KR20070038036A - 불휘발성 반도체 장치 및 불휘발성 반도체 장치의 소거동작 불량 자동 구제 방법 - Google Patents

Abstract

미리 예비 섹터를 블랭크 상태로 해두고, 실사용에 있어서의 이레이즈 조작시마다 이레이즈 펄스수를 카운트한 리이레이즈 펄스 인가 중의 과전류 발생의 유무를 모니터하고, 롱 이레이즈 불량이 발생한 통상 섹터를 예비 섹터로 자동 전환하도록 하였다. 이것에 의하여, 예비 섹터에 자동 리던던시한 후의 예비 섹터의 재이레이즈 동작을 필요로 하지 않고 롱 이레이즈 불량을 구제하는 것이 가능하게 된다.

Description

불휘발성 반도체 장치 및 불휘발성 반도체 장치의 소거 동작 불량 자동 구제 방법{NON-VOLATILE SEMICONDUCTOR DEVICE AND METHOD FOR AUTOMATICALLY CORRECTING NON-VOLATILE SEMICONDUCTOR DEVICE ERASE OPERATION FAILURE}

본 발명은 불휘발성 반도체 장치 및 그 소거 동작 불량 자동 구제 방법에 관한 것으로, 더 상세하게는, 섹터 내에 격납된 데이터가 규정 시간 내에 소거 불능이 되는 동작 불량(롱 이레이즈(Long Erase) 불량)을 단시간에 자동 구제 가능한 불휘발성 반도체 장치 및 롱 이레이즈 불량의 자동 구제 방법에 관한 것이다.

불휘발성 반도체 장치의 하나로서, 코어 셀의 집합으로서의 섹터를 단위로 하여 구성되는 플래쉬 메모리가 알려져 있다. 플래쉬 메모리에서는 정규 섹터(통상 섹터)와는 별도로 통상 섹터의 불량 구제를 위한 리던던시 섹터(예비 섹터)를 동일한 칩 상에 설치하여 두고, 제조 프로세스 중의 시험·검사 공정에서 발견된 불량 통상 섹터를 상기 예비 섹터로 구제하기 위한 리던던시 회로를 설치하는 경우가 있다. 예를 들면, 제품 출하 후의 실사용 시에 규정 시간 내에 이레이즈(erase)할 수 없는 플래쉬 메모리 칩은 「롱 이레이즈 불량」으로서 불량품으로 간주되기 때문에, 출하 전의 제품 시험·검사 공정에서 이레이즈 불량을 검출하고, 필요에 따라서 상기 예비 섹터에서 리던던시 또는 스크리닝이 실시된다.

그러나, 이레이즈 불량을 완전하게 리던던시·스크리닝하는 것은 사실상 어렵고, 제품 출하 후의 실사용시에「롱 이레이즈 불량」이 발생할 수 있다. 일본 공개 특허 공보 평8-7597호에는 최종 사용자에 의한 실사용시에 발생하는 불량의 자동 구제를 가능하게 하는 불휘발성 반도체 기억장치가 개시되어 있다. 그 장치에서는 실사용 단계에 있어서 불휘발성 메모리 셀의 쓰기 특성 또는 소거 특성의 열화(劣化)가 발생하였을 경우에 이 쓰기 특성 또는 소거 특성이 열화된 메모리 셀이 선택되지 않도록 하기 위한 회로가 설치되고, 이것에 의하여 메모리 특성은 양호하게 유지된다.

그러나, 일본 공개 특허 공보 평8-7597호에 기재된 장치에 있어서는 자동 리던던시 후의 섹터를 재차 이레이즈 처리하도록 하기 때문에, 섹터 불량의 자동 구제 처리 시간을 단축시킬 여지가 남아 있었다.

본 발명은 이러한 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은 섹터에 격납된 데이터를 규정 시간 내에 소거할 수 없는 동작 불량(롱 이레이즈 불량)을 단시간에 자동 구제하고, 롱 이레이즈 불량이 발생하지 않는 것과 실질적으로 동등한 사용 환경의 사용자에게 제공할 수 있는 반도체 장치 및 롱 이레이즈 불량의 자동 구제를 실시할 수 있는 리던던시 방법을 제공하는 것에 있다.

본 발명은 과제를 해결하기 위하여, 제1 발명은 전기적으로 소거·쓰기가 가능한 정규 섹터와, 상기 정규 섹터를 리던던시하기 위한 전기적 소거·쓰기 가능한 예비 섹터와, 소거 커맨드 입력에 대응하는 상기 정규 섹터를 선택하기 위한 디코더와, 소거 동작중, 상기 정규 섹터의 소거 특성을 모니터링하는 모니터 회로와, 선택된 정규 섹터가 열화된 소거 특성을 가지고 있는 경우, 상기 선택된 정규 섹터를 대신하여 상기 예비 섹터를 자동 선택하는 제어 회로를 구비하고, 상기 예비 섹터는 상기 자동 선택 전의 초기 상태에 있어서 소거 상태로 되어 있는 반도체 장치이다.

좋기로는, 상기 선택된 정규 섹터의 소거 특성이 소정 시간 내에는 소거가 불완전한 것을 나타내고 있는 경우, 상기 제어 회로는 상기 예비 섹터를 자동 선택한다.

상기 모니터 회로는 소거 펄스를 카운트하는 펄스 카운터를 구비하고, 카운트된 펄스수에 기초하여 상기 선택된 정규 섹터의 소거 특성을 모니터하는 구성으로 할 수 있다. 이 경우, 상기 제어 회로는 소거 동작을 검증하고, 소정의 펄스수에 있어서 소거 동작이 끝나지 않은 것을 나타내고 있을 때에, 상기 제어 회로는 상기 예비 섹터를 자동 선택하는 구성으로 할 수 있다.

또한, 상기 모니터 회로는 소거 동작 중에 상기 선택된 정규 섹터를 흐르는 리크 전류를 검출하는 전류 검출 회로를 구비한 구성으로 할 수도 있다. 이 경우, 소거 동작 중, 상기 리크 전류가 소정 전류량에 도달하였을 때에, 상기 제어 회로는 상기 예비 섹터를 자동 선택하는 구성으로 할 수 있다. 상기 리크 전류는, 예를 들면 상기 선택된 정규 섹터의 워드선과 웰의 사이를 흐르는 전류이다.

상기 제어 회로는 상기 열화된 소거 특성을 가지는 상기 선택된 정규 섹터의 어드레스를 기억하는 내부 참조 가능 메모리(CAM)를 구비하는 구성으로 할 수 있다.

또한, 상기 제어 회로는 상기 열화된 소거 특성을 가지는 상기 선택된 정규 섹터의 어드레스를 기억하는 내부 참조 가능 메모리(CAM)와, 상기 소거 커맨드로 지시되는 어드레스와 상기 CAM 내의 어드레스를 비교하여 일치하였을 경우에, 상기 디코더에 상기 예비 섹터를 선택시키는 비교 회로를 가지는 구성으로 할 수도 있다.

또한, 상기 제어 회로는 상기 선택된 정규 섹터의 소거 동작을 검증하고, 바르게 소거되어 있는 경우에는 해당 정규 섹터를 쓰기 상태로 한다.

또한, 상기 제어 회로가 상기 예비 섹터를 자동 선택할 수 없는 경우에는 소정의 최대 소거 펄스수가 주어질 때까지, 상기 제어 회로는 상기 선택된 정규 섹터의 소거를 계속하여 실시하는 구성으로 할 수 있다.

상기 예비 섹터는 상기 정규 섹터와 동일한 구성으로 할 수 있다. 또한, 상기 CAM은 상기 선택된 정규 섹터의 어드레스를 기억하는 불휘발성 메모리 셀을 포함하는 구성으로 할 수 있다.

본 발명은, 또한 소거 커맨드에 의하여 선택된 정규 섹터 내의 데이터를 소거하는 스텝(a)과, 선택된 정규 섹터의 소거 특성을 모니터하는 스텝(b)과, 상기 선택된 정규 섹터가 열화된 소거 특성을 가지는 경우에, 상기 선택된 정규 섹터를 대신하여, 예비 섹터를 선택하기 전의 초기 상태에 있어서 소거 상태로 되어 있는 예비 섹터를 선택하는 스텝(c)을 가지는 불휘발성 메모리의 리던던시 방법이다.

상기 스텝(c)은 상기 선택된 정규 섹터의 소거 특성이 소정 시간 내에는 소거가 불완전한 것을 나타내고 있는 경우, 상기 예비 섹터를 자동 선택하는 구성으로 하는 것이 좋다.

또한, 상기 스텝(b)은 소거 펄스를 카운트하는 스텝을 가지고, 카운트된 펄스수에 기초하여 상기 선택된 정규 섹터의 소거 특성을 모니터하는 구성으로 할 수 있다.

또한, 상기 스텝(b)은 소거 동작 중에 상기 선택된 정규 섹터를 흐르는 리크 전류를 검출하는 스텝을 가지는 구성으로 할 수도 있다.

또는 상기 스텝(b)는 소거 동작 중에 상기 선택된 정규 섹터의 워드선과 웰의 사이를 흐르는 리크 전류를 검출하는 스텝을 가지는 구성으로 할 수도 있다.

또한, 상기 열화된 특성을 가지는 상기 선택된 정규 섹터의 어드레스를 기억하는 스텝을 가지는 구성으로 할 수 있다.

또는 상기 열화된 소거 특성을 가지는 상기 선택된 정규 섹터의 어드레스를 기억하는 스텝과, 상기 소거 커맨드로 지시되는 어드레스와 상기 기억된 어드레스를 비교하여, 일치되는 경우에는 상기 예비 섹터를 선택하는 스텝을 가지는 구성으로 할 수 있다.

본 발명의 불휘발성 반도체 장치에 대하여는 제품 출하 전의 최종 공정에 있어서 예비 섹터의 데이터를 모두 소거하여 이레이즈 상태(블랭크)로 하여 두고, 사용자가 실시하는 이레이즈 조작시마다, 장치 내부에서 이레이즈 펄스수를 카운트하거나 이레이즈 펄스 인가 중의 워드선/P-Well 간 전류을 모니터하고, 장치에 롱 이레이즈 불량이 발생하였다고 인식되기 전에 예비 섹터의 자동 교체를 완료한다. 따라서, 예비 섹터에 자동 리던던시한 후의 예비 섹터의 재이레이즈 동작을 필요로 하지 않고도, 사용자의 실사용시에 발생한 롱 이레이즈 불량을 구제하는 것이 가능해진다. 또한, 자동 구제 후에 불량 섹터를 이레이즈하는 커맨드가 입력되었을 경우에도, 이 입력 커맨드에 대응하는 섹터의 어드레스와 불량 섹터 어드레스의 일치·불일치가 판단되고, 불량 섹터 선택 커맨드를 취소하여 예비 섹터가 선택되기 때문에, 예비 섹터로의 교체가 자동적으로 오퍼레이션된다.

이 결과, 실사용하는 사용자에게는 마치 통상 섹터의 롱 이레이즈 불량이 전혀 발생하지 않은 것처럼 느껴져 이레이즈 동작이 통상대로 완료된 것과 동일한 사용 환경이 제공된다. 또한, 제품 출하에 있어서, 리던던시 섹터인 예비 섹터를 이레이즈 상태(블랭크 상태)로 하고 있기 때문에, 예비 섹터에의 자동 리던던시 처리 후에 그 섹터를 재차 이레이즈 처리하는 것이 불필요하게 되고, 단시간에 자동 구제 처리가 완료된다.

이와 같이, 본 발명에 의하여, 섹터에 격납된 데이터를 규정 시간 내에 소거할 수 없는 동작 불량(롱 이레이즈 불량)을 단시간에 자동 구제 가능한 불휘발성 반도체 장치 및 방법을 제공하는 것이 가능해진다.

도 1은 본 발명의 불휘발성 반도체 기억장치가 실행하는 롱 이레이즈 불량 자동 구제동작의 제1 시퀀스예를 설명하기 위한 플로차트이다.

도 2는 도 1에 나타낸 일련의 시퀀스를 실행하는 본 발명의 불휘발성 반도체 기억장치의 자동 구제 처리부의 제1 구성예의 개략을 설명하기 위한 블록도이다.

도 3A 및 도 3B는 자동 리던던시 CAM의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 4는 어드레스 일치 검출 회로로부터 어드레스 일치 검출 신호가 출력되는 동작예를 설명하기 위한 도면이다.

도 5는 도 4에서 출력된 어드레스 일치 검출 신호(L)에 기초하여 예비 섹터를 선택하는 동작을 설명하기 위한 도이다.

도 6은 이레이즈 불량으로 판정되었을 경우에 롱 이레이즈 검출 신호에 기초하여 자동 리던던시 CAM의 프로그램을 실행하는 회로 구성예를 설명하기 위한 도면이다.

도 7A 및 도 7B는 규정 이레이즈 펄스 검출 회로의 구성·동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 8은 본 발명의 불휘발성 반도체 기억장치가 실행하는 롱 이레이즈 불량 자동 구제 동작의 제2 시퀀스예를 설명하기 위한 플로차트이다.

도 9는 도 8에 나타낸 일련의 시퀀스를 실행하는 본 발명의 불휘발성 반도체 기억장치의 자동 구제 처리부의 제2 구성예의 개략을 설명하기 위한 블럭도이다.

도 10은 이레이즈 동작 중의 메모리 셀의 코어 부분의 단면도이다.

도 11은 워드선과 P-Well의 사이에 흐르는 전류량을 모니터하여 리크 전류 검출 신호를 출력하기 위한 회로 구성예를 설명하기 위한 도이다.

이하에 도면을 참조하여, 본 발명을 실시하기 위한 최선의 상태에 대하여 설명한다.

(실시예 1)

도 1은 본 발명의 불휘발성 반도체 기억장치가 실행하는 롱 이레이즈 불량 자동 구제 동작의 제1 시퀀스예(실시예1)를 설명하기 위한 플로차트이다.

이 자동 구제 동작을 위한 회로는 본 실시예의 불휘발성 반도체 기억장치가 구비하는 기억부와 동일한 칩 내에 설치되고, 후술하는 순서에 의하여 통상 섹터의 롱 이레이즈 불량을 자동적으로 구제하는 것이다.

본 실시예의 불휘발성 반도체 기억장치가 구비하는 기억부의 구성은 종래와 같은 구성이므로, 이하에서는 롱 이레이즈 불량 자동 구제 동작을 실행하는 회로 구성에 대하여 설명한다.

이 불휘발성 반도체 기억장치는 정규 섹터인 「통상 섹터」와 리던던시 섹터인「예비 섹터」를 구비하고 있고, 예비 섹터는 제조 출하 전의 최종 시험·검사 단계에서 이레이즈 상태(블랭크 상태)로 된다. 따라서, 사용자에 의한 실 사용시에 이 불휘발성 반도체 기억장치를 최초로 데이터를 소거(erase)할 단계에서는 예비 섹터는 블랭크 상태에 있다. 또한, 이 예비 섹터는 후술하는 자동 리던던시 CAM가 기억하고 있는 「불량 섹터 어드레스」와「이레이즈 커맨드 입력 어드레스」가 일치하였을 경우에, 롱 이레이즈 불량으로 되어 있는 통상 섹터의 변환을 위하여 선택되는 섹터이고, 그 구조는 상기 통상 섹터와 동일하다.

본 실시예의 장치에서는 선택된 통상 섹터의 규정 시간내에서의 데이터 소거가 정상적으로 실행되었는 지 여부를 자동적으로 판단하고, 해당 통상 섹터가 「롱 이레이즈 불량」이라고 판단되었을 경우에 블랭크 상태에 있는 예비 섹터로 옮겨놓 는 일련의 제어가 실행된다. 그 일련의 순서를 도 1을 참조하여 설명한다.

사용자에 의하여, 통상 섹터에 격납되어 있는 데이터를 소거하기 위한 명령(이레이즈 커맨드)가 입력되면, 이 명령에 따라서 장치 내에서 다음과 같은 동작이 실행된다.

먼저, 통상 섹터가 프로그램 상태에 있는 지 여부를 판단하고(스텝 S101), 프로그램 상태에 없는 경우(스텝 S101: NO)에는 그 섹터에 쓰기를 하여 프로그램 상태로 한다(스텝 S102).

통상 섹터가 프로그램 상태에 있는 것이 확인되면(스텝 S101: YES), 그 섹터에 격납되어 있는 프로그램을 소정 시간(△t)에 이레이즈하기 위한 동작이 실행되고(스텝 S103), 실제로 이레이즈되어 있는지 아닌지가 판단된다(스텝 S104).

섹터가 이레이즈 상태에 있다고 판단되면(스텝 S104:YES), 그 섹터의 이레이즈는 완료되고(스텝 S107), 이레이즈 양호 상태가 유지된다(스텝 S108).

한편, 섹터가 이레이즈되어 있지 않다고 판단되면(스텝 S104: N0), 그 섹터에의 이레이즈 동작(스텝 S103)의 총 시간이 「롱 이레이즈 불량」으로 판정되는 소정 시간(t) 미만인지 여부를 판단하기 위하여, 이레이즈 동작 회수에 상당하는 이레이즈 펄스수(n)가 소정 회수에 이르렀는 지 여부를 판단한다(스텝 S105).

이레이즈 펄스수(n)가 소정 회수에 이르지 않은 경우(스텝 S105: NO)에는 이레이즈 동작에 필요한 총시간(n·△t)은 롱 이레이즈 불량으로 판정된 소정 시간(t)에 도달하지 않았기 때문에(n·△t<t), 다시 이레이즈 동작이 실행되고(스텝S103), 이후에는 스텝 S103 내지 스텝 S105를 반복한다.

또한, 이레이즈 펄스수(n)가 미리 정해진 회수에 도달하면(스텝 S105: YES), 그 통상 섹터의 이레이즈 동작에 필요한 총시간(n·△t)은 「롱 이레이즈 불량」이라고 판정되는 소정 시간(t)에 이르지 않았기 때문에(n·△t≥t), 이 통상 섹터를 예비 섹터로 교체하기 위한 처리가 실행된다.

구체적으로는, 본 발명의 장치가 구비하고 있는 섹터 자동 리던던시 CAM에, 롱 이레이즈 불량으로 판정된 통상 섹터의 어드레스가 「불량 섹터 어드레스」로서 프로그램되고, 이 통상 섹터가 블랭크 상태에 있는 예비 섹터에 자동적으로 교체되어 섹터 교체를 한다(스텝 S106).

예비 섹터에의 자동 교체가 완료되면(스텝 S106:YES), 통상 섹터의 이레이즈 커맨드에 대응하는 이레이즈 처리는 완료되고(스텝 S107), 그 장치의 이레이즈 양호 상태가 유지된다(스텝 S108).

한편, 블랭크 상태의 예비 섹터가 발견되지 않는 등의 사정에 의하여 예비 섹터으로의 자동 교체를 완료할 수 없는 경우(스텝 S106:NO)에는 이레이즈 펄스수가 미리 정해진 최대값에 도달했는 지 여부가 판단되고(스텝 S109), 최대값에 도달하였으면(스텝 S109:YES), 그 섹터의 이레이즈는 완료되지 못하고(스텝 S110), 롱 이레이즈 불량품이 된다(스텝 S111). 또한, 최대값에 도달하지 않았으면(스텝 S109:NO), 스텝 S103로 되돌아와 이후의 처리가 실행된다.

또한, 스텝 S109와 같이 이레이즈 펄스수의 최대값 설정을 실시하는 이유는 스텝 S105에서 판단된 이레이즈 펄스수에 상당하는 회수의 이레이즈 동작에 추가하여 이레이즈 동작을 실행함으로써 구제 가능하게 되는 롱 이레이즈 불량을 들 수 있기 때문이다. 따라서, 이러한 롱 이레이즈 불량의 구제를 필요로 하지 않는 경우에는 스텝 S109에서의 최대값를 스텝 S105에서의 소정 회수와 동일하게 설정하여 두고, 이 스텝 S109에서의 처리를 사실상 무효로 하면 된다.

도 2는 도 1에 도시한 일련의 순서를 실행하는 본 발명의 불휘발성 반도체 기억장치의 자동 구제 처리부의 제1 구성예의 개략을 설명하기 위한 블럭도이다.

본 발명의 장치는 통상 섹터에 대한 데이터의 이레이즈 동작이 규정 시간 내에 종료하지 않는 「롱 이레이즈 불량」을 검지하여 예비 섹터에의 자동 교체를 실행하기 위하여, 통상 섹터에의 이레이즈 동작의 총시간이 롱 이레이즈 불량을 판정하는 소정 시간 미만인지 여부를 판단하기 위한 규정 이레이즈 펄스 검지 회로(18)와, 자동 리던던시 CAM(15)을 제어하는 CAM 제어 회로(16)와, 규정 이레이즈 펄스 검지 회로(18)로부터 출력되는 검지 신호에 기초하여 CAM 제어 회로(16)를 제어하거나 예비 섹터에의 변환을 행하기 위한 신호를 출력하는 제어 회로(17)를 구비하고 있다. 규정 이레이즈 펄스 검출 회로(18)는 본 발명의 소거 특성 검지 회로의 한 종류이다.

사용자로부터 입력된 이레이즈 커맨드는 I/0 레지스터와 버퍼를 구비한 이레이즈 커맨드 인식부(11)에 의하여 인식되고, 입력된 이레이즈 커맨드 중에서, 이레이즈하여야 할 통상 섹터의 어드레스 커맨드 신호는 어드레스 데이터·시퀀서(12)에 출력되고, 이레이즈 커맨드 신호는 커맨드·시퀀서(13)에 출력된다.

어드레스 일치 검출 회로(14)는 어드레스 데이터·시퀀서(12)에 격납된 이레이즈하여야 할 섹터의 어드레스 데이터와, 불량 통상 섹터의 어드레스가 프로그램 된 자동 리던던시 CAM(15)에 격납되어 있는 불량 섹터 어드레스 데이터의 일치·불일치를 판단하기 위한 것으로써, 이레이즈 커맨드에 대응하는 통상 섹터의 어드레스가 롱 이레이즈 불량 섹터의 어드레스와 일치하고 있는 경우에는, 그 섹터 선택을 취소하고 예비 섹터로의 자동 교체를 실행하기 위한 회로이다.

이 장치의 섹터군은 정규 섹터인 통상 섹터(21)(본 실시예에서는 21a 내지 21d)와 리던던시 섹터인 예비 섹터(22)로 구성되고, 이들 섹터는, 예를 들면 부유 게이트와 제어 게이트를 가지는 NOR형 플래쉬 메모리 셀이 복수 배열되어 구성되어 있다. 동일 섹터에 속하는 셀의 각 제어 게이트에는 1개의 공통된 워드선이 접속되고, 동일열에 속하는 셀의 각 드레인에는 1개의 공통되는 비트선이 접속되어 있다. 또한, 워드선 및 비트선은 각각, X 디코더(Xdec)(19) 및 Y 디코더(Ydec)(20)에 접속되어 있다.

X 디코더(19)는 전압 공급 회로(23)로부터의 신호에 기초하여 어드레스 데이터·시퀀서(12)나 어드레스 일치 검출 회로(14)로부터 입력된 어드레스에 대응하는 섹터의 워드선을 선택적으로 구동하는 것이고, 입력 어드레스 신호를 디코드하는 디코더와 워드선에 소정 전압을 공급하는 워드선 드라이버를 구비하고 있다.

마찬가지로 Y 디코더(20)는 전압 공급 회로(23)로부터의 신호에 기초하여 어드레스 데이터·시퀀서(12)로부터 입력된 어드레스에 대응하는 섹터의 비트선을 선택적으로 구동하는 것이고, 입력 어드레스 신호를 디코드하는 디코더와 비트선에 소정 전압을 공급하는 비트선 드라이버를 구비하고 있다.

상기 각 섹터의 상태(이레이즈/프로그램 상태)를 나타내는 신호는 데이터 레 지스터(24)에 출력되어 기억되고, 또한 제어 회로(17)에 피드 백된다. 또한, 이레이즈 불량으로 판정된 통상 섹터로부터 블랭크 상태에 있는 예비 섹터로의 교체는 제어 회로(17)로부터의 제어 신호에 기초하여 구동하는 전압 공급 회로(23)를 통하여 실행된다.

어드레스 데이터·시퀀서(12)는 이레이즈되어야 할 통상 섹터를 인식하여 어드레스 데이터를 기억하고, 그 어드레스 데이터를 커맨드·시퀀서(13)에 출력한다.

커맨드·시퀀서(13)는 이레이즈 커맨드 인식부(11)로부터 수신한 이레이즈 커맨드 및 어드레스 데이터·시퀀서(12)로부터 수신한 어드레스 데이터에 기초하여 이레이즈 대상이 되는 통상 섹터를 이레이즈하기 위한 신호를 제어 회로(17)에 출력한다.

제어 회로(17)는 해당하는 통상 섹터의 이레이즈/프로그램 상태를 확인하기 위하여, 전압 공급 회로(23)에의 프로그램 검증 신호를 출력하고, 이 프로그램 검증 신호가 입력된 전압 공급 회로(23)는 X 디코더(19) 및 Y 디코더(20)를 거쳐 그 통상 섹터의 이레이즈/프로그램 상태를 판단한다.

해당하는 통상 섹터가 프로그램 상태에 있는 지, 이레이즈 상태에 있는 지의 판단 결과는 데이터 레지스터(24)에 출력되고, 프로그램 상태에 없는 경우에는 그 신호가 제어 회로(17)에 출력되어 전압 공급 회로(23)를 통하여 그 통상 섹터에 쓰기가 실행되어 프로그램 상태로 된다.

한편, 통상 섹터가 프로그램 상태에 있는 것으로 확인된 경우에는, 그 정보는 데이터 레지스터(24)를 통하여 제어 회로(17)에 출력되고, 해당 통상 섹터에 격 납되어 있는 프로그램을 소정 시간(△t)에 이레이즈하기 위한 신호가 전압 공급 회로(23)로부터 출력되어 X 디코더(19) 및 Y 디코더(20)에 의하여 이레이즈 동작이 실행된다.

제어 회로(17)는 전술한 이레이즈/프로그램 상태의 확인 프로세스와 동일한 스텝으로 해당 섹터의 이레이즈 상태를 판단하고, 그 결과를 데이터 레지스터(24)에 출력한다.

통상 섹터가 이레이즈 상태에 있다고 판단되면, 그 결과가 제어 회로(17)에 출력되어 이레이즈 동작은 완료되고, 장치는 이레이즈 양호로 판정되어 일련의 처리가 종료된다.

한편, 통상 섹터가 이레이즈되어 있지 않다고 판단되었을 경우에는 그 통상 섹터에 격납되어 있는 프로그램을 소정 시간(△t)에 재이레이즈하기 위한 신호가 전압 공급 회로(23)로부터 출력되고, X 디코더(19) 및 Y 디코더(20)에 의하여 이레이즈 동작이 실행된다. 이후에는 이레이즈가 완료되거나 또는 이레이즈 동작 회수에 상당하는 이레이즈 펄스 수(n)가 미리 정해진 회수에 이를 때까지 반복된다.

규정 이레이즈 펄스 검출 회로(18)는 전압 공급 회로(23)가 출력된 이레이즈 펄스를 검지하고, 이레이즈 대상이 되어 있는 통상 섹터에의 이레이즈 동작의 회수를 카운트하고, 그 결과가 제어 회로(17)에 출력된다.

1회의 이레이즈 동작은 시간 △t로 실행되기 때문에, 그 시간 △t와 규정 이레이즈 펄스 검출 회로(18)에 의하여 카운트된 이레이즈 동작 회수(n)와의 적(n ·△t)을 연산하여 롱 이레이즈 불량으로 판정되는 소정 시간(t) 미만인지 여부가 판 단된다. 실제로는 제어 회로(17)에 의하여, 규정 이레이즈 펄스 검출 회로(18)로부터 입력된 이레이즈 펄스수(n)가 미리 정해진 회수에 도달하였는 지 여부가 판단한다.

이레이즈 펄스수(n)가 미리 정해진 회수에 이르지 않은 경우에는 이레이즈 동작에 소요되는 총시간(n·△t)은 롱 이레이즈 불량으로 판정되는 소정 시간(t)에 이르지 않았기 때문에(n·△t<t), 이레이즈 동작이 반복적으로 실행된다.

한편, 이레이스 펄스수(n)가 미리 정해진 회수에 도달하면, 그 통상 섹터의 이레이즈 동작에 필요한 총시간(n·△t)이 사용자에 의하여 롱 이레이즈 불량으로 판정되는 소정 시간(t)에 도달한(n·△t≥t) 것이 되고, 이 통상 섹터는 후술하는 순서에 의하여 예비 섹터로 교체된다.

통상 섹터로부터 예비 섹터로의 교체는 이하와 같이 실행된다. 통상 섹터를 예비 섹터로 교체하는 것을 판단한 제어 회로(17)는 CAM 제어 회로(16)에 대하여, 자동 리던던시 CAM(15)에 「불량 섹터 어드레스」를 격납하기 위한 프로그램 신호를 출력하기 위한 명령 신호를 출력하고, 이것에 의하여 자동 리던던시 CAM(15) 내에 불량 섹터 어드레스가 프로그램되고, 그 결과가 어드레스 일치 검출 회로(14)에 출력된다.

어드레스 일치 검출 회로(14)는 어드레스 데이터·시퀀서(12)에 기억되어 있는 이레이즈 대상의 통상 섹터의 어드레스와 자동 리던던시 CAM(15)에 프로그램된 불량 섹터 어드레스와의 일치·불일치를 판단하고, 이레이즈 커맨드에 대응하는 통상 섹터의 어드레스가 롱 이레이즈 불량의 섹터의 어드레스에 일치하고 있는 경우 에는 그 섹터 선택을 취소하여 예비 섹터에의 자동 교체를 실행하기 위한 신호를 X디코더(19) 및 Y 디코더(20)에 출력하고, 롱 이레이즈 불량으로 되어 있는 통상 섹터를 블랭크 상태의 예비 섹터(22)로 자동 교체를 실시한다.

이 예비 섹터로의 자동 교체가 완료되면 이레이즈 커맨드에 대응한 처리는 완료되고, 장치는 이레이즈 양호 상태가 유지된다. 한편, 블랭크 상태에 있는 예비 섹터가 발견되지 않는 등의 사정에 의하여 예비 섹터로의 자동 교체를 완료할 수 없는 경우에는 그 섹터의 이레이즈는 완료되지 못하고 장치가 롱 이레이즈 불량품으로 판정된다.

또한, 도 2에는 통상 섹터가 4행, 예비 섹터가 1행 배열되어 있으나, 이들의 섹터 행수가 임의로 변경 가능한 것은 분명하다. 섹터 전환 가능한 회수를 많이 장치 설계하는 경우에는 미리 블랭크 상태로 해두는 예비 섹터도 그 수에 따라 설치하여 두면 좋다.

이 때, 본 발명의 장치가 구비하는 자동 리던던시 CAM, 어드레스 일치 검출 회로, 이레이즈 불량으로 판정되었을 경우에 자동 리던던시 CAM의 프로그램을 실행하는 회로 및 규정 이레이즈 펄스 검출 회로의 구성·동작에 대하여 설명한다.

도 3A 및 도 3B는 자동 리던던시 CAM(15)의 동작을 설명하기 위한 도이고, 어드레스 [10](CAM-AO=O(L), CAM-A1=1(H))를 기억하는 경우의 예를 나타내고 있다. CAM는 플래쉬 메모리 셀과 같은 구조를 가지고, 롱 이레이즈 불량 섹터로 판정된 통상 섹터의 불량 섹터 어드레스를 쓰기 위한 내부 참조 가능 메모리이다.

이 CAM은 플로팅 게이트 중에 축적되어 있는 전하량에 따라서, 읽기 시의 어 떠한 소정 게이트 전압 V_G(특히, V_GREAD라고 부른다)에 대하여, 전류를 흘려보내거나(이레이즈 상태: 도 3A) 또는 흘려보내지 않거나(프로그램 상태: 도 3B) 하는 것이 가능하고, 이것에 의하여 통상 섹터의 임의의 어드레스를 기억시킬 수 있다.

도 4는 어드레스 일치 검출 회로(14) 중에서, 어드레스 일치신호를 생성하는 회로 부분의 일구성예를 나타내는 도면이다. 어드레스 일치 검출 회로(14)는 2개의 NOR 회로, 2개의 NMOS 트랜지스터, 저항 및 인버터를 포함한다. 이 회로는 자동 리던던시 CAM(CAM-A0 및 CAM-A1)에 프로그램된 불량 섹터 어드레스(여기에서는 CAM(CAM-AO=O(H), CAM-A1=1(L)과, 사용자로부터 입력된 이레이즈 커맨드에 대응하는 통상 섹터의 어드레스(여기에서는 AO=O(H), A1=1(L))이 일치하는 지 아닌지를 판정한다. 양 어드레스가 일치하는 경우에는 롱 이레이즈 불량으로서 CAM에 프로그램되어 있는 통상 섹터를 선택하는 이레이즈 커맨드 신호를 취소하는 신호를 출력하는 동시에 정상적으로 이레이즈 가능한 예비 섹터를 선택하는 신호가 출력된다.

도 5는 어드레스 일치 검출 회로(14) 중에서, 도 4에서 출력된 어드레스 일치 검출 신호(L)에 기초하여 예비 섹터를 선택하는 회로 부분을 설명하기 위한 도이고, 이 예에서는 어드레스 일치 검출 신호(L)에 기초하여 통상 섹터를 선택하는 신호가 취소되고(L), 예비 섹터가 선택되게(H) 된다. L 레벨의 어드레스 일치 검출 신호에 의하여, 도시하는 4개의 AND 게이트의 출력은 L 레벨이 되고, 통상 섹터의 선택은 이루어지지 않는다. 한편, 인버터의 출력은 H 레벨이 되므로, 예비 섹터가 선택된다.

통상 섹터가 이레이즈 불량으로 판정된 경우에, 롱 이레이즈 검출 신호에 기초하여 자동 리던던시 CAM(15)을 프로그램하는 동작을 실시하는 CAM 제어 회로(16)는, 예를 들면 도 6에 나타낸 회로 구성을 가진다. 이 회로는 롱 이레이즈 검출 신호에 기초하여 자동 리던던시 CAM(15)을 전기적으로 이레이즈 또는 프로그램하는 기능을 가지는 구성으로 되어 있다. 구체적으로는, CAM 제어 회로(16)는 2개의 래치 회로(111, 112)와, 불휘발성 메모리 셀(113)과, 인버터(114)를 가진다. 래치 회로(111, 112)의 각각은 플립플롭과, 인버터와, 2개의 NMOS 트랜지스터로 이루어진다. 롱 이레이즈 검출 신호가 H가 되면, 래치 회로(111, 112)는 H(VD_PROG, VG_PROG)를 출력하고, 불휘발성 메모리 셀(113)을 프로그램한다. 프로그램된 데이터(어드레스)는 인버터(114)를 거쳐 자동 리던던시 CAM(15)에 출력된다(CAM-An).

도 7A 및 도 7B는 규정 이레이즈 펄스 검출 회로(18)의 구성·동작을 설명하기 위한 도이고, 이 예에서는 도 7A에 나타내는 바와 같이, 이레이즈 펄스가 5개의 플립플롭 회로(FF)를 직렬로 접속된 검출 회로에 입력되어 32 펄스의 검출이 가능하게 되어 있다. 이들 5개의 각각의 FF회로로부터의 출력(Q₀ 내지 Q₄)은 도 7B에 나타낸 AND 게이트에 입력되어 롱 이레이즈 검출 신호가 출력되게 된다.

이와 같이, 본 발명의 불휘발성 반도체 기억장치에 있어서는 제품 출하 전의 최종 공정에 있어서 예비 섹터의 데이터를 모두 소거하여 이레이즈 상태(블랭크)로 하여 두고, 사용자가 실시하는 이레이즈 조작시마다, 장치 내부에서 이레이즈 펄스수를 카운트하고, 장치에 롱 이레이즈 불량이 발생하였다고 인식되기 전에 예비 섹 터로의 자동 교체를 완료한다.

따라서, 예비 섹터에 자동 리던던시한 후의 예비 섹터의 재이레이즈 동작을 필요로 하지 않고 사용자의 실 사용시에 발생한 롱 이레이즈 불량을 구제하는 것이 가능해진다. 또한, 자동 구제 후에 불량 섹터를 이레이즈하는 커맨드가 입력된 경우에도, 이 입력 커맨드에 대응하는 섹터의 어드레스와 불량 섹터 어드레스와의 일치·불일치가 판단되고, 불량 섹터 선택 커맨드를 취소하여 예비 섹터가 선택되기 때문에, 예비 섹터로의 교체가 자동적으로 오퍼레이션된다.

이 결과, 실사용하는 사용자에게는 마치 통상 섹터의 롱 이레이즈 불량이 전혀 발생하지 않은 것처럼 느껴져, 이레이즈 동작이 통상대로 완료된 것과 동일한 사용 환경이 제공된다. 또한, 제품 출하에 있어서, 리던던시 섹터인 예비 섹터를 이레이즈 상태(블랭크 상태)로 하고 있기 때문에, 예비 섹터에의 자동 리던던시 처리 후에 그 섹터를 재차 이레이즈 처리하는 것이 불필요하게 되고, 단시간에 자동 구제 처리가 완료된다.

(실시예 2)

도 8은 본 발명의 불휘발성 반도체 기억장치가 실행하는 롱 이레이즈 불량 자동 구제 동작의 제2 시퀀스예(실시예 2)를 설명하기 위한 플로차트이고, 이 시퀀스도 통상 섹터의 롱 이레이즈 불량을 자동적으로 구제하는 것이지만, 제1 시퀀스예와의 상위점은 통상 섹터의 이레이즈 불량의 판정 방법에 있다.

이 불휘발성 반도체 기억장치도, 제조 출하 전의 최종 시험·검사 단계에서 이레이즈 상태로 된 블랭크의 예비 섹터를 구비하고 있고, 사용자에 의하여 섹터에 격납되어 있는 데이터를 소거하기 위한 이레이즈 커맨드가 입력되면, 이 커맨드에 따라서 장치 내에서 이하의 동작이 실행된다.

먼저, 통상 섹터가 프로그램 상태에 있는 지를 판단하고(스텝 S201), 프로그램 상태에 없는 경우(스텝 S201:NO)에는 그 섹터에 쓰기가 실행되어 프로그램 상태로 된다(스텝 S202).

통상 섹터가 프로그램 상태에 있는 것이 확인되면(스텝 S201: YES), 그 섹터에 격납되어 있는 프로그램을 소정 시간에 이레이즈하기 위한 동작이 실행되고(스텝 S203), 장치 내부에 설치된 후술하는 리크 전류 검출용 회로로 이레이즈 펄스 인가 중의 전류값(본 실시예에서는「워드선/P-Well간 전류값」를 예를 들어 설명한다)이 모니터되고, 정상적인 이레이즈 동작에서는 발생할 수 없는 리크 전류(과전류)의 발생의 유무가 판단된다(스텝 S204).

과전류의 발생이 없다고 판단되었을 경우(스텝 S204: NO)에는 상기 스텝 S203에서 통상 섹터가 실제로 이레이즈되어 있는지 여부가 판단되고(스텝 S205), 섹터가 이레이즈 상태에 있다고 판단되면(스텝 S205: YES), 그 섹터의 이레이즈는 완료되어(스텝 S207), 이레이즈 양호 상태가 유지된다(스텝 S208).

섹터가 이레이즈되어 있지 않다고 판단되면(스텝 S205:NO), 그 섹터에의 이 레이wm 동작(스텝 S203)으로 되돌아오고 이후의 스텝이 재차 반복된다.

스텝 S204에 있어서 과전류의 발생이 인정되었을 경우(스텝 S204: YES)에는 그 통상 섹터는 정상적인 이레이즈 동작이 불능(롱 이레이즈 불량)이라고 판단되고, 이 통상 섹터의 예비 섹터로의 변환이 실행된다. 구체적으로는, 본 발명의 장 치가 구비하고 있는 섹터 자동 리던던시 CAM에, 롱 이레이즈 불량으로 판정된 통상 섹터의 어드레스가 「불량 섹터 어드레스」로서 프로그램되고, 이 통상 섹터가 블랭크 상태에 있는 예비 섹터로 자동적으로 교체된다(스텝 S206).

이 예비 섹터의 자동 교체가 완료되면(스텝 S206: YES), 그 섹터의 이레이즈는 완료되고(스텝 S207), 이레이즈 양호 상태가 유지된다(스텝 S208).

한편, 블랭크 상태에 있는 예비 섹터가 발견되지 않는 등의 사정에 의하여 예비 섹터에의 자동 교체를 완료할 수 없는 경우(스텝 S206: NO)에는 이레이즈 펄스수가 미리 정해진 최대값에 도달하였는지 여부가 판단되고(스텝 S209), 최대값에 도달하였으면(스텝 S209: YES), 그 섹터의 이레이즈는 완료되지 못하고(스텝 S210), 롱 이레이즈 불량품이 된다(스텝 S211). 또한, 최대값에 도달하지 않았으면(스텝 S209: NO), 스텝 S203으로 되돌아와 이후의 처리가 실행된다. 또한, 스텝 S209에서 이레이즈 펄스수의 최대값 설정을 하는 이유는 도 1의 스텝 109에서 설명한 바와 같다.

도 9는 도 8에 도시한 일련의 시퀀스를 실행하는 본 발명의 불휘발성 반도체 기억장치의 자동 구제 처리부의 제2 구성예의 개략을 설명하기 위한 블록도이다.

본 발명의 장치는 통상 섹터에 대한 데이터의 이레이즈 동작이 규정 시간 내에 종료하지 않는「롱 이레이즈 불량」에 기인하여 이레이즈 펄스 인가 중에 발생하는「워드선/P-Well간 전류」의 과전류를 검지하여 예비 섹터에의 자동 교체를 실행하기 위한 규정 리크 전류 검출용 회로(58)와, 자동 리던던시 CAM(55)를 제어하는 CAM 제어 회로(56)와 규정 리크 전류 검출용 회로(58)로부터 출력되는 리크 전 류 검출 신호에 기초하여 CAM 제어 회로(56)를 제어하거나 예비 섹터로의 교체를 행하기 위한 신호를 출력하는 제어 회로(57)를 구비하고 있다.

사용자로부터 입력된 이레이즈 커맨드는 I/0 레지스터와 버퍼를 구비한 이레이즈 커맨드 인식부(51)에 의하여 인식되고, 입력된 이레이즈 커맨드 중에서, 이 이레이즈하여야 할 통상 섹터의 어드레스 커맨드 신호는 어드레스 데이터·시퀀서(52)에 출력되고, 이레이즈 커맨드 신호는 커맨드·시퀀서(53)에 출력된다.

어드레스 일치 검출 회로(54)는 어드레스 데이터·시퀀서(52)에 격납된 이레이즈하여야 할 섹터의 어드레스 데이터와 통상 섹터에 대한 「불량 섹터 어드레스」가 프로그램된 자동 리던던시 CAM(55)의 어드레스 데이터와의 일치·불일치를 판단한 것으로써, 이레이즈 커맨드에 대응하는 통상 섹터의 어드레스가 롱 이레이즈 불량 섹터의 어드레스와 일치하고 있는 경우에는 그 섹터 선택을 취소하여 예비 섹터로의 자동 교체를 실행하기 위한 회로이다.

이 장치의 섹터도, 정규 섹터인 통상 섹터(61)와 리던던시 섹터인 예비 섹터 (62)로 구성되어 있다. 실시예 1과 마찬가지로, 동일 섹터에 속하는 셀의 각 제어 게이트에는 1개의 공통된 워드선이 접속되고, 동일열에 속하는 셀의 각 드레인에는 1개의 공통되는 비트선이 접속되어 있다. 또한, 이들 워드선 및 비트선은 각각 전압 공급 회로(63)로부터의 신호에 기초하여 어드레스 데이터·시퀀서(62)로부터 입력된 어드레스에 대응하는 섹터의 워드선 (X 디코더 노드)를 선택적으로 구동하기 위한 X 디코더(Xdec)(59) 및 전압 공급 회로(63)로부터의 신호에 기초하여 어드레스 데이터·시퀀서(62)로부터 입력된 어드레스에 대응하는 섹터의 비트선을 선택적 으로 구동하는 Y 디코더(Ydec)(60)에 접속되어 있다.

또한, X 디코더(59)는 입력 어드레스 신호를 디코드하는 디코더와 X 디코더노드에 소정 전압을 공급하는 드라이버를 구비하고 있고, Y 디코더(60)는 입력 어드레스 신호를 디코드하는 디코더와 비트선에 소정 전압을 공급하는 비트선 드라이버를 구비하고 있다.

상기 각 섹터 상태(이레이즈/프로그램 상태)를 나타내는 신호는 데이터 레지스터(64)에 출력되어 기억되고, 또한 제어 회로(57)에 피드백된다. 또한, 이레이즈 불량으로 판정된 통상 섹터로부터 블랭크 상태에 있는 예비 섹터로의 교체는 제어 회로(57)로부터의 제어 신호에 기초하여 구동하는 전압 공급 회로(63)를 통하여 실행된다.

어드레스 데이터·시퀀서(52)는 이레이즈되어야 할 통상 섹터를 인식하여 어드레스 데이터를 기억하고, 그 어드레스 데이터를 커맨드·시퀀서(53)에 출력한다.

커맨드·시퀀서(53)는 이레이즈 커맨드 인식부(51)로부터 수신한 이레이즈 커맨드 및 어드레스 데이터·시퀀서(52)로부터 출력된 어드레스 데이터에 기초하여 이레이즈 대상이 되는 통상 섹터를 이레이즈하기 위한 신호를 제어 회로(57)로 출력한다.

제어 회로(57)은 해당하는 통상 섹터의 이레이즈/프로그램 상태를 확인하기 위하여, 전압 공급 회로(53)와 프로그램 검증 신호를 출력하고, 이 프로그램 검증 신호가 입력된 전압 공급 회로(53)는 X 디코더(59) 및 Y 디코더(60)를 통하여 그 통상 섹터가 프로그램되어 있는지 여부를 판단한다.

해당하는 통상 섹터가 프로그램 상태에 있는 지 이레이즈 상태에 있는 지의 판단 결과는 데이터 레지스터(64)에 출력되고, 프로그램 상태에 없는 경우에는 그 신호가 제어 회로(57)에 출력되어 전압 공급 회로(53)를 통하여 그 통상 섹터에 쓰기가 실행되어 프로그램 상태로 된다.

한편, 통상 섹터가 프로그램 상태에 있는 것이 확인되면, 그 정보는 데이터 레지스터(64)를 거쳐 제어 회로(57)에 출력되고, 그 통상 섹터에 격납되어 있는 프로그램을 소정 시간에 이레이즈하기 위한 신호를 전압 공급 회로(53)가 출력하여 X 디코더(59) 및 Y 디코더(60)에 의하여 이레이즈 동작이 실행된다.

제어 회로(57)는 이레이즈 동작을 위한 이레이즈 펄스 인가 중의 「워드선/P-Well간 전류」를 모니터하기 위한 신호를 전압 공급 회로(63)에 출력하고, 본 발명의 소거 특성 검지 회로의 한 종류인 규정 리크 전류 검출용 회로(58)가「롱 이레이즈 불량」에 기인하여 발생하는 과전류의 유무를 모니터한다.

이 때, 워드선/P-Well간의 과전류가 검지되지 않는 경우에는 해당하는 통상 섹터의 이레이즈 상태가 검증되고, 이레이즈 상태에 있다고 판단되면 그 결과가 제어 회로(57)에 출력되고, 이레이즈 동작은 완료되어 이레이즈 양호라고 판정된다. 한편, 해당 통상 섹터가 이레이즈되어 있지 않다고 판단되었을 경우에는 그 통상 섹터에 격납되어 있는 프로그램을 재차 소정 시간에 이레이즈하기 위한 신호를 전압 공급 회로(63)가 출력되어 X 디코더(59) 및 Y 디코더(60)에 의하여 이레이즈 동작이 실행되고, 이후의 공정을 반복한다.

제어 회로(57)가 워드선/P-Well 간의 과전류를 검지하면, 그 섹터는 롱 이레 이즈 불량으로 판정되어 후술하는 수정에 의하여 예비 섹터로 교체된다.

통상 섹터로부터 예비 섹터로의 교체는 이하와 같이 실행된다. 통상 섹터를 예비 섹터로 교체하는 것을 판단한 제어 회로(57)는 CAM 제어 회로(56)에 대하여, 자동 리던던시 CAM(55)에 「불량 섹터 어드레스」를 격납하기 위한 프로그램 신호를 출력하기 위한 명령 신호를 출력하고, 이것에 의하여 자동 리던던시 CAM(55) 내에 불량 섹터 어드레스가 프로그램되고, 그 결과가 어드레스 일치 검출 회로(54)에 출력된다.

어드레스 일치 검출 회로(54)는 어드레스 데이터·시퀀서(52)에 기억되어 있는 이레이즈 대상의 통상 섹터의 어드레스와 자동 리던던시 CAM(55)에 프로그램된 불량 섹터 어드레스와의 일치·불일치를 판단하고, 이레이즈 커맨드에 대응하는 통상 섹터의 어드레스가 롱 이레이즈 불량 섹터의 어드레스와 일치하고 있는 경우에는 그 섹터의 선택을 취소하여 예비 섹터로의 자동 교체를 실행하기 위한 신호를 X 디코더(59) 및 Y 디코더(60)에 출력하고, 롱 이레이즈 불량으로 되어 있는 통상 섹터를 블랭크 상태의 예비 섹터(62)로 자동으로 교체된다.

이 예비 섹터에의 자동 교체가 완료되면 그 섹터의 이레이즈는 완료되고, 이레이즈 양호 상태가 유지된다. 한편, 블랭크 상태에 있는 예비 섹터가 발견되지 않는 등의 사정에 의하여 예비 섹터로의 자동 교체를 완료할 수 없는 경우에는 그 섹터의 이레이즈는 완료되지 못하고 롱 이레이즈 불량품이 된다.

또한, 섹터 교체 가능 회수를 많게 장치 설계하는 경우에는 미리 블랭크 상태로 해두는 예비 섹터도 그 수에 따라 설치하여 두면 좋은 것은 실시예 1과 같다.

이 때, 본 발명의 장치가 구비하는 규정 리크 전류 검출용 회로의 동작 원리 및 구성예에 대하여 설명한다.

도 10은 이레이즈 동작 중의 메모리 셀의 코어 부분의 단면도이고, 여기에서는 NOR형 플래쉬 메모리를 예로서 들고 있다. 이레이즈 동작 중의 워드선과 P-Well 에는 각각 마이너스 전위(-10V)와 플러스 전위(+10V)가 공급된다. 워드선와 P-Well과의 사이에는 본래는 전류 리크 패스가 존재하지 않기 때문에, 전위는 유지된다. 그러나, 도 10 중에 도시하는 바와 같이 워드선와 P-Well 사이에 전류 리크 패스가 존재하면, 이 패스에 의한 전류 리크에 의하여 전압 강하가 발생하고 상기 전위 상태는 유지되지 않는다. 이 때문에 이레이즈 동작이 충분히 이루어지지 않고 롱 이레이즈 불량이 될 가능성이 있다. 본 실시예의 장치는 이 과전류의 유무를 모니터 하여 롱 이레이즈 불량의 발생을 회피하는 것이다.

도 11은 도 10에 도시하는 워드선와 P-Well와의 사이에 흐르는 전류량을 모니터하여, 리크 전류 검출 신호로서 롱 이레이즈 검출 신호를 출력하기 위한 규정 리크 전류 검출용 회로(58)의 1회로 구성예를 설명하기 위한 도이다. 이 예에서는 커런트 미러 구성의 회로에 의하여 P-Well 전압이 미리 정해진 규정 전압인 비교 전압 Vref 이하로 강하된 것을 검출하여 리크 전류 검출 신호가 롱 이레이즈 검출 신호로서 출력된다. 이 검출은 도 9에 나타내는 전압 공급 회로(63)가 이레이즈 전압을 인가하고 있는 기간 하이레벨이 되는 신호(Erase)가 인가되어 있는 동안에 이루어진다.

이와 같이, 본 발명의 불휘발성 반도체 기억장치에 있어서는 제품 출하 전의 최종 공정에 있어서 예비 섹터의 데이터를 모두 소거하여 이레이즈 상태(블랭크)로 해두고, 사용자가 실시하는 이레이즈 조작시마다 이레이즈 펄스 인가 중의 워드선/P-Well간 전류를 모니터하고, 정상 이레이즈 동작에서는 발생할 수 없는 과전류에 도달하였는 지 여부를 판단하고, 통상 섹터가 롱 이레이즈 불량으로 판정되기 전에 예비 섹터로의 자동 교체를 완료한다.

따라서, 예비 섹터에 자동 리던던시한 후의 예비 섹터의 재이레이즈 동작을 필요로 하지 않고, 사용자의 실사용시에 발생한 롱 이레이즈 불량을 구제하는 것이 가능해진다. 또한, 자동 구제 후에 불량 섹터를 이레이즈하는 커맨드가 입력된 경우에도, 이 입력 커맨드에 대응하는 섹터의 어드레스와 불량 섹터 어드레스와의 일치·불일치가 판단되고, 불량 섹터 선택 커맨드를 취소하여 예비 섹터가 선택되기 때문에, 예비 섹터로의 교체가 자동적으로 오퍼레이션된다.

이 결과, 실사용하는 사용자에게는 마치 통상 섹터의 롱 이레이즈 불량이 전혀 발생하지 않았던 것처럼 느껴지고, 이레이즈 동작이 통상대로 완료된 것과 동일한 사용 환경이 제공된다. 또한, 제품 출하에 있어서, 리던던시 섹터인 예비 섹터를 이레이즈 상태(블랭크 상태)로 하고 있기 때문에, 예비 섹터에의 자동 리던던시 처리 후에 그 섹터를 재차 이레이즈 처리하는 것이 불필요하게 되고, 단시간에 자동 구제 처리가 완료된다.

본 발명에 의하면, 불휘발성 반도체 기억장치에 격납된 데이터를 규정 시간 내에 소거할 수 없는 동작 불량(롱 이레이즈 불량)을 단시간에 자동 구제하기 위한 장치 및 방법을 제공하는 것이 가능해진다. 본 발명의 불휘발성 반도체 장치는 플래쉬 메모리 등과 같이 정보의 기억을 주된 용도로 하는 것에 한정되지 않고, 시스템 LSI와 같이 다른 기능과 함께 하나의 패키지 내에 들어간 것이어도 좋다.

Claims (20)

1. 전기적으로 소거·쓰기가 가능한 정규 섹터와,

   상기 정규 섹터를 리던던시하기 위한 전기적 소거·쓰기 가능한 예비 섹터와,

   소거 커맨드 입력에 대응하는 상기 정규 섹터를 선택하기 위한 디코더와,

   소거 동작중, 상기 정규 섹터의 소거 특성을 모니터링하는 모니터 회로와,

   선택된 정규 섹터가 열화된 소거 특성을 가지고 있는 경우에, 상기 선택된 정규 섹터을 대신하여 상기 예비 섹터를 자동 선택하는 제어 회로

   를 구비하고,

   상기 예비 섹터는 상기 자동 선택 전의 초기 상태에 있어서 소거 상태로 되어 있는 반도체 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 선택된 정규 섹터의 소거 특성이 소정 시간 내에는 소거가 불완전한 것을 나타내고 있는 경우, 상기 제어 회로는 상기 예비 섹터를 자동 선택하는 반도체 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 모니터 회로는 소거 펄스를 카운트하는 펄스 카운터를 가지고, 카운트된 펄스수에 기초하여 상기 선택된 정규 섹터의 소거 특성을 모니터하는 반도체 장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 제어 회로는 소거 동작을 검증하고, 소정의 펄스수에 있어서 소거 동작이 끝나지 않은 것을 나타내고 있을 때에, 상기 제어 회로는 상기 예비 섹터를 자동 선택하는 반도체 장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 모니터 회로는 소거 동작 중에 상기 선택된 정규 섹터를 흐르는 리크 전류를 검출하는 전류 검출 회로를 가지는 반도체 장치.
6. 제5항에 있어서, 소거 동작 중에 상기 리크 전류가 소정 전류량에 이르렀을 때에, 상기 제어 회로는 상기 예비 섹터를 자동 선택하는 반도체 장치.
7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 리크 전류는 상기 선택된 정규 섹터의 워드선와 웰의 사이를 흐르는 전류인 반도체 장치.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 제어 회로는 상기 열화된 소거 특성을 가지는 상기 선택된 정규 섹터의 어드레스를 기억하는 내부 참조 가능 메모리(CAM)를 구비하는 반도체 장치.
9. 제1항 내지 제7항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 제어 회로는 상기 열화된 소거 특성을 가지는 상기 선택된 정규 섹터의 어드레스를 기억하는 내부 참조 가능 메모리(CAM)와, 상기 소거 커맨드로 지시받는 어드레스와 상기 CAM 내의 어드레스를 비교하고, 일치하였을 경우에 상기 디코더에 상기 예비 섹터를 선택시키는 비교 회로를 구비하는 반도체 장치.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 제어 회로는 상기 선택된 정규 섹터의 소거 동작을 검증하고, 올바르게 소거되어 있는 경우에는 해당 정규 섹터를 쓰기 상태로 하는 반도체 장치.
11. 제1항에 있어서, 상기 제어 회로가 상기 예비 섹터를 자동 선택할 수 없는 경우에는, 소정의 최대 소거 펄스수가 부여될 때까지, 상기 제어 회로는 상기 선택된 정규 섹터의 소거를 계속적으로 실시하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
12. 제1항 내지 제11항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 예비 섹터는 상기 정규 섹터와 동일한 구성을 가지는 반도체 장치.
13. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 CAM은 상기 선택된 정규 섹터의 어드레스를 기억하는 불휘발성 메모리 셀을 포함하는 반도체 장치.
14. 불휘발성 메모리의 리던던시 방법으로서,

    소거 커맨드에 의하여 선택된 정규 섹터 내의 데이터를 소거하는 스텝(a)와,

    선택된 정규 섹터의 소거 특성을 모니터하는 스텝(b)와,

    상기 선택된 정규 섹터가 열화된 소거 특성을 가지는 경우에, 상기 선택된 정규 섹터를 대신하여, 예비 섹터를 선택하기 전의 초기 상태에 있어서 소거 상태로 되어 있는 예비 섹터를 선택하는 스텝(c),

    을 구비하는 리던던시 방법.
15. 제14항에 있어서, 상기 스텝(c)는 상기 선택된 정규 섹터의 소거 특성이, 소정 시간 내에는 소거가 불완전한 것을 나타내고 있는 경우, 상기 예비 섹터를 자동 선택하는 리던던시 방법.
16. 제14항에 있어서, 상기 스텝(b)는 소거 펄스를 카운트하는 스텝을 가지고, 카운트된 펄스수에 기초하여 상기 선택된 정규 섹터의 소거 특성을 모니터하는 리던던시 방법.
17. 제14항에 있어서, 상기 스텝(b)는 소거 동작중에 상기 선택된 정규 섹터를 흐르는 리크 전류를 검출하는 스텝을 가지는 리던던시 방법.
18. 제14항에 있어서, 상기 스텝(b)는 소거 동작 중에 상기 선택된 정규 섹터의 워드선와 웰과의 사이를 흐르는 리크 전류를 검출하는 스텝을 가지는 리던던시 방법.
19. 제14항 내지 제18항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 열화된 특성을 가지는 상기 선택된 정규 섹터의 어드레스를 기억하는 스텝을 가지는 리던던시 방법.
20. 상기 열화된 소거 특성을 가지는 상기 선택된 정규 섹터의 어드레스를 기억하는 스텝과, 상기 소거 커맨드로 지시받은 어드레스와 상기 기억된 어드레스를 비교하여 일치하였을 경우에 상기 예비 섹터를 선택하는 스텝을 가지는 리던던시 방법.

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