JP2013125570A - Nonvolatile semiconductor storage device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、不揮発性半導体記憶装置に関する。 The present invention relates to a nonvolatile semiconductor memory device.
NAND型フラッシュメモリセルアレイでは、電子の注入されたメモリセル数が増加すると、非選択セルの保持するデータが破壊される、プログラムディスターブと呼ばれる問題が発生する。また、メモリセルアレイ内において、同一のデータが連続する場合には、GIDL(Gate Induced Drain Leakage)によって、プログラムディスターブの問題が生じる。例えば、CSL(Common Source Line)方式を採用している場合、同一ストリング内のデータの偏りにより、CSLノイズが不安定になる。また、メモリセルがMLC(Multi Level Cell)である場合、データの偏りが大きければ、フローティングゲート内でのチャージロスまたはゲインによって、データに誤りが発生する可能性が高くなる。 In the NAND flash memory cell array, when the number of memory cells into which electrons are injected increases, a problem called program disturb occurs in which data held in non-selected cells is destroyed. Also, when the same data continues in the memory cell array, a problem of program disturb occurs due to GIDL (Gate Induced Drain Leakage). For example, when a CSL (Common Source Line) method is employed, CSL noise becomes unstable due to the bias of data in the same string. Also, when the memory cell is an MLC (Multi Level Cell), if the data bias is large, there is a high possibility that an error will occur in the data due to charge loss or gain in the floating gate.
上記の諸問題は、書き込みデータをランダマイズし、‘0’と‘1’の偏りを減らすことで、抑制することができる。このような技術の一例が特許文献1に記載されている。特許文献1には、書き込みデータのビット毎の累積値に基づいて書き込みデータを平均化する技術や、アドレスをランダマイズシードとして疑似乱数を発生させ、この疑似乱数を用いてワード線方向にランダマイズを行い、書き込みデータを平均化する技術が示されている(後者の技術については特許文献1の図24、段落0116〜0122参照)。
The above problems can be suppressed by randomizing the write data and reducing the bias between ‘0’ and ‘1’. An example of such a technique is described in
特許文献1に記載されている不揮発性半導体記憶装置では、書き込みデータの‘0’と‘1’の偏りを減らすため、累積値を用いる構成において、書き込みデータの累積値を保持、判定したり、判定結果に基づいてデータを選択したりするための回路や、累積値を用いない構成において、アドレスデータから疑似乱数を発生させる疑似乱数発生器が設けられている。このため、このような回路に割かれるレイアウト面積の削減が課題となっていた。
In the nonvolatile semiconductor memory device described in
本発明は、上記の課題を解決することができる不揮発性半導体記憶装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a nonvolatile semiconductor memory device that can solve the above-described problems.
上記課題を解決するため、本発明の不揮発性半導体記憶装置は、ユーザーデータ用に割り当てられたユーザーデータ用ワード線と、ランダマイズシードデータ用に割り当てられたランダマイズシードデータ用ワード線とを有し、入力データをランダマイズしたデータを前記ユーザーデータ用ワード線を用いて記憶するとともに、前記ランダマイズシードデータを前記ランダマイズシードデータ用ワード線を用いて記憶する不揮発性メモリセルアレイと、前記入力データを格納するビットラインデータ用ラッチと、前記ランダマイズシードデータ用ワード線を用いて読み出されたランダマイズシードデータを格納するランダマイズシードデータ用ラッチと、前記ビットラインデータ用ラッチに格納されているデータと前記ランダマイズシードデータ用ラッチに格納されている前記ランダマイズシードデータとの排他的論理和を、前記ユーザーデータ用ワード線を用いて前記不揮発性メモリセルアレイに書き込むデータとして求めるランダマイズ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 of the present invention has a user data word line allocated for user data and a randomized seed data word line allocated for randomized seed data. Non-volatile memory cell array for storing the randomized input data using the user data word line and storing the randomized seed data using the randomized seed data word line, and a bit for storing the input data A latch for line data, a random seed data latch for storing random seed data read using the random seed data word line, data stored in the bit line data latch, and the random seed data. The exclusive OR of the randomization seed data stored in the data latch, characterized in that it comprises a randomizing circuit for obtaining a data to be written to the nonvolatile memory cell array by using the user data word lines.
本発明の不揮発性半導体記憶装置では、入力データ記憶用の不揮発性メモリセルアレイ内に、ランダマイズシードデータが記憶される。そして、この入力データとランダマイズシードデータとの排他的論理和を求めることで、乱数化されたデータが不揮発性メモリセルアレイに書き込まれる。よって、書き込みデータの累積値を保持、判定したり、判定結果に基づいてデータを選択したりするための回路や、疑似乱数を発生させる疑似乱数発生器を設ける必要が無くなり、レイアウト面積を改善することができる。 In the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention, randomized seed data is stored in the nonvolatile memory cell array for storing input data. Then, by obtaining an exclusive OR of the input data and the randomized seed data, randomized data is written into the nonvolatile memory cell array. Therefore, it is not necessary to provide a circuit for holding and determining the accumulated value of write data, selecting data based on the determination result, and a pseudo random number generator for generating pseudo random numbers, and improving the layout area. be able to.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図1は、本発明の一実施形態としての不揮発性半導体記憶装置100の構成を示すブロック図である。また、図2は図1と同一の不揮発性半導体記憶装置100の構成を示すブロック図であるが、図1ではデータのプログラム時(書き込み時)のデータの流れを示しているのに対して、図2ではデータのリード時(読み出し時)のデータの流れを示している。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a nonvolatile
不揮発性半導体記憶装置100は、不揮発性メモリセルアレイ10、ワードラインデコーダ20、ページバッファ30a、ページバッファ30b、周辺回路40等を備えて構成されている。なお、図1及び図2では、不揮発性半導体記憶装置100が備える構成として、本発明の特徴に係る部分の構成のみを示している。すなわち、不揮発性半導体記憶装置100は、図示していない構成として、外部の装置と接続される複数のI/O端子(入出力端子)、ライトイネーブル端子、リードイネーブル端子、レディ/ビジィ端子、電源端子、グランド端子等を備えている。また、不揮発性半導体記憶装置100は内部に、図示していない、制御回路、電源回路、各種レジスタ、タイミング生成回路等を備えている。
The nonvolatile
不揮発性メモリセルアレイ10は、NAND型フラッシュメモリセル等の複数の不揮発性メモリセルを有して構成されている。不揮発性メモリセルアレイ10は、また、各不揮発性メモリセルを選択する際に使用される、図に向かって水平方向に敷設された複数のユーザーデータ用ワード線51及び1又は複数のランダマイズシードデータ用ワード線52と、垂直方向に敷設された複数のビット線61及び1又は複数のビット線62とを有している。複数のユーザーデータ用ワード線51は、外部から入力されたデータの記憶用に割り当てられたワード線である。1又は複数のランダマイズシードデータ用ワード線52は、入力データをランダマイズ(疑似乱数化)したり、ランダマイズしたデータから元の入力データを復元したりする際に用いられるランダマイズシードデータの記憶用に割り当てられたワード線である。ユーザーデータ用ワード線51とランダマイズシードデータ用ワード線52は、ワードラインデコーダ20によって選択される。また、不揮発性メモリセルアレイ10は、入力データをランダマイズしたデータを記憶するためのメインデータ領域1aに属するメモリセルアレイ10aと、ランダマイズシードデータの選択条件を記憶するためのランダマイズシード条件格納領域1bに属するメモリセルアレイ10bとに分割されている。また、ユーザーデータ用ワード線51及びランダマイズシードデータ用ワード線52は、メインデータ領域1aとランダマイズシード条件格納領域1bとに対して共通に敷設されている。本実施形態では、メインデータ領域1aにユーザーデータ用ワード線51を用いて記憶されたデータをランダマイズした際に使用されたランダマイズシードの選択条件(すなわちランダマイズシードを特定するための情報)が、同一のユーザーデータ用ワード線51を用いてランダマイズシード条件格納領域1bに記憶される。また、ビット線61はメインデータ領域1aに属するメモリセルアレイ10aに対して敷設され、ビット線62はランダマイズシード条件格納領域1bに属するメモリセルアレイ10bに対して敷設されている。
The nonvolatile
なお、図1及び図2では、複数のユーザーデータ用ワード線51、ランダマイズシードデータ用ワード線52、ビット線61及びビット線62を1本のみ構成として示している。
In FIG. 1 and FIG. 2, only one user
ページバッファ30aは、メインデータ領域1a内のメモリセルアレイ10aに対してデータをプログラムしたり、メモリセルからデータをリードしたりする際に、それらのデータを一時的に記憶する回路である。本実施形態のページバッファ30aは、特に、ランダマイズシードデータ用ラッチ31と、ビットラインデータ用ラッチ32と、ランダマイズ回路33とを有している。ランダマイズシードデータ用ラッチ31は、ランダマイズシードデータ用ワード線52を用いて読み出されたランダマイズシードデータを格納する際に使用されるラッチ回路である。ビットラインデータ用ラッチ32は、プログラム時には外部から入力された入力データを格納する際に使用され、リード時にはユーザーデータ用ワード線51を用いて読み出されたデータを格納する際に使用される。これらのランダマイズシードデータ用ラッチ31とビットラインデータ用ラッチ32は、複数のビット線61の本数分設けられている。
The
ランダマイズ回路33は、ビットラインデータ用ラッチ32に格納されているデータとランダマイズシードデータ用ラッチ31に格納されているランダマイズシードデータとの排他的論理和をビット毎に求める回路である。ランダマイズ回路33が求めた排他的論理和は、プログラム時には、ユーザーデータ用ワード線51を用いて不揮発性メモリセルアレイ10のメモリセルアレイ10aに書き込まれる。また、ランダマイズ回路33が求めた排他的論理和は、リード時には、不揮発性半導体記憶装置100から出力される読み出しデータとなる。
The randomizing
ページバッファ30bは、ランダマイズシード条件格納領域1b内のメモリセルアレイ10bに対してランダマイズシードデータの選択条件を表すデータをプログラムしたり、メモリセルからランダマイズシードデータの選択条件を表すデータをリードしたりする際に、それらのデータを一時的に記憶する回路である。このページバッファ30bは、選択条件用ビットラインデータ用ラッチ34を有している。
The
本実施形態では、疑似乱数化に使用するランダマイズシードデータを不揮発性メモリセルアレイ10内に予め記憶しておくものであるが、ランダマイズシードデータは例えば次のように用意しておくことができる。まず、用意するランダマイズシードデータの個数は任意である。1個であってもよいし、複数であってもよい。また、複数の場合には、ランダマイズシードデータの選択処理が必要になるが、選択の仕方も任意に設定することができる。例えば、ユーザーが指定したアドレスの全部又は一部をデコードした結果に応じて選択するようにしたり、ランダマイズシードデータを2個用意する場合にはアドレスの任意の1ビットの値に応じて選択したりすることができる。また、疑似乱数化するか否かについても選択可能とすることができる。したがって、本実施形態において、ランダマイズシードデータの選択条件を表すデータは、例えば、疑似乱数化するか否かを表す1ビットのデータと、選択可能とするランダマイズシードデータの個数に応じたビット数のデータとを含むものとして構成することができる。よって、選択条件用ビットラインデータ用ラッチ34は、所定の複数ビット分設けられている。
In this embodiment, randomized seed data used for pseudo-randomization is stored in advance in the nonvolatile
次に、周辺回路部40は、ランダマイズシードデータワードライン選択回路41と、ユーザーアドレスワードライン選択回路42とを有している。ランダマイズシードデータワードライン選択回路41は、プログラム時には、例えば外部から指定されたアドレスの値に基づいて複数用意されたランダマイズシードのうちのいずれか1つを選択する処理を行い、選択した結果を表すデータを、ページバッファ30bとワードラインデコーダ20とへ出力する。ただし、予め用意するランダマイズシードデータを1個とする場合には入力されたアドレスに基づく選択処理は省略することができる。また、リード時には、ランダマイズシードデータワードライン選択回路41は、ページバッファ30bの選択条件用ビットラインデータ用ラッチ34にラッチされているランダマイズシードデータの選択条件を表すデータに基づいて複数用意されたランダマイズシードのうちのいずれか1つを特定するデータを、ワードラインデコーダ20へ出力する。ページバッファ30bでは、プログラム時には、ランダマイズシードデータワードライン選択回路41から入力されたデータが選択条件用ビットラインデータ用ラッチ34にラッチされる。また、ワードラインデコーダ20では、プログラム時及びリード時に、ランダマイズシードデータワードライン選択回路41から入力されたデータに基づいて、所定のタイミングで所定のランダマイズシードデータ用ワード線52が選択される。
Next, the
ユーザーアドレスワードライン選択回路42は、外部から指定されたアドレスに基づいてユーザーデータ用ワード線51を選択するためのデータを生成し、ワードラインデコーダ20へ出力する。ワードラインデコーダ20では、ユーザーアドレスワードライン選択回路42から入力されたデータに基づいて、プログラム時及びリード時に、所定のタイミングで所定のユーザーデータ用ワード線51が選択される。
The user address word
次に、図1、図3及び図5を参照して、不揮発性半導体記憶装置100におけるプログラム時の動作について説明する。なお、各部の制御は、特に制御の主体を示していない場合、図示していない制御回路によって行われるものとする。まず、ユーザーによって外部から所定のアドレスとデータを指定してそのデータをプログラムせよとのコマンドが、不揮発性半導体記憶装置100に対して入力されたとすると、不揮発性半導体記憶装置100(の所定の制御回路)は、入力データをページバッファ30aのビットラインデータ用ラッチ32に格納する(ステップS11)。
Next, with reference to FIG. 1, FIG. 3, and FIG. 5, an operation at the time of programming in the nonvolatile
次に、ランダマイズシードデータワードライン選択回路41は、外部から指定されたアドレスの値に基づいて複数用意されたランダマイズシードのうちのいずれか1つを選択する処理を行い、選択した結果を表すデータをワードラインデコーダ20へ出力する(例えば図の矢印A2で示すデータが出力される)。ワードラインデコーダ20は、ランダマイズシードデータワードライン選択回路41が指定するランダマイズシードデータ用ワード線52を選択して(例えばアドレスA2のランダマイズシードデータ用ワード線52を選択して)、ランダマイズシードデータのセンスを行い、センス結果(例えばデータD2)がメインデータ領域1aにあるページバッファ30aのランダマイズシードデータ用ラッチ31に格納される(ステップS12)。
Next, the randomized seed data word
次に、ランダマイズ回路33が、メインデータ領域1aにあるページバッファ30a内のビットラインデータ用ラッチ32とランダマイズシードデータ用ラッチ31に格納している各データを用いて排他的論理和を求め、ランダマイズを行う(ステップS13)。
Next, the randomizing
次に、ランダマイズシードデータワードライン選択回路41が、選択したランダムシードデータ用ワードライン52の選択条件を表す情報をランダマイズシード条件格納領域1b内のページバッファ30bの選択条件用ビットラインデータ用ラッチ34に格納する(ステップS14)。
Next, the randomization seed data word
次に、ユーザーが指定したアドレスに基づいてユーザーアドレスワードライン選択回路42から出力されたデータ(A1)に応じてワードラインデコーダ20によって選択されたユーザーデータ用ワード線51(例えばアドレスA1のユーザーデータ用ワード線51)で選択されたメインデータ領域1a内の不揮発性メモリセルに、ランダマイズ回路33の出力データD1が、また、同一のユーザーデータ用ワード線51(例えばアドレスA1のユーザーデータ用ワード線51)で選択されたランダマイズシード条件格納領域1b内の不揮発性メモリセルに、選択条件用ビットラインデータ用ラッチ34にラッチされているデータD3が、同時にプログラムされる(ステップS15)。
Next, the user
以上の処理によって、不揮発性メモリセルアレイ10内では図5に示すようなデータがプログラムされる。すなわち、アドレスA1のユーザーデータ用ワード線51で選択されたメモリセルには、メインデータ領域1aにおいて入力データをアドレスA2のランダマイズシードD2で乱数化したデータD1が、そして、ランダマイズシード条件格納領域1bにおいてランダマイズシード条件を表すデータD3が、記憶される。ここで、ランダマイズシード条件を表すデータD3は、例えば乱数化の有り又は無しを表すデータ71と、ランダマイズシードデータD2のアドレスA2を表すデータ72を含んでいる。なお、アドレスA2のランダマイズシードデータ用ワード線52で選択されたメモリセルには、ランダマイズシードデータD2が予め記憶されている。また、アドレスA2のランダマイズシードデータ用ワード線52で選択されるランダマイズシード条件格納領域1b内のメモリセル73は使用されない。
Through the above processing, data as shown in FIG. 5 is programmed in the nonvolatile
次に、図2、図4及び図5を参照して、不揮発性半導体記憶装置100におけるリード時の動作について説明する。なお、各部の制御は、特に制御の主体を示していない場合、図示していない制御回路によって行われるものとする。また、不揮発性メモリセルアレイ10内には図5に示すようなデータがプログラムされているものとする。
Next, an operation at the time of reading in the nonvolatile
まず、ユーザーによって外部から所定のアドレス(図2のアドレスA1に対応するものであるとする)を指定してそのアドレスをリードせよとのコマンドが、不揮発性半導体記憶装置100に対して入力されたとすると、ユーザーが指定したアドレスに対応した選択データ(A1)がユーザーアドレスワードライン選択回路42から出力され、ワードラインデコーダによって対応するユーザーデータ用ワード線51(この場合、アドレスA1のユーザーデータ用ワード線51)が選択される。そして、アドレスA1のユーザーデータ用ワード線51のデータ(この場合、データD1)が、ビットラインデータ用ラッチ32に格納される(ステップS21)。
First, it is assumed that a command is input to the nonvolatile
同時に、同一ユーザーデータ用ワード線51(この場合、アドレスA1のユーザーデータ用ワード線51)上に格納されていたランダマイズシード条件格納領域1b内のデータ(この場合、データD3)が、選択条件用ビットラインデータ用ラッチ34にラッチされ、さらに、ランダマイズシードデータワードライン選択回路41に転送される(ステップS22)。
At the same time, the data (in this case, data D3) in the randomized seed condition storage area 1b stored on the same user data word line 51 (in this case, the user
次に、ランダマイズシードデータワードライン選択回路41が選択条件用ビットラインデータ用ラッチ34から転送されたデータ(この場合、データD3)に基づいて、ランダマイズシードデータ用ワード線52の選択結果(この場合、A2)を出力し、ワードラインデコーダ20は、ランダマイズシードデータワードライン選択回路41が指定するランダマイズシードデータ用ワード線52を選択して(この場合、アドレスA2のランダマイズシードデータ用ワード線52を選択して)、ランダマイズシードデータのセンスを行い、センス結果(データD2)がメインデータ領域1aにあるページバッファ30aのランダマイズシードデータ用ラッチ31に格納される(ステップS23)。
Next, the random seed data word
次に、ランダマイズ回路33が、ステップS21でビットラインデータ用ラッチ32に格納されたデータ(データD1)と、ステップS23でランダマイズシードデータ用ラッチ31に格納されたデータ(データD2)のランダマイズを行い(すなわち排他的論理和を求め)、データを復元する(ステップS24)。そして、復元されたデータが出力される(ステップS25)。
Next, the randomizing
以上のように、本実施形態の不揮発性半導体記憶装置100では、入力データ記憶用の不揮発性メモリセルアレイ10内に、ランダマイズシードデータが記憶される。そして、この入力データとランダマイズシードデータとの排他的論理和を求めることで、乱数化されたデータが不揮発性メモリセルアレイ10に書き込まれる。よって、書き込みデータの累積値を保持、判定したり、判定結果に基づいてデータを選択したりするための回路や、疑似乱数を発生させる疑似乱数発生器を設ける必要が無くなり、レイアウト面積を改善することができる。
As described above, in the nonvolatile
また、ランダマイズシードデータを不揮発性メモリセルアレイ10上に置くことで容易に複数のパターンのランダマイズシードデータを格納することが出来るため、データの均一化が行い易くなる。
Further, since randomized seed data can be easily stored by placing the randomized seed data on the nonvolatile
なお、本発明の実施の形態は上記のものに限定されず、例えば、ランダマイズシードデータワードライン選択回路41とユーザーアドレスワードライン選択回路42の一部を一体として構成するようにしたり、予め用意するランダマイズシードデータを1個としてランダマイズシード条件格納領域1bに係る構成(すなわちメモリセルアレイ10b、ページバッファ30b等)を省略したりする変更等を適宜行うことができる。
The embodiment of the present invention is not limited to the above. For example, a part of the randomized seed data word
100 不揮発性半導体記憶装置
10 不揮発性メモリセルアレイ
1a メインデータ領域
1b ランダマイズシード条件格納領域
10a、10b メモリセルアレイ
20 ワードラインデコーダ
30a、30b ページバッファ
31 ランダマイズシードデータ用ラッチ
32 ビットラインデータ用ラッチ
33 ランダマイズ回路
34 選択条件用ビットラインデータ用ラッチ
40 周辺回路
41 ランダマイズシードデータワードライン選択回路
42 ユーザーアドレスワードライン選択回路
51 ユーザーデータ用ワード線
52 ランダマイズシードデータ用ワード線
61、62 ビット線
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記入力データを格納するビットラインデータ用ラッチと、
前記ランダマイズシードデータ用ワード線を用いて読み出されたランダマイズシードデータを格納するランダマイズシードデータ用ラッチと、
前記ビットラインデータ用ラッチに格納されているデータと前記ランダマイズシードデータ用ラッチに格納されている前記ランダマイズシードデータとの排他的論理和を、前記ユーザーデータ用ワード線を用いて前記不揮発性メモリセルアレイに書き込むデータとして求めるランダマイズ回路と
を備えることを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。 A user data word line allocated for user data and a random seed data word line allocated for randomized seed data, and the input data randomized data is stored using the user data word line And a nonvolatile memory cell array for storing the randomized seed data using the randomized seed data word line;
A bit line data latch for storing the input data;
A randomized seed data latch for storing randomized seed data read using the randomized seed data word line;
An exclusive OR of the data stored in the bit line data latch and the random seed data stored in the random seed data latch is obtained using the user data word line. A non-volatile semiconductor memory device comprising: a randomizing circuit that is obtained as data to be written to the memory.
前記ユーザーデータ用ワード線が、前記メインデータ領域と前記ランダマイズシード条件格納領域とに対して共通に敷設されたものであり、
前記メインデータ領域に前記ユーザーデータ用ワード線を用いて記憶されたデータのランダマイズシードの選択条件が、同一の前記ユーザーデータ用ワード線を用いて前記ランダマイズシード条件格納領域に記憶される
ことを特徴とする請求項1に記載の不揮発性半導体記憶装置。 The nonvolatile memory cell array is divided into a main data area that stores data obtained by randomizing the input data, and a random seed condition storage area that stores selection conditions for the random seed data.
The user data word line is laid in common for the main data area and the randomized seed condition storage area,
A random seed selection condition of data stored in the main data area using the user data word line is stored in the random seed condition storage area using the same user data word line. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1.
前記ビットラインデータ用ラッチが、前記ユーザーデータ用ワード線を用いて読み出されたデータを格納し、
前記ランダマイズ回路が、前記ビットラインデータ用ラッチに格納されているデータと前記ランダマイズシードデータ用ラッチに格納されている前記ランダマイズシードデータとの排他的論理和を、読み出しデータとして求める
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の不揮発性半導体記憶装置。 When reading data,
The bit line data latch stores data read using the user data word line;
The randomization circuit obtains, as read data, an exclusive OR of the data stored in the bit line data latch and the random seed data stored in the random seed data latch. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1.
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