JP4188645B2 - 不揮発性半導体メモリ装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明はデータメモリ装置に関するものである。さらに具体的には、本発明は電気的に消去及びプログラム可能な不揮発性半導体メモリ装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
電気的に消去及びプログラム可能なフラッシュメモリは、電源が供給されない状態でも、データを保存できる特徴を有している。特に、複数のフラッシュメモリセルが直列に連結されるストリング構造を有しているので、NAND型フラッシュメモリは集積化が容易で、しかも安価に供給することができる。このような理由により、NAND型フラッシュメモリは各種の携帯用の製品のデータメモリとして用いられている。
【0003】
最近、NAND型フラッシュメモリに対するユーザの要求が徐々に多様になっている。そのような要求事項のうちの一つがデータ入/出力スピードの向上である。ページサイズ(page size)(又はページ深さ:page depth)及びメモリブロックサイズ(memory block size)を増加させることによって、データ入/出力スピードを向上させることができる。ここで、ページとは、一つのワードラインが活性化される時に、同時に選択されるメモリセルの束で構成され、読み出し及びプログラム動作が実行される基本の単位になる。メモリブロックは複数のページの束で構成され、消去動作が実行される基本の単位になる。
【0004】
図1は一般的なNAND型フラッシュメモリ装置を示すブロック図である。図1を参照すると、NAND型フラッシュメモリ装置は、メモリセルアレイ10、行選択回路12(又は行デコーダ回路)、ページバッファ回路14(又はデータ感知及びラッチ回路)、そして列デコーダ回路16を含む。メモリセルアレイ10は複数のメモリブロックBLK0〜BLKn(nは正数)で構成され、各メモリブロックは複数のストリングを含む。
【0005】
図1に示したように、各ストリングは、対応するビットライン(例えば、BL0)に連結されるストリング選択トランジスタSST、共通ソースラインCSLに連結されるグラウンド選択トランジスタGST、並びに、ストリング選択トランジスタSSTとグラウンド選択トランジスタGSTとの間に直列連結されるメモリセルMC15〜MC0で構成される。
【0006】
ストリング選択トランジスタSST、メモリセルMC15〜MC0、及びグラウンド選択トランジスタGSTは、ストリング選択ラインSSL、ワードラインWL15〜WL0、及びグラウンド選択ラインGSLに各々連結されている。ラインSSL、WL15〜WL0、GSLは、対応するブロック選択トランジスタBS17〜BS0を通じて信号ラインSS、Si15〜Si0、GSに電気的に連結されている。ブロック選択トランジスタBS17〜BS0はブロック選択信号BSにより共通に制御される。
【0007】
図1に示したように、行選択回路12は、ブロック選択トランジスタBS1〜BS16を通じてワードラインWL0〜WL15のうちのいずれか一つのワードライン(又はページ)を選択する。ページバッファ回路14は、選択されるページのメモリセルに貯蔵すべきデータを一時的に貯蔵したり、選択されるページのメモリセルに貯蔵されたデータを感知する役割を果たしたりする。
【0008】
ページバッファ回路14は、選択されるページに関連する列、すなわち、ビットラインに各々対応する複数のページバッファ(又はデータ感知及びラッチブロック)で構成されている。例えば、図2に示したように、各ページバッファは、電流源として動作するPMOSトランジスタM1、パストランジスタとして動作するNMOSトランジスタM2、ラッチを構成するインバーターINV1、INV2、及びラッチを制御するためのNMOSトランジスタM3、M4で構成されることができる。
【0009】
ページバッファにおいて、ラッチノード(ND_LAT)へは、読み出し動作時は、対応するメモリセルから感知されたデータがロードされ、プログラム動作時は、対応するメモリセルに貯蔵すべき(又はプログラムすべき)データがロードされる。そのようなページバッファの詳細な動作は、米国特許第5712818号に“Data Loading Circuit For Parallel Program of Nonvolatile Semiconductor Memory”という題名で開示されている。
【0010】
選択されるページのメモリセルから感知されるデータビットは列デコーダ回路16を通じて所定単位(例えば、バイト単位:×8)で外部に出力される。従来技術による列デコーダ回路の一部が図3に示されている。図3に示した回路は、一つのデータラインに相当し、図3に示した回路構成と同一の回路構成が残りのデータラインに各々対応するように配置される。
【0011】
図3において、記号“ND_LAT”は図2に示したページバッファのラッチノードを示す。第1選択信号YAO〜YA1が順次に活性化されると同時に第2選択信号YB0〜YB15も順次に活性化される。例えば、各選択信号YB0〜YB15が活性化される間に、選択信号YA0〜YA15が順次に活性化される。このような構成及び制御方式から分かるように、例えば、256個のラッチされたデータビットND_LAT0〜ND_LAT254のうちの一つのデータビットDL0が選択される。
【0012】
ページサイズとブロックサイズは、フラッシュメモリの設計時にハードウェーハ的に決められる。バイト(×8)又はワード(×16)単位でランダムアクセスによりデータを読み出すNOR型フラッシュメモリと異なり、NAND型フラッシュメモリはページバッファ回路14を用いて比較的に長時間(例えば、〜10μs)にわたってページ単位でデータを感知及びラッチする。そのようにラッチされたデータはnRExピンをトグルさせることによって、情報処理システム(例えば、CPU)により×8単位で順次にフェッチされる。したがって、NAND型フラッシュメモリは、データ読み出し時に比較的に長い持ち時間(latency)を必要とする。一方、NAND型フラッシュメモリは、一旦、データがページバッファ回路により感知及びラッチされれば、データ出力スピードが速いという長所を有する。
【0013】
ページサイズは、データ入/出力スピードの向上を願うユーザの要求にしたがって益々大きくなってきている。そのようなユーザの要求は、次のような理由によるものである。ページサイズが512バイトである製品を1倍速の製品とし、ページサイズは1Kバイトである製品を2倍速の製品とし、ページサイズが2Kバイトである製品を4倍速の製品と仮定すれば、8Kバイトのデータを順次に読み出す場合に、4倍速の製品では4回の読み出し動作が必要であり、2倍速の製品では8回の読み出し動作が必要であり、1倍速の製品では16回の読み出し動作が必要である。ページサイズが小さければ小さいほど読み出し/プログラム時間がさらに増加する。
【0014】
一方、ページサイズが大きくなることによって、次のような問題点が生じる。よく知られたように、プログラム/消去動作は、メモリセルが正常的にプログラム/消去されるか否かを判別するための検証動作を含む。そのような検証動作の間、選択されるページのメモリセル、すなわち、ビットラインが順次にスキャニングされる。これは、“検証スキャニング又は列スキャニング動作”と呼ばれる。
【0015】
消去動作においては、消去動作が比較的に長時間(例えば、〜2ms)にわたって実行されるので、一般的に、列スキャニング動作にかかる時間によっては消去時間が制限されない。ページプログラム合においては、プログラム動作が比較的短時間(例えば、〜240μs)に完了するので、列スキャニング動作にかかる時間(以後、“列スキャニング時間”という)を無視できない。さらに、ページプログラムの場合に、メモリセルが過度にプログラムされることを防止するためのアルゴリズムが含まれるので、列スキャニング時間はさらに無視できなくなる。
【0016】
結論的に、ユーザの要求によりページサイズが大きくなることによって、列スキャニング時間はページサイズの増加に比例して増加する。例えば、列アドレスカウンタに入力されるクロック信号の周期が50nsであり、ページバッファ回路にラッチされるデータがバイト単位でパス/フェイルチェックされる場合に、1倍速の製品の列スキャニング時間が約25μs(50ns×512)であるに対して、4倍速の製品の列スキャニング時間は約100μs(50ns×512×4)になる。すなわち、従来技術によるNAND型フラッシュメモリの問題点は、ページサイズの増加に伴って列スキャニング時間が増加することである。
【0017】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、動作モードによって可変可能な幅の内部データバスを備える不揮発性半導体メモリ装置を提供することである。
【0018】
本発明の他の目的は、ページサイズが増加する時に、列スキャニング時間が増加することを防止できる不揮発性半導体メモリ装置を提供することである。
【0019】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するための本発明の一特徴によると、複数のデータ入/出力ピンを備えるフラッシュメモリ装置が提供される。アレイは複数のワードラインと複数のビットラインのマトリックス形態に配列されたメモリセルを含む。読み出し回路は、前記複数のビットラインを通じて前記メモリセル内に貯蔵されるデータビットを感知し、そのように感知されたデータビットを一時的にラッチする。列選択回路は、第1列選択ユニットと第2列選択ユニットを含む。前記第1列選択ユニットは、第1列選択信号と第2列選択信号に応答して、ラッチされたデータビットの第1グループを順次に選択し、前記第2列選択ユニットは、前記第1列選択信号と第3列選択信号に応答して、ラッチされたデータビットの第2グループを順次に選択する。列デコーダ回路は、列アドレスをデコーディングして前記第1乃至第3列選択信号を発生する。前記第2及び第3列選択信号は、検証動作の間、前記第1及び第2列選択ユニットからデータビットが同時に出力されるように、順次に、そして同時に活性化される。制御回路は、前記検証動作時に、列アドレスビットの一部に応じて出力イネーブル信号を発生する。掛け算回路は、前記第1列選択ユニットの第1出力信号群と前記第2列選択ユニットの第2出力信号群を受け取り、前記検証動作の間、前記出力イネーブル信号に応答し、入力された前記第1及び第2出力信号群のうち対応する出力信号同士を掛ける。パス/フェイル点検回路は、前記掛け算回路の出力信号群が同一の値を有するか否かを点検する。前記第1及び第2列選択ユニット各々によって選択されるデータビット数は前記データ入/出力ピンの数と同一である。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図を参照して、本発明の望ましい実施形態を詳細に説明する。
【0021】
本発明による不揮発性半導体メモリ装置、特に、高密度NAND型フラッシュメモリ装置には、列スキャニング時間を減らすための加速技術(acceleration technique)が適用される。そのような加速技術は、内部データバスの幅を変化させることによって達成することができ、動作モードに応じて選択的に用いられる。正常な読み出し動作が実行される時に、例えば、NAND型フラッシュメモリ装置は、データ入/出力幅(data input/output width)(例えば、×8)に対応する内部データバス幅を有する。消去/プログラム検証動作が実行される時に、NAND型フラッシュメモリ装置は、データ入/出力幅より広い内部データバス幅(例えば、×32)を有する。これは検証動作時に、クロック信号の一サイクル内で同時に検証されるデータビットの数か増加することを意味する。したがって、ページサイズの増加に比例して列スキャニング時間が増加することを防止することができる。
【0022】
図4は、本発明の望ましい実施形態によるNAND型フラッシュメモリ装置を示すブロック図である。図4を参照すると、NAND型フラッシュメモリ装置100は、メモリセルアレイ110を含む。図示されていないが、アレイ110には、複数のビットラインに各々対応する複数のストリングが配置されている。上述したように、各ストリングの構造は、ストリング選択トランジスタ、グラウンド選択トランジスタ、及び、ストリング選択トランジスタとグラウンド選択トランジスタの間に直列連結されるメモリセルで構成される。ここで、各ストリングのメモリセルは、対応するワードラインに連結され、各メモリセルは、ソース、ドレイン、浮遊ゲート及び制御ゲートを有する浮遊ゲートトランジスタで構成される。
【0023】
行選択回路120は、行アドレスによってメモリセルアレイ110のワードラインを選択するためのものであり、この分野の通常の知識を有する者によく知られている。読み出し回路としてのページバッファ回路130は、読み出し/検証動作の間、メモリセルアレイ110に貯蔵されたデータを感知し、感知されたデータを一時的にラッチする。ページバッファ回路130には、プログラム動作の間、メモリセルアレイ110に貯蔵すべきデータがロードされる。例えば、メモリセルアレイ110における一つのページサイズが2Kである場合には、ページバッファ回路130は2048個のページバッファで構成される。各ページバッファは図2に示したような回路構成を有するので、それに対する説明は省略する。
【0024】
一つのワードラインに連結されるメモリセルは、例えば1ページ又は2ページで構成されうる。1ページで構成される場合は、ビットラインの数はページバッファの数と同一である。2ページで構成される場合は、ビットラインの数はページバッファ数の2倍に相当する。この時、ビットラインのうち、選択されるページに対応するビットライン(例えば、奇数ビットライン)が対応するページバッファに連結され、選択されないページのビットライン(例えば、偶数ビットライン)は所定の電圧(例えば、接地電圧又は電源電圧)で固定される。
【0025】
NAND型フラッシュメモリ装置100は、列ゲート回路を含み、列ゲート回路は、少なくとも二つの列ゲートユニット(又は列選択ユニット)に分けられる。この実施例において、列ゲート回路は、4個の列選択ユニット140a、140b、140c、140dからなる。ページサイズが2Kである場合は、列ゲートユニット140a、140b、140c、140dは、512個のページバッファで構成されるグループに各々対応する。列選択ユニット140a、140b、140c、140dの各々は、列プリデコーダ回路160の制御にしたがって、対応するグループのページバッファによってラッチされている512個のデータビットをバイト単位で順次に選択する。列選択ユニット140a、140b、140c、140dは、対応する内部データバスDLia、DLib、DLic、DLid(ここで、iは0〜7)を通じてロジック回路180に電気的に連結されている。
【0026】
図4に示したように、列プリデコーダ回路160は、アドレス発生回路200から出力される列アドレスAYi(ここで、iは0〜7)と検証イネーブル信号VFY_YSCANに応答して列選択信号YA0〜YA15、YB0〜YB3、YB4〜YB7、YB8〜YB11、YB12〜YB15を発生する。列プリデコーダ回路160は、列選択信号YA0〜YA15を発生する第1列プリデコーダブロック160aと残りの列選択信号YB0〜YB3、YB4〜YB7、YB8〜YB15を発生する第2列プリデコーダブロック160bに分けられる。
【0027】
第1列プリデコーダブロック160aは、列アドレス信号AY0〜AY7のうちで、下位アドレス信号AY0〜AY3をデコーディングして列選択信号YA0〜YA15を発生する。列選択信号YA0〜YA15は、第1乃至第4列選択ユニット140a、140b、140cに共通に提供される。そのような理由により、列選択信号YA0〜YA15は、共通列選択信号という意味として用いられる。列選択信号のグループYB0〜YB3、YB4〜YB7、YB8〜YB11、及びYB12〜YB15は、対応する列選択ユニット140a、140b、140c、140dに各々提供される。例えば、第1グループの列選択信号YB0〜YB3は、第1列選択ユニット140aに提供され、第2グループの列選択信号YB4〜YB7は、第2列選択ユニット140bに提供される。第3グループの列選択信号YB8〜YB11は、第3列選択ユニット140cに提供され、第4グループの列選択信号YB12〜YB15は、第4列選択ユニット140dに提供される。
【0028】
共通列選択信号YA0〜YA15は、動作モードに関係なく常に順次に活性化される一方、残りの列選択信号YB0〜YB3、YB4〜YB7、YB8〜YB11、YB12〜YB15は、動作モードにより異なって活性化される。例えば、読み出し動作が実行される場合、任意のグループの列選択信号(例えば、YB0〜YB3)が順次に活性化される間に、残りのグループの列選択信号YB4〜YB7、YB8〜YB11、YB12〜YB15は非活性化の状態に維持される。これは活性化される列選択信号のグループに対応する列選択ユニット(例えば、140a)を通じてバイト単位のデータビットが対応する内部データバス(例えば、DLia)に伝達されることを意味する。残りのグループの列選択信号も先に説明したグループの列選択信号と同一の方法により活性化される。
【0029】
消去/プログラム検証動作が実行される時に、各グループの列選択信号は同時に、そして順次に活性化される。すなわち、各グループの列選択信号YB0、YB4、YB8、YB12が同時に選択され、その次に各グループの列選択信号YB1、YB5、YB9、YB13が同時に選択される。これは列選択ユニット140a、140b、140c、140dを通じてバイト単位のデータビットが対応する内部データバスDLia、DLib、DLidに各々伝達されることを意味する。
【0030】
ロジック回路180は、内部データバスDLia〜DLidを通じて列選択ユニット140a〜140dに連結され、ロジック制御回路220によって制御される。ロジック回路180は、動作モードによってマルチプレクサ(multiplexer)として、又は掛け算器(multiplier)として動作する。例えば、読み出し動作が実行される時は、ロジック回路180は、ロジック制御回路220からのデータ出力イネーブル信号DOUTen0〜DOUTen3に応答して、現在選択される列選択ユニットから出力されるデータをデータ出力バッファ回路240に出力する。消去/プログラム検証動作が実行される時は、ロジック回路180は、内部データバスDL0a〜DL3dを通じてそれぞれ伝達されるデータビットを掛け合わせて、8ビットデータをパス/フェイル点検回路260に出力する。
【0031】
ロジック制御回路220は、列アドレス信号AY0〜AY7のうちの上位列アドレス信号AY6、AY7と消去/プログラム検証動作を知らせる検証イネーブル信号VFY_YSCANに応答して、データ出力イネーブル信号DOUTen0〜DOUTen3を発生する。データ出力イネーブル信号DOUTen0〜DOUTen3は、読み出し動作時には順次に活性化され、消去/プログラム検証動作時には同時に活性化される。
【0032】
アドレス検出回路280は、列アドレス発生回路200からの列アドレスAY0〜AY7が供給され、前記列アドレスAY0〜AY7が最終列アドレスであるか否かを検出する。現在入力される列アドレスが最終列アドレスであれば、アドレス検出回路280は、検出信号FINAL_YADDを活性化させる。
【0033】
アドレス制御回路300は、消去/プログラム/読み出し制御回路320により制御され、列アドレス発生回路200に供給されるクロック信号OSC_CLK、プリセット信号SET0〜SET7、及びクリア信号RST0〜RST7を発生する。クロック信号OSC_CLKは、検出信号FINAL_YADDが活性化される時には生成されない。検証イネーブル信号VFY_YSCANは、パス/フェイル点検回路260から出力されるPF信号が消去/プログラムフェイルを示す時に、非活性化される。
【0034】
以上の説明から知られるように、本発明の望ましい実施形態によるNAND型フラッシュメモリ装置は、動作モードに応じて変更可能な幅の内部データバス構造を有する。消去/プログラム検証動作時のデータバス幅(×32)は、読み出し動作時のデータバス幅(×8)より広くなる。これは、検証動作時にクロック信号の一サイクル内で同時に検証されるデータビットの数が増加することを意味する。したがって、ページサイズの増加に比例して列スキャニング時間が増加することを防止することができる。
【0035】
列選択ユニットの望ましい実施例を示す図5を参照すると、列選択ユニット140aは、二段スイッチ構造を有するように、多数のNMOSトランジスタTA0〜TA15、TB0〜TB3で構成され、図示したように連結されている。上段のスイッチ回路を構成するNMOSトランジスタは、列プリ−デコーダ回路160から印加される第1列選択信号YA0〜YA15により制御され、下段のスイッチ回路を構成するNMOSトランジスタは、列プリ−デコーダ回路160から印加される第2列選択信号YB0〜YB3により制御される。第1列選択信号のうちのいずれか一つが選択され、第2選択信号のうちのいずれか一つが選択される時に、列選択ユニット140aは、対応するグループのページバッファのデータビットND_LAAT0〜ND_LAT511のうちの8個のデータビットを対応する内部データバスDL0a〜DL7aに伝達する。残りの列選択ユニット140b、140c、140dは、図5に示した構成と同一の構成を有するので、その説明は省略する。
【0036】
図6は図4に示した第1列プリデコーダブロック160aの望ましい実施例である。図6を参照すると、第1列プリデコーダブロック160aは、列アドレス信号AY0〜AY3をデコーディングして列選択信号YA0〜YA15を順次に活性化させる。列選択信号YA0〜YA15は、列ゲート回路を構成する列選択ユニット140a〜140bに共通に提供される。第1列プリデコーダブロック160aは、インバーターINV10〜INV29とNANDゲートG0〜G15で構成され、図示したように連結されている。
【0037】
図7は図4に示した第2列プリデコーダブロック160bの望ましい実施例である。図7を参照すると、第2列プリデコーダブロック160bはインバーターINV30〜INV50とNANDゲートG16〜G35で構成され、図示したように連結されている。列アドレス信号AY4〜AY7と検証イネーブル信号VFY_YSCANに応答して列アドレス信号YB0〜YB15を発生する。
【0038】
検証イネーブル信号VFY_YSCANがローレベルを有する場合、すなわち、消去/プログラム検証動作が実行されない場合は、列選択信号YB0〜YB15は、列アドレス信号AY4〜AY7により順次に活性化される(選択される)。検証イネーブル信号VFY_YSCANがハイレベルを有する場合、すなわち、消去/プログラム検証動作が遂行される場合、各グループの列選択信号(YB0、YB4、YB8、YB12)、(YB0、YB4、YB8、YB12)、及び(YB0、YB4、YB8、YB12)が同時に、そして順次に活性化される(選択される)。例えば、各グループの列選択信号YB0、YB4、YB8、YB12が同時に選択され、残りの列選択信号は非活性化状態に維持される。その次に、各グループの列選択信号YB1、YB5、YB9、YB13が同時に選択され、残りの列選択信号は非活性化状態に維持される。
【0039】
図8は図4に示したロジック制御回路220の望ましい実施例である。図8を参照すると、ロジック制御回路220は、列アドレス信号AY6、AY7と検証イネーブル信号VFY_YSCANに応答してデータ出力イネーブル信号DOUTen0〜DOUTen3を発生し、図示したように連結されるインバーターINV51〜INV55とNANDゲートG36〜G43で構成される。
【0040】
検証イネーブル信号VFY_YSCANがローレベルである場合(又は読み出し動作が実行される場合)、データ出力イネーブル信号DOUTen0〜DOUTen3は、列アドレス信号AY6、AY7により順次に活性化される。検証イネーブル信号VFY_YSCANがハイレベルである場合(又は消去/プログラム検証動作が実行される場合)、データ出力イネーブル信号DOUTen0〜DOUTen3は、列アドレス信号AY6、AY7に関係なく、同時に活性化される。
【0041】
図9は図4に示したロジック回路の望ましい実施例である。図9を参照すると、ロジック回路180は、データ入/出力ピンに各々対応する8個のロジックユニット180_0〜180_7で構成される。各内部データバス幅は、データ入/出力ピンによって決められるデータ入/出力幅(data input/output width)と同一である。各ロジックユニット180_0〜180_7は、ロジック制御回路220から出力されるデータ出力イネーブル信号DOUTen0〜DOUTen3によりマクチプレクサ、又は掛け算器(ロジックAND回路)として動作する。
【0042】
データ出力イネーブル信号DOUTen0〜DOUTen3は、ロジックユニット180_0〜180_7に共通に提供される。各ロジックユニット180_0〜180_7は、データ出力イネーブル信号DOUTen0〜DOUTen3に応答して、対応するデータビットのうちのいずれか一つを出力したり、対応するデータビットの掛け算結果を出力したりする。
【0043】
例えば、第1ロジックユニット180_0には、内部データバスDLia〜DLidを通じて伝達されるデータビットのうちの第1データビットDL0a〜DL0dが供給され、第8ロジックユニット180_7には、内部データバスDLia〜DLidを通じて伝達されるデータビットのうちの最後のデータビットDL7a〜DL7dが供給される。
【0044】
図10は図9に示したロジックユニットのうちの第1ロジックユニットの望ましい実施例である。図10を参照すると、ロジックユニット180aは、図示したように連結されるNANDゲートG44〜G52で構成されている。上述したように、データ出力イネーブル信号DOUTen0〜DOUTen3は、動作ノードによって選択的に、又は同時に活性化される。
【0045】
選択的な活性化の場合に、例えば、データ出力イネーブル信号DOUTen0が活性化され(又はハイレベルを有し)、残りのデータ出力イネーブル信号DOUTen1〜DOUTen3が非活性化される時(又はローレベルを有する時)に、データビットDL0aのみが有効な値として用いられる。残りのデータビットDL0b〜DL0dは、対応するデータ出力イネーブル信号DOUTen1〜DOUTen3によって遮断される。残りのデータビット(又はデータライン)DL0b〜DL0dは、図5の説明のように、高インピーダンス状態(又は浮遊状態)に維持される。同時活性化の場合に、ロジックユニット180aがロジックAND回路として動作するので、データビットDL0a〜DL0dは掛けられる。
【0046】
図11は図4に示したパス/フェイル点検回路の望ましい実施例である。図11を参照すると、パス/フェイル点検回路260は、二つのNANDゲートG53、G54と一つのNORゲートG55で構成され、図示したように連結されている。パス/フェイル点検回路260は、図4に示したロジック回路180の出力信号DOUT0〜DOUT7が同一の値を有するか否かを判別する。
【0047】
出力信号DOUT0〜DOUT7が同一の値を有する時(消去/プログラムされたメモリセルが正常に消去/プログラムされた場合)に、パス/フェイル点検回路260はハイレベルの判別信号PFを出力する。出力信号DOUT0〜DOUT7のうちの少なくとも一つが残りの信号と異なる値を有する時(消去/プログラムされたメモリセルが正常的に消去/プログラムされない場合)に、パス/フェイル点検回路260は、ローレベルの判別信号PFを出力する。ローレベルの判別信号PFにより図4の消去/プログラム/読み出し制御回路320は現在の検証動作を終了させる。
【0048】
図12は図4に示したアドレス制御回路及び列アドレス発生回路を示すブロック図である。図12を参照すると、アドレス制御回路300は、消去/プログラム/読み出し制御回路320により制御され、列アドレス発生回路200でクロック信号OSC_CLK、プリセット信号SET0〜SET7、そしてクリア信号RST0〜RST7を出力する。
【0049】
アドレス制御回路300は、クロック供給ユニット310を含み、クロック供給ユニット310は、発振器301、インバーターINV57、及びNORゲートG56で構成される。発振器301は、この分野でよく知られたものとして、所定の周波数の発振信号OSCを生成する。NORゲートG56の一入力端子にはアドレス検出回路280からの検出信号FINAL_YADDが供給され、NORゲートG56の他の入力端子にはインバーターINV57を通じて発振器OSCの出力信号が供給される。
【0050】
クロック信号OSC_CLKとして、発振器301の出力信号は、検出信号FINAL_YADDのレベルに従って出力又は遮断される。例えば、最終列アドレスが検出されることを知らせるハイレベルの検出信号FINAL_YADDがNORゲートG56に入力される場合は、発振器301の出力信号は遮断される。一方、最終列アドレスが検出されないことを知らせるローレベルの検出信号FINAL_YADDがNORゲートG56に入力される場合は、発振器301の出力信号はクロック信号OSC_CLKとして出力される。
【0051】
列アドレス発生回路200は、アドレス制御信号300によって制御され、アドレス制御信号300から供給されるクロック信号OSC_CLKにより列アドレスAYi(ここで、i=0〜7)を発生する。列アドレス発生回路200は、エッジトリガDフリップフロップ(edge−triggered D flip−flop)で構成され、各フリップフロップは、入力端子DI、出力端子DQ、nDQ、クロック端子CLK、プリセット端子SET、及びクリア端子RSTを有する。列アドレス発生回路200のDフリップフロップはアドレス制御回路300から出力される対応するクリア信号RST0〜RST7によりリセットされる。
【0052】
図13は図4に示したアドレス検出回路280の望ましい実施例である。図13を参照すると、アドレス検出回路280は、列アドレス発生回路200からの列アドレスAY0〜AY7が最終列アドレスであるか否かを判別する。列アドレス発生回路200からの列アドレスAY0〜AY7が最終列アドレスである場合、アドレス検出回路280は、ハイレベルの検出信号FINAL_YADDを出力する。列アドレス発生回路200からの列アドレスAY0〜AY7が最終列アドレスではない場合、アドレス検出回路280は、ローレベルの検出信号FINAL_YADDを出力する。
【0053】
選択されるページサイズが2K(256バイト)である場合、バイト単位でデータを入/出力するためには、8ビット列アドレスが必要である。本発明の消去/プログラム検証動作を実行する場合、すなわち、列スキャニング時間を減らすために32ビット単位で消去/プログラム検証動作を実行する場合、6ビット列アドレスが必要である。このような理由により、アドレス検出回路280には、検証イネーブル信号VFY_SCANが用いられる。検証イネーブル信号VFY_SCANがハイレベルである場合に、アドレス検出回路280に入力される列アドレス信号AY6、AY7は‘don't care’になる。
【0054】
NAND型フラッシュメモリ装置においては、プログラム動作は複数のプログラムループを含む。よく知られたように、各プログラムループは、プログラム区間、検証区間、及びパス/フェイル区間に区分されることができる。プログラム区間では、選択されたページのメモリセルにデータが貯蔵される。選択されたページに対する読み出し動作は、検証区間において実行される。パス/フェイル点検区間では、プログラされたメモリセルが正常にプログラムされたか否かが判定される。
【0055】
プログラムループのプログラム及びパス/フェイル点検区間は、図14に示したように、重畳されないように設定されることができる。一方、プログラムループのプログラム及びパス/フェイル点検区間は、図15に示したように、重畳されるように設定されることができる。
【0056】
列スキャニング時間を減らすための列スキャニング動作が、図14及び図15に示したように、全てのパス/フェイル点検区間に適用されることができることは、この分野の通常的な知識を有する者に明らかである。したがって、各プログラムループに必要な時間を減らすことが可能である。
【0057】
図16は本発明の望ましい実施形態によるNAND型フラッシュメモリ装置の検証動作を説明するための動作タイミング図である。列スキャニング動作を説明する前に、任意の選択されたページのメモリセルがプログラムされる。そのようにプログラムされたメモリセルが正常にプログラムされたか否かを判定するために、消去/プログラム/読み出し制御回路320は、列スキャニング動作を知らせる検証イネーブル信号VFY_YSCANを活性化させる。この時、アドレス制御回路300のクロック供給ユニット310に供給される検出信号FINAL_YADDがローレベルに維持されるので、クロック信号OSC_CLKが列アドレス発生回路200に供給される。
【0058】
列アドレス発生回路200は、クロック信号OSC_CLKに同期した列アドレスAY0〜AY7を発生する。列プリデコーダ回路160は、列アドレスAY0〜AY7に応答して列選択信号YA0〜YA15、及びYB0〜YB15を発生する。
【0059】
列スキャニング動作が実行されるので、列選択信号YA0〜YB15が順次に活性化される区間では、列選択信号YB0、YB4、YB12は活性化状態に維持される。これは、列選択ユニット140a〜140dに対応するグループのページバッファ内にラッチされるデータビットが、バイト単位で対応する内部データバスDLia〜DLidに伝達されるようにする。すなわち、内部データバス幅が×8から×32に拡張される。×8の内部データバス幅を用いた列スキャニング動作と比較すれば、×32の内部データバス幅を用いた列スキャニング動作が4倍に加速される。
【0060】
ロジック制御回路220から出力されるデータ出力イネーブル信号DOUTen0〜DOUTen3全部が活性化状態(例えば、ハイレベル)に維持されるので、図4に示したロジック回路180はロジックAND回路として動作する。ロジック回路180のロジックユニット180_0〜180_7は、データ出力イネーブル信号DOUTen0〜DOUTen3に応答して、対応するデータビット(DL0a〜DL0d)〜(DL7a〜DL7d)を掛けた結果DOUT0〜DOUT7をパス/フェイル点検回路260に伝達する。上述したように、一連の動作は、列選択信号YA0〜YA15が全部選択されるまで繰り返して実行される。
【0061】
上述したように、列選択信号YA0〜YA15が全部選択されるまで、続けて活性化状態に維持される。列選択信号YA0〜YA15の全部が選択されると、列選択信号YB0、YB4、YB12は非活性化状態に遷移される一方、列選択信号YB1、YB5、YB9、YB13の全部が活性化される。列選択信号YB1、YB5、YB9、YB13の全部が活性化状態に維持される間に実行される列スキャニング動作は、上述したような方法により実行される。
【0062】
最後のグループの列選択信号YB3、YB7、YB11、YB15が活性化状態に維持される間に、最終列アドレスがアドレス検出回路280により検出されると、図15に示したように、検出信号FINAL_YADDは、ローレベルからハイレベルに遷移する。これは、アドレス制御回路300のクロック供給ユニット310がクロック信号OSC_CLKを供給しないようにする。すなわち、列スキャニング動作が終了される。
【0063】
クロック信号の周期が100nsと仮定すれば、本発明の望ましい実施形態による列スキャニング時間は、大略6400nsである。これは、正常な読み出し動作が実行される時にかかる列スキャニング時間(大略25.600ns)の1/4である。正常な読み出し動作が実行される時、検証イネーブル信号VFY_YSCANはローレベルに維持される。これは、列選択ユニット140a〜140dが列プリ−デコーダ回路160の制御により順次に選択されることを意味する。すなわち、図17に示したように、列選択信号YA0〜YA15が順次に活性化される間に、列選択信号YB0〜YB15のうちの一つのみが活性化状態(例えば、ハイレベル)に維持される。残りの列選択信号は非活性化状態(例えば、ローレベル)に維持される。すなわち、一つの列選択ユニットに対応するグループのページバッファのデータビットが一つの内部データバスを通じてロジック回路180に伝達され、その次に、他の列選択ユニットに対応するグループのページバッファのデータビットが他の内部データバスを通じてロジック回路180に伝達される。これは、従来技術のように、読み出し動作がデータ入/出力幅×8と同一な内部データバス幅×8を用いて実行されることを意味する。
【0064】
以上で、本発明による回路の構成及び動作を説明したが、これは例を挙げて説明したことに過ぎない。本発明の技術思想及び範囲を逸脱しない範囲内で多様な変化及び変形が可能である。
【0065】
【発明の効果】
上述したように、消去/プログラム検証動作が実行される時に、内部データバス幅を例えば×8から×32に拡張させることによって、ページサイズの増加による列スキャニング時間の増加を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】一般的なNAND型フラッシュメモリ装置を示すブロック図。
【図2】図1に示したページバッファ回路の一部分を示す回路図。
【図3】図1に示した列デコーダ回路の一部分を示す回路図。
【図4】本発明によるNAND型フラッシュメモリ装置を示すブロック図。
【図5】図4に示した列選択ユニットの望ましい実施例を示す図。
【図6】図4に示した列プリ−デコーダ回路の第1列プリ−デコーダユニットの望ましい実施例を示す図。
【図7】図4に示した列プリ−デコーダ回路の第2列プリ−デコーダユニットの望ましい実施例を示す図。
【図8】図4に示したロジック制御回路の望ましい実施例を示す図。
【図9】図4に示したロジック回路を示すブロック図。
【図10】図9に示したロジックユニットの望ましい実施例を示す図。
【図11】図4に示したパス/フェイル点検回路の望ましい実施例を示す図。
【図12】図4に示したアドレス制御回路と列アドレス発生回路の望ましい実施例を示す図。
【図13】図4に示したアドレス検出回路の望ましい実施例を示す図。
【図14】本発明によるNAND型フラッシュメモリ装置のプログラム動作モードの種類を説明するための図。
【図15】本発明によるNAND型フラッシュメモリ装置のプログラム動作モードの種類を説明するための図。
【図16】本発明によるNAND型フラッシュメモリ装置の列スキャニング動作を説明するための動作タイミング図。
【図17】本発明によるNAND型フラッシュメモリ装置の読み出し動作を説明するための動作タイミング図。
【符号の説明】
100 フラッシュメモリ装置
110 メモリセルアレイ
120 行選択回路
130 ページバッファ回路
140a、140b 列選択ユニット
160 列プリ−デコーダ回路
180 ロジック回路
200 列アドレス発生回路
220 ロジック制御回路
240 データ出力バッファ回路
260 パス/フェイル点検回路
280 アドレス検出回路
300 アドレス制御回路
320 消去/プログラム/読み出し制御回路
Claims (23)
- 所定のデータ入/出力幅を有する不揮発性半導体メモリ装置において、
複数の行と複数の列のマトリックス形態に配列されたメモリセルのメモリセルアレイと、
前記複数の列を通じて前記メモリセルアレイからデータを読み出し、前記読み出されたデータを一時的に貯蔵する読み出し回路と、
ロジック回路と、
データ出力回路と、
パス/フェイルチェック回路と、
複数の列ゲートユニットを含む列ゲート回路と、
前記列ゲート回路と前記ロジック回路との間に連結され、前記列ゲート回路から前記ロジック回路にデータを伝達する内部データバスとを備え、
前記列ゲート回路は、読み出し動作時は、列選択信号により前記複数の列ゲートユニットの中から選択された列ゲートユニットを通して前記読み出し回路から前記内部データバスにデータを伝達し、検証動作時は、前記複数の列ゲートユニットを同時に通して前記読み出し回路から前記内部データバスにデータを伝達し、
前記ロジック回路は、読み出し動作時は、前記複数の列ゲートユニットの中から選択された列ゲートユニットを通して前記読み出し回路から供給されるデータを前記データ出力回路に供給し、検証動作時は、前記複数の列ゲートユニットを同時に通して前記読み出し回路から供給されるデータを掛け合わせて前記パス/フェイルチェック回路に供給する、
ことを特徴とする不揮発性半導体メモリ装置。 - 前記内部データバスは、読み出し動作時に第1幅を有し、前記検証動作時に第2幅を有し、前記第2幅は前記第1幅より広いことを特徴とする請求項1に記載の不揮発性半導体メモリ装置。
- 前記内部データバスの第1幅は前記不揮発性半導体メモリ装置のデータ入/出力幅と同一であることを特徴とする請求項2に記載の不揮発性半導体メモリ装置。
- 前記内部データバスの第2幅は前記第1幅の2倍又はそれより広いことを特徴とする請求項3に記載の不揮発性半導体メモリ装置。
- プログラムループがプログラム区間と検証区間からなる場合に、前記検証動作は前記プログラム区間の後に実行されることを特徴とする請求項4に記載の不揮発性半導体メモリ装置。
- 複数のデータ入/出力ピンを備えるフラッシュメモリ装置において、
複数のワードラインと複数のビットラインのマトリックス形態に配列されたメモリセルのアレイと、
前記複数のビットラインを通じて前記メモリセル内に貯蔵されたデータビットを感知し、感知されたデータビットを一時的にラッチする読み出し回路と、
第1列選択ユニットと第2列選択ユニットを含む列選択回路とを含み、ここで、前記第1列選択ユニットは、第1列選択信号と第2列選択信号に応答して、ラッチされたデータビットの第1グループを順次に選択し、前記第2列選択ユニットは、前記第1列選択信号と第3列選択信号に応答して、ラッチされたデータビットの第2グループを順次に選択し、
当該フラッシュメモリ装置は、さらに、
列アドレスをデコーディングして前記第1乃至第3列選択信号を発生する列デコーダ回路を含み、ここで、前記第2及び第3列選択信号は、検証動作時は、前記第1及び第2列選択ユニットからデータビットが同時に出力されるように同時に活性化され、読み出し動作時は、前記第1及び第2列選択ユニットからデータビットが順次に出力されるように順次に活性化され、
当該フラッシュメモリ装置は、さらに、
前記検証動作時に、列アドレスビットの一部に応じて出力イネーブル信号を発生する制御回路と、
前記第1列選択ユニットの第1出力信号群と前記第2列選択ユニットの第2出力信号群を受け取り、前記検証動作の間、前記出力イネーブル信号に応答し、入力された前記第1及び第2出力信号群のうち対応する出力信号同士を掛け合わせる掛け算回路と、
前記掛け算回路の出力信号群が同一の値を有するか否かを点検するパス/フェイル点検回路とを含み、
前記第1及び第2列選択ユニットの各々によって選択されるデータビット数は前記データ入/出力ピンの数と同一であり、
前記読み出し動作の間、前記第1及び第2列選択ユニットのうちのいずれか一つの出力信号を出力し、その次に、残りの一つの列選択ユニットの出力信号を出力するように、前記掛け算回路はマルチプレクサ回路として動作することを特徴とするフラッシュメモリ装置。 - 前記列アドレスを受け取り、前記列アドレスが前記検証動作時の最終列アドレスであるか否かを検出するアドレス検出回路をさらに含むことを特徴とする請求項6に記載のフラッシュメモリ装置。
- 前記列アドレスの生成は、前記最終列アドレスが検出された時に停止されることを特徴とする請求項7に記載のフラッシュメモリ装置。
- プログラムループがプログラム区間と検証区間からなる場合に、前記検証動作は前記プログラム区間の後に実行されることを特徴とする請求項6に記載のフラッシュメモリ装置。
- 読み出し動作の間、前記ラッチされたデータビットの第1グループ全部が前記第1列選択ユニットにより順次に選択され、前記ラッチされたデータビットの第2グループ全部が前記第2列選択ユニットにより順次に選択されるように、前記列デコーダ回路は前記第1乃至第3列選択信号を発生することを特徴とする請求項6に記載のフラッシュメモリ装置。
- 前記マルチプレクサ回路の出力信号を受け取って前記データ入/出力ピンを通じて前記入力された出力信号を出力するデータ出力回路をさらに含むことを特徴とする請求項6に記載のフラッシュメモリ装置。
- 所定のデータ幅を形成する複数のデータ入/出力ピンを有するフラッシュメモリ装置において、
複数のワードラインと複数のビットラインのマトリックス形態に配列されたメモリセルのアレイと、
前記複数のビットラインを通じて前記メモリセル内に貯蔵されたデータビットを感知し、感知されたデータビットを一時的にラッチする読み出し回路と、
第1列選択ユニットと第2列選択ユニットを含む列選択回路とを含み、ここで、前記第1列選択ユニットは第1列選択信号と第2列選択信号に応答して、ラッチされたデータビットの第1グループを順次に選択し、前記第2列選択ユニットは前記第1列選択信号と第3列選択信号に応答して、ラッチされたデータビットの第2グループを順次に選択し、
当該フラッシュメモリ装置は、さらに、
列アドレスをデコーディングして前記第1乃至第3列選択信号を発生する列デコーダ回路を含み、ここで、前記第2列及び第3列選択信号は、検証動作時は、前記第1及び第2列選択ユニットからデータビットが同時に出力されるように同時に活性化され、読み出し動作時は、前記第1及び第2列選択ユニットからデータビットが順次に出力されるように順次に活性化され、
当該フラッシュメモリ装置は、さらに、
前記第1列選択ユニットによって選択される前記各第1グループのラッチされたデータビットを伝達する第1内部データバスと、
前記第2列選択ユニットによって選択される前記各第2グループのラッチされたデータビットを伝達する第2内部データバスと、
前記検証動作時に、列アドレスビットの一部に応じて出力イネーブル信号を発生する制御回路と、
前記第1内部データバスを通じて伝達される前記第1列選択ユニットの第1出力信号群と前記第2内部データバスを通じて伝達される前記第2列選択ユニットの第2出力信号群を受け取り、前記検証動作の間、前記出力イネーブル信号に応答して、入力された前記第1及び第2出力信号群のうち対応する出力信号同士を掛け合わせるロジック回路と、
前記ロジック回路の出力信号群が同一の値を有するか否かを点検するパス/フェイル点検回路とを含み、
前記第1及び第2内部データバス各々の幅が前記メモリ装置のデータ幅と同一であり、
前記読み出し動作の間に、前記第1及び第2列選択ユニットのうちのいずれか一つの出力信号を出力し、その次に、残りの一つの列選択ユニットの出力信号を出力するように、前記ロジック回路はマルチプレクサ回路として動作することを特徴とするフラッシュメモリ装置。 - 前記列アドレスを受け取り、前記列アドレスが前記検証動作時の最終列アドレスであるか否かを検出するアドレス検出回路をさらに含むことを特徴とする請求項12に記載のフラッシュメモリ装置。
- 前記列アドレスの生成は、前記最終列アドレスが検出された時に停止されることを特徴とする請求項13に記載のフラッシュメモリ装置。
- プログラムループがプログラム区間と検証区間からなる場合に、前記検証動作は前記プログラム区間の後に実行されることを特徴とする請求項12に記載のフラッシュメモリ装置。
- 読み出し動作の間、前記ラッチされたデータビットの第1グループ全部が前記第1列選択ユニットによって順次に選択され、前記ラッチされたデータビットの第2グループ全部が前記第2列選択ユニットによって順次に選択されるように、前記列デコーダ回路は前記第1乃至第3列選択信号を発生させることを特徴とする請求項12に記載のフラッシュメモリ装置。
- 前記読み出し動作の間に、前記マルチプレクサ回路の出力信号を受け取って前記データ入/出力ピンを通じて前記入力された出力信号を出力するデータ出力回路をさらに含むことを特徴とする請求項12に記載のフラッシュメモリ装置。
- 所定のデータ幅を形成する複数のデータ入/出力ピンを備えるNAND型フラッシュメモリ装置において、
複数の行と複数の列のマトリックス形態に配列されたメモリセルのアレイと、
第1乃至第4ページバッファグループに区分された複数のページバッファを含む読み出し回路とを含み、ここで、前記ページバッファの各々は対応する列に連結され、前記対応する列を通じて前記アレイからデータを感知し、感知されたデータを一時的にラッチし、
当該NAND型フラッシュメモリ装置は、さらに、
前記第1乃至第4ページバッファグループに各々対応する第1乃至第4列選択ユニットを含む列ゲート回路を含み、ここで、前記第1乃至第4列選択ユニットの各々は、共通列選択信号と対応する列選択信号に応じて、対応するページバッファグループにラッチされるデータビットのうちの一部分を選択し、
当該NAND型フラッシュメモリ装置は、さらに、
前記第1乃至第4列選択ユニットに各々対応する第1乃至第4内部データバスを含む内部データ伝達経路を含み、ここで、前記第1乃至第4内部データバスの各々は対応する列選択ユニットから出力されるデータビットを伝達し、
当該NAND型フラッシュメモリ装置は、さらに、
列アドレスをデコーディングし、前記共通列選択信号と前記各列選択ユニットに対応する前記列選択信号を発生する列プリデコーダ回路を含み、ここで、検証動作時は、前記第1乃至第4列選択ユニットからデータビットが同時に出力されるように、前記各列選択ユニットに対応する前記列選択信号が同時に活性化され、読み出し動作時は、前記第1乃至第4列選択ユニットからデータビットが順次に出力されるように、前記各列選択ユニットに対応する前記列選択信号が順次に活性化され、
当該NAND型フラッシュメモリ装置は、さらに、
前記検証動作の間、列アドレスビットのうちの一部を基づいて出力イネーブル信号を発生する制御回路と、
前記第1乃至第4内部データバスを通じて伝達される前記第1乃至第4列選択ユニットの第1乃至第4出力信号群を受け取り、前記検証動作の間、前記出力イネーブル信号に応答して、入力された前記第1乃至第4出力信号群のうち対応する出力信号同士を掛け合わせるロジック回路と、
前記ロジック回路の出力信号群が同一の値を有するか否かを点検するパス/フェイル点検回路とを含み、
前記第1乃至第4内部データバス各々の幅は前記メモリ装置のデータ幅と同一であり、
前記読み出し動作の間、前記第1乃至第4ページバッファグループにラッチされるデータビットが前記第1乃至第4内部データバスを通じて順次に出力されるように、前記ロジック回路はマルチプレクサ回路として動作することを特徴とするNAND型フラッシュメモリ装置。 - 前記列アドレスを受け取り、前記列アドレスが前記検証動作時の最終列アドレスであるか否かを検出するアドレス検出回路をさらに含むことを特徴とする請求項18に記載のNAND型フラッシュメモリ装置。
- 前記列アドレスの生成は前記最終列アドレスが検出された時に停止されることを特徴とする請求項19に記載のNAND型フラッシュメモリ装置。
- プログラムループがプログラム区間と検証区間からなる場合に、前記検証動作は前記プログラム区間の以後に実行されることを特徴とする請求項18に記載のNAND型フラッシュメモリ装置。
- 読み出し動作の間、前記第1乃至第4ページバッファグループの各々にラッチされるデータビットが対応する列選択ユニットによって順次に選択されるように、前記列プリデコーダ回路は前記共通列選択信号と前記各列選択ユニットに対応する列選択信号を発生することを特徴とする請求項18に記載のNAND型フラッシュメモリ装置。
- 前記読み出し動作の間、前記マルチプレクサ回路の出力信号を受け取り、前記データ入/出力ピンを通じて前記入力された出力信号を出力するデータ出力回路をさらに含むことを特徴とする請求項18に記載のNAND型フラッシュメモリ装置。
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