KR102263163B1 - Semiconductor memory device including plurality of memory cells and operating method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시 예에 따른 반도체 메모리 장치의 동작 방법은 상기 복수의 페이지들에 대해 각각 프로그램 동작들을 수행하는 단계, 복수의 워드 라인들에 적어도 한 번의 프로그램 펄스를 인가하여 복수의 페이지들에 포함된 메모리 셀들의 문턱 전압들을 더 상승시키는 단계, 기준 테스트 전압을 설정하는 단계, 그리고 기준 테스트 전압을 이용하여 복수의 페이지들에 대해 각각 읽기들을 수행함으로써 결함 페이지를 검출하는 단계를 포함한다.The method of operating a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention includes performing program operations on the plurality of pages, respectively, and applying at least one program pulse to a plurality of word lines to include in the plurality of pages. The method may include further increasing threshold voltages of memory cells, setting a reference test voltage, and detecting a defective page by performing respective reads on a plurality of pages using the reference test voltage.
Description
본 발명은 전자 장치에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 복수의 메모리 셀들을 포함하는 반도체 메모리 장치 및 그것의 동작 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an electronic device, and more particularly, to a semiconductor memory device including a plurality of memory cells and an operating method thereof.
반도체 메모리 장치(semiconductor memory device)는 실리콘(Si, silicon), 게르마늄(Ge, Germanium), 비화 갈륨(GaAs, gallium arsenide), 인화인듐(InP, indium phospide) 등과 같은 반도체를 이용하여 구현되는 기억장치이다. 반도체 메모리 장치는 크게 휘발성 메모리 장치(Volatile memory device)와 불휘발성 메모리(Nonvolatile memory device)로 구분된다.A semiconductor memory device is a memory device implemented using semiconductors such as silicon (Si, silicon), germanium (Ge, Germanium), gallium arsenide (GaAs, gallium arsenide), indium phosphide (InP), etc. to be. A semiconductor memory device is largely divided into a volatile memory device and a nonvolatile memory device.
휘발성 메모리 장치는 전원 공급이 차단되면 저장하고 있던 데이터가 소멸되는 메모리 장치이다. 휘발성 메모리 장치에는 SRAM (Static RAM), DRAM (Dynamic RAM), SDRAM (Synchronous DRAM) 등이 있다. 불휘발성 메모리 장치는 전원 공급이 차단되어도 저장하고 있던 데이터를 유지하는 메모리 장치이다. 불휘발성 메모리 장치에는 ROM (Read Only Memory), PROM (Programmable ROM), EPROM (Electrically Programmable ROM), EEPROM (Electrically Erasable and Programmable ROM), 플래시 메모리, PRAM (Phase-change RAM), MRAM (Magnetic RAM), RRAM (Resistive RAM), FRAM (Ferroelectric RAM) 등이 있다. 플래시 메모리는 크게 노어 타입과 낸드 타입으로 구분된다.A volatile memory device is a memory device in which stored data is destroyed when power supply is cut off. Volatile memory devices include static RAM (SRAM), dynamic RAM (DRAM), and synchronous DRAM (SDRAM). The nonvolatile memory device is a memory device that retains stored data even when power supply is cut off. Nonvolatile memory devices include ROM (Read Only Memory), PROM (Programmable ROM), EPROM (Electrically Programmable ROM), EEPROM (Electrically Erasable and Programmable ROM), Flash memory, PRAM (Phase-change RAM), MRAM (Magnetic RAM) , RRAM (Resistive RAM), FRAM (Ferroelectric RAM), and the like. Flash memory is largely divided into a NOR type and a NAND type.
본 발명의 실시 예는 향상된 신뢰성을 갖는 반도체 메모리 장치를 제공하기 위한 것이다.SUMMARY An embodiment of the present invention is to provide a semiconductor memory device having improved reliability.
본 발명의 실시 예에 따른 반도체 메모리 장치는 복수의 워드 라인들에 연결된 복수의 페이지들을 포함한다. 상기 반도체 메모리 장치의 동작 방법은 상기 복수의 페이지들에 대해 각각 프로그램 동작들을 수행하는 단계 - 상기 프로그램 동작들 각각은, 선택된 페이지에 대해 프로그램을 수행하여 상기 선택된 페이지에 포함된 메모리 셀들의 문턱 전압들을 상승시키는 단계, 상기 선택된 페이지의 워드 라인에 검증 전압을 인가하여 상기 프로그램의 결과가 패스인지 여부를 검증하는 단계, 그리고 상기 프로그램의 결과가 상기 패스일 때까지 상기 프로그램을 수행하는 단계 및 상기 검증하는 단계를 반복하는 단계를 포함함; 상기 복수의 워드 라인들에 적어도 한 번의 프로그램 펄스를 인가하여 상기 복수의 페이지들에 포함된 메모리 셀들의 문턱 전압들을 더 상승시키는 단계; 상기 기준 전압보다 정해진 전압만큼 높은 전압을 기준 테스트 전압으로서 설정하는 단계: 및 상기 기준 테스트 전압을 이용하여 상기 복수의 페이지들에 대해 각각 읽기들을 수행함으로써 상기 복수의 페이지들 중 결함 페이지를 검출하는 단계를 포함한다.A semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention includes a plurality of pages connected to a plurality of word lines. The method of operating the semiconductor memory device may include performing program operations on the plurality of pages, respectively, in each of the program operations, by performing a program on a selected page to change threshold voltages of memory cells included in the selected page increasing, applying a verification voltage to the word line of the selected page to verify whether the result of the program is a pass, and executing the program until the result of the program is the pass; comprising repeating the steps; further increasing threshold voltages of memory cells included in the plurality of pages by applying at least one program pulse to the plurality of word lines; setting a voltage higher than the reference voltage by a predetermined voltage as a reference test voltage; and detecting a defective page among the plurality of pages by performing reads on the plurality of pages, respectively, using the reference test voltage. includes
실시 예로서, 상기 복수의 페이지들은 기판 위(over)에 적층되어 있고, 상기 복수의 페이지들 각각은 상기 기판으로부터의 소정의 높이에서 해당 워드 라인에 연결될 수 있다.In an embodiment, the plurality of pages may be stacked over a substrate, and each of the plurality of pages may be connected to a corresponding word line at a predetermined height from the substrate.
실시 예로서, 상기 결함 페이지를 검출하는 단계는, 상기 복수의 페이지들 중 제 1 및 제 2 페이지들에 대한 읽기들을 수행하여 제 1 및 제 2 페이지 데이터를 감지하는 단계; 상기 제 1 페이지 데이터의 데이터 비트들과 상기 제 2 페이지 데이터의 데이터 비트들에 대해 논리합 연산을 수행하여 제 1 비교 페이지를 생성하는 단계; 및 상기 제 1 비교 페이지의 페일 비트들의 수에 따라 제 1 에러값을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.In an embodiment, the detecting of the defective page may include: detecting first and second page data by performing reads on first and second pages among the plurality of pages; generating a first comparison page by performing an OR operation on the data bits of the first page data and the data bits of the second page data; and generating a first error value according to the number of fail bits of the first comparison page.
실시 예로서, 상기 결함 페이지를 검출하는 단계는, 상기 복수의 페이지들 중 제 3 페이지에 대한 읽기를 수행하여 제 3 페이지 데이터를 감지하는 단계; 상기 제 2 페이지 데이터의 상기 데이터 비트들과 상기 제 3 페이지 데이터의 데이터 비트들에 대해 논리합 연산을 수행하여 제 2 비교 페이지를 생성하는 단계; 및 상기 제 2 비교 페이지의 페일 비트들의 수에 따라 제 2 에러값을 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.In an embodiment, the detecting of the defective page may include: detecting third page data by reading a third page among the plurality of pages; generating a second comparison page by performing an OR operation on the data bits of the second page data and the data bits of the third page data; and generating a second error value according to the number of fail bits of the second comparison page.
실시 예로서, 상기 결함 페이지를 검출하는 단계는, 상기 제 2 에러값을 상기 제 1 에러값과 비교함으로써, 상기 제 3 페이지를 상기 결함 페이지로 검출하는 단계를 더 포함할 수 있다.In an embodiment, the detecting of the defective page may further include detecting the third page as the defective page by comparing the second error value with the first error value.
실시 예로서, 상기 결함 페이지를 검출하는 단계는, 상기 제 2 에러값이 상기 제 1 에러값의 정수배보다 클 때, 상기 제 3 페이지를 상기 결함 페이지로 검출하는 단계를 더 포함할 수 있다.In an embodiment, the detecting of the defective page may further include detecting the third page as the defective page when the second error value is greater than an integer multiple of the first error value.
실시 예로서, 상기 결함 페이지를 검출하는 단계는, 상기 제 2 에러값이 상기 제 1 에러값보다 소정의 값만큼 클 때, 상기 제 3 페이지를 상기 결함 페이지로 검출하는 단계를 더 포함할 수 있다.In an embodiment, the detecting of the defective page may further include detecting the third page as the defective page when the second error value is greater than the first error value by a predetermined value. .
실시 예로서, 상기 결함 페이지를 검출하는 단계는, 상기 복수의 페이지들 중 제 1 페이지에 대한 읽기를 수행하여 제 1 페이지 데이터를 감지하는 단계; 상기 제 1 페이지 데이터 중 페일 비트들의 수에 따라 제 1 에러값을 생성하는 단계; 상기 복수의 페이지들 중 제 2 페이지에 대한 읽기를 수행하여 제 2 페이지 데이터를 감지하는 단계; 및 상기 제 2 페이지 데이터 중 페일 비트들의 수에 따라 제 2 에러값을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.In an embodiment, the detecting of the defective page may include: detecting first page data by reading a first page among the plurality of pages; generating a first error value according to the number of fail bits in the first page data; detecting second page data by reading a second page among the plurality of pages; and generating a second error value according to the number of fail bits in the second page data.
실시 예로서, 상기 결함 페이지를 검출하는 단계는, 상기 제 2 에러값을 상기 제 1 에러값과 비교함으로써, 상기 제 3 페이지를 상기 결함 페이지로 검출하는 단계를 더 포함할 수 있다.In an embodiment, the detecting of the defective page may further include detecting the third page as the defective page by comparing the second error value with the first error value.
실시 예로서, 상기 결함 페이지를 검출하는 단계는, 상기 복수의 페이지들 중 어느 하나에 대한 읽기를 수행하여 페이지 데이터를 생성하는 단계; 및 상기 페이지 데이터의 페일 비트들의 수가 기준값보다 클 때 해당 페이지를 상기 결함 페이지로서 검출하는 단계를 포함할 수 있다.In an embodiment, the detecting of the defective page may include: generating page data by reading any one of the plurality of pages; and detecting the corresponding page as the defective page when the number of fail bits of the page data is greater than a reference value.
실시 예로서, 상기 결함 페이지에 해당하는 영역은 배드 영역으로 정의될 수 있다.In an embodiment, the area corresponding to the defective page may be defined as a bad area.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 반도체 메모리 장치의 동작 방법은 복수의 페이지들 각각에 대해, 정해진(determined) 검증 전압을 이용하여 ISPP(Incremental Step Pulse Program) 방식에 따른 프로그램 동작을 수행하는 단계; 적어도 한 번의 프로그램 펄스를 복수의 워드 라인들을 통해 상기 복수의 페이지들에 더 제공하는 단계; 및 상기 검증 전압보다 정해진 전압만큼 높은 기준 테스트 전압을 이용하여 상기 복수의 페이지들에 대해 각각 읽기들을 수행함으로써 상기 복수의 페이지들 중 결함 페이지를 검출하는 단계를 포함한다.According to another embodiment of the present invention, a method of operating a semiconductor memory device includes: performing a program operation according to an incremental step pulse program (ISPP) method using a determined verification voltage on each of a plurality of pages; further providing at least one program pulse to the plurality of pages through a plurality of word lines; and detecting a defective page among the plurality of pages by performing reads on the plurality of pages, respectively, using a reference test voltage that is higher than the verification voltage by a predetermined voltage.
실시 예로서, 상기 복수의 페이지들에 포함된 상기 메모리 셀들은 기판 위(over)에 적층되어 있고, 상기 복수의 페이지들 각각은 상기 기판으로부터의 소정의 높이에서 해당 워드 라인에 연결될 수 있다.In an embodiment, the memory cells included in the plurality of pages may be stacked over a substrate, and each of the plurality of pages may be connected to a corresponding word line at a predetermined height from the substrate.
실시 예로서, 상기 프로그램 동작은 상기 복수의 페이지들에 포함된 상기 메모리 셀들의 상기 문턱 전압들이 상기 검증 전압보다 높게 상승하도록 수행될 수 있다.In an embodiment, the program operation may be performed so that the threshold voltages of the memory cells included in the plurality of pages rise higher than the verification voltage.
본 발명의 다른 일면은 반도체 메모리 장치에 관한 것이다. 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 메모리 장치는 복수의 메모리 블록들을 포함하되, 상기 복수의 메모리 블록들 각각은 복수의 워드 라인들에 연결된 복수의 페이지들을 포함하는 메모리 셀 어레이; 및 상기 복수의 페이지들에 대해 각각 프로그램 동작들을 수행하되, 상기 프로그램 동작들 각각에서 선택된 페이지에 대해 프로그램을 수행하고, 상기 선택된 페이지의 워드 라인에 검증 전압을 인가하여 상기 프로그램의 결과가 패스인지 여부를 검증하고, 상기 프로그램의 결과가 상기 패스일 때까지 상기 프로그램 및 상기 검증을 반복하도록 구성되는 주변 회로를 포함한다. 상기 주변 회로는 상기 복수의 워드 라인들에 적어도 한 번의 프로그램 펄스를 인가하여 상기 복수의 페이지들에 포함된 메모리 셀들의 문턱 전압들을 더 상승시키고, 그 후 상기 검증 전압보다 정해진 전압만큼 높은 기준 테스트 전압을 이용하여 상기 복수의 페이지들에 대해 각각 읽기들을 수행함으로써 상기 복수의 페이지들 중 결함 페이지를 검출하도록 구성된다.Another aspect of the present invention relates to a semiconductor memory device. A semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention includes: a memory cell array including a plurality of memory blocks, each of the plurality of memory blocks including a plurality of pages connected to a plurality of word lines; and respectively performing program operations on the plurality of pages, performing a program on a page selected in each of the program operations, and applying a verification voltage to a word line of the selected page to determine whether the result of the program is a pass and a peripheral circuit configured to verify the program and repeat the program and the verification until the result of the program is the pass. The peripheral circuit applies at least one program pulse to the plurality of word lines to further increase threshold voltages of memory cells included in the plurality of pages, and thereafter, a reference test voltage higher than the verification voltage by a predetermined voltage. and to detect a defective page among the plurality of pages by performing reads on the plurality of pages, respectively.
실시 예로서, 상기 복수의 페이지들은 기판 위(over)에 적층되어 있고, 상기 복수의 페이지들 각각은 상기 기판으로부터의 소정의 높이에서 해당 워드 라인에 연결될 수 있다.In an embodiment, the plurality of pages may be stacked over a substrate, and each of the plurality of pages may be connected to a corresponding word line at a predetermined height from the substrate.
실시 예로서, 상기 주변 회로는 상기 복수의 페이지들 중 제 1 및 제 2 페이지들에 대한 읽기들을 수행하여 제 1 및 제 2 페이지 데이터를 감지하고, 상기 제 1 페이지 데이터의 데이터 비트들과 상기 제 2 페이지 데이터의 데이터 비트들에 대해 논리합 연산을 수행하여 제 1 비교 페이지를 생성하되, 상기 제 1 비교 페이지의 페일 비트들의 수에 따라 제 1 에러값을 생성하도록 구성되는 검출기를 포함할 수 있다.In an embodiment, the peripheral circuit detects first and second page data by performing reads on first and second pages among the plurality of pages, and includes data bits of the first page data and the second page data. and a detector configured to generate a first comparison page by performing an OR operation on data bits of the second page data, and to generate a first error value according to the number of fail bits of the first comparison page.
실시 예로서, 상기 주변 회로는 상기 복수의 페이지들 중 제 3 페이지에 대한 읽기를 수행하여 제 3 페이지 데이터를 감지하고, 상기 제 2 페이지 데이터의 상기 데이터 비트들과 상기 제 3 페이지 데이터의 데이터 비트들에 대해 논리합 연산을 수행하여 제 2 비교 페이지를 생성하되, 상기 검출기는 상기 제 2 비교 페이지의 페일 비트들의 수에 따라 제 2 에러값을 생성할 수 있다.In an embodiment, the peripheral circuit detects third page data by reading a third page among the plurality of pages, and the data bits of the second page data and the data bits of the third page data A second comparison page may be generated by performing an OR operation on the values, and the detector may generate a second error value according to the number of fail bits of the second comparison page.
실시 예로서, 상기 주변 회로는 상기 제 2 에러값을 상기 제 1 에러값과 비교함으로써, 상기 제 3 페이지를 상기 결함 페이지로 검출하는 제어 로직을 더 포함할 수 있다.In an embodiment, the peripheral circuit may further include a control logic configured to detect the third page as the defective page by comparing the second error value with the first error value.
실시 예로서, 상기 결함 페이지에 해당하는 영역은 배드 영역으로 정의될 수 있다.In an embodiment, the area corresponding to the defective page may be defined as a bad area.
본 발명의 실시 예에 따르면, 향상된 신뢰성을 갖는 반도체 메모리 장치가 제공된다.According to an embodiment of the present invention, a semiconductor memory device having improved reliability is provided.
도 1은 복수의 페이지들 각각에 포함된 메모리 셀들의 전압 산포들을 보여주는 그래프이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 메모리 장치를 보여주는 블록도이다.
도 3은 도 1의 메모리 셀 어레이의 일 실시 예를 보여주는 블록도이다.
도 4는 도 3의 메모리 블록들 중 어느 하나를 보여주는 회로도이다.
도 5는 도 3의 메모리 블록들 중 어느 하나의 다른 실시 예를 보여주는 회로도이다.
도 6은 도 4의 메모리 블록에 포함된 페이지들을 개념적으로 보여주는 블록도이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 메모리 장치의 테스트 동작을 보여주는 순서도이다.
도 8은 선택된 메모리 블록의 하나의 셀 스트링 그룹의 페이지들에 대한 프로그램 동작들을 보여주는 순서도이다.
도 9는 도 8의 S110단계의 프로그램 동작 시 인가되는 프로그램 펄스들, 그리고 도 8의 S120단계에서 인가되는 추가 프로그램 펄스를 보여주는 타이밍도이다.
도 10은 도 7의 S110단계 및 S120단계 시 선택된 메모리 블록의 페이지들의 전압 산포들의 변화를 보여주는 그래프이다.
도 11은 도 7의 S110단계 및 S120단계 시 선택된 메모리 블록의 페이지들의 전압 산포들의 변화의 다른 예를 보여주는 그래프이다.
도 12는 선택된 메모리 블록의 하나의 셀 스트링 그룹의 페이지들 중 결함 페이지가 존재하는지 판별하는 방법을 보여주는 순서도이다.
도 13은 선택된 메모리 블록의 하나의 셀 스트링 그룹의 페이지들 중 결함 페이지가 존재하는지 판별하는 방법의 다른 실시 예를 보여주는 순서도이다.
도 14는 도 2의 페이지 버퍼들 중 어느 하나의 실시 예를 보여주는 블록도이다.
도 15는 도 13의 제 1 및 제 2 비교 페이지들을 생성하기 위한 실시 예를 보여주는 도면이다.
도 16은 선택된 메모리 블록의 하나의 셀 스트링 그룹의 페이지들 중 결함 페이지가 존재하는지 판별하는 방법의 또 다른 실시 예를 보여주는 순서도이다.1 is a graph showing voltage distributions of memory cells included in each of a plurality of pages.
2 is a block diagram illustrating a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention.
3 is a block diagram illustrating an embodiment of the memory cell array of FIG. 1 .
FIG. 4 is a circuit diagram showing any one of the memory blocks of FIG. 3 .
5 is a circuit diagram illustrating another embodiment of any one of the memory blocks of FIG. 3 .
6 is a block diagram conceptually illustrating pages included in the memory block of FIG. 4 .
7 is a flowchart illustrating a test operation of a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention.
8 is a flowchart illustrating program operations on pages of one cell string group of a selected memory block.
9 is a timing diagram illustrating program pulses applied during the program operation in step S110 of FIG. 8 and additional program pulses applied in step S120 of FIG. 8 .
10 is a graph illustrating changes in voltage distributions of pages of a selected memory block in steps S110 and S120 of FIG. 7 .
11 is a graph illustrating another example of a change in voltage distributions of pages of a selected memory block in steps S110 and S120 of FIG. 7 .
12 is a flowchart illustrating a method of determining whether a defective page exists among pages of one cell string group of a selected memory block.
13 is a flowchart illustrating another embodiment of a method of determining whether a defective page exists among pages of one cell string group of a selected memory block.
14 is a block diagram illustrating one embodiment of the page buffers of FIG. 2 .
15 is a diagram illustrating an embodiment for generating the first and second comparison pages of FIG. 13 .
16 is a flowchart illustrating another embodiment of a method of determining whether a defective page exists among pages of one cell string group of a selected memory block.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않도록 하기 위해 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다. 또한 본 발명은 여기에서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 단지, 여기에서 설명되는 실시 예은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여 제공되는 것이다.Hereinafter, preferred embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It should be noted that in the following description, only parts necessary for understanding the operation according to the present invention are described, and descriptions of other parts will be omitted so as not to obscure the gist of the present invention. Also, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. However, the embodiments described herein are provided to explain in detail enough to easily implement the technical idea of the present invention to those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
Throughout the specification, when a part is "connected" with another part, this includes not only the case of being "directly connected" but also the case of being "indirectly connected" with another element interposed therebetween. . Throughout the specification, when a part "includes" a certain element, it means that other elements may be further included, rather than excluding other elements, unless otherwise stated.
도 1은 복수의 페이지들 각각에 포함된 메모리 셀들의 전압 산포들을 보여주는 그래프이다. 도 1에서, 가로축은 문턱 전압을 나타내고, 세로축은 메모리 셀들의 수를 나타낸다.1 is a graph showing voltage distributions of memory cells included in each of a plurality of pages. In FIG. 1 , a horizontal axis indicates a threshold voltage, and a vertical axis indicates the number of memory cells.
복수의 페이지들의 메모리 셀들이 소거 산포(E)를 가질 때 복수의 페이지들 각각에 고전압의 프로그램 펄스가 인가된다고 가정한다. 해당 메모리 셀들의 문턱 전압들은 상승할 것이다.It is assumed that a high voltage program pulse is applied to each of the plurality of pages when the memory cells of the plurality of pages have the erase distribution E. Threshold voltages of the corresponding memory cells will increase.
대부분의 페이지들은 유사한 전압 산포들(VD1)을 가질 수 있다. 반면, 특정 페이지는 상대적으로 낮은 전압 범위의 전압 산포(VD2)을 가질 수 있다. 해당 메모리 셀들은 슬로우 셀들로 정의될 수 있다. 슬로우 셀들은 동일한 프로그램 펄스의 인가에도 불구하고 낮은 문턱 전압들을 가질 것이다. 다양한 원인들로 인해 슬로우 셀들이 나타날 수 있음이 이해될 것이다. 예를 들면, 워드 라인의 결함으로 인해, 해당 워드 라인은 프로그램 펄스를 정상적으로 전달하지 못할 수 있다. 예를 들면, 해당 워드 라인에 인접 워드 라인과의 브릿지(bridge)가 발생될 수 있다. 이러한 결함은 공정 시 결함 및 진행성 결함(Growing defect) 중 어느 하나일 수 있다.Most pages may have similar voltage distributions VD1. On the other hand, a specific page may have a voltage distribution VD2 in a relatively low voltage range. Corresponding memory cells may be defined as slow cells. Slow cells will have low threshold voltages despite application of the same program pulse. It will be appreciated that slow cells may appear due to various causes. For example, due to a defect in a word line, the corresponding word line may not normally transmit a program pulse. For example, a bridge between a corresponding word line and an adjacent word line may be generated. Such a defect may be any one of a process defect and a growing defect.
슬로우 셀들은 반도체 메모리 장치의 신뢰성을 저하시킨다. 프로그램 시 슬로우 셀들은 계속적인 프로그램 펄스의 인가에도 불구하고 원하는 문턱 전압들을 갖지 못할 것이다. 이러한 슬로우 셀들에 의해, 반도체 메모리 장치의 속도가 저하되고 반도체 메모리 장치의 신뢰성이 저하될 수 있다.
Slow cells degrade the reliability of the semiconductor memory device. During programming, the slow cells may not have desired threshold voltages despite continuous application of the program pulse. Due to these slow cells, the speed of the semiconductor memory device may be lowered and the reliability of the semiconductor memory device may be lowered.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 메모리 장치(50)를 보여주는 블록도이다.2 is a block diagram illustrating a
도 2를 참조하면, 반도체 메모리 장치(50)는 메모리 셀 어레이(100) 및 주변 회로(110, peripheral circuit)를 포함한다.Referring to FIG. 2 , the
메모리 셀 어레이(100)는 복수의 메모리 블록들(BLK1~BLKz)을 포함한다. 복수의 메모리 블록들(BLK1~BLKz)은 행 라인들(RL)을 통해 어드레스 디코더(120)에 연결되고, 비트 라인들(BL1~BLm)을 통해 읽기 및 쓰기 회로(140)에 연결된다. 복수의 메모리 블록들(BLK1~BLKz) 각각은 복수의 메모리 셀들을 포함한다. 실시 예로서, 복수의 메모리 셀들은 불휘발성 메모리 셀들이다. 복수의 메모리 블록들(BLK1~BLKz)에 대해서 도 3 내지 도 6을 참조하여 더 상세히 설명된다.The
주변 회로(110)는 어드레스 디코더(120), 전압 발생기(130), 읽기 및 쓰기 회로(140), 데이터 입출력 회로(150), 제어 로직(160) 및 검출기(170)를 포함한다.The
어드레스 디코더(120)는 행 라인들(RL)을 통해 메모리 셀 어레이(110)에 연결된다. 어드레스 디코더(120)는 제어 로직(160)의 제어에 응답하여 동작하도록 구성된다.The
반도체 메모리 장치(50)의 프로그램 동작 및 읽기 동작은 페이지 단위로 수행된다. 반도체 메모리 장치(50)의 소거 동작은 메모리 블록 단위로 수행된다.A program operation and a read operation of the
어드레스 디코더(120)는 어드레스(ADDR)를 수신한다. 프로그램 동작 또는 읽기 시에, 어드레스(ADDR)는 블록 어드레스 및 행 어드레스를 포함할 것이다. 소거 동작 시에, 어드레스(ADDR)는 블록 어드레스를 포함할 것이다.The
어드레스 디코더(120)는 수신된 어드레스(ADDR) 중 블록 어드레스를 디코딩하도록 구성된다. 어드레스 디코더(120)는 디코딩된 블록 어드레스에 따라 메모리 블록들(BLK1~BLKz) 중 하나의 메모리 블록을 선택한다.The
어드레스 디코더(120)는 수신된 어드레스(ADDR) 중 행 어드레스를 디코딩하도록 구성된다. 어드레스 디코더(120)는 디코딩된 행 어드레스에 따라 전압 발생기(130)로부터 제공받은 전압들을 행 라인들(RL)에 인가하여 선택된 메모리 블록의 하나의 워드 라인을 선택한다.The
실시 예로서, 어드레스 디코더(120)는 어드레스 버퍼, 블록 디코더 및 행 디코더 등을 포함할 수 있다.In an embodiment, the
전압 발생기(130)는 반도체 메모리 장치(50)에 공급되는 외부 전원 전압을 이용하여 복수의 전압들을 발생하도록 구성된다. 전압 발생기(130)는 제어 로직(160)의 제어에 응답하여 동작한다.The
실시 예로서, 전압 발생기(130)는 외부 전원 전압을 레귤레이팅하여 내부 전원 전압을 생성할 수 있다. 전압 발생기(130)에서 생성된 내부 전원 전압은 반도체 메모리 장치(50)의 동작 전압으로서 사용된다.As an embodiment, the
실시 예로서, 전압 발생기(130)는 외부 전원 전압 또는 내부 전원 전압을 이용하여 복수의 전압들을 생성할 수 있다. 예를 들면, 전압 발생기(130)는 내부 전원 전압을 수신하는 복수의 펌핑 커패시터들을 포함하고, 제어 로직(160)의 제어에 응답하여 복수의 펌핑 커패시터들을 선택적으로 활성화하여 복수의 전압들을 생성할 것이다. 생성된 전압들은 어드레스 디코더(120)에 의해 워드 라인들에 인가될 수 있다.As an embodiment, the
읽기 및 쓰기 회로(140)는 제 1 내지 제 m 페이지 버퍼들(PB1~PBm)을 포함한다. 제 1 내지 제 m 페이지 버퍼들(PB1~PBm)은 각각 제 1 내지 제 m 비트 라인들(BL1~BLm)을 통해 메모리 셀 어레이(110)에 연결된다. 제 1 내지 제 m 페이지 버퍼들(PB1~PBm)은 제어 로직(160)의 제어에 응답하여 동작한다. The read and write
제 1 내지 제 m 페이지 버퍼들(PB1~PBm)은 데이터 라인들(DL)을 통해 데이터 입출력 회로(150)와 데이터(DATA)를 통신할 수 있다. 읽기 시에, 제 1 내지 제 m 페이지 버퍼들(PB1~PBm)은 선택된 워드 라인에 연결된 메모리 셀들로부터 비트 라인들(BL1~BLm)을 통해 데이터를 읽는다. 읽어진 데이터(DATA)는 데이터 라인들(DL)을 통해 데이터 입출력 회로(150)에 출력되거나, 검출기(170)로 출력될 수 있다. 프로그램 시에, 제 1 내지 제 m 페이지 버퍼들(PB1~PBm)은 데이터 입출력 회로(150) 혹은 제어 로직(160)으로부터 프로그램될 데이터(DATA)를 수신한다. 제 1 내지 제 m 페이지 버퍼들(PB1~PBm)은 프로그램될 데이터(DATA)를 비트 라인들(BL1~BLm)을 통해 선택된 워드 라인에 연결된 메모리 셀들에 프로그램할 것이다.The first to mth page buffers PB1 to PBm may communicate data DATA with the data input/
데이터 입출력 회로(150)는 데이터 라인들(DL)을 통해 제 1 내지 제 m 페이지 버퍼들(PB1~PBm)에 연결된다. 데이터 입출력 회로(150)는 제어 로직(160)의 제어에 응답하여 동작한다. 데이터 입출력 회로(150)는 외부와 데이터(DATA)를 통신한다.The data input/
제어 로직(160)은 어드레스 디코더(120), 전압 발생기(130), 읽기 및 쓰기 회로(140), 데이터 입출력 회로(150) 및 검출기(170)에 연결된다. 제어 로직(160)은 커맨드(CMD)를 수신한다. 제어 로직(160)은 커멘드(CMD)에 응답하여 어드레스 디코더(120), 전압 발생기(130), 읽기 및 쓰기 회로(140), 데이터 입출력 회로(150) 및 검출기(170)를 제어하도록 구성된다.The
본 발명의 실시 예에 따르면, 제어 로직(160)은 테스트 동작을 수행하도록 주변 회로(110)를 제어한다. 실시 예로서, 제어 로직(160)은 커맨드(CMD)에 응답하여 테스트 동작을 제어할 수 있다. 테스트 동작은, 선택된 메모리 블록의 페이지들에 대한 프로그램 동작들과 기준 테스트 전압을 이용하여 결함 페이지를 검출하기 위한 복수의 읽기들을 포함한다. 테스트 동작은 제 1 내지 제 z 메모리 블록들(BLK1~BLKz) 각각에 대해 순차적으로 수행될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the
제어 로직(160)은 각 프로그램 동작 시 사용된 검증 전압보다 정해진 전압만큼 높은 전압을 기준 테스트 전압으로 설정할 수 있다. 제어 로직(160)은 기준 테스트 전압을 생성하도록 전압 발생기(130)를 제어할 것이다. 이후, 제어 로직(160)은 기준 테스트 전압에 따라 선택된 메모리 블록의 페이지들에 대해 각각 읽기들을 수행하도록 주변 회로(110)를 제어함으로써, 결함 페이지를 검출할 수 있다. 이는 도 7을 참조하여 더 상세히 설명된다.The
검출기(170)는 제 1 내지 제 m 페이지 버퍼들(PB1~PBm)로부터 수신된 데이터 중 페일 비트들의 수를 판별하고 판별된 페일 비트들의 수를 에러값(ER)으로서 제어 로직(160)에 출력한다. 예를 들면, 페일 비트는 논리값 "1" 을 갖는 데이터 비트로 정의되고 패스 비트는 논리값 "0"을 갖는 데이터 비트로 정의될 수 있다. 제어 로직(160)은 수신된 에러값(ER)을 참조하여 결함 페이지를 검출할 것이다.The
제어 로직(160)은 결함 페이지에 해당하는 영역을 배드 영역으로 정의할 수 있다. 실시 예로서, 제어 로직(160)은 결함 페이지를 포함하는 메모리 블록을 배드 영역으로 정의할 수 있다. 배드 영역은 복수의 메모리 블록들(BLK1~BLKz) 중 리던던시 메모리 블록으로 대체될 것이다. 실시 예로서, 제어 로직(160)은 결함 페이지를 배드 영역으로 정의할 수 있다. 이때, 배드 영역은 해당 메모리 블록에 포함된 페이지들 중 리던던시 페이지로 대체될 것이다.The
실시 예로서, 제어 로직(160)은 결함 페이지에 대한 정보를 내부 레지스터(미도시)에 저장할 수 있다. 실시 예로서, 제어 로직(160)은 결함 페이지에 대한 정보를 복수의 메모리 블록들(BLK1~BLKz) 중 미리 정해진 블록에 저장할 수 있다. 결함 페이지에 대한 정보는 커맨드(CMD)에 따라 외부로 제공될 수 있다.
In an embodiment, the
도 3은 도 1의 메모리 셀 어레이(110)의 일 실시 예를 보여주는 블록도이다.3 is a block diagram illustrating an embodiment of the
도 3을 참조하면, 메모리 셀 어레이(110)는 복수의 메모리 블록들(BLK1~BLKz)을 포함한다. 각 메모리 블록은 3차원 구조를 갖는다. 각 메모리 블록은 기판 위에 적층된 복수의 메모리 셀들을 포함한다. 이러한 복수의 메모리 셀들은 +X 방향, +Y 방향 및 +Z 방향을 따라 배열된다. 각 메모리 블록의 구조는 도 4 및 도 5를 참조하여 더 상세히 설명된다.
Referring to FIG. 3 , the
도 4는 도 3의 메모리 블록들(BLK1~BLKz) 중 어느 하나(BLK1)를 보여주는 회로도이다.FIG. 4 is a circuit diagram illustrating one of the memory blocks BLK1 to BLKz of FIG. 3 .
도 4를 참조하면 제 1 메모리 블록(BLK1)은 복수의 셀 스트링들(CS11~CS1m, CS21~CS2m)을 포함한다. 복수의 셀 스트링들(CS11~CS1m, CS21~CS2m) 각각은 'U'자형으로 형성될 수 있다. 제 1 메모리 블록(BLK1) 내에서, 행 방향(즉 +X 방향)으로 m개의 셀 스트링들이 배열된다. 제 1 메모리 블록(BLK1) 내에서, 열 방향으로 2개의 셀 스트링들이 배열된다. 하지만, 이는 설명의 편의를 위한 것으로서 열 방향(즉 +Y)으로 2개 이상의 셀 스트링들이 배열될 수 있음이 이해될 것이다.Referring to FIG. 4 , the first memory block BLK1 includes a plurality of cell strings CS11 to CS1m and CS21 to CS2m. Each of the plurality of cell strings CS11 to CS1m and CS21 to CS2m may be formed in a 'U' shape. In the first memory block BLK1 , m cell strings are arranged in the row direction (ie, the +X direction). In the first memory block BLK1 , two cell strings are arranged in a column direction. However, this is for convenience of description and it will be understood that two or more cell strings may be arranged in the column direction (ie, +Y).
복수의 셀 스트링들(CS11~CS1m, CS21~CS2m) 각각은 적어도 하나의 소스 선택 트랜지스터(SST), 적어도 하나의 소스 측 더미 메모리 셀(SDC), 복수의 메모리 셀들(NMC1~NMCn), 파이프 트랜지스터(PT), 적어도 하나의 드레인 측 더미 메모리 셀(DDC), 그리고 적어도 하나의 드레인 선택 트랜지스터(DST)를 포함한다.Each of the plurality of cell strings CS11 to CS1m and CS21 to CS2m includes at least one source select transistor SST, at least one source-side dummy memory cell SDC, a plurality of memory cells NMC1 to NMCn, and a pipe transistor. PT, at least one drain-side dummy memory cell DDC, and at least one drain select transistor DST.
선택 트랜지스터들(SST, DST), 더미 메모리 셀들(SDC, DDC) 및 메모리 셀들(NMC1~NMCn) 각각은 유사한 구조를 가질 수 있다. 실시 예로서, 선택 트랜지스터들(SST, DST), 더미 메모리 셀들(SDC, DDC) 및 메모리 셀들(NMC1~NMCn) 각각은 채널층, 터널링 절연막, 전하 저장막 및 블로킹 절연막을 포함할 수 있다.Each of the selection transistors SST and DST, the dummy memory cells SDC and DDC, and the memory cells NMC1 to NMCn may have a similar structure. In an embodiment, each of the selection transistors SST and DST, the dummy memory cells SDC and DDC, and the memory cells NMC1 to NMCn may include a channel layer, a tunneling insulating layer, a charge storage layer, and a blocking insulating layer.
각 셀 스트링에서, 메모리 셀들(NMC1~NMCp), 소스 측 더미 메모리 셀(SDC) 및 소스 선택 트랜지스터(SST)는 메모리 블록(BLK1) 하부의 기판(미도시)과 교차하는 방향, 즉 +Z 방향으로 순차적으로 적층된다. 각 셀 스트링에서, 메모리 셀들(NMCp+1~NMCn), 드레인 측 더미 메모리 셀(DDC), 드레인 선택 트랜지스터(DST)는 +Z 방향으로 순차적으로 적층된다.In each cell string, the memory cells NMC1 to NMCp, the source-side dummy memory cell SDC, and the source select transistor SST intersect the substrate (not shown) under the memory block BLK1, that is, the +Z direction. are sequentially stacked. In each cell string, the memory cells NMCp+1 to NMCn, the drain-side dummy memory cell DDC, and the drain select transistor DST are sequentially stacked in the +Z direction.
비트 라인들(BL1~BLm)과 메모리 블록(BLK1) 하부의 기판(미도시) 사이에 배치된 구조물들을 +Z 방향과 반대 방향으로 관통하는 2개의 홀들이 제공되고, 제공된 홀들 각각의 내부에 채널막이 형성될 수 있다. 이러한 2개의 홀들은 하나의 셀 스트링에 대응하는 것으로 이해될 수 있다. 2개의 홀들 각각의 채널막은 파이프 트랜지스터(PT)의 채널층에 의해 연결될 것이다. 2개의 홀들 각각의 채널막은 하나의 셀 스트링에 포함된 선택 트랜지스터들(SST, DST), 더미 메모리 셀들(SDC, DDC) 및 메모리 셀들(NMC1~NMCn)의 채널층들로서 제공될 것이다.Two holes penetrating structures disposed between the bit lines BL1 to BLm and a substrate (not shown) under the memory block BLK1 in a direction opposite to the +Z direction are provided, and a channel is provided inside each of the provided holes. A film may be formed. These two holes may be understood to correspond to one cell string. A channel layer of each of the two holes may be connected by a channel layer of the pipe transistor PT. A channel layer of each of the two holes may serve as channel layers of the selection transistors SST and DST, the dummy memory cells SDC and DDC, and the memory cells NMC1 to NMCn included in one cell string.
잘 알려진 바와 같이, 공정 상 특성에 의해 각 홀의 폭(width)은 기판에 인접할수록 감소한다. 예를 들면, 메모리 블록(BLK1)의 구조물들은 상부로부터 기판 쪽으로 식각되어 홀이 형성되고, 이에 따라 각 홀의 폭은 기판에 인접할수록 감소한다. 홀의 내부에 채널막이 형성될 때, 셀 스트링의 메모리 셀들(NMC1~NMCn) 각각에 대응하는 채널층은 홀의 폭에 대응하는 지름을 가질 것이다. 이에 따라 워드 라인 별 메모리 셀들(NMC1~NMCn)은 상이한 채널층들을 갖고, 따라서 메모리 셀들(NMC1~NMCn)은 상이한 특성들을 가질 것이다. 이 밖에도 다양한 원인들에 기인하여 메모리 셀들(NMC1~NMCn)의 특성들이 상이할 수 있음이 이해될 것이다. 예를 들면, 공통 소스 라인(CSL)과 메모리 셀들 사이의 거리의 차이에 따라, 워드 라인 별 메모리 셀들(NMC1~NMCn)의 특성들은 상이해질 수 있음이 이해될 것이다. 예를 들면, 공통 소스 라인(CSL)을 통해 메모리 셀에 전달되는 전압은 공통 소스 라인(CSL)과 해당 메모리 셀 사이의 거리에 따라 상이할 것이다.As is well known, the width of each hole decreases as it approaches the substrate due to process characteristics. For example, the structures of the memory block BLK1 are etched from the top toward the substrate to form holes, and accordingly, the width of each hole decreases as it approaches the substrate. When the channel layer is formed inside the hole, the channel layer corresponding to each of the memory cells NMC1 to NMCn of the cell string may have a diameter corresponding to the width of the hole. Accordingly, the memory cells NMC1 to NMCn for each word line have different channel layers, and thus the memory cells NMC1 to NMCn may have different characteristics. In addition, it will be understood that characteristics of the memory cells NMC1 to NMCn may be different due to various causes. For example, it will be understood that characteristics of the memory cells NMC1 to NMCn for each word line may be different according to a difference in a distance between the common source line CSL and the memory cells. For example, a voltage transferred to the memory cell through the common source line CSL may be different according to a distance between the common source line CSL and the corresponding memory cell.
각 셀 스트링의 소스 선택 트랜지스터(SST)는 공통 소스 라인(CSL)과 소스 측 더미 메모리 셀(SDC) 사이에 연결된다. 실시 예로서, 공통 소스 라인(CSL)은 메모리 블록들(BLK1~BLKz, 도 3 참조)에 공통적으로 연결될 수 있다.The source select transistor SST of each cell string is connected between the common source line CSL and the source-side dummy memory cell SDC. In an embodiment, the common source line CSL may be commonly connected to the memory blocks BLK1 to BLKz (refer to FIG. 3 ).
실시 예로서, 동일한 행(+X 방향)에 배열된 셀 스트링들의 소스 선택 트랜지스터들은 행 방향으로 신장되는 소스 선택 라인에 연결된다. 상이한 행들에 배열된 셀 스트링들의 소스 선택 트랜지스터들은 상이한 소스 선택 라인들에 연결된다. 제 1 행에 배열된 셀 스트링들(CS11~CS1m)의 소스 선택 트랜지스터들은 제 1 소스 선택 라인(SSL1)에 연결된다. 제 2 행에 배열된 셀 스트링들(CS21~CS2m)의 소스 선택 트랜지스터들은 제 2 소스 선택 라인(SSL2)에 연결된다.In an embodiment, the source select transistors of the cell strings arranged in the same row (+X direction) are connected to the source select line extending in the row direction. Source select transistors of cell strings arranged in different rows are connected to different source select lines. The source select transistors of the cell strings CS11 to CS1m arranged in the first row are connected to the first source select line SSL1 . The source select transistors of the cell strings CS21 to CS2m arranged in the second row are connected to the second source select line SSL2 .
각 셀 스트링의 소스 측 더미 메모리 셀(SDC)은 소스 선택 트랜지스터(SST)와 메모리 셀들(NMC1~NMCp) 사이에 연결된다. 실시 예로서, 동일한 높이의 소스 측 더미 메모리 셀들의 게이트들은 하나의 소스 측 더미 워드 라인(SDWL)에 연결될 수 있다.The source-side dummy memory cell SDC of each cell string is connected between the source select transistor SST and the memory cells NMC1 to NMCp. In an embodiment, gates of the source-side dummy memory cells having the same height may be connected to one source-side dummy word line SDWL.
각 셀 스트링의 제 1 내지 제 n 메모리 셀들(NMC1~NMCn)은 소스 측 더미 메모리 셀(SDC)과 드레인 측 더미 메모리 셀(DDC) 사이에 연결된다.The first to nth memory cells NMC1 to NMCn of each cell string are connected between the source-side dummy memory cell SDC and the drain-side dummy memory cell DDC.
제 1 내지 제 n 메모리 셀들(NMC1~NMCn)은 제 1 내지 제 p 메모리 셀들(NMC1~NMCp)과 제 p+1 내지 제 n 메모리 셀들(NMCp+1~NMCn)로 구분될 수 있다. 제 1 내지 제 p 메모리 셀들(NMC1~NMCp)과 제 p+1 내지 제 n 메모리 셀들(NMCp+1~NMCn)은 파이프 트랜지스터(PT)를 통해 연결된다.The first to nth memory cells NMC1 to NMCn may be divided into first to pth memory cells NMC1 to NMCp and p+1 to nth memory cells NMCp+1 to NMCn. The first to p-th memory cells NMC1 to NMCp and the p+1 to n-th memory cells NMCp+1 to NMCn are connected through the pipe transistor PT.
제 1 내지 제 p 메모리 셀들(NMC1~NMCp)은 소스 측 더미 메모리 셀(SDC)과 파이프 트랜지스터(PT) 사이에서 직렬 연결된다. 제 p+1 내지 제 n 메모리 셀들(NMCp+1~NMCn)은 파이프 트랜지스터(PT)와 드레인 측 더미 메모리 셀(DDC) 사이에서 직렬 연결된다. 제 1 내지 제 n 메모리 셀들(NMC1~NMCn)의 게이트들은 각각 제 1 내지 제 n 워드 라인들(NWL1~NWLn)에 연결된다.The first to p-th memory cells NMC1 to NMCp are connected in series between the source-side dummy memory cell SDC and the pipe transistor PT. The p+1th to nth memory cells NMCp+1 to NMCn are connected in series between the pipe transistor PT and the drain-side dummy memory cell DDC. Gates of the first to nth memory cells NMC1 to NMCn are respectively connected to the first to nth word lines NWL1 to NWLn.
각 셀 스트링의 파이프 트랜지스터(PT)의 게이트는 파이프 라인(PL)에 연결된다.The gate of the pipe transistor PT of each cell string is connected to the pipeline PL.
각 셀 스트링들의 드레인 측 더미 메모리 셀(DDC)은 드레인 선택 트랜지스터(DST)와 메모리 셀들(NMCp+1~NMCn) 사이에 연결된다. 실시 예로서, 동일한 높이의 드레인 측 더미 메모리 셀들의 게이트들은 하나의 드레인 측 더미 워드 라인(DDWL)에 연결될 수 있다.The drain-side dummy memory cell DDC of each cell string is connected between the drain select transistor DST and the memory cells NMCp+1 to NMCn. In an embodiment, gates of the drain-side dummy memory cells having the same height may be connected to one drain-side dummy word line DDWL.
각 셀 스트링의 드레인 선택 트랜지스터(DST)는 해당 비트 라인과 드레인 측 더미 메모리 셀(DDC) 사이에 연결된다. 동일한 행에 배열된 셀 스트링들의 드레인 선택 트랜지스터들은 행 방향으로 신장되는 드레인 선택 라인에 연결된다. 상이한 행들에 배열된 셀 스트링들의 드레인 선택 트랜지스터들은 상이한 드레인 선택 라인들에 연결된다. 제 1 행에 배열된 셀 스트링들(CS11~CS1m)의 드레인 선택 트랜지스터들은 제 1 드레인 선택 라인(DSL1)에 연결된다. 제 2 행에 배열된 셀 스트링들(CS21~CS2m)의 드레인 선택 트랜지스터들은 제 2 드레인 선택 라인(DSL2)에 연결된다.The drain select transistor DST of each cell string is connected between the corresponding bit line and the drain-side dummy memory cell DDC. The drain select transistors of the cell strings arranged in the same row are connected to a drain select line extending in the row direction. Drain select transistors of cell strings arranged in different rows are connected to different drain select lines. Drain select transistors of the cell strings CS11 to CS1m arranged in the first row are connected to the first drain select line DSL1. Drain select transistors of the cell strings CS21 to CS2m arranged in the second row are connected to the second drain select line DSL2.
열(+Y 방향) 방향으로 배열되는 셀 스트링들은 열 방향으로 신장되는 비트 라인에 연결된다. 제 1 열의 셀 스트링들(CS11, CS21)은 제 1 비트 라인(BL1)에 연결되어 있다. 제 m 열의 셀 스트링들(CS1m, CS2m)은 제 m 비트 라인(BLm)에 연결되어 있다. 즉, 제 x 열의 셀 스트링들(CS1x, CS2x)은 제 x 비트 라인(BLx)에 연결된다(x는 1보다 크거나 같고 m보다 작거나 같은 정수).Cell strings arranged in the column (+Y direction) direction are connected to bit lines extending in the column direction. The cell strings CS11 and CS21 of the first column are connected to the first bit line BL1. The cell strings CS1m and CS2m of the m-th column are connected to the m-th bit line BLm. That is, the cell strings CS1x and CS2x of the x-th column are connected to the x-th bit line BLx (x is an integer greater than or equal to 1 and less than or equal to m).
제 1 내지 제 m 비트 라인들(BL1~BLm)을 통해 제 1 내지 제 n 메모리 셀들(NMC1~NMCn)에 데이터가 저장될 수 있다. 제 1 내지 제 n 메모리 셀들(NMC1~NMCn)에 저장된 데이터는 제 1 내지 제 m 비트 라인들(BL1~BLm)을 통해 읽어질 수 있다. 더미 메모리 셀들(SDC, DDC)에는, 데이터가 저장되지 않는다.Data may be stored in the first to nth memory cells NMC1 to NMCn through the first to mth bit lines BL1 to BLm. Data stored in the first to n-th memory cells NMC1 to NMCn may be read through the first to m-th bit lines BL1 to BLm. Data is not stored in the dummy memory cells SDC and DDC.
도 4에 도시된 바와 다르게, 제 1 내지 제 m 비트 라인들(BL1~BLm) 대신 이븐 비트 라인들 및 오드 비트 라인들이 제공될 수 있다. 행 방향으로 배열되는 셀 스트링들(CS11~CS1m 또는 CS21~CS2m) 중 짝수번째 셀 스트링들은 이븐 비트 라인들에 각각 연결되고, 행 방향으로 배열되는 셀 스트링들(CS11~CS1m 또는 CS21~CS2m) 중 홀수번째 셀 스트링들은 오드 비트 라인들에 각각 연결될 수 있다.
Unlike FIG. 4 , even bit lines and odd bit lines may be provided instead of the first to mth bit lines BL1 to BLm. Even-numbered cell strings among the cell strings CS11 to CS1m or CS21 to CS2m arranged in the row direction are respectively connected to the even bit lines, and among the cell strings CS11 to CS1m or CS21 to CS2m arranged in the row direction, The odd-numbered cell strings may be respectively connected to odd bit lines.
도 5는 도 3의 메모리 블록들(BLK1~BLKz) 중 어느 하나(BLK1)의 다른 실시 예(BLK1')를 보여주는 회로도이다.FIG. 5 is a circuit diagram illustrating another embodiment BLK1' of any one of the memory blocks BLK1 to BLKz of FIG. 3 .
도 5를 참조하면 제 1 메모리 블록(BLK1')은 복수의 셀 스트링들(CS11'~CS1m', CS21'~CS2m')을 포함한다. 복수의 셀 스트링들(CS11'~CS1m', CS21'~CS2m') 각각은 +Z 방향을 따라 신장된다. 각 셀 스트링은, 적어도 하나의 소스 선택 트랜지스터(SST), 적어도 하나의 소스 측 더미 메모리 셀(SDC), 제 1 내지 제 n 메모리 셀들(NMC1~NMCn), 적어도 하나의 드레인 측 더미 메모리 셀(DDC), 그리고 적어도 하나의 드레인 선택 트랜지스터(DST)를 포함한다.Referring to FIG. 5 , the first memory block BLK1' includes a plurality of cell strings CS11' to CS1m' and CS21' to CS2m'. Each of the plurality of cell strings CS11' to CS1m' and CS21' to CS2m' extends along the +Z direction. Each cell string includes at least one source select transistor SST, at least one source-side dummy memory cell SDC, first to n-th memory cells NMC1 to NMCn, and at least one drain-side dummy memory cell DDC. ), and at least one drain select transistor DST.
선택 트랜지스터들(SST, DST), 더미 메모리 셀들(SDC, DDC) 및 메모리 셀들(NMC1~NMCn) 각각은 유사한 구조를 가질 수 있다. 실시 예로서, 선택 트랜지스터들(SST, DST), 더미 메모리 셀들(SDC, DDC) 및 메모리 셀들(NMC1~NMCn) 각각은 채널층, 터널링 절연막, 전하 저장막 및 블로킹 절연막을 포함할 수 있다.Each of the selection transistors SST and DST, the dummy memory cells SDC and DDC, and the memory cells NMC1 to NMCn may have a similar structure. In an embodiment, each of the selection transistors SST and DST, the dummy memory cells SDC and DDC, and the memory cells NMC1 to NMCn may include a channel layer, a tunneling insulating layer, a charge storage layer, and a blocking insulating layer.
각 셀 스트링에서, 소스 선택 트랜지스터(SST), 소스 측 더미 메모리 셀(SDC), 제 1 내지 제 n 메모리 셀들(NMC1~NMCn), 드레인 측 더미 메모리 셀(DDC) 및 드레인 선택 트랜지스터(DST)는 메모리 블록(BLK1') 하부의 기판(미도시)과 교차하는 방향, 즉 +Z 방향으로 순차적으로 적층된다.In each cell string, the source select transistor SST, the source-side dummy memory cell SDC, the first to n-th memory cells NMC1 to NMCn, the drain-side dummy memory cell DDC, and the drain select transistor DST are The memory blocks BLK1' are sequentially stacked in a direction crossing the lower substrate (not shown), that is, in the +Z direction.
비트 라인들(BL1~BLm)과 메모리 블록(BLK1) 하부의 기판(미도시) 사이에 배치된 구조물들을 +Z 방향과 반대 방향으로 관통하는 홀이 제공되고, 형성된 홀의 내부에 채널막이 형성될 수 있다. 이러한 홀은 하나의 셀 스트링에 대응하는 것으로 이해될 수 있다. 홀에 형성된 채널막은 하나의 셀 스트링에 포함된 선택 트랜지스터들(SST, DST), 더미 메모리 셀들(SDC, DDC) 및 메모리 셀들(NMC1~NMCn)의 채널층들로서 제공될 것이다.A hole may be provided through the structures disposed between the bit lines BL1 to BLm and a substrate (not shown) under the memory block BLK1 in a direction opposite to the +Z direction, and a channel layer may be formed in the formed hole. have. Such a hole may be understood to correspond to one cell string. The channel layer formed in the hole may serve as channel layers of the selection transistors SST and DST, the dummy memory cells SDC and DDC, and the memory cells NMC1 to NMCn included in one cell string.
이때, 공정 상 특성에 의해 홀들 각각의 폭(width)은 기판에 인접할수록 감소한다. 예를 들면, 메모리 블록(BLK1)의 구조물들은 상부로부터 기판 쪽으로 식각되어 홀이 형성될 때, 각 홀의 폭은 기판에 인접할수록 감소할 수 있다. 이러한 홀의 내부에 채널막이 형성될 때, 셀 스트링의 메모리 셀들(NMC1~NMCn) 각각에 대응하는 채널층은 홀의 폭에 대응하는 지름을 가질 것이다. 이에 따라 셀 스트링에 포함된 메모리 셀들(NMC1~NMCn)의 특성들은 상이해질 수 있다.In this case, the width of each of the holes decreases as they are adjacent to the substrate due to process characteristics. For example, when the structures of the memory block BLK1 are etched from the top toward the substrate to form holes, the width of each hole may decrease as it approaches the substrate. When the channel layer is formed inside the hole, the channel layer corresponding to each of the memory cells NMC1 to NMCn of the cell string may have a diameter corresponding to the width of the hole. Accordingly, characteristics of the memory cells NMC1 to NMCn included in the cell string may be different.
한편, 각 셀 스트링의 소스 선택 트랜지스터(SST)는 공통 소스 라인(CSL)과 소스 측 더미 메모리 셀(SDC) 사이에 연결된다. 소스 선택 트랜지스터(SST)의 소스는 공통 소스 라인(CSL)에 공통 연결된다. Meanwhile, the source select transistor SST of each cell string is connected between the common source line CSL and the source-side dummy memory cell SDC. The source of the source select transistor SST is commonly connected to the common source line CSL.
실시 예로서, 동일한 행(+X 방향)에 배열된 셀 스트링들의 소스 선택 트랜지스터들은 동일한 소스 선택 라인에 연결된다. 상이한 행들에 배열된 셀 스트링들의 소스 선택 트랜지스터들은 상이한 소스 선택 라인들에 연결된다. 제 1 행에 배열된 셀 스트링들(CS11'~CS1m')의 소스 선택 트랜지스터들은 제 1 소스 선택 라인(SSL1)에 연결된다. 제 2 행에 배열된 셀 스트링들(CS21'~CS2m')의 소스 선택 트랜지스터들은 제 2 소스 선택 라인(SSL2)에 연결된다.In an embodiment, the source select transistors of the cell strings arranged in the same row (+X direction) are connected to the same source select line. Source select transistors of cell strings arranged in different rows are connected to different source select lines. Source select transistors of the cell strings CS11' to CS1m' arranged in the first row are connected to the first source select line SSL1. Source select transistors of the cell strings CS21' to CS2m' arranged in the second row are connected to the second source select line SSL2.
각 셀 스트링의 소스 측 더미 메모리 셀(SDC)은 소스 선택 트랜지스터(SST)와 메모리 셀들(NMC1~NMCn) 사이에 연결된다. 실시 예로서, 동일한 높이의 소스 측 더미 메모리 셀들은 동일한 소스 측 더미 워드 라인(SDWL)에 연결될 수 있다.The source-side dummy memory cell SDC of each cell string is connected between the source select transistor SST and the memory cells NMC1 to NMCn. In an embodiment, source-side dummy memory cells having the same height may be connected to the same source-side dummy word line SDWL.
각 셀 스트링에서, 제 1 내지 제 n 메모리 셀들(NMC1~NMCn)은 소스 측 더미 메모리 셀(SDC)과 드레인 측 더미 메모리 셀(DDC) 사이에서 직렬 연결된다. 셀 스트링들(CS11'~CS1m', CS21'~CS2m')에서, 동일한 높이의 메모리 셀들은 동일한 워드 라인에 연결된다. 제 1 내지 제 n 메모리 셀들(NMC1~NMCn)은 각각 제 1 내지 제 n 워드 라인들(NWL1~NWLn)에 연결된다.In each cell string, the first to nth memory cells NMC1 to NMCn are connected in series between the source-side dummy memory cell SDC and the drain-side dummy memory cell DDC. In the cell strings CS11' to CS1m' and CS21' to CS2m', memory cells of the same height are connected to the same word line. The first to nth memory cells NMC1 to NMCn are respectively connected to the first to nth word lines NWL1 to NWLn.
각 셀 스트링의 드레인 측 더미 메모리 셀(DDC)은 메모리 셀들(NMC1~NMCn)과 드레인 선택 트랜지스터(DST) 사이에 연결된다. 실시 예로서, 동일한 높이의 드레인 측 더미 메모리 셀들은 동일한 소스 측 더미 워드 라인(DDWL)에 연결될 수 있다.The drain-side dummy memory cell DDC of each cell string is connected between the memory cells NMC1 to NMCn and the drain select transistor DST. In an embodiment, drain-side dummy memory cells having the same height may be connected to the same source-side dummy word line DDWL.
각 셀 스트링의 드레인 선택 트랜지스터(DST)는 해당 비트 라인과 드레인 측 더미 메모리 셀(DDC) 사이에 연결된다. 제 1 행에 배열된 셀 스트링들(CS11'~CS1m')의 드레인 선택 트랜지스터들은 제 1 드레인 선택 라인(DSL1)에 연결된다. 제 2 행에 배열된 셀 스트링들(CS21'~CS2m')의 드레인 선택 트랜지스터들은 제 2 드레인 선택 라인(DSL2)에 연결된다.The drain select transistor DST of each cell string is connected between the corresponding bit line and the drain-side dummy memory cell DDC. Drain select transistors of the cell strings CS11' to CS1m' arranged in the first row are connected to the first drain select line DSL1. Drain select transistors of the cell strings CS21' to CS2m' arranged in the second row are connected to the second drain select line DSL2.
결과적으로, 각 셀 스트링으로부터 파이프 트랜지스터(PT)가 제외된 것을 제외하면, 도 5의 메모리 블록(BLK1')은 도 4의 메모리 블록(BLK1)과 유사한 등가 회로를 갖는다.As a result, except that the pipe transistor PT is excluded from each cell string, the memory block BLK1 ′ of FIG. 5 has an equivalent circuit similar to that of the memory block BLK1 of FIG. 4 .
이하, 설명의 편의를 위해 도 4의 메모리 블록(BLK1)을 중심으로 본 발명의 실시 예가 설명된다.
Hereinafter, for convenience of description, an embodiment of the present invention will be described with reference to the memory block BLK1 of FIG. 4 .
도 6은 도 4의 메모리 블록(BLK1)에 포함된 페이지들을 개념적으로 보여주는 블록도이다. 도 6에서, 설명의 편의를 위해 각 셀 스트링은 6개의 메모리 셀들을 포함하는 것으로 가정한다.6 is a block diagram conceptually illustrating pages included in the memory block BLK1 of FIG. 4 . In FIG. 6 , it is assumed that each cell string includes six memory cells for convenience of description.
도 4 및 도 6을 참조하면, 메모리 블록(BLK1)은 복수의 페이지들(P1_1~P1_6, P2_1~P2_6)을 포함한다. 동일한 행(예를 들면 제 1 행)에 배열된 셀 스트링들(예를 들면 CS11~CS1m) 중 동일한 워드 라인(예를 들면 NWL1)에 연결된 메모리 셀들은 하나의 페이지를 구성한다. 메모리 블록(BLK1) 내에서, 행 방향(즉 +X 방향)으로 m개의 셀 스트링들이 배열되므로, 하나의 페이지는 m개의 메모리 셀들을 포함한다.4 and 6 , the memory block BLK1 includes a plurality of pages P1_1 to P1_6 and P2_1 to P2_6 . Among the cell strings (eg, CS11 to CS1m) arranged in the same row (eg, the first row), memory cells connected to the same word line (eg, NWL1 ) constitute one page. Since m cell strings are arranged in the row direction (ie, the +X direction) in the memory block BLK1 , one page includes m memory cells.
동일한 행에 배열된 셀 스트링들은 하나의 셀 스트링 그룹(CG)에 포함된다. 각 셀 스트링이 6개의 메모리 셀들을 포함하므로, 하나의 셀 스트링 그룹(CG)에는 6개의 페이지들이 포함된다. 제 1 행의 제 1 내지 제 6 페이지들(P1_1~P1_6)은 제 1 셀 스트링 그룹을 구성하고, 제 2 행의 제 1 내지 제 6 페이지들(P2_1~P2_6)은 제 2 셀 스트링 그룹을 구성한다.
Cell strings arranged in the same row are included in one cell string group CG. Since each cell string includes 6 memory cells, 6 pages are included in one cell string group CG. The first to sixth pages P1_1 to P1_6 of the first row constitute a first cell string group, and the first to sixth pages P2_1 to P2_6 of the second row constitute a second cell string group. do.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 메모리 장치(50)의 테스트 동작을 보여주는 순서도이다.7 is a flowchart illustrating a test operation of the
도 2, 도 6 및 도 7을 참조하면, S110단계에서, 주변 회로(110)는 검증 전압을 이용하여 선택된 메모리 블록의 페이지들(P1_1~P1_6, P2_1~P2_6)에 대해 각각 프로그램 동작들을 수행한다. 프로그램 동작들 각각은 ISPP(Incremental Step Pulse Program) 방식에 따라 수행될 수 있다. 프로그램 동작들이 완료되면, 페이지들(P1_1~P1_6, P2_1~P2_6)의 메모리 셀들은 검증 전압보다 높은 문턱 전압들을 가질 것이다.2, 6, and 7 , in step S110 , the
프로그램 동작들 전에, 선택된 메모리 블록의 메모리 셀들의 문턱 전압들은 상대적으로 넓은 전압 범위에 분포되어 있을 수 있다. 이는 워드 라인 별 메모리 셀들(NMC1~NMCn)의 특성이 상이함에서 기인할 수 있다. 프로그램 동작들 전에, 선택된 메모리 블록의 메모리 셀들에 대한 소거 동작이 수행된다고 가정한다. 소거 동작은 메모리 블록 단위로 수행된다. 소거 동작은 소거 펄스를 공통적으로 셀 스트링들의 채널막들에 전달하여 메모리 셀들의 문턱 전압들을 낮추는 동작과, 워드 라인들에 소거 검증 전압(도 10의 Vev 참조)을 공통적으로 인가하여 메모리 셀들의 문턱 전압들이 소거 검증 전압(Vev)보다 낮은지 여부를 판별하는 동작을 포함할 것이다. 이 동작들이 반복적으로 수행됨으로써 메모리 셀들의 문턱 전압들은 소거 검증 전압(Vev)보다 낮아진다. 메모리 블록 내 모든 메모리 셀들의 문턱 전압들이 소거 검증 전압(Vev)보다 낮아질 때까지, 위 동작들은 반복적으로 수행될 것이다. 워드 라인 별 메모리 셀들(NMC1~NMCn)의 특성이 상이함에 기인하여, 페이지들(P1_1~P1_6, P2_1~P2_6)의 전압 산포들은 상이한 전압 범위를 가질 수 있다. 예를 들면, 기판에 인접한 워드 라인의 메모리 셀들은, 그것들의 채널층들의 길이(지름)가 짧으므로 소거 펄스의 영향을 적게 받고, 따라서 상대적으로 높은 전압 산포를 가질 수 있다(도 10의 E4 참조). 예를 들면, 공통 소스 라인(CSL)에 인접한 워드 라인의 메모리 셀들은, 그것의 채널층들의 길이(지름)가 길므로 소거 펄스의 영향을 많이 받고, 따라서 상대적으로 낮은 전압 산포를 가질 수 있다(도 10의 E1 참조).Before program operations, threshold voltages of memory cells of the selected memory block may be distributed in a relatively wide voltage range. This may be due to different characteristics of the memory cells NMC1 to NMCn for each word line. It is assumed that an erase operation is performed on the memory cells of the selected memory block before the program operations. The erase operation is performed in units of memory blocks. The erase operation lowers the threshold voltages of the memory cells by transmitting an erase pulse in common to the channel layers of the cell strings, and a common application of the erase verification voltage (refer to Vev of FIG. 10 ) to the word lines to reduce the threshold voltages of the memory cells. and determining whether the voltages are lower than the erase verification voltage Vev. By repeatedly performing these operations, the threshold voltages of the memory cells are lower than the erase verification voltage Vev. The above operations may be repeatedly performed until the threshold voltages of all memory cells in the memory block become lower than the erase verification voltage Vev. Due to the different characteristics of the memory cells NMC1 to NMCn for each word line, voltage distributions of the pages P1_1 to P1_6 and P2_1 to P2_6 may have different voltage ranges. For example, the memory cells of the word line adjacent to the substrate are less affected by the erase pulse because the length (diameter) of their channel layers is short, and thus may have a relatively high voltage distribution (see E4 of FIG. 10 ). ). For example, the memory cells of the word line adjacent to the common source line CSL are greatly affected by the erase pulse because the length (diameter) of the channel layers thereof is long, and thus may have a relatively low voltage distribution ( See E1 in FIG. 10).
ISPP 방식에 따라 각 페이지에 대한 프로그램 동작이 수행된다. 프로그램 동작은 페이지 단위로 수행된다. 각 페이지의 메모리 셀들이 검증 전압보다 높아질 때까지 프로그램이 반복적으로 수행된다. 프로그램 동작 후 각 페이지의 전압 산포는 검증 전압보다 높으면서 좁은 전압 범위에 속하게 된다.A program operation for each page is performed according to the ISPP method. Program operations are performed in units of pages. The program is repeatedly performed until the memory cells of each page become higher than the verify voltage. After the program operation, the voltage distribution of each page is higher than the verification voltage and falls within a narrow voltage range.
S120단계에서, 주변 회로(110)는 페이지들에 적어도 한 번의 프로그램 펄스를 인가한다. 전압 발생기(130)에 의해 생성된 고 전압의 프로그램 펄스는 어드레스 디코더(120)를 통해 워드 라인들(NWL1~NWLn)에 인가될 것이다. 이에 따라 메모리 셀들의 문턱 전압들이 상승할 것이다. 각 페이지의 전압 산포는 상승할 것이다. 슬로우 셀들을 포함하는 페이지의 전압 산포는 조금(slightly) 상승할 것이다.In step S120 , the
결과적으로, 슬로우 셀들을 포함하는 페이지는 다른 페이지들과 상이한 전압 산포를 갖게 될 것이다.As a result, a page containing slow cells will have a different voltage distribution than other pages.
S130단계에서, 검증 전압보다 정해진 전압만큼 높은 전압이 기준 테스트 전압으로 설정된다. 제어 로직(160)은 기준 테스트 전압을 생성하도록 전압 발생기(130)를 설정할 것이다.In step S130, a voltage higher than the verification voltage by a predetermined voltage is set as the reference test voltage.
S140단계에서, 페이지들(PG1_1~PG1_6, PG2_1~PG2_6)에 대해 기준 테스트 전압을 이용한 읽기들이 수행되어 페이지들(PG1_1~PG1_6, PG2_1~PG2_6) 중 결함 페이지가 검출된다. 전압 발생기(130)에 의해 생성된 기준 테스트 전압이 어드레스 디코더(120)를 통해 각 페이지에 인가되어 각 읽기를 수행할 것이다. 읽어진 페이지 데이터에 기반하여 페이지들(PG1_1~PG1_6, PG2_1~PG2_6) 중 결함 페이지가 존재하는지 여부가 판별될 것이다. 제 1 셀 스트링 그룹의 제 1 내지 제 6 페이지들(PG1_1~PG1_6)에 대해 순차적으로 읽기들이 수행되면서 제 1 내지 제 6 페이지들(PG1_1~PG1_6) 중 결함 페이지가 존재하는지 여부가 판별될 수 있다. 이후 제 2 셀 스트링 그룹의 제 1 내지 제 6 페이지들(PG2_1~PG2_6)에 대해 순차적으로 읽기들이 수행되면서 제 1 내지 제 6 페이지들(PG2_1~PG2_6) 중 결함 페이지가 존재하는지 여부가 판별될 수 있다.In operation S140 , reads using the reference test voltage are performed on the pages PG1_1 to PG1_6 and PG2_1 to PG2_6 to detect a defective page among the pages PG1_1 to PG1_6 and PG2_1 to PG2_6. The reference test voltage generated by the
S150단계에서, 결함 페이지에 해당하는 영역이 배드 영역으로 처리된다. 실시 예로서, 제어 로직(160)은 결함 페이지를 포함하는 메모리 블록을 배드 영역으로 정의할 수 있다. 배드 영역은 복수의 메모리 블록들(BLK1~BLKz) 중 리던던시 메모리 블록으로 대체될 것이다. 실시 예로서, 제어 로직(160)은 결함 페이지를 배드 영역으로 정의할 수 있다. 이때, 배드 영역은 해당 메모리 블록에 포함된 페이지들 중 리던던시 페이지로 대체될 것이다.In step S150, an area corresponding to a defective page is processed as a bad area. In an embodiment, the
본 발명의 실시 예에 따르면, 선택된 메모리 블록의 페이지들(P1_1~P1_6, P2_1~P2_6)에 대해 ISPP 방식에 따른 프로그램 동작들이 수행된 후, 페이지들(P1_1~P1_6, P2_1~P2_6)에 적어도 한 번의 프로그램 펄스가 인가된다. 이에 따라 슬로우 셀들을 포함하는 페이지는 다른 페이지들과 구분 가능한 전압 산포를 갖게 될 것이다. 그 후에, 페이지들(P1_1~P1_6, P2_1~P2_6)에 대해 읽기들이 수행되어 결함 페이지를 검출한다. 이에 따라, 결함 페이지의 검출은 효율적으로 수행될 수 있다. 따라서, 향상된 신뢰성을 갖는 반도체 메모리 장치(50)가 제공된다.
According to an embodiment of the present invention, after program operations according to the ISPP method are performed on the pages P1_1 to P1_6 and P2_1 to P2_6 of the selected memory block, at least one of the pages P1_1 to P1_6 and P2_1 to P2_6 A program pulse of n is applied. Accordingly, the page including the slow cells will have a voltage distribution distinguishable from other pages. Thereafter, reads are performed on the pages P1_1 to P1_6 and P2_1 to P2_6 to detect a defective page. Accordingly, the detection of the defective page can be efficiently performed. Accordingly, the
도 8은 선택된 메모리 블록의 하나의 셀 스트링 그룹(CG, 도 6 참조)의 페이지들에 대한 프로그램 동작들을 보여주는 순서도이다. 선택된 메모리 블록의 제 1 셀 스트링 그룹의 페이지들(P1_1~P1_6)에 대한 프로그램 동작들을 기준으로 도 8의 실시 예가 설명된다. 제 2 셀 스트링 그룹의 페이지들(P2_1~P2_6)에 대한 프로그램 동작들도 도 8과 마찬가지로 설명된다.8 is a flowchart illustrating program operations on pages of one cell string group (CG, see FIG. 6 ) of a selected memory block. The embodiment of FIG. 8 will be described with reference to program operations on pages P1_1 to P1_6 of the first cell string group of the selected memory block. Program operations for the pages P2_1 to P2_6 of the second cell string group are also described as in FIG. 8 .
도 4 및 도 8을 참조하면, S111단계에서, 페이지들(P1_1~P1_6) 중 제 k 페이지에 대한 프로그램이 수행된다. 이때, k는 1보다 크거나 같고 6보다 작거나 같은 정수일 것이다. 4 and 8 , in step S111 , a program for the kth page among pages P1_1 to P1_6 is performed. In this case, k may be an integer greater than or equal to 1 and less than or equal to 6.
실시 예로서, 선택된 메모리 블록의 소스 선택 라인들(SSL1, SSL2)에 턴오프 전압(예를 들면, 접지 전압)이 인가됨으로써 셀 스트링들(CS11~CS1m, CS21~CS2m)은 공통 소스 라인(CSL)으로부터 전기적으로 분리될 것이다. 드레인 선택 라인들(DSL1, DSL2) 중 비선택된 드레인 선택 라인에 턴오프 전압이 인가될 수 있다. 비선택된 드레인 선택 라인과 연결된 드레인 선택 트랜지스터들은 턴오프되고, 해당 셀 스트링들은 비트 라인들(BL1~BLm)과 전기적으로 분리될 것이다. 드레인 선택 라인들(DSL1, DSL2) 중 선택된 드레인 선택 라인에 턴온 전압(예를 들면, 전원 전압)이 인가될 수 있다. 이에 따라 선택된 드레인 선택 라인과 연결된 셀 스트링들이 선택된 셀 스트링들로서 결정된다. 선택된 셀 스트링들은 제 k 페이지를 포함하는 셀 스트링들이다. In an embodiment, a turn-off voltage (eg, a ground voltage) is applied to the source selection lines SSL1 and SSL2 of the selected memory block so that the cell strings CS11 to CS1m and CS21 to CS2m are connected to the common source line CSL. ) will be electrically isolated from A turn-off voltage may be applied to an unselected drain select line among the drain select lines DSL1 and DSL2 . The drain select transistors connected to the unselected drain select line are turned off, and the corresponding cell strings are electrically isolated from the bit lines BL1 to BLm. A turn-on voltage (eg, a power supply voltage) may be applied to a selected drain select line among the drain select lines DSL1 and DSL2 . Accordingly, cell strings connected to the selected drain select line are determined as the selected cell strings. The selected cell strings are cell strings including the kth page.
제 k 페이지에 연결된 제 k 워드 라인에 고 전압의 프로그램 전압이 인가된다. 제 k 페이지의 메모리 셀들 각각은 해당 비트 라인을 통해 전달되는 데이터에 따라 프로그램이 허용되거나 프로그램이 금지된다. 비트 라인에 프로그램 허용 전압(예를 들면 접지 전압)이 인가되면, 선택된 드레인 선택 라인의 전원 전압에 따라 해당 드레인 선택 트랜지스터는 턴온되고 해당 셀 스트링의 비트 라인으로부터 프로그램 허용 전압을 수신한다. 프로그램 허용 전압은 제 k 페이지의 메모리 셀로 전달된다. 프로그램 허용 전압과 제 k 워드 라인의 프로그램 전압 사이의 차이로 인해 제 k 페이지의 메모리 셀의 문턱 전압은 상승한다. 비트 라인에 프로그램 금지 전압(예를 들면 전원 전압)이 인가되면, 선택된 드레인 선택 라인에 전원 전압이 인가됨에도 불구하고 해당 드레인 선택 트랜지스터는 턴오프되고, 해당 셀 스트링은 비트 라인과 전기적으로 분리된다. 즉 해당 셀 스트링은 비트 라인과 공통 소스 라인으로부터 분리되어 플로팅된다. 제 k 워드 라인에 프로그램 전압이 인가되면 해당 셀 스트링의 채널막의 전압은 부스팅될 것이다. 채널막의 부스팅된 전압과 프로그램 전압 사이의 차이가 높지 않으므로 제 k 페이지의 메모리 셀의 문턱 전압은 상승하지 않는다.A high-voltage program voltage is applied to the k-th word line connected to the k-th page. Each of the memory cells of the k-th page is programmed or prohibited according to data transmitted through a corresponding bit line. When a program allowable voltage (eg, a ground voltage) is applied to the bit line, the corresponding drain select transistor is turned on according to the power supply voltage of the selected drain select line and receives the program allowable voltage from the bit line of the corresponding cell string. The program allowable voltage is transferred to the memory cell of the kth page. The threshold voltage of the memory cell of the k-th page increases due to a difference between the program allowable voltage and the program voltage of the k-th word line. When a program prohibition voltage (eg, a power supply voltage) is applied to the bit line, the corresponding drain select transistor is turned off despite the power supply voltage being applied to the selected drain select line, and the corresponding cell string is electrically isolated from the bit line. That is, the cell string is floated separately from the bit line and the common source line. When the program voltage is applied to the k-th word line, the voltage of the channel layer of the corresponding cell string is boosted. Since the difference between the boosted voltage of the channel layer and the program voltage is not high, the threshold voltage of the memory cell of the kth page does not increase.
제어 로직(160)은 비트 라인들(BL1~BLm)을 프로그램 허용 전압으로 바이어싱하도록 페이지 버퍼들(PB1~PBm)을 제어할 것이다. 이에 따라, 프로그램 시 제 k 페이지의 메모리 셀들의 문턱 전압은 상승할 것이다.The
S112단계에서, 검증 전압을 이용하여 제 k 페이지의 메모리 셀들의 문턱 전압들이 검증된다. In step S112 , threshold voltages of the kth page memory cells are verified using the verification voltage.
실시 예로서, 선택된 셀 스트링들에 해당하는 소스 선택 라인과 드레인 선택 라인에 턴온 전압이 인가될 것이다. 비선택된 셀 스트링들에 해당하는 소스 선택 라인과 드레인 선택 라인에 턴 오프 전압이 인가된다. 선택된 셀 스트링들은 비트 라인들(BL1~BLm) 및 공통 소스 라인(CSL)과 전기적으로 연결될 것이다. 비선택된 셀 스트링들은 비트 라인들(BL1~BLm) 및 공통 소스 라인(CSL)으로부터 전기적으로 분리될 것이다.In an embodiment, a turn-on voltage may be applied to the source select line and the drain select line corresponding to the selected cell strings. A turn-off voltage is applied to the source select line and the drain select line corresponding to the unselected cell strings. The selected cell strings may be electrically connected to the bit lines BL1 to BLm and the common source line CSL. The unselected cell strings may be electrically separated from the bit lines BL1 to BLm and the common source line CSL.
제 k 워드 라인에 검증 전압이 인가된다. 나머지 워드 라인들에 고 전압의 패스 전압이 인가된다. 나머지 워드 라인들에 연결된 메모리 셀들은 그것들의 문턱 전압들에 관계없이 턴온될 것이다. 제 k 페이지의 메모리 셀들은 그것들의 문턱 전압들에 따라 턴온 또는 턴오프된다. 페이지 버퍼들(PB1~PBm)은 비트 라인들(BL1~BLm)의 전압들 혹은 전류들을 센싱함으로써 제 k 페이지의 메모리 셀들의 문턱 전압들을 검증할 것이다. 메모리 셀들의 문턱 전압들이 검증 전압보다 낮거나 같을 때 논리값 "1"이 읽어질 수 있다. 메모리 셀들의 문턱 전압들이 검증 전압보다 높을 때 논리값 "0"이 읽어질 수 있다. 읽어진 페이지 데이터는 페이지 버퍼들(PB1~PBm)에 저장된다. 페이지 버퍼들(PB1~PBm)은 페이지 데이터를 검출기(170)로 전송한다.A verification voltage is applied to the k-th word line. A high-voltage pass voltage is applied to the remaining word lines. Memory cells connected to the remaining word lines will be turned on regardless of their threshold voltages. The memory cells of the kth page are turned on or off according to their threshold voltages. The page buffers PB1 to PBm may verify threshold voltages of memory cells of the kth page by sensing voltages or currents of the bit lines BL1 to BLm. When the threshold voltages of the memory cells are lower than or equal to the verification voltage, the logic value “1” may be read. When the threshold voltages of the memory cells are higher than the verify voltage, a logic value “0” may be read. The read page data is stored in the page buffers PB1 to PBm. The page buffers PB1 to PBm transmit page data to the
S113단계에서, 프로그램 결과가 패스인지 여부가 판별된다. 검출기(170)는 페이지 데이터 중 논리값 "1" 을 갖는 데이터 비트들의 수를 검출할 수 있다. 제어 로직(160)은 페이지 데이터 중 논리값 "1"을 갖는 데이터 비트가 존재할 때 프로그램의 결과를 페일로 판별할 수 있다. 만약 그렇지 않다면, 제어 로직(160)은 프로그램의 결과를 패스로 판별할 수 있다. 프로그램의 결과가 페일일 때 S111단계가 재수행된다. S111단계에서, 페이지 버퍼들(PB1~PBm) 중 논리값 "1"의 데이터 비트를 저장하는 페이지 버퍼는 해당 비트 라인을 프로그램 허용 전압으로 바이어싱할 것이다. 페이지 버퍼들(PB1~PBm) 중 논리값 "0"의 데이터 비트를 저장하는 페이지 버퍼는 해당 비트 라인을 프로그램 금지 전압으로 바이어싱할 것이다. 즉, 검증 전압보다 낮거나 같은 문턱 전압을 갖는 메모리 셀은 프로그램되고, 검증 전압보다 높은 문턱 전압을 갖는 메모리 셀은 프로그램 금지될 것이다. In step S113, it is determined whether the program result is a pass. The
제 k 페이지에 대한 프로그램 동작은 S111단계 내지 S113단계를 포함할 것이다. 프로그램 결과가 패스일 때까지 S111단계 내지 S113단계가 반복적으로 수행됨에 따라, 제 k 페이지의 메모리 셀들의 문턱 전압들은 검증 전압보다 높되 좁은 전압 범위 내에 속할 것이다.The program operation for the k-th page may include steps S111 to S113. As steps S111 to S113 are repeatedly performed until the program result is a pass, the threshold voltages of the memory cells of the kth page may be higher than the verification voltage but within a narrow voltage range.
S114단계에서, 제 k 페이지가 페이지들(P1_1~P1_6) 중 마지막 페이지인지 여부가 판별되고, 만약 그렇지 않은 경우 S115단계가 수행된다. 즉 다음 페이지에 대해 프로그램 동작이 수행될 것이다.
In step S114 , it is determined whether the kth page is the last page among the pages P1_1 to P1_6 , and if not, step S115 is performed. That is, the program operation will be performed on the next page.
도 9는 도 8의 S110단계의 프로그램 동작 시 인가되는 프로그램 펄스들(Vpgm1~VpgmQ), 그리고 도 8의 S120단계에서 인가되는 추가 프로그램 펄스(Vadt)를 보여주는 타이밍도이다.9 is a timing diagram illustrating program pulses Vpgm1 to VpgmQ applied during the program operation in step S110 of FIG. 8 and an additional program pulse Vadt applied in step S120 of FIG. 8 .
프로그램 동작 시 선택된 페이지의 워드 라인에 프로그램 펄스가 반복적으로 인가된다. 먼저, 제 1 프로그램 펄스(Vpgm1)가 인가될 것이다. 해당 검증 시에 선택된 페이지의 워드 라인에 검증 전압(Vvrf)이 인가된다. 프로그램의 결과가 페일일 때, 제 1 프로그램 펄스(Vpgm1)보다 제 1 스텝 전압(Vstep1)만큼 높은 제 2 프로그램 펄스(Vpgm2)이 인가된다. 해당 검증 시에 검증 전압(Vvrf)이 인가된다. 프로그램의 결과가 패스일 때까지, 복수의 증가형 스텝 펄스들(Vpgm1~VpgmQ)이 인가될 것이다. 복수의 프로그램 펄스들(Vpgm1~VpgmQ) 각각은 이전 프로그램 펄스보다 제 1 스텝 전압(Vstep1)만큼 높다. 즉 프로그램 동작은 ISPP(Incremental Step Pulse Program) 방식으로 수행될 수 있다.During the program operation, the program pulse is repeatedly applied to the word line of the selected page. First, the first program pulse Vpgm1 will be applied. During the verification, the verification voltage Vvrf is applied to the word line of the selected page. When the result of the program is fail, the second program pulse Vpgm2 higher than the first program pulse Vpgm1 by the first step voltage Vstep1 is applied. During the verification, the verification voltage Vvrf is applied. Until the result of the program is a pass, a plurality of incremental step pulses Vpgm1 to VpgmQ may be applied. Each of the plurality of program pulses Vpgm1 to VpgmQ is higher than the previous program pulse by the first step voltage Vstep1. That is, the program operation may be performed in an incremental step pulse program (ISPP) method.
페이지마다 프로그램 펄스들(Vpgm1~VpgmQ)이 인가되는 횟수는 상이할 수 있음이 이해될 것이다. 예를 들면, 슬로우 셀들을 포함하는 페이지에 대한 프로그램 동작 시 상당히 많은 횟수의 프로그램 펄스들(Vpgm1~VpgmQ)이 인가될 수 있다. 노멀한 셀들을 포함하는 페이지들 사이에도 프로그램 펄스들(Vpgm1~VpgmQ)이 인가되는 횟수는 상이할 수 있다.It will be understood that the number of times the program pulses Vpgm1 to VpgmQ are applied may be different for each page. For example, a fairly large number of program pulses Vpgm1 to VpgmQ may be applied during a program operation on a page including slow cells. The number of times the program pulses Vpgm1 to VpgmQ are applied may be different between pages including normal cells.
선택된 메모리 블록의 페이지들(P1_1~P1_6, P2_1~P2_6)에 대한 프로그램 동작들이 완료된 후에, 추가 프로그램 펄스(Vadt)가 인가된다. 추가 프로그램 펄스(Vadt)는 페이지들(P1_1~P1_6, P2_1~P2_6)에 대한 프로그램 동작들에서 인가된 프로그램 펄스들 중 가장 높은 프로그램 펄스(VpgmQ)보다 제 2 스텝 전압(Vstep2)만큼 더 높을 수 있다. 실시 예로서, 제 2 스텝 전압(Vstep2)은 제 1 스텝 전압(Vstep1)보다 높을 수 있다. 실시 예로서, 제 2 스텝 전압(Vstep2)은 제 1 스텝 전압(Vstep1)과 동일할 수 있다.
After program operations on the pages P1_1 to P1_6 and P2_1 to P2_6 of the selected memory block are completed, an additional program pulse Vadt is applied. The additional program pulse Vadt may be higher than the highest program pulse VpgmQ among program pulses applied in program operations for the pages P1_1 to P1_6 and P2_1 to P2_6 by the second step voltage Vstep2. . As an embodiment, the second step voltage Vstep2 may be higher than the first step voltage Vstep1 . As an embodiment, the second step voltage Vstep2 may be the same as the first step voltage Vstep1 .
도 10은 도 7의 S110단계 및 S120단계 시 선택된 메모리 블록의 페이지들(P1_1~P1_6, P2_1~P2_6)의 전압 산포들의 변화를 보여주는 그래프이다.10 is a graph showing changes in voltage distributions of pages P1_1 to P1_6 and P2_1 to P2_6 of a selected memory block in steps S110 and S120 of FIG. 7 .
도 10을 참조하면, S110단계가 수행되기 전에, 페이지들(P1_1~P1_6, P2_1~P2_6)은 복수의 소거 산포들(E1~E4)을 갖는다. 워드 라인 별 메모리 셀들(NMC1~NMCn)의 특성들에 따라 상이한 소거 산포들(E1~E4)을 가질 수 있다. 설명의 편의를 위해, 도 10에는 4개의 소거 산포들(E1~E4)만 도시된다. 페이지들(P1_1~P1_6, P2_1~P2_6) 중 일부의 페이지들은 제 1 소거 산포(E1)를 가질 것이다. 페이지들(P1_1~P1_6, P2_1~P2_6) 중 다른 일부의 페이지들은 제 2 소거 산포(E2)를 가질 것이다. 페이지들(P1_1~P1_6, P2_1~P2_6) 중 또 다른 일부의 페이지들은 제 3 소거 산포(E3)를 가질 것이다. 페이지들(P1_1~P1_6, P2_1~P2_6) 중 일부의 페이지들은 제 4 소거 산포(E4)를 가질 것이다. 소거 산포들(E1~E4)은 소거 검증 전압(Vev)보다 낮은 전압 범위들을 가질 수 있다.Referring to FIG. 10 , before operation S110 is performed, pages P1_1 to P1_6 and P2_1 to P2_6 have a plurality of erase distributions E1 to E4 . Each word line may have different erase distributions E1 to E4 according to characteristics of the memory cells NMC1 to NMCn. For convenience of explanation, only four erase distributions E1 to E4 are shown in FIG. 10 . Some of the pages P1_1 to P1_6 and P2_1 to P2_6 may have a first erase distribution E1 . Other pages of the pages P1_1 to P1_6 and P2_1 to P2_6 may have the second erase distribution E2 . Still other partial pages among the pages P1_1 to P1_6 and P2_1 to P2_6 may have a third erase distribution E3 . Some of the pages P1_1 to P1_6 and P2_1 to P2_6 may have a fourth erase distribution E4 . The erase distributions E1 to E4 may have lower voltage ranges than the erase verification voltage Vev.
S110단계가 수행되면, 페이지들(P1_1~P1_6, P2_1~P2_6)은 제 1 전압 산포들(D1)을 갖는다. 제 1 전압 산포들(D1)은 검증 전압(Vvrf)보다 높되 좁은 전압 범위에 속할 것이다.When step S110 is performed, the pages P1_1 to P1_6 and P2_1 to P2_6 have first voltage distributions D1. The first voltage distributions D1 may be higher than the verification voltage Vvrf but fall within a narrow voltage range.
S120단계가 수행되면, 페이지들(P1_1~P1_6, P2_1~P2_6)의 문턱 전압들은 상승하여 제 2 전압 산포들(D2) 혹은 제 3 전압 산포(D3)를 가질 수 있다. 대부분의 페이지들은 유사한 전압 산포들(D2)을 가질 것이다. 반면, 슬로우 셀들을 포함하는 페이지는 제 3 전압 산포(D3)를 가질 것이다. 예를 들면, 워드 라인의 결함으로 인해, 해당 워드 라인은 프로그램 펄스를 정상적으로 전달하지 못할 수 있다. 해당 워드 라인의 메모리 셀들은 넓은 전압 범위를 형성할 것이다.When step S120 is performed, the threshold voltages of the pages P1_1 to P1_6 and P2_1 to P2_6 may increase to have the second voltage distributions D2 or the third voltage distribution D3 . Most pages will have similar voltage distributions D2. On the other hand, the page including the slow cells will have a third voltage distribution D3. For example, due to a defect in a word line, the corresponding word line may not normally transmit a program pulse. The memory cells of that word line will form a wide voltage range.
기준 테스트 전압(Vtst1)은 도 10에 도시된 바와 같이 제 2 전압 산포들(D2)의 왼쪽 테일(left tail) 부근에서 설정될 수 있다. 기준 테스트 전압(Vtst1)은 검증 전압(Vvrf)보다 제 1 전압차(dV1)만큼 높을 수 있다. 실시 예로서, 제 1 전압차(dV1)는 제 2 스텝 전압(Vstep2, 도 9 참조)과 동일할 수 있다.The reference test voltage Vtst1 may be set near a left tail of the second voltage distributions D2 as shown in FIG. 10 . The reference test voltage Vtst1 may be higher than the verification voltage Vvrf by the first voltage difference dV1 . As an embodiment, the first voltage difference dV1 may be the same as the second step voltage Vstep2 (refer to FIG. 9 ).
이후 도 7의 S140단계에서 설명된 바와 같이 기준 테스트 전압(Vtst1)을 이용하여 선택된 메모리 블록의 페이지들에 대한 읽기들이 수행될 것이다. 그러한 읽기들 각각에서, 페이지 데이터(혹은 비교 데이터, 도 13 및 도 15 참조) 중 논리값 "1"을 갖는 데이터 비트는 페일 비트로 정의되고, 논리값 "0"을 갖는 데이터 비트는 패스 비트로 정의될 것이다. 이에 따라, S120단계에서 문턱 전압이 원하는 만큼 상승하지 못하는 메모리 셀들이 검출될 것이다.
Thereafter, as described in step S140 of FIG. 7 , readings of pages of the selected memory block may be performed using the reference test voltage Vtst1. In each of those reads, a data bit having a logical value of “1” among the page data (or comparison data, see FIGS. 13 and 15) is defined as a fail bit, and a data bit having a logical value of “0” is defined as a pass bit. will be. Accordingly, memory cells whose threshold voltage does not rise as much as desired may be detected in step S120 .
도 11은 도 7의 S110단계 및 S120단계 시 선택된 메모리 블록의 페이지들(P1_1~P1_6, P2_1~P2_6)의 전압 산포들의 변화의 다른 예를 보여주는 그래프이다.11 is a graph illustrating another example of a change in voltage distributions of pages P1_1 to P1_6 and P2_1 to P2_6 of a selected memory block in steps S110 and S120 of FIG. 7 .
도 11을 참조하면, S110단계가 수행되면 페이지들(P1_1~P1_6, P2_1~P2_6)은 제 1 전압 산포들(D1)을 갖는다.Referring to FIG. 11 , when step S110 is performed, pages P1_1 to P1_6 and P2_1 to P2_6 have first voltage distributions D1 .
S120단계가 수행되면, 페이지들(P1_1~P1_6, P2_1~P2_6)의 문턱 전압들은 상승한다.When step S120 is performed, the threshold voltages of the pages P1_1 to P1_6 and P2_1 to P2_6 increase.
특정 페이지는 상대적으로 높은 전압 산포(D4)를 가질 수 있다. 해당 메모리 셀들은 패스트 셀들이며, 패스트 셀들은 동일한 프로그램 펄스의 인가에도 불구하고 높은 문턱 전압들을 갖는다. 제 4 전압 산포(D4)는 정상적인 페이지들의 전압 산포들(D2)과 비교할 때 높은 전압 범위를 갖는다. 다양한 원인들로 인해 패스트 셀들이 나타날 수 있음이 이해될 것이다. 예를 들면, 반도체 메모리 장치의 공정 시 오차로 인해, 해당 메모리 셀들은 프로그램 펄스에 민감하게 영향을 받을 수 있다.A specific page may have a relatively high voltage distribution D4. Corresponding memory cells are fast cells, and the fast cells have high threshold voltages despite application of the same program pulse. The fourth voltage distribution D4 has a higher voltage range compared to the voltage distributions D2 of normal pages. It will be appreciated that fast cells may appear due to a variety of causes. For example, the corresponding memory cells may be sensitively affected by a program pulse due to an error during processing of the semiconductor memory device.
패스트 셀들은 반도체 메모리 장치의 신뢰성을 저하시킨다. 프로그램 시에 패스트 셀들은 적은 횟수의 프로그램 펄스들의 인가에도 과도하게 상승된 문턱 전압들을 가질 것이다. 과도하게 상승된 문턱 전압들은 읽기 마진(margin)을 감소시킨다.Fast cells degrade the reliability of the semiconductor memory device. During programming, fast cells may have excessively elevated threshold voltages even when a small number of program pulses are applied. Excessively raised threshold voltages reduce the read margin.
기준 테스트 전압(Vtst2)은 패스트 셀들을 포함하는 페이지를 결함 페이지로서 검출하기 위해 설정될 수 있다. 기준 테스트 전압(Vtst2)은 검증 전압(Vvrf)보다 제 2 전압차(dV2)만큼 높을 수 있다. 제 2 전압차(dV2)는 제 1 전압차(dV1)보다 높다.The reference test voltage Vtst2 may be set to detect a page including fast cells as a defective page. The reference test voltage Vtst2 may be higher than the verification voltage Vvrf by the second voltage difference dV2. The second voltage difference dV2 is higher than the first voltage difference dV1 .
이후 도 7의 S140단계에서 설명된 바와 같이 기준 테스트 전압(Vtst2)을 이용하여 선택된 메모리 블록의 페이지들에 대한 읽기들이 수행될 것이다. 그러한 읽기들 각각에서, 페이지 데이터(혹은 비교 데이터, 도 13 및 도 15 참조) 중 논리값 "0"을 갖는 데이터 비트는 페일 비트로 정의되고, 논리값 "1"을 갖는 데이터 비트는 패스 비트로 정의될 것이다. 이에 따라, S120단계에서 문턱 전압이 과도하게 상승된 메모리 셀들이 검출될 것이다.Thereafter, as described in step S140 of FIG. 7 , readings of pages of the selected memory block may be performed using the reference test voltage Vtst2. In each of those reads, a data bit having a logical value of “0” among the page data (or comparison data, see FIGS. 13 and 15) is defined as a fail bit, and a data bit having a logical value of “1” is defined as a pass bit. will be. Accordingly, memory cells with excessively increased threshold voltages may be detected in step S120 .
이하, 중복되는 설명을 피하기 위해 도 10의 제 3 전압 산포(D3)에 해당하는 결함 페이지를 검출하는 방법을 중심으로 본 발명의 실시 예가 설명된다.
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with a focus on a method of detecting a defective page corresponding to the third voltage distribution D3 of FIG. 10 to avoid overlapping description.
도 12는 선택된 메모리 블록의 하나의 셀 스트링 그룹(CG, 도 6 참조)의 페이지들 중 결함 페이지가 존재하는지 판별하는 방법을 보여주는 순서도이다. 제 1 셀 스트링 그룹의 페이지들(P1_1~P1_6) 중 결함 페이지를 검출하는 방법을 기준으로 도 12의 실시 예가 설명된다. 제 2 셀 스트링 그룹의 페이지들(P2_1~P2_6) 중 결함 페이지를 검출하는 것도 도 12와 마찬가지로 설명된다.12 is a flowchart illustrating a method of determining whether a defective page exists among pages of one cell string group CG (refer to FIG. 6 ) of a selected memory block. The exemplary embodiment of FIG. 12 will be described with reference to a method of detecting a defective page among the pages P1_1 to P1_6 of the first cell string group. Detecting a defective page among the pages P2_1 to P2_6 of the second cell string group will be described as in FIG. 12 .
도 6 및 도 12를 참조하면, S141단계에서, 페이지들(P1_1~P1_6) 중 제 x 페이지(x는 6보다 적거나 같은 자연수)에 대한 읽기가 수행되어 제 x 페이지 데이터가 생성된다. 해당 워드 라인에 기준 테스트 전압이 인가되어 제 x 페이지의 메모리 셀들의 데이터가 읽어질 것이다. 읽어진 제 x 페이지 데이터는 제 1 내지 제 n 페이지 버퍼들(PB1~PBm, 도 2 참조)에 저장된다.6 and 12 , in step S141 , an x-th page (x is a natural number less than or equal to 6) among pages P1_1 to P1_6 is read to generate x-th page data. The reference test voltage is applied to the corresponding word line to read the data of the memory cells of the x-th page. The read x-th page data is stored in the first to n-th page buffers PB1 to PBm (refer to FIG. 2 ).
S142단계에서, 제 x 페이지 데이터 중 페일 비트들의 수가 기준값보다 큰지 여부가 판별된다. 제 x 페이지 데이터의 데이터 비트들 중 논리값 "1"(즉 페일 비트)인 데이터 비트들의 수가 판별될 것이다. 제 x 페이지 데이터는 제 1 내지 제 m 페이지 버퍼들(PB1~PBm)로부터 검출기(170)로 제공되고, 검출기(170)는 제 x 페이지 데이터에 포함된 페일 비트들의 수를 판별할 것이다. 판별 결과는 에러값(ER, 도 2 참조)으로서 제어 로직(160, 도 2 참조)으로 전달될 것이다.In step S142, it is determined whether the number of fail bits in the x-th page data is greater than a reference value. Among the data bits of the x-th page data, the number of data bits having a logical value "1" (ie, fail bit) may be determined. The x-th page data is provided to the
다른 실시 예로서, 도 11의 제 4 전압 산포(D4)에 해당하는 결함 페이지를 검출하는 경우, 제 x 페이지 데이터의 데이터 비트들 중 논리값 "0"(즉 페일 비트)인 데이터 비트들의 수가 판별될 것이다. 검출기(170)는 제 1 내지 제 n 페이지 버퍼들(PB1~PBm)로부터 제 x 페이지 데이터를 수신하고, 제 x 페이지 데이터 중 논리값 "0"인 데이터 비트들의 수를 판별할 것이다.As another embodiment, when a defective page corresponding to the fourth voltage distribution D4 of FIG. 11 is detected, the number of data bits having a logical value of “0” (that is, a fail bit) among data bits of the x-th page data is determined. will be The
S143단계에서, 에러값(ER)이 기준값보다 클 때, 제 x 페이지가 결함 페이지로 판별될 것이다. 이때, 기준값은 미리 정해질 수 있다. 에러값(ER)이 기준값보다 작거나 같은 것은, 프로그램 시 제 x 페이지의 메모리 셀들의 문턱 전압들이 정상적으로 상승함을 의미할 것이다. 에러값(ER)이 기준값보다 큰 것은, 프로그램 시 제 x 페이지의 메모리 셀들의 문턱 전압들이 원활하게 상승하지 않음을 의미할 것이다. 해당 메모리 셀들의 문턱 전압들이 원활하게 상승하지 않는 것은, 예를 들면 제 x 워드 라인(WLx)의 결함에 의해 프로그램 펄스가 정상적으로 해당 메모리 셀들에 전달되지 않음을 의미하는 것으로 이해될 수 있다.In step S143, when the error value ER is greater than the reference value, the x-th page may be determined as a defective page. In this case, the reference value may be predetermined. When the error value ER is less than or equal to the reference value, it may mean that the threshold voltages of the memory cells of the xth page normally rise during programming. When the error value ER is greater than the reference value, it may mean that the threshold voltages of the memory cells of the xth page do not rise smoothly during programming. When the threshold voltages of the corresponding memory cells are not smoothly increased, it may be understood that the program pulse is not normally transmitted to the corresponding memory cells due to, for example, a defect in the x-th word line WLx.
다른 실시 예로서, 도 11의 제 4 전압 산포(D4)에 해당하는 결함 페이지를 검출하는 경우, 기준값은 상이한 값으로서 설정될 수 있다. 이때, 에러값(ER)이 기준값보다 작거나 같은 것은, 프로그램 시 제 x 페이지의 메모리 셀들의 문턱 전압들 정상적으로 상승함을 의미할 것이다. 에러값(E)이 기준값보다 큰 것은, 프로그램 시 제 x 페이지의 메모리 셀들의 문턱 전압들이 과도하게 상승함을 의미할 것이다. 해당 메모리 셀들의 문턱 전압들이 과도하게 상승하는 것은, 반도체 메모리 장치의 공정 시 오차로 인해 해당 메모리 셀들이 프로그램 펄스에 민감하게 영향을 받는 것으로 이해될 수 있다.As another embodiment, when a defective page corresponding to the fourth voltage distribution D4 of FIG. 11 is detected, the reference value may be set as a different value. In this case, when the error value ER is less than or equal to the reference value, it may mean that the threshold voltages of the memory cells of the xth page normally rise during programming. When the error value E is greater than the reference value, it may mean that the threshold voltages of the memory cells of the x-th page are excessively increased during programming. Excessive increase in threshold voltages of the corresponding memory cells may be understood as that the corresponding memory cells are sensitively affected by a program pulse due to an error during a process of the semiconductor memory device.
이후, 결함 페이지를 포함하는 메모리 블록은 배드 영역으로 처리될 수 있다. 예를 들면, 배드 영역은 복수의 메모리 블록들(BLK1~BLKz) 중 리던던시 메모리 블록으로 대체될 것이다. 외부로부터 배드 영역에 해당하는 데이터가 수신될 때 해당 데이터는 리던던시 메모리 블록으로 어드레스될 것이다.
Thereafter, the memory block including the defective page may be treated as a bad area. For example, the bad area may be replaced with a redundancy memory block among the plurality of memory blocks BLK1 to BLKz. When data corresponding to the bad area is received from the outside, the data may be addressed to the redundancy memory block.
도 13은 선택된 메모리 블록의 하나의 셀 스트링 그룹(CG, 도 6 참조)의 페이지들 중 결함 페이지가 존재하는지 판별하는 방법의 다른 실시 예를 보여주는 순서도이다. 제 1 셀 스트링 그룹의 페이지들(P1_1~P1_6) 중 결함 페이지를 검출하는 방법을 기준으로 도 13의 실시 예가 설명된다. 제 2 셀 스트링 그룹의 페이지들(P2_1~P2_6) 중 결함 페이지를 검출하는 것도 도 13과 마찬가지로 설명된다.13 is a flowchart illustrating another embodiment of a method of determining whether a defective page exists among pages of one cell string group CG (refer to FIG. 6 ) of a selected memory block. The embodiment of FIG. 13 will be described with reference to a method of detecting a defective page among the pages P1_1 to P1_6 of the first cell string group. Detecting a defective page among the pages P2_1 to P2_6 of the second cell string group will be described as in FIG. 13 .
도 4 및 도 13을 참조하면, S200단계에서, 페이지들(P1_1~P1_6) 중 제 x 및 제 x+1 페이지들(x는 6보다 적거나 같은 자연수)에 대한 읽기들이 수행되어 제 x 및 제 x+1 페이지 데이터를 생성한다.Referring to FIGS. 4 and 13 , in step S200 , reads are performed on the xth and x+1th pages (x is a natural number less than or equal to 6) among the pages P1_1 to P1_6 so that the xth and xth pages are read. Generates x+1 page data.
S201단계에서, 제 x 페이지 데이터의 데이터 비트들과 제 x+1 페이지 데이터의 데이터 비트들에 대해 논리합 연산이 수행되어 제 1 비교 페이지를 생성한다. 제 1 비교 페이지의 데이터 비트들 각각은, 제 x 페이지 데이터의 해당 데이터 비트 및 제 x+1 페이지 데이터의 해당 데이터 비트 중 적어도 하나가 논리값 "1"(즉 페일 비트)일 때 논리값 "1"을 가질 것이다.In step S201, an OR operation is performed on the data bits of the x-th page data and the data bits of the x+1-th page data to generate a first comparison page. Each of the data bits of the first comparison page has a logical value of “1” when at least one of the corresponding data bit of the x-th page data and the corresponding data bit of the x+1-th page data is a logical value “1” (ie, a fail bit). " will have
다른 실시 예로서, 도 11의 제 4 전압 산포(D4)에 해당하는 결함 페이지를 검출하는 경우, 제 x 페이지 데이터의 데이터 비트들과 제 x+1 페이지 데이터의 데이터 비트들에 대해 논리곱 연산이 수행될 수 있다. 연산된 데이터 비트들 각각은 제 x 페이지 데이터의 해당 데이터 비트 및 제 x+1 페이지 데이터의 해당 데이터 비트 중 적어도 하나가 논리값 "0"(즉 페일 비트)일 때 논리값 "0"을 가질 것이다.As another embodiment, when a defective page corresponding to the fourth voltage distribution D4 of FIG. 11 is detected, an OR operation is performed on the data bits of the x-th page data and the data bits of the x+1-th page data. can be performed. Each of the calculated data bits will have a logical value "0" when at least one of the corresponding data bit of the x-th page data and the corresponding data bit of the x+1-th page data is the logical value "0" (ie, the fail bit). .
S202단계에서, 제 1 비교 페이지의 페일 비트들의 수가 판별되고, 판별된 페일 비트들의 수에 따라 제 1 에러값이 생성된다. 검출기(170)는 제 1 비교 페이지를 수신하고, 제 1 비교 페이지에 포함된 페일 비트들의 수를 판별할 것이다. 판별된 페일 비트들의 수는 제 1 에러값(도 2의 ER 참조)으로서 제어 로직(160)에 전송된다.In step S202, the number of fail bits of the first comparison page is determined, and a first error value is generated according to the determined number of fail bits. The
S203단계에서, 다음 페이지(즉, 제 x+2 페이지)에 대한 읽기가 수행되어 제 x+2 페이지 데이터를 생성한다.In step S203, reading of the next page (that is, the x+2th page) is performed to generate x+2th page data.
S204단계에서, 제 x+1 페이지 데이터의 데이터 비트들과 제 x+2 페이지 데이터의 데이터 비트들에 대해 논리합 연산이 수행되어 제 2 비교 페이지를 생성한다. 제 2 비교 페이지의 데이터 비트들 각각은 제 x+1 페이지 데이터의 해당 데이터 비트 및 제 x+2 페이지 데이터의 해당 데이터 비트 중 적어도 하나가 논리값 "1"(즉 페일 비트)일 때 논리값 "1"을 가질 것이다.In step S204, an OR operation is performed on the data bits of the x+1th page data and the data bits of the x+2th page data to generate a second comparison page. Each of the data bits of the second comparison page has a logical value "when at least one of the corresponding data bit of the x+1th page data and the corresponding data bit of the x+2th page data is a logical value "1" (ie, a fail bit). will have 1".
다른 실시 예로서, 도 11의 제 4 전압 산포(D4)에 해당하는 결함 페이지를 검출하는 경우, 제 x+1 페이지 데이터의 데이터 비트들과 제 x+2 페이지 데이터의 데이터 비트들에 대해 논리곱 연산이 수행될 것이다. 연산된 데이터 비트들 중 논리값 "0"을 갖는 데이터 비트는 페일 비트일 것이다.As another embodiment, when a defective page corresponding to the fourth voltage distribution D4 of FIG. 11 is detected, the data bits of the x+1th page data and the data bits of the x+2th page data are logically multiplied. The operation will be performed. Among the calculated data bits, a data bit having a logical value of “0” may be a fail bit.
S205단계에서, 제 2 비교 페이지의 페일 비트들의 수가 판별되고, 판별된 페일 비트들의 수에 따라 제 2 에러값이 생성된다. 검출기(170)는 제 2 비교 페이지를 수신하고, 제 2 비교 페이지 내 페일 비트들의 수를 제 2 에러값(도 2의 ER 참조)으로서 제어 로직(160)에 전송한다.In step S205, the number of fail bits of the second comparison page is determined, and a second error value is generated according to the determined number of fail bits. The
S206단계에서, 제 2 에러값이 제 1 에러값과 비교되어 제 x+2 페이지가 결함 페이지인지 여부가 검출된다.In step S206, the second error value is compared with the first error value to detect whether the x+2th page is a defective page.
실시 예로서, 제어 로직(160)은 수신된 각 에러값을 2로 나누어 평균값을 산출할 수 있다. 산출된 평균값은 해당 2개의 페이지 데이터의 페일 비트들의 수의 평균값을 나타내는 것으로 이해될 수 있다. 제 1 에러값에 대응하는 제 1 평균값은 제 x 페이지 데이터와 제 x+1 페이지 데이터에 포함된 페일 비트들의 수의 평균값을 의미할 것이다. 제 2 에러값에 대응하는 제 2 평균값은 제 x+1 페이지 데이터와 제 x+2 페이지 데이터에 포함된 페일 비트들의 수의 평균값을 의미할 것이다. 이후, 제어 로직(160)은 제 2 평균값을 제 1 평균값과 비교함으로써 제 x+2 페이지가 결함페이지인지 여부를 검출할 수 있다. 실시 예로서, 제 2 평균값이 제 1 평균값의 정수배(예를 들면 4배)보다 클 때 제 x+2 페이지는 결함 페이지로 판별될 것이다. 결과적으로, 제 2 에러값이 제 1 에러값보다 정수배(예를 들면 4배)보다 클 때 제 x+2 페이지는 결함 페이지로 판별될 것이다. 다른 실시 예로서, 제 2 에러값이 제 1 에러값보다 소정의 값만큼 클 때 제 x+2 페이지는 결함 페이지로 판별될 것이다.As an embodiment, the
이에 따라, 하나의 메모리 블록 내에서 연속적으로 배열된 페이지들의 페일 비트들의 수들에 대한 변화율에 기초하여, 결함 페이지가 검출될 수 있다. 좀 더 구체적으로, 현재 페이지(예를 들면, 제 X+2 페이지)가 이전 페이지(예를 들면, 제 X+1 페이지)보다 과도하게 많은 페일 비트들을 포함할 때 현재 페이지는 결함 페이지로 결정될 것이다. 현재 페이지가 이전 페이지보다 약간(slightly) 많은 페일 비트들을 포함할 때 현재 페이지는 결함 페이지로 결정되지 않을 수 있다. 현재 페이지가 이전 페이지보다 약간 많은 페일 비트들을 포함하는 것은, 워드 라인의 결함이 아닌 워드 라인 별 메모리 셀들의 특성에 의한 것임을 의미할 수 있다. 현재 페이지가 이전 페이지보다 과도하게 많은 페일 비트들을 포함하는 것은, 워드 라인의 결함에 의해 메모리 셀들이 정상적으로 프로그램되지 않음을 의미할 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따르면, 연속적으로 배열된 페이지들의 페일 비트들의 수들에 대한 변화율에 기초하여 현재 페이지를 결함 페이지로 결정함으로써, 의도치 않게 배드 영역이 발생되는 것이 억제될 수 있다.Accordingly, a defective page may be detected based on a change rate with respect to the number of fail bits of consecutively arranged pages in one memory block. More specifically, the current page will be determined to be a defective page when the current page (eg, the X+2th page) contains excessively more fail bits than the previous page (eg, the X+1th page). . When the current page contains slightly more fail bits than the previous page, the current page may not be determined as a defective page. The fact that the current page includes slightly more fail bits than the previous page may mean that it is due to the characteristics of memory cells for each word line, not a defect in the word line. When the current page includes excessively more fail bits than the previous page, it may mean that memory cells are not normally programmed due to a defect in a word line. According to an embodiment of the present invention, by determining a current page as a defective page based on a change rate with respect to the number of fail bits of consecutively arranged pages, an unintentional generation of a bad area can be suppressed.
도 12의 실시 예에 따라 결함 페이지가 검출된다고 가정한다. 각 페이지에 포함된 페일 비트들의 수가 기준값과 비교되고, 비교 결과에 따라 해당 페이지가 결함 페이지로 선정된다. 비교 데이터의 생성, 그리고 2개의 에러값들(제 1 에러값 및 제 2 에러값)에 대한 연산들이 수행되지 않으므로 빠른 속도로 결함 페이지가 검출될 수 있다. 반면, 해당 페이지가 기준값보다 약간 많은 페일 비트들을 포함할 때에도 해당 페이지는 결함 페이지로서 결정될 수 있다. 예를 들면, 제 1 페이지가 기준값보다 약간 많은 페일 비트들을 포함하는 것으로 판별되더라도 제 1 페이지는 결함 페이지로서 결정될 수 있다. 제 6 페이지는 기준값보다 약간 적은 페일 비트들을 포함하는 것으로 판별되더라도 제 6 페이지는 결함 페이지로서 결정되지 않을 수 있다. 이러한 결정은 정상적인 페이지를 결함 페이지로서 정의함으로써 배드 영역을 발생시킬 수 있다.
It is assumed that a defective page is detected according to the embodiment of FIG. 12 . The number of fail bits included in each page is compared with a reference value, and the corresponding page is selected as a defective page according to the comparison result. Since generation of comparison data and operations on two error values (a first error value and a second error value) are not performed, a defective page may be detected at a high speed. On the other hand, even when the corresponding page includes slightly more fail bits than the reference value, the corresponding page may be determined as a defective page. For example, the first page may be determined as a defective page even if it is determined that the first page includes slightly more fail bits than the reference value. Even if it is determined that the sixth page includes slightly fewer fail bits than the reference value, the sixth page may not be determined as a defective page. Such a decision can create a bad area by defining a normal page as a defective page.
도 14는 도 2의 페이지 버퍼들(PB1~PBm) 중 어느 하나의 실시 예를 보여주는 블록도이다.14 is a block diagram illustrating one embodiment of the page buffers PB1 to PBm of FIG. 2 .
도 14를 참조하면, 제 1 페이지 버퍼(PB1)는 센싱 트랜지스터(ST), 프리차지 회로(210), 래치 회로(220) 및 스위칭 회로(230)를 포함한다.Referring to FIG. 14 , the first page buffer PB1 includes a sensing transistor ST, a
센싱 트랜지스터(ST)는 제 1 비트 라인(BL1) 및 센스 노드(SO) 사이에 연결된다. 센싱 트랜지스터(ST)는 제어 로직(160, 도 2 참조)으로부터의 센싱 신호(SES)에 응답하여 턴 온된다.The sensing transistor ST is connected between the first bit line BL1 and the sense node SO. The sensing transistor ST is turned on in response to the sensing signal SES from the control logic 160 (refer to FIG. 2 ).
프리차지 회로(210)는 센스 노드(SO)에 연결되며, 센싱 트랜지스터(ST)를 통해 제 1 비트 라인(BL1)에 연결된다. 프리차지 회로(210)는 제어 로직(160)의 제어에 응답하여 센싱 트랜지스터(ST)를 통해 제 1 비트 라인(BL1)을 프리차지시킨다.The
래치 회로(220)는 센스 노드(SO)에 연결된다. 래치 회로(220)는 복수의 래치부들(LAT1~LAT3)을 포함한다. 제 1 내지 제 3 래치부들(LAT1~LAT3) 각각은 하나의 데이터 비트를 저장할 수 있다. 메모리 셀로부터 제 1 비트 라인(BL1)를 통해 읽혀지는 데이터는 제 1 래치부(LAT1)에 저장된다. 제 1 내지 제 3 래치들(LAT1~LAT3)은 제어 로직(160)의 제어에 응답하여 데이터를 교환할 수 있다.The
제 1 내지 제 3 래치부들(LAT1~LAT3)은 각각 제 1 내지 제 3 노드들(AN~CN)을 통해 스위칭 회로(230)에 연결된다. 제 1 내지 제 3 래치부들(LAT1~LAT3)은 스위칭 회로(230)를 통해 데이터 입출력 회로(150) 및 검출기(170)에 연결된다.The first to third latch units LAT1 to LAT3 are respectively connected to the
래치 회로(220)는 복수의 래치부들(LAT1~LAT3) 외에 추가적인 트랜지스터들(미도시)을 더 포함할 수 있다. 이러한 트랜지스터들을 이용하여, 제 1 내지 제 3 래치들(LAT1~LAT3)에 저장된 데이터 비트들에 대한 논리합 연산 또는 논리곱 연산을 수행할 수 있음이 이해될 것이다. 이러한 트랜지스터들을 이용하여 페이지 버퍼들(PB1~PBm) 내에서 도 13의 제 1 및 제 2 비교 페이지들이 생성될 수 있다.
The
도 15는 도 13의 제 1 및 제 2 비교 페이지들을 생성하기 위한 실시 예를 보여주는 도면이다.15 is a diagram illustrating an embodiment for generating first and second comparison pages of FIG. 13 .
도 2, 도 15를 참조하면, S300단계에서, 제 x 페이지에 대한 읽기가 수행되어 페이지 버퍼들(PB1~PBm)의 제 1 래치들(LATs1, 도 14의 LAT1 참조)에 제 x 페이지 데이터가 읽혀진다. S301단계에서, 제 x 페이지 데이터는 제 1 래치들(LATs1)로부터 페이지 버퍼들(PB1~PBm)의 제 2 래치들(LATs2, 도 14의 LAT2 참조)로 전송된다. 예를 들면, 각 페이지 버퍼 내 제 1 래치(LAT1)에 저장된 데이터는 센스 노드(SO)를 통해 제 2 래치(LAT2)로 전송될 것이다.2 and 15 , in step S300 , the x-th page is read and the x-th page data is stored in the first latches (LATs1, see LAT1 of FIG. 14 ) of the page buffers PB1 to PBm. is read In step S301 , the x-th page data is transmitted from the first latches LATs1 to the second latches LATs2 (refer to LAT2 of FIG. 14 ) of the page buffers PB1 to PBm. For example, data stored in the first latch LAT1 in each page buffer may be transmitted to the second latch LAT2 through the sense node SO.
S302단계에서, 제 x+1 페이지에 대한 읽기가 수행되어 제 1 래치들(LATs1)에 제 x+1 페이지 데이터가 읽혀진다.In step S302 , the x+1th page is read to read the x+1th page data into the first latches LATs1 .
S303단계에서, 제 1 래치들(LATs1)에 저장된 제 x+1 페이지 데이터와 제 2 래치들(LATs2)에 저장된 제 x 페이지 데이터에 대한 논리합 연산이 수행된다. S304단계에서, 논리합 연산에 따른 제 1 비교 페이지는 페이지 버퍼들(PB1~PBm)의 제 3 래치들(LATs3, 도 14의 LAT3 참조)에 저장된다.In step S303 , an OR operation is performed on the x+1th page data stored in the first latches LATs1 and the xth page data stored in the second latches LATs2 . In step S304 , the first comparison page according to the OR operation is stored in third latches LATs3 (refer to LAT3 of FIG. 14 ) of the page buffers PB1 to PBm.
S305단계에서, 제 1 비교 페이지는 제 3 래치들(LATs3)로부터 검출기(170)로 출력된다. 검출기(170)는 제 1 비교 페이지 중 페일 비트들의 수를 검출할 것이다.In step S305 , the first comparison page is output to the
S306단계에서, 제 1 래치들(LATs1)에 남아있는 제 x+1 페이지 데이터는 제 2 래치들(LATs2)로 전송된다. 이후 S307단계에서, 제 x+2 페이지에 대한 읽기가 수행되어 제 1 래치들(LATs1)에 제 x+2 페이지 데이터가 읽혀진다.In step S306 , the x+1th page data remaining in the first latches LATs1 is transmitted to the second latches LATs2 . Thereafter, in step S307 , the x+2th page is read, and the x+2th page data is read into the first latches LATs1 .
S308단계에서, 제 1 래치들(LATs1)에 저장된 제 x+2 페이지 데이터와 제 2 래치들(LATs2)에 저장된 제 x+1 페이지 데이터에 대한 논리합 연산이 수행된다. S309단계에서, 논리합 연산에 따른 제 2 비교 페이지는 제 3 래치들(LATs3)에 저장될 것이다.In operation S308 , an OR operation is performed on the x+2th page data stored in the first latches LATs1 and the x+1th page data stored in the second latches LATs2 . In step S309 , the second comparison page according to the OR operation may be stored in the third latches LATs3 .
S310단계에서, 제 2 비교 페이지는 제 3 래치들(LATs3)로부터 검출기(170)로 출력된다. 검출기(170)는 제 2 비교 페이지 중 페일 비트들의 수를 검출할 것이다.In step S310 , the second comparison page is output to the
도 15의 실시 예에 따르면, 비교 페이지를 저장하기 위한 반도체 메모리 장치(50) 내 별도의 구성 없이도, 페이지 버퍼들(PB1~PBm) 내 복수의 래치들(LATs1, LATs2, LATs3)을 이용하여 비교 페이지가 생성될 수 있다. 따라서 반도체 메모리 장치(50)의 면적이 세이브된다.
According to the embodiment of FIG. 15 , comparison is performed using a plurality of latches LATs1 , LATs2 , and LATs3 in the page buffers PB1 to PBm without a separate configuration in the
도 16은 선택된 메모리 블록의 하나의 셀 스트링 그룹(CG, 도 6 참조)의 페이지들 중 결함 페이지가 존재하는지 판별하는 방법의 또 다른 실시 예를 보여주는 순서도이다. 제 1 셀 스트링 그룹의 페이지들(P1_1~P1_6) 중 결함 페이지를 검출하는 방법을 기준으로 도 16의 실시 예가 설명된다. 제 2 셀 스트링 그룹의 페이지들(P2_1~P2_6) 중 결함 페이지를 검출하는 것도 도 16과 마찬가지로 설명된다.16 is a flowchart illustrating another embodiment of a method of determining whether a defective page exists among pages of one cell string group CG (refer to FIG. 6 ) of a selected memory block. The embodiment of FIG. 16 will be described with reference to a method of detecting a defective page among the pages P1_1 to P1_6 of the first cell string group. Detecting a defective page among the pages P2_1 to P2_6 of the second cell string group will be described as in FIG. 16 .
도 2 및 도 16을 참조하면, S400단계에서, 페이지들(P1_1~P1_6) 중 제 x 페이지에 대한 읽기가 수행되어 제 x 페이지 데이터를 생성한다. 제 x 페이지 데이터는 페이지 버퍼들(PB1~PBm)로부터 검출기(170)로 제공될 것이다.Referring to FIGS. 2 and 16 , in step S400 , an x-th page among pages P1_1 to P1_6 is read to generate x-th page data. The x-th page data may be provided to the
S401단계에서, 제 x 페이지 데이터 중 페일 비트들의 수가 제 1 에러값으로서 검출된다. 검출기(170)는 제 x 페이지 데이터 중 페일 비트들의 수를 검출하고, 검출된 페일 비트들의 수를 제 1 에러값(도 2의 ER 참조)으로서 제어 로직(160)에 전송할 것이다.In step S401, the number of fail bits in the x-th page data is detected as a first error value. The
S402단계에서, 페이지들(P1_1~P1_6) 중 제 x+1 페이지에 대한 읽기가 수행되어 제 x+1 페이지 데이터를 생성한다. 제 x+1 페이지 데이터는 페이지 버퍼들(PB1~PBm)로부터 검출기(170)로 제공될 것이다.In step S402 , an x+1th page is read among the pages P1_1 to P1_6 to generate x+1th page data. The x+1th page data may be provided to the
S403단계에서, 제 x+1 페이지 데이터 중 페일 비트들의 수가 제 2 에러값으로서 검출된다. 검출기(170)는 제 x+1 페이지 데이터 중 페일 비트들의 수를 제 2 에러값(도 2의 ER 참조)으로서 제어 로직(160)에 전송할 것이다.In step S403, the number of fail bits in the x+1th page data is detected as a second error value. The
S404단계에서, 제 2 에러값이 제 1 에러값과 비교되어 제 x+1 페이지가 결함 페이지인지 여부가 판별된다. 실시 예로서, 제어 로직(160)은 제 2 에러값이 제 1 에러값의 정수배(예를 들면 4배)보다 클 때 제 x+1 페이지를 결함 페이지로 판별할 것이다. 실시 예로서, 제어 로직(160)은 제 2 에러값이 제 1 에러값보다 소정의 값만큼 클 때 제 x+1 페이지를 결함 페이지로 판별할 것이다.In step S404, the second error value is compared with the first error value to determine whether the x+1th page is a defective page. As an embodiment, when the second error value is greater than an integer multiple (eg, 4 times) of the first error value, the
이에 따라, 하나의 메모리 블록 내에서 연속적으로 배열된 페이지들의 페일 비트들의 수들에 대한 변화율에 기초하여 결함 페이지가 검출될 수 있다.Accordingly, a defective page may be detected based on a change rate with respect to the number of fail bits of consecutively arranged pages in one memory block.
본 발명의 실시 예에 따르면, 선택된 메모리 블록의 페이지들에 대해 ISPP 방식에 따른 프로그램 동작들이 수행된 후, 페이지들에 적어도 한 번의 프로그램 펄스가 인가된다. 이에 따라 슬로우 셀들을 포함하는 페이지는 다른 페이지들과 구분 가능한 전압 산포를 갖게 될 것이다. 이에 따라, 기준 테스트 전압을 이용한 결함 페이지의 검출은 효율적으로 수행될 수 있다. 따라서, 향상된 신뢰성을 갖는 반도체 메모리 장치가 제공된다.
According to an embodiment of the present invention, after program operations according to the ISPP method are performed on pages of a selected memory block, at least one program pulse is applied to the pages. Accordingly, the page including the slow cells will have a voltage distribution distinguishable from other pages. Accordingly, the detection of the defective page using the reference test voltage may be efficiently performed. Accordingly, a semiconductor memory device having improved reliability is provided.
본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위와 기술적 사상에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변경이 가능하다. 그러므로 본 발명의 범위는 상술한 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 발명의 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.In the detailed description of the present invention, although specific embodiments have been described, various changes are possible without departing from the scope and technical spirit of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the above-described embodiments, but should be defined by the claims and equivalents of the claims as well as the claims to be described later.
100: 메모리 셀 어레이
110: 주변 회로
120: 어드레스 디코더
130: 전압 발생기
140: 읽기 및 쓰기 회로
150: 데이터 입출력 회로
160: 제어 로직
170: 검출기
P1_1~P1_6, P2_1~P2_6: 제 1 내지 제 12 페이지들100: memory cell array
110: peripheral circuit
120: address decoder
130: voltage generator
140: read and write circuit
150: data input/output circuit
160: control logic
170: detector
P1_1 to P1_6, P2_1 to P2_6: first to twelfth pages
Claims (20)
상기 복수의 페이지들에 대해 각각 프로그램 동작들을 수행하는 단계 - 상기 프로그램 동작들 각각은, 선택된 페이지에 대해 프로그램을 수행하여 상기 선택된 페이지에 포함된 메모리 셀들의 문턱 전압들을 상승시키는 단계, 상기 선택된 페이지의 워드 라인에 검증 전압을 인가하여 상기 프로그램의 결과가 패스인지 여부를 검증하는 단계, 그리고 상기 프로그램의 결과가 상기 패스일 때까지 상기 프로그램을 수행하는 단계 및 상기 검증하는 단계를 반복하는 단계를 포함함;
상기 복수의 워드 라인들에 적어도 한 번의 프로그램 펄스를 인가하여 상기 복수의 페이지들에 포함된 메모리 셀들의 문턱 전압들을 더 상승시키는 단계;
상기 검증 전압보다 정해진 전압만큼 높은 전압을 기준 테스트 전압으로서 설정하는 단계: 및
상기 기준 테스트 전압을 이용하여 상기 복수의 페이지들에 대해 각각 읽기들을 수행함으로써 상기 복수의 페이지들 중 결함 페이지를 검출하는 단계를 포함하는 동작 방법.A method of operating a semiconductor memory device including a plurality of pages connected to a plurality of word lines, the method comprising:
performing program operations on the plurality of pages, each of the program operations performing a program on a selected page to increase threshold voltages of memory cells included in the selected page; applying a verification voltage to a word line to verify whether the result of the program is a pass, and repeating the steps of executing and verifying the program until the result of the program is the pass ;
further increasing threshold voltages of memory cells included in the plurality of pages by applying at least one program pulse to the plurality of word lines;
setting a voltage higher than the verification voltage by a predetermined voltage as a reference test voltage; and
and detecting a defective page among the plurality of pages by performing reads on the plurality of pages, respectively, using the reference test voltage.
상기 복수의 페이지들은 기판 위(over)에 적층되어 있고,
상기 복수의 페이지들 각각은 상기 기판으로부터의 소정의 높이에서 해당 워드 라인에 연결되는 동작 방법.The method of claim 1,
The plurality of pages are stacked over a substrate,
Each of the plurality of pages is connected to a corresponding word line at a predetermined height from the substrate.
상기 결함 페이지를 검출하는 단계는,
상기 복수의 페이지들 중 제 1 및 제 2 페이지들에 대한 읽기들을 수행하여 제 1 및 제 2 페이지 데이터를 감지하는 단계;
상기 제 1 페이지 데이터의 데이터 비트들과 상기 제 2 페이지 데이터의 데이터 비트들에 대해 논리합 연산을 수행하여 제 1 비교 페이지를 생성하는 단계; 및
상기 제 1 비교 페이지의 페일 비트들의 수에 따라 제 1 에러값을 생성하는 단계를 포함하는 동작 방법.The method of claim 1,
The step of detecting the defective page comprises:
detecting first and second page data by reading first and second pages among the plurality of pages;
generating a first comparison page by performing an OR operation on the data bits of the first page data and the data bits of the second page data; and
and generating a first error value according to the number of fail bits of the first comparison page.
상기 결함 페이지를 검출하는 단계는,
상기 복수의 페이지들 중 제 3 페이지에 대한 읽기를 수행하여 제 3 페이지 데이터를 감지하는 단계;
상기 제 2 페이지 데이터의 상기 데이터 비트들과 상기 제 3 페이지 데이터의 데이터 비트들에 대해 논리합 연산을 수행하여 제 2 비교 페이지를 생성하는 단계; 및
상기 제 2 비교 페이지의 페일 비트들의 수에 따라 제 2 에러값을 생성하는 단계를 더 포함하는 동작 방법.4. The method of claim 3,
The step of detecting the defective page comprises:
detecting third page data by reading a third page among the plurality of pages;
generating a second comparison page by performing an OR operation on the data bits of the second page data and the data bits of the third page data; and
and generating a second error value according to the number of fail bits of the second comparison page.
상기 결함 페이지를 검출하는 단계는,
상기 제 2 에러값을 상기 제 1 에러값과 비교함으로써, 상기 제 3 페이지를 상기 결함 페이지로 검출하는 단계를 더 포함하는 동작 방법.5. The method of claim 4,
The step of detecting the defective page comprises:
and detecting the third page as the defective page by comparing the second error value with the first error value.
상기 결함 페이지를 검출하는 단계는,
상기 제 2 에러값이 상기 제 1 에러값의 정수배보다 클 때, 상기 제 3 페이지를 상기 결함 페이지로 검출하는 단계를 더 포함하는 동작 방법.5. The method of claim 4,
The step of detecting the defective page comprises:
and detecting the third page as the defective page when the second error value is greater than an integer multiple of the first error value.
상기 결함 페이지를 검출하는 단계는,
상기 제 2 에러값이 상기 제 1 에러값보다 소정의 값만큼 클 때, 상기 제 3 페이지를 상기 결함 페이지로 검출하는 단계를 더 포함하는 동작 방법.5. The method of claim 4,
The step of detecting the defective page comprises:
and detecting the third page as the defective page when the second error value is greater than the first error value by a predetermined value.
상기 결함 페이지를 검출하는 단계는,
상기 복수의 페이지들 중 제 1 페이지에 대한 읽기를 수행하여 제 1 페이지 데이터를 감지하는 단계;
상기 제 1 페이지 데이터 중 페일 비트들의 수에 따라 제 1 에러값을 생성하는 단계;
상기 복수의 페이지들 중 제 2 페이지에 대한 읽기를 수행하여 제 2 페이지 데이터를 감지하는 단계; 및
상기 제 2 페이지 데이터 중 페일 비트들의 수에 따라 제 2 에러값을 생성하는 단계를 포함하는 동작 방법.The method of claim 1,
The step of detecting the defective page comprises:
detecting first page data by reading a first page among the plurality of pages;
generating a first error value according to the number of fail bits in the first page data;
detecting second page data by reading a second page among the plurality of pages; and
and generating a second error value according to the number of fail bits in the second page data.
상기 결함 페이지를 검출하는 단계는,
상기 제 2 에러값을 상기 제 1 에러값과 비교함으로써, 상기 제 2 페이지를 상기 결함 페이지로 검출하는 단계를 더 포함하는 동작 방법.9. The method of claim 8,
The step of detecting the defective page comprises:
and detecting the second page as the defective page by comparing the second error value with the first error value.
상기 결함 페이지를 검출하는 단계는,
상기 복수의 페이지들 중 어느 하나에 대한 읽기를 수행하여 페이지 데이터를 생성하는 단계; 및
상기 페이지 데이터의 페일 비트들의 수가 기준값보다 클 때 해당 페이지를 상기 결함 페이지로서 검출하는 단계를 포함하는 동작 방법.The method of claim 1,
The step of detecting the defective page comprises:
generating page data by reading any one of the plurality of pages; and
and detecting a corresponding page as the defective page when the number of fail bits of the page data is greater than a reference value.
상기 결함 페이지에 해당하는 영역은 배드 영역으로 정의되는 동작 방법.The method of claim 1,
An operation method in which an area corresponding to the defective page is defined as a bad area.
상기 복수의 페이지들 각각에 대해, 정해진(determined) 검증 전압을 이용하여 ISPP(Incremental Step Pulse Program) 방식에 따른 프로그램 동작을 수행하는 단계;
적어도 한 번의 프로그램 펄스를 상기 복수의 워드 라인들을 통해 상기 복수의 페이지들에 더 제공하는 단계; 및
상기 검증 전압보다 정해진 전압만큼 높은 기준 테스트 전압을 이용하여 상기 복수의 페이지들에 대해 각각 읽기들을 수행함으로써 상기 복수의 페이지들 중 결함 페이지를 검출하는 단계를 포함하는 동작 방법.A method of operating a semiconductor memory device including a plurality of pages connected to a plurality of word lines, the method comprising:
performing a program operation on each of the plurality of pages according to an incremental step pulse program (ISPP) method using a determined verification voltage;
further providing at least one program pulse to the plurality of pages through the plurality of word lines; and
and detecting a defective page from among the plurality of pages by performing reads on the plurality of pages, respectively, using a reference test voltage that is higher than the verification voltage by a predetermined voltage.
상기 복수의 페이지들에 포함된 메모리 셀들은 기판 위(over)에 적층되어 있고,
상기 복수의 페이지들 각각은 상기 기판으로부터의 소정의 높이에서 해당 워드 라인에 연결되는 동작 방법.13. The method of claim 12,
Memory cells included in the plurality of pages are stacked over a substrate,
Each of the plurality of pages is connected to a corresponding word line at a predetermined height from the substrate.
상기 프로그램 동작은 상기 복수의 페이지들에 포함된 메모리 셀들의 문턱 전압들이 상기 검증 전압보다 높게 상승하도록 수행되는 동작 방법.13. The method of claim 12,
The program operation is performed so that threshold voltages of memory cells included in the plurality of pages rise higher than the verification voltage.
상기 복수의 페이지들에 대해 각각 프로그램 동작들을 수행하되, 상기 프로그램 동작들 각각에서 선택된 페이지에 대해 프로그램을 수행하고, 상기 선택된 페이지의 워드 라인에 검증 전압을 인가하여 상기 프로그램의 결과가 패스인지 여부를 검증하고, 상기 프로그램의 결과가 상기 패스일 때까지 상기 프로그램 및 상기 검증을 반복하도록 구성되는 주변 회로를 포함하되,
상기 주변 회로는 상기 복수의 워드 라인들에 적어도 한 번의 프로그램 펄스를 인가하여 상기 복수의 페이지들에 포함된 메모리 셀들의 문턱 전압들을 더 상승시키고, 그 후 상기 검증 전압보다 정해진 전압만큼 높은 기준 테스트 전압을 이용하여 상기 복수의 페이지들에 대해 각각 읽기들을 수행함으로써 상기 복수의 페이지들 중 결함 페이지를 검출하도록 구성되는 반도체 메모리 장치.a memory cell array including a plurality of memory blocks, each of the plurality of memory blocks including a plurality of pages connected to a plurality of word lines; and
Each program operation is performed on the plurality of pages, a program is performed on a page selected in each of the program operations, and a verification voltage is applied to a word line of the selected page to determine whether the result of the program is a pass a peripheral circuit configured to verify and repeat the program and the verification until the result of the program is the pass;
The peripheral circuit applies at least one program pulse to the plurality of word lines to further increase threshold voltages of memory cells included in the plurality of pages, and thereafter, a reference test voltage higher than the verification voltage by a predetermined voltage. The semiconductor memory device is configured to detect a defective page from among the plurality of pages by performing reads on each of the plurality of pages by using .
상기 복수의 페이지들은 기판 위(over)에 적층되어 있고,
상기 복수의 페이지들 각각은 상기 기판으로부터의 소정의 높이에서 해당 워드 라인에 연결되는 반도체 메모리 장치.16. The method of claim 15,
The plurality of pages are stacked over a substrate,
Each of the plurality of pages is connected to a corresponding word line at a predetermined height from the substrate.
상기 주변 회로는 상기 복수의 페이지들 중 제 1 및 제 2 페이지들에 대한 읽기들을 수행하여 제 1 및 제 2 페이지 데이터를 감지하고, 상기 제 1 페이지 데이터의 데이터 비트들과 상기 제 2 페이지 데이터의 데이터 비트들에 대해 논리합 연산을 수행하여 제 1 비교 페이지를 생성하되,
상기 제 1 비교 페이지의 페일 비트들의 수에 따라 제 1 에러값을 생성하도록 구성되는 검출기를 포함하는 반도체 메모리 장치.16. The method of claim 15,
The peripheral circuit detects first and second page data by performing reads on first and second pages among the plurality of pages, and includes data bits of the first page data and the second page data. A first comparison page is generated by performing an OR operation on the data bits,
and a detector configured to generate a first error value according to the number of fail bits of the first comparison page.
상기 주변 회로는 상기 복수의 페이지들 중 제 3 페이지에 대한 읽기를 수행하여 제 3 페이지 데이터를 감지하고, 상기 제 2 페이지 데이터의 상기 데이터 비트들과 상기 제 3 페이지 데이터의 데이터 비트들에 대해 논리합 연산을 수행하여 제 2 비교 페이지를 생성하되,
상기 검출기는 상기 제 2 비교 페이지의 페일 비트들의 수에 따라 제 2 에러값을 생성하는 반도체 메모리 장치.18. The method of claim 17,
The peripheral circuit detects third page data by reading a third page among the plurality of pages, and ORs the data bits of the second page data and the data bits of the third page data A second comparison page is generated by performing an operation,
The detector generates a second error value according to the number of fail bits of the second comparison page.
상기 주변 회로는 상기 제 2 에러값을 상기 제 1 에러값과 비교함으로써, 상기 제 3 페이지를 상기 결함 페이지로 검출하는 제어 로직을 더 포함하는 반도체 메모리 장치.19. The method of claim 18,
The peripheral circuit further includes a control logic configured to detect the third page as the defective page by comparing the second error value with the first error value.
상기 결함 페이지에 해당하는 영역은 배드 영역으로 정의되는 반도체 메모리 장치.16. The method of claim 15,
The region corresponding to the defective page is defined as a bad region.
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