JP2012203965A - 半導体記憶装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】実施形態の半導体記憶装置1は、複数のメモリセルMTと、論理ゲートチェーン52と、カウンタ30を備える。メモリセルMTは、いずれかのカラムに関連付けられ、データ保持可能である。論理ゲートチェーン52は、いずれかのカラムに対応付けられ、且つ対応付けられたカラムにおけるベリファイ・フェイルの有無を示す論理レベルを次段に出力するように直列接続された複数の論理ゲート51を含む。カウンタ30は、直列接続の最終段の論理ゲートによる、ベリファイ・フェイルがあることを示す論理レベルの出力回数をカウントする。論理ゲートチェーン52は、各々の論理ゲート51の出力する論理レベルの示す内容が、ベリファイ・フェイルのあるカラムに対応する論理ゲート51を境界にして反転するように構成される。
【選択図】図1
Description
第1実施形態に係る半導体記憶装置について、NAND型フラッシュメモリを例に挙げて説明する。
図1は、本実施形態に係るNAND型フラッシュメモリのブロック図である。図示するようにNAND型フラッシュメモリ1は、大まかにはメモリセルアレイ10、検知回路20、デジタルカウンタ回路30、及び制御回路40を備えている。以下、それぞれについて説明する。
メモリセルアレイ10は、データを保持可能な複数のメモリセルトランジスタを備えている。図2は、メモリセルアレイ10の回路図である。図示するようにメモリセルアレイ2は、複数のNANDセル11を備えている。NANDセル11の各々は、例えば32個のメモリセルトランジスタMT(MT0〜MT31)と、選択トランジスタST1、ST2とを含んでいる。メモリセルトランジスタMTは、半導体基板上にゲート絶縁膜を介在して形成された電荷蓄積層(例えば浮遊ゲート)と、電荷蓄積層上にゲート間絶縁膜を介在して形成された制御ゲートとを有する積層ゲート構造を備えている。なお、メモリセルトランジスタMTの個数は32個に限られず、8個や16個、64個、128個、256個等であってもよく、その数は限定されるものではない。また、電荷蓄積層は絶縁物を材料に用いて形成されても良い。メモリセルトランジスタMTは、隣接するもの同士でソース、ドレインを共有しており、選択トランジスタST1、ST2間にその電流経路が直列接続されるようにして配置されている。直列接続されたメモリセルトランジスタMTの一端側のドレインは選択トランジスタST1のソースに接続され、他端側のソースは選択トランジスタST2のドレインに接続されている。
次に検知回路20について説明する。検知回路20は、ベリファイ動作及びフェイルビットの検知動作を行う。図1に示すように、検知回路20は、カラムCiにそれぞれ関連づけられた(m+1)個の検知部50(50−0〜50−m)を備えている。
デジタルカウンタ回路30(以下、単にカウンタ30と呼ぶ)は、検知動作時において、メモリセルアレイ10内のフェイルビット数をカウントするデジタルカウンタである。フェイルビット数のカウントに際してカウンタ30は、信号SCANENDに基づいてカウント動作を行う。
制御回路40は、NAND型フラッシュメモリ1全体の動作を制御する。より具体的には、データの読み出し、書き込み、及び消去に必要な処理を実行するよう、NAND型フラッシュメモリ1内の各回路ブロックに命令する。制御回路40は例えば、検知動作時には、検知回路20に対して信号CHK、SCANSTART、及びSCANRSTを発行する。
次に、上記検知回路20の詳細について説明する。
まず、検知部50の構成の詳細につき、図3を用いて説明する。図3はいずれかの検知部50−i(iは0〜mの整数)の回路図である。図示するように検知部50−iは、ANDゲート51、センスアンプ53(53−0〜53−7)、選択部54(54−0〜54−7)、ラッチ回路55及び56、並びにリセット部57を備える。
次に、上記構成の検知部50の動作について説明する。以下では、信号ビット線BL(8i)が選択された場合(ビット線BL0、BL8、BL16、…BL(k−7)が選択された場合)における検知部50−0を例に説明する。
次に、検知回路20の備えるフェイルサーチチェーン52の動作について説明する。
次に、本実施形態に係るNAND型フラッシュメモリ1のデータ書き込み動作について説明する。
まず、データの書き込み動作の大まかな流れについて、図8を用いて説明する。図8は、NAND型フラッシュメモリ1のプログラムシーケンスを示すタイミングチャートである。
次に、上記プログラムシーケンスの詳細について、図9を用いて説明する。図9は、NAND型フラッシュメモリ1のデータ書き込み動作のフローチャートであり、疑似パス機能を実現するための処理に特に着目したものである。
まず第1のステップS10として、プログラム動作を行われる。プログラム動作は、周知の方法によって実行可能である。
引き続き第2のステップS20として、ベリファイ動作が行われる。ベリファイ動作も、周知の方法によって実行可能である。ベリファイ動作では、プログラムを行ったメモリセルトランジスタMTに対して内部的にデータの読み出しが行われる。そして各ビットに対応して設けられたセンスアンプ53にベリファイ結果(パス/フェイル情報)が格納される。
その後第3のステップS30として、検知動作が行われる。検知動作では、パス/フェイル情報を、センスアンプ53からノードCOMに転送し、カウンタ30でフェイルビットの数をカウントし、このカウント数を、予め設定されたビットエラー許容数と比較する。検知動作は以下の通りに実行される。
次に、上記検知動作時における検知回路20及びカウンタ30の具体例について、図10乃至図16を用いて説明する。図10は検知動作時の各種信号とカウンタ値jのタイミングチャートであり、図11乃至図16は検知回路20及びカウンタ回路30のブロック図である。
すなわち、時刻t5において制御回路40は、信号SCANSTARTを“H”レベルとする(ステップS34、図14)。すると、検知部50−0ではANDゲート51の出力Q0が“H”レベルとなる。また検知部50−1においても、時刻t4〜t5でラッチ回路55がリセットされたため、ANDゲート51の出力信号Q1が“H”レベルとなる。更に検知部50−2ではANDゲート51の出力Q0が“H”レベルとなり、更にノードQL2が“H”レベルに遷移する。検知部50−3では、ノードCOM3が“L”レベルであるので、出力Q3は“L”レベルのままとなる。しかし、出力Q2が“H”レベルであるので、ノードQL3は“H”レベルに遷移する。信号Q3が“L”レベルとされたことにより、信号SCANENDは“L”レベルのままである(ステップS35、NO)。
すなわち、時刻t8において制御回路40は、信号SCANSTARTを“H”レベルとする(ステップS34、図16)。すると、全てのANDゲート51の演算結果が“H”レベルとなり、信号SCANEND=“H”となる(ステップS35、YES)。
以上のように、本実施形態に係る構成であると、検知回路20によるフェイルビットのカウント精度を向上できる。本効果につき、以下詳細に説明する。
次に、第2実施形態に係る半導体記憶装置について説明する。本実施形態は、上記第1の実施形態において、リダンダンシ機能を有するものである。以下では、第1実施形態と異なる点についてのみ説明する。
まず、本実施形態に係るNAND型フラッシュメモリ1の構成について説明する。本実施形態に係る構成では、メモリセルアレイ10におけるいずれかのカラムが冗長カラムとして用意される。そして、いずれかのカラムが不良となった場合、制御回路40は、この不良カラムを冗長カラムで置き換える。これによって、不良カラムを救済する。
次に、上記構成の検知回路20の動作について、引き続き図18を参照しつつ説明する。
以上のように、本実施形態に係る構成であると、第1実施形態と同様に、検知回路20によるフェイルビットのカウント精度を向上できる。また、本実施形態に係る構成であると、ラッチ回路58内の情報に応じてANDゲート51をバイパスさせることが出来る。つまり、不良カラム等の検知の対象から外したいカラムを、フェイルビットカウントの対象から外すことができる。従って、リダンダンシ機能を有するNAND型フラッシュメモリであっても、第1実施形態の構成を適用することが可能となる。
次に、第3実施形態に係る半導体記憶装置について説明する。本実施形態は、上記第2実施形態において、テスト用の回路を更に設けたものである。以下では、第2実施形態と異なる点についてのみ説明する。
図19は、本実施形態に係る検知部50−iの回路図である。図示するように検知部50−iは、第2実施形態で説明した図18の構成において、テスト回路80を更に備えている。
次に、検知部50のテスト動作について説明する。テスト動作時において制御回路40は、テスト信号COMTESTをアサートして、MOSトランジスタ83をオン状態とする。すると、ノードCOMi及びノードANDOiの論理レベルに応じて、入出力部に“H”レベルまたは“L”レベルが出力される。
以上のように、本実施形態に係る構成であると、種々のノードの様々な不良を見つけることが出来る。
次に、第4実施形態に係る半導体記憶装置について説明する。本実施形態は、上記第3実施形態において、ANDゲート51を3入力のANDゲートに置き換えたものである。以下では、第3実施形態と異なる点についてのみ説明する。
図20は、本実施形態に係る検知部50−iの回路図である。図示するように検知部50−iは、第3実施形態で説明した図19の構成において、ANDゲート51を3入力ANDゲートに置き換え、新たに信号SCANSTARTを入力したものである。つまり、検知部50−iのANDゲートは、ノードCOMiの論理レベルと、信号Q(i−1)と、信号SCANSTARTとのAND演算を行う。
次に、検知回路20の動作について図21を用いて説明する。図21は、検知動作時における各種信号のタイミングチャートであり、第1実施形態で説明した図10のケースに相当する。
以上のように、本実施形態に係る構成であると、信号Q0〜Q3及びSCANENDの立ち下がりタイミングを、信号SCANSTARTの立ち下がりとほぼ同時にすることができる。
次に、第5実施形態に係る半導体記憶装置について説明する。本実施形態は、上記第4実施形態において、フェイルサーチチェーン52を、ECC単位に分割したものである。以下では、第4実施形態と異なる点についてのみ説明する。
まず、本実施形態に係るNAND型フラッシュメモリ1の構成について、図22を用いて説明する。図22は、NAND型フラッシュメモリ1のブロック図である。
検知動作において各検知回路20は、関連づけられた512本のカラムにつき、第1乃至第4実施形態で説明した動作を実行し、対応するカウンタ30でフェイルビット数をカウントする。そして制御回路40は、各カウンタ30のフェイルビット数を足しあわせることで、全カラムに存在するフェイルビット数を把握する。
以上のように、本実施形態に係る構成であると、フェイルサーチチェーン52を複数に分割している。そして、これらのフェイルサーチチェーン52は独立して動作可能である。従って、1つのフェイルサーチチェーン52の長さを第1乃至第4実施形態に比べて短くでき、且つ、複数のフェイルサーチチェーン52を同時に実行することが出来る。その結果、検知動作時間を飛躍的に短縮出来る。
以上のように、本実施形態に係る半導体記憶装置は、複数のメモリセルMTと、論理ゲートチェーン52と、カウンタ30を備える。メモリセルMTは、いずれかのカラムに関連付けられ、データ保持可能である。論理ゲートチェーン52は、いずれかのカラムに対応付けられ、且つ対応付けられたカラムにおけるベリファイ・フェイルの有無を示す論理レベルを次段に出力するように直列接続された複数の論理ゲート51を含む。カウンタ30は、直列接続の最終段の論理ゲートによる、ベリファイ・フェイルがあることを示す論理レベルの出力回数をカウントする。論理ゲートチェーン52は、各々の論理ゲート51の出力する論理レベルの示す内容が、ベリファイ・フェイルのあるカラムに対応する論理ゲート51を境界にして反転するように構成される。
Claims (7)
- いずれかのカラムに関連付けられ、データ保持可能な複数のメモリセルと、
いずれかの前記カラムに対応付けられ、且つ対応付けられた前記カラムにおけるベリファイ・フェイルの有無を示す論理レベルを次段に出力するように直列接続された複数の論理ゲートを含む論理ゲートチェーンと、
前記直列接続の最終段の前記論理ゲートによる、前記ベリファイ・フェイルがあることを示す論理レベルの出力回数をカウントするカウンタと
を具備し、前記論理ゲートチェーンは、各々の前記論理ゲートの出力する論理レベルの示す内容が、ベリファイ・フェイルのある前記カラムに対応する前記論理ゲートを境界にして反転する
ことを特徴とする半導体記憶装置。 - いずれかの前記カラムに対応付けられた第1ラッチ回路と、
前記第1ラッチ回路内の情報に基づいて、前段の前記論理ゲートの出力をそのまま次段の前記論理ゲートに転送するスイッチと
を更に備えることを特徴とする請求項1記載の半導体記憶装置。 - いずれかの前記カラムに対応付けられ、対応付けられた前記カラムにおける前記ベリファイ・フェイルの有無を示す情報を保持する第2ラッチ回路と、
いずれかの前記カラムに対応付けられ、対応する前記論理ゲートの出力及び前記第2ラッチ回路の保持する情報の少なくともいずれか一方を、テスト信号に応じて外部へ出力可能なテスト回路と
を更に備えることを特徴とする請求項2記載の半導体記憶装置。 - 前記論理ゲートの各々は、
対応付けられた前記カラムにおけるベリファイ・フェイルの有無を示す前記情報と、
前段の前記論理ゲートの出力と、
ベリファイ・フェイル数のカウント動作を行う際にアサートされる制御信号と
に基づいて論理演算を行う
ことを特徴とする請求項3記載の半導体記憶装置。 - 前記データについてのECC処理を実行するECC部を更に備え、
前記論理ゲートチェーンに対応づけられる前記カラムの数は、前記ECC部におけるECC処理のデータ単位と同じかそれより小さい
ことを特徴とする請求項4記載の半導体記憶装置。 - いずれかの前記カラムに対応付けられ、対応付けられた前記カラムにおける前記ベリファイ・フェイルの有無を示す情報を保持する第2ラッチ回路と、
いずれかの前記カラムに対応付けられ、前記境界に位置する前記論理ゲートに対応する前記第2ラッチ回路をリセット可能なリセット命令部と
を更に備え、前記論理ゲートは、対応する前記第2ラッチ回路内の前記情報と、前段の前記論理ゲートの出力との論理演算を行う
ことを特徴とする請求項1または2記載の半導体記憶装置。 - 前記リセット命令部は、対応する前記第2ラッチ回路内の前記情報と、前段の前記論理ゲートの出力とに基づいて、前記第2ラッチ回路をリセットする
ことを特徴とする請求項6記載の半導体記憶装置。
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