JP2012014820A - Nonvolatile semiconductor memory device and data read method for the nonvolatile semiconductor memory device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、不揮発性半導体メモリ装置及び不揮発性半導体メモリ装置のデータ読み出し方法に関するもので、特に、データ読み出し時の消費電力の改善及び動作不具合の改善に関わる。 The present invention relates to a non-volatile semiconductor memory device and a data reading method of the non-volatile semiconductor memory device, and in particular, relates to improvement of power consumption and operation failure at the time of data reading.
NAND型フラッシュメモリは、フローティングゲートを有するメモリセルを複数個直列に接続し、その両端に選択トランジスタを接続したNANDストリングから構成されている(例えば非特許文献1)。 A NAND flash memory is composed of a NAND string in which a plurality of memory cells having floating gates are connected in series, and selection transistors are connected to both ends thereof (for example, Non-Patent Document 1).
図19は、このようなNAND型フラッシュメモリに配設されるNANDストリングの構成を示す図である。図19において、フローティングゲートを有するメモリセルM1、M2、…、Mnが直列接続され、その両端に選択トランジスタSGD及びSGSが接続される。選択トランジスタSGDのドレインはビット線BLに接続され、選択トランジスタSGSのソースは共通ソース線Vssに接続される。 FIG. 19 is a diagram showing a configuration of a NAND string arranged in such a NAND flash memory. In FIG. 19, memory cells M1, M2,..., Mn having floating gates are connected in series, and selection transistors SGD and SGS are connected to both ends thereof. The drain of the selection transistor SGD is connected to the bit line BL, and the source of the selection transistor SGS is connected to the common source line Vss.
メモリセルM1、M2、…、Mnのゲートは、ワード線WL1、WL2、…、WLnに接続される。選択トランジスタSGDのゲートは、選択信号線SELDに接続される。選択トランジスタSGSのゲートは、選択信号線SELSに接続される。 The gates of the memory cells M1, M2,..., Mn are connected to the word lines WL1, WL2,. The gate of the selection transistor SGD is connected to the selection signal line SELD. The gate of the selection transistor SGS is connected to the selection signal line SELS.
メモリセルM1、M2、…、Mnのスレショルド値Vtは、データ「1」のときには低く、データ「0」のときには高くなる。データ読み出し時には、ビット線BLがプリチャージされ、メモリセルM1、M2、…、Mnのうち、非選択のメモリセルは、全てオンされ、選択メモリセルのゲートには、所定電圧が印加される。また、選択トランジスタSGD及びSGSがオンされる。ここで、選択メモリセルがデータ「1」なら、選択メモリセルはオンし、ビット線BLに電流が流れ、プリチャージされていた電荷が放電される。これにより、ビット線BLの電圧が下降していく。選択メモリセルがデータ「0」なら、選択メモリセルはオフとなり、ビット線BLに電流は流れず、ビット線BLの電圧はハイレベルに維持される。よって、ビット線BLの電圧をセンスすることで、データを読み出すことができる。 The threshold value Vt of the memory cells M1, M2,..., Mn is low when the data is “1” and high when the data is “0”. At the time of data reading, the bit line BL is precharged, and among the memory cells M1, M2,..., Mn, all the unselected memory cells are turned on, and a predetermined voltage is applied to the gate of the selected memory cell. Further, the selection transistors SGD and SGS are turned on. If the selected memory cell is data “1”, the selected memory cell is turned on, a current flows through the bit line BL, and the precharged charge is discharged. As a result, the voltage of the bit line BL decreases. If the selected memory cell is data “0”, the selected memory cell is turned off, no current flows through the bit line BL, and the voltage of the bit line BL is maintained at a high level. Therefore, data can be read by sensing the voltage of the bit line BL.
近年、メモリの大容量化に伴い、ビット線BLの寄生容量は増大傾向にある。上述のように、従来のNAND型フラッシュメモリでは、ビット線BLをプリチャージして、データの読み出しを行っているので、ビット線の容量が増大すると、データを読み出す際の充放電電流も増大し、消費電力が増大する。 In recent years, the parasitic capacitance of the bit line BL tends to increase as the memory capacity increases. As described above, in the conventional NAND flash memory, the bit line BL is precharged and data is read out. Therefore, when the capacity of the bit line increases, the charge / discharge current when reading the data also increases. , Power consumption increases.
また、従来のNAND型フラッシュメモリでは、上述のように、データを読み出し時に、ビット線BLに電流が流れるのは、メモリセルのデータが「1」の場合であり、メモリセルのデータが「0」ならビット線BLに電流は流れていない。このように、データ「1」の場合とデータ「0」の場合とで、ビット線BLに流れる電流にアンバランスがある。このため、従来のNAND型フラッシュメモリでは、「1」のデータが連続するような場合に、消費電力が著しく増大すると共に、ビット線BLの充放電電流が集中し、動作不具合を起こす可能性がある。 In the conventional NAND flash memory, as described above, when data is read, the current flows through the bit line BL when the data in the memory cell is “1” and the data in the memory cell is “0”. ", No current flows through the bit line BL. Thus, the current flowing through the bit line BL is unbalanced between the data “1” and the data “0”. For this reason, in the conventional NAND flash memory, when “1” data is continuous, the power consumption is remarkably increased, and the charge / discharge current of the bit line BL is concentrated, which may cause an operation failure. is there.
なお、従来のNAND型フラッシュメモリでは、出荷時に、全てのメモリセルのデータは「1」に初期化されている。このことから、統計的に、「1」が連続するデータの読み出し頻度は高くなっている。 In the conventional NAND flash memory, data of all memory cells is initialized to “1” at the time of shipment. For this reason, statistically, the frequency of reading data with continuous “1” is high.
上述の課題を鑑み、本発明は、読み出し時にビット線を流れる電流を削減し、消費電力の向上を図ると共に、充放電電流の集中による動作不具合を回避できるようにした不揮発性半導体メモリ装置及び不揮発性半導体メモリ装置のデータ読み出し方法を提供することを目的とする。 In view of the above-described problems, the present invention reduces a current flowing through a bit line at the time of reading, improves power consumption, and avoids a malfunction due to concentration of charge / discharge current and a nonvolatile semiconductor memory device It is an object of the present invention to provide a data reading method for a conductive semiconductor memory device.
上述の課題を解決するために、本発明に係る不揮発性半導体メモリ装置は、上層階層のメインデータ線と上記メインデータ線から分岐された下層階層のビット線とからなるビット線階層構造と、上記ビット線に接続されたメモリセルと、上記メモリセルに記憶されたデータの読み出し時に、上記メインデータ線と上記ビット線とで一方に電流が流れるときには他方に電流が流れないように電流の流れを設定する反転センス回路とを備えることを特徴とする。 In order to solve the above problems, a nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention includes a bit line hierarchical structure including a main data line of an upper layer and a bit line of a lower layer branched from the main data line, When reading data stored in the memory cell connected to the bit line and data stored in the memory cell, the current flow is prevented so that current does not flow in the other when the current flows in one of the main data line and the bit line. And an inverting sense circuit to be set.
本発明に係る不揮発性半導体メモリ装置のデータ読み出し方法は、ビット線の構造を、上層階層のメインデータ線と上記メインデータ線から分岐された下層階層のビット線とからなる階層構造とし、上記下層階層のビット線にメモリセルを接続した不揮発性半導体メモリ装置のデータ読み出し方法であって、データ読み出し時に、上記メインデータ線を流れる電流の位相と上記ビット線を流れる電流の位相とを対にすることを特徴とする。 In the nonvolatile semiconductor memory device data read method according to the present invention, the bit line has a hierarchical structure including a main data line in an upper layer and a bit line in a lower layer branched from the main data line. A method of reading data from a nonvolatile semiconductor memory device in which memory cells are connected to a hierarchical bit line, wherein a phase of a current flowing through the main data line and a phase of a current flowing through the bit line are paired during data reading. It is characterized by that.
本発明によれば、ビット線を階層構造とし、データ読み出し時に、反転センス回路により、上層と下層とで、一方に電流が流れるときに他方に電流が流れないように設定している。これにより、ビット線の寄生容量が減少し、読み出し時の消費電力の低減が図れる。また、データ「1」の場合に充放電する電流と、データ「0」の場合に充放電する電流が平坦化される。これにより、電流のピークが相殺され、電流のばらつきが少なくなる。また、充放電流の集中による電圧降下に伴う誤動作を回避できる。 According to the present invention, the bit line has a hierarchical structure, and when reading data, the inverting sense circuit is set so that current does not flow to the other when the current flows to the upper layer and the lower layer. As a result, the parasitic capacitance of the bit line is reduced, and the power consumption during reading can be reduced. Further, the current that is charged / discharged in the case of data “1” and the current that is charged / discharged in the case of data “0” are flattened. As a result, current peaks are canceled out, and current variations are reduced. In addition, malfunction due to voltage drop due to concentration of charge / discharge current can be avoided.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下において本発明の不揮発性半導体メモリ装置がNAND型フラッシュメモリである場合について説明するが、これに限るものではなく、その他のメモリ(例えばNOR型フラッシュメモリ)についても可能な限り本発明を適用することができ、そのようなものも本発明の範囲に含まれる。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The case where the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention is a NAND flash memory will be described below. However, the present invention is not limited to this, and the present invention is applied to other memories (for example, NOR flash memory) as much as possible. Such can be applied and such are also within the scope of the present invention.
<第1の実施形態>
図1は、本発明の第1の実施形態のNAND型フラッシュメモリの全体構成を示す図である。本発明の第1の実施形態のNAND型フラッシュメモリは、メモリセルアレイ1と、コマンドデコーダ2と、Xデコーダ及びワード線ドライバ3と、Yデコーダ4と、タイミングコントローラ5と、メインラッチ6と、入力/出力コントローラ7とを少なくとも備える。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of a NAND flash memory according to the first embodiment of the present invention. The NAND flash memory according to the first embodiment of the present invention includes a
図1において、メモリセルアレイ1としては、NANDストリング11がマトリクス状に配置されたものが想定される。そして、図2に示すように、同一列方向に配置されたNANDストリング11は、メインデータ線MDLから分岐した同一のビット線BLに接続される。なお、本発明におけるメインデータ線MDL(上層)、ビット線BL(下層)は、従来のビット線を階層化した構造のものである。(図示しない)サブセレクトトランジスタSSELにより、メインデータ線MDL(上層)とビット線BL(下層)との接続が制御される。
In FIG. 1, the
また、同一行に配置されたNANDストリング11中のメモリセルや選択トランジスタ、サブセレクトトランジスタSSELは、共通のワード線WL、選択信号線(選択トランジスタに対応する信号線SELD、SELS、サブセレクトトランジスタSSELに対応する信号線SSel)に接続される。また、メモリセルアレイ1においてメインデータ線MDLとビット線BLとの間に、反転センス回路10が挿入されている。具体的には、反転センス回路10の出力はメインデータ線MDLと接続される。また、反転センス回路10の入力は接続ノードCNと接続される。また、接続ノードCNは、(図示しない)サブセレクトトランジスタSSELを介してビット線BLと接続される。
The memory cells, selection transistors, and sub-select transistors SSEL in the
NANDストリング11、ビット線BL、(図示しない)サブセレクトトランジスタSSEL、接続ノードCN、反転センス回路10により構成されたNANDユニットは、図1に示すように、メインデータ線MDLから複数分岐した態様で配置される。そして、複数のNANDユニットが分岐したメインデータ線MDLは、行方向に複数配置される。
As shown in FIG. 1, the NAND unit including the
コマンドデコーダ2には、チップイネーブル信号/CE、ライトイネーブル信号/WE、リードイネーブル信号/RE等の各種のコマンドが入力される。コマンドデコーダ2は、これらのコマンドをデコードし、各部に出力して各部の制御を行う。
Various commands such as a chip enable signal / CE, a write enable signal / WE, and a read enable signal / RE are input to the
Xデコーダ及びワード線ドライバ3は、ワード線WLや、選択信号線(選択トランジスタに対応する信号線SELD、SELS、サブセレクトトランジスタSSELに対応する信号線SSel)等の行方向における制御線の制御を行う。Xデコーダ及びワード線ドライバ3のうちXデコーダは、例えば読み出し対象メモリセルに対応するワード線WLや選択信号線等を選択する。Xデコーダ及びワード線ドライバ3のうちワード線ドライバはその選択に対応するワード線WLや選択信号線等に読み出し時の選択時及び非選択時のワード線電圧を供給する。 The X decoder and word line driver 3 controls the control lines in the row direction such as word lines WL and selection signal lines (signal lines SELD and SELS corresponding to selection transistors, signal lines SSEL corresponding to sub-select transistors SSEL). Do. Among the X decoder and the word line driver 3, the X decoder selects, for example, a word line WL or a selection signal line corresponding to the memory cell to be read. Among the X decoder and the word line driver 3, the word line driver supplies the word line voltage corresponding to the selection to the word line WL at the time of selection and the word line voltage at the time of non-selection to the selection signal line.
Yデコーダ4は、メインデータ線MDL等の列方向における制御線の制御を行う。データ読み出し時には、例えばYデコーダ4が選択したメインデータ線MDL、ビット線BLが(図示しない)プリチャージ回路によりプリチャージされ、上記Xデコーダ及びワード線ドライバ3により選択されたメモリセルのデータが読み出される。なお、上記プリチャージを行うプリチャージ回路は、Yデコーダ4に含ませてもよいし、例えば反転回路10に含ませてもよい。タイミングコントローラ5は、反転センス回路10のイネーブル信号SLEを含む各種のタイミング信号を生成して出力する。このタイミング信号は、例えばコマンドデコーダ2でデコードされたコマンドに基づいて生成される。
The Y decoder 4 controls the control lines in the column direction such as the main data line MDL. At the time of data reading, for example, the main data line MDL and the bit line BL selected by the Y decoder 4 are precharged by a precharge circuit (not shown), and the data of the memory cell selected by the X decoder and the word line driver 3 are read out. It is. The precharge circuit that performs the precharge may be included in the Y decoder 4 or may be included in the inverting
メインラッチ6は、メモリセルアレイ1からデータを読み出す場合に、メインデータ線MDLを通じて出力される読み出しデータをセンスする。入力/出力コントローラ7は、外部とのデータの入力/出力を行う。
The
図2は、本発明の第1の実施形態におけるメモリセルアレイ1の構成を説明する図である。図2に示すように、本発明の第1の実施形態のNAND型フラッシュメモリにおけるメモリセルアレイ1は、メインデータ線MDLからビット線BLが分岐された階層構造となっている。分岐されるビット線BLは、図2に示すように複数あってもよい。そして、上層のメインデータ線MDLと下層のビット線BLとは、反転センス回路10を介して接続される。具体的には、反転センス回路10の出力はメインデータ線MDLに接続される。また、反転センス回路10の入力は接続ノードCNに接続される。また、接続ノードCNは、図2に示すように、サブセレクトトランジスタSSEL0、SSEL1を介してビット線BLに接続される。
FIG. 2 is a diagram for explaining the configuration of the
反転センス回路10は、データの読み出し時に、ビット線BLのデータをセンスすると共に、上層側のメインデータ線MDLと下層側のビット線BLとの間で、一方に電流が流れると他方に電流が流れないように電流の流れを設定する。すなわち、反転センス回路10は、ビット線BLにおける電流状態を反転させてメインデータ線MDLにおける電流状態をその反転させた状態にするものである。なお、本発明において反転とは、電流が流れる場合は電流が流れない状態にし、電流が流れない場合は電流が流れる状態にすることを言うものとする。なお、本発明において電流が流れない状態とは、若干のリーク電流が流れたとしても電流が流れない状態と看做す。すなわち、ビット線BLとメインデータ線MDLの間で対になる状態を作り出せれば、本発明においては反転させたと言える。この場合、メインデータ線MDLとビット線BLとで一方に電流が流れるときには他方に電流が流れないように電流の流れを設定できたと言える。また、メインデータ線MDLを流れる電流の位相とビット線BLを流れる電流の位相とを対にしたと言える。
The
また、本発明において反転とは、電圧レベルがハイレベルの場合はローレベルの電圧レベルにし、電圧レベルがローレベルの場合はハイレベルの電圧レベルにすることをも言うものとする。そして、上記電圧レベルのハイレベル、ローレベルも完全な意味で、電圧レベルがハイレベル、ローレベルでなくてはいけないものではなく、対になる状態としてセンスできればよい。この場合、完全な意味で、電圧レベルがハイレベル、ローレベルでないようなものをもハイレベル、ローレベルとして許容してセンス可能な構成のメインラッチ6や反転回路10を用いればよい。以上のような場合も、メインデータ線MDLとビット線BLとで一方に電流が流れるときには他方に電流が流れないように電流の流れを設定できたと言える。また、メインデータ線MDLを流れる電流の位相とビット線BLを流れる電流の位相とを対にしたと言える。
Further, in the present invention, inversion means that the voltage level is low when the voltage level is high, and the high voltage level when the voltage level is low. In addition, the high level and low level of the voltage level are also in a complete sense, and the voltage level does not have to be high level and low level, but may be sensed as a paired state. In this case, in a complete sense, the
NANDストリング11は、フローティングゲートを有するメモリセルM1、…、Mnを直列に接続し、その両端に選択トランジスタSGD及びSGSを接続して構成されている。このようなNANDストリング11が、メモリセルアレイ1においてマトリクス状に配置されている。そして、同一列方向に配置された各NANDストリング11における選択トランジスタSGDのドレインを同一のビット線BLと接続させることにより、同一列方向に配置された各NANDストリング11とそのビット線BLとは接続される。一方、同一列方向に配置された各NANDストリング11における選択トランジスタSGSのソースは、例えば接地電圧ラインVssに接続する。
The
また、同一行に配置された各メモリセルM1、…、Mnのゲートは、それぞれ共通のワード線WL(ワード線WL1、…、WLn)に接続されている。また、同一行に配置された選択トランジスタSGD及びSGSのゲートは、それぞれ共通の選択信号線SELD、SELSに接続されている。サブセレクトトランジスタSSEL0、SSEL1は、それぞれ接続されたビット線BLとメインデータ線MDLとを接続/遮断させる接続制御トランジスタである。サブセレクトトランジスタSSEL0、SSEL1にいずれかをオンさせることにより、接続ノードCN及び反転回路10を介して対応するビット線BLとメインデータ線MDLとを接続させる。図2においては図示されていないが、同一行に配置されたサブセレクトトランジスタSSELのゲートも上記と同様に共通の選択信号線SSel(選択信号線SSel0、SSel1)に接続されている。
Further, the gates of the memory cells M1,..., Mn arranged in the same row are connected to a common word line WL (word lines WL1,..., WLn), respectively. The gates of the selection transistors SGD and SGS arranged in the same row are connected to the common selection signal lines SELD and SELS, respectively. The sub-select transistors SSEL0 and SSEL1 are connection control transistors that connect / disconnect the bit line BL and the main data line MDL, which are connected to each other. By turning on one of the sub-select transistors SSEL0 and SSEL1, the corresponding bit line BL and the main data line MDL are connected via the connection node CN and the inverting
以上のようなメインデータ線MDLから分岐した2つのビット線BL、2つのビット線BLに接続された複数のNANDストリング11、接続ノードCN、反転センス回路10の構成を一つのNANDユニットとして、図2に示すように1つのメインデータ線MDLに多数設けることができる。なお、NANDユニットは、上記のような構成に限るものではない。NANDユニットは、1つのビット線BL、1つのビット線BLに対応する複数のNANDストリング11、接続ノードCN、反転センス回路10により構成させてもよいし、3つ以上のビット線BL、3つ以上のビット線BLに対応する複数のNANDストリング11、接続ノードCN、反転センス回路10により構成させてもよい。本発明の第1の実施形態のNAND型フラッシュメモリにおけるメモリセルアレイ1は、複数のメインデータ線MDLが行方向に複数並んでおり、各メインデータ線MDLに対して、NANDユニットが設けられた構成になっている。
The configuration of the two bit lines BL branched from the main data line MDL as described above, the plurality of NAND strings 11 connected to the two bit lines BL, the connection node CN, and the inverting
なお、図1に示すように、メインラッチ6のイネーブル信号MLE、反転センス回路10のイネーブル信号SLE、サブセレクトトランジスタSSELのセレクト信号は、タイミングコントローラ5から供給されるが、これに限るものではなく、その他の部分から供給されてもよい。
As shown in FIG. 1, the enable signal MLE of the
図3は、本発明の第1の実施形態におけるメインラッチ6の構成を示す図である。メインラッチ6は、図3に示すように、データをセンスするインバータ31及び32とからなるラッチ回路と、メインデータ線MDLからデータを取り込むMOSトランジスタ33とから構成される。なお、上記インバータ31及び32は、互いの出力が互いに入力されるようにして接続されている。
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of the
MOSトランジスタ33のゲートには、タイミングコントローラ5からイネーブル信号MLEが供給される。タイミングコントローラ5からイネーブル信号MLEが供給されると、MOSトランジスタ33はオンする。そして、メインデータ線MDLからのデータはラッチ回路でセンス・ラッチされる。インバータ31で反転されたデータがデータDATABとして、入力/出力コントローラ7へ出力される。
The enable signal MLE is supplied from the timing controller 5 to the gate of the
図4は、本発明の第1の実施形態における反転センス回路10の構成を示す図である。反転センス回路10は、図4に示すように、データをセンスするインバータ51及び52とからなるラッチ回路と、このラッチ回路をリセットするPチャネルMOSトランジスタ53と、ラッチ回路のイネーブルを制御するNチャネルMOSトランジスタ54と、ビット線BLの電圧レベルに応じた信号を出力するMOSトランジスタ55とから構成される。
FIG. 4 is a diagram showing a configuration of the inverting
また、上記ラッチ回路にラッチされたデータのメインデータ線MDLへの出力を制御するMOSトランジスタ57が設けられる。MOSトランジスタ53、54並びに57のゲートには、イネーブル信号SLEが供給される。また、ビット線BLには、(図示しない)プリチャージ電源ラインに接続されたプリチャージ用のPチャネルMOSトランジスタ56が接続される。このプリチャージ用のPチャネルMOSトランジスタ56を通じてビット線BLは、プリチャージされる。プリチャージ電源ラインに接続されたプリチャージ用のPチャネルMOSトランジスタ56を用いれば、データ読み出しに関係のないビット線BLをプリチャージせずに済むため、プリチャージに伴う消費電流を低減させることができる。
A MOS transistor 57 is provided for controlling the output of data latched by the latch circuit to the main data line MDL. The enable signal SLE is supplied to the gates of the
図5及び図6は、本発明の第1の実施形態のNAND型フラッシュメモリのデータ読み出し時のタイミング波形を示す図である。 5 and 6 are diagrams showing timing waveforms at the time of data reading of the NAND flash memory according to the first embodiment of the present invention.
図5は、データ「1」を読み出す場合を示している。図5(B)に示すように、データの読み出しを開始するときには、ビット線BLはプリチャージされ、ビット線BLの電圧はハイレベルにある。同様に、図5(D)に示すように、メインデータ線MDLはプリチャージされ、メインデータ線MDLの電圧はハイレベルにある。その後、図5(A)に示すように、選択メモリセルのワード線WLに所定電圧が印加される。このとき、選択メモリセルのデータが「1」の場合には、メモリセルのスレショルド値Vtが低いので、選択メモリセルがオンし、図5(B)に示すように、ビット線BLに電流が流れ、ビット線BLの電圧が下降していく。 FIG. 5 shows a case where data “1” is read. As shown in FIG. 5B, when data reading is started, the bit line BL is precharged and the voltage of the bit line BL is at a high level. Similarly, as shown in FIG. 5D, the main data line MDL is precharged, and the voltage of the main data line MDL is at a high level. Thereafter, as shown in FIG. 5A, a predetermined voltage is applied to the word line WL of the selected memory cell. At this time, when the data in the selected memory cell is “1”, the threshold value Vt of the memory cell is low, so that the selected memory cell is turned on, and as shown in FIG. As a result, the voltage of the bit line BL decreases.
図4における反転センス回路10では、イネーブル信号SLEがローレベルのときには、PチャネルMOSトランジスタ53がオンし、インバータ51及び52からなるラッチ回路がリセットされる。そして、イネーブル信号SLE(図5(C))がハイレベルになると、MOSトランジスタ54がオンし、ビット線BLの電圧レベルがMOSトランジスタ54を介してインバータ51及び52からなるラッチ回路でセンスされる。
In the inverting
ここで、選択メモリセルのデータが「1」の場合には、ビット線BLに電流が流れ、MOSトランジスタ55のゲート電圧が下降し、MOSトランジスタ55はオフする。このため、イネーブル信号SLEによりMOSトランジスタ54がオンすると、インバータ51及び52からなるラッチ回路には、MOSトランジスタ54を介してハイレベル信号が供給され、このハイレベル信号がインバータ51及び52でセンスされる。そして、センスされたハイレベル信号は、MOSトランジスタ57を介して、メインデータ線MDLに出力される。このため、ビット線BLに電流が流れ、ビット線BLの電圧レベルが下降するときには、図5(D)に示すように、メインデータ線MDLは、ハイレベルに維持される。なお、反転センス回路10がない場合、メインデータ線MDLは、図5(D)の点線のようにビット線BLに電流が流れ、ビット線BLの電圧レベルが下降すると、メインデータ線MDLも同様に、電流が流れ、電圧レベルが下降する。
Here, when the data in the selected memory cell is “1”, a current flows through the bit line BL, the gate voltage of the
図3におけるメインラッチ6では、イネーブル信号MLEがハイレベルになると(図5(E))、メインデータ線MDLの状態(ハイレベル)がMOSトランジスタ33に入力され、インバータ31及び32からなるラッチ回路でセンスされる。入力/出力コントローラ7へ出力されるデータDATABは、インバータ31によりメインデータ線MDLの状態をさらに反転させたデータである。これにより、図5(F)に示すように、入力/出力コントローラ7を介して外部に出力されるデータDATABがローレベルに確定する。
In the
図6は、データ「0」を読み出す場合を示している。データの読み出しを開始するときには、図6(B)に示すように、ビット線BLはプリチャージされ、ビット線BLの電圧はハイレベルにある。同様に、図6(D)に示すように、メインデータ線MDLはプリチャージされ、メインデータ線MDLの電圧はハイレベルにある。その後、図6(A)に示すように、選択メモリセルのワード線WLに所定電圧が印加される。このとき、選択メモリセルのデータが「0」の場合には、メモリセルのスレショルド値Vtが高いので、選択メモリセルはオフし、図6(B)に示すように、ビット線BLの電圧はハイレベルに維持される。 FIG. 6 shows a case where data “0” is read. When data reading is started, as shown in FIG. 6B, the bit line BL is precharged and the voltage of the bit line BL is at a high level. Similarly, as shown in FIG. 6D, the main data line MDL is precharged, and the voltage of the main data line MDL is at a high level. Thereafter, as shown in FIG. 6A, a predetermined voltage is applied to the word line WL of the selected memory cell. At this time, when the data of the selected memory cell is “0”, the threshold value Vt of the memory cell is high, so the selected memory cell is turned off, and the voltage of the bit line BL is as shown in FIG. Maintained at a high level.
図4における反転センス回路10では、イネーブル信号SLEがローレベルのときには、PチャネルMOSトランジスタ53がオンし、インバータ51及び52からなるラッチ回路がリセットされる。そして、イネーブル信号SLE(図6(C))がハイレベルになると、MOSトランジスタ54がオンし、ビット線BLの電圧レベルがMOSトランジスタ54を介してインバータ51及び52からなるラッチ回路でセンスされる。
In the inverting
ここで、選択メモリセルのデータが「0」の場合には、選択メモリセルはオフし、ビット線BLがハイレベルに維持されるので、MOSトランジスタ55はオンとなる。このため、イネーブル信号SLEによりMOSトランジスタ54がオンすると、インバータ51及び52からなるラッチ回路には、MOSトランジスタ54を介してローレベル信号が供給され、このローレベル信号がインバータ51及び52でセンスされる。そして、センスされたローレベル信号は、MOSトランジスタ57を介して、メインデータ線MDLに出力される。このため、ビット線BLに電流が流れず、ビット線BLの電圧レベルが維持されるときには、図6(D)に示すように、メインデータ線MDLは、ローレベルになる。なお、反転センス回路10がない場合、メインデータ線MDLは、図6(D)の点線のようにビット線BLに電流が流れず、ビット線BLの電圧レベルが維持されると、メインデータ線MDLも同様に、電流が流れず、電圧レベルが維持される。
Here, when the data of the selected memory cell is “0”, the selected memory cell is turned off and the bit line BL is maintained at the high level, so that the
図3におけるメインラッチ6では、イネーブル信号MLEがハイレベルになると(図6(E))、メインデータ線MDLの状態(ローレベル)がMOSトランジスタ33に入力され、インバータ31及び32からなるラッチ回路でセンスされる。入力/出力コントローラ7へ出力されるデータDATABは、インバータ31によりメインデータ線MDLの状態をさらに反転させたデータである。これにより、図6(F)に示すように、データDATABがハイレベルに確定する。
In the
図5及び図6の説明から明らかなように、本発明の第1の実施形態のNAND型フラッシュメモリにおいては、反転回路10において反転させた読み出しデータをメインラッチ6においてさらに再反転させて元の読み出しデータに戻して出力させている。なお、上記再反転を行う再反転手段は、メインラッチ6におけるラッチ回路のインバータ31に限るものではなく、その他の位置にインバータ31に相当する構成を設けてもよい。すなわち、上記再反転を行うことのできるあらゆる構成を本発明は含む。
As is apparent from the description of FIGS. 5 and 6, in the NAND flash memory according to the first embodiment of the present invention, the read data inverted in the inverting
このように、本発明の第1の実施形態では、ビット線の構造を、上層階層(メインデータ線MDL)と下層階層(ビット線BL)とからなる階層構造とするようにしている。これにより、ビット線BLの寄生容量が削減され、消費電力の低減が図れる。 As described above, in the first embodiment of the present invention, the bit line structure is a hierarchical structure including the upper layer (main data line MDL) and the lower layer (bit line BL). Thereby, the parasitic capacitance of the bit line BL is reduced, and the power consumption can be reduced.
さらに、本発明の第1の実施形態では、図5及び図6に示したように、反転センス回路10により、上層階層(メインデータ線MDL)と、下層階層(ビット線BL)のうち、一方に電流が流れるときに他方に電流が流れないように設定している。つまり、データ「1」を読み出す場合、図5(B)に示したように、ビット線BLに電流が流れ、ビット線BLの電圧レベルが下降する。一方、データ「1」を読み出す場合、図5(D)に示すように、メインデータ線MDLには電流は流れず、メインデータ線MDLの電圧レベルはハイレベルに維持される。また、データ「0」を読み出す場合、図6(B)に示したように、ビット線BLには電流は流れず、ビット線BLの電圧レベルはハイレベルに維持される。一方、データ「0」を読み出す場合、図6(D)に示すように、メインデータ線MDLに電流が流れ、メインデータ線MDLの電圧レベルが下降していく。
Furthermore, in the first embodiment of the present invention, as shown in FIGS. 5 and 6, one of the upper layer (main data line MDL) and the lower layer (bit line BL) is detected by the inverting
本発明の第1の実施形態では、このように、上層階層(メインデータ線MDL)と下層階層(ビット線BL)のうち、一方に電流が流れるときに他方に電流が流れないようにしているので、階層間で充放電電流を平坦化し、消費電力の低減を図ると共に、充放電電流の集中による動作不具合を回避できる。 In the first embodiment of the present invention, as described above, when current flows in one of the upper layer (main data line MDL) and the lower layer (bit line BL), no current flows in the other. Therefore, it is possible to flatten the charge / discharge current between the hierarchies to reduce power consumption, and to avoid an operation failure due to concentration of the charge / discharge current.
次に、本発明の第1の実施形態のNAND型フラッシュメモリにおける読み出し時の充放電電流について、図7を参照しながら考察する。 Next, the charge / discharge current at the time of reading in the NAND flash memory according to the first embodiment of the present invention will be considered with reference to FIG.
従来のNAND型メモリでは、図7(A)に示すように、メインラッチ6からビット線BLを延出し、このビット線BLに、NANDストリングを接続している。図7(A)の例では、1つのビット線BLに2048個のNANDストリングが接続されている。
In the conventional NAND type memory, as shown in FIG. 7A, a bit line BL is extended from the
図7(B)〜図7(D)は、本発明の第1の実施形態のNAND型フラッシュメモリにおいてこれと同等のものを構成した例である。この構成では、図7(D)に示すように、メインラッチ6からメインデータ線MDLが延出され、図7(C)及び図7(B)に示すように、メインデータ線MDLから、複数のビット線BLが分岐され、メインデータ線MDLと各ビット線BLとの間のそれぞれに、複数の反転センス回路10が設けられる。
FIG. 7B to FIG. 7D are examples in which the NAND type flash memory according to the first embodiment of the present invention is configured equivalently. In this configuration, as shown in FIG. 7D, the main data line MDL is extended from the
この例では、メインデータ線MDLは4つのエリアに分離され、各エリアで、メインデータ線MDLから8本のビット線BLが分岐される。そして、その8本のビット線BLは、上方向と下方向に向かってそれぞれ互いに入れ子になるよう分岐される。その各ビット線BLには、図7(B)に示すように64個のNANDストリングが接続される。このような構成とすることで、(64×8×4=2048)となり、図7(A)に示した構成と同等となる。 In this example, the main data line MDL is divided into four areas, and eight bit lines BL are branched from the main data line MDL in each area. The eight bit lines BL are branched so as to be nested in the upward and downward directions, respectively. As shown in FIG. 7B, 64 NAND strings are connected to each bit line BL. By adopting such a configuration, (64 × 8 × 4 = 2048) is obtained, which is equivalent to the configuration shown in FIG.
このような構成では、図7(B)に示すように、1つのビット線BLは、64個のNANDストリングを有する。これに対して、従来では、図7(A)に示すように、1つのビット線BLは、2048個のNANDストリングを有する。よって、従来の構成に比べて、下位のビット線BLの長さは(64/2048=1/32)と短くすることが可能となり、寄生する容量もこれに応じて小さくなる。 In such a configuration, as shown in FIG. 7B, one bit line BL has 64 NAND strings. On the other hand, conventionally, as shown in FIG. 7A, one bit line BL has 2048 NAND strings. Therefore, compared to the conventional configuration, the length of the lower bit line BL can be shortened to (64/2048 = 1/32), and the parasitic capacitance is reduced accordingly.
上位のメインデータ線MDLは従来のビット線BLと同等の配線長となるが、従来の構成ではジャンクション数が2048であるのに対して、本発明の第1の実施形態では、メインデータ線MDLでのジャンクション数は36となり、ジャンクションの数が(36/2048≒1/57)となり、同様にジャンクションの寄生容量を小さくすることができる。 The upper main data line MDL has a wiring length equivalent to that of the conventional bit line BL. In the conventional configuration, the number of junctions is 2048, whereas in the first embodiment of the present invention, the main data line MDL. The number of junctions is 36, and the number of junctions is (36 / 2048≈1 / 57). Similarly, the parasitic capacitance of the junction can be reduced.
本発明の第1の実施形態においては、反転センス回路10により、ビット線BLとメインデータ線MDLとのうち、一方に電流が流れるときに他方に電流が流れないように電流が設定されるが、この反転センス回路10の前後での寄生容量を比較する。反転センス回路10からビット線BL側では、ジャンクションの数は64であり、反転センス回路10からメインデータ線MDL側では、ジャンクションの数は36である。よって、反転センス回路10の前後の寄生容量の比は、ジャンクションの寄生容量について考察した場合には、(64:36=1.8:1)である。また、反転センス回路10の前後で配線容量を比較すると(1:32)である。このことから、反転センス回路10の前後での寄生容量の比は、(1.8:1)(ジャンクション容量が支配的)から(1:32)(配線容量が支配的)の間で表される。
In the first embodiment of the present invention, the
従来のビット線BLの相対寄生容量、ビット線BLの相対ジャンクション容量ともに32Cと定義すると、反転センス回路10からビット線BL側の相対寄生容量は、ビット線BLの相対ジャンクション容量(32C/32)と、ビット線BLの相対配線容量(32C/32)との和になる。すなわち、反転センス回路10からビット線BL側の相対寄生容量は、
(32C/32)+(32C/32)=2C
となる。
If the relative parasitic capacitance of the conventional bit line BL and the relative junction capacitance of the bit line BL are both defined as 32C, the relative parasitic capacitance on the bit line BL side from the
(32C / 32) + (32C / 32) = 2C
It becomes.
反転センス回路10からメインデータ線MDL側の相対寄生容量は、メインデータ線MDLの相対ジャンクション容量(32C/57)と、メインデータ線MDLの相対配線容量(32C/4)との和になる。よって、反転センス回路10からメインデータ線MDL側の相対寄生容量は、
(32C/57)+(32C/4)=8.5625C
となる。なお、メインデータ線MDLの相対配線容量を1/4にしているのは、従来のビット線BLの1/4のピッチで配置できるため、配線容量も1/4相当であるからである。以上の結果から、本発明の第1の実施形態のNAND型フラッシュメモリにおけるビット線BLとメインデータ線MDLとの寄生容量の比は、(1:4)と考えることができる。
The relative parasitic capacitance on the main data line MDL side from the inverting
(32C / 57) + (32C / 4) = 8.5625C
It becomes. The reason why the relative wiring capacity of the main data line MDL is ¼ is that the wiring capacity is equivalent to ¼ because the main data line MDL can be arranged at a pitch of ¼ of the conventional bit line BL. From the above results, the parasitic capacitance ratio between the bit line BL and the main data line MDL in the NAND flash memory according to the first embodiment of the present invention can be considered as (1: 4).
次に、NAND型フラッシュメモリの読み出し動作時に伴う充放電電流について、従来の構成と本発明の第1の実施形態の構成とで比較する。ここでは、図8〜図11に示す構成について比較する。 Next, the charge / discharge current accompanying the read operation of the NAND flash memory is compared between the conventional configuration and the configuration of the first embodiment of the present invention. Here, the configurations shown in FIGS. 8 to 11 will be compared.
図8は、ビット線BLにNANDストリングを接続した従来の構成である。図9は、ビット線BLにNANDストリングを接続した従来の構成でデータ「0」の場合にディスチャージを行わない場合の構成である。図10は、上層のメインデータ線MDLと下層のビット線BLとに階層構造とした構成である。図11は、上層のメインデータ線MDLと下層のビット線BLとに階層構造とすると共に上層と下層とで一方に電流が流れるときに他方に電流が流れないようにした場合の構成である。 FIG. 8 shows a conventional configuration in which a NAND string is connected to the bit line BL. FIG. 9 shows a configuration in which no discharge is performed in the case of data “0” in the conventional configuration in which a NAND string is connected to the bit line BL. FIG. 10 shows a structure in which the upper layer main data line MDL and the lower layer bit line BL have a hierarchical structure. FIG. 11 shows a configuration in which the upper main data line MDL and the lower bit line BL have a hierarchical structure, and when current flows in one of the upper layer and the lower layer, no current flows in the other.
なお、以下の説明では、従来のビット線BLの寄生容量を32Cとした相対容量で説明する。また、ビット線BLとメインデータ線MDLとの寄生容量の比は、前述したように、(1:4)とする。 In the following description, the relative capacitance with the parasitic capacitance of the conventional bit line BL being 32C will be described. The ratio of the parasitic capacitance between the bit line BL and the main data line MDL is (1: 4) as described above.
図8(A)に示すように、ビット線BLにNANDストリングを接続した従来の構成の場合、ビット線BLの相対寄生容量を32Cとすると、図8(B)に示すように、データ「1」の場合には相対寄生容量32Cに相当する電荷を充放電し、また、データ「0」の場合には、相対寄生容量32Cに相当する電荷を充放電することになる。よって、図8(C)に示すように、データがオール「1」の場合には、読み出し時に、相対寄生容量32Cに相当する電荷量の電流が流れ、また、データがオール「0」の場合に、相対寄生容量32Cに相当する電荷量の電流が流れ、「1」のデータと「0」のデータが平均する場合も、相対寄生容量32Cに相当する電荷量の電流が流れることになる。
As shown in FIG. 8A, in the case of the conventional configuration in which a NAND string is connected to the bit line BL, when the relative parasitic capacitance of the bit line BL is 32C, as shown in FIG. ", The charge corresponding to the relative
図9(A)に示すように、データ「0」でディスチャージを行わない構成とすると、図9(B)に示すように、データ「1」の場合には相対寄生容量32Cに相当する電荷を充放電し、データ「0」の場合には、充放電は行われない。よって、図9(C)に示すように、データがオール「1」の場合には、読み出し時に、相対寄生容量32Cに相当する電荷量の電流が流れる。また、図9(C)に示すように、データがオール「0」の場合には電流は流れず、「1」のデータと「0」のデータが平均(イーブン)する場合には、相対寄生容量16Cに相当する電荷量の電流が流れることになる。
As shown in FIG. 9A, when the discharge is not performed with the data “0”, as shown in FIG. 9B, the charge corresponding to the relative
図10(A)に示すように、ビット線の階層構造とした場合には(データ「0」でディスチャージを行わない構成とする)と、図10(B)に示すように、データ「1」の場合には、ビット線BLの寄生容量(1C)とメインデータ線MDLの寄生容量(4C)との合計で5Cに相当する電荷を充放電することになり、データ「0」の場合には、充放電は行われない。よって、図10(C)に示すように、データがオール「1」の場合には、読み出し時に、相対寄生容量5Cに相当する電荷量の電流が流れ、また、データがオール「0」の場合には電流は流れず、「1」のデータと「0」のデータが平均する場合には、相対寄生容量2.5Cに相当する電荷量の電流が流れることになる。
As shown in FIG. 10A, when the bit line has a hierarchical structure (a configuration in which no discharge is performed with data “0”), as shown in FIG. 10B, data “1”. In this case, the charge corresponding to 5C in total is added to the parasitic capacitance (1C) of the bit line BL and the parasitic capacitance (4C) of the main data line MDL, and in the case of data “0”. Charging / discharging is not performed. Therefore, as shown in FIG. 10C, when the data is all “1”, a current of a charge amount corresponding to the relative
図11(A)に示すように、ビット線を階層構造とし、さらに、反転センス回路10により、上層と下層とで一方に電流が流れるときに他方に電流が流れないようにした場合には、図11(B)に示すように、データ「1」の場合には、読み出し時に、ビット線BLで相対寄生容量1Cに相当する電荷が充放電され、メインデータ線MDLでは充放電は行われない。データ「0」の場合には、読み出し時に、メインデータ線MDLで相対寄生容量4Cに相当する電荷が充放電され、ビット線BLでは充放電は行われない。よって、図11(C)に示すように、データがオール「1」の場合には、読み出し時に、相対寄生容量1Cに相当する電荷量の電流が流れ、データがオール「0」の場合には相対寄生容量4Cに相当する電荷量の電流が流れる。また、「1」のデータと「0」のデータが平均する場合には、相対寄生容量2.5Cに相当する電荷量の電流が流れることになる。
As shown in FIG. 11A, when the bit line has a hierarchical structure, and when the
図8〜図11に示す結果を比較すると、ビット線の階層構造とすると(図10)、従来の構成(図8及び図9)と比較して、読み出し時の寄生容量が著しく減少することがわかる。したがって、ビット線を、上層のメインデータ線MDLと下層のビット線BLとに階層構造とすると、読み出し時の消費電力の低減が図れる。 Comparing the results shown in FIGS. 8 to 11, when the bit line has a hierarchical structure (FIG. 10), the parasitic capacitance at the time of reading is significantly reduced as compared with the conventional configuration (FIGS. 8 and 9). Recognize. Therefore, if the bit line has a hierarchical structure of the upper layer main data line MDL and the lower layer bit line BL, the power consumption at the time of reading can be reduced.
さらに、図11に示したように、上層と下層とで一方に電流が流れるときに他方に電流が流れないようにした場合には、データ「1」の場合に充放電する寄生容量と、データ「0」の場合に充放電する寄生容量が平坦化される。これにより、電流のピークが相殺され、ピーク電流のばらつきが少なくなる。このため、充放電電流による電圧降下に伴う誤動作を回避できる。また、ビット線を階層構造のみとした場合と(図10)、さらに上層と下層とで一方に電流が流れるときに他方に電流が流れないようにした場合(図11)とを比較すると、オール「1」の場合の充放電電流が減少する。NAND型フラッシュメモリでは、データが「1」となる頻度は高いことから、オール「1」の場合の充放電電流の減少は、全体的な消費電力の低減につながる。 Further, as shown in FIG. 11, when current flows in one of the upper layer and the lower layer and no current flows in the other, the parasitic capacitance that is charged / discharged in the case of data “1” and the data In the case of “0”, the parasitic capacitance charged and discharged is flattened. Thereby, the peak of the current is canceled out, and the variation of the peak current is reduced. For this reason, the malfunction accompanying the voltage drop by charging / discharging current can be avoided. Further, comparing the case where the bit line has only a hierarchical structure (FIG. 10) and the case where the current does not flow to the other when the current flows to the upper layer and the lower layer (FIG. 11), all In the case of “1”, the charge / discharge current decreases. In the NAND flash memory, since the frequency of data being “1” is high, a decrease in charge / discharge current in the case of all “1” leads to a reduction in overall power consumption.
<第2の実施形態>
図12は、本発明の第2の実施形態を示すものである。この実施形態は、前述の第1の実施形態と同様に、メインデータ線MDLからビット線BLを分岐して階層構造とし、メインデータ線MDLとビット線BLとの間のそれぞれに反転センス回路10を挿入している。この第2の実施形態では、さらに、メインデータ線MDLでの振幅とビット線BLでの振幅を変えるようにしている。
<Second Embodiment>
FIG. 12 shows a second embodiment of the present invention. In this embodiment, like the first embodiment described above, the bit line BL is branched from the main data line MDL to form a hierarchical structure, and the
すなわち、本発明の第2の実施形態では、図12(A)に示すように、ビット線BLは、ハイレベルが1.5V、ローレベルが0Vの振幅(Δ1.5V)で動作し、メインデータ線MDLは、ハイレベルが0.5V、ローレベルが0Vの振幅(Δ0.5V)で動作し、ビット線BLでの振幅に対して、メインデータ線MDLでの振幅を小振幅としている。このように、ビット線BLでの振幅に対して、メインデータ線MDLでの振幅を小振幅にするために、この実施形態では、図12(B)に示すように、反転センス回路10において、プルアップ手段により、ビット線BLを1.5Vにプリチャージして読み出しを行い、ワード線WL選択により遷移したビット線BLの状態を、反転センス回路10に用意した0.5V系のラッチ回路(インバータ51及び52)でラッチすることで、メインデータ線MDLの振幅を0.5Vとしている。すなわち、ビット線BLの状態を取り込む回路を1.5V系で駆動させ、ラッチ回路を0.5V系で駆動させることにより、電圧レベルの振幅を変換させている。
That is, in the second embodiment of the present invention, as shown in FIG. 12A, the bit line BL operates with an amplitude (Δ1.5V) in which the high level is 1.5V and the low level is 0V. The data line MDL operates with an amplitude (Δ0.5V) in which the high level is 0.5V and the low level is 0V, and the amplitude in the main data line MDL is smaller than the amplitude in the bit line BL. Thus, in order to make the amplitude on the main data line MDL smaller than the amplitude on the bit line BL, in this embodiment, as shown in FIG. The pull-up means precharges the bit line BL to 1.5V and reads, and the state of the bit line BL transitioned by the selection of the word line WL is set in the inverting
このように、ビット線BLとメインデータ線MDLとで、データを読み出すときの振幅を変えると、読み出しデータが「1」のときの充放電電流と、読み出しデータが「0」のときの充放電電流の比率を、制御することができる。 As described above, when the amplitude at the time of reading data is changed between the bit line BL and the main data line MDL, the charge / discharge current when the read data is “1” and the charge / discharge when the read data is “0”. The current ratio can be controlled.
つまり、図11に示したように、本発明の第1の実施形態では、データがオール「1」の場合には、読み出し時に、ビット線BLに相対寄生容量1Cに相当する電荷量の充放電電流が流れ、データがオール「0」の場合には、メインデータ線MDLに相対寄生容量4Cに相当する電荷量の充放電電流が流れる。ここで、寄生容量Cと、電圧Vと、電荷Qとには、Q=CVの関係があり、電流は電荷を微分したものであるから、電圧Vを小さくすれば、それに応じて、充放電電流は小さくなる。
That is, as shown in FIG. 11, in the first embodiment of the present invention, when data is all “1”, charge / discharge of a charge amount corresponding to the relative
上述のように、ビット線BLの振幅(Δ1.5V)をメインデータ線MDLの振幅(Δ0.5V)に変換すると、その振幅が1/3になるため、メインデータ線MDLを流れる電流はビット線BLを流れる電流の1/3になる。 As described above, when the amplitude (Δ1.5V) of the bit line BL is converted to the amplitude (Δ0.5V) of the main data line MDL, the amplitude becomes 3, so that the current flowing through the main data line MDL is a bit. One third of the current flowing through the line BL.
図11に示したように、本発明の第1の実施形態では、データがオール「1」の場合には、読み出し時に、ビット線BLに相対寄生容量1Cに相当する電荷量の充放電電流が流れる。また、本発明の第1の実施形態では、データがオール「0」の場合には、メインデータ線MDLに相対寄生容量4Cに相当する電荷量の充放電電流が流れる。したがって、本発明の第1の実施形態では、データがオール「1」の場合とオール「0」の場合との電流比は(1:4)である。
As shown in FIG. 11, in the first embodiment of the present invention, when the data is all “1”, a charge / discharge current having a charge amount corresponding to the relative
ここで、ビット線BLの振幅をメインデータ線MDLの振幅の1/3に変換すると、データがオール「1」の場合に、ビット線BLに相対寄生容量1Cに相当する充放電電流が流れ、データがオール「0」の場合に、(4C×(1/3)=4/3C)相当する充放電電流がメインデータ線MDL流れることになり、データがオール「1」の場合とオール「0」の場合との電流比は(1:1.33)となる。
Here, when the amplitude of the bit line BL is converted to 1/3 of the amplitude of the main data line MDL, when the data is all “1”, a charge / discharge current corresponding to the relative
このように、本発明の第2の実施形態では、データがオール「1」の場合とオール「0」の場合とで、電流のばらつきを小さくすることができる。 As described above, in the second embodiment of the present invention, it is possible to reduce the variation in current between when the data is all “1” and when the data is all “0”.
なお、ここでは、ビット線BLの振幅(1.5V)をメインデータ線MDLの振幅(0.5V)に変換しているが、振幅の変換比は、これに限定されるものではない。メインデータ線MDLの振幅がビット線BLの振幅より小振幅とするように変換するばかりでなく、ビット線BLの振幅がメインデータ線MDLの振幅より小振幅とするように変換しても良い。 Here, the amplitude (1.5 V) of the bit line BL is converted into the amplitude (0.5 V) of the main data line MDL, but the amplitude conversion ratio is not limited to this. The conversion may be performed not only so that the amplitude of the main data line MDL is smaller than the amplitude of the bit line BL, but also so that the amplitude of the bit line BL is smaller than the amplitude of the main data line MDL.
<第3の実施形態>
図13は、本発明の第3の実施形態を示すものである。この実施形態は、上述の第2の実施形態と同様に、ビット線BLとメインデータ線MDLとで、データを読み出すときの振幅を変えるようにしたものである。
<Third Embodiment>
FIG. 13 shows a third embodiment of the present invention. In this embodiment, as in the second embodiment described above, the amplitude when data is read is changed between the bit line BL and the main data line MDL.
この第3の実施形態では、図13(B)に示すように、ビット線BLでの振幅に対して、メインデータ線MDLでの振幅を小振幅にするために、反転センス回路10において、プルアップ手段により、ビット線BLを1.5Vにプリチャージして読み出しを行い、ワード線WL選択により遷移したビット線BLの状態を、ラッチ回路(インバータ51及び52)でラッチして、ゲート回路のMOSトランジスタ60を介して出力している。ここで、MOSトランジスタ60のゲートに与えるレベルを0.5V系の小振幅とすることで、メインデータ線MDLの振幅が0.5Vとなる。例えば、MOSトランジスタ60の閾値Vthを0.5V程度とした場合、MOSトランジスタ60のゲートに1V程度の電圧を印加すれば、メインデータ線MDLには0.5V相当の電圧が出力される。他の構成については、前述の第2の実施形態と同様である。
In the third embodiment, as shown in FIG. 13B, in order to make the amplitude on the main data line MDL smaller than the amplitude on the bit line BL, a pulling is performed in the inverting
<第4の実施形態>
次に、本発明の第4の実施形態について説明する。図14は、本発明の第4の実施形態のNAND型フラッシュメモリの全体構成を示すものである。本発明の第4の実施形態のNAND型フラッシュメモリは、メモリセルアレイ101と、コマンドデコーダ102と、Xデコーダ及びワード線ドライバ103と、Yデコーダ104と、タイミングコントローラ105と、メインラッチ106と、入力/出力コントローラ107とを少なくとも備える。本発明の第4の実施形態におけるコマンドデコーダ102と、Xデコーダ及びワード線ドライバ103と、Yデコーダ104と、タイミングコントローラ105と、入力/出力コントローラ107とは、本発明の第1の実施形態におけるコマンドデコーダ2と、Xデコーダ及びワード線ドライバ3と、Yデコーダ4と、タイミングコントローラ5と、入力/出力コントローラ7と同様の機能を有するものであり、上記において既に説明済みであるため、その説明を省略する。
<Fourth Embodiment>
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. FIG. 14 shows the overall configuration of a NAND flash memory according to the fourth embodiment of the present invention. The NAND flash memory according to the fourth embodiment of the present invention includes a
前述の第1の実施形態のメモリセルアレイ1では、メインデータ線MDLから分岐されたビット線BLは、サブセレクトトランジスタSSEL、接続ノードCN及び反転センス回路10を介してメインデータ線MDLと接続させる構成とした。これに対して、この第4の実施形態のメモリセルアレイ101では、メインデータ線MDLから分岐されたビット線BLは、(図示しない)サブセレクトトランジスタSSEL、接続ノードCN´を介してメインデータ線MDLと接続させる構成とした。そして、反転センス回路100は、メインデータ線MDLにおける所定のビット線BLの分岐点と、次の分岐点との間においてメインデータ線MDLを接続/遮断させるような態様でメインデータ線MDLと接続されている。すなわち、反転センス回路100の入力は、上記所定のビット線BLの分岐点から下流に延設されたメインデータ線MDLと接続される。反転センス回路100の出力は、自身より下流のメインデータ線MDLと接続される。なお、上記上流、下流については、メインデータ線MDLの任意の位置からメインラッチ106に向かう側を下流、メインデータ線MDLの任意の位置においてメインラッチ106から離れる側を上流と定義することとする。
In the
また、第1の実施形態のメモリセルアレイ1では、メインデータ線MDLとビット線BLとの間に反転回路10が介在しているため、反転回路10とビット線BL((図示しない)サブセレクトトランジスタSSEL)とを接続する接続ノードCNが必要であった。しかしながら、第4の実施形態のメモリセルアレイ101では、メインデータ線MDLとビット線BLとは、(図示しない)サブセレクトトランジスタSSELを介して直接に接続されている。このため、第4の実施形態のメモリセルアレイ101における接続ノードCN´は、第1の実施形態のメモリセルアレイ1のようにメインデータ線MDLとは別個のノードとしなくてもよい。図14の第4の実施形態のメモリセルアレイ101の等価回路上は接続ノードCN´とメインデータ線MDLとは別個のノードと見えるが、図14における接続ノードCN´は、メインデータ線MDLにより構成させてもよい。また、図14に示すNAND型フラッシュメモリの等価回路を実現するその他の態様も本発明に含まれる。以下において、接続ノードCN´はメインデータ線MDLにより構成されたものとして説明する。
In the
そして、本発明の第4の実施形態におけるNANDユニットは、(図示しない)サブセレクトトランジスタSSEL、その(図示しない)サブセレクトトランジスタSSELを介してメインデータ線MDLから分岐したビット線BLと、そのビット線BLに接続されたNANDストリング111と、メインデータ線MDLを接続/遮断させるような態様で設けられた反転センス回路100との組み合わせである。本発明の第4の実施形態では、図14に示すように、このようなNANDユニットがメインデータ線MDLに複数設けられている。この点が、本発明の第1の実施形態におけるメモリセルアレイ1と、本発明の第4の実施形態におけるメモリセルアレイ101との違いであり、その他の点においては、メモリセルアレイ1とメモリセルアレイ101とは同様である。
The NAND unit according to the fourth embodiment of the present invention includes a sub-select transistor SSEL (not shown), a bit line BL branched from the main data line MDL via the sub-select transistor SSEL (not shown), and the bit This is a combination of the
図15は、本発明の第4の実施形態のおけるメインラッチ106の構成を示すものである。メインラッチ106は、図15に示すように、データをセンスするインバータ131及び132とからなるラッチ回路と、データを取り込みMOSトランジスタ133とから構成される。この構成は、前述の第1の実施形態と同様である。
FIG. 15 shows the configuration of the
また、動作も前述の第1の実施形態と同様である。すなわち、本発明の第4の実施形態のNAND型フラッシュメモリにおいては、反転回路100において反転させた読み出しデータをメインラッチ106においてさらに再反転させて元の読み出しデータに戻して出力させている。なお、上記再反転を行う再反転手段は、メインラッチ106におけるラッチ回路のインバータ131に限るものではなく、その他の位置にインバータ131に相当する構成を設けてもよい。すなわち、上記再反転を行うことのできるあらゆる構成を本発明は含む。
The operation is the same as that of the first embodiment. That is, in the NAND flash memory according to the fourth embodiment of the present invention, the read data inverted by the inverting
図16は、本発明の第4の実施形態のおける反転センス回路100の構成を示すものである。反転センス回路100は、図16に示すように、データをセンスするインバータ151及び152とからなるラッチ回路と、このラッチ回路をリセットするPチャネルMOSトランジスタ153と、ラッチ回路をイネーブルに制御するNチャネルMOSトランジスタ154と、信号レベルに応じた信号を出力するMOSトランジスタ155とから構成される。この構成は、前述の第1の実施形態と同様である。また、反転センス回路100には、さらにプリチャージ用のPチャネルMOSトランジスタ156と、上記ラッチ回路にラッチされたデータのメインデータ線MDLへの出力を制御するMOSトランジスタ157と、メインデータ線MDLの接続/遮断を制御する接続制御トランジスタであるMOSトランジスタ161と、メインデータ線MDL上におけるデータの反転センス回路100への入力を制御する入力制御トランジスタであるMOSトランジスタ162とが設けられる。
FIG. 16 shows a configuration of the inverting
上記プリチャージ用のPチャネルMOSトランジスタ156によりビット線BLは、プリチャージされる。プリチャージ用のPチャネルMOSトランジスタ156を用いれば、データ読み出しに関係のないビット線BLをプリチャージせずに済むため、プリチャージに伴う消費電流を低減させることができる。
The bit line BL is precharged by the P
所定のメモリセルから読み出されたデータは、(図示しない)ビット線BLから分岐点brを経てメインデータ線MDLへ移動する。所定のタイミングで入力制御トランジスタであるMOSトランジスタ162をオンさせると、そのデータに対応するハイレベル又はローレベルの信号が、MOSトランジスタ155のゲートに入力される。なお、この際、接続制御トランジスタであるMOSトランジスタ161はオフにしておく。これにより、反転センス回路100を経ずに、読み出されたデータがより下流にそのまま流れていくことはない。そして、イネーブル信号SLEがハイレベルになると、MOSトランジスタ154がオンする。
Data read from a predetermined memory cell moves from the bit line BL (not shown) to the main data line MDL via the branch point br. When the
MOSトランジスタ155のゲートに入力される電圧レベルがローレベルの場合、MOSトランジスタ155はオフし、インバータ51及び52からなるラッチ回路でハイレベルがセンスされる。すなわち、MOSトランジスタ155のゲートに入力したデータがローレベルに対応するデータである場合、反転してラッチ回路でハイレベルに対応するデータとしてラッチされる。
When the voltage level input to the gate of the
一方、MOSトランジスタ155のゲートに入力される電圧レベルがハイレベルの場合、MOSトランジスタ155はオンし、インバータ151及び152からなるラッチ回路でローレベルがセンスされる。すなわち、MOSトランジスタ155のゲートに入力したデータがハイレベルに対応するデータである場合、反転してラッチ回路でローレベルに対応するデータとしてラッチされる。
On the other hand, when the voltage level input to the gate of the
イネーブル信号SLEがハイレベルの場合、MOSトランジスタ157はオンし、ラッチ回路でラッチされた反転されたデータがより下流のメインデータ線MDLに出力される。以上のようにして、反転センス回路100においてデータが反転される。なお、前述の第1の実施形態では、読み出されたデータは反転された状態でメインデータ線MDLに流れ出すが、第4の実施形態では、読み出されたデータは反転せずに一旦メインデータ線MDLに流れ出し、反転センス回路100において読み出されたデータは反転されてメインラッチ106へ流れていく。
When the enable signal SLE is at a high level, the
図17は、図14の楕円領域Aの内部構成の一例を表す図である。図17に示すように、各反転センス回路100において、読み出し対象NANDユニット及び読み出し対象NANDユニットより上流側の接続制御トランジスタであるMOSトランジスタ161はオフされ、読み出し対象NANDユニットより下流側の接続制御トランジスタであるMOSトランジスタ161はオンされる。なお、上記説明したように、上記上流、下流については、メインデータ線MDLの任意の位置からメインラッチ106に向かう側を下流、メインデータ線MDLの任意の位置においてメインラッチ106から離れる側を上流と定義することとする。
FIG. 17 is a diagram illustrating an example of the internal configuration of the elliptical area A in FIG. As shown in FIG. 17, in each
読み出し対象NANDユニット及び読み出し対象NANDユニットより上流側の反転センス回路100のMOSトランジスタ161をオフすることで、読み出し対象NANDユニットより上流側の余分なメインデータ線MDLは電気的に切断されることになり、読み出し対象NANDユニットより上流側の配線容量による影響を低減することができる。また、読み出し対象NANDユニットより下流側の反転センス回路100のMOSトランジスタ161をオンすることで、読み出し対象NANDユニットからメインラッチ106までのデータ転送経路が形成される。
By turning off the read target NAND unit and the
次に、本発明の第4の実施形態のNAND型フラッシュメモリにおける読み出し時の充放電電流について、図18を参照しながら考察する。 Next, the charge / discharge current at the time of reading in the NAND flash memory according to the fourth embodiment of the present invention will be considered with reference to FIG.
従来のNAND型メモリでは、図18(A)に示すように、メインラッチ6からビット線BLを延出し、このビット線BLに、NANDストリングを接続している。図18(A)の例では、1つのビット線BLに2048個のNANDストリングが接続されている。
In the conventional NAND type memory, as shown in FIG. 18A, a bit line BL is extended from the
図18(B)〜図18(D)は、本発明の第4の実施形態のNAND型フラッシュメモリにおいて図18(A)に示すものと同等のものを構成した例である。この構成では、図18(D)に示すように、メインラッチ106からメインデータ線MDLが延出される。メインデータ線MDLから、図18(C)に示すように、複数のビット線BLが分岐される。図18(D)に示すように、この例で、反転センス回路100は、図18(C)に示す単位毎にメインデータ線MDLに設けられ、NANDユニットを構成する。なお、どのような単位毎に反転センス回路100をメインデータ線MDL上に設けて、NANDユニットを構成させるかは、様々な態様が挙げられるが、全て本発明に含まれる。
FIGS. 18B to 18D show examples in which the NAND flash memory according to the fourth embodiment of the present invention has the same configuration as that shown in FIG. In this configuration, the main data line MDL is extended from the
この例では、メインデータ線MDLは4つのエリアに分離され、各エリアで、メインデータ線MDLから8本のビット線BLが分岐される。そして、その8本のビット線BLは、上方向と下方向に向かってそれぞれ互いに入れ子になるよう分岐される。その各ビット線BLには、図18(B)に示すように64個のNANDストリングが接続される。このような構成とすることで、(64×8×4=2048)となり、図18(A)に示した構成と同等となる。 In this example, the main data line MDL is divided into four areas, and eight bit lines BL are branched from the main data line MDL in each area. The eight bit lines BL are branched so as to be nested in the upward and downward directions, respectively. As shown in FIG. 18B, 64 NAND strings are connected to each bit line BL. By adopting such a configuration, (64 × 8 × 4 = 2048) is obtained, which is equivalent to the configuration shown in FIG.
このような構成では、図18(B)に示すように、1つのビット線BLは64個のストリングを有することになる。これに対して、従来は、図18(A)に示すように、1つのビット線BLは2048個のストリングを有する。よって、従来の構成に比べて、下位のビット線BLの長さは(64/2048=1/32)と短くすることが可能となり、寄生する容量も同様に小さくなる。 In such a configuration, as shown in FIG. 18B, one bit line BL has 64 strings. On the other hand, conventionally, as shown in FIG. 18A, one bit line BL has 2048 strings. Therefore, compared to the conventional configuration, the length of the lower bit line BL can be shortened to (64/2048 = 1/32), and the parasitic capacitance is similarly reduced.
最も遠いエリアでデータ読み出しの選択が行われた場合には、従来と同等の配線長に、従来比で1/16のジャンクション容量が付加される。最も近いエリアでデータ読み出しの選択が行われた場合には、従来比で1/4の配線長に、従来比で1/64のジャンクション容量が付加されることになる。 When data reading is selected in the farthest area, a 1/16 junction capacitance is added to the conventional wiring length compared to the conventional wiring length. When data reading is selected in the nearest area, a 1/64 junction capacitance is added to a conventional wiring length of 1/4.
本発明の第4の実施形態においては、メインデータ線MDL中に反転センス回路100を設けるようにしている。この反転センス回路100の前後で、寄生容量を比較する。
In the fourth embodiment of the present invention, the
最も遠いエリアでデータ読み出しの選択が行われた場合、反転センス回路100よりビット線BL側の寄生容量は、ビット線BLの寄生容量とメインデータ線MDLの寄生容量との和となる。すなわち、反転センス回路100よりビット線BL側の相対寄生容量は、ビット線BLのジャンクション容量(32C/32)と、ビット線BLの相対配線容量(32C/32)と、メインデータ線MDLのジャンクション容量(32C/64)と、メインデータ線MDLの相対配線容量(32C/4/4)との和となる。なお、メインデータ線MDLは従来のビット線BLの1/4のピッチで配置できるため、配線容量も1/4相当となる。よって、最も遠いエリアでデータ読み出しの選択が行われた場合、反転センス回路100よりビット線BL側の相対寄生容量は、
(32C/32)+(32C/32)+(32C/64)+(32C/16)=4.5C
となる。
When data reading is selected in the farthest area, the parasitic capacitance on the bit line BL side from the inverting
(32C / 32) + (32C / 32) + (32C / 64) + (32C / 16) = 4.5C
It becomes.
最も遠いエリアでデータ読み出しの選択が行われた場合、反転センス回路100よりメインデータ線MDL側の寄生容量は、メインデータ線MDLのジャンクション容量(3×(32C/64))と、メインデータ線MDLの相対配線容量(3×(32C/4/4))との和となる。よって、最も遠いエリアでデータ読み出しの選択が行われた場合、反転センス回路100よりメインデータ線MDL側の相対寄生容量は、
(3×(32C/64))+(3×(32C/16))=7.5C
となる。
When data reading is selected in the farthest area, the parasitic capacitance on the main data line MDL side from the inverting
(3 × (32C / 64)) + (3 × (32C / 16)) = 7.5C
It becomes.
最も近いエリアでデータ読み出しの選択が行われた場合には、反転センス回路100よりビット線BL側の相対寄生容量は、最も遠いエリアでデータ読み出しの選択が行われた場合と同様に、4.5Cとなる。また、最も近いエリアでデータ読み出しの選択が行われた場合には、反転センス回路100よりメインデータ線MDL側の相対寄生容量は、反転センス回路100よりビット線BL側の寄生容量に比べて十分に小さい。以上の結果から、本発明の第4の実施形態のNAND型フラッシュメモリにおけるビット線BLとメインデータ線MDLとの寄生容量の比は、大きくても(1:2)と考えることができる。
When the data reading is selected in the nearest area, the relative parasitic capacitance on the bit line BL side from the inverting
以上説明したように、本発明の第4の実施形態では、ビット線を階層構造とし、反転センス回路100により、上層と下層とで一方に電流が流れるときに他方に電流が流れないようしているので、ビット線の寄生容量が減少し、読み出し時の消費電力の低減が図れると共に、データ「1」の場合に充放電する寄生容量と、データ「0」の場合に充放電する寄生容量が平坦化される。さらに、メインデータ線MDLから複数のビット線BLを分岐する前のメインデータ線MDL中に、反転センス回路100を設けるようにしているので、反転センス回路100の数を減少させることができる。また、本発明の第4の実施形態では、データ読み出し対象NANDユニットより上側の反転センス回路100の接続制御トランジスタであるMOSトランジスタ161をオフすることで、データ読み出し対象NANDユニットより上側の余分なメインデータ線MDLは電気的に切断して、データ読み出し対象NANDユニットより上側の配線容量による影響を低減することができる。
As described above, in the fourth embodiment of the present invention, the bit line has a hierarchical structure, and the inverting
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and applications can be made without departing from the gist of the present invention.
1、101:メモリセルアレイ
2、102:コマンドデコーダ
3、103:Xデコーダ及びワード線ドライバ
4、104:Yデコーダ
5、105:タイミングコントローラ
6、106:メインラッチ
7、107:出力コントローラ
10,100:反転センス回路
BL:ビット線
CN、CN´:接続ノード
MDL:メインデータ線
DESCRIPTION OF
Claims (13)
前記ビット線に接続されたメモリセルと、
前記メモリセルに記憶されたデータの読み出し時に、前記メインデータ線と前記ビット線とで一方に電流が流れるときには他方に電流が流れないように電流の流れを設定する反転センス回路と
を備えることを特徴とする不揮発性半導体メモリ装置。 A bit line hierarchical structure consisting of an upper layer main data line and a lower layer bit line branched from the main data line;
A memory cell connected to the bit line;
And an inverting sense circuit for setting a current flow so that no current flows in one of the main data line and the bit line when the data stored in the memory cell is read. A non-volatile semiconductor memory device.
データをセンスするラッチ回路と、
前記ラッチ回路をイネーブルに制御するラッチ制御回路と、
前記ビット線の電圧レベルに応じた信号を出力する電圧レベル出力回路とからなり、
前記ラッチ回路は、前記ラッチ制御回路によりイネーブルに制御されると、前記電圧レベル出力回路が出力した前記ビット線の電圧レベルに応じた信号を反転してセンスし、その反転してセンスした前記信号を前記メインデータ線に出力することを特徴とする請求項1に記載の不揮発性半導体メモリ装置。 The inverting sense circuit is
A latch circuit for sensing data;
A latch control circuit for enabling the latch circuit;
A voltage level output circuit that outputs a signal corresponding to the voltage level of the bit line,
When enabled by the latch control circuit, the latch circuit inverts and senses a signal corresponding to the voltage level of the bit line output from the voltage level output circuit, and inverts and senses the signal The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein: is output to the main data line.
前記電圧レベル出力回路は、前記メインデータ線を通じて取り込んだ前記ビット線の電圧レベルに基づいて、前記ビット線の電圧レベルに応じた信号を出力し、
前記ラッチ回路は、前記反転してセンスした電圧レベルに応じた信号を、前記接続制御手段よりも下流の前記メインデータ線に出力することを特徴とする請求項3に記載の不揮発性半導体メモリ装置。 The inversion sense circuit further includes connection control means for connecting / disconnecting the main data line between a branch point between the main data line and the bit line and the next branch point,
The voltage level output circuit outputs a signal corresponding to the voltage level of the bit line based on the voltage level of the bit line taken through the main data line,
4. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 3, wherein the latch circuit outputs a signal corresponding to the inverted and sensed voltage level to the main data line downstream of the connection control means. .
前記読み出し対象のメモリセルに接続されたビット線に対応する前記接続制御手段よりも下流に位置する前記接続制御手段は、前記メインデータ線を接続させることを特徴とする請求項10に記載の不揮発性半導体メモリ装置。 When reading data from the memory cell to be read, the connection control means located upstream of the main data line from a branch point between the bit line connected to the memory cell to be read and the main data line; and The connection control means corresponding to the bit line connected to the memory cell to be read blocks the main data line,
11. The nonvolatile memory according to claim 10, wherein the connection control unit located downstream of the connection control unit corresponding to the bit line connected to the memory cell to be read connects the main data line. Semiconductor memory device.
データ読み出し時に、前記メインデータ線を流れる電流の位相と前記ビット線を流れる電流の位相とを対にすることを特徴とする不揮発性半導体メモリ装置のデータ読み出し方法。 A nonvolatile semiconductor memory device in which a bit line structure has a hierarchical structure including a main data line in an upper layer and a bit line in a lower layer branched from the main data line, and a memory cell is connected to the bit line in the lower layer The data reading method of
A method of reading data from a nonvolatile semiconductor memory device, wherein at the time of data reading, a phase of a current flowing through the main data line and a phase of a current flowing through the bit line are paired.
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JP2017079088A (en) * | 2015-10-22 | 2017-04-27 | ウィンボンド エレクトロニクス コーポレーション | Nonvolatile semiconductor memory device |
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2010
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