KR20110065757A - 불휘발성 메모리 장치 및 이것의 카피백 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 불휘발성 메모리 소자 및 이의 카피백 동작 방법에 관한 것으로, 메인 셀 부 및 더미 셀 부를 포함하는 불휘발성 메모리 소자의 카피백 방법에 있어서, 멀티 비트 데이터가 프로그램된 상기 메인 셀의 데이터를 독출하여 카피백 데이터를 저장하는 단계와, 상기 카피백 데이터 중 상위 비트 데이터 값에 따라 구분하는 단계와, 상기 더미 셀 부에 상기 상위 비트 데이터를 각각 프로그램하는 단계, 및 상기 더미 셀 부의 프로그램 단계와 동시에 상기 메인 셀 부에 상기 카피백 데이터 중 하위 비트 데이터를 프로그램하는 단계를 포함하는 불휘발성 메모리 소자 및 이의 카피백 동작 방법을 개시한다.
카피백, MSB, LSB, 더미 셀

Description

불휘발성 메모리 장치 및 이것의 카피백 방법{Non volatile memory device and method copyback thereof}
본 발명은 불휘발성 메모리 소자 및 이의 카피백 동작 방법에 관한 것으로, 특히 카피백 동작시 프로그램 시간을 감소시키며, 셀의 프로그램 스트레스를 감소시킬 수 있는 불휘발성 메모리 소자 및 이의 카피백 동작 방법에 관한 것이다.
최근 들어 전기적으로 프로그램(program)과 소거(erase)가 가능하고, 일정 주기로 데이터를 재작성해야하는 리프레시(refresh) 기능이 필요 없는 불휘발성 메모리 장치에 대한 수요가 증가하고 있다.
불휘발성 메모리는 복수의 메모리 셀들이 하나의 스트링을 이루고, 복수의 스트링들은 다시 하나의 메모리 셀 어레이를 이룬다. 종래의 메모리 셀의 구동 방식을 보면, 어느 레벨의 문턱전압을 기준으로 하여 프로그램 및 소거 영역을 정의하는 두 가지 상태의 문턱전압 레벨에 따라 동작을 하였다.
예를 들어, 0V를 기준 전압으로 한다면 0V를 기준으로 양쪽에 하나씩, 즉, 두 가지 상태의 문턱전압 레벨에 의해 프로그램 및 소거 동작을 수행하게 되는데 이를 싱글 레벨 셀(SLC)이라 한다. 이러한 싱글 레벨 셀(SLC)은 기준전압을 기준으로 하여 두 가지의 상태만을 판단하게 되므로 데이터 저장 능력의 정확성이 뛰어나다. 하지만 싱글 레벨 셀(SLC)은 대용량의 데이터를 처리하기에 많은 제약이 따른다.
이를 개선하기 위하여 멀티 레벨 셀(MLC) 방식이 도입되었다. 멀티 레벨 셀은, 물리적으로는 싱글 레벨 셀(SLC)과 같은 구조를 이룬다. 하지만, 논리적인 측면에서는 적어도 네 가지 레벨의 문턱전압 레벨을 가지게 된다. 즉, 기준전압을 기준으로 하여 프로그램 영역과 소거 영역이 나뉘지만, 프로그램 영역에 적어도 세 가지의 다른 문턱 전압 레벨 범위가 정의된다. 따라서, 싱글 레벨 셀(SLC)과 동일한 물리적 구조를 가지고, 적어도 네 가지 데이터 상태를 구동할 수 있으므로 데이터의 처리량이 많아지게 되었다. 즉, 멀티 레벨 셀 방식의 불휘발성 메모리 장치는 2 개의 데이터를 1 개의 메모리 셀에 저장하는 방식을 지원하며, 이에 따른 메모리 셀의 문턱전압 분포 및 바이어스 상태(bias condition) 등에 의한 구동 방식은 싱글 레벨 셀 방식의 불휘발성 메모리 장치의 구동 방식에 비하여 복잡한 방식을 가진다.
이와 같은 불휘발성 메모리 장치의 프로그램 방법 중에 카피백 프로그램 방법이 널리 사용되고 있다. 이는 메모리 셀 어레이 중 특정 페이지에 저장된 데이터를 페이지 단위로 독출하여 페이지 버퍼에 저장하고, 다시 페이지 버퍼에 저장된 데이터를 다른 페이지에 프로그램하는 동작이다.
상술한 멀티 레벨 셀을 갖는 불휘발성 메모리 소자의 카피백 동작은 소스 페이지에 저장된 데이터를 독출하여 다른 페이지에 프로그램할 때도 다수의 문턱 전압 분포를 갖는 멀티 레벨 셀로 프로그램한다. 이로 인하여 상위 비트 프로그램 동작 및 하위 비트 프로그램 동작이 필수적으로 실시됨으로써 프로그램 동작 시간이 많이 소비되고, 프로그램 동작이 반복되어 메모리 셀이 받는 스트레스도 증가하게 된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 불휘발성 메모리 소자의 메모리 셀 부에 더미 셀 부를 추가하고, 카피백 동작시 더미 셀 부에 카피백 데이터의 상위 비트 또는 하위 비트 데이터를 프로그램하는 동시에 메인 셀 부에 나머지 하위 비트 또는 상위 비트 데이터를 싱글 레벨 셀 방식으로 프로그램함으로써, 프로그램 동작시간을 감소시키고 메모리 셀이 받는 스트레스를 감소시킬 수 있는 불휘발성 메모리 소자 및 카피백 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 일실시 예에 따른 불휘발성 메모리 소자는 노멀 프로그램 동작시 멀티 비트 데이터가 프로그램되는 메인 셀 부 및 카피백 동작시 상기 멀티 비트 데이터 중 상위 비트 데이터가 싱글 비트 데이터로 프로그램되는 더미 셀 부를 포함하는 메모리 셀 부와, 상기 메모리 셀 부와 연결되어 카피백 동작시 상기 멀티 비트 데이터를 독출하여 카피백 데이터로 저장하고, 독출 동작시 상기 메인 셀 부의 데이터 및 상기 더미 셀 부의 데이터를 각각 독출하여 출력하는 페이지 버퍼부, 및 상기 독출 동작시 상기 메인 셀 부의 데이터 및 상기 더미 셀 부의 데이터를 조합하여 출력 데이터로 생성하여 출력하는 독출 제어부를 포함한다.
상기 카피백 동작시 상기 메인 셀 부는 싱글 비트 데이터로 프로그램된다.
상기 메인 셀 부는 상기 카피백 데이터 중 하위 비트 데이터가 상기 실글 비 트 데이터로 프로그램된다.
상기 노멀 프로그램 동작시 외부 데이터를 상기 페이지 버퍼로 전송하고, 상기 독출 동작시 상기 출력 데이터를 외부로 출력하는 입출력 패드를 더 포함한다.
본 발명의 일실시 예에 따른 불휘발성 메모리 소자의 카피백 프로그램 방법은 메인 셀 부 및 더미 셀 부를 포함하는 불휘발성 메모리 소자의 카피백 방법에 있어서, 멀티 비트 데이터가 프로그램된 상기 메인 셀의 데이터를 독출하여 카피백 데이터를 저장하는 단계와, 상기 카피백 데이터 중 상위 비트 데이터 값에 따라 구분하는 단계와, 상기 더미 셀 부에 상기 상위 비트 데이터를 각각 프로그램하는 단계, 및 상기 더미 셀 부의 프로그램 단계와 동시에 상기 메인 셀 부에 상기 카피백 데이터 중 하위 비트 데이터를 프로그램하는 단계를 포함한다.
상기 카피백 데이터를 저장하는 단계는 상기 메인 셀의 데이터의 상기 상위 비트 데이터를 독출하는 단계, 및 상기 메인 셀의 하위 비트 데이터를 독출하는 단계를 포함한다.
상기 더미 셀 부의 프로그램 단계는 독출된 상기 상위 비트 데이터 값에 따라 1 및 0을 각각 프로그램하되, 상위 비트 데이터의 수가 더 많은 데이터를 더 많이 프로그램하도록 설정한다.
상기 메인 셀 부에 상기 하위 비트 데이터를 프로그램하는 단계는 1 데이터가 프로그램된 더미 셀 부와 동일한 페이지의 메인 셀 부에는 카피백 데이터 중 상위 비트 데이터가 1인 하위 비트 데이터를 프로그램하고, 0 데이터가 프로그램된 더미 셀 부와 동일한 페이지의 메인 셀 부에는 카피백 데이터 중 상위 비트 데이터 가 0인 하위 비트 데이터를 프로그램한다.
상기 메인 셀 부에 상기 하위 비트 데이터를 프로그램하는 단계는 상기 메인 셀 부를 싱글 비트로 프로그램한다.
본 발명의 일실시 예에 따른 불휘발성 메모리 소자의 독출 방법은 메인 셀 부에는 하위 비트 데이터가 프로그램되고, 더미 셀 부에는 상위 비트 데이터가 프로그램된 불휘발성 메모리 소자의 독출 방법에 있어서, 상기 메인 셀 부의 하위 비트 데이터와 상기 더미 셀 부의 상위 비트 데이터를 독출하는 단계, 및 독출된 상기 하위 비트 데이터와 상기 상위 비트 데이터를 조합하여 멀티 비트 데이터로 출력하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일실시 예에 따르면, 불휘발성 메모리 소자의 메모리 셀 부에 더미 셀 부를 추가하고, 카피백 동작시 더미 셀 부에 카피백 데이터의 상위 비트 또는 하위 비트 데이터를 프로그램하는 동시에 메인 셀 부에 나머지 하위 비트 또는 상위 비트 데이터를 싱글 레벨 셀 방식으로 프로그램함으로써, 프로그램 동작시간을 감소시키고 메모리 셀이 받는 스트레스를 감소시킬 수 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 보다 상세히 설명한 다. 그러나, 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안되며, 당업계에서 보편적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것으로 해석되는 것이 바람직하다.
도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 불휘발성 메모리 소자의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 불휘발성 메모리 소자는 메모리 셀 부(200), 페이지 버퍼부(110), 입출력 패드(120), 및 독출 제어부(130)를 포함한다.
메모리 셀 부(200)는 메인 셀 부 및 더미 셀 부를 포함한다. 메인 셀 부는 일반적인 프로그램 동작시 2비트 즉 멀티 레벨 셀로 프로그램되고, 카피백 프로그램 동작시에는 2비트 데이터 중 상위 비트 또는 하위 비트 데이터가 1비트 즉 싱글 레벨 셀로 프로그램된다. 더미 셀 부는 카피백 프로그램 동작시 독출된 카피백 데이터 중 상위 비트 및 하위 비트 데이터값에 따라 1비트 즉 싱글 레벨 셀로 프로그램된다.
입출력 패드(120)는 외부 입력 데이타(DATA)를 전송받아 페이지 버퍼부(110)로 전송하거나 독출 제어부(130)로 부터 출력 데이터를 전송받아 외부로 출력한다.
페이지 버퍼부(110)는 프로그램 동작시 입출력 패드(120)으로 부터 전송받은 데이터를 메모리 셀 부(200)의 메인 셀 부로 전송하여 프로그램하거나, 메인 셀 부에 프로그램된 데이터를 독출하여 카피백 데이터를 임시 저장한다.
독출 제어부(130)는 독출 동작시 페이지 버퍼부(110)를 통해 전송받은 더미 셀 부의 데이터와 메인 셀 부의 데이터를 조합하여 출력 데이터를 생성하여 입출력 패드(120)로 전송한다.
도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 불휘발성 메모리 소자의 카피백 프로그램 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 불휘발성 메모리 소자의 카피백 프로그램 방법을 설명하기 위한 멀티 레벨 셀의 문턱 전압 분포 및 독출 전압 분포도이다.
도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 불휘발성 메모리 소자의 카피백 프로그램 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일실시 예에 따른 불휘발성 메모리 소자의 카피백 프로그램 방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저 메모리 셀 부(200)의 메인 셀 부의 상위 비트 데이터(MSB)를 독출한다.(P210) 이때 독출 동작은 독출 전압(Read2)을 사용하여 실시한다. 즉, 메인 셀 부의 문턱 전압 분포가 독출 전압(Read2)보다 높을 경우 상위 비트 데이터(MSB)를 "0"으로 판단하고, 메인 셀 부의 문턱 전압 분포가 독출 전압(Read2)보다 낮을 경우 상위 비트 데이터(MSB)를 "1"로 판단한다.(P220)
상위 비트 데이터(MSB)가 "1"일 경우 메인 셀 부의 하위 비트 데이터를 독출한다.(P230) 이때 독출 동작은 독출 전압(Read1)을 사용하여 실시한다. 즉, 메인 셀 부의 문턱 전압 분포가 독출 전압(Read1)보다 높을 경우 하위 비트 데이터(LSB) 를 "0"으로 판단하고, 메인 셀 부의 문턱 전압 분포가 독출 전압(Read1)보다 낮을 경우 하위 비트 데이터(LSB)를 "1"로 판단한다.(P240)
이로 인하여 메인 셀 부를 독출한 카피백 데이터는 "11" 상태이거나(P250), "10"상태로 판단된다(P260).
상위 비트 데이터(MSB)가 "0"일 경우 메인 셀 부의 하위 비트 데이터를 독출한다.(P270) 이때 독출 동작은 독출 전압(Read3)을 사용하여 실시한다. 즉, 메인 셀 부의 문턱 전압 분포가 독출 전압(Read3)보다 높을 경우 하위 비트 데이터(LSB)를 "1"으로 판단하고, 메인 셀 부의 문턱 전압 분포가 독출 전압(Read3)보다 낮을 경우 하위 비트 데이터(LSB)를 "0"로 판단한다.(P280)
이로 인하여 메인 셀 부를 독출한 카피백 데이터는 "01" 상태이거나(P290), "00"상태로 판단된다(P300).
이 후, 더미 셀 부를 프로그램한다.(P310) 더미 셀 부는 1 및 0 데이터값을 갖도록 싱글 레벨 셀 프로그램 방식으로 프로그램한다. 더미 셀에 프로그램되는 데이터 값은 독출한 카피백 데이터의 상위 비트 데이터 값인 것이 바람직하다. 또한 더미 셀에 프로그램 데이터 값의 수는 카피백 데이터의 상위 비트 수에 따라 설정된다. 예를 들어 상위 비트 데이터 값 1이 0보다 많을 경우 더미 셀에 프로그램되는 1 데이터의 수가 증가한다.
더미 셀 부의 프로그램 동작(P310)과 동시에 카피백 데이터의 하위 비트 데이터를 메인 셀 부에 프로그램한다.(P320) 메인 셀 부는 1 및 0 데이터값을 갖도록 싱글 레벨 셀 프로그램 방식으로 프로그램한다. 또한 메인 셀 부의 프로그램 동작 시 1데이터가 프로그램된 더미 셀과 동일한 페이지의 메인 셀 부에는 카피백 데이터 중 상위 비트 데이터가 1인 카피백 데이터의 하위 비트 데이터가 프로그램된다. 즉 "11" 및 "10"의 카피백 데이터의 하위 비트 데이터가 싱글 레벨 셀 프로그램 방식으로 프로그램된다. 반면 0데이터가 프로그램된 더미 셀과 동일한 페이지의 메인 셀 부에는 카피백 데이터 중 상위 비트 데이터가 0인 카피백 데이터("01" 및 "00")의 하위 비트 데이터가 프로그램된다.
상술한 방법과 같이 카피백 프로그램 동작시 독출된 카피백 데이터의 상위 비트 데이터는 더미 셀 부에 싱글 레벨 셀로 프로그램하는 동시에 하위 비트 데이터를 메인 셀 부에 프로그램함으로써, 프로그램 동작 시간이 감소하고 더미 셀 부 및 메인 셀 부 모두 싱글 레벨 셀로 프로그램함으로써 메모리 셀이 받는 프로그램 스트레스가 멀티 레벨 셀보다 감소하게 된다.
도 5는 본 발명의 일실시 예에 따른 불휘발성 메모리 소자의 카피백 동작 후 독출 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 1, 도 5를 참조하여 본 발명의 일실시 예에 따른 불휘발성 메모리 소자의 독출 방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저 메인 셀 부에 프로그램된 카피백 데이터의 하위 비트 데이터를 독출한다.(R510) 독출 방법은 페이지 버퍼(110)를 이용하여 실시하는 것이 바람직하다.
이때 더미 셀 부에 프로그램된 카피백 데이터의 상위 비트 데이터를 독출한다.(R520) 이렇게 각각 독출된 메인 셀의 하위 비트 데이터와 더미 셀의 상위 비트 데이터는 페이지 버퍼(110)를 통해 독출 제어부(130)로 전송된다.
독출 제어부(130)는 메인 셀의 하위 비트 데이터와 더미 셀의 상위 비트 데이터를 조합하여 2비트의 출력 데이터를 생성한다.(R530) 예를 들어 메인 셀의 하위 비트 데이터가 "1"이고 더미 셀의 상위 비트 데이터가 "0"일 경우 "01"의 2비트 출력 데이터를 생성한다.
생성된 출력 데이터는 입출력 패드(120)를 통해 외부로 출력된다.(R540)
본 발명은 상기에서 서술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 상기의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 본원의 특허 청구 범위에 의해서 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 불휘발성 메모리 소자의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 불휘발성 메모리 소자의 카피백 프로그램 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 불휘발성 메모리 소자의 카피백 프로그램 방법을 설명하기 위한 멀티 레벨 셀의 문턱 전압 분포 및 독출 전압 분포도이다.
도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 불휘발성 메모리 소자의 카피백 프로그램 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 5는 본 발명의 일실시 예에 따른 불휘발성 메모리 소자의 카피백 동작 후 독출 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>
110 : 페이지 버퍼 120 : 입출력 패드
130 : 독출 제어부 200 : 메모리 셀 부

Claims (10)

  1. 노멀 프로그램 동작시 멀티 비트 데이터가 프로그램되는 메인 셀 부 및 카피백 동작시 상기 멀티 비트 데이터 중 상위 비트 데이터가 싱글 비트 데이터로 프로그램되는 더미 셀 부를 포함하는 메모리 셀 부;
    상기 메모리 셀 부와 연결되어 카피백 동작시 상기 멀티 비트 데이터를 독출하여 카피백 데이터로 저장하고, 독출 동작시 상기 메인 셀 부의 데이터 및 상기 더미 셀 부의 데이터를 각각 독출하여 출력하는 페이지 버퍼부; 및
    상기 독출 동작시 상기 메인 셀 부의 데이터 및 상기 더미 셀 부의 데이터를 조합하여 출력 데이터로 생성하여 출력하는 독출 제어부를 포함하는 불휘발성 메모리 소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 카피백 동작시 상기 메인 셀 부는 싱글 비트 데이터로 프로그램되는 불휘발성 메모리 소자.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 메인 셀 부는 상기 카피백 데이터 중 하위 비트 데이터가 상기 실글 비 트 데이터로 프로그램되는 불휘발성 메모리 소자.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 노멀 프로그램 동작시 외부 데이터를 상기 페이지 버퍼로 전송하고, 상기 독출 동작시 상기 출력 데이터를 외부로 출력하는 입출력 패드를 더 포함하는 불휘발성 메모리 소자.
  5. 메인 셀 부 및 더미 셀 부를 포함하는 불휘발성 메모리 소자의 카피백 방법에 있어서,
    멀티 비트 데이터가 프로그램된 상기 메인 셀의 데이터를 독출하여 카피백 데이터를 저장하는 단계;
    상기 카피백 데이터 중 상위 비트 데이터 값에 따라 구분하는 단계;
    상기 더미 셀 부에 상기 상위 비트 데이터를 각각 프로그램하는 단계; 및
    상기 더미 셀 부의 프로그램 단계와 동시에 상기 메인 셀 부에 상기 카피백 데이터 중 하위 비트 데이터를 프로그램하는 단계를 포함하는 불휘발성 메모리 소자의 카피백 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 카피백 데이터를 저장하는 단계는 상기 메인 셀의 데이터의 상기 상위 비트 데이터를 독출하는 단계; 및
    상기 메인 셀의 하위 비트 데이터를 독출하는 단계를 포함하는 불휘발성 메모리 소자의 카피백 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 더미 셀 부의 프로그램 단계는 독출된 상기 상위 비트 데이터 값에 따라 1 및 0을 각각 프로그램하되, 상위 비트 데이터의 수가 더 많은 데이터를 더 많이 프로그램하도록 설정하는 불휘발성 메모리 소자의 카피백 방법.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 메인 셀 부에 상기 하위 비트 데이터를 프로그램하는 단계는
    1 데이터가 프로그램된 더미 셀 부와 동일한 페이지의 메인 셀 부에는 카피백 데이터 중 상위 비트 데이터가 1인 하위 비트 데이터를 프로그램하고, 0 데이터가 프로그램된 더미 셀 부와 동일한 페이지의 메인 셀 부에는 카피백 데이터 중 상위 비트 데이터가 0인 하위 비트 데이터를 프로그램하는 불휘발성 메모리 소자의 카피백 방법.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 메인 셀 부에 상기 하위 비트 데이터를 프로그램하는 단계는 상기 메인 셀 부를 싱글 비트로 프로그램하는 불휘발성 메모리 소자의 카피백 방법.
  10. 메인 셀 부에는 하위 비트 데이터가 프로그램되고, 더미 셀 부에는 상위 비트 데이터가 프로그램된 불휘발성 메모리 소자의 독출 방법에 있어서,
    상기 메인 셀 부의 하위 비트 데이터와 상기 더미 셀 부의 상위 비트 데이터를 독출하는 단계; 및
    독출된 상기 하위 비트 데이터와 상기 상위 비트 데이터를 조합하여 멀티 비트 데이터로 출력하는 단계를 포함하는 불휘발성 메모리 소자의 카피백 방법.
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