JP2013125575A - Nonvolatile semiconductor storage device, and operation condition control method in nonvolatile semiconductor storage device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、フラッシュメモリを備える不揮発性半導体記憶装置、および不揮発性半導体記憶装置における動作条件制御方法に関する。 The present invention relates to a nonvolatile semiconductor memory device including a flash memory, and an operation condition control method in the nonvolatile semiconductor memory device.
関連する不揮発性半導体記憶装置がある(特許文献1を参照)。この特許文献1に記載の不揮発性半導体記憶装置は、書き込みと消去動作の回数に応じた最適な消去が行え、消去回数の増加に伴って消去時間が長くなるのを抑制できる不揮発性半導体記憶装置を提供すること目的とする。
この特許文献1に記載の不揮発性半導体記憶装置においては、過去に行った消去動作の回数を消去回数記憶部に記憶し、この消去回数にしたがって読み出し時間設定回路で読み出し時間を制御することにより、この消去回数に基づいて読み出し時間を設定できるようにしている。
There is a related nonvolatile semiconductor memory device (see Patent Document 1). The nonvolatile semiconductor memory device described in
In the nonvolatile semiconductor memory device described in
また、関連する不揮発性半導体記憶装置がある(特許文献2を参照)。この特許文献2に記載の不揮発性半導体記憶装置は、サブブロック毎のデータ消去回数を管理する機能を内蔵す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。この不揮発性半導体記憶装置では、セルアレイの各サブブロックがそのサブブロックのデータ消去毎に更新されるデータ消去回数を記憶し、セルアレイの所定のブロックが記憶するデータ消去回数の許容最大値を参照して、各サブブロックごとにデータ消去回数を制限する。
There is also a related nonvolatile semiconductor memory device (see Patent Document 2). An object of the nonvolatile semiconductor memory device described in
また、関連する記憶媒体上のデータ管理のための方法がある(特許文献3を参照)。この特許文献3に記載のデータ管理のための方法では、第1のブロックが消去されるべき場合、第1のブロックの消耗レベルが消去を行うのに許容可能であるか判定される。許容可能であれば、第1のブロック上のデータは消去される。そうでなければ、第1のブロックよりも低い消耗レベルを有する第2のブロックが選択され、第2のブロックのデータが第1のブロックへコピーされる。各ブロックは消去された回数を監視する関連するカウンタを有する。過去において殆ど消去されていないブロックは未来において消去される可能性が低いため、第1のブロックはあまり頻繁に消去されず、従って寿命が延ばされる。第2のブロックは新しいデータを記憶するために使用されることができ、より頻繁に使用される。
There is also a method for managing data on a related storage medium (see Patent Document 3). In the method for data management described in
また、関連する端末装置がある(特許文献4を参照)。この特許文献4に記載の端末装置は、NAND型フラッシュメモリ上の特定の領域に書換えが集中するのを防ぎ、NAND型フラッシュメモリ全体に書換え頻度を分散させることができ、また書換えが発生した際には、ブロックの書換え回数を極力減少させ、製品のデータ書換えに関する処理速度を向上できる端末装置を提供することを目的とする。 There is also a related terminal device (see Patent Document 4). The terminal device described in Patent Document 4 can prevent rewriting from being concentrated on a specific area on the NAND flash memory, and can distribute the rewriting frequency over the entire NAND flash memory. An object of the present invention is to provide a terminal device that can reduce the number of times of block rewriting as much as possible and improve the processing speed related to product data rewriting.
また、関連する不揮発性半導体記憶装置がある(特許文献5を参照)。この特許文献5に記載の不揮発性半導体記憶装置は、多値記憶の不揮発性半導体記憶装置において、不要なベリファイを削減し、トータルの書き込み時間の短縮を図ることを目的とする。 There is also a related nonvolatile semiconductor memory device (see Patent Document 5). An object of the nonvolatile semiconductor memory device described in Patent Document 5 is to reduce unnecessary verification and shorten the total writing time in the nonvolatile semiconductor memory device of multi-value storage.
NAND型フラッシュメモリは、プログラムおよび消去動作等のサイクリング(Cycling)を重ねるとメモリセルの酸化膜が劣化し、酸化膜中にチャージトラップが発生し、プログラムしたセルの閾値Vtの分布が広がる傾向がある。例えば、図10は、SLC(Single Level Cell)の閾値Vtの分布を示す図であり、図10(A)は、サイクリング前における閾値Vtの分布を示し、図10(B)は、サイクリング後における閾値Vtの分布を示している。この図において、Vpgmvは、プログラムベリファイ時のワード線に印加される電圧を示し、Vreadは、リード時の非選択ワード線の電圧を示す。この図に示すように、サイクリングを繰り返すことにより、サイクリング後の閾値Vtの分布範囲が、サイクリング前と比較して広がる。 In the NAND flash memory, when cycling such as programming and erasing operations is repeated, the oxide film of the memory cell deteriorates, a charge trap is generated in the oxide film, and the distribution of the threshold value Vt of the programmed cell tends to widen. is there. For example, FIG. 10 is a diagram showing a distribution of threshold level Vt of SLC (Single Level Cell), FIG. 10A shows a distribution of threshold value Vt before cycling, and FIG. The distribution of the threshold value Vt is shown. In this figure, Vpgmv indicates the voltage applied to the word line at the time of program verification, and Vread indicates the voltage of the unselected word line at the time of reading. As shown in this figure, by repeating the cycling, the distribution range of the threshold value Vt after the cycling is expanded as compared with that before the cycling.
このプログラムしたセルの閾値Vtの分布が広がると、次のような問題が起こる可能性がある。例えば、NAND型フラッシュメモリがSLCの場合に、オーバプログラミング(Over Programming)によるカラムリード(Column Read)不良が発生する可能性があり、MLC(Multiple Level Cell)の場合は、複数の閾値Vtの各々が隣接ステート(State)と重なることによるリード不良が発生することがある。これらはNAND型フラッシュメモリの信頼性に重大な問題となる。 When the distribution of the threshold value Vt of the programmed cell is widened, the following problem may occur. For example, when the NAND flash memory is SLC, there is a possibility that a column read failure due to over programming (Over Programming) may occur, and in the case of MLC (Multiple Level Cell), each of a plurality of threshold values Vt May cause a read failure due to overlapping with the adjacent state. These are serious problems in the reliability of the NAND flash memory.
従来、このような問題を回避するため、例えば、ECC(Error Checking and Correction:エラー検出訂正)機能の拡充、各ブロックのサイクリング回数(プログラム及び消去動作等の実施回数)を可能な限り平均化するためのシステムによる対処(Ware Leveling)、または、NAND型フラッシュメモリ全体の平均サイクリング回数を管理し、この平均サイクリング回数に応じてNAND型フラッシュメモリの動作条件を変更する方法が行われている。 Conventionally, in order to avoid such a problem, for example, the ECC (Error Checking and Correction) function is expanded, and the number of cycles of each block (the number of times of execution of program and erase operations) is averaged as much as possible. Therefore, there is a method of managing the average cycling number of the whole NAND flash memory and changing the operating condition of the NAND flash memory according to the average cycling number.
しかしながら、ECCを拡充する場合は、ECCの情報を記憶するためのメモリ領域が必要となり、NAND型フラッシュメモリのチップ面積の増加を招く。また、データの読み書きにおいてECCを算出する処理が必要となるため、システム側にも負担がかかる。また、各ブロックのサイクリング回数を平均化する場合は、システム側に多数のレジスタ(サイクリング回数をブロックごとに保持するレジスタ)が必要になり、これもまた負担となる。また、サイクリング回数によりNAND型フラッシュメモリの動作条件を変更する場合は、NAND型フラッシュメモリ全体のサイクリング回数により動作条件が管理されるため、サイクリング回数が実際には少ないブロックに対しても新たな動作条件が適用されることになり、NAND型フラッシュメモリのパフォーマンスの低下につながるという欠点がある。 However, when the ECC is expanded, a memory area for storing ECC information is required, which increases the chip area of the NAND flash memory. In addition, since processing for calculating the ECC is required for reading and writing data, a burden is imposed on the system side. In addition, when averaging the number of cycles of each block, a large number of registers (registers that hold the number of cycles for each block) are required on the system side, which is also a burden. In addition, when changing the operating conditions of the NAND flash memory depending on the number of cycles, the operating conditions are managed based on the number of cycling times of the entire NAND flash memory. The condition is applied, and there is a drawback that the performance of the NAND flash memory is reduced.
本発明は、斯かる実情に鑑みなされたものであり、本発明の目的は、フラッシュメモリの個々のブロックごとにメモリセルの特性の劣化状態により、フラッシュメモリの動作条件を個々のブロックの劣化状態に応じて設定することができる、不揮発性半導体記憶装置、および不揮発性半導体記憶装置における動作条件制御方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to change the operating conditions of the flash memory according to the deterioration state of the characteristics of the memory cell for each block of the flash memory. It is an object of the present invention to provide a nonvolatile semiconductor memory device and an operation condition control method for the nonvolatile semiconductor memory device that can be set in accordance with the above.
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の不揮発性半導体記憶装置は、フラッシュメモリ内のブロックに対してイレース動作を行う際に、イレース開始から前記ブロック内のメモリセルのイレースが完了するまでのイレース時間を計測する機能と、前記イレース時間と所定の判定基準値とを比較する機能と、前記ブロックにおいてイレース時間が前記判定基準値を上回った場合は、次に当該ブロックに対してアクセスする際に、前記フラッシュメモリの動作条件を所定の動作条件に変更してアクセスする機能と、を備えることを特徴とする。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems. The nonvolatile semiconductor memory device of the present invention has a memory in the block from the start of erasing when performing an erase operation on the block in the flash memory. A function for measuring the erase time until the erase of the cell is completed, a function for comparing the erase time with a predetermined criterion value, and when the erase time exceeds the criterion value in the block, And a function of accessing the block by changing the operating condition of the flash memory to a predetermined operating condition.
本発明の不揮発性半導体記憶装置においては、イレース対象となるブロックにおけるイレース時間を判定(計測)し、このイレース時間が判定基準値を上回った場合は、次にそのブロックにアクセスする際には、フラッシュメモリの動作条件を所定の動作条件に変更する。
これにより、フラッシュメモリの個々のブロックごとにメモリセルの特性の劣化状態を検出でき、この特性劣化に応じた動作条件を、個々のブロックごとにフラッシュメモリに対して設定することができる。このため、フラッシュメモリの信頼性の向上を図ることができる。
In the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention, the erase time in the block to be erased is determined (measured), and when this erase time exceeds the determination reference value, the next time the block is accessed, The operating condition of the flash memory is changed to a predetermined operating condition.
As a result, the deterioration state of the characteristics of the memory cell can be detected for each individual block of the flash memory, and the operation condition corresponding to this characteristic deterioration can be set for the flash memory for each individual block. For this reason, the reliability of the flash memory can be improved.
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
[概要]
本実施形態の不揮発性半導体記憶装置においては、サイクリング回数ではなく、個々のブロック(メモリセルアレイに対してアクセス(例えば、プログラム等)する際の単位となるブロック)のイレース時間をモニタし、イレース時間が判定基準値を上回ったときのブロックアドレスを記憶し、そのブロックに次にアクセスする際に、NAND型フラッシュメモリの動作条件を変更する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
[Overview]
In the nonvolatile semiconductor memory device of this embodiment, the erase time is monitored not for the number of cycles but for each block (a block that becomes a unit for accessing (eg, programming) the memory cell array). The block address when the value exceeds the criterion value is stored, and the operating condition of the NAND flash memory is changed when the block is next accessed.
すなわち、NAND型フラッシュメモリは、サイクリングを重ねることでメモリセルの酸化膜が劣化することにより、チャージトラップが発生し、このチャージトラップに電子が捕獲されることで、メモリセルのプログラム時間は早くなっていく(プログラムしやすくなる)。逆に、イレース時間は長くなる(イレースしにくくなる)。 That is, in the NAND flash memory, a charge trap is generated due to deterioration of the oxide film of the memory cell due to repeated cycling, and electrons are captured in the charge trap, so that the programming time of the memory cell is increased. (Easier to program) On the contrary, the erase time becomes longer (it becomes difficult to erase).
そこで、不揮発性半導体記憶装置では、イレース対象となるブロックにおいてイレース時間が判定基準値を上回ったとき、そのブロックアドレスを記憶し、次回よりそのブロックアドレスにアクセスするときには新しい所定の動作条件の適用をNAND型フラッシュメモリに要求する。上記動作条件とは、例えばプログラム/プログラムベリファイ/リード/イレース(Progaram/Progarm Verify/Read/Erase)の際の動作条件である。なお、イレース時間の判定基準値は、NAND型フラッシュメモリの動作条件を変更する度に、更新(増加)されるものである。 Therefore, in the nonvolatile semiconductor memory device, when the erase time exceeds the determination reference value in the block to be erased, the block address is stored, and when the block address is accessed next time, a new predetermined operation condition is applied. Request for NAND flash memory. The operating conditions are, for example, operating conditions for program / program verify / read / erase (Program / Program Verify / Read / Erase). The erase time determination reference value is updated (increased) every time the operating condition of the NAND flash memory is changed.
[第1実施形態]
(不揮発性半導体記憶装置の構成)
図1は、本発明の第1実施形態に係わる不揮発性半導体記憶装置の構成を示す図である。図1に示す不揮発性半導体記憶装置1は、NAND型フラッシュメモリ(本明細書では、単に「フラッシュメモリ」とも呼ぶ)20を有する不揮発性半導体記憶装置であり、本発明に直接関係する部分のみを示したものである。この図1に示すように、本実施形態の不揮発性半導体記憶装置1は、メモリセルがアレイ状に配列されたNAND型フラッシュメモリ20と、このフラッシュメモリ20を制御するコントローラ10と、を有して構成される。また、NAND型フラッシュメモリ20は、メモリセルがアレイ状に配列されたメモリセルアレイ21を有している。
[First Embodiment]
(Configuration of nonvolatile semiconductor memory device)
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a nonvolatile semiconductor memory device according to the first embodiment of the present invention. A non-volatile
コントローラ10は、NAND型フラッシュメモリ20内のブロック(フラッシュメモリ20内のメモリセルアレイ21へアクセスする際の単位となるブロック)に対して、プログラムの実行指令等のコマンドを発行するとともに、フラッシュメモリ20における動作条件を設定するためのコマンド(動作条件変更設定コマンドCMD)を発行する。NAND型フラッシュメモリ20は、コントローラ10から入力したコマンドCMDに含まれる動作条件の変更設定情報に従い、例えば、プログラム電圧や、リード電圧等の動作条件を設定する。また、NAND型フラッシュメモリ20は、後述するフラグF_ERS(イレース完了情報)の信号をコントローラ10に出力する。
The
コントローラ10は、フラッシュメモリ20から入力したフラグF_ERSを基に、イレース時間(tERS)判定部13により、イレース対象となるブロックにおけるイレース開始からフラグF_ERSが出力されるまでの時間tERSを計測するとともに、時間tERSが所定の判定基準値(例えば、3ms)を上回ったか否かを判定する。
Based on the flag F_ERS input from the
ブロックアドレス記憶部12は、イレース時間判定部13により、イレース対象となるブロックにおける時間tERSが所定の判定基準値(例えば、3ms)を上回ったと判定された場合に、当該ブロックのブロックアドレスと、当該ブロックにおいて時間tERSを上回った回数とを記憶する。
When the erase
上記構成の不揮発性半導体記憶装置1において、NAND型フラッシュメモリ20内のブロックにアクセスする場合、コントローラ10は、最初に、ブロックアドレス記憶部12と、条件テーブル11とを参照する。なお、条件テーブル11には、後述するように、イレース時間tERSの判定基準値と、イレース時間tERSが判定基準値を上回った回数(補正回数)と、この上回った回数に対応して次回からの動作でそのブロックに適用されるべきフラッシュメモリ20の動作条件と、が対応付けられて記憶されている(図6を参照)。そして、ブロックアドレス記憶部12に当該ブロックのブロックアドレスが記憶されている場合に、コントローラ10は、その回数(時間tERSが判定基準値を上回った回数)およびそれに対応する動作条件を条件テーブル11から読み出す。コントローラ10は、この条件テーブル11から読み出した動作条件をNAND型フラッシュメモリ20に対して設定し、その後に、所望の動作(リード/プログラム/イレース)を行う。
In the nonvolatile
NAND型フラッシュメモリ20は、コントローラ10から要求された動作条件変更設定指令(動作条件変更設定コマンドCMD)に応じて動作条件を変更できる機能を備える。動作条件の変更例としては、例えば、フラッシュメモリ20は、プログラムストレス(Program stress)の開始電圧(Vipgm)を変更する(下げる)。また、例えば、フラッシュメモリ20は、メモリセルのゲート電圧を一定電圧Vstep上昇させながらプログラムミングを行う増加型パルスプログラム(Incremental Step Pulse−Program:ISPP)サイクルにおける電圧ステップ幅(Vstep)を変更する(小さくする)。これにより、フラッシュメモリ20において、プログラム速度を抑え、過書き込み(オーバプログラミング)を防止する。
The
或いは、フラッシュメモリ20は、リード時の非選択ワード線の電圧(Vread)を変更する(高くする)。これにより、フラッシュメモリ20は、メモリセルに対して多少過書き込みが発生しても、メモリセルからデータを読み出す際に、データを正常に読み出せるようにマージン(余裕度)を持つことができる。或いは、フラッシュメモリ20は、プログラムベリファイ時の選択ワード線の電圧(Vsel)を変更する(高くする)。メモリセルはサイクリングを重ねるとプログラムしやすくなるが同時に電荷保持特性も劣化するので、これに対して、フラッシュメモリ20は、プログラムベリファイ時の選択ワード線の電圧(Vsel)を変更(高くする)することにより、データを正常に読み出せるようにマージンを持つことができる。
Alternatively, the
図2は、NAND型フラッシュメモリ20の構成を示す図であり、本発明に関係する部分を示したものである。この図2に示すように、NAND型フラッシュメモリ20は、メモリセルアレイ21と、ページバッファデコーダ22Aを備えるページバッファ22と、ロウデコーダ23とを有する。また、NAND型フラッシュメモリ20は、このNAND型フラッシュメモリ20の全体の動作を統括して制御するメモリ制御回路31と、動作条件変更設定部32と、出力データバッファ33と、入力データバッファ34と、フラグ発生部35と、イレース完了検出部36と、動作電圧コントローラ37と、を有している。
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of the
上記構成のNAND型フラッシュメモリ20において、メモリセルアレイ21は、図3に示すブロックを複数ブロック備えている。各ブロックは、図3に示すように、N+1本のビット線BL0〜BLN(ビット線BLで総称)と、n+1本のワード線WL0〜WLn(ワード線WLで総称)と、共通ソース線CSLと、各ビット線BLと共通ソース線CSLとの間にそれぞれ接続されたN+1個のメモリストリングST0〜STN(メモリストリングSTで総称)と、を備える。各メモリストリングSTは、互いに直列接続されたn+1個のフローティングゲート構造の電気的書き換え可能な不揮発性のメモリセルMC0〜MCnを備え、ドレイン側のメモリセルMCnは選択ゲートトランジスタSS1を介して対応するビット線BLに接続され、ソース側のメモリセルMC0は選択ゲートトランジスタGS1を介して共通ソース線CSLに接続される。また、同一行のメモリセルの制御ゲートは、共通のワード線WLに接続されている。
In the
図3に示すブロックにおいて、メモリセルの消去は、例えば、半導体基板に高電圧を印加し、ワード線WL0〜WLnに0Vを印加することにより行われる。これにより、例えばポリシリコンなどからなる電荷蓄積層であるフローティングゲートより電子を引き抜いて、メモリセルMCの閾値電圧を消去閾値電圧VtL(例えば、−1V)に設定する。一方、書き込み(プログラム)においては、例えば、ソース及びドレインに0Vを与え、制御ゲート(選択したワード線WL)に高電圧を印加することにより、フローティングゲートに電子を注入し、閾値電圧を上昇させて書込閾値電圧VtHに設定する。そして、メモリセルMC0〜MCnの閾値電圧が閾値電圧VtLの場合、当該メモリセルのデータ値を“1”とし、閾値電圧が閾値電圧VtHの場合、当該メモリセルのデータ値を“0”とする。 In the block shown in FIG. 3, erasing of the memory cell is performed, for example, by applying a high voltage to the semiconductor substrate and applying 0 V to the word lines WL0 to WLn. As a result, electrons are extracted from the floating gate, which is a charge storage layer made of polysilicon, for example, and the threshold voltage of the memory cell MC is set to the erase threshold voltage VtL (for example, −1 V). On the other hand, in writing (programming), for example, by applying 0 V to the source and drain and applying a high voltage to the control gate (selected word line WL), electrons are injected into the floating gate to raise the threshold voltage. To set the write threshold voltage VtH. When the threshold voltage of the memory cells MC0 to MCn is the threshold voltage VtL, the data value of the memory cell is “1”, and when the threshold voltage is the threshold voltage VtH, the data value of the memory cell is “0”. .
また、メモリセルからデータを読み出すときには、全てのビット線BLを所定の電圧でプリチャージした後に、閾値VtLとVtH間の読み出し電圧を、読み出し対象のメモリセルMCに共通に接続されたワード線WLを介して、選択メモリセルの各制御ゲートに印加する。また、高電圧を、上記選択メモリセル以外のメモリセルMCおよび選択トランジスタSS1,GS1の各制御ゲートに印加して、上記選択メモリセル以外のメモリセルMCならびに選択ゲートトランジスタSS1,GS1を導通させる。従って、選択メモリセルのデータ値が“1”のときには、当該選択メモリセルにセル電流が流れる一方、選択メモリセルのデータ値が“0”のときには、当該選択メモリセルにセル電流が流れないので、セル電流が流れるか否かに基づいて、各選択メモリセルに書き込まれているデータを読み出すことができる。 When data is read from the memory cell, all the bit lines BL are precharged with a predetermined voltage, and then the read voltage between the thresholds VtL and VtH is set to the word line WL commonly connected to the memory cell MC to be read. And applied to each control gate of the selected memory cell. Further, a high voltage is applied to the control gates of the memory cells MC other than the selected memory cell and the selection transistors SS1 and GS1, and the memory cells MC other than the selected memory cell and the selection gate transistors SS1 and GS1 are turned on. Accordingly, when the data value of the selected memory cell is “1”, a cell current flows through the selected memory cell, whereas when the data value of the selected memory cell is “0”, no cell current flows through the selected memory cell. The data written in each selected memory cell can be read based on whether the cell current flows.
また、図2に示すNAND型フラッシュメモリ20において、動作条件変更設定部32は、コントローラ10から入力したコマンド(動作条件変更設定コマンド)CMDが指示する動作条件に従い、NAND型フラッシュメモリ20における動作条件を設定する。また、出力データバッファ33は、メモリセルアレイ21から読み出したデータの外部出力用のバッファ回路であり、外部装置との接続線となるデータ入出線(I/Os)にデータを出力する。入力データバッファ34は、同じくデータ入出線(I/Os)に接続され、外部装置からのデータの入力、アドレス信号の入力、及び動作制御のコマンド等の入力に使用されるバッファ回路である。
In the
イレース完了検出部36は、イレース対象となるブロックにおけるイレース動作において、このブロック内の全てのメモリセルがイレースされた場合に、このブロックのイレースが完了したことを示す情報(イレース完了情報)をフラグ発生部35に出力する。フラグ発生部35は、イレース完了検出部36からイレース完了情報が入力された場合に、イレース対象となるブロックにおいてイレースが完了したことを示すフラグF_ERSを生成して、コントローラ10に出力する。
The erase
動作電圧コントローラ37は、データ書き換え(プログラム)、消去(イレース)、読み出し(リード)等の動作時に用いる昇圧された高電圧や中間電圧を発生する。この動作電圧コントローラ37で生成された電圧信号は、信号Vread、Vpgm、Vers等としてロウデコーダ23とページバッファ22に出力される。この動作電圧コントローラ37における電圧信号の発生動作は、メモリセルMCからのデータの読み出し(リード)、書き換え(プログラム)及び消去(イレース)動作等に応じて、メモリ制御回路31および動作条件変更設定部32から出力される制御指令に基づいて行われる。
The operating
[本実施形態の不揮発性半導体記憶装置の動作説明]
上述したように、NAND型フラッシュメモリ20は、サイクリングを重ねることでメモリセルの酸化膜にチャージトラップが発生し、メモリセルのプログラム時間は早くなっていく(プログラムしやすくなる)。一方で、イレース時間は長くなっていく(イレースしにくくなる)。
[Description of Operation of Nonvolatile Semiconductor Memory Device of this Embodiment]
As described above, in the
そこで、不揮発性半導体記憶装置1では、イレース対象となるブロックにおいてイレース時間tERSを計測し、このイレース時間tERSが判定基準値を上回ったとき、そのブロックアドレスを記憶し、次回よりそのブロックアドレスにアクセスするときには新しい動作条件を適用するようにNAND型フラッシュメモリ20に要求する。上記動作条件とは、例えばプログラム/プログラムベリファイ/リード/イレース(Progaram/Progarm Verify/Read/Erase)の際の動作条件である。なお、イレース時間tERSは、イレース対象となるブロックにおけるイレース開始からフラグF_ERSが出力されるまでの時間で定義されるものである。
Therefore, the nonvolatile
図4は、サイクリング回数に対するプログラム時間tPROGとイレース時間tERSの変化特性を示す図である。この図4では、横軸にサイクリング回数(logスケール)を示し、縦軸に時間を示している。なお、縦軸に示す時間は、tPROGとtERSのそれぞれの特性曲線に応じたA.U.(任意単位)である。 FIG. 4 is a diagram showing the change characteristics of the program time tPROG and the erase time tERS with respect to the number of cyclings. In FIG. 4, the horizontal axis represents the number of cycling (log scale), and the vertical axis represents time. In addition, the time shown on the vertical axis represents A.D. according to the respective characteristic curves of tPROG and tERS. U. (arbitrary unit).
この図4に示すように、サイクリング回数0からN1の間では、プログラム時間tPROGとイレース時間tERSのそれぞれが、ほぼ一定で推移する。そして、サイクリング回数N1以降、フラッシュメモリ20は、サイクリングを重ねることでメモリセルの酸化膜にチャージトラップが発生し、メモリセルのプログラム時間tPROGは短くなっていく(プログラムしやすくなる)。また、逆にイレース時間tERSは長くなっていく(イレースしにくくなる)。
As shown in FIG. 4, each of the program time tPROG and the erase time tERS changes substantially constant between the number of
そして、時間tERSが長くなり、判定基準値(基準値1)を上回ったとき(サイクリング回数N2のとき)に、コントローラ10は、フラッシュメモリ20にコマンドCMDを発行し、フラッシュメモリ20における動作条件を変更する。なお、基準値2については、次の図5で説明する。
When the time tERS becomes longer and exceeds the determination reference value (reference value 1) (when the number of times of cycling is N2), the
図5は、フラッシュメモリにおける動作条件の変更とプログラム時間tPROGの変化を示す図である。この図5では、図4と同様に、横軸にサイクリング回数(logスケール)、縦軸に時間(A.U.)を示している。
この図5に示すように、サイクリング回数0からN1の間では、プログラム時間tPROGとイレース時間tERSのそれぞれが、ほぼ一定で推移する。そして、サイクリング回数N1以降、フラッシュメモリ20において、サイクリングを重ねることでメモリセルの酸化膜にチャージトラップが発生し、メモリセルのプログラム時間tPROGは短くなっていく(プログラムしやすくなる)。また、逆にイレース時間tERSは長くなっていく。
FIG. 5 is a diagram showing changes in operating conditions and changes in program time tPROG in the flash memory. In FIG. 5, as in FIG. 4, the horizontal axis indicates the number of cycles (log scale), and the vertical axis indicates time (AU).
As shown in FIG. 5, each of the program time tPROG and the erase time tERS changes substantially constant between the number of
そして、サイクリング回数N2において、時間tERSが長くなり、判定基準値(基準値1)を上回ったときに、コントローラ10は、フラッシュメモリ20にコマンドCMDを発行し、フラッシュメモリ20における動作条件を変更する。また、コントローラ10は、判定基準値を基準値1から基準値2(基準値2>基準値1)に更新する。そして、フラッシュメモリ20における動作条件を変更することにより、プログラム時間tPROGは、一旦、元の時間(サイクリング回数N1以下のtPROGの時間)まで復帰する。
When the time tERS becomes longer and exceeds the determination reference value (reference value 1) at the number of times of cycling N2, the
サイクリング回数N2において動作条件を変更した後、さらにサイクリング回数を重ねることにより、メモリセルのプログラム時間tPROGは次第に短くなり、イレース時間tERSはさらに長くなっていく。そして、サイクリング回数N3において、時間tERSが長くなり、判定基準値(基準値2)を上回ったときに、コントローラ10は、フラッシュメモリ20にコマンドCMDを発行し、フラッシュメモリ20における動作条件を再び変更する。そして、フラッシュメモリ20における動作条件を変更することにより、プログラム時間tPROGは、元の時間に復帰する。このように、コントローラ10は、NAND型フラッシュメモリ20から出力されるフラグF_ERSをモニタして、イレース時間tERSが判定基準値(更新される判定基準値)を超えるごとにNAND型フラッシュメモリ20における動作条件を変更する。
After changing the operating condition at the number of times of cycling N2, by further repeating the number of times of cycling, the program time tPROG of the memory cell is gradually shortened and the erase time tERS is further lengthened. When the time tERS becomes longer and exceeds the determination reference value (reference value 2) at the number of times of cycling N3, the
上記フラッシュメモリ20おける動作条件を変更するために、コントローラ10内の条件テーブル11には、時間tERSの判定基準値と、イレース時間tERSが判定基準値を上回った回数(補正回数)と、この上回った回数に対応する次回からの動作でそのブロックに適用されるべきフラッシュメモリ20の動作条件と、が対応付けられて記憶されている。
In order to change the operation condition in the
図6は、条件テーブルの一例を示す図である。この図6に示す表には、判定基準値と、補正回数(イレース時間tERSが判定基準値を上回った回数)と、この補正回数に対応するNAND型フラッシュメモリ20の動作条件(リード時、プログラム時、ベリファイプログラム時、およびイレース時における動作条件)が示されている。なお、この表において、リード時の電圧Vreadは、リード時の非選択ワード線の初期電圧を示し、プログラム時の電圧Vipgmは、プログラム時の初期電圧を示している。また、プログラムベリファイ時の電圧Vpassは、プログラムベリファイ時の非選択ワード線の初期電圧を示し、電圧Vselは、選択ワード線の初期電圧を示している。また、イレース時の電圧Versは、メモリセルのイレース時の消去電圧(初期電圧)を示している。
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of the condition table. The table shown in FIG. 6 shows the determination reference value, the number of corrections (the number of times the erase time tERS has exceeded the determination reference value), and the operating conditions of the
この図6に示すように、イレース時間tERSが1番目の判定基準時間(3ms)よりも長くなった時(図5に示すサイクリング回数N2のとき)に、1回目の動作条件の補正が行われる。この補正1回目では、リード時の非選択ワード線の電圧Vreadを初期電圧Vreadから0.1V増加させてVread1とする(Vread1=Vread+0.1V)。これは、フラッシュメモリの酸化膜が劣化することにより、プログラム速度が速くなり(プログラム電圧が低下し)、メモリセルがオーバプログラミング(閾値Vtが上昇)されている可能性があるため、非選択ワード線の電圧Vreadを上昇させて対応するものである。 As shown in FIG. 6, when the erase time tERS is longer than the first determination reference time (3 ms) (when the number of times of cycling N2 shown in FIG. 5), the first operating condition is corrected. . In the first correction, the voltage Vread of the unselected word line at the time of reading is increased by 0.1 V from the initial voltage Vread to Vread1 (Vread1 = Vread + 0.1V). This is because the oxide film of the flash memory is deteriorated, so that the program speed is increased (the program voltage is decreased), and the memory cell may be overprogrammed (the threshold value Vt is increased). The voltage Vread of the line is raised to cope with it.
また、この補正1回目では、プログラム時の初期電圧Vipgmを初期電圧Vipgmから1.0V減少させてVipgm1(Vipgm1=Vipgm−1.0V)とする。これは、フラッシュメモリの酸化膜が劣化することにより、プログラム速度が速くなり、メモリセルがオーバプログラミングされることを防ぐために、プログラム電圧Vipgmを低下させて対応するものである。 In the first correction, the initial voltage Vipgm at the time of programming is decreased by 1.0 V from the initial voltage Vipgm to be Vipgm1 (Vippm1 = Vippm−1.0 V). This is done by lowering the program voltage Vipgm to prevent the flash memory oxide film from degrading to increase the program speed and to over-program the memory cells.
また、補正1回目では、増加型パルスプログラム(ISPP)サイクルにおけるステップ電圧Vstep1を、初期電圧Vstepのままとする(Vstep1=Vstep)。なお、増加型パルスプログラム(ISPP)は、メモリセルのゲートに印加する電圧をステップ状に増加させて書き込みを行う方式であり、NAND型フラッシュメモリ20において、プログラム電圧をループ毎に一定値ずつ増加させて、所望のメモリセルへのデータの書き込みを行うものである。
In the first correction, the step voltage Vstep1 in the incremental pulse program (ISPP) cycle is kept at the initial voltage Vstep (Vstep1 = Vstep). Note that the incremental pulse program (ISPP) is a method of performing writing by increasing the voltage applied to the gate of the memory cell in a stepped manner. In the
また、補正1回目では、プログラムベリァイ時の非選択ワード線の電圧Vpassを、初期電圧Vpassから0.1V増加させてVpass1(Vpass1=Vpass+0.1V)とする。これは、フラッシュメモリの酸化膜が劣化することにより、閾値Vtが低下することがあるため、逆に、ベリファイ時における非選択ワード線の電圧Vpassを上昇させて対応するものである。また、プログラムベリァイ時の電圧Vselを、初期電圧Vselから0.1V増加させてVsel1(Vsel1=Vsel+0.1V)とし、イレース時の電圧Vers1は初期電圧Versのままとする(Vers1=Vers)。なお、この例では、イレース時の電圧Vers1を初期電圧Versのままにしているが、メモリセルがオーバプログラミングされている可能性を考慮して増加させるようにしてもよい。 In the first correction, the voltage Vpass of the non-selected word line at the program verify is increased by 0.1 V from the initial voltage Vpass to Vpass1 (Vpass1 = Vpass + 0.1V). This is because the threshold value Vt may decrease due to deterioration of the oxide film of the flash memory, and conversely, the voltage Vpass of the non-selected word line at the time of verification is increased. Further, the voltage Vsel at the time of program verification is increased by 0.1 V from the initial voltage Vsel to Vsel1 (Vsel1 = Vsel + 0.1V), and the voltage Vers1 at the time of erasing is kept at the initial voltage Vers (Vers1 = Vers). . In this example, the voltage Vers1 at the time of erasing is kept at the initial voltage Vers. However, the voltage Vers1 may be increased in consideration of the possibility that the memory cell is overprogrammed.
次に、イレース時間tERSが2番目の判定基準値(4ms)よりも長く短くなった時(図5に示すサイクリング回数N3のとき)に、2回目の動作条件の補正が行われる。この補正2回目では、リード時の非選択ワード線の電圧Vreadを、初期電圧Vreadから0.2V増加させてVread2(Vread2=Vread+0.2V)とする。また、プログラム電圧Vipgmを、初期電圧Vipgmから−1.5V減少させてVipgm2(Vipgm2=Vipgm−1.5V)とする。また、ISPPサイクルにおけるステップ電圧Vstepを、初期電圧Vstepから0.1V減少させてVstep2(Vstep2=Vstep−0.1V)とする。 Next, when the erase time tERS becomes longer and shorter than the second determination reference value (4 ms) (when the number of times of cycling N3 shown in FIG. 5), the second operating condition is corrected. In the second correction, the voltage Vread of the unselected word line at the time of reading is increased by 0.2V from the initial voltage Vread to Vread2 (Vread2 = Vread + 0.2V). Further, the program voltage Vipgm is reduced by −1.5 V from the initial voltage Vipgm to be Vipgm2 (Vipgm2 = Vippm−1.5 V). Further, the step voltage Vstep in the ISPP cycle is reduced by 0.1 V from the initial voltage Vstep to Vstep2 (Vstep2 = Vstep−0.1 V).
また、補正2回目では、プログラムベリァイ時の非選択ワード線の電圧Vpassを、初期電圧Vpassから0.2V増加させてVpass2(Vpass2=Vpass+0.2V)とする。また、プログラムベリァイ時の電圧Vselを、初期電圧Vselから0.1V増加させてVsel2(Vsel2=Vsel+0.1V)とする。なお、イレース時の電圧Vers2は初期電圧Versのままとする(Vers2=Vers)。 In the second correction, the voltage Vpass of the non-selected word line at the program verify is increased by 0.2 V from the initial voltage Vpass to Vpass2 (Vpass2 = Vpass + 0.2V). Further, the voltage Vsel at the time of program verify is increased by 0.1 V from the initial voltage Vsel to Vsel2 (Vsel2 = Vsel + 0.1V). Note that the voltage Vers2 at the time of erasing remains the initial voltage Vers (Vers2 = Vers).
同様にして、コントローラ10では、時間tERSが判定基準値(5ms、・・・)を上回ったことを検出するごとに、3回目、4回目、・・・・と順番に補正を繰り返す。
Similarly, every time the
上述のように、NAND型フラッシュメモリ20を使用する不揮発性半導体記憶装置1は、フラッシュメモリ20からフラグF_ERSが出力される時間tERSを判定し、時間tERSが判定基準値を上回った場合、コントローラ10は、判定基準値を所定の値に更新(長く)するとともに、そのブロックアドレス及びイレース時間tERSが判定基準値を上回った回数(補正回数)をブロックアドレス記憶部12に記憶する(初回目ならば1、2回目ならば2、3回目ならば3、・・・・)。
As described above, the nonvolatile
そして、不揮発性半導体記憶装置1のコントローラ10は、次にそのブロックにアクセスする場合、条件テーブル11に記憶している補正回数及びそれに対応する動作条件を読み出し、その読み出した動作条件をまずNAND型フラッシュメモリ20に対して設定し、その後に、所望の動作(リード/プログラム/イレース)を行う。
Then, when accessing the block next time, the
なお、図6に示す条件テーブルにおける動作条件の設定値は、例えば、実験データにより決定することができる。また、図6に示す条件テーブル11は、一例を示すものであって、不揮発性半導体記憶装置の種類や構成に応じて、その設定値は、変更される得るものである。
また、あるブロックにおける補正回数が増大(特性劣化が進行)した場合は、当該ブロックを使用しないようにすることができる。これにより、フラッシュメモリ20の寿命を延ばすとともに、フラッシュメモリ20における信頼性の向上を図ることができる。
Note that the setting value of the operating condition in the condition table shown in FIG. 6 can be determined by experimental data, for example. The condition table 11 shown in FIG. 6 shows an example, and the set value can be changed according to the type and configuration of the nonvolatile semiconductor memory device.
Further, when the number of corrections in a certain block increases (characteristic deterioration progresses), the block can be prevented from being used. Thereby, the lifetime of the
以上、説明したように、本実施形態の不揮発性半導体記憶装置においては、サイクリング回数ではなく、個々のブロックのイレース時間tERSをモニタし、イレース時間tERSが判定基準値を上回ったときに、当該ブロックアドレスを記憶してそのブロックに対してのみ動作条件を変更する。 As described above, in the nonvolatile semiconductor memory device of this embodiment, the erase time tERS of each block is monitored instead of the number of cycles, and when the erase time tERS exceeds the determination reference value, the block Store the address and change the operating condition only for that block.
すなわち、NAND型フラッシュメモリ20は、サイクリングを重ねることでメモリセルの酸化膜にチャージトラップが発生し、メモリセルのプログラム時間は早くなっていく(プログラムしやすくなる)。逆に、イレース時間は長くなる(イレースしにくくなる)。そこで、不揮発性半導体記憶装置1では、イレース対象となるブロックにおいてイレース時間が判定基準値を上回ったとき、そのブロックアドレス及びそのブロックに次回から適用すべき動作条件を記憶し、次回よりそのブロックアドレスにアクセスするときには新しい動作条件適用をNAND型フラッシュメモリ20に指示する。
That is, in the
このように、本実施形態の不揮発性半導体記憶装置1においては、NAND型フラッシュメモリ20上での個々のブロックのサイクリング回数を記憶しておく必要がないのでレジスタ領域が少なくてすむ。また、個々のブロックごとにメモリセルの特性の劣化状態の管理することができるので、平均のサイクリング回数を利用してNAND型フラッシュメモリ20の動作条件を変更する場合に比べて、NAND型フラッシュメモリ20の全体の特性劣化を招くことがなく、NAND型フラッシュメモリ20の信頼性の向上を図ることができる。
As described above, in the nonvolatile
[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態として、第1実施形態におけるNAND型フラッシュメモリ20がフラグF_ERSをコントローラ10に出力する方法に替えて、フラッシュメモリ20が判定基準値(更新される判定基準値)に応じたフラグ値をコントローラ10に出力する例について説明する。これにより、コントローラ10は、イレース時間を判定(計測)する必要がなくなり、コントローラ10における制御が簡単になる。
[Second Embodiment]
Next, as a second embodiment of the present invention, instead of the method in which the
図7は、本発明の第2の実施形態に係わる不揮発性半導体記憶装置1Aの構成を示す図である。図7に示す不揮発性半導体記憶装置1Aは、図1に示す不揮発性半導体記憶装置1と比較して、図1に示すコントローラ10内のイレース時間(tERS)13を省略した点と、図1に示す条件テーブル11とブロックアドレス記憶部12とを図7に示す条件テーブル11Aとブロックアドレス記憶部12Aに変更した点が異なる。また、図1に示すNAND型フラッシュメモリ20からフラグF_ERSを出力するのに替えて、図7に示すNAND型フラッシュメモリ20Aから、フラグ値RnBを出力するように変更した点が異なる。他の構成は、図1に示す不揮発性半導体記憶装置1と同様である。
FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a nonvolatile
また、図8は、本発明の第2実施形態に係わるNAND型フラッシュメモリ20Aの構成を示す図である。図8に示すNAND型フラッシュメモリ20Aは、図2に示すNAND型フラッシュメモリ20と比較して、図2に示すフラグ発生部35を、図8に示すフラグ値生成部35Aに変更した点が異なる。
FIG. 8 is a diagram showing a configuration of a
すなわち、図2に示す第1実施形態のNAND型フラッシュメモリ20においては、イレース対象となるブロックにおいてイレースが完了した場合に、フラグ発生部35が、イレースが完了したことを示すフラグF_ERSを生成してコントローラ10に出力するように構成されている。
一方、図8に示すNAND型フラッシュメモリ20Aにおいては、イレース対象となるブロックにおいてイレースが完了した場合に、フラグ値生成部35Aは、イレース時間tERS応じたフラグ値RnBを生成してコントローラ10Aに出力するように構成されている。
That is, in the
On the other hand, in the
このフラグ値生成部35Aは、イレース完了検出部36からイレース完了情報を受け取ると、このイレース完了情報を基に、当該ブロックにおけるイレース時間tERSを判定(計測)する。また、このフラグ値生成部35Aは、複数の判定基準値「判定基準値1,判定基準値2(>判定基準値1),判定基準値3(>判定基準値2),・・・,判定基準値n」を予め保持しており、判定(計測)したイレース時間tERSを、それぞれの判定基準値と比較し、その比較結果を基にフラグ値RnBを生成する。
When the flag
例えば、フラグ値生成部35Aは、イレース時間tERSが判定基準値1よりも大きく判定基準値2よりも小さい場合(判定基準値1<tERS<判定基準値2)には、フラグ値“01”を生成してコントローラ10Aに出力する。また、フラグ値生成部35Aは、イレース時間tERSが判定基準値2よりも大きく判定基準値3よりも小さい場合(判定基準値2<tERS<判定基準値3)には、フラグ値“02”を生成して出力する。このように、フラグ値生成部35Aは、イレース時間tERSが判定基準値1を超える場合に、その判定基準値の大きさに応じたフラグ値を生成してコントローラ10Aに出力する。
For example, when the erase time tERS is larger than the
コントローラ10Aは、イレース対象となるブロックに対してイレースを開始した後にフラッシュメモリ20からフラグ値RnBを受け取ると、当該ブロックのブロックアドレスと、フラグ値RnBとを対応付けてブロックアドレス記憶部12Aに記憶する。また、コントローラ10Aは、図9に示す条件テーブル11Aを備えている。この図9に示す条件テーブル11Aは、図6に示す条件テーブル11と比較して、図6に示す表中の補正回数(1,2、3,・・・,n)を、図9に示すフラグ値(01,02,03,・・・,FF)に変更した点が異なる。他の項目については図6と同様である。この条件テーブル11Aには、イレース時間tERSと、フラグ値RnBと、フラグ値RnBに応じたフラッシュメモリ20Aの動作条件と、が対応付けされて記憶されている。
When the controller 10A receives the flag value RnB from the
そして、NAND型フラッシュメモリ20A内のブロックに対してアクセスを開始する場合に、コントローラ10Aは、まずブロックアドレス記憶部12Aを参照し、当該ブロックのブロックアドレスがブロックアドレス記憶部12Aに記憶されているか否かを判定する。コントローラ10Aは、アクセスしようとするブロックのブロックアドレスがブロックアドレス記憶部12Aに記憶されている場合に、このブロックアドレスに対応して記憶されているフラグ値RnBを読み出し、このフラグ値RnBを基に条件テーブル11Aを参照して、フラッシュメモリ20Aに適用すべき動作条件を読み出す。コントローラ10Aは、条件テーブル11Aから読み出した動作条件を、このブロックに対して適用するようにフラッシュメモリ20Aに要求する。
そして、コントローラ10Aは、要求した動作条件がフラッシュメモリ20Aに設定された後に、フラッシュメモリ20Aのブロックへのアクセスを開始する。
When starting access to a block in the
Then, the controller 10A starts access to the block of the
このように、第2実施形態の不揮発性半導体記憶装置1Aでは、フラッシュメモリ20Aがイレース時間tERSと判定基準値(複数の判定基準値)を比較し、その比較結果をフラグ値RnBとしてコントローラ10Aに出力するので、これにより、コントローラ10側でイレース時間tERSの判定を行う必要がなくなり、また、イレース時間tERSと判定基準値との比較を行う必要もなくなり、コントローラ10Aにおける制御が簡単化される。
As described above, in the nonvolatile
以上本発明の実施形態について説明したが、ここで、本発明と上記実施形態の対応について補足して説明しておく。上記実施形態において、本発明における不揮発性半導体記憶装置は、図1に示す不揮発性半導体記憶装置1が対応し、本発明におけるフラッシュメモリは、NAND型フラッシュメモリ(単に「フラッシュメモリ」とも呼ぶ)20が対応する。また、本発明における制御部は、図1に示すコントローラ10が対応し、本発明における条件テーブルは、条件テーブル11が対応し、本発明におけるブロックアドレス記憶部は、ブロックアドレス記憶部12が対応し、本発明におけるイレース時間判定部は、イレース時間判定部13が対応する。
Although the embodiment of the present invention has been described above, the correspondence between the present invention and the above embodiment will be supplementarily described here. In the above embodiment, the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention corresponds to the nonvolatile
(1)そして、上記実施形態において、不揮発性半導体記憶装置1は、フラッシュメモリ20内のブロックに対してイレース動作を行う際に、イレース開始からブロック内のメモリセルのイレースが完了するまでのイレース時間tERSを計測する機能と、イレース時間tERSと所定の判定基準値とを比較する機能と、上記ブロックにおいてイレース時間tERSが判定基準値を上回った場合は、次に当該ブロックに対してアクセスする際に、フラッシュメモリ20の動作条件を所定の動作条件に変更してアクセスする機能と、を備える。
このような構成の不揮発性半導体記憶装置1では、イレース対象となるブロックにおけるイレース時間tERSを判定(計測)し、このイレース時間tERSが判定基準値を上回ったときに、当該ブロックのブロックアドレスを記憶しておき、次にそのブロックにアクセスする際には、フラッシュメモリ20の動作条件を所定の動作条件に変更する。
これにより、フラッシュメモリ内の個々のブロックごとにメモリセルの特性劣化状態を検出でき、この特性劣化に応じた動作条件を個々のブロックごとに、フラッシュメモリ20に対して設定することができる。また、メモリセルが劣化していないブロックに対しては通常の動作条件を設定できる。さらには、劣化の程度が大きい(劣化が進んだ)ブロックを使用しないようにすることもできる。このため、フラッシュメモリ20の全体の特性劣化を招くことがなく、フラッシュメモリの寿命を延ばすとともに、フラッシュメモリ20の信頼性の向上を図ることができる。
(1) In the above embodiment, when the nonvolatile
In the nonvolatile
Thereby, the characteristic deterioration state of the memory cell can be detected for each individual block in the flash memory, and the operating condition corresponding to the characteristic deterioration can be set for the
(2)また、上記実施形態において、不揮発性半導体記憶装置1は、メモリセルがアレイ状に配列されたメモリ領域を有するフラッシュメモリ20とフラッシュメモリ20の動作を制御する制御部(コントローラ10)とを有し、フラッシュメモリ20は、イレース対象となるブロック内のメモリセルのイレースが完了したときに、このイレースが完了したことを示すイレース完了情報(フラグF_ERS)を外部(コントローラ10)に出力する機能と、外部(コントローラ10)からの要求に応じて当該フラッシュメモリ20における動作条件を変更する機能と、を備え、制御部(コントローラ10)は、フラッシュメモリ20から出力されるイレース完了情報(フラグF_ERS)をモニタすることにより、イレース対象となるブロックにおけるイレースの開始からイレースが完了するまでに要したイレース時間tERSを判定する機能と、イレース時間tERSと判定基準値とを比較する機能と、上記イレース対象となるブロックにおいてイレース時間tERSが判定基準値を上回った場合に、当該ブロックのブロックアドレスを記憶するとともに、次回より当該ブロックにアクセスする際には、フラッシュメモリ20の動作条件を所定の動作条件に変更するようにフラッシュメモリ20に要求する機能と、を備える。
(2) In the above embodiment, the nonvolatile
このような構成の不揮発性半導体記憶装置1では、フラッシュメモリ20は、イレース対象となるブロック内のメモリセルのイレースが完了したときに外部にイレース完了情報(フラグF_ERS)を出力する。また、フラッシュメモリ20は、外部(コントローラ10)からの要求に応じて動作条件を変更することができる。
制御部(コントローラ10)では、フラッシュメモリ20から出力されるイレース完了情報(フラグF_ERS)をモニタして、イレース時間tERS(イレース開始からフラグF_ERSされるまでの時間)を判定する。そして、制御部(コントローラ10)は、時間tERSが判定基準値上回ったとき、そのブロックアドレス及びそのブロックに次回から適用すべき動作条件を記憶し、次回よりそのブロックにアクセスするときには新しい動作条件を適用するようにフラッシュメモリ20に要求する。上記動作条件とは、例えばプログラム/プログラムベリファイ/リード/イレース(Progaram/Progarm Verify/Read/Erase)の際の動作条件である。
これにより、フラッシュメモリにおける個々のブロックのサイクリング回数を記憶することなく、個々のブロックごとにメモリセルの特性の劣化を検出し、フラッシュメモリの動作条件を個々のブロックの劣化状態に応じて設定することができる。このため、フラッシュメモリの寿命を延ばすとともに、フラッシュメモリの信頼性の向上を図ることができる。
In the nonvolatile
The control unit (controller 10) monitors the erase completion information (flag F_ERS) output from the
Thereby, without storing the number of cycles of each block in the flash memory, the deterioration of the characteristics of the memory cell is detected for each block, and the operating condition of the flash memory is set according to the deterioration state of each block. be able to. For this reason, the lifetime of the flash memory can be extended and the reliability of the flash memory can be improved.
(3)また、上記実施形態において、前記制御部(コントローラ10)は、フラッシュメモリ20内のブロックにおいてイレース時間tERSが判定基準値を上回る毎に、ブロックに対する判定基準値を所定時間長くして更新するととともに、次にブロックに対してアクセスする際、フラッシュメモリ20に対して異なる動作条件を設定する。
(3) In the above embodiment, each time the erase time tERS exceeds the determination reference value in the block in the
このような構成の不揮発性半導体記憶装置1では、ある1のブロックにおいて、イレース時間tERSが判定基準値を上回った場合に、判定基準値の時間を延長して更新するとともに、この1のブロックに対するフラッシュメモリ20の動作条件を変更する。そして、判定基準値を更新した後に、当該1のブロックにおいてレース時間tERSが判定基準値を再び上回るようになった場合は、当該1のブロックに対する判定基準値をさらに延長して更新するとともに、フラッシュメモリ20の動作条件を再び延長して更新する。以降、当該1のブロックにおいてイレース時間tERSが判定基準値を上回るごとに、判定基準値を延長して更新するとともに、この上回った回数に応じて予め設定(保持)された動作条件をフラッシュメモリ20に対して設定する。
これにより、あるブロックにおいて、メモリセルの特性劣化が進行する場合には、このブロックに対して、メモリセルの特性劣化の状態に応じた動作条件を設定することができる。このため、フラッシュメモリの信頼性の向上を図ることができる。
In the nonvolatile
As a result, when the characteristic deterioration of the memory cell progresses in a certain block, it is possible to set an operation condition according to the state of the characteristic deterioration of the memory cell for this block. For this reason, the reliability of the flash memory can be improved.
(4)また、上記実施形態において、不揮発性半導体記憶装置1は、イレース対象となるブロックにおけるイレース開始からイレースが完了するまでのイレース時間tERSを判定し、このイレース時間tERSと判定基準値とを比較するとともに、イレース時間tERSが判定基準値を上回った場合に、当該ブロックに対する判定基準値の時間を延長して更新するイレース時間判定部13と、イレース対象となるブロックにおいてイレース時間tERSが判定基準値を上回った場合に、当該ブロックのブロックアドレスと、当該ブロックにおいてイレース時間tERSが判定基準値を上回った回数である補正回数と、を対応付けて記憶するブロックアドレス記憶部12と、この補正回数と、この補正回数に応じて更新設定される判定基準値と、同じくこの補正回数に応じてフラッシュメモリ20に対して適用されるべき動作条件と、を対応付け保存する条件テーブル11と、を備え、制御部(コントローラ10)は、フラッシュメモリ20内のブロックに対してアクセスを開始する前に、ブロックアドレス記憶部12と条件テーブル11とを参照し、当該ブロックのブロックアドレスがブロックアドレス記憶部12に記憶されている場合は、当該ブロックの補正回数に応じた動作条件を条件テーブル11から抽出し、この抽出した動作条件をフラッシュメモリ20に対して設定した後に、当該ブロックに対してアクセスを開始する。
(4) In the above embodiment, the nonvolatile
このような構成の不揮発性半導体記憶装置1では、イレース時間判定部13により、イレース対象となるブロックにおけるイレース開始からイレース完了情報(フラグF_ERS)が出力されるまでのイレース時間tERSを判定(計測)するとともに、該イレース時間tERSを判定基準値と比較する。また、イレース時間判定部13は、イレース時間tERSが判定基準値を上回ったブロックに対して、判定基準値の時間を延長して更新する。また、ブロックアドレス記憶部12は、イレース時間tERSが判定基準値を上回ったブロックのブロックアドレスを、当該ブロックにおいてイレース時間tERSが判定基準値を上回った回数(補正回数)とともに記憶する。条件テーブル11は、上記補正回数と、この補正回数に応じて更新設定される判定基準値と、同じくこの補正回数に応じてフラッシュメモリ20に対して適用されるべき動作条件と、を対応付け保存する。
そして、制御部(コントローラ10)は、フラッシュメモリ20内のブロックにアクセスを開始する前に、ブロックアドレス記憶部12と条件テーブル11とを参照し、当該ブロックのブロックアドレスがブロックアドレス記憶部12に記憶されている場合は、当該ブロックの補正回数に応じた動作条件を抽出し、この抽出した動作条件をフラッシュメモリ20に対して設定した後に、当該ブロックに対するアクセスを開始する。
これにより、あるブロックにおいてメモリセルの特性が劣化した場合は、このブロックのブロックアドレスを保存するとともに、このブロック内のメモリセルの特性劣化に応じた動作条件をフラッシュメモリ20に対して設定することができる。
In the nonvolatile
The control unit (controller 10) refers to the block
As a result, when the characteristics of the memory cell in a certain block deteriorate, the block address of this block is stored, and the operating condition corresponding to the characteristic deterioration of the memory cell in this block is set for the
(5)また、上記実施形態において、アクセスする際に変更する動作条件は、フラッシュメモリ20のブロックに対してプログラム、プログラムベリファイ、リード、イレースのいずれか、または全部の処理を行う際の動作条件である
これにより、あるブロックにおいて、メモリセルの特性が劣化した場合には、このメモリセルの劣化状態に応じて、プログラム時、プログラムベリファイ時、リード時、およびイレース時の動作条件(例えば、プログラム電圧、リード電圧、ベリファイ電圧等の電圧条件)等を適切に設定することができる。
(5) In the above-described embodiment, the operating condition to be changed when accessing is an operating condition when performing any one of the program, program verify, read, erase, or all the processing on the block of the
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明の不揮発性半導体記憶装置は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention is not limited to the above illustrated examples, and various modifications are made within the scope not departing from the gist of the present invention. Of course you get.
例えば、上述した実施形態では、フラッシュメモリがNAND型フラッシュメモリの例を示したが、フラッシュメモリは、NOR型のフラッシュメモリであってもよい。
また、本発明は、上述した不揮発性半導体記憶装置に限らず、フラッシュメモリを内蔵する種々のシステムに効果的に適用できるものである。
For example, in the above-described embodiments, an example in which the flash memory is a NAND flash memory has been described. However, the flash memory may be a NOR flash memory.
The present invention is not limited to the nonvolatile semiconductor memory device described above, and can be effectively applied to various systems incorporating a flash memory.
1,1A…不揮発性半導体記憶装置、10,10A…コントローラ、11,11A…条件テーブル、12,12A…ブロックアドレス記憶部、13…イレース時間判定部、20,20A…フラッシュメモリ、21…メモリセルアレイ、22…ページバッファ、22A…ページバッファデコーダ、23…ロウデコーダ、31…メモリ制御回路、32…動作条件変更設定部、33…出力データバッファ、34…入力データバッファ、35…フラグ発生部、35A…フラグ値生成部、36…イレース完了検出部、37…動作電圧コントローラ
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記イレース時間と所定の判定基準値とを比較する機能と、
前記ブロックにおいて前記イレース時間が前記判定基準値を上回った場合は、当該ブロックに次回からアクセスする際に、前記フラッシュメモリの動作条件を所定の動作条件に変更してアクセスする機能と、
を備えることを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。 When performing an erase operation on a block in the flash memory, a function for measuring the erase time from the start of erase until completion of the erase,
A function of comparing the erase time with a predetermined criterion value;
When the erase time exceeds the determination reference value in the block, when accessing the block from the next time, the function of accessing the flash memory by changing the operation condition to a predetermined operation condition;
A non-volatile semiconductor memory device comprising:
前記フラッシュメモリは、
イレース対象となるブロック内のメモリセルのイレースが完了したときに、このイレースが完了したことを示すイレース完了情報を外部に出力する機能と、
外部からの要求に応じて当該フラッシュメモリにおける動作条件を変更する機能と、
を備え、
前記制御部は、
前記フラッシュメモリから出力される前記イレース完了情報をモニタすることにより、イレース対象となるブロックにおけるイレースの開始からイレースが完了するまでに要したイレース時間を計測する機能と、
前記イレース時間と前記判定基準値とを比較する機能と、
前記イレース対象となるブロックにおいてイレース時間が前記判定基準値を上回った場合に、当該ブロックのブロックアドレスを記憶するとともに、次回より当該ブロックにアクセスする際には、前記フラッシュメモリの動作条件を前記所定の動作条件に変更するように前記フラッシュメモリに要求する機能と、
を備え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。 A flash memory having memory areas in which memory cells are arranged in an array, and a control unit for controlling the operation of the flash memory;
The flash memory is
When the erase of the memory cells in the block to be erased is completed, the function of outputting erase completion information indicating that the erase is completed to the outside,
A function to change the operating conditions in the flash memory in response to an external request;
With
The controller is
A function of measuring the erase time required from the start of the erase to the completion of the erase in the block to be erased by monitoring the erase completion information output from the flash memory;
A function of comparing the erase time with the criterion value;
When the erase time of the block to be erased exceeds the determination reference value, the block address of the block is stored, and when the block is accessed next time, the operation condition of the flash memory is set to the predetermined value. A function that requests the flash memory to change to the operating conditions of
The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, comprising:
前記フラッシュメモリ内の前記ブロックにおいて前記イレース時間が前記判定基準値を上回る毎に、前記ブロックに対する前記判定基準値を所定時間長くして更新するととともに、次に前記ブロックに対してアクセスする際、前記フラッシュメモリに対して異なる動作条件を設定する、
ことを特徴とする請求項2に記載の不揮発性半導体記憶装置。 The controller is
Each time the erase time exceeds the determination reference value in the block in the flash memory, the determination reference value for the block is updated to be longer by a predetermined time, and the next time the block is accessed, Set different operating conditions for flash memory,
The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 2.
前記イレース対象となるブロックにおいて前記イレース時間が前記判定基準値を上回った場合に、当該ブロックのブロックアドレスと、当該ブロックにおいて前記イレース時間が前記判定基準値を上回った回数である補正回数と、を対応付けて記憶するブロックアドレス記憶部と、
前記補正回数と、この補正回数に応じて更新設定される前記判定基準値と、同じくこの補正回数に応じて前記フラッシュメモリに対して適用されるべき動作条件と、を対応付け保存する条件テーブルと、
を備え、
前記制御部は、
フラッシュメモリ内のブロックに対してアクセスを開始する前に、前記ブロックアドレス記憶部と前記条件テーブルとを参照し、
当該ブロックのブロックアドレスが前記ブロックアドレス記憶部に記憶されている場合は、
当該ブロックの前記補正回数に応じた動作条件を前記条件テーブルから抽出し、この抽出した動作条件を前記フラッシュメモリに対して設定した後に、当該ブロックに対してアクセスを開始する
ことを特徴とする請求項3に記載の不揮発性半導体記憶装置。 The erase time from the start of erasure to the completion of erasure in the block to be erased is measured, and the erase time is compared with the determination reference value, and when the erase time exceeds the determination reference value, An erase time determination unit that updates the determination reference value for a block by extending the time;
When the erase time exceeds the determination reference value in the block to be erased, the block address of the block, and the number of corrections that is the number of times the erase time exceeds the determination reference value in the block, A block address storage unit for storing the information in association with each other;
A condition table for associating and storing the number of corrections, the determination reference value updated and set according to the number of corrections, and the operating condition to be applied to the flash memory according to the number of corrections ,
With
The controller is
Before starting access to the block in the flash memory, refer to the block address storage unit and the condition table,
When the block address of the block is stored in the block address storage unit,
An operation condition corresponding to the number of corrections of the block is extracted from the condition table, and after the extracted operation condition is set for the flash memory, access to the block is started. Item 4. The nonvolatile semiconductor memory device according to Item 3.
ことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の不揮発性半導体記憶装置。 The operation condition to be changed when accessing is an operation condition for performing any one of program, program verify, read, erase, or all processing on a block. 5. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 4.
前記イレース時間と所定の判定基準値とを比較する手順と、
前記ブロックにおいてイレース時間が前記判定基準値を上回った場合は、次に当該ブロックに対してアクセスする際に、前記フラッシュメモリの動作条件を所定の動作条件に変更してアクセスする手順と、
を含むことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置における動作条件制御方法。 A procedure for measuring the erase time from the start of erasing to the completion of erasing of the memory cells in the block when performing an erase operation on the block in the flash memory; and
A procedure for comparing the erase time with a predetermined criterion value;
When the erase time in the block exceeds the determination reference value, the procedure for accessing the block by changing the operation condition of the flash memory to a predetermined operation condition when accessing the block next;
An operation condition control method for a nonvolatile semiconductor memory device, comprising:
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JP2011275701A JP2013125575A (en) | 2011-12-16 | 2011-12-16 | Nonvolatile semiconductor storage device, and operation condition control method in nonvolatile semiconductor storage device |
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-
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- 2011-12-16 JP JP2011275701A patent/JP2013125575A/en active Pending
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US11276474B2 (en) | 2018-11-14 | 2022-03-15 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Storage device monitoring and storing on cell counts of blocks and operating method thereof |
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