JP6682471B2 - 半導体記憶装置 - Google Patents
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Description
第1実施形態に係る半導体記憶装置について説明する。以下では半導体記憶装置の一例として、メモリセルトランジスタが半導体基板の上方に積層された三次元積層型NAND型フラッシュメモリを例に挙げて説明する。
まず、本実施形態に係る半導体記憶装置を含むメモリシステムの構成について、図1を用いて説明する。
NAND型フラッシュメモリ100は、複数のメモリセルトランジスタを備え、データを不揮発に記憶する。NAND型フラッシュメモリ100の構成の詳細は後述する。
次に、図2を用いてNAND型フラッシュメモリ100の構成について説明する。
図3を用いてメモリセルアレイの構成について説明する。図3では、あるブロックBLKを示している。図3に示すように、ブロックBLKは複数のストリングユニットSU(SU0〜SU3)を含む。また各々のストリングユニットSUは、複数のNANDストリング131を含む。
図4〜図8を用いて、ロウデコーダ150の構成と、ブロックの選択動作(ブロック選択動作)時におけるロウデコーダ150の動作について説明する。ブロックの選択動作は、選択ブロックBLKに対するアクセス(データ読み出し、データ書き込み、データ消去)動作時に行われる動作である。
デコード回路151は、グループGP毎(本例では4つのブロック毎)に設けられている。具体的には、本例ではm+1個のグループGPに対応して、m+1個のデコード回路151が設けられている。デコード回路151は、受信信号(EN、ADDRESS)及びブロックの状態情報(GOOD、BAD)に基づいて、1つのグループGP(グループGP内の4つのブロック)を選択する。つまり、受信信号(EN、ADDRESS)で選ばれたグループGP内の選択ブロックの状態情報がGOODであれば該当する信号BLK_SELが“H”となり4つのWLSW回路(グループGP内の非選択ブロック含む)が選択される。また、受信信号(EN、ADDRESS)で選ばれたグループGP内の選択ブロックの状態情報がBADであれば、該当する信号BLK_SELは”L”となり4つのWLSW回路は非選択状態となる。
<1−4−2−1>第1回路154の構成
図5を用いて、デコード回路151<0>の第1回路154の構成について説明する。
図5に示すように、例えば第1回路154は、PMOSトランジスタ154a、154b、NMOSトランジスタ154f、154g、154h、154i、154j、154k<0>〜<3>、154l<0>〜<3>、及びインバータ154c、154d、154e、154m<0>〜<3>、154n<0>〜<3>を備えている。
続いて、ブロックの選択動作時の第1回路154の動作について説明する。
デコード回路151に対応するグループが選択される場合について説明する。ブロック選択動作が始まると、シーケンサ111からアドレスが入力され、デコード回路151に対応するグループが選択されるので、NMOSトランジスタ154f、154g、154h、及び154iがオン状態となる。その後、信号ENBは“L”レベルから“H”レベルとなる。これにより、ノードN1がノードN5に電気的に接続される。そして、シーケンサ111からグループGP内のブロックBLKアドレスが入力され対応するNMOSトランジスタ154lがオン状態となり、良好なグループGP内のブロックBLKが選択される場合、NMOSトランジスタ154kがオン状態となる。これにより、ノードN1は、グランドに電気的に接続されることとなる。その結果、ノードN1は“L”レベルとなり、信号RDEC_SEL及びBLK_SELは“H”レベルとなる。
デコード回路151に対応するグループが選択されない場合について説明する。ブロック選択動作が始まると、シーケンサ111からアドレスが入力され、信号ENBは“L”レベルから“H”レベルとなるが、デコード回路151に対応するグループが選択されないので、NMOSトランジスタ154f、154g、154h、及び154iのいずれかがオフ状態となる。その結果、ノードN1の電位は“H”レベルに維持され、信号RDEC_SEL及びBLK_SELは”L“レベルに維持される。
次に、信号生成回路152及びデコード回路151<0>の第2回路155について説明する。
図4に示すように、信号生成回路152(本実施例ではロウデコーダの外に配置)は、信号BADCHK毎にPMOSトランジスタ152aを備えている。PMOSトランジスタ152aは、信号BADCHKを生成する。具体的には本実施例では、4つの信号BADCHK<0>〜<3>に対応して4つのPMOSトランジスタ152a<0>〜<3>が設けられている(本実施例では信号BADCKHを“H”レベルプリチャージ方式のためPMOSトランジスタが用いられている)。これはグループGP内のブロックBLK数に対応したものであり、本実施例ではグループGP内のブロックBLK数が4つであるため、信号BADCHK及びPMOSトランジスタ152a<0>〜<3>は4セットある。PMOSトランジスタ152aはソースに電源電圧VRD(ロウデコーダに使用される電源)が印可され、ゲートに信号GBCが供給され、ドレインが信号BADCHKを供給するための信号線に接続される。信号GBCは、シーケンサ111から供給される。なお、信号BADCHKを供給するための信号線は、他のデコード回路151の第2回路155にも接続される。本実施例では信号生成回路152のソースにVRD電源を使用しているが、本提案内容が実現できる限りにおいて別の電源でも構わない(必ずしもロウデコーダで使用されている電源である必要はない)。
続いて、ブロックの選択動作時の信号生成回路152及び第2回路155の動作について説明する。
デコード回路151に対応するグループが選択される場合について説明する。ブロック選択動作が始まると、上述したように信号RDEC_SELが“H”レベルとなる。そのため、NMOSトランジスタ155b<0>〜<3>がオン状態となる。
次に、デコード回路151に対応するグループが選択されない場合について説明する。ブロック選択動作が始まると、上述したように信号RDEC_SELが“L”レベルとなる。そのため、NMOSトランジスタ155b<0>〜<3>がオフ状態となる。これにより、信号BADCHK<0>〜<3>は“H”レベルに維持される。
図4に示すように、記憶部153は、信号LBCに基づいて信号BADCHK<0>〜<3>を記憶する。そして、記憶部153は、第3回路156に、信号BADCHK<0>〜<3>を、信号BADCHK_LAT<0>〜<3>として供給する。本例では、信号BADCHK<Y>が“L”レベルである場合、信号BADCHK_LAT<Y>も“L”レベルであるとする。他方で信号BADCHK<Y>が“H”レベルである場合、信号BADCHK_LAT<Y>も“H”レベルであるとする。信号LBCは、シーケンサ111から供給される。
図4に示すように、第3回路156は、信号EN、アドレス、及び信号BADCHK_LAT<0>〜<3>に基づいて、信号SEL<3:0>、及びUSEL<3:0>を下記要求を満たすように生成するロジック回路である(形式は問わず)。あるグループGPが選択された場合の第3回路156の動作を下記に記す。
次に、図7を用いて、図4の選択部157について説明する。ここでは、簡単のため、ワード線WL(本例ではワード線WL0〜WL47)に関する選択部HVSWに着目して説明する。なお、SGD/SGSに関する選択部は従来通りの制御であるため、説明を割愛する。
選択部157は、グループGP内のブロックBLK<Y>に対応して選択部HVSW<Y>を備えている。具体的には図7に示すように、例えば選択部157は、グループGP内のブロックBLK<0>〜<3>に対応して選択部HVSW<0>〜<3>を備えている。選択部HVSW<0>〜<3>は、それぞれ、NMOSトランジスタ157a、157bを備えている。
次に、図7および図8を用いて、選択されたグループGP内のWLSW回路と選択部157の動作について説明する。
デコード回路151に対応するグループが選択される場合について説明する。ブロック選択動作が始まると、上述したように信号BLK_SELは“H”レベルとなる。これにより、選択されたグループGP内の4つのWLSW回路はオン(接続)状態となる。つまり、選択されたグループGP内の4つのWLSW回路に設けられたNMOSトランジスタ158a、158b、および158cはオン状態となる(図8参照)。
デコード回路151に対応するグループが選択されない場合について説明する。ブロック選択動作が始まると、上述したように信号BLK_SELは“L”レベルとなる。これにより、選択されていないグループGP内のWLSW回路はオフ状態となるため、非選択グループのワード線WLは電気的に浮遊状態となる。 デコード回路151<0>の構成について説明したが、デコード回路151<1>〜<m>も、上述したデコード回路151<0>と同様の構成である。
図9を用いて、ブロック選択動作時の、各信号の波形について説明する。ここでは、選択されるグループに係るデコード回路151及び関係する制御回路に係る信号に着目して説明する。
ブロック選択動作の開始前において、シーケンサ111は、信号EN、GBC、及びLBCを“L”レベルにする。上述したように、時刻T0の時点では、信号RDEC_SEL、BLK_SELは“L”レベルとなる。
ブロック選択動作が開始されると、シーケンサ111は、信号EN、及びGBCを“H”レベルにし、アドレスをデコード回路151に供給する。時刻T1〜時刻T2の間に、第1回路154は、選択されたグループGPについて信号RDEC_SEL、BLK_SELを“H”レベルにする。
信号生成回路152及び第2回路155は、不良ブロックに対応する信号BADCHKを“L”レベルにし、良好ブロックに関する信号BADCHKを“H”レベル(フローティングの“H”)に維持する。同様に、不良ブロックに対応する信号BADCHK_LATは“L”レベルとなり、良好ブロックに関する信号BADCHK_LATは“H”レベルとなる。
信号BADCHKが安定した後、シーケンサ111は、信号LBCを“H”レベルにする。これにより、記憶部153は、信号BADCHK_LATを記憶する。そして、選択部157は、上述したグループGP内の4ブロックのCG線の選択動作を行う。
以下に、上述した実施形態の効果を説明するために、図10を用いて、比較例について説明する。
第2実施形態について説明する。第2実施形態では、選択部157の別の例について説明する。尚、第2実施形態に係る記憶装置の基本的な構成及び基本的な動作は、上述した第1実施形態に係る記憶装置と同様である。従って、上述した第1実施形態で説明した事項及び上述した第1実施形態から容易に類推可能な事項についての説明は省略する。
図11、及び図12を用いて、ロウデコーダ150の構成と、ブロックの選択動作時におけるロウデコーダ150の動作について説明する。
図11に示すように、第3回路156は、信号EN、アドレス、及び信号BADCHK_LAT<0>〜<3>に基づいて、信号UCGSW<3:0>、SEL<3:0>、及びUSEL<3:0>を生成する。
<2−1−2−1>選択部157の構成
次に、図12を用いて、選択部157について説明する。ここでは、簡単のため、ワード線WLに関する選択部HVSWに着目して説明する。
次に、ブロックの選択動作時の選択部157の動作について説明する。
デコード回路151に対応するグループが選択される場合について説明する。ブロック選択動作が始まると、上述したように信号BLK_SELは“H”レベルとなる。これにより、対応するWLSW回路はオン状態となる。
デコード回路151に対応するグループが選択されない場合について説明する。ブロック選択動作が始まると、上述したように信号BLK_SELは“L”レベルとなる。これにより、対応するWLSW回路はオフ状態となる。そのため、非選択グループのワード線WLは電気的に浮遊状態となる。
上述した実施形態によれば、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。また、プリデコード方式を用いることで回路面積を周辺回路部に持たせることで局所的な回路面積の圧迫をさけることも可能である。
第3実施形態について説明する。第3実施形態では、選択部157の更に別の例について説明する。尚、第3実施形態に係る記憶装置の基本的な構成及び基本的な動作は、上述した第1実施形態に係る記憶装置と同様である。従って、上述した第1実施形態で説明した事項及び上述した第1実施形態から容易に類推可能な事項についての説明は省略する。
図13、及び図14を用いて、ロウデコーダ150の構成と、ブロックの選択動作時におけるロウデコーダ150の動作について説明する。
図13に示すように、第3回路156は、信号EN、アドレス、及び信号BADCHK_LAT<0>〜<3>に基づいて、信号UCGXSW<3:0>、SEL<3:0>、USEL<3:0>を生成する。
<3−1−2−1>選択部157の構成
次に、図14を用いて、選択部157について説明する。ここでは、簡単のため、ワード線WLに関する選択部HVSWに着目して説明する。
次に、ブロックの選択動作時の選択部157の動作について説明する。
デコード回路151に対応するグループが選択される場合について説明する。ブロック選択動作が始まると、上述したように信号BLK_SELは“H”レベルとなる。これにより、対応するWLSW回路はオン状態となる。
デコード回路151に対応するグループが選択されない場合について説明する。ブロック選択動作が始まると、上述したように信号BLK_SELは“L”レベルとなる。これにより、対応するWLSWはオフ状態となる。そのため、非選択グループのワード線WLは電気的に浮遊状態となる。
上述した実施形態によれば、半導体記憶装置は、デコード回路151に対応するグループが選択され、且つその中に不良ブロックが存在する場合は、その不良ブロックに電圧UCGXを転送する。これにより、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
第4実施形態について説明する。第4実施形態では、第2回路の別の例について説明する。尚、第4実施形態に係る記憶装置の基本的な構成及び基本的な動作は、上述した第1実施形態に係る記憶装置と同様である。従って、上述した第1実施形態で説明した事項及び上述した第1実施形態から容易に類推可能な事項についての説明は省略する。
<4−1−1>第2回路155の構成
次に、第2回路155について説明する。
第4実施形態に係る第2回路155の基本的な動作は、第1実施形態に係る第2回路155と同様である。
上述した実施形態によれば、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
尚、上述した各実施形態では、第1回路154に記憶されている不良情報に基づいて、選択されたグループGP内の不良ブロックのワード線WLへ転送する電圧を制御している。しかしながら、第1回路154に記憶されている不良情報の代わりに良好情報を用いるような構成であっても良い。例えば、この場合、第2回路155のNMOSトランジスタ155aまたは155dは良好情報に基づいて、信号BADCHK(信号BADCHK_LAT)を“L”レベルにする。そして、第3回路156は、信号BADCHK_LATが“H”レベルの場合、対象のブロックが不良であるとして、各信号を生成すれば良い。
(1)読み出し動作では、
Aレベルの読み出し動作に選択されたワード線に印加される電圧は、例えば0V〜0.55Vの間である。これに限定されることなく、0.1V〜0.24V, 0.21V〜0.31V, 0.31V〜0.4V, 0.4V〜0.5V, 0.5V〜0.55Vいずれかの間にしてもよい。
プログラム動作時に選択されたワード線に最初に印加される電圧は、例えば13.7V〜14.3Vの間である。これに限定されることなく、例えば13.7V〜14.0V, 14.0V〜14.6Vいずれかの間としてもよい。
書込み動作の時間(tProg)としては、例えば1700μs〜1800μs, 1800μs〜1900μs, 1900μs〜2000μsの間にしてもよい。
(3)消去動作では、
半導体基板上部に形成され、かつ、上記メモリセルが上方に配置されたウェルに最初に印加する電圧は、例えば12V〜13.6Vの間である。この場合に限定されることなく、例えば13.6V〜14.8V, 14.8V〜19.0V, 19.0〜19.8V, 19.8V〜21Vの間であってもよい。
消去動作の時間(tErase)としては、例えば3000μs〜4000μs, 4000μs〜5000μs, 4000μs〜9000μsの間にしてもよい。
(4)メモリセルの構造(2D NANDの例)は、
半導体基板(シリコン基板)上に膜厚が4〜10nmのトンネル絶縁膜を介して配置された電荷蓄積層を有している。この電荷蓄積層は膜厚が2〜3nmのSiN、またはSiONなどの絶縁膜と膜厚が3〜8nmのポリシリコンとの積層構造にすることができる。また、ポリシリコンにはRuなどの金属が添加されていても良い。電荷蓄積層の上には絶縁膜を有している。この絶縁膜は、例えば、膜厚が3〜10nmの下層High−k膜と膜厚が3〜10nmの上層High−k膜に挟まれた膜厚が4〜10nmのシリコン酸化膜を有している。High−k膜はHfOなどが挙げられる。また、シリコン酸化膜の膜厚はHigh−k膜の膜厚よりも厚くすることができる。絶縁膜上には膜厚が3〜10nmの仕事関数調整用の材料を介して膜厚が30nm〜70nmの制御電極が形成されている。ここで仕事関数調整用の材料はTaOなどの金属酸化膜、TaNなどの金属窒化膜である。制御電極にはWなどを用いることができる。
100…NAND型フラッシュメモリ、
110…周辺回路、
120…コア部、
150…ロウデコーダ、
151…デコード回路、
152…信号生成回路、
153…記憶部、
154…第1回路、
155…第2回路、
156…第3回路、
157…選択部、
200…メモリコントローラ、
300…ホストデバイス。
Claims (10)
- ワード線に接続されるメモリセルと、
複数のメモリセルを備えるブロックと、
少なくとも第1ブロック、第2ブロック及び第1不良ブロックを備える第1グループと、
少なくとも第3ブロック、第4ブロック及び第2不良ブロックを備える第2グループと、
前記第1グループを制御する第1デコード回路と、
前記第2グループを制御する第2デコード回路と、
を備え、
前記第1ブロックを選択する場合、
前記第1デコード回路は、
前記第1ブロックのワード線に第1電圧を転送し、
前記第2ブロックのワード線に前記第1電圧よりも低い第2電圧を転送し、
前記第1不良ブロックのワード線を電気的に浮遊状態にし、
前記第2デコード回路は、
前記第3ブロック、前記第4ブロック、及び前記第2不良ブロックのワード線を電気的に浮遊状態にする
半導体記憶装置。 - ワード線に接続されるメモリセルと、
複数のメモリセルを備えるブロックと、
少なくとも第1ブロック、第2ブロック及び第1不良ブロックを備える第1グループと、
少なくとも第3ブロック、第4ブロック及び第2不良ブロックを備える第2グループと、
前記第1グループを制御する第1デコード回路と、
前記第2グループを制御する第2デコード回路と、
を備え、
前記第1ブロックを選択する場合、
前記第1デコード回路は、
前記第1ブロックのワード線に第1電圧を転送し、
前記第2ブロックのワード線に前記第1電圧よりも低い第2電圧を転送し、
前記第1不良ブロックのワード線に前記第2電圧とは異なる任意の第3電圧を転送し、
前記第2デコード回路は、
前記第3ブロック、前記第4ブロック、及び前記第2不良ブロックのワード線を電気的に浮遊状態にする
半導体記憶装置。 - 前記第1デコード回路及び前記第2デコード回路は、ブロックの不良情報を記憶し、前記不良情報を用いて、選択されたグループ内の非選択ブロックが不良/良好ブロックであった場合にそれぞれのブロックのワード線の電圧を制御する
請求項1または2に記載の半導体記憶装置。 - 前記不良情報を読み出す際、選択されたグループに対応する前記不良情報をパラレルに読み出し、前記不良情報を元に選択されたグループ内の非選択ブロックが不良であった場合に、不良である非選択ブロックのワード線の電圧と、良好である非選択ブロックのワード線の電圧と、を変える
請求項3に記載の半導体記憶装置。 - 前記不良情報を読み出す際、選択されたグループに対応する前記不良情報をシリアルに読み出し、前記不良情報を元に選択されたグループ内の非選択ブロックが不良であった場合に、不良である非選択ブロックのワード線の電圧と、良好である非選択ブロックのワード線の電圧と、を変える
請求項3に記載の半導体記憶装置。 - 選択されたグループに対応する前記不良情報の読み出しにおいて、選択ブロックの読み出しの裏で非選択ブロックの読み出しを行う
請求項3乃至5のいずれか一項に記載の半導体記憶装置。 - 選択されたグループ内の非選択ブロックのワード線の電圧制御は、非選択ワード線用の前記第2電圧を生成するドライバと、ワード線との接続制御で行う請求項1乃至6のいずれか一項に記載の半導体記憶装置。
- 選択されたグループ内の非選択ブロックのワード線の電圧制御は、非選択ワード線用の複数のドライバとワード線との接続制御で行う
請求項1乃至7のいずれか一項に記載の半導体記憶装置。 - 選択されたグループに対応する前記不良情報の読み出しは、通常の読み出し動作、或いはセル信頼性確保のための読み出し動作で実施される
請求項3乃至6のいずれか一項に記載の半導体記憶装置。 - 前記メモリセルは、不揮発性半導体メモリである
請求項1乃至9のいずれか一項に記載の半導体記憶装置。
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