに規定して、読み出し時に、上位ビットまたは下位ビットのうちのいずれか一方のビット側データの読み出しを行って出力するとともにその出力中に他方のビット側データの読み出しを行う読み出し手段を有する不揮発性半導体記憶装置(特開平10−11982号公報、特開平10−11979号公報)や、複数のビットデータを所定の順番で並べたビットデータ列の先頭ビットに相当するものから順次読み出す半導体メモリ(特開平10−334674号公報)がある。しかし、これらの不揮発性半導体記憶装置や半導体メモリは、切れ目なくシリアルアクセスを行うものであって、管理領域の管理データの読み出しを優先させるものではない。   Such stored data consisting of a plurality of bits is defined on the upper bit side and the lower bit side, and at the time of reading, either the upper bit or the lower bit is read and output, and the A nonvolatile semiconductor memory device (Japanese Patent Laid-Open No. 10-11982, Japanese Patent Laid-Open No. 10-11979) having reading means for reading the other bit-side data during output, or a plurality of bit data arranged in a predetermined order In addition, there is a semiconductor memory (Japanese Patent Laid-Open No. 10-334684) that reads sequentially from the bit data string corresponding to the first bit. However, these nonvolatile semiconductor memory devices and semiconductor memories perform serial access without interruption, and do not give priority to reading management data in the management area.

この実施の形態2に係る不揮発性半導体記憶装置は、上述する多値化技術における読み出しの高速化の問題を解決するものである。この不揮発性半導体記憶装置の一つのセクタにおいて、例えば、管理データであるY800H I/O 0〜I/O 7は、図4に示すように、連続するメモリセルの上位ビットに記憶されている。その管理データの読み出し操作について図5に示す。読み出し動作では、READ1のフェイズ0とフェイズ1を行う。管理データ(Y800H I/O 0〜Y83FH I/O 7)は、所定のメモリセルから各メモリセルの上位ビットにのみ記憶されているので、READ1の動作のみを行うことにより管理データを読み出すことができる。したがって、これにより1セクタを全て読み出す場合に比べて1/3の時間で読み出すことができる。なお、3ビット記憶の場合には、全ビット確定に必要な7回のREAD動作のうち1回のREAD動作で上位ビットごとの管理データを読み出すことができるので、管理データの読み出しを1/7の時間に高速化できる。   The nonvolatile semiconductor memory device according to the second embodiment solves the problem of high-speed reading in the multilevel technology described above. In one sector of this nonvolatile semiconductor memory device, for example, Y800H I / O 0 to I / O 7 as management data is stored in the upper bits of consecutive memory cells as shown in FIG. The management data read operation is shown in FIG. In the read operation, READ1 phase 0 and phase 1 are performed. Since the management data (Y800H I / O 0 to Y83FH I / O 7) is stored only in the upper bits of each memory cell from a predetermined memory cell, the management data can be read out by performing only the operation of READ1. it can. Therefore, it is possible to read in 1/3 time as compared with the case where all the sectors are read out. In the case of 3-bit storage, the management data for each upper bit can be read out by one READ operation out of the seven READ operations necessary for determining all bits. Can be speeded up.

実施の形態3.
本発明の実施の形態3に係る不揮発性半導体記憶装置における1セクタの物理割付を図6に示す。この不揮発性半導体記憶装置は、実施の形態1及び実施の形態2に係る不揮発性半導体記憶装置と比べると、所定のメモリセルから一つおきのメモリセルにおける上位ビットに管理データを記憶している点で相違する。図6では、例えば、管理データ(Y800H I/O 0〜I/O 3)は、偶数番目のメモリセルの上位ビットに記憶されている。その読み出し動作について図7に示す。この不揮発性半導体記憶装置では、所定のメモリセルから偶数番目のメモリセル(P0)にのみ記憶しているので、フェイズ0のみを行えばよい。しかも、上位ビットにのみ管理データを記憶しているので、READ1のみを行えばよい。そこで、READ1のフェイス0のみを行うことで管理データを読み出すことができるので、1セクタ分の1/6の読み出し時間に短縮できる。
Embodiment 3 FIG.
FIG. 6 shows the physical allocation of one sector in the nonvolatile semiconductor memory device according to Embodiment 3 of the present invention. Compared with the nonvolatile semiconductor memory device according to the first and second embodiments, this nonvolatile semiconductor memory device stores management data in higher bits in every other memory cell from a predetermined memory cell. It is different in point. In FIG. 6, for example, the management data (Y800H I / O 0 to I / O 3) is stored in the upper bits of even-numbered memory cells. The read operation is shown in FIG. Since this nonvolatile semiconductor memory device stores data only in even-numbered memory cells (P0) from a predetermined memory cell, only phase 0 needs to be performed. In addition, since management data is stored only in the upper bits, only READ1 needs to be performed. Therefore, management data can be read out by performing only face 0 of READ1, so that the reading time can be shortened to 1/6 of one sector.

実施の形態4.
本発明の実施の形態4に係る不揮発性半導体記憶装置における1セクタの物理割付を図8に示す。この不揮発性半導体記憶装置は、実施の形態2に係る不揮発性半導体記憶装置と比べると、管理データのサイズを超える特定データを所定のメモリセルの上位ビットに記憶している点で相違する。図8では、例えば、特定データ(Y000H I/O 0〜Y41FH I/O 7)を上位ビットに記憶させている。なお、特定データのサイズは、最大で1セクタの容量の半分である1056Byteである。その読み出し動作について図9に示す。特定データは所定のメモリセルの上位ビットに記憶されているので、上位ビットを確定させるREAD1動作についてフェイズ0、フェイズ1の順に読み出しを行えば読み出すことができる。これによって1セクタ分の1/3の読み出し時間に短縮することができる。
また、さらに所定のメモリセルから一つおきの偶数番目のメモリセル(P0)における上位ビットに特定データを記憶させる場合には、READ1のフェイズ0のみを行うことでこの特定データを読み出すことができるので、1セクタ分の1/6の読み出し時間に短縮できる。なお、この場合の特定データのサイズは、最大で1セクタの容量の1/4である528Byteである。
Embodiment 4 FIG.
FIG. 8 shows physical allocation of one sector in the nonvolatile semiconductor memory device according to Embodiment 4 of the present invention. This nonvolatile semiconductor memory device is different from the nonvolatile semiconductor memory device according to the second embodiment in that specific data exceeding the size of management data is stored in the upper bits of a predetermined memory cell. In FIG. 8, for example, specific data (Y000H I / O 0 to Y41FH I / O 7) is stored in the upper bits. The size of the specific data is 1056 bytes, which is half of the capacity of one sector at the maximum. The read operation is shown in FIG. Since the specific data is stored in the upper bits of a predetermined memory cell, the READ1 operation for determining the upper bits can be read out in the order of phase 0 and phase 1. As a result, the reading time can be shortened to 1/3 of one sector.
Further, when specific data is stored in the upper bits of every other even-numbered memory cell (P0) from a predetermined memory cell, the specific data can be read out by performing only phase 0 of READ1. Therefore, the read time can be shortened to 1/6 of one sector. In this case, the size of the specific data is 528 bytes which is a quarter of the capacity of one sector at the maximum.

実施の形態5.
本発明の実施の形態5に係る不揮発性半導体記憶装置における1セクタの物理割付は実施の形態4に係る不揮発性半導体記憶装置における1セクタの物理割付と同一であり、図8に示すものである。この不揮発性半導体記憶装置は、奇数番目のメモリセルの上位ビットに特定データ(Y210H〜Y41FH、Y630H〜Y83FH)を記憶させている。通常、フェイズ0を読み出した後にフェイズ1を読み出すが、この不揮発性半導体記憶装置は、読み出しの順番を外部から入力するアドレスに応じて変更するものである。この場合、アドレスとして、(Y210H〜Y41FH、Y630H〜Y83FH)を入力すると、奇数番目のメモリセルを読み出すフェイズ1から読み出しを行う。これによって奇数番目のメモリセルについても高速読み出しが可能となる。この場合、高速読み出しが可能なのは奇数番目のメモリセルなので、1セクタの半分の記憶容量(1056Byte)までの特定データである。
また、奇数番目のメモリセルの上位ビットに特定データ(Y210H〜Y41FH)の読み出しについて、その読み出し動作を図10に示す。この場合、アドレスとして、(Y210H〜Y41FH)を入力すると、READ1の動作において、奇数番目のメモリセルを読み出すフェイズ1から読み出しを行う。これによって奇数番目のメモリセルの上位ビットについても高速読み出しが可能となり、外部からの入力アドレスやコマンドによってREAD1のフェイズ1の読み出しを行うことで1セクタ分の読み出しの1/6に読み出し時間を短縮することができる。この場合、高速読み出しが可能なのは奇数番目のメモリセルの上位ビットなので、1セクタの1/4の記憶容量(528Byte)までの特定データである。
Embodiment 5 FIG.
The physical allocation of one sector in the nonvolatile semiconductor memory device according to Embodiment 5 of the present invention is the same as the physical allocation of one sector in the nonvolatile semiconductor memory device according to Embodiment 4, and is shown in FIG. . This nonvolatile semiconductor memory device stores specific data (Y210H to Y41FH, Y630H to Y83FH) in the upper bits of odd-numbered memory cells. Normally, phase 1 is read after phase 0 is read, but this nonvolatile semiconductor memory device changes the reading order in accordance with an address input from the outside. In this case, when (Y210H to Y41FH, Y630H to Y83FH) is input as an address, reading is performed from Phase 1 for reading odd-numbered memory cells. This enables high-speed reading even for odd-numbered memory cells. In this case, since it is an odd-numbered memory cell that can be read at high speed, specific data up to a storage capacity (1056 bytes) that is half of one sector.
FIG. 10 shows a read operation for reading specific data (Y210H to Y41FH) to the upper bits of odd-numbered memory cells. In this case, when (Y210H to Y41FH) is input as an address, reading is performed from Phase 1 for reading odd-numbered memory cells in the operation of READ1. This enables high-speed reading of the upper bits of the odd-numbered memory cells, and reading of phase 1 of READ1 by an external input address or command reduces the reading time to 1/6 of reading of one sector. can do. In this case, since high-order reading is possible in the upper bits of the odd-numbered memory cells, specific data up to 1/4 storage capacity (528 bytes) of one sector is obtained.

また、外部から入力するコマンドによって、最初にフェイズ1から読み出しを行ってもよい。
さらに、READ1で確定できる上位ビットに特定データを記憶させてもよい。この場合、高速読み出しが可能なのはREAD1で確定できる上位ビットのみなので、1セクタの半分の記憶容量までの特定データである。
In addition, reading from phase 1 may be performed first by a command input from the outside.
Furthermore, the specific data may be stored in the upper bits that can be determined by READ1. In this case, only high-order bits that can be determined by READ1 can be read at high speed, and therefore, specific data up to half the storage capacity of one sector can be obtained.

実施の形態6.
本発明の実施の形態6に係るデータ記憶システムを図11に示す。このデータ記憶システムには本発明に係る不揮発性半導体記憶装置を用いることができる。具体的には実施の形態1から実施の形態5に係る不揮発性半導体記憶装置のいずれをも用いることができる。このデータ記憶システム20は、3つのフラッシュメモリ21、22、23を備え、これらを制御するためのコントローラ24と、データを一時的に蓄積するバッファ25とエラー訂正を行うエラー訂正回路26からなる。また、このデータ記憶システム20は、コントローラ24がシステム内で使用するため頻繁にアクセスを必要とする管理データを、システムを構成する不揮発性半導体記憶装置の1セクタごとの管理領域に記憶している(図12)。
Embodiment 6 FIG.
A data storage system according to Embodiment 6 of the present invention is shown in FIG. For this data storage system, the nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention can be used. Specifically, any of the nonvolatile semiconductor memory devices according to the first to fifth embodiments can be used. The data storage system 20 includes three flash memories 21, 22, and 23, and includes a controller 24 for controlling them, a buffer 25 that temporarily stores data, and an error correction circuit 26 that performs error correction. In addition, the data storage system 20 stores management data that needs frequent access for use by the controller 24 in the system in a management area for each sector of the nonvolatile semiconductor memory device constituting the system. (FIG. 12).

また、この管理データの格納は、上述の実施の形態1から5に係る不揮発性半導体記憶装置における特定データの格納方法を用いることができる。即ち、一本のワード線に接続されるメモリセルのアレーについて、一つおきのメモリセルごとに管理データを記憶させておき、2回のフェイズに分けて読み出す場合に最初のフェイズで一つおきのメモリセルごとに管理データを読み出してもよい。また、所定のメモリセルの上位ビットごとに管理データを記憶させておき、1回のREAD動作で上位ビットごとに管理データを読み出してもよい。さらに、一つおきのメモリセルごとに、上位ビットごとに管理データを読み出してもよい。   The management data can be stored using the specific data storage method in the nonvolatile semiconductor memory device according to the first to fifth embodiments. That is, for an array of memory cells connected to a single word line, management data is stored for every other memory cell, and every other memory cell is read out in two phases. The management data may be read for each memory cell. Alternatively, management data may be stored for each upper bit of a predetermined memory cell, and the management data may be read for each upper bit in one READ operation. Further, the management data may be read for each upper bit for every other memory cell.

なお、通常の管理領域の大きさ(64Byte)を超えるデータをより高速に扱うためにデータを記憶する物理割付のアドレスを種々変更してもよい。例えば、図13に示すように、コントローラが頻繁に必要とするデータ(#0000〜#041F)を1セクタの偶数番目のメモリセル(フェイズ0に対応)の上位ビット(READ1に対応)に格納することで、読み出し動作においてREAD1のフェイズ0のみを行うことで読み出すことができ、これらのデータを高速に扱うことができる。
さらに、フェイズ0のみの読み出し動作とする場合には、1セクタの半分までのデータ量について、1セクタ全部を読み出す場合の半分の時間に高速化できる。さらに、2ビット記憶の場合、READ1のみで確定できる上位ビットにのみ記憶させる場合には1セクタの1/4までのデータ量について、1セクタ全部を読み出す場合の1/6の時間に高速化できる。このデータ記憶システムとしては、例えば、ICカードとすることができる。
またさらに、本発明に係る不揮発性半導体記憶装置を用いて外部とのデータの入出力を行うシステムとしては、このデータ記憶システムに限られない。この不揮発性半導体装置の他、コントローラ24、バッファ25、エラー訂正回路26等を含む制御部や、さらに、キーボードやポインティングデバイス等の入出力デバイス、画像入出力デバイス、音声入出力デバイス、その他の機器類との接続デバイス等を含んでいてもよい。
In order to handle data exceeding the size of the normal management area (64 bytes) at a higher speed, the physical allocation address for storing data may be variously changed. For example, as shown in FIG. 13, data (# 0000 to # 041F) frequently required by the controller is stored in the upper bits (corresponding to READ1) of even-numbered memory cells (corresponding to phase 0) of one sector. Thus, it is possible to read out by performing only phase 0 of READ1 in the read operation, and it is possible to handle these data at high speed.
Furthermore, when the read operation is performed only in phase 0, the data amount up to half of one sector can be increased to half the time required to read all one sector. Further, in the case of 2-bit storage, when data is stored only in the upper bits that can be determined only by READ1, the data amount up to 1/4 of one sector can be increased to 1/6 of the time required to read out one sector. . As this data storage system, for example, an IC card can be used.
Furthermore, the system for inputting / outputting data to / from the outside using the nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention is not limited to this data storage system. In addition to this non-volatile semiconductor device, a control unit including a controller 24, a buffer 25, an error correction circuit 26, etc., an input / output device such as a keyboard and a pointing device, an image input / output device, an audio input / output device, and other equipment A connection device or the like may be included.

P0 フェイズ0、 P1 フェイズ1、 1 不揮発性半導体記憶装置、 2 メモリセル、 3 ワード線、 4 センスラッチ、 5 Xデコーダ、 6a Yデコーダ/データラッチ1、 6b Yデコーダ/データラッチ2、 7 制御用CPU、 7a ステータスレジスタ、 8 ALL判定回路、 9 コマンドデコーダ、 10 アドレスデコーダ、 11 入出力バッファ、 20 データ記憶システム、 21、22、23 不揮発性半導体記憶装置、 24 コントローラ、 25 バッファ、 26 エラー訂正回路、 27 ホストシステム P0 Phase 0, P1 Phase 1, 1 Nonvolatile semiconductor memory device, 2 Memory cell, 3 Word line, 4 Sense latch, 5 X decoder, 6a Y decoder / data latch 1, 6b Y decoder / data latch 2, 7 For control CPU, 7a Status register, 8 ALL determination circuit, 9 Command decoder, 10 Address decoder, 11 Input / output buffer, 20 Data storage system, 21, 22, 23 Non-volatile semiconductor memory device, 24 Controller, 25 Buffer, 26 Error correction circuit 27 Host system

Claims (6)

不揮発性半導体装置であって、
前記不揮発性半導体装置は、
複数のワード線と、該ワード線に直交する複数のビット線と、前記ワード線と前記ビット線の交点に存在する少なくとも2ビット以上を記憶する2次元配列のメモリセルと、
前記メモリセルに記憶されたデータを読み出す読み出し手段と、
を備え、
前記メモリセルに記憶された2ビット以上のデータの内の1ビットは、1のしきい値電圧での読み出しで、記憶されたデータの論理が確定し、前記メモリセルに記憶された2ビット以上のデータの内の他のビットは、2以上のしきい値電圧での読み出しで、記憶されたデータの論理が確定し、
前記不揮発性半導体装置を制御するコントローラが管理する管理データは、前記1のしきい値電圧での読み出しで、記憶されたデータの論理が確定するメモリセルのビットに記憶され、
前記読み出し手段は、前記1のしきい値電圧での読み出しで、記憶されたデータの論理が確定するメモリセルのビットの管理データを読み出した後に、他のビットのデータを読み出すことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
A non-volatile semiconductor device,
The nonvolatile semiconductor device is
A plurality of word lines, a plurality of bit lines orthogonal to the word lines, and a two-dimensional array of memory cells storing at least two bits present at the intersection of the word lines and the bit lines;
Reading means for reading data stored in the memory cell;
With
One bit of the data of 2 bits or more stored in the memory cell is read at a threshold voltage of 1, the logic of the stored data is determined, and 2 bits or more stored in the memory cell The other bits in the data of the data are read with a threshold voltage of 2 or more, and the logic of the stored data is determined.
The management data managed by the controller that controls the nonvolatile semiconductor device is stored in the bit of the memory cell in which the logic of the stored data is determined by reading at the threshold voltage of 1,
The reading means reads out the management data of the bit of the memory cell in which the logic of the stored data is determined by reading at the threshold voltage of 1, and then reads the data of the other bits. Nonvolatile semiconductor memory device.
前記1のしきい値電圧での読み出しで、記憶されたデータの論理が確定するメモリセルのビットごとに前記管理データを書き込む書き込み手段をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の電気的に書き換え可能な不揮発性半導体記憶装置。   2. The electrical device according to claim 1, further comprising a writing unit that writes the management data for each bit of a memory cell in which logic of stored data is determined by reading at the threshold voltage of 1. A rewritable nonvolatile semiconductor memory device. 不揮発性半導体装置であって、
前記不揮発性半導体装置は、
複数のワード線と、該ワード線に直交する複数のビット線と、前記ワード線と前記ビット線の交点に存在する少なくとも2ビット以上を記憶する2次元配列のメモリセルと、
少なくとも一本の前記ワード線に接続される前記メモリセルのアレーにおいて、(n−1)個(nは2以上の整数)おきのメモリセルごとにデータをn回のフェイズに分けて読み出す読み出し手段と、
を備え、
前記メモリセルに記憶された2ビット以上のデータの内の1ビットは、1のしきい値電圧での読み出しで、記憶されたデータの論理が確定し、前記メモリセルに記憶された2ビット以上のデータの内の他のビットは、2以上のしきい値電圧での読み出しで、記憶されたデータの論理が確定し、
前記不揮発性半導体装置を制御するコントローラが管理する管理データは、前記n回のフェイズの内の最初のフェイズにおいて、前記1のしきい値電圧での読み出しで、記憶されたデータの論理が確定するメモリセルのビットに記憶され、
前記読み出し手段は、前記不揮発性半導体装置を制御するコントローラが管理する管理データを、前記n回のフェイズの内の最初のフェイズにおいて、前記1のしきい値電圧での読み出しで、記憶されたデータの論理が確定するメモリセルのビットの管理データを読み出した後に、他のビットのデータを読み出すことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
A non-volatile semiconductor device,
The nonvolatile semiconductor device is
A plurality of word lines, a plurality of bit lines orthogonal to the word lines, and a two-dimensional array of memory cells storing at least two bits present at the intersection of the word lines and the bit lines;
Read means for reading data divided into n phases for every (n-1) memory cells (n is an integer of 2 or more) in the array of memory cells connected to at least one of the word lines. When,
With
One bit of the data of 2 bits or more stored in the memory cell is read at a threshold voltage of 1, the logic of the stored data is determined, and 2 bits or more stored in the memory cell The other bits in the data of the data are read with a threshold voltage of 2 or more, and the logic of the stored data is determined.
The management data managed by the controller that controls the non-volatile semiconductor device is read at the first threshold voltage in the first phase of the n phases, and the logic of the stored data is determined. Stored in bits of the memory cell,
The reading means stores management data managed by a controller that controls the nonvolatile semiconductor device by reading at the first threshold voltage in the first phase of the n phases. A non-volatile semiconductor memory device, wherein after the management data of the bit of the memory cell in which the logic is determined is read, data of another bit is read.
少なくとも一本の前記ワード線に接続される前記メモリセルのアレーにおいて、(n−1)個(nは2以上の整数)おきのメモリセルごとに、且つ、前記1のしきい値電圧での読み出しで、記憶されたデータの論理が確定する前記メモリセルのビットごとに、前記管理データを書き込む書き込み手段をさらに備えることを特徴とする請求項3に記載の不揮発性半導体記憶装置。   In an array of the memory cells connected to at least one of the word lines, every (n−1) memory cells (n is an integer of 2 or more) and at the threshold voltage of 1 The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 3, further comprising a writing unit that writes the management data for each bit of the memory cell in which a logic of stored data is determined by reading. 前記読み出し手段は、前記不揮発性半導体装置を制御するコントローラが管理する管理データの読み出しを開始するメモリセルを特定するコマンドが外部から入力される場合に、前記コマンドにしたがって、所定のメモリセルから前記管理データを読み出すことを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の不揮発性半導体記憶装置。   When the command for specifying the memory cell for starting the reading of management data managed by the controller that controls the nonvolatile semiconductor device is input from the outside, the reading unit reads the predetermined memory cell from the predetermined memory cell according to the command. The non-volatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein management data is read out. 請求項1から5のいずれか一項に記載の前記不揮発性半導体記憶装置を用いて外部とのデータの入出力を行うことを特徴とするシステム。   6. A system for inputting / outputting data to / from the outside using the nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1.
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