半导体存储装置及半导体系统的制作方法

1.本发明涉及一种电阻变化型存储器、电可擦编程只读存储器(electrically erasable programmable read only memory，eeprom)等半导体存储装置，尤其涉及一种具备对闪速存储器的擦除动作进行仿真的功能的半导体存储装置及半导体系统。


背景技术：

2.作为代替或非(nor)型和与非(nand)型闪速存储器的非易失性存储器，有利用可变电阻元件的电阻变化型存储器。电阻变化型存储器通过对可变电阻元件施加脉冲电压而使可变电阻元件以可逆且非易失的方式变为高电阻状态或低电阻状态来存储数据(例如专利文献1：日本专利6810725号公报)。
3.如图1所示，控制闪速存储器的软件安装在主机装置(计算机装置)10中，主机装置10输出闪速存储器20的动作所需的命令。图2为通过控制闪速存储器的软件来进行数据的重写时的动作流程。闪速存储器中没有数据重写的概念(例如将数据“0”改写为数据“0”)，因此，实际上需要通过擦除使数据“0”变为数据“1”、其后通过编程使数据“1”变为数据“0”，由此来进行数据的重写。即，主机装置10向闪速存储器20输入擦除命令(s10)并在擦除动作的忙碌期间内待机(s12)，其后输入编程命令(s14)并在编程动作的忙碌期间内待机(s16)，结束重写。闪速存储器在配备并行接口的情况下，经由忙碌端子将表示是否为忙碌状态的忙碌信号传输至主机装置10，在配备串行接口(串行外围接口(serial peripheral interface，spi))的情况下，由主机装置10读出状态寄存器中保持的表示是否为忙碌状态的忙碌信息。
4.图3为通过控制电阻变化型存储器的软件来进行数据的重写时的动作流程。电阻变化型存储器中没有擦除数据的概念，数据的重写(例如将数据“0”改写为数据“0”)是通过直接写入数据来进行。即，主机装置10向电阻变化型存储器输入写入命令(s20)、写入数据，并在写入动作中的忙碌时间内待机(s22)，结束重写。
5.控制闪速存储器20的软件与控制电阻变化型存储器的软件存在差异。图4为将控制闪速存储器20的软件用于电阻变化型存储器时的动作流程。当主机装置10向电阻变化型存储器输入闪速存储器的擦除命令时(s30)，由于电阻变化型存储器中未定义擦除命令，因此不会产生忙碌状态(s32)，实质上不进行任何动作。主机装置10无法确认忙碌状态，因此判定擦除命令错误(s34)，结束重写。因此，存在无法将为闪速存储器设计的软件资产有效运用于电阻变化型存储器的问题。
6.本发明要解决这样的现有问题，其目的在于提供一种具备对闪速存储器的擦除动作进行仿真的功能的半导体存储装置。


技术实现要素：

7.本发明的半导体存储装置包括：存储单元阵列；控制部件，根据输入的命令来进行所述存储单元阵列的读出或写入；设定部件，设定是否能够接收闪速存储器的擦除命令；以
及调整部件，调整忙碌时间，在通过所述设定部件设定为能够接收擦除命令的情况下，所述控制部件对输入的擦除命令作出响应而对闪速存储器的擦除动作进行仿真，且根据经所述调整部件调整后的忙碌时间来控制忙碌信息。
8.本发明的半导体系统包含上文记载的半导体存储装置和连接于所述半导体存储装置的计算机装置，其中，所述计算机装置根据用于使闪速存储器运行的软件来控制所述半导体存储装置。
9.根据本发明，由于具备对闪速存储器的擦除动作进行仿真的功能，因此可将控制闪速存储器的软件资源用于电阻变化型存储器等不具有擦除动作的半导体存储装置。
附图说明
10.图1为表示主机装置与闪速存储器的连接关系的图；
11.图2为通过控制闪速存储器的软件来进行数据的重写时的动作流程；
12.图3为通过控制电阻变化型存储器的软件来进行数据的重写时的动作流程；
13.图4为使用对闪速存储器进行控制的软件来进行电阻变化型存储器的数据的重写时的动作流程；
14.图5为表示本发明的实施例的电阻变化型存储器的结构的示意图；
15.图6为表示电阻变化型存储器的存储单元阵列的结构的图；
16.图7为说明本发明的实施例的电阻变化型存储器的擦除动作的仿真的流程；
17.图8为说明本发明的第二实施例的电阻变化型存储器的擦除动作的仿真的流程。
18.[符号的说明]
[0019]
10：主机装置
[0020]
20：闪速存储器
[0021]
100：电阻变化型存储器
[0022]
110：存储单元阵列
[0023]
120：行解码器
[0024]
130：列解码器
[0025]
140：输入输出电路
[0026]
150：擦除命令许可寄存器(寄存器)
[0027]
160：忙碌时间调整寄存器
[0028]
170：状态寄存器
[0029]
180：控制器
[0030]
bl0、
···
、blm、bln：位线
[0031]
s10、s12、s14、s16、s20、s22、s30、s32、s34、s100、s110、s120、s130、s140、s150、s160、s200、s210：步骤
[0032]
sl0、
···
、slm、sln：源极线
[0033]
wl0、wl1、
···
、wln：字线
具体实施方式
[0034]
接着，一边参考附图，一边对本发明的实施方式进行详细说明。本发明的半导体存
储装置涉及一种不具有闪速存储器那样的擦除动作的电阻变化型存储器、eeprom等非易失性半导体存储器。
[0035]
图5为表示本发明的实施例的电阻变化型存储器的要部结构的框图。本实施例的电阻变化型存储器100是包含存储单元阵列110、行解码器120、列解码器130、输入输出电路140、擦除命令许可寄存器150、忙碌时间调整寄存器160、状态寄存器170以及控制器180等而构成。
[0036]
如图6所示，存储单元阵列110包含呈矩阵状配置的多个存储单元，一个存储单元包含一个存取晶体管和一个可变电阻元件。行方向的存取晶体管的各栅极共同连接于行方向的字线wl0、wl1、
···
、wln，存取晶体管的漏极区域连接于可变电阻元件的其中一个电极，列方向的源极区域共同连接于源极线sl0、
···
、slm、sln，列方向的可变电阻元件的另一个电极共同连接于位线bl0、
···
、blm、bln。
[0037]
可变电阻元件例如由氧化铪(hfox)等过渡金属的薄膜氧化物构成，通过写入脉冲电压的极性及大小来加以设置或重置。可变电阻元件例如在从位线侧向源极线侧流通电流时被设置为低电阻状态，在从源极线侧向位线侧流通电流时被重置为高电阻状态。再者，存储单元不限于图6所示那样的单晶体管单电阻器(one transistor one resistor，1t1r)的结构，也可由在其中一个可变电阻元件被设置时另一个可变电阻元件被重置那样的双晶体管双电阻器(two transistor two resistor，2t2r)构成。
[0038]
行解码器120根据来自控制器180的行地址来选择字线，列解码器130根据来自控制器180的列地址来选择源极线和位线。输入输出电路140从主机装置接收命令、地址、数据等，或者将从存储单元阵列读出的数据输出至主机装置。输入输出电路140例如搭载串行接口(spi)，与时钟信号同步地接收从主机装置输出的命令、地址等。闪速存储器也大多搭载spi，主机装置可与闪速存储器同样地通过spi来访问电阻变化型存储器100。
[0039]
擦除命令许可寄存器150设定是否能够接收闪速存储器的擦除命令。换句话说，设定是否使电阻变化型存储器100对闪速存储器的擦除动作进行仿真的信息。所述设定可由用户进行，即，可使用从主机装置去往擦除命令许可寄存器150的写入命令来进行，例如，在擦除命令许可寄存器150的1比特中设置使能或禁止。虽然电阻变化型存储器100不具备闪速存储器所进行那样的擦除功能，但通过对电阻变化型存储器100设置对闪速存储器的擦除动作进行仿真的功能，主机装置可使用对闪速存储器进行控制的软件来控制电阻变化型存储器100。
[0040]
忙碌时间调整寄存器160设定电阻变化型存储器100对闪速存储器的擦除动作进行仿真时的忙碌时间。在闪速存储器中，在响应擦除命令而进行了擦除动作的情况下，会在擦除动作中输出忙碌信号，所述忙碌信号表示忙碌状态。为了对所述闪速存储器的忙碌状态进行仿真，使用忙碌时间调整寄存器160。关于闪速存储器的忙碌的时间，例如当像以扇区为单位的擦除或者以块为单位的擦除那样擦除单位不同时，擦除时间即忙碌时间便不同。此外，根据闪速存储器的工艺技术的世代的不同，擦除时间即忙碌的时间也不同。因此，若在电阻变化型存储器100中将忙碌的时间设为固定，则无法正确地对应实际的闪速存储器的忙碌的时间。为了消除这一问题，忙碌时间调整寄存器160对调整后的忙碌时间进行保持，根据调整后的忙碌时间来控制忙碌状态。
[0041]
在某一实施例中，忙碌时间可由用户设定，即，从主机装置向忙碌时间调整寄存器
160输入对数据进行写入的命令，从而向忙碌时间调整寄存器160写入任意忙碌时间。忙碌时间调整寄存器160例如由8比特构成，能以0级～255级来进行时间设定。若单位被事先设置为毫秒，则调整是0ms到255ms。此外，在另一实施例中，忙碌时间调整寄存器160也可包含多个寄存器，通过多个寄存器中设定的值的合计来调整忙碌时间。在所述情况下，可为其中一个寄存器保持闪速存储器的典型擦除动作中的忙碌时间作为缺省值，另一个寄存器保持由用户任意调整后的忙碌时间，通过两个寄存器的合计来调整忙碌时间。
[0042]
状态寄存器170保持电阻变化型存储器100的各种动作状态。状态寄存器170所保持的信息之一中包含电阻变化型存储器对闪速存储器的擦除动作进行仿真时的假性忙碌信息。忙碌信息例如由1比特构成，h电平时表示是忙碌状态，l电平时表示不是忙碌状态。忙碌信息的忙碌状态由忙碌时间调整寄存器160中保持的忙碌时间加以控制。
[0043]
控制器180包含命令解码器和逻辑，所述命令解码器对经由输入输出电路140接收到的命令进行解码，所述逻辑用于控制电阻变化型存储器100的各部。当接收到去往擦除命令许可寄存器150的写入命令时，控制器180将经由输入输出电路140接收到的使能或禁止写入至擦除命令许可寄存器150。此外，当接收到去往忙碌时间调整寄存器160的写入命令时，控制器180将经由输入输出电路140接收到的对忙碌时间进行调整的数据写入至忙碌时间调整寄存器160。进而，当接收到将状态寄存器170中保持的状态信息读出的命令时，控制器180将状态寄存器170中保持的状态信息经由输入输出电路140输出至主机装置。所述状态信息中包含忙碌信息。
[0044]
在经由输入输出电路140从主机装置接收到闪速存储器的擦除命令时，若在擦除命令许可寄存器150中设定有使能，则控制器180响应擦除命令而对闪速存储器的擦除动作进行仿真。在所述情况下，向根据与擦除命令一同输入的地址而选择的块或扇区的存储单元进行数据“1”的设置写入。数据“1”的设置写入等价于闪速存储器进行的数据“1”的擦除。进而，控制器180根据忙碌时间调整寄存器160中设定的忙碌时间来控制状态寄存器170的忙碌信息的忙碌状态。另一方面，若在擦除命令许可寄存器150中设定有禁止，则控制器180不响应擦除命令、不对闪速存储器的擦除动作进行仿真。
[0045]
此外，在接收到电阻变化型存储器100的设置写入或重置写入的命令的情况下，控制器180按照经由输入输出电路140输入的地址及数据来进行选择存储单元的写入，在接收到读出命令的情况下，控制器180按照经由输入输出电路140输入的地址来进行选择存储单元的读出，并将读出的数据从输入输出电路140输出至主机装置。再者，电阻变化型存储器100包括电压生成电路、用于进行读出和写入的读出-写入电路、以及用于对读出的数据进行感测的感测电路，但这些结构与本发明无直接关系，因此予以省略。
[0046]
接着，参考图7的流程，对本实施例的电阻变化型存储器的擦除动作的仿真进行说明。当从主机装置接收到命令时(s100)，控制器180译解命令并判定是否是擦除命令(s110)。若是擦除命令以外的命令(例如读出命令、写入命令)，则控制器180执行与所述命令相应的写入、读出动作(s120)。
[0047]
在判定为擦除命令的情况下，控制器180判定擦除命令许可寄存器150中是否设定有擦除命令的接收的许可(设定有使能)(s130)。在进行的是许可擦除命令的接收的设定的情况下，控制器180执行闪速存储器的擦除动作的仿真(s140)。即，控制器180向与擦除命令一同输入的地址所指定的存储单元进行数据“1”的写入。例如，若是以块为单位的擦除，则
向与所述块相对应的所有存储单元进行数据“1”的写入。数据“1”的写入等价于闪速存储器进行的数据“1”的擦除。
[0048]
控制器180进而与写入并行地参考忙碌时间调整寄存器160(s150)，根据忙碌时间调整寄存器160中设定的忙碌时间来控制状态寄存器170的忙碌信息(s160)。即，在设定的忙碌时间的期间内，忙碌信息表示忙碌状态。调整后的忙碌时间等价于闪速存储器实际进行擦除动作时输出的忙碌时间。
[0049]
主机装置在向电阻变化型存储器100输出擦除命令后读出状态寄存器170的忙碌信息，由此可知电阻变化型存储器100的忙碌状态。由此，主机装置可认识到擦除命令在电阻变化型存储器100中得到了正确的执行。
[0050]
如此，根据本实施例，通过对电阻变化型存储器设置对闪速存储器的擦除动作进行仿真的功能，主机装置可利用对闪速存储器进行控制的软件来控制电阻变化型存储器，即便在将闪速存储器替换成电阻变化型存储器的情况下也能有效运用闪速存储器的软件资源。
[0051]
接着，对本发明的第二实施例进行说明。在第一实施例中，是根据用户所设定的忙碌时间来控制忙碌信息，而在第二实施例中，是根据擦除命令来自动选择忙碌时间、根据所选择的忙碌时间来控制忙碌信息。在第二实施例中，忙碌时间调整寄存器160包含多个寄存器，各寄存器设定与擦除命令相应的忙碌时间。例如，第一寄存器设定以块为单位进行擦除时的忙碌时间，第二寄存器设定以扇区为单位进行擦除时的忙碌时间。擦除时间根据擦除单位而不同，因此在第一寄存器及第二寄存器中设定与擦除单位相对应的忙碌时间。
[0052]
图8为表示基于第二实施例的擦除动作的仿真的流程的图，步骤s100、步骤s110、步骤s120、步骤s130、步骤s140、步骤s160与第一实施例时的图7所示的相同。
[0053]
在输入的命令为擦除命令(s110)且设定有擦除命令的接收的许可的情况下(s130)，控制器180进而识别擦除命令的种类(s200)。例如，闪速存储器中有以块为单位的擦除命令和以扇区为单位的擦除命令，控制器180对这样的擦除命令进行识别。控制器180向由地址指定的存储单元进行数据“1”的写入(s140)，并与这样的写入并行地选择和识别出的擦除命令相应的忙碌时间调整寄存器160，读出所选择的寄存器中设定的忙碌时间(s210)。例如，若是以块为单位的擦除命令，则选择第一寄存器，读出第一寄存器中设定的忙碌时间，若是以扇区为单位的擦除命令，则选择第二寄存器，读出第二寄存器中设定的忙碌时间。控制器180根据读出的忙碌时间来控制状态寄存器170的忙碌信息。
[0054]
如此，根据本实施例，在多个忙碌时间调整寄存器160中分别设定与擦除命令相应的忙碌时间，根据输入的擦除命令来选择忙碌时间调整寄存器160，因此可根据擦除命令来自动调整忙碌时间。
[0055]
上述实施例例示了电阻变化型存储器作为实质上不具有闪速存储器的擦除动作的半导体存储装置，但除此以外，例如还可将本发明应用于eeprom之类的存储器。
[0056]
对本发明的优选实施方式进行了详细叙述，但本发明并不限定于特定的实施方式，可在权利要求记载的本发明的主旨的范围内进行各种变形、变更。