(57)【要約】不揮発性メモリ（ＮＶＭ）アレイの余寿命を示すためのシステム及び方法（７００）は、集積回路に実現し得る。本方法は、１以上のセルを特徴付けることによりＮＶＭアレイの余寿命を推定して推定値を生成すること（７０３）と、推定値をしきい値と比較して比較値を生成すること（７０９）と、推定値がしきい値を満足する場合に、比較値に対応する指示を行うこと（７１１）とを含む。本システムは、ＮＶＭアレイ（２０１）と、ＮＶＭアレイを制御し、１以上のセルを特徴付けることによりＮＶＭアレイの余寿命を推定するとともに、ＮＶＭアレイの推定寿命に対応する出力信号を出力するように構成されたコントローラ（２０２）と、出力信号に対応するフラグを記憶するレジスタ（２１５）とを含み、フラグは、予測推定寿命に対応する情報をユーザに提供するために用い得る。
2008539533.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
不揮発性メモリ（ＮＶＭ）アレイの余寿命を示す方法であって、
１以上のセルを特徴付けることにより前記ＮＶＭアレイの余寿命を推定して推定値を生成すること、
前記推定値をしきい値と比較して比較値を生成すること、
前記推定値が前記しきい値を満足する場合、前記比較値に対応する指示を行うこと、
を備える方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、
前記余寿命を推定することは更に、前記ＮＶＭアレイの１以上のセルに対する読み出しマージンを評価することにより前記推定値を生成することを含む、方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法において、
前記余寿命を推定することは更に、書き込みサイクル中に前記読み出しマージンを評価することを含む、方法。
【請求項４】
請求項２に記載の方法において、
前記余寿命を推定することは更に、読み出しサイクル中に前記読み出しマージンを評価することを含む、方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法において、
前記推定値をしきい値と比較することは更に、前記ＮＶＭアレイの１以上のセルの読み出し信号を所定のしきい値と比較することを含む、方法。
【請求項６】
請求項５に記載の方法において、
前記ＮＶＭアレイの１以上のセルの読み出し信号を所定のしきい値と比較することは更に、書き込みサイクル中に前記読み出し信号と書き込みしきい値とを比較することを含む、方法。
【請求項７】
請求項５に記載の方法において、
前記ＮＶＭアレイの１以上のセルの読み出し信号を所定のしきい値と比較することは更に、読み出しサイクル中に前記読み出し信号と読み出ししきい値とを比較することを含む、方法。
【請求項８】
請求項１に記載の方法は更に、
前記指示に応答して、前記ＮＶＭアレイに対する残りの書き込みサイクル数でダウンカウンタを初期化すること、
各書き込みサイクルが実行されるに従って、前記残りの書き込みサイクル数を減少させること、
を含む方法。
【請求項９】
請求項１に記載の方法において、
前記指示を行うことは更に、前記ＮＶＭアレイに依拠するユーザに前記ＮＶＭアレイの余寿命を通知するのに適したユーザ情報を提供することを含む、方法。
【請求項１０】
システムであって、
不揮発性メモリ（ＮＶＭ）アレイと、
前記ＮＶＭアレイを制御し、前記ＮＶＭアレイの１以上のセルを特徴付けることにより前記ＮＶＭアレイの余寿命を推定するとともに、前記ＮＶＭアレイの推定寿命に対応する出力信号を出力するように構成されたコントローラと、
前記出力信号に対応するフラグを記憶するレジスタと、
を備えるシステム。
【請求項１１】
請求項１０に記載のシステムにおいて、
前記コントローラは更に、
ステートマシンと、
前記ＮＶＭアレイの１以上のセルに対する読み出しマージンであって、前記ＮＶＭアレイの推定寿命に対応する読み出しマージンを評価するように構成された比較器機能と、
を含む、システム。
【請求項１２】
請求項１１に記載のシステムにおいて、
前記ステートマシン及び前記比較器機能は、書き込みサイクル中に読み出しマージンを評価する、システム。
【請求項１３】
請求項１１に記載のシステムにおいて、
前記ステートマシン及び前記比較器機能は、読み出しサイクル中に読み出しマージンを評価する、システム。
【請求項１４】
請求項１１に記載のシステムにおいて、
前記コントローラは更に、前記読み出しマージンが所定のレベルを下回ると、前記出力信号を出力するように構成された出力段を含み、前記所定のレベルは、前記ＮＶＭアレイの１以上のセルの寿命終了条件を予測するように選択されている、システム。
【請求項１５】
請求項１０に記載のシステムにおいて、
前記コントローラは、前記ＮＶＭアレイの推定寿命が予測寿命終了条件に達した後、前記ＮＶＭアレイの書き込みサイクル毎に前記出力信号を出力する、システム。
【請求項１６】
請求項１５に記載のシステムにおいて、
前記レジスタは更に、前記出力信号の各発生時に割込みを許可するために用いられるフラグを記憶し、前記割込みは、前記ＮＶＭアレイの近づきつつある寿命終了を前記ＮＶＭアレイに依拠するユーザに通知するために用いられる、システム。
【請求項１７】
請求項１５に記載のシステムにおいて、
前記レジスタは更に、前記出力信号の発生をカウントするカウンタを含む、システム。
【請求項１８】
集積回路であって、
不揮発性メモリ（ＮＶＭ）アレイと、
前記ＮＶＭアレイを制御し、前記ＮＶＭアレイの１以上のセルを特徴付けるように構成されたステートマシンと、
前記ステートマシンに接続され、前記ＮＶＭアレイの余寿命を評価して、予測寿命終了条件が起こると出力信号を出力するように構成された予測機能と、
前記出力信号に対応するフラグを記憶するように構成されたレジスタと、
を備える集積回路。
【請求項１９】
請求項１８に記載の集積回路において、
前記予測機能は更に、前記ＮＶＭアレイの余寿命の推定値が前記予測寿命終了条件を満足したとき、前記出力信号を出力する比較器を含む、集積回路。
【請求項２０】
請求項１９に記載の集積回路において、
前記比較器は、読み出し信号と１以上のしきい値とを比較して、前記ＮＶＭアレイの余寿命に対応する読み出しマージンを決定する、集積回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に、メモリに関し、特に、不揮発性メモリ推定寿命のための予測方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＥＥＰＲＯＭ（電気的に消去可能なプログラム可能読み出し専用メモリ）及びフラッシュＥＥＰＲＯＭアレイ等の不揮発性メモリ（ＮＶＭ）アレイが知られている。また、これらのメモリ技術は、ＮＶＭアレイの任意の１つのセルに高い信頼度で実施し得る書き込み又は書き込み／消去のサイクル数の点で、有限の寿命を有することが知られている。これらのアレイが該アレイの寿命を超過し得る書き込み／消去サイクル数で用いられる場合、アレイに不慮の故障が発生することがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
メモリセルの故障が検出された時、例えば、メモリセルが正常に書き込めない時に代替の記憶場所として用い得る予備のメモリセルをアレイに設けることが知られている。これらの場合、故障が起こった後、代替の場所が用いられる。ある専門家は、予備のメモリセルの残数を常時監視し、この数が、ある予備メモリセル残数を下回った場合に対策（警告、機能停止等）を行うことを提案している。また、フラッシュＥＥＰＲＯＭのセクタに対する書き込み／消去サイクル数を追跡し、その数が元のセクタの指定推定寿命に近づくと、アレイの予備のセクタを利用することが提案されている。この解決法は、或るＮＶＭアレイに対しては非常に悲観的な傾向にある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００４】
添付図において同様な参照番号は同様な又は機能的に類似の要素を示し、以下の詳細な説明では、これらを本明細書に引用して説明する。添付図は、本発明に基づく種々の実施形態を例示し、これらの図を参照して本発明の種々の原理及び利点を説明する。
【０００５】
概して本開示は、不揮発性メモリ（ＮＶＭ）に関し、特に、ＮＶＭセル及びアレイの余寿命を推定し、好適には、例えば、ＮＶＭアレイに依拠するユーザにこの推定値を適宜示すための予測方法及び装置に関する。特に、ＮＶＭセル又はアレイの余寿命を示すための又はそれを表す信号を生成するための方法及び装置、例えば、システム及び集積回路において具現される種々の本発明の概念及び原理が開示される。
【０００６】
対象とするＮＶＭメモリ又はデバイスは多種多様にわたり、それらの技術は寿命を超過し得る用途で用いられることが殆どである。寿命が重要且つ決定的な場合、ＮＶＭアレイに依拠するユーザは、アレイが寿命終了条件に近づいていることに関する何らかの予告を高く評価する可能性がある。これらのアレイ又はセルは、ＥＥＰＲＯＭあるいはフラッシュＥＥＰＲＯＭとして構成又は配置されることが多い。公知なように、ＥＥＰＲＯＭでは個々のワード（８ビットであることが多い）を書き換えることが可能であり、これに対して、フラッシュＥＥＰＲＯＭでは、１つのワード又は１つのビット変更するためだけに、セクタ（多数のワード）全体を書き換えなければならない。
【０００７】
本開示は、本発明に基づき種々の実施形態を実現し用いる最良の形態について更に説明するためになされる。本開示は、本発明による原理及び利点に対する理解及び認識を高めるためになされるものであって、本発明を如何ようにも限定するものではない。本発明は添付の特許請求の範囲によってのみ規定され、請求項の全ての等価物を含む。
【０００８】
本発明による機能及び原理は、特定用途向けＩＣや、内蔵ソフトウェア或いはファームウェアによって制御される一体化処理を備えたＩＣを含み得る集積回路（ＩＣ）を用いて又はそれらにおいて最適に実現される。本明細書に開示された概念及び原理によって、当業者は、例えば、利用可能な時間、現在の技術、及び経済的な要件によって動機付けられる恐らく多大な労力や多くの設計選択肢にかかわらず、最小の実験作業でそのようなソフトウェア命令やプログラム及びＩＣを容易に生成し得ることが期待される。従って、説明を簡潔し、また、本発明による原理及び概念を不明瞭にすることを最小限に抑えるために、そのようなソフトウェア及びＩＣの更なる説明は、種々の実施形態の原理及び概念に対して本質的なものに限定する。
【０００９】
図１を参照して、ＮＶＭ又はそのＮＶＭアレイの余寿命を予測するための又はその指示を行うための種々の方法及び装置を用いた、不揮発性メモリ（ＮＶＭ）を用いるシステムの概略を説明する。図１は、ＮＶＭ１０２を利用する又はそれに依拠する自動車システム１０１等のサブシステム又はシステムを示す。そのようなＮＶＭは、制動、エアバッグ、エンジン制御システム等の様々な自動車サブシステムに適用することができ、通常、自動車システムへの電力が遮断された場合に、種々の状態情報を保持するために用いられる。電力は、例えば、点火がオフになったり、もしくはバッテリが切断されたりする場合に、遮断されることが多い。或るシステムでは、自動車の動作中、ＮＶＭは、条件が変わるにつれて更新が必要なことがある。公知なように、ＮＶＭ、具体的にはそのＮＶＭアレイを更新したり又はそれに書き込んだりする場合には、書き込み場所又は書き換え場所が最初に消去サイクルで消去され、次に書き込みサイクルが実施される。或るＮＶＭアレイは、消去／書き込みサイクル数の点において、有限の寿命又は推定寿命を有し、従って、サイクル数が増加するに伴って故障する可能性がある。
【００１０】
図１に示す自動車システム１０１は、ユーザインターフェイスコントローラ１０３に結合される。実施形態によれば、ＮＶＭアレイのサポートシステム、即ちシステム１０１は、更に後述するように、寿命終了条件が起こると出力信号を出力する又は指示を行うが、この場合、この信号又は指示は、ＮＶＭの故障に先立って出力ないし行われる。従って、出力又は指示は、ＮＶＭアレイに対する差し迫った又は近づきつつある寿命終了の予測と言える。ユーザインターフェイスコントローラは、この出力信号又は指示を用いて、例えば、自動車のユーザディスプレイ１０５上において、ユーザ情報を起動、提供、又は生成し得る。
【００１１】
ユーザに対するこのメッセージは、実施形態によれば、ＮＶＭアレイの余寿命、即ち、通常制限された余寿命をＮＶＭアレイに依拠するユーザに通知するのに適切であるべきである。メッセージ又はユーザ情報は、例えば、“サービス要求有り”のように単純であったり、もしくは、例えば、“制動システムサービス要求有り”のように更に詳細であってもよく、又は、その期間においてサービスが得られる推奨期間、例えば３０日等の期間をユーザに通知するものであってもよい。尚、ある実施形態におけるＮＶＭを用いるシステムでは、ＮＶＭに追加の書き込み（消去を含む）サイクルが行われるのに伴って、指示又は出力信号を提供し続けたり、それを繰り返し提供したりする。また、追加のサイクルと共に出力信号又は指示を変化させてもよく、又は他の選択肢として、インターフェイスコントローラ１０３が発生数をカウントするようにしてもよい。
【００１２】
いずれにせよ、或る実施形態では、ディスプレイに出力されたメッセージやユーザ情報は変化する可能性があり、例えばサービスを得られる残りの日数が変化する、例えば短くなる可能性があり、あるいは、メッセージが点滅し始めたり又は追加の警報が鳴ったりすることがある。このようにして、ユーザは、そのシステムの故障によって、多少驚いたり、不自由な思いをしたり、危険にさらされたりすることなく、不特定のシステム又は特定のシステム（制動、エンジン制御等）の潜在的な問題に関する警告をあらかじめ受けることができる。上記で簡単に説明し、更に詳細に後述する予測故障解決手法について、種々の自動車システム又はサブシステムの観点から説明するが、同じ又は同様な解決手法が、ＮＶＭ及び対応するＮＶＭアレイを用いる他の既存の又は将来のシステム１０７にも同様に適用可能で同様な利点が得られること、特に、例えばそれらのシステムがＮＶＭアレイの推定寿命より長持ちする場合に適用可能であることを理解し得る。
【００１３】
図２を参照して、ＮＶＭアレイの推定寿命に対応する出力を行うためのシステムについて説明する。図２のシステムは、ＮＶＭアレイ又はそれを構成する１以上のメモリセルの余寿命、即ち近い将来起こりうる故障を予測する指示を行うように構成及び構築される。本システムは、コントローラ２０２に接続された不揮発性メモリ（ＮＶＭ）アレイ２０１を含む。コントローラ２０２は、ＮＶＭアレイ２０１を制御し、ＮＶＭアレイの１以上のセルを特徴付けることによってＮＶＭアレイの余寿命を推定するとともに、ＮＶＭアレイの推定寿命に対応する出力信号を出力するように構成される。
【００１４】
実施形態におけるコントローラは更に、ステートマシン２０３と、比較器即ち比較器機能２０５を含む。ステートマシンは、一般的に、ＮＶＭアレイを制御し、消去、書き込み、読み出しのサイクル等を実施するように構成され、また、そのように動作可能である。比較器及びそれぞれの出力は、ステートマシンによって用いられ、様々なサイクルが適切な結果（セルの消去、書き込み又は読み出し等）に至ることを保証し得る。全体として、ＮＶＭアレイ２０１、ステートマシン２０３、及び或る実施形態において、比較器２０５には、不揮発性メモリ（ＮＶＭ）２０７が含まれる。ＮＶＭ２０７は、ＮＶＭを用いる又はそれに依拠するシステム２０９、例えば、エンジン制御システム等に接続される。
【００１５】
図２のシステムは更に、レジスタ２１５を含む。コントローラ２０２からの出力信号、例えば比較器２０５からの或る出力は、実施形態では、出力段２１１によってレジスタ２１５に供給される。レジスタ２１５は、出力信号に対応するフラグを記憶するように配置構成され、更に、カウンタと同様に、割込み許可ビット又は信号を記憶し得る。レジスタ及び対応するコンテンツは、インターフェイスシステム２１７に接続される。一般的に、ＮＶＭアレイ２０１、コントローラ２０２、ＮＶＭを用いるシステム２０９及びレジスタ２１５は、図１の自動車システム１０１又は他のシステム１０７と同様であり、他方、インターフェイスシステム２１７は、図１のインターフェイスコントローラ１０３やさらにはディスプレイ１０５と同様である。
【００１６】
実施形態のコントローラは、１以上のセルを特徴付けるように、例えば、ＮＶＭアレイ２０１の１以上のセルに対する読み出しマージンを評価するように構成されたステートマシン２０３及び比較器機能２０５を含む。この場合、読み出しマージンは、ＮＶＭアレイの推定寿命、即ち余寿命に対応する。尚、公知なように、電圧しきい値に対応し、それを意味し得る読み出しマージンは、セルが読み出される時、そのセルから再度読み出される信号の強度に本質的に対応するものであり、具体的には、その強度と或る最小強度との間の差異に対応するものである。ステートマシン及び比較器機能は、書き込みサイクル中又はその一部において読み出しマージンを評価したり、或いは、読み出しサイクル中又はその一部において読み出しマージンを評価したりすることができる。実際には、図３を参照して更に後述するように、読み出し信号は、１以上のしきい値、例えば、読み出ししきい値や書き込みしきい値等と比較され、その結果は、出力信号を生成して出力するために用いられる。
【００１７】
コントローラ、具体的には、その出力段２１１は、読み出しマージンが所定のレベルを下回るとき出力信号を出力するように構成される。この場合において、所定のレベルは、ＮＶＭアレイの１以上のセルに対する寿命終了条件に対応し、また、その条件を予測するように選択される。或る実施形態において、コントローラは、ＮＶＭアレイの推定寿命が予測寿命終了条件に達した後、ＮＶＭアレイの書き込みサイクル毎に出力信号を出力するように構成される。例えば、所定レベルが、更に１６（又は、１００或いは１０）の消去／書き込みサイクルに対応するように選択されるとする。この場合、所定レベルが、読み出しマージン即ち読み出し信号によって満足されると、その後の書き込みサイクル毎に、出力信号が出力される。或る実施形態におけるレジスタは、出力信号の各発生時に割込みを許可するために用いられるフラグを記憶し得る。この割込みは、例えば、インターフェイスシステム２１７が、ＮＶＭアレイの近づきつつある寿命終了をＮＶＭアレイに依拠するユーザに通知するために用いられる。出力信号の追加の発生を通知する際、追加のメッセージ又は警告をユーザに提示してもよい。これらのメッセージ又は警告には、緊急性のレベルの増加を含み得る。他の実施形態におけるレジスタは、更に、出力信号の発生をカウントするカウンタ、具体的には、追加の消去／書き込みサイクル（１６、１００、１０）の予測数が予め設定されたダウンカウンタを含み、出力信号の各発生時、このカウントが減らされる。
【００１８】
図２のシステムは、１以上の集積回路として実現し得ることが理解し得る。また、このシステムは、不揮発性メモリ（ＮＶＭ）アレイと、ＮＶＭアレイを制御し、ＮＶＭアレイの１以上のセルを特徴付けるように構成されたステートマシンと、ステートマシンに結合され、ＮＶＭアレイの余寿命を評価して、予測寿命終了条件が起こると出力信号を出力するように構成された予測機能と、出力信号に対応するフラグを記憶するように構成されたレジスタと、を含む集積回路とみなし得ることが理解し得る。或る実施形態における予測機能は更に、ＮＶＭアレイの余寿命の推定値が予測寿命終了条件を満足した時、出力信号を出力する比較器が含まれる。比較器は、読み出し信号と１以上のしきい値とを比較して、ＮＶＭアレイの余寿命に対応する読み出しマージンを決定する。
【００１９】
図３を参照して、セルの余寿命を推定する手段を備えたＮＶＭアレイのセルについて説明する。図３は、フローティングゲート３０２を備えた代表的なメモリセル、即ち、セル３０１を示す。１つのセルを示すが、アレイは、多数のそのようなセル、例えば数百万のセルを含み得ることが理解し得る。これらのセルは、ｐチャネル又はｎチャネルデバイスのいずれで形成されてもよい。これらの説明のために、ｎチャネルデバイス即ちセルは、普遍性が失われないと仮定する。公知なように、フローティングゲート３０２に蓄積された電荷又は電荷量は、それが選択された時、チャネルがメモリセルに形成されるかどうか決定する。選択回路として代表的に示された選択トランジスタ３０３は、そのソースが、バイアス電圧３０５に結合される。このトランジスタは、そのゲート３０７における正の信号によってイネーブル状態になる。公知なように、ステートマシン３０９の一部と見なし得るアドレスデコーダは、セル３０１が選択される時に、ゲート３０７において信号を生成する。更に、ステートマシン３０９からの制御信号３１０が供給される制御ゲート３０８を示す。具体的には、図示しないバイアス構成の中でもとりわけ制御ゲート３０８のバイアスは、通常、ＥＥＰＲＯＭにおける所定のセル又はフラッシュＥＥＰＲＯＭにおけるセルのセクタに書き込み又は消去を行うために、即ち、全て公知なように、フローティングゲートに蓄積された電荷の追加又は引き抜きを行うために用いられる。ＮＶＭアレイの“通常”動作中、１以上のセルを適切に特徴付けることによって、ＮＶＭアレイの余寿命、即ち近い将来の故障の予測を行うことができる、例えば、ＮＶＭアレイのユーザに警告を行うことができる。
【００２０】
選択トランジスタ３０３が、ゲート３０７における信号によってイネーブル状態になる即ちオンすると、バイアス電圧又はバイアス電圧付近の電圧がセル３０１のソース３０６に印加される。フローティングゲート３０２における電荷が充分に正ならば、チャネルがセル３０１に形成され、セルが導通状態になり、このバイアス電圧又はその大部分がセルのドレイン３１１に、また、再度ステートマシン３０９に具体的には１以上のセンス増幅器（特に図示しない）に印加される。フローティングゲートの電荷がゼロ又は無視できるならばチャネルは形成されず、バイアス電圧は、セルのドレインに印加されない。セル３０１のドレイン３１１における信号は、読み出し信号と称し得るか、少なくとも読み出し信号に対応する。１つの慣例により、チャネルが形成されセルが導通すると、セルは論理“１”を記憶し、それが導通しないと、セルは論理“０”を記憶する。
【００２１】
更に公知なように、通常、ゲート酸化物等において、特に電荷捕獲の結果として、セルが、繰り返し消去され、書き込まれたり書き換えられたりすると、フローティングゲートに蓄積される見かけの電荷量は、正の電荷の場合には減少し、ゼロ又は無視できる電荷の場合には増加する。従って、（セルが選択された時）セル３０１のドレインに印加される信号又はバイアス電圧の一部の大きさは、チャネルが形成されると考えられる（フローティングゲートは、ｎチャネルセルの場合には正の電荷を担持する。即ち、“１”が記憶される）場合には減少し、チャネルが形成されないと考えられる（即ち、“０”が記憶される）場合には増大する。サイクル数が増加する際のいずれかの点において、“１”が記憶される場合のドレインにおける信号（即ち、読み出し信号）と“０”が記憶される場合の信号とを区別することは、もはや簡単ではない。
【００２２】
“１”信号と“０”信号との間の差異は、ＮＶＭ内における電圧しきい値を意味し得るが、このしきい値は、通常、セルに対する書き込みサイクル数と共に減少する。読み出しマージンは、検出された読み出し信号の大きさと、１以上の所定のレベル即ちしきい値との間の差異と称し得る。例えば、“１”が記憶される場合、セル３０１のドレインにおいて検出された信号と、低しきい値、即ち第１読み出ししきい値との間の差異は、読み出しマージンと称し得る。また、“０”が記憶される場合、検出された信号と、高しきい値、即ち、第２読み出ししきい値との間の差異も読み出しマージンとして示し得る。読み出しマージンは、各読み出し又は再読み出しのサイクル時に評価することができ、また、消去／書き込みサイクルの一部として、例えば、書き込みサイクルの終了時に評価して、セルが高い信頼度でプログラムされたことを保証することができる。書き込みサイクル中及び読み出しサイクル中に読み出しマージンを評価することによって、その間の時間中での、フローティングゲートからのあらゆる電荷漏れを把握することができる。便宜上、読み出しサイクル中に用いられる読み出ししきい値を読み出ししきい値と称し、書き込みサイクル中に用いられる読み出ししきい値を書き込みしきい値と称することがある。本技術では、読み出ししきい値及び書き込みしきい値は、等しいか又はほぼ等しいが、場合によっては、これら２者間を区別すると有益な場合がある。
【００２３】
例えば、バイアス電圧３０５が２．５ボルトの１つのＮＶＭアレイにおいて、読み出し信号が１．７ボルトを超える限り、セルは、高い信頼度で“１”を記憶する。同様に、読み出し信号が０．９ボルトより小さい場合、セルは、高い信頼度で“０”を記憶する。当業者ならば理解し得るように、任意のアーキテクチャ及びプロセス技術に対する電圧しきい値又は読み出しマージンの変動は、セルが受けた書き込み（消去／書き込み）サイクル数と高度に相関する。従って、検出された読み出しマージン又は読み出し信号は、ＮＶＭセル、即ちＮＶＭアレイの余寿命を高度に示す又は予測する。読み出しマージンと１以上の所定のレベル即ちしきい値とを比較することによって、あるいは、読み出し信号と１以上の適切なしきい値（読み出ししきい値又は書き込みしきい値）とを比較することによって、寿命終了条件を検出でき、それによって、ＮＶＭセル又はアレイの余寿命をある程度適切に予測し得る。上例において、バイアス電圧が２．５ボルトであると、“１”が記憶される場合、１．４ボルトの読み出ししきい値を用いて読み出し信号と比較でき、また、“０”が記憶される場合、１．２ボルトの読み出ししきい値を用いて読み出し信号と比較し得る。任意のＮＶＭセル又はアレイにおける設計及び開発段階や後続の段階中に収集されたデータを考慮することにより、当業者は、寿命終了条件つまり余寿命、即ち、セルがその有効寿命の最後に近づく時を予測するために用い得る、読み出し信号又は読み出しマージンと比較するための１以上のしきい値又はレベルを決定することが可能である。
【００２４】
上記の説明に鑑みて、図３に示すしきい値機能３１２はセル３０１のドレインに接続され、従って、そのしきい値機能３１２にはセルからの読み出し信号が供給される。しきい値機能は、第１基準３１５を参照し、読み出し信号が該第１基準を超える場合に正の出力３１６を出力する第１比較器３１３と、第２基準３１９を参照し、読み出し信号がその第２基準を超える場合に正の出力３２０を出力する第２比較器３１７と、第３基準３２３を参照し、読み出し信号がその第３基準を超える場合に正の出力３２４を出力する第３比較器３２１とを含む。比較器の出力は、ステートマシン３０９と、例えば出力段とに接続される（図２参照）。セル３０１に関する追加のパラメータを特徴付けるために追加の比較器が設けられてもよい。
【００２５】
例えば、“１”がセル３０１に記憶されるとする。セルが読み出される場合、読み出し信号は、全ての基準を超えると予想される。従って、３つの比較器の各々からの出力信号は正である。読み出し信号が第１基準を超えないが、他の全ての基準を超える場合、第１比較器の出力はゼロであり、他の全てが正である。このことは、セル３０１が寿命終了条件に近づきつつあり、次のどれだけのサイクル内に故障し得ると予想されるかということの指示即ち予測指示として用い得る。“０”がセル３０１に記憶されるとする。セルが読み出される場合、読み出し信号は全ての基準未満であり、従って、各比較器からの出力信号がゼロであると予想し得る。読み出し信号が、例えば第３基準を超えた場合、第３比較器３２４からの出力は正であり、他の全てがゼロである。このことは、セル３０１が寿命終了条件に近づきつつあるという指示としても用い得る。従って、監視するための適切な基準及び適切な比較器を選択することによって、又は、全ての比較器を監視し、例えば、ステートマシンや出力段において比較器の出力結果を解析することによって、セルの余寿命の推定又は予測を行い得る。尚、読み出し信号が、読み出しサイクルの一部として評価されるのではなく、書き込みサイクルの一部として評価される場合、他の比較器及び基準に依拠する必要があり得る。
【００２６】
図４を参照して、ステートマシンがＮＶＭアレイを制御する動作の１つの代表的な態様について説明する。図４は、メモリセルをプログラムする又はそれに書き込むために用い得るプロセスのフローチャートを示す。同様なプロセスが、メモリセル又はメモリセルのセクタを消去するために用いられるが、これは、セルのプログラミングに先立って行われる。コントローラ又はステートマシンの動作は、４０１で始まる。４０３は、対応するセルに対するアドレスポインタの設定と、バスへのデータのロードを示す。プログラミング電圧が４０５において印加され、次いで所定の時間間隔後に、４０７において印加が停止される。この時間間隔は、アレイのメモリセルのフローティングゲートに充分な電荷が確実に蓄積されるように選択される。或るアレイにおいては、プログラミング電圧は、しきい値電圧が特定のレベルに達するのに基づいてオフになる。
【００２７】
４０９において、電圧しきい値が測定される。上述したように、この測定は、セルが読み出される場合の読み出しマージン又は読み出し信号の測定と同様であり、更には、予想値即ちしきい値（“１”又は“０”のいずれかに対する書き込みしきい値）との比較と同様である。電圧しきい値が、測定され、予想値と比較されると、良好４１１か又は低い４１５のいずれかが分かる。低い４１７とみなされる場合、或る実施形態では、４０５，４０７におけるプログラミングステップが繰り返されることを示す。電圧しきい値が良好であるならばプログラミングが終了し、４１３においてプログラミングプロセスが終了する。電圧しきい値が低いとみなされるならば、４１９においてフラグが設定され、これはアレイの寿命終了状態が近づきつつあることを示唆する。通常、１つの電圧しきい値が良好である場合には、最大性能が示され、他方、１以上の低いレベルが存在する場合には、これらは、ＮＶＭアレイの磨耗の兆候と解釈し得る。
【００２８】
図５を参照して、ステートマシンがＮＶＭアレイを制御する動作の他の代表的な態様について説明する。図５は、読み出し又は再読み出しサイクルの一部として、コントローラ又はステートマシンが実行する上位のプロセスを示す。５０１において、データ読み出し要求が受信され、適切なアドレスがバスにロードされる。５０３において、要求されたデータに対応する電圧しきい値が、新しいＮＶＭアレイ設計として提案されている上記概念及び原理又は同様な解決策に基づき、測定される。電圧しきい値が良好５０５であるとみなされるならば、そのデータは５０７において返される。電圧しきい値が低い５０９とみなされるならば、フラグが設定され、そのデータは５１１において返される。フラグは、寿命終了条件が検出され、これは、ＮＶＭアレイの余寿命の予測値であることを示す。電圧しきい値測定値は、現在用いられている又は近々用いられるものと同じ又は同様な場合がある。従って、これらの測定値は、二重の用途、例えば、データの完全性を保証するという通常の目的並びにＮＶＭアレイの１以上のセルに対する寿命終了条件を予想するという予測目的を提供し得る。この場合、この予測又は予想は、上述したように用いて、ＮＶＭアレイに依拠するユーザに警告を行い得る。
【００２９】
図６を参照して、実施形態による図２のシステムでの用途に適するレジスタの一実施形態について説明する。図示するように、図６のレジスタは、８ビットレジスタであるが、このレジスタは、専門家が望む長さであってよい。ビット７は、不揮発性情報フラグ（ＮＶＩＦ）６０１であり、このビット７は、例えば、寿命終了条件が検出されると設定される。例えば、所定のしきい値が、読み出しマージン、電圧しきい値、又は読み出し信号によって満足され、しきい値が、残りの１６書き込みサイクルに対応する場合、このフラグは、例えば１に設定し得る。上述した出力信号（１又は複数）は、このフラグを設定するために用い得る。図示するビット６は、不揮発性割込み許可（Non Volatile Interrupt Enable ：ＮＶＩＥ）ビットであり、このＮＶＩＦビットが一旦設定されると、例えば、書き込みサイクルが実施される度に、割込みが生成される（これによって、メッセージ等をユーザに表示する）。図示されたカウンタ６０５（カウンタ出力ビット）は、４ビットを用いて、例えば、１６の状態を生成する２進数値の１５からカウントダウンする。２つのビットは、予約ビット６０７であり、より長いカウンタが望まれる場合又は異なるレベルの割込みもしくはフラグを識別する必要がある場合に用い得る。
【００３０】
図７のフローチャートを参照して、ＮＶＭアレイの余寿命を示す方法の実施形態について説明する。この方法は、本発明による概念及び原理の多くを用いており、その詳細は、全般的に上記説明から理解し得る。本方法は、上記構造又は装置の１つ又は複数において、又は他の同様に構成配置された構造において、実現し得る。
【００３１】
不揮発性メモリ（ＮＶＭ）アレイの余寿命を示す方法７００は７０１で始まり、１以上のセルを特徴付けることによりＮＶＭアレイの余寿命を推定して推定値を提供する段階７０３を含む。任意ではあるが、実施形態では、この推定する段階７０３は、消去／書き込みサイクル数をカウントする段階７０５と、このカウントとＮＶＭアレイの指定寿命又はその寿命の或る部分に対応するカウントとを比較する段階と、例えば書き込みサイクルの最後か、読み出しサイクル中か、あるいは読み出しサイクルの一部で、ゲートしきい値電圧（上記した電圧しきい値）、読み出しマージン、読み出し信号の大きさ等を評価する段階７０７とを含み得る。本方法は更に、しきい値と推定値とを比較して比較値を生成する段階７０９であって、例えば、推定値がしきい値を満足するかどうかを決定する段階を含む。一例では、読み出しマージン又は読み出し信号が所定のしきい値（読み出ししきい値又は書き込みしきい値）より小さい場合、即ち、推定値がしきい値を満足する場合、ＮＶＭアレイの余寿命等の比較値に対応する指示を行う段階７１１が行われる。この段階７１１は、例えば、フラグを設定する段階と、割込みを許可する段階とを含み得る。本方法は更に、カウンタ値を初期化又は減少させ、ＮＶＭに依拠するユーザに、アレイの余寿命を通知するのに適した情報を提供する段階７１３を含み得る。本方法は、７１５で終了するが、必要に応じて、例えば、アレイの書き込みサイクルがある度に繰り返し得る。比較する段階７０９によって、推定値がしきい値を満足しないと判断された場合、本方法は、７１５で終了する。
【００３２】
実施形態では、余寿命を推定する段階は更に、ＮＶＭアレイの１以上のセルの読み出しマージンを評価することにより推定値を生成する段階を含む。この段階は、読み出しサイクル中又は書き込みサイクル中に起こり得る。或る実施形態では、推定値としきい値とを比較する段階は更に、ＮＶＭアレイの１以上のセルの読み出し信号と、所定のしきい値、例えば、書き込みサイクル中の書き込みしきい値か又は読み出しサイクル中の読み出ししきい値とを比較する段階を含む。本方法は更に、指示に応答して、ＮＶＭアレイに対する残りの書き込みサイクル数でダウンカウンタを初期化する段階と、各書き込みサイクルが実行されるに従って、残りの書き込みサイクル数を減少させる段階とを含み得る。指示を行う段階は更に、ＮＶＭアレイに依拠するユーザに、ＮＶＭアレイの余寿命を通知するのに適したユーザ情報を提供する段階を含み得る。
【００３３】
図８を参照して、ＮＶＭ書き込みサイクル又は消去／書き込みサイクルをカウントするための一実施形態について説明する。図８において、ＮＶＭステートマシン８０１は、サイクルが完了する度に指示を行う。これらの指示は、カウンタ８０３においてカウントさせることである。そして、実行されたＮＶＭサイクルの数が、ブロック８０５において、所定のカウント、例えば、ＮＶＭの指定寿命、即ち読み出し専用メモリ（ユーザアクセス不可能）に記憶された１００サイクル程度未満の指定寿命と比較される。サイクルカウントが、指定された所定のカウントを超えると、出力は、ＮＶＭレジスタに提供され、ダウンカウンタを開始させ、ＮＶＭアレイに依拠するユーザに対して警告又は対応する予告を行うために用い得る。このカウンタ及びカウント手法は、他の手段（予備のセル又はセクタ等）によって処理される初期不良即ち早期不良と、寿命終了条件とを区別するためにも用い得る。例えば、半分未満の指定寿命が用いられたことをカウンタが示す場合、検出される任意の故障又は近い将来の故障は初期不良問題である可能性があり、恐らく無視してもよいものであり、したがって他の手段を介して処理し得る。方法７００の説明で述べたように、サイクルをカウントする段階７０５は、推定プロセス７０３を強化するために用い得る。
【００３４】
上述したプロセス、装置、及びシステム及びその本発明による原理は、従来技術のＮＶＭアレイに起因する問題を軽減するように意図されており、そのような問題を軽減し得る。ＮＶＭアレイの１以上のセルの余寿命を推定するこれらの原理を用いて寿命の最後を予測し、ユーザに警告を行うようにすると、より長寿命の追加のＮＶＭに関連する必要以上のコスト等無しで、重要な用途におけるＮＶＭの用途が更に促進される。セルが用いられる際、それらを実際に特徴付けることによって、単に書き込みサイクルをカウントすることによるよりも、更にもっと正確な余寿命の予測を行い得る。任意のＮＶＭアレイにおいて、推定寿命は、通常、指定推定寿命より大幅に長く、上述した手法及びシステムを用いると、如何なるユーザも、必要ならば、この通常大幅に長い寿命を利用し得る。このことは、ＮＶＭアレイに依拠する全てのユーザの平均コストを低減するとともに、不都合ないしは可能性として起こり得る、何の警告もなくＮＶＭがその寿命の最後に達することによる故障に起因する個人的なリスクの回避を支援する。ＮＶＭの用途は拡大しつつあり、上記説明した本発明による手法、概念、及び原理の応用は、多面的であると予想される。
【００３５】
本開示は、本発明に基づく種々の実施形態を如何に形成し用いるかについて説明することを意図するものであり、その真の意図した正当な範囲及び思想を制限するものではない。上述の説明は、網羅的であったり、開示された厳密な形態に本発明を限定したりすることを意図するものではない。上述の教示内容に照らして変形や変更が可能である。実施形態（１つ又は複数）は、本発明の原理及びその実用的な用途を最適に例示するために、更には、当業者が種々の実施形態で様々な変形を適用して本発明を利用できるように、選択され説明されている。そのような全ての変形や変更は、正当に、合法的に、また公正に権利が与えられる範囲に基づき解釈された場合、添付の特許請求の範囲によって決定され、本特許出願の係属中に修正され得る本発明の範囲及びその全ての等価物の範囲内にある。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】ＮＶＭの余寿命を予測又はその指示を行うための様々な方法及び装置を用いる不揮発性メモリ（ＮＶＭ）アレイを用いたシステムの上位図を簡略化した代表的な形式で示す図。
【図２】ＮＶＭアレイの推定寿命に対応する出力を提供するためのシステムの更に詳細な図を簡略化した代表的な形式で示す図。
【図３】セルの余寿命を推定する手段を備えたＮＶＭアレイにおけるセルの代表的な実施形態を示す図。
【図４】ＮＶＭアレイを制御するステートマシンの動作１つの代表的な態様を示す図。
【図５】ＮＶＭアレイを制御するステートマシンの動作の他の代表的な態様を示す図。
【図６】図２システムでの用途に適するレジスタの一実施形態を示す図。
【図７】ＮＶＭアレイの余寿命を示す方法実施形態のフローチャートの代表的な実施形態を示す図。
【図８】ＮＶＭサイクルをカウントするための一実施形態を示す図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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