JP2014049173A - 半導体記憶装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】半導体記憶装置は、メモリセルアレイ20を有するメモリコア11と、パッド部27に入力されたデータをメモリコア11に転送する周辺回路12とを含む。周辺回路12は、第1の配線抵抗を有する第1のデータバスが配設された第1の領域と、第1の配線抵抗より低い第2の配線抵抗を有する第2のデータバスが配設された第2の領域とを有する。第1の領域は、第1の動作速度でパラレルにデータの転送を行い、第2の領域は、第1の動作速度より速い第2の動作速度でシリアルにデータの転送を行う。
【選択図】 図4
Description
以下では、半導体記憶装置として、複数のメモリセルが基板上に積層された三次元積層型NAND型フラッシュメモリを例に挙げて説明する。
まず、本実施形態に係る半導体記憶装置(NAND型フラッシュメモリ)の構成について説明する。
次に、メモリセルアレイ20の構成について説明する。前述したように、メモリセルアレイ20(具体的には、各ユニットUT)は、複数のブロックBLKを備えている。図2は、1個のブロックBLKの回路図である。
次に、NAND型フラッシュメモリのデータバスの構成について説明する。図4は、NAND型フラッシュメモリのデータバスの構成を説明する図である。図4では、プレーン13−1及び13−2に関わるデータバスを抽出して示している。また、図4では、配線層D1(すなわち高抵抗配線)で形成された配線を細線で示し、配線層D2(すなわち低抵抗配線)で形成された配線を太線で示している。以下の説明では、プレーン13−2に関する回路を代表して説明するが、その他のプレーン13についても同様である。本実施形態では、例えば8ビット単位でデータの転送を行うものとして説明するが、ビット幅については任意に設定可能である。
図5は、1個のシフトレジスタSRの一例を示す回路図である。
データバスIOBUS0<7:0>は、ラッチ回路(LAT)50−0と、マルチプレクサ(MUX)51−0の第1の入力と、3ステートバッファ(three-state buffer:TBUF)52−0の出力に接続されている。マルチプレクサ51−0の出力は、D型フリップフロップ(DFF)42−0の入力に接続されている。フリップフロップ42−0の出力は、データバスYBUS0<7:0>に接続されている。フリップフロップ42−0は、クロックCLK2の立ち上りエッジで、マルチプレクサ51−0の出力を保持する。
次に、上記のように構成されたNAND型フラッシュメモリの動作について説明する。
図8は、データ入力におけるシフトレジスタSRのデータフローを説明する図である。図8の矢印がデータフローを示している。図9は、NAND型フラッシュメモリのデータ入力動作を示すタイミング図である。前述したように、クロックCLK1の周波数は、例えば50MHzであり、クロックCLK2の周波数は、例えば200MHzである。
図10は、データ出力におけるシフトレジスタSRのデータフローを説明する図である。図10の矢印がデータフローを示している。図11は、NAND型フラッシュメモリのデータ出力動作を示すタイミング図である。
以上詳述したように第1の実施形態では、コア(メモリコア)11とパッド部27との間のデータ転送を行う周辺回路12を、D1配線(高抵抗配線)で形成されたデータバスが配設される第1の領域(周辺回路12−1)と、D2配線(低抵抗配線)で形成されたデータバスが配設される第2の領域(周辺回路12−2)とに分ける。そして、周辺回路12−1のデータバスでは、第1の動作速度(例えば50MHz)でデータの転送を行い、一方、周辺回路12−2のデータバスでは、第1の動作速度より速い第2の動作速度(例えば200MHz)でデータの転送を行うようにしている。
第2の実施形態は、第1の実施形態と同じくデータバスを低速領域と高速領域とに分けるが、データ転送のプレーン間のばらつきをなくすために、データバスにツリー構造(tree structure)を採用するようにしている。図12は、第2の実施形態に係るNAND型フラッシュメモリのデータバスの構成を説明する図である。
第3の実施形態は、データバスの一部をメモリセルアレイの下に配置する。さらに、メモリセルアレイの下のデータバスを低速で動作させ、パッド部付近のデータバスを高速で動作させることで、データバス全体の高速化を実現するようにしている。
図13は、第3の実施形態に係るNAND型フラッシュメモリのデータバスの構成を説明する図である。図13は、1個のプレーン13に対応するデータバスを抽出して示している。その他のプレーンに関するデータバスの構成も、図13と同じである。本実施形態では、例えば8ビット単位でデータの転送を行うものとして説明するが、ビット幅については任意に設定可能である。
図15は、シフトレジスタSRの一例を示す回路図である。
データバスIOBUS0_N<7:0>は、ラッチ回路(LAT)50−0Nと、マルチプレクサ(MUX)51−0の第2の入力と、3ステートバッファ(TBUF)52−0Nの出力に接続されている。マルチプレクサ51−0の第1の入力は、接地されている。データバスIOBUS0_F<7:0>は、ラッチ回路50−0Fと、マルチプレクサ51−0の第3の入力と、3ステートバッファ52−0Fの出力に接続されている。マルチプレクサ51−0の出力は、D型フリップフロップ(DFF)42−0の入力に接続されている。フリップフロップ42−0の出力は、データバスYBUS0<7:0>に接続されている。フリップフロップ42−0は、クロックCLK0の立ち上りエッジで、マルチプレクサ51−0の出力を保持する。データバスYBUS0<7:0>は、3ステートバッファ53、52−0N、52−0Fの入力に接続されている。
次に、上記のように構成されたNAND型フラッシュメモリの動作について説明する。
[3−1] データ入力動作
図16は、データ入力におけるシフトレジスタSRのデータフローを説明する図である。図16の矢印がデータフローを示している。図17は、NAND型フラッシュメモリのデータ入力動作を示すタイミング図である。前述したように、クロックCLK0の周波数は、例えば200MHzであり、クロックCLK1、CLK2の周波数は、例えば25MHzであり、また、互いの位相が異なっている。
図18は、データ出力におけるシフトレジスタSRのデータフローを説明する図である。図18の矢印がデータフローを示している。図19は、NAND型フラッシュメモリのデータ出力動作を示すタイミング図である。
以上詳述したように第3の実施形態によれば、周辺回路12におけるデータバス全体の高速化をより容易にかつより正確に実現できる。また、FIFO方式のデータ転送を高速に実現できる。また、周辺回路12−1では、25MHzの動作速度でパラレルにデータ転送を行うため、より正確かつ確実にデータ転送動作を行うことができ、周辺回路12−2では、200MHzの動作速度でシリアルにデータ転送を行うため、高速化を実現できる。
図20は、比較例に係るNAND型フラッシュメモリのデータバスの構成を説明する図である。図20において、周辺回路12内の縦方向に走るデータバスは、配線層D1(すなわち高抵抗配線)で構成され、横方向に走るデータバスは、配線層D2(すなわち低抵抗配線)で構成される。図20では、配線層D1で形成された配線(D1配線)を細線で示し、配線層D2で形成された配線(D2配線)を太線で示している。
Claims (8)
- メモリセルアレイを有するメモリコアと、
パッド部に入力されたデータを前記メモリコアに転送し、前記メモリコアから転送されたデータを前記パッド部に転送する周辺回路と、
を具備し、
前記周辺回路は、第1の配線抵抗を有する第1のデータバスが配設された第1の領域と、前記第1の配線抵抗より低い第2の配線抵抗を有する第2のデータバスが配設された第2の領域とを有し、
前記第1の領域は、第1の動作速度でパラレルにデータの転送を行い、
前記第2の領域は、前記第1の動作速度より速い第2の動作速度でシリアルにデータの転送を行うことを特徴とする半導体記憶装置。 - 複数のプレーンを有し、前記複数のプレーンの各々はメモリセルアレイを有する、メモリコアと、
パッド部に入力されたデータを前記メモリコアに転送し、前記メモリコアから転送されたデータを前記パッド部に転送する周辺回路と、
を具備し、
前記周辺回路は、前記複数のプレーンに対応して設けられかつ第1の配線抵抗を有する複数の第1のデータバスが配設された第1の領域と、前記第1の配線抵抗より低い第2の配線抵抗を有する複数の第2のデータバスが配設された第2の領域とを有し、
前記第1の領域は、第1の動作速度でパラレルにデータの転送を行い、
前記第2の領域は、前記第1の動作速度より速い第2の動作速度でシリアルにデータの転送を行い、
前記複数の第2のデータバスは、ツリー構造を有することを特徴とする半導体記憶装置。 - メモリセルアレイを有するメモリコアと、
パッド部に入力されたデータを前記メモリコアに転送し、前記メモリコアから転送されたデータを前記パッド部に転送する周辺回路と、
を具備し、
前記周辺回路は、第1のデータバスが配設された第1の領域と、第2のデータバスが配設された第2の領域とを有し、
前記第1の領域は、第1の動作速度でパラレルにデータの転送を行い、前記メモリセルアレイの下に配置され、
前記第2の領域は、前記第1の動作速度より速い第2の動作速度でシリアルにデータの転送を行うことを特徴とする半導体記憶装置。 - 前記第1の領域は、同じ周波数かつ異なる位相のクロックを用いて選択的にデータを転送することを特徴とする請求項3に記載の半導体記憶装置。
- 前記第1の領域と前記第2の領域との境界に配置され、2種類のクロックに基づいて動作速度の変換を行うシフトレジスタをさらに具備することを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の半導体記憶装置。
- 前記シフトレジスタは、前記第1のデータバスに接続された第1のフリップフロップと、前記第2のデータバスに接続された第2のフリップフロップとを含むことを特徴とする請求項5に記載の半導体記憶装置。
- 前記第1の動作速度は、前記メモリコアの動作速度と同じであることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の半導体記憶装置。
- 前記第1のデータバスは、前記メモリセルアレイに配設されたデータ線と同じ配線層で構成され、
前記第2のデータバスは、前記データ線の上方に配置された電源線と同じ配線層で構成されることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体記憶装置。
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