JP4919775B2 - 不揮発性半導体記憶装置 - Google Patents

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Description

本発明は、BIST(Built−In Self−Test)による電圧トリミングを行う不揮発性半導体記憶装置に関する。
不揮発性半導体記憶装置の基準電圧、読み出し電圧、及び書き込み電圧などの制御電圧はチップによるばらつきの差が大きい。したがって、これらの電圧を、出荷前にターゲットとなる電圧に調整を行う必要がある。
従来、そのような調整などの時間短縮のために、チップ内部にテスト用回路を組み込んでおく。そして、試験者がコマンドを該テスト用回路に入力することにより、不揮発性半導体記憶装置自体が自動でこの種のテストを行うことができるようになっている。
従来に基準電圧の調整方法には、外部からターゲットとなる電圧を該テスト用回路に入力し、このターゲットとなる電圧を内部のパラメタに対応する電圧と比較するものがある(例えば、特許文献1参照)。
上記従来技術において、該テスト用回路は、調整が成功した場合は完了したフラグを立たせ(トリミングフラグ信号を出力し)て、調整を終了する。
一方、調整が不成功の場合は、該テスト回路は、パラメタに対応する電圧を増加(または減少)させることにより、外部のターゲット電圧に近い値に該基準電圧等の調整を行う。
上記従来技術では、調整を調べるタイミングで該トリミングフラグ信号にノイズが乗ってしまうと、ターゲット電圧から外れて所望の制御電圧を得ることができないという問題がある。
特開2001−255948号公報
本発明は、より適切に電圧トリミングして所望の制御電圧を得ることが可能な不揮発性半導体記憶装置を提供することを目的とする。
本発明の一態様に係る実施例に従った不揮発性半導体記憶装置は、
内部回路に供給するための制御電圧を外部から入力された外部基準電圧に設定する不揮発性半導体記憶装置であって、
選択行方向のワード線と選択列方向のビット線とに接続され、ビット情報を記憶することが可能な複数のメモリセルを有し、このメモリセルがマトリックス状に配置されたメモリセルアレイと、
前記ワード線に接続され、前記ワード線に電圧を供給し前記メモリセルを動作させるためのロウデコーダと、
前記ビット線に接続され、前記メモリセルに格納されたデータを読み出し、この読み出されたデータ及び前記メモリセルに書き込んだデータを保持するセンスアンプ装置と、
複数の前記制御電圧にそれぞれ対応した複数のパラメタを格納するパラメタレジスタと、
前記パラメタレジスタから入力された前記パラメタに対応して前記制御電圧を生成するとともに、前記制御電圧と前記外部基準電圧との大小を比較し、この比較結果に応じてトリミングフラグ信号を出力する電圧生成制御回路と、
前記トリミングフラグ信号に応じて、前記パラメタレジスタを制御して、選択した前記パラメタを前記電圧生成制御回路に出力させるパラメタ制御回路と、を備え、
前記パラメタ制御回路は、
前記パラメタレジスタから複数の前記パラメタを前記電圧生成制御回路に順次出力させ、
各パラメタに対応して電圧生成制御回路が順次出力した前記トリミングフラグ信号の発振回数をそれぞれ一定期間カウントし、
このカウント値を各パラメタに対応させて記憶し、
前記カウント値が最大になる前記パラメタを前記外部基準電圧に最も近い制御電圧に対応するパラメタとして選択することを特徴とする。
本発明に係る不揮発性半導体記憶装置によれば、より適切に電圧トリミングして所望の制御電圧を得ることができる。
以下、本発明に係る実施例について図面に基づいて説明する。なお、以下の実施例においては、NAND型フラッシュメモリに適用した場合について説明するが、NOR型フラッシュメモリ等の不揮発性半導体記憶装置にも同様に適用することができる。
図1は、本発明の一態様である実施例1に係る不揮発性半導体記憶装置100の要部構成を示すブロック図である。
図1に示すように、不揮発性半導体記憶装置100は、メモリセルアレイ1と、ロウデコーダ2と、センスアンプ装置3と、カラムデコーダ4と、データ入出力バッファ5と、第1の入出力制御回路6と、制御信号生成回路7と、アドレスデコーダ8と、電圧生成制御回路9と、パラメタ制御回路10と、パラメタレジスタ11と、同期クロック生成回路12と、を備える。
ロウデコーダ2は、ワード線に接続されている。このロウデコーダ2は、ワード線駆動回路(図示せず)を含み、メモリセルアレイ1のワード線選択及び駆動を行う。
センスアンプ装置3は、メモリセルアレイ1のビット線に接続され、メモリセルに格納されたデータを読み出し、この読み出されたデータ及びメモリセルに書き込んだデータを保持する。
カラムデコーダ4はメモリセルアレイ1のビット線選択を行う。
データ読み出し時、センスアンプ装置3に読み出されたデータは、データ入出力バッファ5を介し、第1の入出力制御回路6に出力される。
入出力制御回路6は、データ入出力バッファ5を介してコマンドを制御信号生成回路7に供給する。制御信号生成回路7は、このコマンドをデコードする。
また、制御信号生成回路7には、チップイネーブル信号CE、書き込みイネーブル信号WE、読み出しイネーブル信号RE、アドレスラッチイネーブル信号ALE、コマンドラッチイネーブル信号CLE等の外部制御信号が供給される。
制御信号生成回路7は、動作モードに応じて供給される外部制御信号及びコマンドに基づいて、データ書き込み及び消去のシーケンス制御、及びデータ読み出しの制御を行う。
制御信号生成回路7が読み出し、書き込み、消去などの各種動作を制御する信号を出力する。これにより、電圧生成制御回路9は各種動作のための制御電圧を生成する。
メモリセルのアドレスは、入出力制御回路6からデータ入出力バッファ5を介して供給される。このアドレスは、アドレスデコーダ8介してワード線制御回路2及びカラムデコーダ4に転送される。
パラメタレジスタ10は、複数の制御電圧にそれぞれ対応した複数のパラメタを格納する。これらのパラメタは、後述するように、チップ毎の制御電圧のバラツキを補整するために用いられる。
ここで、電圧生成制御回路9は、パラメタレジスタ11から入力されたパラメタに対応して該制御電圧を生成する。また、電圧生成制御回路9は、この制御電圧と外部基準電圧との大小を比較し、この比較結果に応じてトリミングフラグ信号を出力する。
パラメタ制御回路11は、パラメタを不揮発性半導体記憶装置100の出荷前に決定するためのトリミングテストを行う。このトリミングテストとは、パラメタレジスタ11に格納されたパラメタに対応する制御電圧を電圧生成制御回路9に設定し、電圧生成制御回路9で生成される制御電圧が外部基準電圧と近いかどうかをテストするものである。このパラメタ制御回路11は、トリミングフラグ信号に応じて、パラメタレジスタ10を制御して、選択したパラメタを電圧生成制御回路9に出力させるようになっている。
ここで、図2は、実施例1に係る不揮発性半導体記憶装置の電圧生成制御回路が出力するトリミングフラグ信号とパラメタ制御回路がカウントするカウンタ値のタイミング波形を示す図である。
図2に示すように、パラメタ制御回路11は、各パラメタに対応して電圧生成制御回路9が順次出力したトリミングフラグ信号の発振(ここでは、“High”から“Low”への変化)回数をそれぞれ一定期間カウントする。そして、パラメタ制御回路11は、このカウント値を各パラメタに対応させて記憶するようになっている。
また、図3は、図1のメモリセルアレイ1の要部構成を含む回路図である。
図3に示すように、メモリセルアレイ1は、選択行方向のワード線WL1〜WL31と選択列方向のビット線BL0〜BL2n+1(nは0以上の整数)とにそれぞれ接続され、マトリックス状に配置された複数のメモリセル(NANDセル)1aを有する。
このメモリセル1aは、異なるxビット(xは2以上の整数)の情報が2個のしきい値電圧に対応して格納されている。そして、読み出し電圧をワード線WL1〜WL31に印可することにより、メモリセル1aから各xビットの情報を読み出し可能である。すなわち、メモリセル1aは、多値化されている。
また、メモリセルアレイ1は、ソース線SRCとメモリセル1aとを接続する選択ゲートトランジスタ1bを有する。この選択ゲートトランジスタ1bは、ゲートにソース側選択ゲート線SGSが接続され、このソース側選択ゲート線SGSにロウデコーダ2から電圧が印可されることにより制御される。
また、メモリセルアレイ1は、ビット線BL0〜BL2n+1とメモリセル1aとを接続する選択ゲートトランジスタ1cを有する。この選択ゲートトランジスタ1cは、ゲートにドレイン側選択ゲート線SGDが接続され、このドレイン側選択ゲート線SGDにロウデコーダ2から電圧が印可されることにより制御される。
なお、メモリセル1aは、上記ソース側選択ゲート線SGSと上記ドレイン側選択ゲート線SGDとの間で直列に接続されている。
ロウデコーダ2に接続されたワード線WL0〜WL31から各メモリセルアレイ1のメモリセル1a、選択ゲートトランジスタ1b、1cのゲートに電圧を印加することにより、書き込み動作や読み出し動作の制御を行っている。このように、ロウデコーダ2は、ワード線WL0〜WL31、に電圧を供給しメモリセルを動作させる。
センスアンプ装置3は、n個のセンスアンプ回路3aを有している。各センスアンプ回路3aは、各カラム選択ゲート1dを介してデータ入出力バッファ5に接続されている。これらのカラム選択ゲート1dはカラム選択信号CSL0〜CSLnにより制御される。各センスアンプ回路3aには1対のビット線(例えば、ビット線BL0、BL1)が接続される。
センスアンプ回路3aは、メモリセルアレイ1の列方向の制御を行う。具体的には、センスアンプ回路3aは、ビット線BL0〜BL2n+1への充電を行うことにより、書き込み制御や読み出し動作を行う。
ブロック1eは、上記ソース側選択ゲート線SGSと上記ドレイン側選択ゲート線SGDとの間に配置された既述の複数のメモリセル1aで構成される。このブロック単位でデータが消去される。
セクタ1fは、同1のワード線(例えば、ワード線WL31)に接続され、同時に書き込みや読み出しされるメモリセル1aで構成される。このセクタ1fには、xページ分(例えば、3ビットの場合は3ページ分)のデータが格納される。
次に、以上のような構成、基本動作をする不揮発性半導体記憶装置100のメモリセルの各しきい値電圧に対するビット割付について説明する。
既述のように、不揮発性半導体記憶装置100は、しきい値電圧の差により複数のビット情報がメモリセル1aに格納できる。ここで、読み出し動作では、1つのセクタ1fに対し、単1ワード線に同様の手順で読み出し電圧が印加される。そして、n個の全てのセンスアンプ回路3aにより同様の手順でビット線から信号が入力される。そして、この信号がセンスアンプ回路3aにより処理され、1ページ分に相当するデータの集合がカラム方向に一括して読み込まれる。
次に、以上のような構成を有する不揮発性半導体記憶装置100のトリミングテストの動作について説明する。
図4は、実施例1に係る不揮発性半導体記憶装置のトリミングテストの動作を示すフローチャートである。また、図5は、パラメタと、制御電圧と、図4のトリミングテストの動作により得られたカウンタ値との関係を示す図である。
ここで、既述の従来技術のように、制御電圧と外部基準電圧とのアナログ的な電圧比較をした場合、該制御電圧と該外部基準電圧とが均衡すると、ノイズ起因により比較結果を示すフラグ信号が発振する可能性が高まり、比較結果の誤ラッチにより適切な値がトリミングされない可能性が生じてしまう。
そこで、本実施例では、この比較結果の発振が最も大きい場合に対応する制御電圧を、 外部基準電圧に対して最も接近していると考える。これにより、ノイズで発振する回数をカウントして、最も発振回数の多い(発振回数カウントの最大値)制御電圧に対応するパラメタを、トリミングが完了したトリミングパラメタtrim_paramとして電圧生成制御回路に設定する。これより、従来よりも、より適切な電圧トリミングを行う。
本実施例では、電圧生成制御回路9が、制御電圧が外部基準電圧に対して大きい場合に、信号の状態が“High”となるトリミングフラグ信号を出力する場合について説明する。なお、制御電圧が外部基準電圧に対して大きい場合に、トリミングフラグ信号の状態が“Low”となるようにしてもよい。
また、パラメタレジスタ10には、図5に示すように、制御電圧V1〜V7に対応したパラメタP1〜P7が格納されているものとする。また、制御電圧V1、V2、・・・V7の順にその値が大きくなるように設定されているものとする。
トリミングテストは、外部基準電圧入力13から基準となる外部基準電圧を電圧生成制御回路9に入力することにより、開始される。
先ず、図4に示すように、パラメタ制御回路11は、最も低い制御電圧V1に対応するパラメタP1(始めにトリミングテストするパラメタ)を、パラメタレジスタ10から電圧生成制御回路9に出力させる。さらに、パラメタ制御回路11は、初期状態として、最大カウンタ値max_cntを1、現在のカウンタ値cntを0に設定する(ステップS1)。
次に、電圧生成制御回路9が外部基準電圧と制御電圧V1との大小を比較して、トリミングフラグ信号を出力する(ステップS2)。すなわち、電圧生成制御回路9は、制御電圧が外部基準電圧に対して大きい場合に、信号の状態が“High”のトリミングフラグ信号を出力し、制御電圧が外部基準電圧に対して小さい場合に、信号の状態が“Low”のトリミングフラグ信号を出力する。
次に、パラメタ制御回路11は、パラメタP1に対応して電圧生成制御回路9が出力したトリミングフラグ信号の発振回数を一定期間カウントし、カウンタ値cntを得て記憶する。そして、パラメタ制御回路11は、このカウンタ値cntと現在の最大カウンタ値max_cnt=1とを比較する(ステップS3)。
そして、カウンタ値cntが現在の最大カウンタ値max_cntよりも大きい場合は、現在のパラメタ(ここではP1)をトリミングパラメタtrim_paramに設定する(ステップS4)。
このステップS4の後、パラメタ制御回路11は、パラメタレジスタ10に格納されたパラメタについて全てトリミングテストが試行されたか否かを判断する(ステップS5)。
一方、ステップS3において、カウンタ値cntが現在の最大カウンタ値max_cnt以下の場合は、上記ステップS5に進む。
パラメタP1以外にパラメタレジスタ10に未試行のパラメタ(P2〜P7)が有るので、ステップS6に進んで、ここでは、パラメタ制御回路11は、次に低い制御電圧V2に対応するパラメタP2を、パラメタレジスタ10から電圧生成制御回路9に出力させる。さらに、パラメタ制御回路11は、現在のカウンタ値cntを0に設定する。そして、ステップS2に戻って、電圧生成制御回路9が外部基準電圧と制御電圧V2との大小を比較して、トリミングフラグ信号を出力する。以降のステップはパラメタP2〜P7について同様に実施される。
一方、ステップS5において、パラメタ制御回路11により、パラメタレジスタ10に格納されたパラメタP1〜P7について全てトリミングテストが試行されたと判断されるとフローは終了する。このとき最終的に得られた最大カウンタ値max_cntに対応するパラメタがトリミングパラメタtrim_paramとして得られる。
このように、パラメタ制御回路11は、パラメタレジスタ10から複数のパラメタを電圧生成制御回路9に順次出力させ(ステップS2、S3、S4、S5、S6)、各パラメタに対応して電圧生成制御回路9が順次出力したトリミングフラグ信号の発振回数をそれぞれ一定期間カウントする(ステップSS2、S3)。そして、このカウント値を各パラメタに対応させて記憶し、カウント値が最大になるパラメタを外部基準電圧に最も近い制御電圧に対応するトリミングパラメタtrim_paramとして選択する(ステップS3、S4、S5)。
ここで、図5に示すように、ノイズ等による発振が無い場合のカウンタ値はパラメタP4〜P7のとき最大カウンタ値1になっている。パラメタP4のとき、はじめて制御電圧V4が外部基準電圧を越えたものと考えられる。したがって、パラメタP4に対応する制御電圧V4が外部基準電圧に最も近いものとして得られている。
さらに、ノイズ等による発振が有る場合のカウンタ値A〜Cは、パラメタP4のとき10、すなわち最大カウンタ値になっている。したがって、ノイズ等による発振が無い場合と同様に、パラメタP4に対応する制御電圧V4が外部基準電圧に最も近いものとして得られている。
このように、本実施例に係る不揮発性半導体記憶装置100によるトリミングテストの動作により、ノイズ等による発振が有る場合およびこの発振がない場合のでも、より適切に電圧トリミングして所望の制御電圧を得られることがわかる。
以上のようにして、不揮発性半導体記憶装置100は、電圧生成制御回路9、パラメタレジスタ10、およびパラメタ制御回路11を用いて、ロウデコーダ2、センスアンプ装置3、カラムデコーダ4等の内部回路に供給するための制御電圧を外部から入力された外部基準電圧に設定する。
本実施例においては、パラメタ制御回路11は、複数のパラメタを、低い制御電圧に対応するパラメタから高い制御電圧に対応するパラメタの順に、パラメタレジスタ10から電圧生成制御回路9に出力させる場合について説明した。しかし、パラメタ制御回路11は、複数のパラメタを、高い制御電圧に対応するパラメタから低い制御電圧に対応するパラメタの順に、パラメタレジスタ10から電圧生成制御回路9に出力させるようにしてもよい。また、任意にパラメタを選択して、全てのパラメタについてトリミングテストを試行するようにしてもよい。
以上のように、本実施例に係る不揮発性半導体記憶装置によれば、より適切に電圧トリミングして所望の制御電圧を得ることすることができる。
実施例1では、パラメタ制御回路がトリミングフラグ信号を直接カウントする構成について説明した。
本実施例では、該トリミングフラグ信号を所定の同期クロック信号に同期してカウントする構成について述べる。
図6は、本発明の一態様である実施例2に係る不揮発性半導体記憶装置200の要部構成を示すブロック図である。なお、図中、実施例1と同じ符号は、実施例1と同様の構成を示す。
図6に示すように、不揮発性半導体記憶装置200は、実施例1の構成と比較して、同期クロック信号をパラメタ制御回路11に出力する同期クロック生成回路12をさらに備える。
パラメタ制御回路11は、電圧生成制御回路9が出力したトリミングフラグ信号の発振を同期クロック信号に同期して一定時間カウントし、カウント値を得るようになっている。
なお、不揮発性半導体記憶装置200によるトリミングテストの動作は、実施例1と同様である。
図7は、実施例2に係る不揮発性半導体記憶装置の電圧生成制御回路が出力するトリミングフラグ信号、同期クロック生成回路が出力する同期クロック信号、およびパラメタ制御回路がカウントするカウンタ値のタイミング波形を示す図である。
図7に示すように、トリミングフラグ信号が出力されている間、同期クロック生成回路12は、任意の周期の同期クロック信号を生成する。パラメタ制御回路11は、同期クロック信号の立ち下がりエッジのタイミングでトリミングフラグ信号の値(“High”、または“Low”)を取得したカウンタクロック信号を生成する。例えば、パラメタ制御回路11は、このカウンタクロック信号が“High”から“Low”あるいは“Low”から“High”に変化した場合、この変化を一定期間カウントしてカウンタ値を得る。
該カウンタ値は、実施例1のカウンタ値よりも間引かれている。しかし、このカウンタ値を用いた本実施例2に係る不揮発性半導体記憶装置200のトリミングテストの動作によっても、実施例1の図5と同様な傾向の結果を得ることができる。
また、同期クロック信号をトリミングテスト期間中の任意の位置で実行することが可能となっている。これはトリミングテスト初期の立上げ時間の誤動作などの防止のためである。
以上のように、本実施例に係る不揮発性半導体記憶装置によれば、より適切に電圧トリミングして所望の制御電圧を得ることすることができる。
本発明の一態様である実施例1に係る不揮発性半導体記憶装置100の要部構成を示すブロック図である。 実施例1に係る不揮発性半導体記憶装置の電圧生成制御回路が出力するトリミングフラグ信号とパラメタ制御回路がカウントするカウンタ値のタイミング波形を示す図である。 図1のメモリセルアレイ1の要部構成を含む回路図である。 実施例1に係る不揮発性半導体記憶装置のトリミングテストの動作を示すフローチャートである。 パラメタと、制御電圧と、トリミングテストにより得られたカウンタ値との関係を示す図である。 本発明の一態様である実施例2に係る不揮発性半導体記憶装置200の要部構成を示すブロック図である。 実施例2に係る不揮発性半導体記憶装置の電圧生成制御回路が出力するトリミングフラグ信号、同期クロック生成回路が出力する同期クロック信号、およびパラメタ制御回路がカウントするカウンタ値のタイミング波形を示す図である。
符号の説明
1 メモリセルアレイ
2 ロウデコーダ
3 センスアンプ装置
4 カラムデコーダ
5 データ入出力バッファ
6 入出力制御回路
7 制御信号生成回路
8 アドレスデコーダ
9 電圧生成制御回路
10 パラメタレジスタ
11 パラメタ制御回路
12 同期クロック生成回路
13 外部信号入力
100、200 不揮発性半導体記憶装置

Claims (4)

  1. 内部回路に供給するための制御電圧を外部から入力された外部基準電圧に設定する不揮発性半導体記憶装置であって、
    選択行方向のワード線と選択列方向のビット線とに接続され、ビット情報を記憶することが可能な複数のメモリセルを有し、このメモリセルがマトリックス状に配置されたメモリセルアレイと、
    前記ワード線に接続され、前記ワード線に電圧を供給し前記メモリセルを動作させるためのロウデコーダと、
    前記ビット線に接続され、前記メモリセルに格納されたデータを読み出し、この読み出されたデータ及び前記メモリセルに書き込んだデータを保持するセンスアンプ装置と、
    複数の前記制御電圧にそれぞれ対応した複数のパラメタを格納するパラメタレジスタと、
    前記パラメタレジスタから入力された前記パラメタに対応して前記制御電圧を生成するとともに、前記制御電圧と前記外部基準電圧との大小を比較し、この比較結果に応じてトリミングフラグ信号を出力する電圧生成制御回路と、
    前記トリミングフラグ信号に応じて、前記パラメタレジスタを制御して、選択した前記パラメタを前記電圧生成制御回路に出力させるパラメタ制御回路と、を備え、
    前記パラメタ制御回路は、
    前記パラメタレジスタから複数の前記パラメタを前記電圧生成制御回路に順次出力させ、
    各パラメタに対応して電圧生成制御回路が順次出力した前記トリミングフラグ信号の発振回数をそれぞれ一定期間カウントし、
    このカウント値を各パラメタに対応させて記憶し、
    前記カウント値が最大になる前記パラメタを前記外部基準電圧に最も近い制御電圧に対応するパラメタとして選択する
    ことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
  2. 同期クロック信号を前記パラメタ制御回路に出力する同期クロック生成回路をさらに備え、
    前記パラメタ制御回路は、前記トリミングフラグ信号の発振を前記同期クロック信号に同期して一定時間カウントし前記カウント値を得る
    ことを特徴とする請求項1に記載の不揮発性半導体記憶装置。
  3. 前記パラメタ制御回路は、複数の前記パラメタを、低い前記制御電圧に対応する前記パラメタから高い前記制御電圧に対応する前記パラメタの順に、前記パラメタレジスタから前記電圧生成制御回路に出力させる
    ことを特徴とする請求項1または2に記載の不揮発性半導体記憶装置。
  4. 前記パラメタ制御回路は、複数の前記パラメタを、高い前記制御電圧に対応する前記パラメタから低い前記制御電圧に対応する前記パラメタの順に、前記パラメタレジスタから前記電圧生成制御回路に出力させる
    ことを特徴とする請求項1または2に記載の不揮発性半導体記憶装置。
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