JP3938309B2 - リードディスターブを緩和したフラッシュメモリ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は,不揮発性メモリであるフラッシュメモリに関し,特に,リードディスターブを緩和したNAND型のフラッシュメモリに関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体不揮発性メモリは,電源をオフにした状態でもデータを記憶することができ,携帯情報端末や携帯電話などで広く利用されている。半導体不揮発性メモリには,NOR型とNAND型のフラッシュメモリとがあり,そのうち,NAND型のフラッシュメモリは,大容量の普及型のメモリである。
【0003】
従来のNAND型フラッシュメモリは,複数のセグメントがビット線に接続され,各セグメントは,縦列に接続された複数のメモリセルからなる。そして,セグメント選択信号により選択されたセグメントがビット線に接続され,リードとライトの対象になる。このセグメント選択信号によって各ビット線に接続される複数のセグメントが,メモリセルブロックを構成する。従って,セグメント選択信号は,メモリセルブロック選択信号である。
【0004】
更に,選択されたメモリセルブロック内では,リード時において,セグメント内の非選択ワード線に高い電圧を印加して,記憶データにかかわらずセルトランジスタを導通状態に制御し,セグメント内の選択ワード線に記憶データ「1」「0」の中間電圧を印加し,記憶データに応じて選択セルトランジスタを導通または非導通状態に制御する。例えば,選択ワード線に0Vを印加し,非選択ワード線には4Vを印加する。
【0005】
フラッシュメモリのセルトランジスタは,半導体基板表面に形成されたソース,ドレイン領域間のチャネル領域の上に,絶縁膜を介してフローティングゲート及びコントロールゲートを形成した構成になっている。そして,プログラム時は,コントロールゲート及びドレインに高い電圧を印加して,トンネル現象によりチャージ(電子)をフローティングゲートに注入して,その閾値電圧を高くする。これがプログラム状態(データ0)である。また,消去時は,コントロールゲートに低い電圧(または負電圧)を印加し,ソースに高い電圧を印加して,フローティングゲートからチャージを引き抜くことで,その閾値電圧を低くする。これが消去状態(データ1)である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
NAND型のフラッシュメモリには,リードディスターブとオーバープログラムの問題がある。リードディスターブとは,選択ブロック(選択セグメント)内の非選択ワード線に比較的高い電圧が印加されるため,非選択ワード線に接続されたメモリセルは,リード時において軽いプログラム動作状態になる。このような電界ストレスを受けることにより,フローティングゲート内のチャージの数が増加し,メモリセルの閾値電圧を上昇させる。その結果,消去状態(データ1)のメモリセルは,閾値電圧が上昇して,プログラム状態(データ0)に変化することがある。NAND型のフラッシュメモリがセグメント構成のため,リード時において選択ブロック内のワード線の大部分を占める非選択ワード線に高い電圧を印加する必要がある。そのため,このリードディスターブ現象は,NOR型のフラッシュメモリに比較するとより大きな影響を及ぼす。
【0007】
上記のリードディスターブ現象を抑えるためには,単純に非選択ワード線の印加電圧を低く設定すれば良い。しかしながら,非選択ワード線の電圧を低くすると,オーバープログラムされたメモリセルに対して,リード不良を招くことになる。
【0008】
オーバープログラムは,メモリセルへのプログラムと消去(両者合わせてライト動作)の回数が多くなり,メモリセルのドレインとフローティングゲート間のトンネル酸化膜が劣化すると生じる現象である。即ち,トンネル酸化膜の劣化により,同じプログラム動作でも過剰な電子がフローティングゲートに印加され,閾値電圧が過剰に高くなる。これがオーバープログラムされた状態である。
【0009】
従って,頻繁にライト動作(プログラム及び消去)が行われるメモリセルは,オーバープログラム状態になりやすい。オーバープログラム状態のメモリセルは,その閾値電圧が高いので,リード動作において,非選択ワード線の電圧を低く設定すると,非選択ワード線を導通させることができず,リード不良を招くことになる。
【0010】
そこで,本発明の目的は,リードディスターブを抑制して,オーバープログラム状態のメモリセルに対してもリード不良を生じないようにした不揮発性メモリを提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために,本発明の一つの側面は,NAND型のフラッシュメモリのメモリセルアレイを,第1のセルアレイと第2のセルアレイとに分割し,リード時において,第1のセルアレイの非選択ワード線には第1の電圧を印加し,第2のセルアレイの非選択ワード線には第1の電圧より低い第2の電圧を印加することを特徴とする。第1のセルアレイは,ライト動作回数が比較的大きく,従って,ライト動作の繰り返しによりオーバープログラム状態になりやすいのに対して,第2のセルアレイは,ライト動作回数が比較的小さく,従って,オーバープログラム状態にはなりにくい。その結果,第1のセルアレイの非選択ワード線の電圧を高くして,オーバープログラムが発生してもリード不良を回避するようにし,第2のセルアレイの非選択ワード線の電圧は低くして,リードディスターブを抑制してデータが変化することを回避するようにする。
【0012】
第1のセルアレイと第2のセルアレイの分け方は,種々の方法があり,所定の境界アドレスより上位アドレスのセルアレイ(またはメモリセルブロック)及び下位アドレスのセルアレイ(またはメモリセルブロック)に,第1及び第2のセルアレイをそれぞれ割り当てる方法と,複数のメモリセルブロックに対して,個別に第1または第2のセルアレイを割り当てる方法とがある。また,その設定を,外部から設定可能にすることで,ユーザがカスタマイズすることができるようにする。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下,図面を参照して本発明の実施の形態例を説明する。しかしながら,本発明の保護範囲は,以下の実施の形態例に限定されるものではなく,特許請求の範囲に記載された発明とその均等物にまで及ぶものである。
【0014】
図1は,NAND型のフラッシュメモリのメモリセルアレイの構成を示す図である。メモリセルアレイMCAは,N個のメモリセルブロックMB0〜MBNに分割されている。メモリセルアレイMCA内には,複数のビット線BLと,各ビット線に接続された複数のセグメントSGと,各セグメント内に設けられた複数のメモリセルMCと,それに接続される複数のワード線WLとが設けられる。
【0015】
セグメントSGには,複数(図中では16個)のメモリセルMCが縦列に接続され,その一方が第1のセグメントゲートSGG10,SGG11,SGG12を介してビット線BLに接続され,その他方が第2のセグメントゲートSGG20,SGG21,SGG22を介してセル内ソース電圧ARRVSSに接続される。
【0016】
そして,リード動作では,例えば,メモリセルブロックMB0が選択された場合は,セグメント選択信号SG10,SG20がHレベルに制御され,第1及び第2のセグメントゲートSGG10,SGG20が導通し,16個のメモリセルからなるセグメントが,ビット線BLとセル内ソース電圧ARRVSSとの間に接続される。16個のメモリセルMCに接続される16本のワード線のうち,15本の非選択ワード線には高い電圧が印加され,1本の選択ワード線にはデータ「0」と「1」に対応する閾値電圧の中間の電圧が印加される。一例では,非選択ワード線は4Vまたはそれより低い電圧,選択ワード線は0Vである。
【0017】
その結果,セグメント内の16個のメモリセルのうち,15個の非選択メモリセルは全て導通状態になり,1個の選択メモリセルのみは,記憶データに応じて導通または非導通になる。それに伴い,ビット線BLに電流が流れるか流れないかの状態が生成される。各ビット線BL0,BL1に接続されたページバッファPBは,そのビット線電流の有無を検出し,読み出しデータをラッチする。
【0018】
また,プログラム動作時には,同様にセグメントがビット線BLに接続され,プログラムしたいメモリセルが接続されたビット線BLが0Vに、と選択ワード線が高い電位に制御される。それにより,選択されたメモリセルのドレインからトンネル現象によりチャージ(電子)がフローティングゲート内に注入される。これに伴い,そのメモリセルの閾値電圧は正電圧になる。
【0019】
一方,消去動作時には,選択されたメモリセルブロック内の全てのセグメントにおいて,ビット線BLがフローティング状態,全ワード線が負電圧,セル内ソース電圧ARRVSSがフローティング状態または高い電圧にそれぞれ制御される。その結果,全てのメモリセルにおいて,フローティングゲート内のチャージがソースに引き抜かれ,全てのメモリセルの閾値電圧は負電圧になる。
【0020】
図2は,NAND型フラッシュメモリの全体構成図である。メモリセルアレイMCAに隣接して,ローアドレスが一旦格納されるローアドレスバッファRABufと,そのローアドレスをデコードしてワード線を駆動するローデコーダ・ドライバRDEC/DRと,メモリセルアレイのビット線状態を検出するセンスアンプSAとその検出データを格納するデータレジスタDRからなるページバッファPBと,コラムアドレスバッファCABufと,コラムアドレスデコーダCDECとが設けられる。ローデコーダ・ドライバRDEC/DRは,リード動作において,選択されたワード線を選択ワード線電位にドライブし,非選択のワード線を非選択ワード線電位にドライブする。
【0021】
更にメモリは,入出力端子I/O0-7から供給されるアドレス,データ,コマンドの入力と,データの出力とを制御するI/Oコントロール回路IOCONと,チップイネーブル信号CE#,コマンドラッチイネーブル信号CLE,アドレスラッチイネーブル信号ALE,ライトイネーブル信号WE#,リードイネーブル信号RE#,ライトプロテクト信号WP#,スペアイネーブル信号SE#などの制御信号を入力して内部の動作を制御するコントロール回路CONTとを有する。
【0022】
そして,メモリは,プログラム動作中,消去動作中及びメモリセルからページバッファPBへデータ転送中の時にビジー信号を出力するレディービジー出力回路R/Bと,電源電圧より高い電圧VPPを生成する高電圧発生回路VPPGENとを有する。この高電圧発生回路が生成する高電圧VPPが,リード動作時に非選択ワード線に印加される電圧である。また,高電圧VPPは,プログラム時に選択ワード線に印加される電圧でもある。
【0023】
高電圧発生回路VPPGENは,電圧制御信号EN1,2を供給され,それに応じて,リード動作時の非選択ワード線電圧を生成する。電圧制御信号EN1,2は,電圧制御信号生成回路30にて生成される。この電圧制御信号生成回路については,後に詳述する。
【0024】
コントロール回路CONTは,コマンドレジスタCMDREG内のコマンドと上記制御信号に従って,対応する内部動作を制御する。アドレスレジスタADDREGは,外部から入力されるアドレスを一旦格納し,両アドレスバッファCABuf,RABufに供給する。また,ステータスレジスタSTREGは,チップレディ中であること,プログラムと消去が正常終了したこと,ライトプロテクト中であることなどの内部ステータス信号を格納し,I/Oコントロール回路IOCONを介して外部に出力する。
【0025】
図3は,本実施の形態におけるメモリセルアレイの構成例を示す図である。メモリセルアレイMCAは,図1に示したとおり,複数のメモリセルブロックで構成される。そして,図3の例では,境界アドレス(バウンダリアドレス)BAより低いアドレスの領域が,ライト回数が多い第1のメモリセルブロック群MCA1に割り当てられ,境界アドレスBAより高いアドレスの領域が,ライト回数が少なく制限される第2のメモリセルブロック群MCA2に割り当てられている。
【0026】
第1のメモリセルブロック群MCA1は,従来と同様に通常の書き換え回数を保証するメモリセルアレイであり,従って,仕様で保証された比較的大きいライト回数を保証する。それに伴い,メモリセルがオーバープログラム状態になる可能性があり,リード時の非選択ワード線の電圧Vnswlが比較的高く設定されている。それにより,リード不良を回避することができる。
【0027】
一方,第2のメモリセルブロック群MCA2は,書き換え回数が比較的低く制限された(少なくとも第1のメモリセルブロック群よりも少ない書き換え回数)メモリセルアレイ領域である。従って,オーバープログラム状態になる可能性は低く,むしろ,リード動作時のリードディスターブによるデータの変化を回避するために,非選択ワード線の電位Vnswlが,第1のメモリセルブロック群よりも低く設定される。第2のメモリセル領域では,オーバープログラム状態になる可能性が低いので,非選択ワード線の電圧を低く設定しても,リード不良が発生する確率は低い。
【0028】
図4は,本実施の形態におけるメモリセルアレイの別の構成例を示す図である。メモリセルアレイMCAは,図1に示したとおり,複数のメモリセルブロックで構成される。そして,図4の例では,8つのメモリセルブロックMB0-7のうち,2つのメモリセルブロックMB2,MB6が第2のメモリセルブロックに割り当てられ,残りの6つのメモリセルブロックが第1のメモリセルブロックに割り当てられている。
【0029】
この割り当ては,出荷前の工程で適宜行われても良く,また,出荷後にユーザにより適宜に行われても良い。しかも,任意のメモリセルブロックを第2のメモリセルブロックに割り当てることができる。但し,一旦第1のメモリセルブロックに割り当てられたら,その後第2のメモリセルブロックに変更することは禁止される。第2のメモリセルブロックに割り当てられた後,第1のメモリセルブロックに変更することは許可される。この割り当ての変更は,メモリコントローラ側で行うこともできるし,後述する第2メモリセルブロックのブロックアドレスを記憶するメモリへの書き換えによっても行うことができる。
【0030】
図4においても,第1のメモリセルブロックは,比較的高い書き換え回数が保証され,それに対応して,リード時の非選択ワード線の電圧が比較的高く設定される。第2のメモリセルブロックは,比較的低い書き換え回数しか保証されず,それに対応して,リード時の非選択ワード線の電圧が比較的低く設定される。
【0031】
図3,4の例において,第2のメモリセルブロック領域は,書き換え回数が制限されて,例えばROMのように使用される。例えば,コントロールゲートのブートプログラムや制御プログラムが格納されるメモリ領域として使用される。一方で,第1のメモリセルブロック領域は,通常のフラッシュメモリとして利用され,仕様で保証された書き換え回数まで,データのプログラムと消去を行うことができる。従って,データを格納するランダムアクセスメモリ領域として利用される。
【0032】
図5は,高電圧を制御する電圧制御回路を示す図である。高電圧発生回路VPPGENは,高電圧VPPを生成するチャージポンプ回路10と,供給される電圧制御信号EN1,2に応じて,チャージポンプ回路が生成した高電圧VPPの電位を調整する電圧制御回路20とを有する。電圧制御回路20は,チャージポンプ回路10による昇圧電圧VPPに対応する電位をノードN1に生成し,そのノードN1の電位と基準電位VREFとを比較して,比較結果によってトランジスタN14を導通,非導通に制御することで,昇圧電圧VPPを所定の電位に制御する。
【0033】
ノードN1は,カップリング容量C1と電圧制御信号EN1,2に応じて選択されるカップリング容量C2またはC3との接続点であり,昇圧電圧VPPをそれらの容量比に応じて降圧した電位を有する。容量C2,C3は,容量がC2>C3の関係を有する。リード動作時において,第1のメモリセルアレイ領域が選択された時は,第1の電圧制御信号EN1がHレベルになり,第2のメモリセルアレイ領域が選択された時は,第2の電圧制御信号EN2がHレベルになる。
【0034】
第1の電圧制御信号EN1がHレベルになると,トランジスタN10が導通状態になり,ノードN1の電位は,容量C1,C2に応じた,VPP*C1/(C1+C2)になる。一方,第2の電圧制御信号EN2がHレベルになると,トランジスタN12が導通状態になり,ノードN1の電位は,容量C1,C3に応じた,VPP*C1/(C1+C3)になる。容量C2,C3はC2>C3であるため,EN1=Hの時のほうがEN2=Hの時よりもノードN1の電位は低くなる。比較回路22は,ノードN1の電位と基準電位VREFとを比較して,比較結果をインバータ24を介して電圧制御トランジスタN14のゲートに与える。N1>VREFの時は,比較回路22はLレベルを出力し,トランジスタN14はより導通状態に制御され,昇圧電圧VPPは下がる。昇圧電圧VPPが下がると,ノードN1の電位も下がり,比較回路22はHレベルを出力し,トランジスタN14はより非導通状態に制御され,昇圧電圧VPPは上がる。かくして,昇圧電圧VPPは,ノードN1の電位に応じたレベルでバランスすることになる。
【0035】
従って,ノードN1の電位は,EN1=Hの時に低くなるので,昇圧電圧VPPはより高い電位まで調整された状態でバランスする。一方,ノードN1の電位は,EN2=Hの時に上記よりも高くなるので,昇圧電圧VPPは上記よりも低い電圧で調整された状態でバランスする。この調整された昇圧電圧VPPが,ローデコーダRDECに供給され,非選択ワード線の電位として使用される。つまり,第1のメモリアレイ群が選択されると,昇圧電圧VPPは高くなり,リード動作時の非選択ワード線の電位は,比較的高くなる。一方,第2のメモリセルアレイ群が選択されると,昇圧電圧VPPは上記に比較して低くなり,リード動作時の非選択ワード線の電位は,比較的低くなる。
【0036】
本実施の形態では,上記の基準電位VREFは,例えば1.3Vに設定され,EN1=Hの時に昇圧電圧VPP=4.0Vに制御され,EN2=Hの時に昇圧電圧VPP=3.6Vに制御される。
【0037】
図6は,電圧制御信号生成回路の一例を示す図である。この電圧制御信号生成回路30は,図3に示したメモリセルアレイ構成に対応するものであり,出荷時に若しくはユーザにより設定される境界アドレスBAと,メモリセルブロックを選択する内部アドレスAddとをアドレス比較部34で比較して,内部アドレスAddが境界アドレスBA未満であれば,第1の電圧制御信号EN1をHレベルに,第2の電圧制御信号EN2をLレベルに制御する。また,内部アドレスAddが境界アドレスBA以上であれば,第1の電圧制御信号EN1をLレベルに,第2の電圧制御信号EN2をHレベルに制御する。
【0038】
境界アドレス記憶部32は,外部から書き込み可能な不揮発性メモリで構成され,出荷時若しくはユーザにより,任意の境界アドレスを設定することができる。
【0039】
また,この電圧制御信号生成回路30のアドレス比較部34は,コントロール回路CONTからの制御信号S10を供給され,リード動作時において,内部アドレスAddと境界アドレスBAとを比較し,第1又は第2の電圧制御信号EN1,EN2のいずれか一方をHレベルに制御する。また,リード動作以外では,第1の電圧制御信号EN1をHレベルに制御し,昇圧電圧VPPが高い電位に調整されるようにする。
【0040】
また,プログラム動作時に,フローティングゲートに十分なチャージが注入されて閾値電圧が所望のレベルまで上昇したかを確認するプログラムベリファイ動作が行われる。このベリファイ動作は,リード動作と類似する動作であり,この時においても,リード動作時と同様に,第1のメモリセルアレイ領域と第2のメモリセルアレイ領域とで非選択ワード線電位を異ならせるようにしてもよい。その場合は,アドレス比較部24は,制御信号S10に応答して,アドレスの比較動作を行う。
【0041】
図7は,電圧制御信号生成回路の別の例を示す図である。この電圧制御信号生成回路30は,図3のメモリセルアレイ構成または図4のメモリセルアレイ構成に対応した例である。図7の電圧制御信号生成回路30は,外部制御ピン36と,インバータ37,38とで構成され,外部制御ピン36に供給される制御信号に応じて,第1の電圧制御信号EN1または第2の電圧制御信号EN2をHレベルに制御する。
【0042】
図7の電圧制御信号生成回路では,フラッシュメモリを制御するメモリコントローラが,制御中の動作(リード動作,プログラム動作など)及びアクセス対象のメモリセルブロックに応じて,第1または第2の電圧制御信号EN1,EN2のいずれか一方をHレベルに制御するコントロール信号を,外部制御ピン36に供給する。つまり,メモリコントローラが,フラッシュメモリのメモリマップを保持し,それに応じて電圧制御信号EN1,2を制御する。このメモリマップには,第1のメモリセルブロックと第2のメモリセルブロックのマップが含まれる。
【0043】
従って,図3のメモリセルアレイ構成であれば,メモリコントローラは,リード動作時において,境界アドレスBA以上のアドレスをアクセスするときは,第2の電圧制御信号EN2をHレベルにするコントロール信号(CP=H)を供給し,境界アドレスBA未満のアドレスをアクセスするときは,第1の電圧制御信号EN1をHレベルにするコントロール信号(CP=L)を供給する。また,図4のメモリセルアレイ構成であっても,同様に,メモリコントローラがコントロール信号を供給することで,電圧制御信号生成回路30に,アクセス対象メモリセルブロックに対応した電圧制御信号を生成させることができる。更に,メモリコントローラは,動作モードに応じて,そのコントロール信号を供給して,非選択ワード線の電位を,第1の電位かそれより低い第2の電位かに任意に制御することができる。
【0044】
図8は,更に電圧制御信号生成回路の別の例を示す図である。この電圧制御信号生成回路30は,第2のメモリセルブロックに指定されたメモリセルブロックのブロックアドレスを記憶するブロック情報記憶領域40を有する。そして,このブロック情報記憶領域40はブロック情報記憶ユニット42-0〜42-nに分割されている。第2のメモリセルブロックへのアクセスか否かを判定するメモリセルブロック判定回路44-0〜44-nは,このブロック情報記憶領域40の各ブロック情報記憶ユニット42-0〜42-nと,ページバッファ46と,アドレス判定回路48とをそれぞれ有する。そして,メモリセルブロック判定回路44-0〜44-nは,メモリセルブロックの数(n個)だけ設けられる。
【0045】
ブロック情報記憶ユニット42-0は,通常のメモリセルアレイと同様に,メモリセルMCとその両側に接続されるセグメントゲートSGG1,SGG2とで構成されるセグメントを,ブロックアドレスのビット数だけ有する。第2のセグメントゲートSGG2は,セルアレイ内ソース電圧ARVSSに接続され,第1のセグメントゲートSGG1は,ページバッファ46に接続される。ブロック情報記憶ユニット42-0は,第2のメモリセルアレイ群に割り当てられたメモリセルブロックのブロックアドレスを記憶する。そして,その記憶されたブロックアドレスが,ページバッファ46により読み出され,アドレス判定回路48が,その記憶されたブロックアドレスと外部から供給されたブロックアドレスBAddとが一致するか否かを判定する。
【0046】
アドレス判定回路48は,一致信号M(0)を電圧制御信号出力回路50に供給する。別のメモリセルアレイ判定回路48も,それぞれの一致信号M(1)〜M(n)を電圧制御信号出力回路50に供給する。そして,電圧制御信号出力回路50は,全ての一致信号M(0)〜M(n)が不一致であれば,第1の電圧制御信号EN1をHレベルにし,一つでも一致信号が一致であれば,第2の電圧制御信号EN2をHレベルにする。
【0047】
従って,図8の電圧制御信号生成回路30は,図3または図4のメモリセルアレイ構成に適用可能であり,各メモリセルブロック毎に第2のメモリセルブロックに設定可能であるので,図4のメモリセルアレイ構成により適した回路である。
【0048】
メモリセルブロック判定回路44は,メモリセルブロックの数(n個)設けられているので,メモリセルブロックを,最大でn個まで第2のメモリセルブロックに割り当てることができる。つまり,全てのメモリセルブロックを第2のメモリセルブロック群に割り当てることができる。そして,フラッシュメモリが最大でk個(k<n)までしか第2のメモリセルブロックへの指定を許可していない場合は,メモリセルブロック判定回路44は,k個設けられれば良い。
【0049】
或いは,ブロック情報記憶ユニット42に,第2のメモリセルブロックに割り当てられるブロックアドレス,または第1のメモリセルブロックに割り当てられるブロックアドレスのいずれかを記憶することができる場合は,メモリセルブロック判定回路44は,ブロック数nの半分の数で良いことになる。その場合は,後述する電圧制御信号出力回路の構成も選択的に変更可能にする必要がある。
【0050】
図9は,図8の電圧制御信号生成回路のページバッファとアドレス判定回路の構成を示す図である。ページバッファ46では,ブロック情報記憶ユニット42のセグメントのビット線BLに,ビット線制御信号BLCNTRLで導通するNチャネルトランジスタN25が接続される。ワード線WLが選択ワード線電位に制御された状態で,メモリセルMCの閾値が低い場合(消去状態でデータ1を記憶)は,メモリセルが導通しビット線BLがLレベル,ノードSNSがLレベルになる。ノードSNSのLレベルにより,インバータ52がHレベルを出力して,ラッチトランジスタN22を導通して,ノードSNSのLレベルにラッチする。
【0051】
ノードSNSのLレベルに応答して,第1のトランスファゲートTG(L)が導通し,供給されるブロックアドレスBAdd(0)もLレベルであれば,インバータ54により反転されたHレベルが出力信号OUT(0)として出力される。供給されるブロックアドレスBAdd(0)がHレベルなら,Lレベルが出力信号OUT(0)として出力される。
【0052】
一方,メモリセルMCの閾値が高い場合は,メモリセルが非導通になり,ノードSNSがHレベルになり,それに伴い,PチャネルトランジスタP21が導通して,その状態をラッチする。従って,アドレス判定回路48内の第2のトランスファーゲートTG(H)が導通し,供給されるブロックアドレスBAdd(0)もHレベルであれば,Hレベルの出力信号OUT(0)が出力される。つまり,アドレス判定回路48は,ENOR回路としての機能を有し,供給されるブロックアドレスBAddと,ブロック情報記憶ユニット42-0に記憶されたブロックアドレスが一致すれば,Hレベルを出力し,不一致であればLレベルを出力する。
【0053】
アドレス判定回路48内のNANDゲート56は,他の出力信号OUT(1)〜OUT(l)も供給され,全てのブロックアドレスが一致したときに,NANDゲート56がLレベルを出力し,一致信号M(k)をHレベルにする。ブロックアドレスの一つでも不一致であれば,一致信号M(k)はLレベルになる。
【0054】
ページバッファ内のトランジスタP20は,ゲートにバイアス信号BIASが供給されノードSNSに一定の電流を供給する。また,トランジスタN23は,リセット信号RSTにより制御されるリセット用トランジスタである。リセット信号RSTによりトランジスタN23が導通すると,トランジスタP21が導通し,ノードSNSがHレベルにリセットされる。そして,トランジスタN24は,プログラム信号CPGMにより制御され,ブロック情報記憶ユニット42内にブロックアドレスを書き込む時に導通して,外部アドレスBAddからのブロックアドレスの書き込みを可能にし,ブロック情報記憶ユニット42のブロックアドレスを読み出す時に非導通になる。
【0055】
図9に示されたページバッファ回路46は,図1に示したページバッファ群PBのページバッファ回路と略同じ構成である。
【0056】
図10は,図8の電圧制御信号生成回路30の電圧制御信号出力回路50の構成を示す図である。電圧制御信号出力回路50は,各アドレス判定回路48からの一致信号M(0)〜M(n)を入力するNORゲート58と,インバータ59,60とを有する。そして,一致信号M(0)〜M(n)のいずれかがHレベルになると,第2の電圧制御信号EN2がHレベルに制御され,全てがLレベルの時に,第1の電圧制御信号EN1がLレベルに制御される。
【0057】
前述したブロック情報記憶ユニット42に記憶するブロックアドレスを,第1のブロックのアドレスか,第2のブロックのアドレスかのいずれかに選択可能にした場合は,この電圧制御信号出力回路50の構成も,それに応じて,変更可能にする必要がある。
【0058】
以上の通り,出荷時またはユーザが図8に示した電圧制御信号生成回路30内のブロック情報記憶ユニット42-0〜42-nのいずれかに,第2のメモリセルブロックに指定したいブロックアドレスを書き込むことにより,任意のメモリセルブロックを第2のメモリセルブロックに指定することができる。指定されたメモリセルブロックでは,リード動作時に非選択ワード線の電圧が,第1のメモリセルブロックに比較して低い電圧に制御される。それにより,リードディスターブが回避され,データが変化することが回避される。
【0059】
以上の実施の形態例では,リード動作時の非選択ワード線の電圧を,第1のメモリセルブロックより,第2のメモリセルブロックのほうが低くなるように制御した。しかし,フラッシュメモリでは,プログラム動作中のプログラムベリファイ動作時にも,リード動作と同等の動作が行われる。従って,プログラムベリファイ動作時において,非選択ワード線の電位を,第2のメモリセルブロックで低く設定しても良い。但し,第2のメモリセルブロックは,そもそもプログラム回数が制限されているので,プログラムベリファイ動作の回数も少ない。従って,非選択ワード線の電位を通常通り高くしても,それに伴うリードディスターブの影響は少ない。逆に言えば,非選択ワード線の電位を通常より低く設定しても,リードディスターブの影響を抑える効果はそれほど大きくない。
【0060】
また,図8に示した電圧制御信号生成回路のブロック情報記憶ユニット42に,メモリセルブロックのブロックアドレスのうち,一部の上位アドレスのみを記憶するようにしても良い。その場合は,図3のメモリセルアレイ構成を実現することができる。また,ブロック情報記憶ユニット42に,メモリセルブロックのブロックアドレスのうち,一部の下位アドレスのみを記憶するようにしても良い。その場合は,図4のメモリセルアレイ構成に類似して,とびとびのメモリセルブロックを第2のメモリセルブロックに割り当てることができる。
【0061】
更に,図6に示した境界アドレス記憶部32の境界アドレスを,変更可能にしてもよい。その場合は,第2のメモリセルアレイから第1のメモリセルアレイへの変更を伴う境界アドレスの変更,つまり,図3の例では,境界アドレスをより上位のアドレスに変更することのみが許可されることが好ましい。ある程度の回数の書き換えが行われたメモリセルを,第2のメモリセルアレイに割り当てると,オーバープログラムによるリード不良を招くおそれがあるからである。
【0062】
上記の実施の形態において,より好ましい例では,第2のメモリセルアレイを全メモリセルアレイの一部の領域に設定して,頻繁に読み出しが行われるプログラムやデータを記憶し,第1のメモリセルアレイを全メモリセルアレイの大部分の領域に設定して,頻繁に書き換えが行われるデータを記憶させる。より大きな領域を第1のメモリセルアレイに割り当てることで,頻繁に書き換えが行われてトンネル酸化膜が劣化して読み出し不良が発生した時点で,そのメモリセルブロックの使用を禁止しても,第1のメモリセルアレイを十分な容量に保つことができる。但し,第2のメモリセルアレイは,書き換え回数が制限されているので,トンネル酸化膜が劣化することはない。
【0063】
以上,実施の形態例をまとめると以下の付記の通りである。
【0064】
(付記1)不揮発性メモリにおいて,
複数のビット線と,複数のワード線と,前記ビット線にそれぞれ接続され複数のメモリセルが縦列に接続されたセグメントとを有し,前記ワード線が前記メモリセルのゲートに接続されるメモリセルアレイと,
前記セグメント内の選択されたメモリセルのワード線に選択ワード線電圧を印加し,非選択のメモリセルのワード線に当該メモリセルを導通させる非選択ワード線電圧を印加するワードドライバ回路とを有し,
前記メモリセルアレイが,第1のメモリセルアレイと第2のメモリセルアレイとに分割され,前記第1のメモリセルアレイ内での前記非選択ワード線電圧が第1の電圧に,前記第2のメモリセルアレイ内での前記非選択ワード線電圧が前記第1の電圧よりも低い第2の電圧に設定されていることを特徴とする不揮発性メモリ。
【0065】
(付記2)付記1において,
前記ビット線がそれぞれ複数のセグメントを有し,前記メモリセルアレイは,前記セグメント単位で,前記第1のメモリセルアレイ及び第2のメモリセルアレイに分割されていることを特徴とする不揮発性メモリ。
【0066】
(付記3)付記1において,
前記メモリセルアレイは,複数のメモリセルブロックを有し,前記メモリセルアレイは,メモリセルブロック単位で,前記第1のメモリセルアレイ及び第2のメモリセルアレイに分割されていることを特徴とする不揮発性メモリ。
【0067】
(付記4)付記1において,
前記第2のメモリセルアレイの書き換え可能回数が,前記第1のメモリセルアレイの書き換え可能回数よりも少ないことを特徴とする不揮発性メモリ。
【0068】
(付記5)付記1において,
更に,前記非選択ワード線電圧を第1の電圧または第2の電圧に制御する電圧制御信号を生成する電圧制御信号生成回路を有し,
当該電圧制御信号生成回路は,前記第1及び第2のメモリセルアレイを区別するアドレスを記憶するアドレス記憶部を有することを特徴とする不揮発性メモリ。
【0069】
(付記6)付記5において,
前記アドレス記憶部は,前記第1及び第2のメモリセルアレイの境界アドレスを記憶し,前記電圧制御信号生成回路は,供給されるアドレスと当該境界アドレスとを比較し,当該比較結果に応じて前記電圧制御信号を生成することを特徴とする不揮発性メモリ。
【0070】
(付記7)付記5において,
前記アドレス記憶部は,第1または第2のメモリセルアレイのアドレスを記憶し,前記電圧制御信号生成回路は,供給されるアドレスと当該記憶されたアドレスとを比較し,当該比較結果に応じて前記電圧制御信号を生成することを特徴とする不揮発性メモリ。
【0071】
(付記8)付記5において,
前記アドレス記憶部は,外部から書き換え可能であることを特徴とする不揮発性メモリ。
【0072】
(付記9)付記3において,
更に,前記非選択ワード線電圧を第1の電圧または第2の電圧に制御する電圧制御信号を生成する電圧制御信号生成回路を有し,
当該電圧制御信号生成回路は,前記第1及び第2のメモリセルアレイを区別するブロックアドレスを記憶するブロック情報記憶部を有することを特徴とする不揮発性メモリ。
【0073】
(付記10)付記9において,
前記ブロック情報記憶部は,外部から書き換え可能に構成されていることを特徴とする不揮発性メモリ。
【0074】
(付記11)付記1において,
更に,前記非選択ワード線電圧を第1の電圧または第2の電圧に制御する電圧制御信号を生成する電圧制御信号生成回路を有し,当該電圧制御信号生成回路は,外部から供給される制御信号に従って,前記電圧制御信号を生成することを特徴とする不揮発性メモリ。
【0075】
(付記12)付記1において,
前記第1のメモリセルアレイの容量が,第2のメモリセルアレイの容量よりも大きいことを特徴とする不揮発性メモリ。
【0076】
(付記13)不揮発性メモリにおいて,
複数のビット線と,複数のワード線と,前記ワード線にゲートが接続された複数のメモリセルとを有するメモリセルアレイと,
リード動作時において,選択されたメモリセルのワード線に選択ワード線電圧を印加し,非選択のメモリセルのワード線に当該メモリセルを導通させる非選択ワード線電圧を印加するワードドライバ回路とを有し,
前記メモリセルアレイが,第1の書き換え回数を保証された第1のメモリセルアレイと,前記第1の書き換え回数より少ない第2の書き換え回数まで保証された第2のメモリセルアレイとに分割され,前記第1のメモリセルアレイ内での前記非選択ワード線電圧が第1の電圧に,前記第2のメモリセルアレイ内での前記非選択ワード線電圧が前記第1の電圧よりも低い第2の電圧に設定されていることを特徴とする不揮発性メモリ。
【0077】
【発明の効果】
以上,本発明によれば,フラッシュメモリのリード不良の発生を抑制し,リードディスターブによるデータの変化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 NAND型のフラッシュメモリのメモリセルアレイの構成を示す図である。
【図2】 NAND型フラッシュメモリの全体構成図である。
【図3】本実施の形態におけるメモリセルアレイの構成例を示す図である。
【図4】本実施の形態におけるメモリセルアレイの別の構成例を示す図である。
【図5】高電圧を制御する電圧制御回路を示す図である。
【図6】電圧制御信号生成回路の一例を示す図である。
【図7】電圧制御信号生成回路の別の例を示す図である。
【図8】電圧制御信号生成回路の別の例を示す図である。
【図9】図8の電圧制御信号生成回路のページバッファとアドレス判定回路の構成を示す図である。
【図10】図8の電圧制御信号生成回路30の電圧制御信号出力回路50の構成を示す図である。
【符号の説明】
MCA メモリセルアレイ
BL ビット線
WL ワード線
MC メモリセル
SG セグメント
Vnswl 非選択ワード線電圧
VPP 昇圧電圧,高電圧
MB メモリブロック
BA 境界アドレス
RDEC/DR ローデコーダ・ドライバ
30 電圧制御信号生成回路
Claims (9)
- 不揮発性メモリにおいて,
複数のビット線と,複数のワード線と,前記ビット線にそれぞれ接続され複数のメモリセルが縦列に接続されたセグメントとを有し,前記ワード線が前記メモリセルのゲートに接続されるメモリセルアレイと,
リード動作時に,前記セグメント内の選択されたメモリセルのワード線に選択ワード線電圧を印加し,同時に,当該選択されたメモリセルを含むセグメント内の非選択のメモリセルのワード線に当該メモリセルを導通させる非選択ワード線電圧を印加するワードドライバ回路とを有し,
前記メモリセルアレイが,第1のメモリセルアレイと第2のメモリセルアレイとに分割され,前記第1のメモリセルアレイ内での前記非選択ワード線電圧が第1の電圧に,前記第2のメモリセルアレイ内での前記非選択ワード線電圧が前記第1の電圧よりも低い第2の電圧に設定されていて,
前記第2のメモリセルアレイの書き換え可能回数が,前記第1のメモリセルアレイの書き換え可能回数よりも少ないことを特徴とする不揮発性メモリ。 - 請求項1において,前記ビット線がそれぞれ複数のセグメントを有し,前記メモリセルアレイは,前記セグメント単位で,前記第1のメモリセルアレイ及び第2のメモリセルアレイに分割されていることを特徴とする不揮発性メモリ。
- 請求項1において,前記メモリセルアレイは,複数のメモリセルブロックを有し,前記メモリセルアレイは,メモリセルブロック単位で,前記第1のメモリセルアレイ及び第2のメモリセルアレイに分割されていることを特徴とする不揮発性メモリ。
- 請求項1において,更に,前記非選択ワード線電圧を第1の電圧または第2の電圧に制御する電圧制御信号を生成する電圧制御信号生成回路を有し,当該電圧制御信号生成回路は,前記第1及び第2のメモリセルアレイを区別するアドレスを記憶するアドレス記憶部を有することを特徴とする不揮発性メモリ。
- 請求項4において,前記アドレス記憶部は,外部から書き換え可能であることを特徴とする不揮発性メモリ。
- 請求項3において,更に,前記非選択ワード線電圧を第1の電圧または第2の電圧に制御する電圧制御信号を生成する電圧制御信号生成回路を有し,当該電圧制御信号生成回路は,前記第1及び第2のメモリセルアレイを区別するブロックアドレスを記憶するブロック情報記憶部を有することを特徴とする不揮発性メモリ。
- 請求項6において,前記ブロック情報記憶部は,外部から書き換え可能に構成されていることを特徴とする不揮発性メモリ。
- 請求項1において,更に,前記非選択ワード線電圧を第1の電圧または第2の電圧に制御する電圧制御信号を生成する電圧制御信号生成回路を有し,当該電圧制御信号生成回路は,外部から供給される制御信号に従って,前記電圧制御信号を生成することを特徴とする不揮発性メモリ。
- 不揮発性メモリにおいて,
複数のビット線と,複数のワード線と,前記ワード線にゲートが接続された複数のメモリセルとを有するメモリセルアレイと,
リード動作時において,選択されたメモリセルのワード線に選択ワード線電圧を印加し,非選択のメモリセルのワード線に当該メモリセルを導通させる非選択ワード線電圧を印加するワードドライバ回路とを有し,
前記メモリセルアレイが,第1の書き換え回数を保証された第1のメモリセルアレイと,前記第1の書き換え回数より少ない第2の書き換え回数まで保証された第2のメモリセルアレイとに分割され,前記第1のメモリセルアレイ内での前記非選択ワード線電圧が第1の電圧に,前記第2のメモリセルアレイ内での前記非選択ワード線電圧が前記第1の電圧よりも低い第2の電圧に設定されていることを特徴とする不揮発性メモリ。
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