KR20110075333A - Flash memory apparatus and solid state storage system using the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 플래시 메모리 장치 및 이를 이용한 반도체 스토리지 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a flash memory device and a semiconductor storage system using the same.
플래시 메모리(flash memory)는 비휘발성 메모리의 일종이다. 이는 데이터의 기록/삭제가 용이한 램(RAM)의 장점과 전원 공급이 차단된 후에도 데이터를 보존하는 롬(ROM)의 장점을 동시에 지니며, 소형, 경량, 고속성, 저소비 전력의 특성을 갖는다.Flash memory is a type of nonvolatile memory. This has the advantages of RAM, which is easy to write / delete data, and ROM, which preserves data even after the power supply is cut off. It has the characteristics of small size, light weight, high speed and low power consumption. .
플래시 메모리는 일반적으로 저장된 데이터를 1에서 0으로 변경하는 것은 가능하나 0에서 1로 변경하는 것은 불가능하기 때문에, 새로운 데이터를 프로그램하기 전 해당 저장 영역의 데이터를 소거하는 과정 즉, 해당 저장 영역의 데이터를 1로 변경하는 과정이 선행된다(erase-before-write).Flash memory is generally capable of changing the stored data from 1 to 0, but not from 0 to 1. Therefore, the data in the storage area is erased before programming new data. Is changed to 1 (erase-before-write).
플래시 메모리에서 소거 과정은 블럭 단위로 이루어지며, 각 블록은 지정된 횟수, 예를 들어 10만번 정도 소거가 이루어진 후에는 더 이상 소거할 수 없는 상태가 된다. 이와 같이, 플래시 메모리의 각 블럭에 대한 소거 횟수는 플래시 메모 리의 수명을 결정하는 요인으로 작용한다. 따라서, 각 블럭마다 소거 동작이 균등하게 이루어져야 플래쉬 메모리의 수명을 최대한 연장할 수 있으며, 데이터 프로그램시 비어 있는 영역 또는 소거 횟수가 적은 블럭을 할당하여 특정 블럭에 프로그램 동적이 집중되지 않도록 하는 FTL(Flash Translation Layer) 알고리즘을 이용하고 있다.In the flash memory, an erase process is performed in units of blocks, and each block is no longer erased after a predetermined number of times, for example, 100,000 times. As such, the erase count for each block of the flash memory serves as a factor for determining the life of the flash memory. Therefore, the erase operation should be performed equally for each block to extend the life of the flash memory as much as possible.FTL (Flash) is used to prevent program dynamic concentration on a specific block by allocating an empty area or a small number of erased blocks during data programming. Translation Layer) algorithm is used.
그러나, 소거-프로그램 사이클링 횟수가 증가할수록 전자들이 터널 절연막에 트랩되어 문턱전압이 변동되고, 이는 플래시 메모리 장치의 오동작을 유발한다. 아울러, FTL 알고리즘을 적용하더라도, 소거 및 프로그램 동작이 반복됨에 따라 플래시 메모리의 수명은 결국 한계에 다다를 수 밖에 없다.However, as the number of erase-program cycling increases, electrons are trapped in the tunnel insulating layer, and the threshold voltage is changed, which causes a malfunction of the flash memory device. In addition, even if the FTL algorithm is applied, as the erase and program operations are repeated, the lifetime of the flash memory is bound to reach its limit.
한편, 플래시 메모리는 특정 섹터의 모든 메모리 셀들을 동시에 소거할 때, 일부 플래시 메모리 셀의 문턱전압이 지정된 레벨보다 낮아지는 과소거 현상이 발생할 수 있다. 이와 같이 문턱전압이 쉬프트됨에 따라 해당 셀 및 이와 배선을 공유하고 있는 다른 셀들이 오동작할 수 있으며, 결국 플래시 메모리 장치의 신뢰성을 담보할 수 없게 된다.On the other hand, when the flash memory erases all the memory cells of a particular sector at the same time, an over erase phenomenon may occur in which a threshold voltage of some flash memory cells is lower than a specified level. As the threshold voltage is shifted as described above, the corresponding cell and other cells sharing the wiring may malfunction, and thus, the reliability of the flash memory device may not be guaranteed.
한편, 최근에는 PC(Personal Computer)에서 HDD(Hard Disk Drive)를 대신하여 낸드(NAND) 플래시 메모리를 사용한 SSD(Solid State Drive)가 출시되고 있어 급속도로 HDD 시장을 잠식할 것으로 전망되고 있다.On the other hand, recently, SSD (Solid State Drive) using NAND flash memory has been released in place of HDD (Hard Disk Drive) in PC (Personal Computer), and it is expected to rapidly invade HDD market.
따라서, 이러한 스토리지 시스템으로서의 기능을 충분히 발휘하기 위해서는 플래시 메모리의 수명이나 동작 신뢰성을 최대한 확보하여야 한다.Therefore, in order to fully function as such a storage system, it is necessary to secure the life of the flash memory and the operation reliability to the maximum.
본 발명은 재기록 횟수를 증가시킬 수 있는 플래시 메모리 장치 및 이를 이용한 반도체 스토리지 시스템을 제공하는 데 그 기술적 과제가 있다.The present invention provides a flash memory device capable of increasing the number of rewrites and a semiconductor storage system using the same.
본 발명의 다른 기술적 과제는 온도 제어를 통해 의해 플래시 메모리의 문턱전압을 조절할 수 있는 플래시 메모리 장치 및 이를 이용한 반도체 스토리지 시스템을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a flash memory device capable of adjusting a threshold voltage of a flash memory through temperature control and a semiconductor storage system using the same.
본 발명의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 플래시 메모리 장치는 복수의 메모리 셀로 이루어진 복수의 메모리 블럭을 포함하는 플래시 메모리; 및 기 설정된 조건에 따라 구동되어, 상기 플래시 메모리를 가열 또는 냉각하는 온도 보상부;를 포함한다.A flash memory device according to an embodiment of the present invention for achieving the technical problem of the present invention comprises a flash memory including a plurality of memory blocks consisting of a plurality of memory cells; And a temperature compensator which is driven according to preset conditions to heat or cool the flash memory.
한편, 본 발명의 일 실시예에 의한 반도체 스토리지 시스템은 복수의 메모리 셀로 이루어진 복수의 메모리 블럭을 포함하는 플래시 메모리 영역; 상기 메모리 영역에 대한 프로그램, 소거 또는 리드 명령을 제공하는 한편, 상기 메모리 영역에 대한 파일 및 디렉토리 관리, 주소 매핑, 웨어-레벨링을 수행하는 메모리 콘트롤러; 및 상기 메모리 영역에 대한 상기 메모리 콘트롤러의 관리 정보를 참조하여, 기 설정된 조건이 만족되는 경우 상기 메모리 셀을 가열 또는 냉각하는 온도 보상부;를 포함한다.On the other hand, a semiconductor storage system according to an embodiment of the present invention includes a flash memory area including a plurality of memory blocks consisting of a plurality of memory cells; A memory controller for providing a program, erase, or read command to the memory area, and performing file and directory management, address mapping, and wear-leveling for the memory area; And a temperature compensator for heating or cooling the memory cell when a preset condition is satisfied by referring to management information of the memory controller for the memory area.
본 발명의 실시예에 의하면, 플래시 메모리 셀을 가열 또는 냉각시켜 문턱전압을 원하는 레벨로 제어할 수 있다. 따라서, 사이클링 횟수가 증가하여 트랩 전자량이 증가한 경우 또는 과소거된 셀의 경우에도 문턱전압 레벨을 재조정하여 정상 셀로 동작시킬 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the threshold voltage can be controlled to a desired level by heating or cooling the flash memory cell. Therefore, even when the number of cycling increases and the trap electron amount increases or in the case of an over-erased cell, the threshold voltage level may be readjusted to operate as a normal cell.
결국, 플래시 메모리 장치, 또는 이를 사용하는 반도체 스토리지 시스템의 수명을 연장할 수 있음은 물론, 사용 중의 동작 신뢰성을 개선할 수 있는 이점이 있다.As a result, it is possible to extend the life of the flash memory device or the semiconductor storage system using the same, as well as to improve operational reliability during use.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 구체적으로 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described an embodiment of the present invention in more detail.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 플래시 메모리 장치의 구성도이다.1 is a block diagram of a flash memory device according to an embodiment of the present invention.
도시한 것과 같이, 본 발명의 일 실시예에 의한 플래시 메모리 장치(10)는 복수의 메모리 블럭을 포함하는 플래시 메모리(130), 사용자 프로그램으로서의 어플리케이션에서 전달되는 요청에 따라 플래시 메모리(130)에서 데이터 연산이 수행되도록 하는 제어부(110), 플래시 메모리(130)에 대한 물리적 접근을 수행하는 드라이버(120) 및 플래시 메모리(130)를 구성하는 메모리 셀의 문턱전압을 조정하기 위한 온도 보상부(140)를 포함한다.As shown, the flash memory device 10 according to an embodiment of the present invention is a
여기에서, 제어부(110)는 파일 시스템(112) 및 소프트웨어 추상화 레이어(Flash Translation Layer; FTL, 114)를 포함한다.Here, the
파일 시스템(112)은 사용자에게 보다 효율적인 저장 장치 환경을 제공하기 위하여 파일 및 디렉토리 관리 등의 기능을 수행한다.The
FTL(114)은 플래쉬 메모리(130)를 가상의 블럭 디바이스처럼 사용할 수 있도록 하며, 이를 위하여 주소 매핑 기능을 수행한다. 즉, 어플리케이션에서 전달하는 논리 주소를 플래쉬 메모리(130)에서 사용하는 물리 주소로 변경하는 것이다.The FTL 114 allows the
이에 더하여, FTL(114)은 웨어-레벨링(Wear-leveling) 기능을 수행한다. 플래쉬 메모리(130)는 데이터를 오버-라이트(over-write)할 수 없으므로, 라이트 동작을 수행하기 전 이전 데이터를 소거해야 하는데, 지정된 횟수 이상 소거 동작이 이루어지면, 해당 블럭은 더 이상 사용할 수 없게 되는 문제가 있다. 따라서, 각 블럭마다 소거 동작이 균등하게 이루어져야 플래쉬 메모리의 수명을 최대한 연장할 수 있으며, 이를 가능하게 하는 것이 웨어-레벨링이다. FTL(114)은 각 블럭에 대한 소거 횟수를 관리하여, 소거 동작이 많이 일어난 블럭에 저장된 데이터를 그렇지 않은 동작으로 대체(replacement)하여 플래쉬 메모리가 디스크로서의 역할을 충분히 수행할 수 있도록 한다.In addition, the FTL 114 performs a wear-leveling function. Since the
한편, 온도 보상부(140)는 온도 제어부(142) 및 온도 제어 소자(144)를 포함한다. 온도 제어부(142)는 기 설정된 주기마다, 또는 플래시 메모리(130)의 특정 블럭에 대한 소거-프로그램 사이클이 지정된 횟수를 만족하는 경우, 또는 플래시 메모리 셀이 과소거된 경우, 지정된 횟수 이상 동작 오류가 발생하는 경우 등을 포함하여, 지정된 개수 이상의 플래시 메모리 셀의 문턱전압이 지정된 레벨 이상 변동되어 이를 재조정할 필요가 있는 경우 온도 제어 소자(144)를 구동한다. 이에 따라, 온도 제어 소자(144)는 플래시 메모리 셀들을 가열 또는 냉각시킨다.The
플래시 메모리 셀들을 가열 또는 냉각하는 온도는 가열 또는 냉각 목적 및 변경된 문턱전압 레벨에 따라 가변될 수 있다. 온도 제어 소자(144)에 의해 각 셀을 가열 또는 냉각함에 의해 문턱전압의 레벨을 원하는 레벨로 맞출 수 있고, 따라서 플래시 메모리 장치(10)의 수명을 증가시킴은 물론 동작 신뢰성을 확보할 수 있다.The temperature for heating or cooling the flash memory cells can vary depending on the heating or cooling purpose and the changed threshold voltage level. By heating or cooling each cell by the
도 1에 도시한 온도 보상부(140)의 구성을 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.The configuration of the
도 2는 도 1에 도시한 온도 보상부의 구성도이다.FIG. 2 is a configuration diagram illustrating the temperature compensator shown in FIG. 1.
먼저, 온도 제어부(142)는 비교회로(1421), 구동회로(1423) 및 온도 검출 회로(1425)를 포함한다. 한편, 온도 제어 소자(144)는 센서(1441)를 포함하도록 구성되며, 발열소자(1443) 또는 냉각소자(1445)를 적어도 하나 구비할 수 있다.First, the
온도 제어부(142)의 비교회로(1421)는 제어부(110)와 연계하여 플래시 메모리(130)의 문턱전압을 조정할 필요가 있는지 판단한다. 문턱전압의 조정이 필요한 경우는 상술하였듯이 기 설정된 주기가 도래한 경우, 또는 플래시 메모리(130)의 특정 블럭에 대한 소거-프로그램 사이클이 지정된 횟수를 만족하는 경우, 또는 플래시 메모리 셀이 과소거된 경우, 지정된 횟수 이상 오류가 발생하는 경우 등을 포함하며, 그 외 다양한 원인이 존재할 수 있다.The
구동회로(1423)는 비교회로(1421)의 판단 결과 플래시 메모리(130)에 대한 가열 또는 냉각이 필요한 경우 해당 소자를 구동하고, 지정된 온도까지 가열 또는 냉각이 이루어지면 해당 소자의 구동을 정지시킨다. 즉, 가열이 필요한 경우에는 발열소자(1443)를 구동하고, 냉각이 필요한 경우에는 냉각소자(1445)를 구동한다.The
온도 검출 회로(1425)는 발열소자(1443) 또는 냉각소자(1445)의 온도를 발열 또는 냉각 온도가 지정된 온도에 수렴한 경우 이를 구동회로(1423)로 알려 발열소자(1443) 또는 냉각소자(1445)의 동작이 정지되도록 한다.When the temperature of the heat generating
본 발명의 일 실시예에서, 발열소자(1443)는 박막 히터로 구성할 수 있으나, 이에 한정되지 않음은 물론이다.In an embodiment of the present invention, the
한편, 온도 제어 소자(144)는 발열소자(1443) 또는 냉각소자(1445) 중 적어도 하나를 포함한다. 아울러, 온도 제어 소자(144)의 센서(1441)는 구동회로(1423)에 의해 구동된 발열소자(1443) 또는 냉각소자(1445)의 온도를 감지하여 온도 검출 회로(1425)로 전달한다. 이에 따라, 온도 검출 회로(1425)는 발열소자(1443) 또는 냉각소자(1445)의 구동 정지 여부를 판단하게 된다.On the other hand, the
이와 같이, 본 발명에서는 플래시 메모리(130)를 구성하는 각 셀을 가열 또는 냉각시켜 문턱전압을 보상한다. 따라서, 소거-프로그램 사이클링 횟수가 정점에 다다른 경우에도 문턱전압을 원래의 레벨로 조정할 수 있어 플래시 메모리의 수명을 증가시킬 수 있다.As described above, in the present invention, the threshold voltage is compensated by heating or cooling each cell constituting the
아울러, 과소거된 셀에 대한 문턱전압을 보상하는 것도 가능하여 과소거된 셀 및 이와 인접한 셀들이 오동작하는 것을 방지할 수 있다.In addition, it is possible to compensate the threshold voltage for the over-erased cell, thereby preventing the over-erased cell and its neighboring cells from malfunctioning.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 반도체 스토리지 시스템의 구성도이다.3 is a configuration diagram of a semiconductor storage system according to an embodiment of the present invention.
도시한 것과 같이, 반도체 스토리지 시스템(20)은 호스트 인터페이스(210), 버퍼부(220), MCU((Micro Control Unit; 230), 메모리 컨트롤러(240), 메모리 영 역(250) 및 온도 보상부(260)를 포함한다.As illustrated, the
호스트 인터페이스(210)는 버퍼부(220)와 접속되어, 외부 호스트(미도시)와 버퍼부(220)간의 제어 명령, 어드레스 신호 및 데이터 신호를 중계한다. 호스트 인터페이스(210)와 외부 호스트(미도시)간의 인터페이스 방식은 직렬 ATA(Serial Advanced Technology Attachment; SATA), 병렬 ATA(Parallel Advanced Technology attachment; PATA) 및 SCSI, Express Card, PCI-Express 방식 중 어느 하나일 수 있으며, 그 외 다른 인터페이스 방식을 적용하는 것도 가능함은 물론이다.The
버퍼부(220)는 호스트 인터페이스(210)로부터의 출력 신호들을 버퍼링하거나, 논리적 어드레스 및 물리적 어드레스간의 맵핑 정보 및 메모리 영역의 블록 할당 정보, 외부로부터 수신된 데이터를 임시 저장한다. 본 발명의 일 실시예에서, 버퍼부(220)는 SRAM(Static Random Access Memory)을 이용하여 구성할 수 있다.The
한편, MCU(230)는 버퍼부(220)에 접속되는 한편, 호스트 인터페이스(210)와 메모리 컨트롤러(240) 간에 접속된다. 그리고, 호스트 인터페이스(210)와 제어 명령, 어드레스 신호 및 데이터 신호 등을 송수신하거나, 이러한 신호들에 의해 메모리 컨트롤러(240)를 제어하기도 한다.Meanwhile, the
메모리 컨트롤러(240)는 메모리 영역(250)의 복수개의 낸드 플래시 메모리 소자 중 소정 낸드 플래시 메모리 소자를 선택하고, 프로그램, 소거 또는 리드 명령을 제공한다. 특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 메모리 컨트롤러(240)는 도 1에 도시한 제어부(110)가 될 수 있다. 따라서, 파일 및 디렉토리 관리 기능, 주소 매핑 기능, 웨어-레벨링 기능 등을 수행하게 된다.The
메모리 영역(250)은 메모리 컨트롤러(240)에 의해 제어되어 데이터의 프로그램, 소거 및 리드 동작이 수행된다. 여기에서, 메모리 영역(250)은 플래시 메모리, 특히 낸드(NAND) 플래시 메모리로 구성할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 낸드 플래시 메모리의 각 셀은 SLC(Single Level Cell) 또는 MLC(Multi Level Cell) 일 수 있다. 이러한 메모리 영역(150)은 다수의 페이지를 포함하는 다수의 블록으로 구성된 칩이 복수개 구비될 수 있다.The
한편, 온도 보상부(260)는 온도 제어부(262) 및 온도 제어 소자(264)를 포함한다. 온도 제어부(262)는 메모리 컨트롤러(240)를 참조하여 플래시 메모리 셀에 대한 가열 또는 냉각을 위한 기 설정된 조건이 만족하는 경우 온도 제어 소자(264)를 동작시켜, 메모리 영역(250)을 구성하는 플래시 메모리를 가열 또는 냉각한다.The
여기에서, 지정된 조건이란 지정된 개수 이상의 플래시 메모리 셀의 문턱전압이 지정된 레벨 이상 변동되어 이를 재조정할 필요가 있는 경우가 될 수 있으며, 보다 구체적으로는 기 설정된 주기, 또는 메모리 영역(250)를 구성하는 메모리 블럭에 대한 소거-프로그램 사이클이 지정된 횟수를 만족하는 경우, 또는 플래시 메모리 셀이 과소거된 경우, 지정된 횟수 이상 동작 오류가 발생하는 경우 등을 포함할 수 있다.Here, the specified condition may be a case where the threshold voltages of the flash memory cells of the specified number or more are changed by a specified level or more and need to be readjusted. More specifically, the predetermined condition or the
아울러, 온도 제어 소자(264)의 가열 또는 냉각하는 온도는 가열 또는 냉각 목적 및 변경된 문턱전압 레벨에 따라 가변될 수 있다.In addition, the temperature of heating or cooling the
도 3에 도시한 온도 보상부(260)의 온도 제어부(262) 및 온도 제어 소자(264) 각각은 예를 들어 도 2와 같이 구성할 수 있다.Each of the
이와 같이, 본 실시예에서는 메모리 영역(250)을 구성하는 플래시 메모리 셀을 온도 보상부(262)에 의해 가열 또는 냉각함에 의해 문턱전압의 레벨을 원하는 레벨로 맞출 수 있고, 따라서 반도체 스토리지 시스템(20)의 수명을 증가시킬 수 있고, 동작 신뢰성을 개선할 수 있다.As described above, in the present exemplary embodiment, the level of the threshold voltage can be adjusted to a desired level by heating or cooling the flash memory cell constituting the
본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있으므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.As those skilled in the art to which the present invention pertains may implement the present invention in other specific forms without changing the technical spirit or essential features, the embodiments described above should be understood as illustrative and not restrictive in all aspects. Should be. The scope of the present invention is shown by the following claims rather than the detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included in the scope of the present invention. do.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 플래시 메모리 장치의 구성도,1 is a block diagram of a flash memory device according to an embodiment of the present invention;
도 2는 도 1에 도시한 온도 보상부의 구성도,2 is a configuration diagram of a temperature compensator shown in FIG. 1;
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 반도체 스토리지 시스템의 구성도이다.3 is a configuration diagram of a semiconductor storage system according to an embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
10 : 플래시 메모리 장치 110 : 제어부10: flash memory device 110: control unit
120 : 드라이버 130 : 플래시 메모리120: driver 130: flash memory
140, 260 : 온도 보상부 20 : 반도체 스토리지 시스템140, 260: temperature compensation unit 20: semiconductor storage system
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Cited By (1)
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
WITN | Withdrawal due to no request for examination |