JP2019164847A - メモリシステム - Google Patents

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博貴 西田
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智之 神谷
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Abstract

【課題】 データの誤り訂正不能を抑制する。【解決手段】 一実施形態によるメモリシステムは、記憶装置とコントローラとを含む。記憶装置は、ビット線と、ワード線と、第1トランジスタを介してビット線と接続されるとともに第1セルトランジスタを含んだ第1ストリングと、第2トランジスタを介してビット線と接続されるとともに第2セルトランジスタを含んだ第2ストリングと、を含む。第2セルトランジスタと第1セルトランジスタはワード線と接続されている。コントローラは、第1セルトランジスタに第1データを書き込むことと、第2セルトランジスタに第2データを書き込むことと、を記憶装置に指示し、第1データおよび第2データの書き込みの指示の後で第1データおよび第2データを保持している間に、第1セルトランジスタまたは第2セルトランジスタからデータをリードすることを記憶装置に指示する、ように構成されている。【選択図】 図7

Description

実施形態は、概してメモリシステムに関する。
半導体記憶装置と、半導体記憶装置を制御するコントローラとを含んだメモリシステムが知られている。
特開2012−203957号公報
より高性能なメモリシステムを提供しようとするものである。
一実施形態によるメモリシステムは、記憶装置とコントローラとを含む。記憶装置は、ビット線と、ワード線と、第1トランジスタを介して上記ビット線と接続されるとともに第1セルトランジスタを含んだ第1ストリングと、第2トランジスタを介して上記ビット線と接続されるとともに第2セルトランジスタを含んだ第2ストリングと、を含む。上記第2セルトランジスタと上記第1セルトランジスタは上記ワード線と接続されている。コントローラは、上記第1セルトランジスタに第1データを書き込むことと、上記第2セルトランジスタに第2データを書き込むことと、を上記記憶装置に指示し、上記第1データおよび上記第2データの書き込みの上記指示の後で上記第1データおよび上記第2データを保持している間に、上記第1セルトランジスタまたは上記第2セルトランジスタからデータをリードすることを上記記憶装置に指示する、ように構成されている。
より高性能なメモリシステムを提供できる。
図1は、第1実施形態のメモリシステム中の要素および接続、ならびに関連する要素を示す。 図2は、第1実施形態のセルアレイ中のいくつかの要素および接続の例を示す。 図3は、第1実施形態のデータを保持するセルトランジスタの閾値電圧の分布を示す。 図4は、第1実施形態のメモリシステムの動作のフローを示す。 図5は、第1実施形態のメモリシステムの一部のいくつかの状態を示す。 図6は、第1実施形態のメモリシステムの動作の一部のサブフローを示す。 図7は、第1実施形態のメモリシステムの一部の或る処理の間の状態を示す。 図8は、第1実施形態のメモリシステムの一部の或る処理の間の状態を示す。 図9は、第1実施形態のメモリシステムの一部の或る処理の間の状態を示す。 図10は、第1実施形態のメモリシステムの動作のサブフローを示す。 図11は、第1実施形態のメモリシステムの動作のサブフローを示す。 図12は、第2実施形態のメモリシステムの動作のフローを示す。 図13は、第2実施形態のメモリシステムの一部の或る処理の間の状態を示す。 図14は、第2実施形態のメモリシステムの一部の或る処理の間の状態を示す。 図15は、第2実施形態のメモリシステムの一部の或る処理の間の状態を示す。
以下に実施形態が図面を参照して記述される。以下の記述において、略同一の機能および構成を有する構成要素は同一符号を付され、繰り返しの説明は省略される場合がある。また、ある実施形態についての記述は全て、明示的にまたは自明的に排除されない限り、別の実施形態の記述としても当てはまる。
各機能ブロックは、ハードウェア、コンピュータソフトウェアのいずれかまたは両者を組み合わせたものとして実現することができる。各機能ブロックが、以下の例のように区別されていることは必須ではない。例えば、一部の機能が例示の機能ブロックとは別の機能ブロックによって実行されてもよい。さらに、例示の機能ブロックがさらに細かい機能サブブロックに分割されていてもよい。
また、実施形態の方法のフローにおけるいずれのステップも、例示の順序に限定されず、そうでないと示されない限り、例示の順序とは異なる順序でおよび(または)別のステップと並行して起こることが可能である。
本明細書および特許請求の範囲において、ある第1要素が別の第2要素に「接続されている」とは、第1要素が直接的または常時あるいは選択的に導電性となる要素を介して第2要素に接続されていることを含む。
(第1実施形態)
<1.構造(構成)>
図1は、第1実施形態のメモリシステム中の要素および接続、ならびに関連する要素を示す。図1に示されるように、メモリシステム5は、ホスト装置3により制御され、半導体記憶装置(記憶装置)1およびメモリコントローラ2を含む。メモリシステム5は、例えば、SSD(solid state drive)またはSDTMカード等であることが可能である。
記憶装置1は、メモリコントローラ2により制御される。メモリコントローラ2は、ホスト装置3から命令を受け取り、受け取られた命令に基づいて記憶装置1を制御する。
<1.1.メモリコントローラ>
メモリコントローラ2は、ホストインターフェイス21、CPU(central processing unit)22、RAM(random access memory)23、ROM(read only memory)24、メモリインターフェイス25、ECC(error correction code)回路26を含む。ROM24に格納されていてRAM23上にロードされたファームウェア(プログラム)がCPU22によって実行されることによって、メモリコントローラ2は種々の動作、およびホストインターフェイス21ならびにメモリインターフェイス25の機能の一部を実行する。RAM23は、さらに、データを一時的に保持し、バッファおよびキャッシュとして機能する。
ホストインターフェイス21は、バスを介してホスト装置3と接続され、メモリコントローラ2とホスト装置3との通信を司る。メモリインターフェイス25は、記憶装置1と接続され、メモリコントローラ2と記憶装置1との通信を司る。
ECC回路26は、記憶装置1に書き込まれるデータおよび記憶装置1からリードされたデータに対して、誤りの検出および訂正に必要な処理を行う。具体的には、ECC回路26は、記憶装置1に書き込まれるデータ(実書き込みデータ)の誤り訂正のための冗長データを生成する。生成された冗長データと実書き込みデータが記憶装置1に書き込まれる。したがって、記憶装置1からリードされたデータは、実書き込みデータと対応する冗長データを含む。また、ECC回路26は、記憶装置1からリードされたデータの中の誤りを検出し、誤りがある場合に誤りの訂正を試みる。
<1.2.半導体メモリ>
記憶装置1は、メモリセルアレイ(セルアレイ)11、入出力回路12、シーケンサ(制御回路)13、ドライバ15、センスアンプ16、およびロウデコーダ19等の要素を含む。
セルアレイ11は複数のメモリブロック(ブロック)BLK(BLK0、BLK1、…)を含む。各ブロックBLKは複数のストリングユニットSU(SU0、SU1、…)の集合である。各ストリングユニットSUは複数のNANDストリング(ストリング)STR(STR0、STR1、…)(図示せず)の集合である。ストリングSTRは、複数のメモリセルトランジスタ(セルトランジスタ)MTを含む。
入出力回路12は、NANDバスを介して、メモリコントローラ2と接続されている。NANDバスは、複数の制御信号および8ビットの幅の信号DQを伝送する。制御信号は、信号CLE、ALE、 ̄WE、 ̄REを含む。入出力回路12は、メモリコントローラ2から制御信号を受け取り、制御信号に基づいて、信号DQを取り込み、また出力する。信号DQは、コマンド(CMD)、データ(DAT)、アドレス信号(ADD)、ステータス情報(STA)等であり得る。
アサートされている信号CLEは、この信号CLEと並行して記憶装置1に入力される信号DQがコマンドCMDであることを記憶装置1に通知する。アサートされている信号ALEは、この信号ALEと並行して記憶装置1に入力される信号DQがアドレス信号ADDであることを記憶装置1に通知する。アサートされている信号 ̄WEは、この信号 ̄WEと並行して記憶装置1に入力される信号DQを記憶装置1に取り込ませることを指示する。アサートされている信号 ̄REは、記憶装置1に信号DQを出力することを指示する。信号RY/ ̄BYは、記憶装置1がレディー状態であるか、ビジー状態であるかを示し、ローレベルによってビジー状態を示す。記憶装置1は、レディー状態においてメモリコントローラ2からの命令を受け付け、ビジー状態においてメモリコントローラ2からの命令を受け付けない。
シーケンサ13は、入出力回路12からコマンドCMDおよびアドレス信号ADDを受け取り、コマンドCMDおよびアドレス信号ADDに基づいて、ドライバ15、センスアンプ16、およびロウデコーダ19を制御する。
ドライバ15は、複数の電位のうちの選択されたものをロウデコーダ19に供給する。ロウデコーダ19は、ドライバ15から種々の電位を受け取り、入出力回路12からアドレス信号ADDを受け取り、受け取られたアドレス信号ADDに基づいて選択された1つのブロックBLKにドライバ15からの電位を転送する。
センスアンプ16は、セルトランジスタMTの状態をセンスし、センスされた状態に基づいてリードデータを生成し、また、書き込みデータをセルトランジスタMTに転送する。
<1.3.セルアレイ>
図2は、第1実施形態のセルアレイ11中のいくつかの要素および接続の例を示し、1つのブロックBLK0の要素および接続、ならびに関連する要素を示す。複数の(例えば全ての)ブロックBLKは、みな図2に示される要素および接続を含む。
1つのブロックBLKは、複数(例えば4つ)のストリングユニットSU0〜SU3を含む。以下の記述は、1ブロックBLKが4つのストリングユニットSU0〜SU3を含む例に基づく。
m(mは自然数)本のビット線BL0〜BL(m−1)の各々は、各ブロックBLKにおいて、ストリングユニットSU0〜SU3の各々からの1つのストリングSTRと接続されている。
各ストリングSTRは、1つの選択ゲートトランジスタST、複数(例えば8つ)のセルトランジスタMT(MT0〜MT7)、および1つの選択ゲートトランジスタDT(DT0、DT1、DT2、またはDT3)を含む。トランジスタST、MT、およびDTは、この順で、ソース線CELSRCと1つのビット線BLとの間に直列に接続されている。セルトランジスタMTは、制御ゲート電極(ワード線WL)、および周囲から絶縁された電荷蓄積層を含み、電荷蓄積層中の電荷の量に基づいてデータを不揮発に保持することができる。
相違する複数のビット線BLとそれぞれ接続された複数のストリングSTRは1つのストリングユニットSUを構成する。各ストリングユニットSUにおいて、セルトランジスタMT0〜MT7の制御ゲート電極(ゲート)は、ワード線WL0〜WL7とそれぞれ接続されている。さらに、各ブロックBLKにおいて、相違するストリングユニットSU中の同じアドレスのワード線WLも相互に接続されている。1つのストリングユニットSU中でワード線WLを共有するセルトランジスタMTの組は、セルユニットCUと称される。
トランジスタDT0〜DT3はストリングユニットSU0〜SU3にそれぞれ属する。α=0〜3の各々の場合について、ストリングユニットSUαの複数のストリングSTRの各々のトランジスタDTαのゲートは選択ゲート線SGDLαに接続されている。トランジスタSTのゲートは、選択ゲート線SGSLに接続されている。
<1.4.セルトランジスタ>
記憶装置1は、1つのセルトランジスタMTにおいて2ビット以上のデータを保持することができる。図3は、書き込みの結果、1つのセルトランジスタMT当たり3ビットのデータを保持するセルトランジスタMTの閾値電圧の分布を示す。各セルトランジスタMTの閾値電圧は、複数の範囲のうちの保持されるデータに応じた範囲内にある。セルトランジスタMT当たり3ビットの記憶の場合、各セルトランジスタMTは、8つの閾値電圧のうちのいずれかを有し得る。8つの閾値電圧は、“111” データ、“110”データ、“100”データ、“000”データ、“010”データ、“011”データ、“001”データ、および“101”データをそれぞれ保持している状態である。“111”データ、“110”データ、“100”データ、“000”データ、“010”データ、“011”データ、“001”データ、および“101”データをそれぞれ保持している状態のセルトランジスタMTは、Er、A、B、C、D、E、F、およびG状態にあると称される。
ある同じ3ビットデータを保持するように書き込まれた複数のセルトランジスタMTであっても互いに相違する閾値電圧を有し得、よって、閾値電圧は分布する。
リード対象のセルトランジスタMTによって保持されているデータの判別のために、当該セルトランジスタMTの状態が判断される。状態の判断のために、リード電圧VA、VB、VC、VD、VE、VF、およびVGが用いられる。以下、リード電圧VA、VB、VC、VD、VE、VF、およびVGを含め、状態の判断のためにリード対象のセルトランジスタMTに印加される或る大きさの電圧は、リード電圧VCGRと称される場合がある。
リード対象のセルトランジスタMTの閾値電圧が或るリード電圧VCGRを超えているか否かが、このセルトランジスタMTの閾値電圧の状態の判定に用いられる。電圧VREADは、非リード対象のセルユニットCUのセルトランジスタMTのワード線WLに印加され、いずれの状態にあるセルトランジスタMTの閾値電圧より高い。
1つのセルユニットCUのセルトランジスタMTのある同じ位置(桁)のビットのデータの組は、1つのページを構成する。
データ書き込みの完了の確認(ベリファイ)のために、ベリファイ電圧VVA、VVB、VVC、VVD、VVE、VVF、およびVVGが使用される。A状態、B状態、C状態、D状態、E状態、F状態、およびG状態へと書き込まれるセルトランジスタMTがそれぞれベリファイ電圧VVA、VVB、VVC、VVD、VVE、VVF、およびVVG以上の大きさの閾値電圧を有していれば、当該状態へと書き込まれるセルトランジスタMTへの書き込みが完了したと判断される。以下、ベリファイ電圧VVA、VVB、VVC、VVD、VVE、VVF、およびVVGを含め、ベリファイのために書き込み対象のセルトランジスタMTに印加される或る大きさの電圧は、ベリファイ電圧VVと称される場合がある。
セルトランジスタMTの閾値電圧は、書き込まれた直後から、ディスターブおよび(または)時間経過等の要因によって変動し得る。変動の仕方によっては、セルトランジスタMTの閾値電圧は、書き込まれたときに意図されていた状態とは別の状態にあるとして誤って判断され得る。
4ビット以上のデータも、ここまで記述された原理の拡張により1つのセルトランジスタMTよって保持されることが可能である。
以下の記述は、1セルトランジスタMT当たり3ビットの記憶の例に基づく。
<2.動作>
<2.1.基本動作>
図4は、第1実施形態のメモリシステム5の動作のフローを示す。いくつかのステップは、後に詳述される。
図4に示されるように、メモリシステム5は、ホスト装置3からのデータ保持の命令を受け取る(ステップS1)。ステップS1での命令に基づいて、メモリコントローラ2は、或るブロックBLKn(nは0または自然数)のワード線WLr(rは0または自然数)のセルユニットCUr_0、CUr_1、CUr_2、およびCUr_3にデータを書き込むことを決定する(ステップS2)。セルユニットCUr_s(sは、0または自然数)は、ワード線WLrと接続された、ストリングユニットSUsのセルユニットCUであることを指す。
ステップS2での決定に基づいて、メモリコントローラ2は、ステップS3以降のステップにおいて、ブロックBLKnのセルユニットCUr_0、CUr_1、CUr_2、およびCUr_3へのデータの書き込みを実行する。セルユニットCUr_0、CUr_1、CUr_2、およびCUr_3には任意の順序でデータが書き込まれることが可能であるが、セルユニットCUr_0、CUr_1、CUr_2、およびCUr_3の順でのデータの書き込みが例として記述される。また、そのような書き込みが簡便に記述されるために、変数iが導入される。変数iは、記述の便宜上、導入されており、以下の変数iを使用して記述される動作が行われる限り、実際に変数iが使用されることは必須ではない。変数iは、現行の例に基づくと、0または3以下の自然数のいずれかであり得る。
ステップS3において、メモリコントローラ2は、変数iを0に設定する。
ステップS4において、メモリコントローラ2は、ブロックBLKnのセルユニットCUr_iへのデータの書き込みを指示する。或るセルユニットCUへのデータの書き込みの指示は、コマンドセットおよび書き込みデータを記憶装置1に供給することを含む。セルユニットCUr_iへの書き込み指示のためのコマンドセットは、セルユニットCUr_iに3ページ分のデータを書き込むことを指示し、書き込みデータは3ページ分の大きさを有する。コマンドセットの詳細は任意であり、またコマンドセット中のコマンドおよび書き込みデータがメモリコントローラ2から送信される順序も任意である。
記憶装置1は、ステップS4での指示を受け取ると、ブロックBLKnのセルユニットCUr_iにデータを書き込む(ステップS5)。或るセルユニットCUへの書き込みは、複数回のプログルラムループの繰り返しを含む。各プログラムループは、プログラムステージ、ベリファイステージ、判断ステージを含む。プログラムステージにおいて、シーケンサ13は、書き込み対象のセルユニットCU中のプログラムが完了していないセルトランジスタ(選択セルトランジスタ)MTに電圧(プログラム電圧)を印加して、選択セルトランジスタMTの閾値電圧を上げることを含む。プログラムが完了した選択セルトランジスタMTには、プログラム電圧よりも十分に低い電圧しか印加されない。ベリファイステージは、ベリファイを含み、ベリファイでは選択セルトランジスタMTが、この選択セルトランジスタMTがプログラム後に有するべき目標のX(XはA、B、C、D、E、F、またはG)状態に対応するベリファイ電圧VVX以上の閾値電圧を有するかを判断することを含む。判断ステージは、書き込み対象のセルユニットCUへの書き込みが完了したかの確認を含む。具体的にはX状態が目標の選択セルトランジスタMTの数が、或る条件(或る個数以上、またはセルトランジスタMTに対する目標X状態のセルトランジスタMT或る割合以上)を満たすと、X状態へのプログラムが完了したと判断される。シーケンサ13は、セルユニットCUr_iでのA、B、C、D、E、F、およびG状態の全てのプログラムが完了したと判断すると、セルユニットCUr_iへのデータ書き込みが完了したと判断する。
シーケンサ13は、セルユニットCUr_iへのデータ書き込みが完了したと判断するまで、ビジー信号を送信し続け、セルユニットCUr_iへのデータ書き込みが完了すると、ビジー状態を解除する。メモリコントローラ2は、ビジー信号を監視し、ビジー状態の解除を検出すると、直前の指示、すなわち、現行の例ではセルユニットCUr_iへのデータ書き込みが完了したと判断する。
メモリコントローラ2は、同様にして、セルユニットCUr_1、CUr_2、およびCUr_3へのデータの書き込みを行う。そのために、メモリコントローラ2は、ステップS6において、変数iが最大値imax超であるか、すなわち現行の例ではiが3超であるかを判断する。iがimax(=3)以下である場合(No分岐)、メモリコントローラ2はステップS7において変数iを1だけ増分し、処理はステップS4に戻る。iがimax(=3)超である場合(ステップS6のYes分岐)。これはセルユニットCUr_0、CUr_1、CUr_2、およびCUr_3へのデータ書き込みが完了したことを意味し、処理はステップS11に移行する。
メモリコントローラ2は、ステップS1から後述のステップS14への移行までの間、セルユニットCUr_0、CUr_1、CUr_2、およびCUr_3に書き込まれるべきデータをRAM23中で保持し続ける。
ステップS11において、メモリコントローラ2は、セルユニットCUr_0、CUr_1、CUr_2、およびCUr_3のための書き込みデータを保持している限り、任意の処理を行うことができる。処理は、任意のセルユニットCUからのデータのリード、ステータス情報のリードなどを含む。ステップS11は、ステップS12に継続する。ステップS11が行われずに、ステップS6のYes分岐がステップS12に直接継続してもよい。
ステップS12、S13、S14、S15、S16までの処理は、ホスト装置3からの指示に基づかずに、メモリコントローラ2が自律的に実行する。
ステップS12において、メモリコントローラ2は、セルユニットCUr_0、CUr_1、CUr_2、およびCUr_3の任意の1つであるCUr_sの任意のページからデータをリードし、リードされたデータ中の誤りの検出、および誤りが検出された場合に誤りの訂正を試みる。データのリードおよび対応するリードデータに対する誤り訂正の1つの組のみが行われてもよいし、方法の相違するデータリードおよび誤り訂正の複数の組が行われてもよい。複数の組のデータリードおよび誤り訂正の試みが行われる場合、例えば、ある1組目のデータリードおよび誤り訂正に失敗すると、2組目のデータリードおよび誤り訂正ビット訂正が試みられる。どのような組のおよび何組のデータリードおよび誤り訂正の試みが行われるかは、任意に選択されることができ、実際には、メモリシステム5に課される要件によって定まる期間中に終了できるような種類および回数のデータリードおよび誤り訂正の試みが行われることができる。ステップS12の具体例については、後述される。また、リードされるデータの選択の例についても後述される。ステップS12でのリードは、以下、検査リードと称される場合がある。
誤りが検出されない場合、および検出された誤りが訂正されることができた場合、検査リード対象ページに書き込まれたデータが得られる。このようなデータは、以下、誤りが検出されなかった場合も含めて誤りを含まないリードデータ(データ)と称される。
複数の組のデータリードおよび誤り訂正の試みが行われる場合、例えば実行されることになっている全ての組において誤り訂正が失敗すると、誤り訂正に失敗したと判断される。
ステップS13において、メモリコントローラ2は、誤りを含まないリードデータが得られたかを判断する。上記のように、ステップS12において、2回以上の検査リードが行われ得る。このため、ステップS13の処理は、ステップS12において最後に行われた検査リードから誤りを含まないリードデータが得られたかの判断に対応する。
誤りを含まないリードデータが得られた場合(Yes分岐)、処理はステップS14に移行し、得られなかった場合(No分岐)、処理はステップS15に移行する。
ステップS14において、メモリコントローラ2は、RAM23中のCUr_0、CUr_1、CUr_2、およびCUr_3に書き込まれるべきデータを保持している領域を開放する。
ステップS15において、メモリコントローラ2は、ブロックBLKnに書き込まれているデータを別のブロックBLKg(gはn以外の0または自然数)にコピーする。このとき、メモリコントローラ2は、ブロックBLKnのセルユニットCUr_0〜CUr_3中に書き込まれていたデータは使用せずに、RAM23中のデータをブロックBLKgに書き込む。ステップS15の詳細は後述される。
ステップS16において、メモリコントローラ2は、ブロックBLKnをバッドブロックとして扱うように自身の内部の管理情報を更新する。メモリコントローラ2は、バッドブロックとして登録されたブロックBLKnを、今後、データの書き込み先として使用しないこともできるし、原則的にデータの書き込み先として使用せずに空きブロックBLKが少なくなったときに使用することもできる。
図5は、第1実施形態のメモリシステム5の一部のステップS1〜S5、およびS6のYes分岐までの状態を示す。図5の部分(a)および部分(b)に示されるように、消去状態のセルユニットCUr_0、CUr_1、CUr_2、およびCUr_3の全ページに、データが書き込まれる。図5は、セルユニットCUr_0のロワーページ、ミドルページ、およびアッパーページにそれぞれ、書き込みデータDr0L、Dr0M、およびDr0Uが書き込まれる例を示す。同様に、セルユニットCUr_1のロワーページ、ミドルページ、およびアッパーページにそれぞれ、書き込みデータDr1L、Dr1M、およびDr1Uが書き込まれる。セルユニットCUr_2のロワーページ、ミドルページ、およびアッパーページにそれぞれ、書き込みデータDr2L、Dr2M、およびDr2Uが書き込まれる。セルユニットCUr_3のロワーページ、ミドルページ、およびアッパーページにそれぞれ、書き込みデータDr3L、Dr3M、およびDr3Uが書き込まれる。
図5の書き込みの間、メモリコントローラ2は、書き込みデータDr0L、Dr0M、Dr0U、Dr1L、Dr1M、Dr1U、Dr2L、Dr2M、Dr2U、Dr3L、Dr3M、およびDr3Uを保持し続ける。
図6は、第1実施形態のメモリシステムのステップS12のサブフローの例を示す。ステップS11は、ステップS1201に継続する。ステップS1201において、メモリコントローラ2は、セルユニットCUr_sのyページ(yは、ロワー、ミドル、またはアッパー)ページからデータをリードすることを記憶装置1に指示する。ステップS12での最初のリード、すなわちステップS1201でのリードは、イニシャルリードと称される。イニシャルリードでは、例えば、デフォルトのリード電圧VCGRの使用が指定される。または、以前にセルユニットCUr_sからのデータのリードの結果に基づいて決定されたリード電圧が使用されてもよい。イニシャルリードによって得られたリードデータDrsy0は、メモリコントローラ2によって受け取られる。
ステップS1202において、メモリコントローラ2は、リードデータDrsy0中の誤りの訂正を試みる。ステップS1203において、メモリコントローラ2は、誤りを含まないリードデータDrsy0が得られたか、すなわちリードデータDrsy0が誤りを含まなかった、またはリードデータDrsy0中の誤りが訂正されることができた、の一方が生じたかを判断する。誤りを含まないリードデータDrsy0が得られた場合(Yes分岐)、処理はステップ14に移行する。誤り訂正されたリードデータDrsy0が得られなかった場合(No分岐)、処理はステップS1204に移行する。
ステップS1204、S1205、S1206、S1208、およびS1209の処理によって、メモリコントローラ2は、1回以上のシフトリードおよび各シフトリードでリードされたデータ中の誤りの訂正を試みる。シフトリードは、デフォルトのリード電圧VCGRの大きさと異なる大きさのリード電圧VCGRの使用の指定を伴ったリードを指す。シフトリードおよび対応するリードデータの誤りの訂正の試みの組は、任意の回数、行われることができる。現実には、メモリシステム5に課される要件によって定まる期間中に終了できる回数、行われることができる。図6は、一例として、シフトリードおよび対応するリードデータの誤りの訂正の試行の組からなるループが2回以上行われるフローを示す。2以上のループの処理の実行のために変数j(jは自然数)が導入される。変数jは、記述の便宜上、導入されており、以下の変数jを使用して記述される動作が行われる限り、実際に変数jが使用されることは必須ではない。
ステップS1204において、メモリコントローラ2は、変数jを1に設定する。
ステップS1205において、メモリコントローラ2は、セルユニットCUr_sのyページからの第j回目のシフトリードを記憶装置1に指示する。ステップS1205でのシフトリードでは、イニシャルリードで指定されたリード電圧VCGRの値、および現在のループより前のループでのステップS1204で指定されたリード電圧VCGRの値のいずれとも異なる値のリード電圧VCGRが指定される。第j回目のシフトリードによって得られたリードデータDrsyjは、メモリコントローラ2によって受け取られる。
ステップS1206において、メモリコントローラ2は、リードデータDrsyj中の誤りの訂正を試みる。メモリコントローラ2は、ステップS1207において、誤りを含まないリードデータDrsyjが得られたかを判断する。誤りを含まないリードデータDrsyjが得られた場合(Yes分岐)、処理はステップ14に移行する。誤り訂正されたリードデータDrsyjが得られなかった場合(No分岐)、処理はステップS1208に移行する。
ステップS1208において、メモリコントローラ2は、変数jが予め定められた最大値jmax超であるかを判断する。変数jが最大値jmax以下である場合(No分岐)、メモリコントローラ2は、ステップS1209において変数jを1だけ増分し、処理はステップS1205に戻る。変数jが最大値jmaxを超えている場合(ステップS1208のYes分岐)、フローはステップS1211に移行する。
ステップS1211において、メモリコントローラ2は、記憶装置1に対するリトライリードを行う。リトライリードの例は、種々のタイプのものを含み、例えばVthトラッキングを使用したリード電圧VCGRの推定、および推定されたリード電圧VCGRの使用を指定したデータリードを含む。Vthトラッキングは、相違する大きさを有する複数のリード電圧VCGRを使用したデータリードの結果から、複数の閾値電圧のそれぞれを有するセルトランジスタMTの数を推定し、推定された数からより少ない誤りに繋がり得るリード電圧VCGRを推定することを含む。リトライリードによって得られたリードデータDrsyk(k=jmax+1)は、メモリコントローラ2によって受け取られる。
ステップS1212において、メモリコントローラ2は、リードデータDrsyk中の誤りの訂正を試みる。ステップS1212は、ステップS13に継続する。現行の例では、ステップS13において、メモリコントローラ2は、リードデータDrsyk中の誤りの訂正を試みる
図6のサブフローは、ステップS1212でのリードデータDrsykの誤り訂正に失敗した場合に更なるデータリードおよび誤り訂正のステップを含んでいてもよい。ステップS1205でのjmax番目のシフトリードが、ステップS13に継続してもよい。
図7は、第1実施形態のメモリシステム5の一部のステップS12の間の状態を示す。図7に示されるように、メモリコントローラ2は、セルユニットCUr_sのyページから、種々のリード条件でデータリードを行って、リードデータDrsy1、Drsyj、またはDrsykを得る。この間、メモリコントローラ2は、データDr0L、Dr0M、Dr0U、Dr1L、Dr1M、Dr1U、Dr2L、Dr2M、Dr2U、Dr3L、Dr3M、およびDr3Uを保持し続ける。
検査リードの対象は、例えば、ワード線WLrと接続された4つのセルユニットCUr_0、CUr_1、CUr_2、およびCUr_3のうち、書き込まれた後により多く閾値電圧が変動しやすいセルトランジスタMTを含むセルユニットCUrが選択されることができる。上記のようにセルユニットCUr_0、CUr_1、CUr_2、およびCUr_3の順にデータが書き込まれる例の場合、セルユニットCUr_0が選択されることができる。
また、検査リードの対象は、例えば、図3のような書き込まれたセルトランジスタMTの状態とビットの割り当ての方法とに基づいて定まる、誤りをより多く含みやすいページのとされることができる。例えば、図3の例によれば、書き込まれた後に閾値電圧が変化しやすいA状態とEr状態との区別をデータの判断に使用するロワーページが選択されることができる。
図8は、第1実施形態のメモリシステムの一部のステップS14の間の状態を示す。図8に示されるように、誤りを含まないリードデータDrsyが得られたので、ステップS14において、メモリコントローラ2は、メモリ23中のデータDr0L、Dr0M、Dr0U、Dr1L、Dr1M、Dr1U、Dr2L、Dr2M、Dr2U、Dr3L、Dr3M、およびDr3Uを保持している領域を開放する。
図9は、第1実施形態のメモリシステム5のステップS15の間の状態を示す。また、図9は、ブロックBLKnのセルユニットCUrへの書き込みの開始の時点で、β(βは0または3以下の自然数)が0以上3以下の各々のケースについて、ブロックBLKnのセルユニットCU0_β〜CU(r−1)_βにデータが書き込まれている例に関する。図9に示されるように、メモリコントローラ2は、ブロックBLKn中の、図4のフローの開始のときに書き込まれていたデータを、別のブロックBLKgにコピーすることを記憶装置1に指示する。指示は、1または複数のコピーコマンドを含み、各コピーコマンドは、コピー元のセルユニットCUおよびページの特定、ならびにコピー先のセルユニットCUおよびページの特定を含むことができる。データがコピーされる先に対して制限は特に課されない。一例として、γ(γはrと異なり、かつ0または自然数)が0以上r−1以下の各々のケースについて、ブロックBLKn中のストリングユニットSUsのセルユニットCUγのロワーページのデータ、ミドルページのデータ、およびアッパーページのデータが、それぞれ、ブロックBLKgのストリングユニットSUsのセルユニットCUγのロワーページ、ミドルページ、およびアッパーページにそれぞれコピーされる例を示す。
また、メモリコントローラ2は、RAM23中のデータDr0L、Dr0M、Dr0U、Dr1L、Dr1M、Dr1U、Dr2L、Dr2M、Dr2U、Dr3L、Dr3M、およびDr3UをブロックBLKgに書き込む。例として、メモリコントローラ2は、以下のような書き込みを行う。メモリコントローラ2は、データDr0L、Dr0M、およびDr0UをブロックBLKgのストリングユニットSU0のセルユニットCUrのロワーページ、ミドルページ、およびアッパーページにそれぞれ書き込む。メモリコントローラ2は、データDr1L、Dr1M、およびDr1UをブロックBLKgのストリングユニットSU1のセルユニットCUrのロワーページ、ミドルページ、およびアッパーページにそれぞれ書き込む。メモリコントローラ2は、データDr2L、Dr2M、およびDr2UをブロックBLKgのストリングユニットSU2のセルユニットCUrのロワーページ、ミドルページ、およびアッパーページにそれぞれ書き込む。メモリコントローラ2は、データDr3L、Dr3M、およびDr3UをブロックBLKgのストリングユニットSU3のセルユニットCUrのロワーページ、ミドルページ、およびアッパーページにそれぞれ書き込む。
メモリコントローラ2は、データDr0L、Dr0M、Dr0U、Dr1L、Dr1M、Dr1U、Dr2L、Dr2M、Dr2U、Dr3L、Dr3M、およびDr3UのブロックBLKgへの書き込みが完了すると、メモリ23中のデータDr0L、Dr0M、Dr0U、Dr1L、Dr1M、Dr1U、Dr2L、Dr2M、Dr2U、Dr3L、Dr3M、およびDr3Uを保持している領域を開放する。また、メモリコントローラ2は、ブロックBLKnに関する情報を、ブロックBLKnがバッドブロックであることを示す情報を含むように更新する。
<2.2.拡張動作>
ここまで記述された動作での検査リードの対象は、ワード線WLrを共有するセルユニットCUr_0、CUr_1、CUr_2、CUr_3のうちのただ1つのセルユニットCUrのただ1つのページである。実施形態は、この例に限定されず、検査リードは2以上のセルユニットCUおよび(または)2以上のページに対して行われてもよい。
図10および図11は、第1実施形態のメモリシステム5の別の動作のフローを示し、拡張動作のフローを示し、ステップS12のサブフローを示す。
図10および図11に示されるように、ステップS12において、図6と同じく、ステップS1201〜S1209、S1211、およびS1212が行われる。一方、図6と異なり、ステップS1212は、ステップS1221に継続する。
ステップS1221において、メモリコントローラ2は、ステップS1212での誤りを含まないリードデータの取得が成功したかを判断する。誤りを含まないデータが得られなかった場合(No分岐)、フローは、ステップS15に移行する。誤りを含まないデータが得られた場合(Yes分岐)、フローは、ステップS1231に移行する。
ステップS1231からのステップは、検査リードの対象の相違のみで、ステップ1201からステップS1211までと同じである。すなわち、ステップS1231において、メモリコントローラ2は、ブロックBLKnのセルユニットCUr_tのzページのデータをリードすることを記憶装置1に指示する。tは0、1、2、または3であり、zは、ロワー、ミドル、またはアッパーである。ただし、t=sかつz=yだけは除かれる。すなわち、ステップS1231において、メモリコントローラ2は、ステップS1201での検査リードの対象のページと異なるページのデータをリードする。
ステップS1232、S1233、S1234、S1235、S1236、S1237、S1238、S1239、S1241、およびS1242は、それぞれ、ステップ1202、S1203、S1204、S1205、S1206、S1207、S1208、S1209、S1211、およびS1212と類似するか同一である。
ステップS1242は、ステップS13に継続する。
以上記述されたようなステップS12により、セルユニットCUr_0〜CUr_3中の相違する2つのページに対して検査リードが行われる。そして、両方のページに対する検査リードによって誤りを含まないデータが得られると、ステップS14の処理(書き込みデータの保持領域の解放)が行われる。一方、どちらかのページに対する検査リードによって誤りを含まないデータが得られないと、ステップS15の処理(ブロックBLKnのバッドブロック登録)が行われる。
図10および図11を参照してなされた記述に基づいて、図10および図11を参照して記述された動作が拡張されることにより、3つ以上のページに対する検査リードが行われてもよい。そのような動作は、詳細な記述が無くとも、図10および図11を参照してなされた記述から、当業者によって実現されることができる。
<3.利点(効果)>
第1実施形態によれば、以下に記述されるように、記憶装置1から、より少ない誤りを含むデータが出力されることができる。
上記のように、或る選択セルトランジスタMTへのプログラムは、目標のX状態に対応するベリファイ電圧VVX以上の閾値電圧を有すると、完了したと判断される。プログラムが完了したセルトランジスタMTには、書き込み対象のセルユニットCUrの書き込みの完了までにプログラム電圧は印加されないが、プログラム電圧よりは低い電圧が印加される。よって、プログラム完了した選択セルトランジスタMTは、プログラムディスターブを受け得る。プログラムディスターブは、プログラムディスターブを受ける選択セルトランジスタMTの閾値電圧を意図せずに上昇させ得る。閾値電圧が上昇した選択セルトランジスタMTは、上昇の量が大きいと、目標のX状態とは別の(1つの上の)状態と判断され得る閾値電圧を有することに至り得る。このような選択セルトランジスタMTは、プログラムこそ成功したと判断されるが、書き込み後にリードされるときに想定されているX状態に対応するデータと異なるデータを出力し得る。このことは、セルユニットCUrからリードのエラーに繋がり得る。
特に、ワード線WLrと接続された4つのストリングユニットSU0〜SU3のそれぞれのセルユニットCUr_0、CUr_1、CUr_2、およびCUr_3に或る順序でデータが書き込まれる場合、より早い段階で書き込みが完了したセルユニットCUr(例えばCUr_0)は、より多くのディスターブを受ける。このため、先に書き込まれるセルユニットCUr中のデータは、意図せずに変化しやすい可能性がある。
第1実施形態によれば、1またはワード線WLを共有する複数のセルユニットCUr_sに順に書き込みデータが書き込まれ、当該書き込みデータがメモリコントローラ2に保持されている間に1つまたは複数のセルユニットCUr_sの1つまたは複数のページからデータがリードされ、リードされたデータが或る基準以上の誤りを含んでいるかが判断される。基準未満の誤りしか含まれていない場合、セルユニットCUr_sは、書き込みのディスターブを経てもある程度の高い精度(少なくとも誤りを含まないデータを得られる程度の精度)で書き込みデータを保持している可能性が高いと判断されることができる。一方、基準以上の誤りが含まれる場合、セルユニットCUr_sは、プログラムベリファイはパスしたものの低い精度で書き込みデータを保持している可能性が高いと判断されることができる。例えば、そのような低い精度でデータを保持し得るセルユニットCUr_sの使用が制限されることにより、メモリシステム5は全体でより高い精度でデータを保持することができる。また、書き込みデータが取得されることができる間に、低精度データを保持し得るセルユニットCUが特定されるため、書き込みデータの書き直し(セルユニットCUr_sとは別のセルユニットCUへの書き込み)が容易になされることができる。
(第2実施形態)
第2実施形態は、指示された書き込みが中断される場合に関する。
第2実施形態のメモリシステム5は、第1実施形態のメモリシステム5と同じ要素および接続を有する。一方、第2実施形態のメモリコントローラ2は、以下に記述される動作を行えるように構成されており、具体的には、ROM24中のファームウェアがメモリコントローラ2に以下に記述される動作を行わせるように構成されている。
図12は、第2実施形態のメモリシステム5の動作のフローを示し、記憶装置1での或る書き込みに最中にサスペンドコマンドが受け取られた場合のフローを示す。サスペンドコマンドの受信のタイミングの例として、図12および以下の記述は、セルユニットCUr_1へのデータ書き込みの間の受信に関する。
図12に示されるように、ステップS1およびS2の処理がこの順で行われる。次いで、ステップS21において、メモリコントローラ2は、ブロックBLKnのセルユニットCUr_0へのデータの書き込みを指示する。ステップS22において、記憶装置1は、セルユニットCUr_0にデータを書き込む。ステップS23において、メモリコントローラ2は、ブロックBLKnのセルユニットCUr_1へのデータの書き込みを指示する。
ステップS24において、記憶装置1が、セルユニットCUr_1にデータを書き込んでいる間に、メモリコントローラ2は記憶装置1にサスペンドコマンドを送信する。記憶装置1は、コマンドを受け取ると、現在実行中の指示、すなわちセルユニットCUr_1へのデータ書き込みを中断する。
ステップS25において、メモリコントローラ2は、記憶装置1に、何らかのデータリードを指示する。リードされるデータに特別な条件は課されない。ステップS26において、メモリコントローラ2は、指示されたデータリードを行う。ステップS26は、ステップS12に継続する。
ステップS12は、第1実施形態でのものと同じである。ただし、第1実施形態での場合と異なり、第2実施形態では、ステップS12の開始の時点でセルユニットCUr_0〜CUr_3への書き込みは完了していない。このため、検査リードの対象は、CUr_0〜CUr_3のうちの書き込まれたページであり、本例では、セルユニットCUr_0のロワーページ、ミドルページ、およびアッパーページのうちの1つまたは複数である。ステップS12はステップS13に継続する。
ステップS13での誤りを含まないデータが得られた場合の分岐(Yes分岐)はステップS31に継続する。ステップS13での誤りを含まないデータが得られない場合の分岐(No分岐)はステップS15およびステップS16を経由して、ステップS31に継続する。
ステップS31は、ステップS14に類似する。異なるのは、ステップS31では、RAM23のうちの、ステップS24でのサスペンドの指示の前までに書き込まれたデータが保持されていた領域が解放されることである。
ステップS32において、ステップS2で決定されたデータ書き込みのうちの未完の書き込み(ステップS24でサスペンドの指示のときに行われていた書き込みを含む)が行われる。ステップS32でのデータ書き込みは、誤りを含まない検査リード対象のデータが得られた場合は、ブロックBLKn中のセルユニットCUに対して行われることができる。一方、ステップS32でのデータ書き込みは、誤りを含まない検査リード対象のデータが得られない場合は、ブロックBLKg中のセルユニットCUに対して行われることができる。
図13は、第2実施形態のメモリシステム5の一部のステップS24の間の状態を示す。図13に示されるように、サスペンドコマンドがセルユニットCUr_1へのデータ書き込みの間に受信されたため、セルユニットCUr_1へのデータ書き込みは完了していない。また、サスペンドの時点で、セルユニットCUrについての検査リードは未完了である。このため、メモリコントローラ2は、セルユニットCUrへの書き込みデータ、少なくとも書き込み済みであるセルユニットCUr_0への書き込みデータDr0L、Dr0M、およびDr0UをRAM23中で保持し続ける。
図14は、第2実施形態のメモリシステム5の一部のステップS26の間の状態を示す。図14に示されるように、記憶装置1は、リードを指示されたデータをメモリコントローラ2に送信する。この時点でも、セルユニットCUrについての検査リードは未完了である。このため、メモリコントローラ2は、セルユニットCUrへの書き込みデータ、少なくとも書き込み済みであるセルユニットCUr_0への書き込みデータDr0L、Dr0M、およびDr0UをRAM23中で保持し続ける。
図15は、第2実施形態のメモリシステム5の一部のステップS12の間の状態を示す。図15に示されるように、メモリコントローラ2は、検査リードのために、セルユニットCUr_0〜CUr_3のうちの書き込み済みの1つまたは複数のページからデータをリードする。この時点でも、メモリコントローラ2は、セルユニットCUrへの書き込みデータ、少なくとも書き込み済みであるセルユニットCUr_0への書き込みデータDr0L、Dr0M、およびDr0UをRAM23中で保持し続ける。
第2実施形態によれば、1またはワード線WLを共有する複数のセルユニットCUr_sに順に書き込みデータが書き込まれている間に書き込みがサスペンドされ、データがリードされた後、第1実施形態と同様に、当該書き込みデータがメモリコントローラ2保持されている間に1つまたは複数の書き込み済みのセルユニットCUr_sの1つまたは複数のページからデータがリードされ、リードされたデータが或る基準以上の誤りを含んでいるかが判断される。このため、第1実施形態と同じ利点を得られる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
1…記憶装置、2…メモリコントローラ、3…ホスト装置、5…メモリシステム、11…メモリセルアレイ、12…入出力回路、13…シーケンサ、15…ドライバ、16…センスアンプ、19…ロウデコーダ。

Claims (8)

  1. ビット線と、
    ワード線と、
    第1トランジスタを介して前記ビット線と接続され、第1セルトランジスタを含んだ第1ストリングと、
    第2トランジスタを介して前記ビット線と接続され、第2セルトランジスタを含んだ第2ストリングであって、前記第2セルトランジスタと前記第1セルトランジスタは前記ワード線と接続されている、第2ストリングと、
    を備える記憶装置と、
    前記第1セルトランジスタに第1データを書き込むことと、前記第2セルトランジスタに第2データを書き込むことと、を前記記憶装置に指示し、
    前記第1データおよび前記第2データの書き込みの前記指示の後で前記第1データおよび前記第2データを保持している間に、前記第1セルトランジスタまたは前記第2セルトランジスタからデータをリードすることを前記記憶装置に指示する、
    ように構成されているコントローラと、
    を備えるメモリシステム。
  2. 前記記憶装置は、前記第1ストリングおよび前記第2ストリングを含む前記第1ストリング乃至第xストリング(xは3以上の自然数)を含み、
    前記第xストリングは、第xトランジスタを介して前記ビット線と接続され、第xセルトランジスタを含み、
    前記コントローラは、
    前記第1セルトランジスタ乃至前記第xセルトランジスタに、それぞれ前記第1データ乃至第xデータを書き込むことを前記記憶装置に指示し、
    前記第1データ乃至前記第xデータの書き込みの前記指示の後で前記第1データ乃至前記第xデータを保持している間に、前記第1セルトランジスタ乃至前記第xセルトランジスタの1つからデータをリードすることを前記記憶装置に指示する、
    ように構成されている、
    請求項1のメモリシステム。
  3. 前記記憶装置は、1つのブロックにおいて、前記ビット線に接続されるストリングとして全部で前記第1ストリング乃至前記第xストリングを備える、
    請求項2のメモリシステム。
  4. 前記記憶装置は、第1ブロックと第2ブロックとを備え、
    前記第1ブロックは、前記第1ストリングおよび前記第2ストリングを含み、
    前記コントローラは、前記第1セルトランジスタおよび前記第2セルトランジスタの少なくとも一方からリードされたデータ中の誤りを訂正できない場合、前記第1ブロック中のデータを前記第2ブロックにコピーするように構成されている、
    請求項1のメモリシステム。
  5. 前記コントローラは、前記第1ブロック中のデータの前記第2ブロックへの前記コピーの後、前記第1ブロックをバッドブロックとして登録するように構成されている、
    請求項4のメモリシステム。
  6. 前記コントローラは、前記第1データおよび前記第2データの書き込みの前記指示の後、前記記憶装置からのデータのリードおよび前記記憶装置へのデータの書き込みを指示する前に前記第1セルトランジスタまたは前記第2セルトランジスタからのデータの前記リードを前記記憶装置に指示する、ように構成されている、
    請求項1のメモリシステム。
  7. 前記コントローラは、
    前記第1データおよび前記第2データの書き込みの前記指示の後、前記第2データの書き込みの間に処理の中断を指示し、
    前記処理の中断の前記指示の後で前記第1データおよび前記第2データを保持している間に、前記記憶装置にデータのリードを指示するコマンドを送信する、
    ように構成されている、
    請求項1のメモリシステム。
  8. 前記コントローラは、前記コマンドによって指示されたデータの受信後に、前記第1セルトランジスタまたは前記第2セルトランジスタからのデータの前記リードを前記記憶装置に指示する、ように構成されている、
    請求項7のメモリシステム。
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