JP4648006B2 - サイクルカウント値を記憶する広い消去ブロックを備える不揮発性半導体メモリ - Google Patents

サイクルカウント値を記憶する広い消去ブロックを備える不揮発性半導体メモリ Download PDF

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Description

本発明は一般に、不揮発性半導体メモリ並びに不揮発性半導体メモリの動作に関し、特に、メモリセルブロックの消去/書き込み用サイクルカウント値の利用に関する。
今日使用されている商業的に成功を収めた多数の不揮発性メモリ製品、特に小形のファクタカードの形のメモリ製品が存在し、これらのメモリ製品ではフラッシュEEPROM(電気的に消去可能でプログラム可能な読み出し専用メモリ)セルアレイが用いられている。
NORアレイ
典型的なNORアレイでは、メモリセルは列方向に延在して隣接するビットラインソース拡散部とドレイン拡散部との間で接続され、コントロールゲートはセル行に沿って延在するワードラインと接続される。1つの典型的メモリセルには、ソース拡散部とドレイン拡散部との間に“分割チャネル”が設けられる。セルの電荷蓄積素子が一方のチャネル部分にわたって配置され、ワードライン(コントロールゲートとも呼ばれている)も他方のチャネル部分にわたるとともに電荷蓄積素子にわたって配置される。これによって2つの直列トランジスタを備える1つのセルが形成され、一方のトランジスタ(メモリトランジスタ)は、電荷蓄積素子の電荷量と、当該チャネルのセル部分の中を通って流れることができる電流量とを制御するワードラインの電圧と組み合わされ、他方のトランジスタ(選択トランジスタ)は、単独でセルのゲートとして働くワードラインを有する。このワードラインは、電荷蓄積素子の行にわたって延在する。このようなセルの例並びにメモリシステムにおけるこのようなセルの利用および製造方法については、米国特許第5,070,032号(特許文献1)、第5,095,344号(特許文献2)、第5,315,541号(特許文献3)、第5,343,063号(特許文献4)、第5,661,053号(特許文献5)並びに1999年6月27日出願の同時継続出願中の米国特許出願第09/239,073号(特許文献6)に記載されている。
この分割チャネルフラッシュEEPROMセルの変更例として、電荷蓄積素子とワードラインとの間に配置されるステアリングゲートの追加がある。1つのアレイの個々のステアリングゲートが、ワードラインに対して垂直に電荷蓄積素子の1つの列にわたって延在する。この結果、1つの選択セルの読み出しやプログラミングを行うとき、2つの機能を同時に実行する必要があるワードラインの負担が軽減される。これら2つの機能として、(1)選択トランジスタのゲートとして機能すること、したがって選択トランジスタのオン/オフを行うための適切な電圧が必要となることと、(2)ワードラインと電荷蓄積素子との間でフィールド(容量性)結合を介して電荷蓄積素子の電圧を所望のレベルに従って駆動することとがある。単一の電圧を用いてこれらの機能の双方を最適に実行することが困難となる場合が多い。ステアリングゲートの追加によって、追加されたステアリングゲートが機能(2)を実行している間、ワードラインは機能(1)を実行するだけでよい。1つのフラッシュEEPROMアレイにおける複数のステアリングゲートの利用については、例えば、米国特許第5,313,421号(特許文献7)および第6,222,762号(特許文献8)に記載されている。
ゲート誘電体を介して基板からフローティングゲート記憶素子上へ電子の注入を行う種々のプログラミング技法が存在する。最も一般的なプログラミングメカニズムについては、ブラウンとブリュワーが編集した文献(“不揮発性半導体メモリ技術”,IEEEプレス,1.2節,9〜25ページ(1998年))(Brown and Brewer, Nonvolatile Semiconductor Memory Technology, IEEE Press, section 1.2, pages 9-25 (1998)) (非特許文献1)に記載されている。チャネル“熱い電子注入”(1.2.3節)と命名された一つの技法では、セルチャネルからセルのドレインに隣接するフローティングゲート領域の中へ電子が注入される。“ソース側注入”(1.2.4節)と命名された別の技法では、メモリセルチャネルの長さに沿って基板面の電位が制御されて、ドレインから離れたチャネルの1つの領域に電子注入の条件がつくりだされるようになる。ソース側注入については、カミヤらによる論文“高いゲート注入効率を持つEPROMセル”(IEDM技術ダイジェスト,1982年,741〜744ページ) (Kamiya et al., “EPROM Cell with High Gate Injection Efficiency," IEDM Technical Digest, 1982, pages 741-744)(非特許文献2)および米国特許第4,622,656号(特許文献9)並びに第5,313,421号(特許文献7)に記載がある。
電荷蓄積素子から電荷を取り除いてメモリセルを消去する2つの技法が、前述した2つのタイプのNORメモリセルアレイの双方で用いられている。一方の技法は、ソース、ドレインおよび別のゲートに対して適正な電圧を印加することにより基板のレベルに従って消去を行う技法である。この電圧は、記憶素子と基板間の誘電体層の一部の中を電子に通り抜けさせるものである。もう一方の消去技法は、記憶素子と別のゲート間に配置されたトンネル誘電体層の中を通って記憶素子から別のゲートへ電子を転送する技法である。前述した第1のタイプのセルでは、この目的のために第3の消去ゲートが設けられている。ステアリングゲートの利用に起因して3つのゲートをすでに備えている前述した第2のタイプのセルでは、第4のゲートを追加する必要なく電荷蓄積素子はワードラインのレベルに従って消去される。この後者の技法は、ワードラインが実行する第2の機能を元に戻して追加するものではあるが、これらの機能は異なる時点に実行されるものであるため、これら2つの機能に起因して妥協を行う必要性は避けられる。いずれの消去技法を利用する場合にも、1回の“フラッシュ”で同時消去を行うために多数のメモリセルが一体にグループ化されている。1つのアプローチでは、このグループには、1ディスクセクタに記憶されるユーザデータ量、すなわち512バイトといくつかのオーバーヘッドデータの記憶を行うのに十分なメモリセルが含まれる。別のアプローチでは、個々のグループには、多数のディスクセクタに値するデータに等しい数千バイトのユーザデータの保持を行うのに十分なセルが含まれる。マルチブロック消去、欠陥管理およびその他のフラッシュEEPROMシステムの特徴については、米国特許第5,297,148号(特許文献10)に記載されている。
ほとんどすべての集積回路の用途における場合のように、フラッシュEEPROMシステムの場合にも、いくつかの集積回路機能の実現に必要なシリコン基板領域の縮小に対する圧力が存在する。所定のサイズのメモリカードおよび別のタイプのパッケージの記憶容量を増加するために、所定の領域のシリコン基板に記憶することができるデジタルデータ量を増加して、容量の増加とサイズの小形化の双方を図るようにする要望が継続的に存在する。データの記憶密度を高める1つの方法として、1つのメモリセルあたりに2つ以上のビットデータを記憶する方法がある。これは、記憶素子電荷レベルの電圧範囲のウィンドウを3つ以上の状態に分割することにより達成される。このような4つの状態を利用することにより、個々のセルは、セルあたりに2ビットのデータや3ビットのデータを記憶する8つの状態などを記憶することが可能となる。多状態フラッシュEEPROMの構造と動作については、米国特許第5,043,940号(特許文献11)および第5,172,338号(特許文献12)に記載されている。
別のタイプのメモリセルには、個々の記憶素子上で多状態での動作も可能な2つの記憶素子が設けられる。このタイプのセルには、ソース拡散部とドレイン拡散部との間のセルチャネルにわたって2つの記憶素子が設けられ、ソース拡散部とドレイン拡散部の間に1つの選択トランジスタが設けられる。記憶素子の個々の列に沿って1つのステアリングゲートが設けられ、さらに1つのワードラインが記憶素子の個々の行に沿って、そのステアリングゲートにわたって設けられる。読み出しやプログラミングを行うために所定の記憶素子にアクセスするとき、たとえどのような電荷レベルが他方の記憶素子上に存在していても、関心対象の記憶素子を含むセルの別の記憶素子にわたるステアリングゲートは、他方の記憶素子の下でチャネルをオンに転換するのに十分な高さまで上げられる。この操作によって、同一メモリセル内の関心対象の記憶素子の読み出しやプログラミングを行う際に、1つのファクタとしての他方の記憶素子が効果的に除去される。例えば、セル状態の読み出しに使用することができるセルの中を流れる電流量は、この場合、関心対象の記憶素子上の電荷量の関数となるが、同一セル内の他方の記憶素子の電荷量の関数とはならない。このセルアレイのアーキテクチャおよび動作技法の例については、米国特許第5,712,180号(特許文献13)、第6,103,573号(特許文献14)、第6,151,248号(特許文献15)に記載されている。
NANDアレイ
別のフラッシュEEPROMのアーキテクチャとして、NANDアレイを利用し、個々のビットライン間で16や32などの3つ以上のメモリセルの連続ストリングが、1またはそれ以上の選択トランジスタと1つの基準電位とに接続されて、複数のセル列が形成されるものがある。ワードラインは、これらの多数の列内の複数のセルの両端にわたって延在する。ストリング内の残りのセルを強くオンに転換させることによって、プログラミング中に1つの列内の個々のセルの読み出しと検証とを行い、それによってストリングの中を流れる電流は、アドレス指定されたセルに記憶されている電荷レベルに依存するようになる。1つのメモリシステムの一部としてのNAND構成のアレイおよびこのアレイの動作の一例が、米国特許第5,570,315号(特許文献16)、第5,774,397号(特許文献17)、第6,046,935号(特許文献18)で見い出される。
電荷蓄積素子
最新のフラッシュEEPROMアレイの電荷蓄積素子であり、前に参照されている特許および論文で解説されている電荷蓄積素子は、最も一般的な電気的導電性を有するフローティングゲートであり、このゲートは典型的にはドープされたポリシリコン材から形成される。フラッシュEEPROMシステムにおいて有用な別のタイプのメモリセルとして、不揮発性の態様で電荷を記憶する導電性フローティングゲートの代わりに、非導電性誘電体材料を利用するものがある。このようなセルについては、チャンらによる論文“真の単一トランジスタ酸化膜−窒化膜−酸化膜EEPROMデバイス”(IEEE電子デバイスレターズ,Vol.EDL−8,No.3,1987年3月,93〜95ページ)(Chan et al., “A True Single-Transistor Oxide-Nitride-Oxide EEPROM Device," IEEE Electron Device Letters, Vol. EDL-8, No.3 March 1987, pp. 93-95) (非特許文献3)に記載されている。シリコン酸化物、シリコン窒化物およびシリコン酸化物(“ONO”)から形成される3層誘電体が、導電性コントロールゲートとメモリセルチャネルの上方にある半導電基板の表面との間に挟まれる。セルはセルチャネルから窒化物の中へ電子を注入することによりプログラムされ、その場合これらの電子はトラップされ、限定領域に記憶されたものである。次いで、この記憶された電荷は、セルチャネルの一部のしきい値電圧を変更して検出可能となる。熱いホールを窒化物の中へ注入することによりセルは消去される。ノザキらの“半導体ディスクの応用のためのMONOSメモリセルを備える1−MbEEPROM”(“固体素子回路のIEEEジャーナル”,Vol.26,No.4,1991年4月,497〜501ページ)(Nozaki et al., “A 1-Mb EEPROM with MONOS Memory Cell for Semiconductor Disk Application," IEEE Journal of Solid-State Cirucuits, Vol. 26, No. 4, April 1991, pp.497-501) (非特許文献4)も参照されたい。この論文には、分割ゲート構成における同様のセルについての記載があり、この構成では、ドープされたポリシリコンゲートがメモリセルチャネルの一部にわたって延在して、別個の選択トランジスタを形成するようになっている。
米国特許第5,851,881号(特許文献19)には、メモリセルのチャネルにわたって互いに隣接して配置される2つの記憶素子の利用について記載され、一方の記憶素子は前述したような誘電体素子であり、他方の記憶素子は導電性フローティングゲートである。2ビットのデータが記憶され、1ビットのデータは誘電体素子の中にあり、もう1ビットのデータはフローティングゲートの中にある。2つの異なる電荷レベルの範囲のうち一方の範囲の中へ2つのゲートの各ゲートのプログラミングを行うことにより、当該メモリセルをプログラムして、4つの異なるしきい値レベルの組み合わせのうちの1つの組み合わせの中へ入れる。この組み合わせは、4つの記憶状態のうちの1つの状態を表わすものである。
誘電体記憶素子を利用して個々のセルの中に2ビットを記憶する別のアプローチについては、エイタンらの“NROM:新規の局在化トラッッピング、2ビット不揮発性メモリセル”(IEEE電子デバイスレターズ,Vol.21,No.11,2000年11月,543〜545ページ)(Eitan et al., “NROM: A Novel Localized Trapping, 2-Bit Nonvolatile Memory Cell," IEEE Electron Device Letters, vol. 21. no. 11, November 2000, pp. 543-545)(非特許文献5)に記載されている。ソース拡散部とドレイン拡散部との間のチャネルの両端にわたってONO誘電体層が延在する。1データビット用の電荷はドレインに隣接する誘電体層の中に局在化し、もう一方のデータビット用の電荷はソースに隣接する誘電体層の中に局在化している。誘電体内の電荷蓄積領域の2進状態を空間的に別個に読み出すことにより多状態データの格納値が取得される。
広い消去ブロック
典型的な不揮発性フラッシュアレイのメモリセルは、一括消去される個別のセルブロックに分割される。すなわち、この1ブロックが消去単位である。個々のブロックは通常、1またはそれ以上のデータページを記憶し、1ページがプログラミングと読み出しとを行う単位であるが、単一の操作で2以上のページのプログラミングや読み出しを行うことも可能である。個々のページは通常1またはそれ以上のデータセクタを記憶し、このセクタサイズはホストシステムによって規定される。一例として、磁気ディスク駆動装置に関して規定されている規格に従う512バイトのユーザデータからなる1つのセクタとユーザデータおよび/またはユーザデータが記憶されているブロックに関する数バイトのオーバーヘッド情報を示すいくつかの数値がある。
ブロック経験カウント値
個々のメモリセルブロックが経験する消去サイクル回数と再プログラミングサイクル回数とは、メモリシステムの動作制御を最適化するステップの一部として保持される場合が多い。このようにする1つの理由として、フラッシュEEPROMセルが耐えることができる消去/書き込みサイクルの限定された回数に起因するということが挙げられる。このようなサイクル回数が増加するにつれて、パフォーマンスと信頼性とは通常低下し、このような低下を許容することができる量はシステムの種々の動作パラメータに左右されることになる。一般に、いくつかのメモリセルブロックは、通常の動作時にメモリセルブロックよりもさらに頻繁にサイクルされる。1ブロックのサイクルカウント値が、予期される耐久性の予めセットされた限界値に達すると、冗長ブロックの利益となるようにシステムからそのブロックのマップアウトを行うことができる。これについての一例は、米国特許第5,268,870号(特許文献20)に記載され、個々のブロックの経験カウント値はオーバーヘッドデータの一部としてブロック内に記憶される。米国特許第6,426,893号(特許文献21)には、ブロックの経験カウント値とともにオーバーヘッドデータが関係するブロックから分離されたブロック内に他のオーバーヘッドデータを記憶するシステムについて記載されている。さらに、経験カウント値を用いてシステムのメモリセルブロックの使用状況(摩耗)を均すようにすることもできる。ブロックの相対的経験カウント値は、システムコントローラによりモニタされ、さらに低い経験サイクルカウント値で複数のブロックに対する以降の大きな容量の再書き込みを行うことを目的として、検出された所定の使用状況のむらに応じて、ブロック変換の論理アドレスから物理アドレスが変更される。このような摩耗レベルの測定技法を示す例が、米国特許第6,081,447号(特許文献22)に示されている。経験カウント値が関係するブロックに経験カウント値を保持する代替例として、ブロックオーバーヘッド情報用として設けられた別のブロックにこの経験カウント値を記憶することができる例がある。この例としては、2000年2月17日出願の米国特許出願第09/505,555号(特許文献23)に記載されている。経験カウント値の利用に加えて、ブロック置換を目的として、コントローラによるカウント値を用いて、プログラミング、読み出し動作および/または消去動作中に使用される電圧のセットを行うことも可能である。というのは、最適電圧はその利用が増えるにつれて上昇する頻度が高くなるからである。
前に特定した特許、特許出願、論文並びに文献部分のすべては、それらの参考文献によってその全体が本願明細書において背景技術の欄に明確に援用されている。
米国特許第5,070,032号 米国特許第5,095,344号 米国特許第5,315,541号 米国特許第5,343,063号 米国特許第5,661,053号 米国特許出願第09/239,073号 米国特許第5,313,421号 米国特許第6,222,762号 米国特許第4,622,656号 米国特許第5,297,148号 米国特許第5,043,940号 米国特許第5,172,338号 米国特許第5,712,180号 米国特許第6,103,573号 米国特許第6,151,248号 米国特許第5,570,315号 米国特許第5,774,397号 米国特許第6,046,935号 米国特許第5,851,881号 米国特許第5,268,870号 米国特許第6,426,893号 米国特許第6,081,447号 米国特許出願第09/505,555号 米国特許出願第09/925,102号 米国特許出願第09/667,344号 米国特許出願第10/280,352号 米国特許出願第09/718,802号 米国特許出願第09/766,436号 米国特許出願第09/893,277号 米国特許第6,456,528号 米国特許出願第09/793,370号 米国特許第5,887,145号 米国特許第5,930,167号 米国出願第09/956,340号 ブラウンとブリュワーが編集した文献"不揮発性半導体メモリ技術",IEEEプレス,1.2節,9〜25ページ(1998年) カミヤらによる論文"高いゲート注入効率を持つEPROMセル",IEDM技術ダイジェスト,1982年,741〜744ページ チャンらによる論文"真の単一トランジスタ酸化膜−窒化膜−酸化膜EEPROMデバイス",IEEE電子デバイスレターズ,Vol.EDL−8,No.3,1987年3月,93〜95ページ ノザキらの"半導体ディスクの応用のためのMONOSメモリセルを備える1−Mb EEPROM","固体素子回路のIEEEジャーナル",Vol.26,No.4,1991年4月,497〜501ページ エイタンらの"NROM:新規の局在化トラッッピング、2ビット不揮発性メモリセル",IEEE電子デバイスレターズ,Vol.21,No.11,2000年11月,543〜545ページ
同時に消去可能なセルブロックに編成されたメモリセルを有する不揮発性メモリシステムにおいて、そのブロックが、個々にプログラム可能で、かつ読み出し可能な複数のユーザデータページに分割され、個々のブロックと関連するオーバーヘッドデータが、当該データが関係するブロック内に記憶され、さらにブロック消去サイクルの一部として更新される。サイクルデータが1ブロックの単一ページの予備のセルに記憶されている場合、当該ページに対する単一の読み出し動作によってそのサイクルデータの読み出しが可能となる。或いは、ページに記憶されたデータセクタのヘッダの場合のように、未使用のセル内のブロックの2またはそれ以上のページにわたってサイクルデータを拡げてもよい。これらの技法は、NAND形フラッシュメモリシステムに対する特別の応用性を有するものであるが、複数のメモリセルブロックが一括消去される別のタイプの不揮発性メモリシステムにおいてもこれらの技法を利用して、利益を得ることが可能である。
所定数のメモリセルを記憶することができるデータ量の増加を求めるトレンドが存在するため、個々の記憶素子に対して3つ以上のプログラム状態を確定することにより個々のメモリセル記憶素子に2ビット以上のユーザデータを記憶することが望ましい。しかし、ブロックサイクルのカウント値データの場合、2状態で、すなわちメモリセル記憶素子あたりに1ビットでそのデータを記憶することができるという利点がある。サイクルカウント値データプログラミングの改善が進み、このプログラミングによって書き込み対象の新しく消去されたブロックに対する妨害量を減らすことが可能となる。
サイクルカウント値データから冗長符号を計算し、次いでブロックオーバーヘッドデータの一部として当該サイクルカウント値データを用いて当該冗長符号のプログラミングを行うことができる。誤り訂正符号(ECC)は、サイクルカウント値データにおけるいくつかの誤りを訂正することができるようにするために設けることが可能なこのような冗長性を示す一例であり、訂正すべき誤りが多すぎる場合、サイクルカウント値データは無効と確定される。無効とされた場合、ブロックはシステムからマップアウトされる。というのは、ブロックが経験した消去サイクルの回数が未知であり、この不確かさがブロックの動作中にメモリコントローラによって行われる決定に不利な影響を与える可能性があるからである。カウント値が揮発性メモリに一時的に記憶されている時間中、電力がなくなった場合に生じる可能性があるように、消去動作中にサイクルカウント値データを紛失した場合、システムから1つのブロックをマップアウトすることも可能である。この事態は、例えば、消去サイクル中にユーザが電力を供給しているメモリカードをホストシステムから抜いたりした場合に生じる可能性がある。
本発明は、前に背景技術やその他の部分で説明したフラッシュEEPROMシステムを含む多くの異なるタイプの不揮発性メモリのいずれの不揮発性メモリにおいても動作するものである。フローティングゲート電荷記憶素子を用いるある特定のNORアレイ構造については、2001年8月8日出願の米国特許出願第09/925,102号(特許文献24)、2000年9月22日出願の米国特許出願第09/667,344号(特許文献25)に記載されている。誘電体電荷記憶素子を用いるフラッシュメモリアレイについては、2002年10月25日出願の米国特許出願第10/280,352号(特許文献26)に記載されている。大きなメモリセル消去ブロックの管理については、2000年11月22日出願の米国特許出願第09/718,802号(特許文献27)および2001年1月19日出願の米国特許出願第09/766,436号(特許文献28)に記載されている。NANDアレイのプログラミングについては、2001年6月27日出願の米国特許出願第09/893,277号(特許文献29)および米国特許第6,456,528号(特許文献30)に記載されている。これら特許出願および特許は、参考文献としてその全体がこの発明の開示の欄において明確に援用されている。
本発明の種々の態様の追加の目標、特徴および利点は、添付図面と関連して説明されるべきである代表的な実施形態についての以下の説明の中に含まれる。
本発明の種々の態様が実現可能な例示のメモリシステムが図1のブロック図により示されている。多数の個々にアドレス可能なメモリセル11が、行と列とからなる、ピッチが等しいアレイに配設されているが、セルの別の物理的配置構成も確かに可能なものとして考えることができる。このシステムは特に、アレイ11が、前述した背景技術および本願明細書において援用されている参考文献に記載があるようなNOR形となるようにしたものである。本願明細書では、ビットラインは、セルアレイ11の列に沿って延在するように示されているが、ライン15を介してビットライン復合器およびドライバ回路13と電気的に接続される。セルアレイ11の行に沿って延在するようにこの説明で示されているワードラインは、ライン17を介してワードライン復合器およびドライバ回路19と電気的に接続される。アレイ11においてメモリセルの列に沿って延在するステアリングゲートは、ライン23を介してステアリングゲート復合器およびドライバ回路21と電気的に接続される。復合器13、19および21の各々は、メモリコントローラ27からバス25を介してメモリセルアドレスを受け取る。復合器およびドライバ回路も、それぞれの制御信号ラインおよび状態信号ライン29、31、33を介してコントローラ27と接続される。ステアリングゲートとビットラインとに印加される電圧は、復合器とドライバ回路13と21とを相互に接続するバス22を介して調整される。コントローラには、種々のタイプのレジスタおよび揮発性ランダムアクセスメモリ(RAM)28を含む別のメモリが含まれる。
コントローラ27は、ライン35を介してホスト装置(図示せず)と接続可能である。このホスト装置は、パーソナルコンピュータ、ノートブック形コンピュータ、デジタルカメラ、オーディオプレイヤ、その他の種々の手持形電子装置などであってもよい。図1のメモリシステムは、PCMCIA、コンパクトフラッシュ(登録商標)協会、MMC(登録商標)協会、その他から出されているいくつかの現行の物理規格および電気規格のうちの1つの規格に準拠するカードの形で一般に実現されることになる。カードフォーマットの形でそのメモリシステムを実現するときに、ライン35はホスト装置の相補形コネクタとインタフェースを行うカード上のコネクタで終端する。多くのカードの電気的インタフェースはATA規格に準拠しているが、その場合メモリシステムはあたかも磁気ディスクドライバであるかのようにホストには見える。その他のメモリカード用インタフェース規格も存在する。カードフォーマットの1つの代替例として、図1に示すタイプのメモリシステムを永久にホスト装置内に組み込むことも可能である。
復合器およびドライバ回路13、19、21は、バス25を介してアドレス指定されるときに、それぞれの制御ラインおよび状態ライン29、31、33の制御信号に従ってアレイ11のそのラインのそれぞれのラインに適正な電圧を発生させて、プログラミング機能、読み出し機能並びに消去機能を実行する。電圧レベルと他のアレイパラメータとを含むいずれの状態信号も同じ制御ラインおよび状態ライン29、31、33を介してアレイ11によりコントローラ27へ出力される。回路13内の複数のセンス増幅器は、アレイ11内でアドレス指定されたメモリセルの状態を示す電流レベルまたは電圧レベルを受け取リ、読み出し動作中にライン41を介して当該状態に関する情報をコントローラ27に提供する。多数のセンス増幅器が通常使用されて、多数のメモリセルの状態を並列に読み出すことができるようになっている。読み出し動作中およびプログラム動作中に、1行のセルが通常、回路19を介して一度にアドレス指定されて、回路13と21によって選択されるアドレス指定された行内の複数のセルにアクセスするようになっている。一般に、多くの行内のすべてのセルは、消去動作中に、1つのブロックとして一括してアドレス指定されて、同時消去されるようになっている。
図1に例示するようなメモリシステムの動作については、前に背景技術のNORアレイについての欄で特定した特許および論文並びに本願の譲受人であるサンディスク コーポレイションに譲渡されたその他の特許にさらに記載されている。さらに、2001年2月26日出願の米国特許出願第09/793,370号(特許文献31)にデータプログラミング方法について記載されている。この特許出願は、本願明細書において参照により援用されている。
本発明の種々の態様が実現可能な別の例示のメモリシステムが図2のブロック図によって示されている。行列で構成された複数のメモリセルMを含むメモリセルアレイ1は、列制御回路2、行制御回路3、cソース制御回路4およびc−pウェル制御回路5によって制御される。メモリセルアレイ1は、前述した背景技術の欄並びに本願明細書において参照により援用されている前述した参考文献に記載されているNAND形メモリセルアレイであってもよい。制御回路2はメモリセルアレイ1のビットライン(BL)と接続され、このビットラインが、メモリセル(M)に記憶されたデータを読み出し、プログラム動作中にメモリセル(M)の状態を決定し、ビットライン(BL)の電位レベルを制御してプログラミングの促進やプログラミングの禁止を行うためのビットラインである。行制御回路3は、ワードライン(WL)と接続されて、ワードライン(WL)のうちの1つのワードラインを選択し、読み出し電圧を印加し、列制御回路2によって制御されるビットラインの電位レベルと組み合わされたプログラム電圧を印加し、メモリセル(M)が、形成されたP形領域の電圧と結合される消去電圧を印加する。cソース制御回路4は、メモリセル(M)と接続された共通ソースライン(図2に“cソース”とラベルがつけられている)の制御を行う。c−pウェル制御回路5は、c−pウェル電圧の制御を行う。
メモリセル(M)に記憶されたデータは列制御回路2によって読み出され、I/Oラインとデータ入出力用バッファ6とを介して外部I/Oラインへ出力される。メモリセルに記憶されたプログラムデータは、外部I/Oラインを介してデータ入出力用バッファ6へ入力され、列制御回路2へ転送される。外部I/Oラインは、コントローラ43と接続される。コントローラ43は、種々のタイプのレジスタと、その他のメモリ(典型的には揮発性ランダムアクセスメモリ)とを備える。
フラッシュメモリデバイスを制御するコマンドデータが、コントローラ43と接続される外部制御ラインと接続されたコマンド回路7へ入力される。このコマンドデータは、どのような動作が要求されているかをフラッシュメモリに通知する。この入力コマンドは、列制御回路2、行制御回路3、cソース制御回路4、c−pウェル制御回路5およびデータ入出力用バッファ6を制御する状態マシン8へ転送される。状態マシン8は、レディ/ビジー(READY/BUSY)やパス/フェイル(PASS/FAIL)などのフラッシュメモリの状態データを出力することができる。状態マシン8は、複数のレジスタおよびその他の揮発性ランダムアクセスメモリ45も備えている。
コントローラ43は、パーソナルコンピュータ、デジタルカメラ、或いは個人用情報機器などのホストシステムと接続されるか或いは接続可能である。メモリアレイ1へデータを記憶したり、メモリアレイ1からデータを読み出したりするようなコマンドを開始し、このようなデータをそれぞれ出力したり、受け取ったりするのはこのホストである。コントローラは、このようなコマンドを変換して、コマンド回路7により解釈される実行可能なコマンド信号に変える。コントローラは、メモリアレイに書き込み中或いはメモリアレイから読み出し中のユーザデータ用バッファメモリも一般に備えている。典型的なメモリシステムは、コントローラ43を備える1つの集積回路チップ47と、メモリアレイと関連する制御回路、入出力回路および状態マシン回路を各々備える1またはそれ以上の集積回路チップ49とを備える。言うまでもなく、1つのシステムのメモリアレイとコントローラ回路とを1またはそれ以上の集積回路チップ上に一体に集積化するトレンドが存在する。
図1と図2のメモリシステムのいずれかをホストシステムの一部として組み込んだり、或いはホストシステムの嵌合ソケットの中へ取り外し可能に挿入することができるメモリカードの形で備えるようにしてもよい。このようなカードはメモリシステム全体を含むものであってもよく、或いは関連する周辺回路とともにコントローラとメモリアレイを個別のカードの形で設けてもよい。例えば、いくつかのカードの実装例については、米国特許第5,887,145号(特許文献32)に記載されている。この特許は、その全体が本願明細書において参照により明確に援用されている。
図3は、メモリセルアレイ1または11のいずれかの記憶素子のプログラミングを徐々に追加して行うパルス技法を示す図である。プログラミング電圧Vpgmの波形が示されている。プログラミング電圧Vpgmは多くのパルスに分割され、パルス毎にΔVpgmだけ増分する。パルス間の時間内に、検証(読み出し)動作が行われる。すなわち、並列にプログラムされている個々のセルのプログラム済みのレベルが個々のプログラミングパルス間で読み出されて、このレベルがプログラム時に従うべき検証レベル以上であるかどうかの判定が行われる。所定のメモリセルのしきい値電圧が検証レベルを上回っていると判定された場合、0VからVddまで所定のセルの連続セル単位が接続されているビットラインまたは制御ラインの電圧を上げることによりVpgmは取り除かれる。並列にプログラムされるセルのその他のレベルのプログラミングは、それらのレベルが順次その検証レベルに達するまで続行する。しきい値電圧は、セルの最後のプログラミングパルスの間、検証レベル未満から検証レベルまで移動する。
図4は、記憶素子あたりに4つの状態を持つメモリセルアレイのプログラミング技法を示す図である。これによって2ビットのデータが個々の記憶素子に記憶される。これらのプログラム済みの記憶素子は、しきい値分布61、63、65または67のうちの1つのしきい値分布に分かれるしきい値レベル(VT )を持つメモリセルトランジスタを形成する。分布61は、消去状態を表わし、プログラム状態のうちの1つの状態(この例では“11”)でもある。分布61には、負のしきい値電圧VT を有するセルが含まれる。分布63は正のしきい値電圧を含み、データビット“10”を表す。同様に、分布65は“00”を表し、分布67は“01”を表す。追加の状態番号、したがってさらに多くのビットを個々の記憶素子の中へプログラムすることが可能であるが、4つの状態のシステムは例示用として選択されたものである。
個々のセルは、図3に例示するような一連のパルスによってプログラムされる。1つのブロックが消去された後、そのブロックのメモリセル記憶トランジスタのすべては分布61内にしきい値電圧を持つ。1つのブロックのすべてまたは一部を形成する複数のメモリセルの中へユーザデータまたはブロックオーバーヘッドデータのいずれかをプログラムする際に、プログラミング用電圧パルスが当該セルに印加され、これらのセルの状態は“11”から別の状態に変更されることになる。消去から第1の状態“10”に当該トランジスタをプログラムするために、これらトランジスタのVT が検証レベルVV10 以上になると、パルス出力は分布63内で終了する。これらセルの状態は、プログラミングパルス間で検証される。同様に、当該記憶トランジスタを“00”状態にプログラムするために、これらのトランジスタのVT が検証レベルVV00 以上になると、パルス出力は分布65内で終了する。最後に、当該記憶素子トランジスタを“01”状態にプログラムするために、これらのトランジスタのVT が当該トランジスタの検証レベルVV01 に達すると、プログラミングパルスは分布67内で終了する。この時点で、メモリセルのグループの並列プログラミングは終了していることになる。
個々のプログラム検証レベルVV10 、VV00 、VV01 は、これら検証レベルのそれぞれの分布63、65、67の低い極値と合致する。図3のプログラミングパルスの開始電圧は、一例として12ボルト周辺であってもよく、また典型的なプログラミングを行うためのパルスΔVpgm間の増分値は約0.2ボルトであってもよい。個々の分布61、63、65、67の拡散値は実質的にΔVpgmに等しい。
図4は、4つのしきい値状態のうちのどのしきい値状態からセルがプログラムされているかを決定することにより、個々のセルからデータの読み出しを行うのに用いる電圧も例示する図である。電圧VR10 、VR00 、VR01 は、それぞれ“10”、“00”、“01”の記憶状態を読み出すのに用いる基準電圧である。これらの電圧は、分布61、63、65、67の隣接する分布間のほぼ中間に配置される。これらの電圧は、読み出される個々のメモリセルトランジスタのしきい値電圧状態を比較する比較対象のしきい値電圧である。この比較は、セルから得られる電流測定値または電圧測定値をそれぞれ基準電流または基準電圧と比較することにより行われる。
4つまたはそれ以上の記憶状態システムにおいて、いくつかのセルをプログラムして、2つの状態(2進)のうちの一方の状態に変えることができることが望ましい場合が多い。単一アレイにおける多状態プログラミングと2進プログラミングの双方の利用については、米国特許第5,930,167号(特許文献33)に記載されている。この特許は、この参考文献として並びに前述した米国出願第09/956,340号(特許文献34)としてその全体が援用されている。プログラミング電圧を最小化し、したがって別のメモリセルのプログラム状態や消去状態の妨害を最小化するこのようなデュアルプログラミングの別の形態が図5に示されている。消去状態“0”は、プログラムされた分布71によって例示される2つのプログラム状態のうちの一方の状態でもある。第2のプログラム状態“1”は、分布73によって表される。“1”状態へのプログラミングは、検証レベルVV1を用いて行われる。データは、0ボルトVT での基準レベルVR1を用いて図5の2状態メモリセルから読み出される。図5の分布71および73は、それぞれ図4の分布61および63に対応する分布である。2進の場合でのより高いしきい値レベルの分布65および67を避けることにより、2進でのプログラミングセルの結果生じる他のセルの消去状態やプログラム状態に対する妨害が最小化される。
図6は、典型的なシステムにおける個々にアドレス可能な多数のメモリセルブロックの一例の編成を示す図である。消去単位であるメモリセルブロックは複数のページP0〜PNに分割される。1つのブロック内のページ数Nは、例えば8、16、32とすることができる。個々の単一ページは、プログラミングおよび読み出しの単位である。データの1またはそれ以上のホストセクタがユーザデータとして個々のページに記憶される。物理的には、1ページは、図1と図2のシステムのアレイ1または11のいずれかの範囲内の単一行のメモリセルから形成されたものであってもよい。例えば、図6のページP3にはユーザデータ用メモリ空間81およびユーザデータに関連するオーバーヘッドデータのヘッダ用メモリ空間83が含まれる。メモリ空間81に記憶されるユーザデータから計算されたECCは、例えばメモリ空間83に記憶される。いくつかのメモリアレイには、メモリ空間85に数バイトの予備の記憶容量が含まれて、ユーザ用メモリ空間81内のいずれの不良バイトも置き換えられる。
ブロック全体のオーバーヘッド情報データを記憶するのに利用されるのは、このブロックの1ページのこれら予備バイトである。ブロックオーバーヘッドデータ87は、例えばページP1の一部となるように示されている。データ87の一部としての重要なピースの記憶された情報は、データ87が記憶されているブロックの消去回数を示すカウント値である場合が多い。或いは、ブロックが経験した消去サイクル回数の他の何らかの表示を記憶することも可能である。このデータはアレイ動作を管理するのに有用である。役立てることができる他のブロックオーバーヘッドデータ87には、最適消去電圧、ブロックメモリセル用のプログラミング電圧および/または読み出し電圧、ブロックの状態を示すフラグ、ブロックおよび任意の代用ブロックの論理アドレスおよび/または物理アドレスなどが含まれる。ブロックオーバーヘッドデータ87は物理ブロック自体の情報を提供するものである一方で、ページオーバーヘッドデータ83はその同じページに記憶されたユーザデータについての情報を提供するものである。これらのタイプのオーバーヘッドデータが関係するブロックとは異なる単複のブロックに、これらのタイプのオーバーヘッドデータのいずれか或いは双方を記憶することも可能ではあるが、図6に示されている記憶位置がほとんどの用途に望ましいものである。
個々のページのメモリセルに多状態の形でユーザデータを記憶することが望ましい。すなわち、メモリセルの個々のフローティングゲートまたは別の記憶素子が3つ以上の状態のうちの1つの状態にプログラムされて、個々の記憶素子への2つ以上のビットデータの記憶が図られる。4つの状態のうちの1つの状態に個々の記憶素子がプログラムされることが図4に示されている例で好便に実現されている。こうすることによって、所定のデータ量の記憶に必要なメモリセルの数が減らされることになる。しかし、2進の形でセルグループ87にブロックオーバーヘッドデータをプログラムすることが望ましい場合もしばしば生じる。すなわち、個々のフローティングゲートまたはメモリセルの別の記憶素子は正確に2つの状態のうちの一方の状態にプログラムされる。図5に示されている例を使用することもできる。ブロックオーバーヘッドを記憶するのに多状態の形で行う場合よりも多くのメモリセルを要するとはいえ、データ量が小さいのでペナルティは小さくなる。この利点には、妨害とフィールド結合効果とに対する影響感度を下げるとともに同じブロックまたは隣接するブロック内の他のメモリセルの消去状態またはプログラム状態に対する妨害の影響をより少なくして、少ない時間量でブロックオーバーヘッドデータをプログラムする能力が含まれる。
図3と関連して前述したように、連続するプログラミングパルスと中間状態の検証とを利用することによって、ブロックオーバーヘッドデータの2進プログラミングを実現することが望ましいが、開始パルスの大きさを増すことによりおよび/またはステップΔVpgmのサイズを大きくすることによりプログラミングプロセスの実行に必要な時間を大幅に減らすことができる。多状態でユーザデータをプログラムするためにΔVpgmが0.2ボルトの値であれば、2進でブロックオーバーヘッドデータをプログラムするのに0.4ボルトなどのより高い値を使用することもできる。この結果、増分値ΔVpgmによって、75で示されているように図5のプログラムされたセル分布73が得られる。しかし、状態73よりも高い他のプログラム状態が存在しないため、増分された分布幅に関して問題が生じることはない。
一般に、ブロックオーバーヘッドデータは、図6に示されている例示のブロック内の複数ページのうちの任意の1ページの予備のセルに記憶することができる。ブロックオーバーヘッドデータが記憶されている個々のブロック内のページは固定されるか或いはブロック毎にかつ一定時間継続して変動を可能にするかのいずれかを行うことができる。例えば、欠陥セルを交換するために、ページP1がその予備のセルのいくつかを使用する必要がある場合およびブロックオーバーヘッドデータを記憶する残りの十分な予備のセルがその時存在しない場合、そのブロック用のオーバーヘッドデータを別のページに記憶することができる。さらに、ブロックオーバーヘッドデータ用のメモリ空間は、図6に示されているように、必ずしもページまたはそのメモリセル行の最後に存在する必要があるとはかぎらず、逆に未使用メモリセルが存在する或る別の記憶位置に存在する場合もある。さらに、ブロックオーバーヘッドデータは、必ずしも連続して配置されたメモリセルに記憶される必要があるとはかぎらないが、データが連続するセルアドレス記憶位置に記憶されていれば、メモリコントローラにとっては予想が容易になる。
メモリアレイがNAND形である場合、ブロックオーバーヘッドデータを記憶するために他のページよりも望ましいいくつかのページが存在してもよい。前に背景技術の欄で参照した特許の中で説明されている1つのタイプのNANDフラッシュメモリでは、ページは、P0からPNなどのようなある特定の順序でプログラムされるように制約を受けて、1つのページのプログラミングが他のページのセルのプログラム状態に妨害を与える影響を減らすように意図される。さらに、最後のページPNとP(N−1)は他のページに比べて妨害の影響を受けやすい傾向がある。したがって、合計16ページを持つP4やP5のブロックのようなブロックの初めの部分近くに存在する或る別のページにブロックオーバーヘッドデータを記憶することが望ましい。
ブロックオーバーヘッドデータは、メモリの動作にとって重要なものとなる場合があるため、ブロックオーバーヘッドデータからECCのような冗長符号を計算して、この冗長符号をそのデータとともに同じブロックに記憶してもよい。次いで、このデータの読み出し時に、ECCを用いてデータの検証が行われ、無効な数ビットの訂正を行うことが可能となる。1つのECCを含む図6のブロックオーバーヘッドデータ87の編成が図7に示されている。記憶済みのブロックオーバーヘッドデータの無効ビットの数があまりに多くてECCを訂正できない場合、その情報はコントローラにとって有用になる。記憶されているオーバーヘッドデータのタイプがメモリシステムの動作にとって重要なものであれば、コントローラは、ブロックからそのデータを読み出すことができないことを利用して、そのブロックのマップアウトを行い、それによってこのブロックが再び使用されないようにする。ブロック内に1つのフラグをセットして、このブロックが使用できないことを示すようにしてもよく、或いはコントローラが無効ブロックのリストを独立して保持するようにしてもよい。
図6とは異なるメモリセルブロックの配置構成が、別の実装例の提供を意図して図8に示されている。この場合、個々のページには予備のセルは含まれない。したがって、ブロック内のどこか別の場所にブロックオーバーヘッドデータを記憶する必要がある。図8に示されている例は、3つの異なるページヘッダの記憶位置91、93、95内で行われる分散の場合などのように、このデータをブロックのページヘッダの予備バイトに分散する例である。その場合、図6の例では1つのブロックのただ1つのページを読み出す必要があるのとは対照的に、ブロックオーバーヘッドデータを取得することができる前に、3ページすべてを読み出す必要がある。
図9を参照しながら、前述したブロックオーバーヘッドデータを利用する1つの例示の消去動作について説明する。第1のステップ101で、コントローラ(図1の27または図2の43)により1つのコマンドが出されて、ステップ103で出されたアドレスによって指定された1またはそれ以上の複数のブロックが同時に消去される。次のステップ105で、コントローラはアドレス指定されたブロックの各々からブロックオーバーヘッドデータを読み出す。通常のシステムでは、これは個々のアドレス指定されたブロックのページ全体を読み出すステップを必要とし、このステップでページのブロックオーバーヘッドデータが記憶される。というのは、ページがプログラミングおよび消去の単位となっているからである。例えば、オーバーヘッドデータは図6のデータ87や図8のデータ91、93、95であってもよい。ブロックオーバーヘッドデータがユーザデータおよびそれらユーザデータのヘッダとは異なる状態番号に記憶されている場合、ユーザデータとヘッダとを読み出す際に使用されているものとは異なるセットの参照レベルを持つオーバーヘッドデータがコントローラによって読み出される。次いで、この読み出されたデータはコントローラによってシステムに、最も好便にはそれぞれのコントローラ27と状態マシン8の一部として含まれるランダムアクセスメモリ(RAM)28または45に一時的に記憶される。次いで、アドレス指定されたブロックの各ブロック内のメモリセルはステップ109毎に一括消去される。
ECCやデータから計算された別の冗長符号と一緒にブロックオーバーヘッドデータが記憶されている場合、RAMの中へ書き込まれる前にデータの有効性のチェックが行われる。有効であると判定された場合或いはエラーを含むオーバーヘッドデータを訂正して有効なものにすることができた場合、プロセスは前述したように進行する。しかし、ブロックオーバーヘッドデータが有効なものにされなかったり、有効にできなかったりした場合、そのブロックの履歴が知られていないときに、将来当該ブロックを正しく動作できなくなる懸念があるため、そのブロックを使用しないことが望ましい場合もある。この場合、当該ブロックと関連する消去プロセスを停止し、コントローラが保持する不良ブロックリストにそのブロックのアドレスを追加してもよい。或いは、消去プロセスを続行して、1つのフラグをブロックのオーバーヘッドメモリ空間の中へ書き込んで、ブロックがそれ以上使用できないことを示すようにしてもよい。そうすれば、コントローラは、将来の消去サイクル並びにプログラミングサイクルを受けるブロックを決定する際に、このようなフラグの探索を行うことになる。
さらに、アドレス指定されたブロックが消去された後に、メモリシステムへの電力供給が中断した場合、データが一時的に記憶されるRAMが揮発性メモリであれば(通常このケースが行われる)、ブロックオーバーヘッドデータは紛失することになる。この状況で、ひとたび電力が回復された場合、コントローラには、消去済みブロックの中へ書き戻すべきブロックオーバーヘッドデータが存在しなくなる。このようなデータが存在しないときに、ブロックオーバーヘッドデータを読み出すステップを含む将来ブロックを使用するいずれの試みも、これらブロックのアドレスを不良ブロックリストに追加し、ブロック内にフラグをセットすることにより或いは何らかの別の技法によってコントローラにシステムからのブロックのマップアウトを行わせることができる。
前述したように、1つの重要なピースのブロックオーバーヘッドデータは、個々のブロックが経験した消去サイクルおよび再プログラミングサイクルの回数であってもよい。この回数或いはこの回数に関連する或る量は(この量が含まれていれば)、消去サイクルの一部として更新されることになる。コントローラRAMに記憶されている量がRAMから読み出され、またそのブロックが別の消去サイクルを受けたことを記録するために、消去されている個々のブロックに対してその量の更新が行われる。図9のステップ111によって示されているように、その更新回数は、当該回数が関係する個々のブロックの中へ書き戻される。最も単純な実装例として、ブロックから読み出された消去サイクルカウント値を1だけ増分し、次いでそのブロックが消去された後にその増分値をブロックの中へ書き戻すものがある。ブロックオーバーヘッドデータは、ブロックが消去される度に更新されることのない他の情報データも含むものであってもよく、その場合このタイプのデータはまったく変更されることなく消去済みブロックの中へ書き戻される。1つのECCや別の冗長符号がブロックオーバーヘッドデータとともに用いられる場合、このような符号は更新済みのオーバーヘッドデータから計算されて、ブロックの中へ書き戻され、次いで更新済みのオーバーヘッドデータとともにブロックの中へプログラムされる。
消去サイクルの最後のステップとして、ステップ113で示されているように、アレイとその周辺回路のためのステップがあり、コントローラへ終了状態信号が送信される。ブロックオーバーヘッドデータがプログラムされる記憶位置のブロックを除いて、消去済みブロックは消去状態のまま残る。その後ユーザデータをブロックのページの中へプログラムしてもよい。
複数の異なる方法で消去サイクルカウント値を利用することができる。消去サイクル/プログラミングサイクルの回数が増えるにつれて、メモリセルの或る特性が変化するため、影響を受けた動作パラメータも変更された場合、アレイの動作は最適化される。このような動作パラメータの例には、消去電圧とプログラミング電圧並びに最適範囲内に電荷レベルを戻すためにブロック内のユーザデータをリフレッシュする周波数が含まれる。プログラミング電圧と消去電圧とを用いて低いサイクルカウント値を持つブロックを動作させ、それによってブロックの有効な耐用期間の延長を行うことが可能となる。データリフレッシュは、非常に頻繁に行われる場合、パフォーマンスに影響を与える可能性があるため、低いサイクルカウント値を持つブロックは、高いサイクルカウント値を持つブロックほど高い頻度でリフレッシュされることはない。種々のブロックの使用状況の差が予めセットされた或る限度を超えたときに、サイクルカウント値を利用して、論理ブロックアドレステーブルから物理ブロックアドレステーブルへの変更を行うことにより個々のブロックの使用状況(摩耗)を均すようにすることも可能である。さらに、ブロックがその予想された有効な耐用期間を超えるサイクル回数を経験した場合には、システムから当該ブロックを永久にマップアウトすることができる。
具体的な実施形態と関連して本発明を説明してきたが、本発明は添付の特許請求の範囲の全範囲内でその権利が保護されるべきであることが理解されよう。
本発明の実現が可能な第1の不揮発性メモリシステムのブロック図である。 本発明の実現が可能な第2の不揮発性メモリシステムのブロック図である。 図1または図2のメモリシステムのいずれかのメモリシステムにデータをプログラムするのに用いることが可能な電圧の波形を例示する。 4つの状態のうちの1つの状態に個々にプログラムされている1つのグループの不揮発性メモリセルの電圧しきい値の分布を例示する。 2つの状態のうちの一方の状態に個々にプログラムされている1つのグループの不揮発性メモリセルの電圧しきい値の分布を例示する。 複数ページを含む1ブロックのメモリセルの編成の第1の例を示す。 図6に例示されたタイプのブロックに記憶することが可能なブロックオーバーヘッドデータを例示する。 複数ページを含む1ブロックのメモリセルの編成の第2の例を示す。 ブロックオーバーヘッドデータを記憶する際に、図1または図2のメモリシステムのいずれかのメモリシステムの代表的な消去動作を示すフローチャートである。

Claims (13)

  1. 複数のページのユーザデータを個々に記憶する1つの単位として一括消去が可能なセルブロックに編成されたメモリセルアレイを有する不揮発性メモリの動作方法であって、
    (a)オーバーヘッドデータが記憶されている前記ブロックの動作と関連して前記オーバーヘッドデータを個々の情報ブロック内に記憶するステップと、
    (b)消去動作であって、
    消去対象の前記1またはそれ以上のブロックのアドレス指定を行うステップと、
    前記1またはそれ以上のブロックから前記オーバーヘッドデータを読み出し、前記読み出したオーバーヘッドデータを一時的に記憶するステップと、
    前記1またはそれ以上のブロック内のメモリセルを消去するステップと、
    前記読み出したオーバーヘッドデータを更新するステップと、
    前記更新済みのオーバーヘッドデータを前記1またはそれ以上のブロックの個別のブロックの中へ戻してプログラムし、それによってユーザデータを前記ブロックにプログラムするのに利用可能な前記1またはそれ以上のブロック内に前記複数のページを残すようにするステップと、を含む消去動作と、
    (c)その後、前記1またはそれ以上のブロックのページの中へユーザデータをプログラムするステップと、を含み、
    ページがユーザデータと、ユーザデータに係るページオーバーヘッドデータと、ユーザデータとページオーバーヘッドデータとは異なる予備のセルで構成され、
    前記1またはそれ以上のブロックの個別のブロックの単一ページの予備のセルの中へ前記更新済みのオーバーヘッドデータをプログラムする方法。
  2. 請求項1記載の方法において、
    前記個々のブロックに記憶された前記オーバーヘッドデータが、消去動作回数を示す量、すなわち前記量を含むブロックが前記消去動作回数を受けた量を含み、さらに前記オーバーヘッドデータを更新するステップが、現在の消去動作を含む前記消去動作回数を更新するステップを含む方法。
  3. 請求項1記載の方法において、
    前記個々のブロック内に記憶される前記オーバーヘッドデータから冗長符号を計算するステップと、前記冗長符号を計算する基となる前記オーバーヘッドデータを含む前記個々のブロック内に前記冗長符号をさらに記憶するステップとをさらに含む方法。
  4. 請求項3記載の方法において、
    前記オーバーヘッドデータを読み出すステップが、前記オーバーヘッドデータから計算され、前記オーバーヘッドデータとともに記憶された冗長符号を読み出すステップと、前記読み出したオーバーヘッドデータを前記読み出した冗長符号に対してチェックするステップとを含み、さらに前記更新済みのオーバーヘッドデータをプログラムするステップが、前記更新済みのオーバーヘッドデータから冗長符号を計算するステップと、前記計算された冗長符号を前記オーバーヘッドデータと同じブロックに記憶するステップとを含む方法。
  5. 請求項4記載の方法において、
    前記読み出したオーバーヘッドデータを前記読み出した冗長符号に対してチェックするステップによって、前記オーバーヘッドデータが無効であることが明らかにされた場合、前記ブロックを消去したり、前記オーバーヘッドデータを更新したり、更新済みのオーバーヘッドデータ或いはユーザデータのいずれかのデータを用いて前記ブロックをプログラムしたりする代わりに、前記読み出したオーバーヘッドデータと冗長符号とが存在するブロックに使用不可のマークをつける方法。
  6. 請求項5記載の方法において、
    前記使用不可のブロック内の前記オーバーヘッドデータの一部としてフラグをセットすることにより、前記使用不可のブロックに無効のマークをつけるステップをさらに有する方法。
  7. 請求項1記載の方法において、
    前記オーバーヘッドデータを更新するか或いは前記更新済みのオーバーヘッドデータを前記1またはそれ以上のブロックの中へ戻してプログラムするかのいずれかを行う前に前記オーバーヘッドデータを紛失した場合、前記1またはそれ以上のブロックのページの中へユーザデータをプログラムする代わりに、前記1またはそれ以上のブロックに使用不可のマークをつける方法。
  8. 請求項1記載の方法において、
    前記ユーザデータをプログラムするステップが、個々のメモリセル記憶素子を2またはそれ以上の状態のうちの1つの状態にプログラムし、それによって記憶素子あたりに2ビット以上のユーザデータを記憶するようにするステップを含む方法。
  9. 請求項8記載の方法において、
    前記更新済みのオーバーヘッドデータをプログラムするステップが、個々のメモリセル記憶素子を正確に2つの記憶状態のうちの一方の状態にプログラムし、それによって記憶素子あたりに1ビットのオーバーヘッドデータを記憶するようにするステップを含む方法。
  10. 請求項9記載の方法において、
    前記メモリセルを消去するステップが、メモリセル記憶素子上の電荷を第1の範囲まで駆動するステップを含み、さらに前記オーバーヘッドデータをプログラムするステップが、前記オーバーヘッドデータに従って前記メモリセル記憶素子の一部を第2の範囲まで駆動するステップを含み、さらに前記ユーザデータをプログラムするステップが、前記第2の範囲以外の前記第1の範囲からさらに除去される少なくとも第3および第4の荷電範囲の中へ個々のメモリセル記憶素子をプログラムするステップを含む方法。
  11. 請求項9記載の方法において、
    前記ユーザデータをプログラムするステップが、所望のプログラム状態に達するまで、前記セルの状態の検証を行うことによって分離された連続するプログラミングパルスを印加するステップを含み、前記個々のパルスの振幅が第1の量だけ増加し、さらに前記オーバーヘッドデータをプログラムするステップが、所望のプログラム状態に達するまで、前記セルの状態の検証を行うことによって分離された連続するプログラミングパルスを印加するステップを含み、前記個々のパルスの振幅が前記第1の量よりも多い第2の量だけ増加し、それによって前記ユーザデータよりも高速に前記オーバーヘッドデータをプログラムするようにする方法。
  12. 請求項10記載の方法において、
    前記メモリセルアレイが、NANDアレイである方法。
  13. 請求項1記載の方法において、
    前記メモリセルアレイが、NANDアレイである方法。
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