KR20130087737A - 비휘발성 메모리 장치의 데이터 독출 방법 - Google Patents

비휘발성 메모리 장치의 데이터 독출 방법 Download PDF

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Abstract

데이터 셀들 및 모니터링 셀들을 포함하는 비휘발성 메모리 장치의 데이터 독출 방법에서, 데이터가 프로그램된 데이터 셀들 및 소정의 문턱 전압들을 가지도록 프로그램된 모니터링 셀들에 제1 독출 전압 레벨을 가지는 제1 독출 전압을 인가하여 데이터를 독출하는 제1 독출 동작이 수행된다. 제1 독출 동작 중 리드 페일이 발생하였는지 여부가 확인된다. 리드 페일이 발생한 경우, 모니터링 셀들 중 제1 독출 전압 레벨보다 낮은 전압 레벨의 문턱 전압들을 가지는 온-셀들의 수에 따라 제2 독출 전압 레벨이 결정된다. 데이터 셀들에 제2 독출 전압 레벨을 가지는 제2 독출 전압을 인가하여 제2 독출 동작이 수행된다.

Description

비휘발성 메모리 장치의 데이터 독출 방법{METHOD OF READING DATA IN A NONVOLATILE MEMORY DEVICE}
본 발명은 비휘발성 메모리 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 비휘발성 메모리 장치의 데이터 독출 방법에 관한 것이다.
플래시 메모리 장치와 같은 비휘발성 메모리 장치의 메모리 셀들은 서로 다른 논리 상태들을 나타내는 문턱 전압 분포들을 가지도록 프로그램됨으로써 데이터를 저장할 수 있다. 또한, 상기 소정의 문턱 전압을 가지는 메모리 셀에 소정의 독출 전압을 인가하여 상기 메모리 셀이 턴-온되는지 또는 턴-오프되는지 여부를 확인함으로써 상기 메모리 셀에 저장된 상기 데이터가 독출될 수 있다. 한편, 상기 메모리 셀들이 상기 문턱 전압 분포들을 가지도록 프로그램되는 도중 또는 프로그램된 후, 전하 누설, 프로그램 디스터브, 커플링, 온도 변화, 전압 변화 등에 의해 각 문턱 전압 분포의 폭이 증가할 수 있다. 상기 문턱 전압 분포들이 넓어지면, 상기 데이터가 부정확하게 독출되는 리드 페일(Read Fail)이 발생할 수 있다. 상기 리드 페일이 발생한 경우, 종래의 비휘발성 메모리 장치는 독출 재시도(Read Retry)를 수행한다. 상기 독출 재시도는 리드 페일이 발생하지 않을 때까지 미리 정해진 독출 전압 레벨들을 순차적으로 변경하면서 독출 동작을 여러 번 수행하므로, 상기 독출 재시도에 의해 독출 시간이 증가되는 문제가 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 일 목적은 리드 페일이 발생하더라도 한 번의 독출 재시도로 정확한 데이터를 독출할 수 있는 비휘발성 메모리 장치의 데이터 독출 방법을 제공하는 것이다.
상기 일 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 실시예들에 따른 데이터 셀들 및 모니터링 셀들을 포함하는 비휘발성 메모리 장치의 데이터 독출 방법에서, 데이터가 프로그램된 상기 데이터 셀들 및 소정의 문턱 전압들을 가지도록 프로그램된 상기 모니터링 셀들에 제1 독출 전압 레벨을 가지는 제1 독출 전압을 인가하여 제1 독출 동작이 수행된다. 상기 제1 독출 동작 중 리드 페일이 발생하였는지 여부가 확인된다. 상기 리드 페일이 발생한 경우, 상기 모니터링 셀들 중 상기 제1 독출 전압 레벨보다 낮은 전압 레벨의 문턱 전압들을 가지는 온-셀들의 수에 따라 제2 독출 전압 레벨이 결정된다. 상기 데이터 셀들에 상기 제2 독출 전압 레벨을 가지는 제2 독출 전압을 인가하여 제2 독출 동작이 수행된다.
일 실시예에서, 상기 모니터링 셀들은 일정한 간격을 가지는 서로 다른 문턱 전압들을 가지도록 프로그램될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제2 독출 전압 레벨은 상기 모니터링 셀들 중 상기 온-셀들의 수에 선형적으로 반비례하여 결정될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 모니터링 셀들은 상기 데이터 셀들에 상기 데이터를 프로그램하는 프로그램 전압에 의해 프로그램될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 프로그램 전압은 증가형 스텝 펄스 프로그램(Incremental Step Pulse Program; ISPP) 전압이고, 상기 증가형 스텝 펄스 프로그램 전압이 상기 모니터링 셀들에 인가되는 횟수는 상기 각각의 모니터링 셀들에 대하여 서로 다를 수 있다.
일 실시예에서, 상기 모니터링 셀들이 일정한 간격을 가지는 서로 다른 문턱 전압들을 가지도록 상기 증가형 스텝 펄스 프로그램 전압이 상기 모니터링 셀들에 인가되는 횟수가 상기 각각의 모니터링 셀들에 대하여 순차적으로 증가할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 모니터링 셀들에 상기 증가형 스텝 펄스 프로그램 전압이 인가된 후, 상기 모니터링 셀들의 문턱 전압들이 검증되지 않을 수 있다.
일 실시예에서, 상기 데이터 및 상기 모니터링 셀들 각각이 온-셀인지 또는 오프-셀인지 여부를 나타내는 모니터링 셀 정보를 포함하는 상기 제1 독출 동작의 결과가 메모리 컨트롤러에 제공될 수 있다. 상기 제1 독출 동작 중 리드 페일이 발생하였는지 여부를 확인하도록, 상기 메모리 컨트롤러에서 상기 데이터가 에러 정정 코드에 의해 복구되지 않는 오류를 포함하는지 여부를 확인할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제2 독출 전압 레벨은 상기 메모리 컨트롤러에 의해 결정되고, 상기 메모리 컨트롤러는 상기 결정된 제2 독출 전압 레벨에 대한 정보를 포함하는 독출 레벨 설정 커맨드를 상기 비휘발성 메모리 장치에 제공할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 독출 동작 중 리드 페일이 발생하였는지 여부를 확인하도록, 상기 비휘발성 메모리 장치가 상기 모니터링 셀들 중 상기 온-셀들의 수가 소정의 범위를 벗어났는지 여부를 확인할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제2 독출 전압 레벨은 상기 비휘발성 메모리 장치 내부의 독출 레벨 설정부에 의해 결정되고, 상기 비휘발성 메모리 장치는 상기 결정된 제2 독출 전압 레벨에 기초하여 상기 제2 독출 동작을 수행할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 데이터 셀들 및 상기 모니터링 셀들은 동일한 워드 라인에 연결될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 비휘발성 메모리 장치의 각 메모리 셀 블록의 적어도 하나의 페이지는 상기 모니터링 셀들을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 비휘발성 메모리 장치의 각 메모리 셀 블록의 모든 페이지들은 상기 모니터링 셀들을 포함할 수 있다.
상기 일 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 실시예들에 따른 데이터 셀들 및 모니터링 셀들을 포함하는 비휘발성 메모리 장치의 데이터 독출 방법에서, 데이터가 프로그램된 상기 데이터 셀들 및 일정한 간격을 가지는 서로 다른 문턱 전압들을 가지도록 프로그램된 상기 모니터링 셀들에 제1 독출 전압 레벨을 가지는 제1 독출 전압을 인가하여 제1 독출 동작이 수행된다. 상기 데이터 및 상기 모니터링 셀들 각각이 온-셀인지 또는 오프-셀인지 여부를 나타내는 모니터링 셀 정보를 포함하는 상기 제1 독출 동작의 결과가 메모리 컨트롤러에 제공된다. 상기 메모리 컨트롤러에서 상기 데이터가 에러 정정 코드에 의해 복구되지 않는 오류를 포함하는지 여부가 확인된다. 상기 데이터가 상기 복구되지 않는 오류를 포함하는 경우, 상기 메모리 컨트롤러가 상기 모니터링 셀 정보에 기초하여 상기 모니터링 셀들 중 상기 온-셀들의 수에 따라 제2 독출 전압 레벨을 결정한다. 상기 메모리 컨트롤러가 상기 결정된 제2 독출 전압 레벨에 대한 정보를 포함하는 독출 레벨 설정 커맨드를 상기 비휘발성 메모리 장치에 제공한다. 상기 비휘발성 메모리 장치가 상기 데이터 셀들에 상기 제2 독출 전압 레벨을 가지는 제2 독출 전압을 인가하여 제2 독출 동작을 수행한다.
본 발명의 실시예들에 따른 비휘발성 메모리 장치의 데이터 독출 방법은 리드 페일이 발생하더라도 한 번의 독출 재시도로 정확한 데이터를 독출할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 비휘발성 메모리 장치의 데이터 독출 방법을 나타내는 순서도이다.
도 2a 및 도 2b는 데이터 셀들 및 모니터링 셀들의 문턱 전압 분포들의 예들을 나타내는 도면들이다.
도 3은 데이터 셀들 및 모니터링 셀들이 프로그램될 때 인가되는 프로그램 전압의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 4a 및 도 4b는 데이터 셀들 및 모니터링 셀들의 문턱 전압 분포들의 다른 예들을 나타내는 도면들이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 비휘발성 메모리 장치에 포함된 메모리 셀 어레이를 나타내는 블록도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 비휘발성 메모리 장치에 포함된 메모리 셀 어레이를 나타내는 블록도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 비휘발성 메모리 장치의 데이터 독출 방법을 나타내는 순서도이다.
도 8은 도 7의 데이터 독출 방법을 수행하는 메모리 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 비휘발성 메모리 장치의 데이터 독출 방법을 나타내는 순서도이다.
도 10은 도 9의 데이터 독출 방법을 수행하는 비휘발성 메모리 장치를 나타내는 블록도이다.
도 11은 본 발명의 실시예들에 따른 메모리 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 12는 본 발명의 실시예들에 따른 메모리 시스템이 메모리 카드에 응용된 예를 나타내는 도면이다.
도 13은 본 발명의 실시예들에 따른 메모리 시스템이 솔리드 스테이트 드라이브에 응용된 예를 나타내는 도면이다.
도 14는 본 발명의 실시예들에 따른 컴퓨팅 시스템을 나타내는 블록도이다.
본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성 요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 실시예들을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성 요소에 대해서는 동일하거나 유사한 참조 부호를 사용한다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 비휘발성 메모리 장치의 데이터 독출 방법을 나타내는 순서도이다.
데이터 셀들 및 모니터링 셀들을 포함하는 비휘발성 메모리 장치에서, 상기 데이터 셀들에는 사용자 데이터(User Data) 및/또는 패러티 비트(Parity Bit)들과 같은 데이터가 프로그램될 수 있고, 상기 모니터링 셀들은 소정의 문턱 전압들을 가지도록 프로그램될 수 있다. 실시예에 따라, 상기 데이터 셀들은 셀마다 한 비트의 데이터를 저장하는 싱글 레벨 셀(Single Level Cell; SLC)이거나, 셀마다 2 비트 이상의 데이터를 저장하는 멀티 레벨 셀(Multi-Level Cell; MLC)일 수 있다. 일 실시예에서, 상기 데이터 셀들 및 상기 모니터링 셀들은 동일한 워드 라인에 연결될 수 있고, 상기 모니터링 셀들은 상기 데이터 셀들에 상기 데이터를 프로그램하기 위하여 상기 동일한 워드 라인에 인가된 프로그램 전압에 의해 프로그램될 수 있다. 이에 따라, 상기 모니터링 셀들을 프로그램하기 위한 별도의 프로그램 전압이 불필요하고, 프로그램 시간이 실질적으로 증가되지 않을 수 있다.
일 실시예에서, 상기 모니터링 셀들은 일정한 간격을 가지는 서로 다른 문턱 전압들을 가지도록 프로그램될 수 있다. 상기 프로그램 전압은 증가형 스텝 펄스 프로그램(Incremental Step Pulse Program; ISPP) 전압일 수 있고, 상기 ISPP 전압이 상기 모니터링 셀들에 인가되는 횟수를 각각의 모니터링 셀들에 대하여 순차적으로 증가시킴으로써, 상기 모니터링 셀들이 일정한 간격을 가지는 서로 다른 문턱 전압들을 가지도록 프로그램될 수 있다. 예를 들어, 제1 모니터링 셀에 증가형 스텝 펄스를 1회 인가하고, 제2 모니터링 셀에 상기 증가형 스텝 펄스를 2회 인가하며, 제N 모니터링 셀에 상기 증가형 스텝 펄스를 N회 인가함으로써, 상기 모니터링 셀들이 일정한 간격을 가지는 서로 다른 문턱 전압들을 가지도록 프로그램될 수 있다. 한편, 각 증가형 스텝 펄스를 상기 데이터 셀들 및 상기 모니터링 셀들에 인가한 후, 상기 데이터 셀들의 문턱 전압들은 소정의 검증 전압 레벨 이상의 전압 레벨을 가지는지 여부가 검증될 수 있고, 상기 모니터링 셀들의 문턱 전압들은 검증되지 않을 수 있다.
도 1을 참조하면, 상기 데이터가 프로그램된 상기 데이터 셀들 및 상기 소정의 문턱 전압들을 가지도록 프로그램된 상기 모니터링 셀들에 제1 독출 전압 레벨을 가지는 제1 독출 전압을 인가함으로써 제1 독출 동작이 수행된다(S110). 상기 데이터 셀들 및 상기 모니터링 셀들에 상기 제1 독출 전압이 인가되면, 상기 데이터 셀들 및 상기 모니터링 셀들 각각이 상기 제1 독출 전압 레벨보다 낮은 전압 레벨의 문턱 전압을 가지는 온-셀인지 또는 상기 제1 독출 전압 레벨보다 높은 전압 레벨의 문턱 전압을 가지는 오프-셀인지 여부가 검출된다. 즉, 상기 제1 독출 동작에 의해, 상기 데이터 셀들로부터 상기 데이터가 독출되고, 상기 모니터링 셀들 각각이 온-셀인지 또는 오프-셀인지 여부를 나타내는 모니터링 셀 정보가 검출될 수 있다.
한편, 상기 제1 독출 동작 전, 상기 데이터 셀들이 서로 다른 논리 상태들을 나타내는 문턱 전압 분포들을 가지도록 프로그램됨으로써, 상기 데이터 셀들에 상기 데이터가 저장될 수 있다. 상기 데이터 셀들이 프로그램되는 도중 또는 상기 데이터 셀들이 프로그램된 후, 전하 누설, 프로그램 디스터브, 커플링, 온도 변화, 전압 변화 등에 의해 각 문턱 전압 분포가 이동(shift)하거나, 각 문턱 전압 분포의 폭이 증가할 수 있다. 상기 문턱 전압 분포들이 이동하거나 넓어지면, 상기 제1 독출 동작 중 상기 데이터가 부정확하게 독출되는 리드 페일(Read Fail)이 발생할 수 있다.
상기 제1 독출 동작 중 리드 페일이 발생하였는지 여부가 확인된다(S130). 일 실시예에서, 상기 리드 페일의 발생 여부는 상기 비휘발성 메모리 장치를 제어하는 메모리 컨트롤러에 의해 확인될 수 있다. 예를 들어, 상기 비휘발성 메모리 장치는 상기 데이터 및 상기 모니터링 셀 정보를 포함하는 상기 제1 독출 동작의 결과를 상기 메모리 컨트롤러에 제공할 수 있고, 상기 메모리 컨트롤러는 상기 데이터에 포함된 상기 패리티 비트들에 기초하여 상기 데이터에 포함된 상기 사용자 데이터가 에러 정정 코드(Error Correction Code; ECC)에 의해 복구되지 않는 오류(Uncorrectable ECC Error)를 포함하는지 여부를 확인할 수 있다. 상기 메모리 컨트롤러는 상기 에러 정정 코드에 의해 복구되지 않는 오류가 발생한 경우 상기 리드 페일이 발생한 것으로 판단할 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 리드 페일의 발생 여부는 상기 비휘발성 메모리 장치에 의해 판단될 수 있다. 예를 들어, 상기 비휘발성 메모리 장치에 포함된 독출 레벨 설정부가 상기 모니터링 셀들 중 온-셀들의 수(또는 오프-셀들의 수)가 소정의 범위를 벗어났는지 여부를 확인할 수 있다. 예를 들어, 상기 독출 레벨 설정부는, 상기 모니터링 셀들 중 상기 온-셀들의 수가 소정의 개수 이상 증가 또는 감소한 경우, 상기 리드 페일이 발생한 것으로 판단할 수 있다. 상기 제1 독출 동작 중 상기 리드 페일이 발생하지 않은 경우(S130: 아니오), 상기 데이터 셀들로부터 상기 데이터를 독출하는 것이 완료된다. 이 경우, 상기 데이터에 오류가 발생하지 않았거나, 상기 ECC에 의해 복구됨으로써, 정확한 데이터가 독출될 수 있다.
상기 제1 독출 동작 중 상기 리드 페일이 발생한 경우(S130: 예), 상기 모니터링 셀들 중 상기 온-셀들의 수(또는 상기 오프-셀들의 수)에 따라 제2 독출 전압 레벨이 결정된다(S150). 상기 제2 독출 전압 레벨은 상기 모니터링 셀들 중 상기 온-셀들의 수에 선형적으로 반비례(즉, 상기 오프-셀들의 수에 선형적으로 비례)하여 결정될 수 있다. 즉, 상기 제1 독출 전압 레벨에서 상기 제2 독출 전압 레벨로의 증감분이 상기 온-셀들의 수의 증감분에 선형적으로 반비례하도록 상기 제2 독출 전압 레벨이 결정될 수 있다. 예를 들어, 상기 모니터링 셀들은 일정한 간격을 가지는 서로 다른 문턱 전압들을 가지도록 프로그램될 수 있고, 상기 온-셀들의 수가 전하 누설, 프로그램 디스터브, 커플링, 온도 변화, 전압 변화 등에 의한 문턱 전압 이동에 의해 1개 증가한 경우(즉, 상기 오프-셀들의 수가 1개 감소한 경우), 상기 제2 독출 전압 레벨은 상기 제1 독출 전압 레벨로부터 상기 일정한 간격만큼 감소될 수 있고, 상기 온-셀들의 수가 상기 문턱 전압 이동에 의해 2개 증가한 경우(즉, 상기 오프-셀들의 수가 2개 감소한 경우), 상기 제2 독출 전압 레벨은 상기 제1 독출 전압 레벨로부터 상기 일정한 간격의 두 배만큼 감소될 수 있으며, 상기 온-셀들의 수가 상기 문턱 전압 이동에 의해 1개 감소한 경우(즉, 상기 오프-셀들의 수가 1개 증가한 경우), 상기 제2 독출 전압 레벨은 상기 제1 독출 전압 레벨로부터 상기 일정한 간격만큼 증가될 수 있으며, 상기 온-셀들의 수가 상기 문턱 전압 이동에 의해 2개 감소한 경우(즉, 상기 오프-셀들의 수가 2개 감소한 경우), 상기 제2 독출 전압 레벨은 상기 제1 독출 전압 레벨로부터 상기 일정한 간격의 두 배만큼 증가될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제2 독출 전압 레벨은 상기 메모리 컨트롤러에 의해 결정될 수 있다. 즉, 상기 메모리 컨트롤러는 상기 비휘발성 메모리 장치로부터 제공된 상기 모니터링 셀 정보에 기초하여 상기 모니터링 셀들 중 상기 온-셀들의 수(또는 오프-셀들의 수)를 카운트하고, 상기 제1 독출 전압 레벨에서 상기 제2 독출 전압 레벨로의 증감분이 상기 온-셀들의 수의 증감분에 선형적으로 반비례(즉, 상기 오프-셀들의 수의 증감분에 선형적으로 비례)하도록 상기 제2 독출 전압 레벨을 결정할 수 있다. 상기 메모리 컨트롤러는 상기 결정된 제2 독출 전압 레벨에 대한 정보를 포함하는 독출 레벨 설정 커맨드를 상기 비휘발성 메모리 장치에 제공함으로써, 상기 비휘발성 메모리 장치에 상기 결정된 제2 독출 전압 레벨을 알릴 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 제2 독출 전압 레벨은 상기 비휘발성 메모리 장치 내부의 상기 독출 레벨 설정부에 의해 결정될 수 있다. 즉, 상기 독출 레벨 설정부는 상기 모니터링 셀들로부터 독출된 상기 모니터링 셀 정보에 기초하여 상기 모니터링 셀들 중 상기 온-셀들의 수(또는 오프-셀들의 수)를 카운트하고, 상기 제1 독출 전압 레벨에서 상기 제2 독출 전압 레벨로의 증감분이 상기 온-셀들의 수의 증감분에 선형적으로 반비례(즉, 상기 오프-셀들의 수의 증감분에 선형적으로 비례)하도록 상기 제2 독출 전압 레벨을 결정할 수 있다.
상기 데이터 셀들에 상기 제2 독출 전압 레벨을 가지는 제2 독출 전압을 인가하여 제2 독출 동작이 수행된다(S170). 상기 제2 독출 전압 레벨이 상기 데이터 셀들의 문턱 전압 이동에 상응하는 상기 모니터링 셀들의 문턱 전압 이동에 기초하여 최적의 독출 전압 레벨로 결정되었으므로, 상기 제2 독출 동작에 의해 독출된 상기 데이터는 정확한 데이터일 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 상기 비휘발성 메모리 장치의 데이터 독출 방법에서, 상기 모니터링 셀들 각각이 온-셀인지 오프-셀인지 여부를 나타내는 상기 모니터링 셀 정보가 상기 제1 독출 동작에 의해 독출되고, 상기 모니터링 셀 정보에 기초하여 상기 모니터링 셀들 중 온-셀들의 수(또는 오프-셀들의 수)에 따라 최적의 독출 전압 레벨인 상기 제2 독출 전압 레벨이 결정되므로, 리드 페일이 발생하더라도 한번의 독출 재시도(즉, 상기 제2 독출 동작)만으로 정확한 데이터가 독출될 수 있다. 이에 따라, 최적의 독출 전압 레벨을 결정하기 위하여 다수 번의 독출 재시도를 수행하는 종래의 방식에 비하여 독출 시간이 감소될 수 있다. 또한, 상기 모니터링 셀 정보는 상기 데이터 셀들로부터 상기 데이터를 독출하는 상기 제1 독출 동작에 의해 검출되므로, 상기 모니터링 셀 정보를 검출하기 위한 추가적인 시간이 요구되지 않을 수 있다. 게다가, 상기 제1 독출 동작이 수행되기 전 상기 데이터 셀들에 상기 데이터가 프로그램되는 동안, 상기 모니터링 셀들이 상기 소정의 문턱 전압들을 가지도록 프로그램되므로, 프로그램 시간 또한 실질적으로 증가하지 않을 수 있다.
한편, 상기 비휘발성 메모리 장치의 각 메모리 셀 블록의 적어도 하나의 페이지는 상기 모니터링 셀들을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 비휘발성 메모리 장치의 각 메모리 셀 블록의 모든 페이지들 각각에 상기 모니터링 셀들이 존재할 수 있다. 이 경우, 각 페이지가 프로그램될 때, 상기 모니터링 셀들이 상기 소정의 문턱 전압들을 가지도록 프로그램되고, 상기 각 페이지가 독출될 때, 상기 모니터링 셀들이 온-셀들인지 또는 오프-셀들인지 여부가 확인될 수 있다. 상기 각 페이지가 독출될 때 리드 페일이 발생하는 경우, 상기 모니터링 셀들 중 상기 온-셀들의 수(또는 오프-셀들의 수)에 따라 최적의 독출 전압 레벨이 결정될 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 비휘발성 메모리 장치의 각 메모리 셀 블록의 하나의 특정한 페이지(예를 들어, 0번 페이지)에 상기 모니터링 셀들이 존재할 수 있다. 이 경우, 상기 특정한 페이지가 프로그램될 때, 상기 모니터링 셀들이 상기 소정의 문턱 전압들을 가지도록 프로그램되고, 상기 특정한 페이지가 독출될 때, 상기 모니터링 셀들이 온-셀들인지 또는 오프-셀들인지 여부가 확인될 수 있다. 상기 특정한 페이지가 독출될 때 리드 페일이 발생하는 경우, 상기 모니터링 셀들 중 상기 온-셀들의 수(또는 오프-셀들의 수)에 따라 최적의 독출 전압 레벨이 결정될 수 있다. 이 후, 상기 특정한 페이지를 포함하는 메모리 셀 블록의 다른 페이지들이 독출될 때, 상기 최적의 독출 전압 레벨이 이용될 수 있다.
또한, 실시예에 따라, 상기 데이터 셀들은 싱글 레벨 셀이거나 멀티 레벨 셀일 수 있다. 예를 들어, 상기 데이터 셀들 각각은 1 비트, 2 비트, 3 비트, 4 비트 또는 그 이상의 비트의 데이터를 저장할 수 있다. 상기 데이터 셀들 각각이 상기 멀티 레벨 셀인 경우, 상기 모니터링 셀들 중 복수의 제1 독출 전압 레벨들에 따른 복수의 온-셀들의 수들에 따라 복수의 제2 독출 전압 레벨들이 결정될 수 있다. 도 2a 및 도 2b에는 상기 데이터 셀들 각각이 상기 싱글 레벨 셀인 경우의 예들이 도시되어 있고, 도 4a 및 도 4b에는 상기 데이터 셀들 각각이 상기 멀티 레벨 셀인 경우의 예들이 도시되어 있다.
도 2a 및 도 2b는 데이터 셀들 및 모니터링 셀들의 문턱 전압 분포들의 예들을 나타내는 도면들이고, 도 3은 데이터 셀들 및 모니터링 셀들이 프로그램될 때 인가되는 프로그램 전압의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 2a에는 프로그램 동작 도중 또는 프로그램 동작 후 전하 누설, 프로그램 디스터브, 커플링, 온도 변화, 전압 변화 등에 의한 문턱 전압 이동이 발생하지 않은 데이터 셀들 및 모니터링 셀들의 문턱 전압 분포들(201a, 202a)의 예가 도시되어 있고, 도 2b에는 프로그램 동작 도중 또는 프로그램 동작 후 상기 문턱 전압 이동이 발생한 데이터 셀들 및 모니터링 셀들의 문턱 전압 분포들(201b, 202b)의 예가 도시되어 있다.
도 2a를 참조하면, 상기 데이터 셀들 각각이 싱글 레벨 셀일 수 있고, 상기 데이터 셀들은 제1 상태(예를 들어, 소거 상태)(S0) 또는 제2 상태(예를 들어, 프로그램 상태)(S1)를 가지도록 프로그램될 수 있다. 제1 상태(S0)에 상응하는 제1 문턱 전압 분포(201a)와 제2 상태(S1)에 상응하는 제2 문턱 전압 분포(202a)는 서로 이격되어 있고, 상기 데이터 셀들로부터 상기 데이터를 독출하기 위한 제1 독출 전압 레벨(R0)은 상기 제1 문턱 전압 분포(201a)와 상기 제2 문턱 전압 분포(202a) 사이에 위치할 수 있다.
상기 모니터링 셀들은, 상기 데이터 셀들이 프로그램되는 동안, 소정의 문턱 전압들을 가지도록 프로그램될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 모니터링 셀들은 일정한 간격을 가지는 서로 다른 문턱 전압들을 가지도록 프로그램될 수 있다. 예를 들어, 상기 데이터 셀들 및 상기 모니터링 셀들은 동일한 워드 라인에 연결될 수 있고, 상기 모니터링 셀들은 상기 데이터 셀들에 상기 데이터를 프로그램하도록 상기 동일한 워드 라인에 인가되는 ISPP 전압에 의해 프로그램될 수 있다. 또한, 상기 ISPP 전압이 상기 모니터링 셀들에 인가되는 횟수를 각각의 모니터링 셀들에 대하여 순차적으로 증가시킴으로써, 상기 모니터링 셀들이 일정한 간격을 가지는 서로 다른 문턱 전압들을 가지도록 프로그램될 수 있다.
도 3에 도시된 예에서, 상기 데이터 셀들에 상기 데이터를 프로그램하기 위한 상기 ISPP 전압은 제1 내지 제8 프로그램 펄스들(P1, P2, P3, P4, P5, P6, P7, P8)을 포함할 수 있고, 제1 내지 제8 프로그램 펄스들(P1, P2, P3, P4, P5, P6, P7, P8)이 상기 모니터링 셀들에 인가되는 횟수가 각각의 모니터링 셀들에 대하여 순차적으로 증가될 수 있다. 예를 들어, 제1 모니터링 셀에 제1 프로그램 펄스(P1)가 인가되고, 제2 모니터링 셀에 제1 및 제2 프로그램 펄스들(P1, P2)이 인가되며, 제3 모니터링 셀에 제1 내지 제3 프로그램 펄스들(P1, P2, P3)이 인가되고, 제8 모니터링 셀에 제1 내지 제8 프로그램 펄스들(P1, P2, P3, P4, P5, P6, P7, P8)이 인가될 수 있다. 이와 같이 프로그램 펄스 인가 횟수가 순차적으로 증가됨으로써, 상기 모니터링 셀들이 일정한 간격을 가지는 서로 다른 문턱 전압들을 가지도록 프로그램될 수 있다.
한편, 각 증가형 스텝 펄스가 상기 데이터 셀들 및 상기 모니터링 셀들에 인가된 후, 상기 데이터 셀들의 문턱 전압들은 소정의 검증 전압 레벨 이상의 전압 레벨을 가지는지 여부가 검증될 수 있고, 상기 모니터링 셀들의 문턱 전압들은 검증되지 않을 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 비휘발성 메모리 장치의 데이터 독출 방법에서, 상기 데이터 셀들 및 상기 모니터링 셀들에 제1 독출 전압 레벨(R0)을 가지는 제1 독출 전압을 인가함으로써 제1 독출 동작이 수행된다. 상기 제1 독출 동작 중 리드 페일이 발생하였는지 여부가 확인된다. 도 2a에 도시된 바와 같이, 상기 데이터 셀들 및 상기 모니터링 셀들에 전하 누설, 프로그램 디스터브, 커플링, 온도 변화, 전압 변화 등에 의한 문턱 전압 이동이 발생하지 않은 경우, 상기 리드 페일이 발생하지 않은 것으로 판단될 수 있고, 상기 데이터 셀들로부터 상기 데이터를 독출하는 것이 완료된다. 한편, 도 2a에는 하나의 페이지에 포함된 상기 모니터링 셀들의 수가 8개인 예가 도시되어 있으나, 실시예에 따라, 하나의 페이지에 포함된 모니터링 셀들의 수는 다양할 수 있다.
도 2b를 참조하면, 상기 데이터 셀들 및 상기 모니터링 셀들이 프로그램되는 도중 또는 프로그램된 후, 상기 데이터 셀들 및 상기 모니터링 셀들에 전하 누설, 프로그램 디스터브, 커플링, 온도 변화, 전압 변화 등에 의한 문턱 전압 이동이 발생할 수 있다. 예를 들어, 제1 상태(S0)에 상응하는 도 2a의 제1 문턱 전압 분포(201a)가 문턱 전압 이동에 의해 도 2b의 제3 문턱 전압 분포(201b)로 변경되고, 제2 상태(S1)에 상응하는 도 2a의 제2 문턱 전압 분포(202a)가 문턱 전압 이동에 의해 도 2b의 제4 문턱 전압 분포(202b)로 변경될 수 있다. 즉, 도 2b에 도시된 바와 같이, 상기 문턱 전압 이동에 의해 제1 상태(S0)에 상응하는 제3 문턱 전압 분포(201b)와 제2 상태(S1)에 상응하는 제4 문턱 전압 분포(202b)가 서로 중첩되거나, 소정의 독출 마진만큼 이격되지 않을 수 있다. 또한, 상기 모니터링 셀들 중 제1 독출 전압 레벨(R0)보다 낮은 전압 레벨의 문턱 전압들을 가지는 온-셀들(210a, 210b)의 수(또는 오프-셀들(220a, 220b)의 수)가 변경될 수 있다. 예를 들어, 상기 문턱 전압 이동에 의해, 온-셀들(210a, 210b)의 수가 도 2a에 도시된 바와 같이 3개에서 도 2b에 도시된 바와 같이 2개로 감소될 수 있고, 오프-셀들(220a, 220b)의 수가 도 2a에 도시된 바와 같이 5개에서 도 2b에 도시된 바와 같이 6개로 증가될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 비휘발성 메모리 장치의 데이터 독출 방법에서, 상기 데이터 셀들 및 상기 모니터링 셀들에 제1 독출 전압 레벨(R0)을 가지는 제1 독출 전압을 인가함으로써 제1 독출 동작이 수행된다. 상기 제1 독출 동작 중 리드 페일이 발생하였는지 여부가 확인된다. 일 실시예에서, 상기 비휘발성 메모리 장치를 제어하는 메모리 컨트롤러가 상기 데이터에 ECC에 의해 복구되지 않는 오류가 존재하는지를 판단함으로써 상기 리드 페일이 발생하였는지 여부를 확인할 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 비휘발성 메모리 장치 내부의 독출 레벨 설정부가 상기 모니터링 셀들 중 온-셀들(210b)의 수(또는 오프-셀들(220b)의 수)가 소정의 범위를 벗어났는지 여부를 확인함으로써 상기 리드 페일이 발생하였는지 여부를 확인할 수 있다. 도 2b에 도시된 바와 같이, 제1 상태(S0)에 상응하는 제3 문턱 전압 분포(201b)와 제2 상태(S1)에 상응하는 제4 문턱 전압 분포(202b)가 서로 중첩되는 경우, 부정확한 데이터가 독출되는 상기 리드 페일이 발생할 수 있다.
상기 리드 페일이 발생한 것으로 판단되면, 상기 모니터링 셀들 중 제1 독출 전압 레벨(R0)보다 낮은 전압 레벨의 문턱 전압들을 가지는 온-셀들(210b)의 수(또는 오프-셀들(220b)의 수)에 따라 제2 독출 전압 레벨(R0’)이 결정될 수 있다. 예를 들어, 제1 독출 전압 레벨(R0)에서 제2 독출 전압 레벨(R0’)로의 증감분이 온-셀들(210a, 210b)의 수의 증감분에 선형적으로 반비례(또는 오프-셀들(220a, 220b)의 수의 증감분에 선형적으로 비례)하도록 제2 독출 전압 레벨(R0’)이 결정될 수 있다. 도 2b에 도시된 바와 같이, 온-셀들(210a, 210b)의 수가 문턱 전압 이동에 의해 1개 감소한 경우, 제2 독출 전압 레벨(R0’)이 제1 독출 전압 레벨(R0)보다 소정의 간격만큼 증가되도록 결정될 수 있다. 상기 소정의 간격은 상기 문턱 전압 이동이 발생하지 않은 도 2a의 상기 모니터링 셀들의 문턱 전압들의 간격에 상응할 수 있다. 한편, 온-셀들(210a, 210b)의 수가 문턱 전압 이동에 의해 2개 감소한 경우, 제2 독출 전압 레벨(R0’)이 제1 독출 전압 레벨(R0)보다 상기 소정의 간격의 두 배만큼 증가되도록 결정될 수 있다. 또한, 온-셀들(210a, 210b)의 수가 문턱 전압 이동에 의해 1개 증가한 경우, 제2 독출 전압 레벨(R0’)이 제1 독출 전압 레벨(R0)보다 상기 소정의 간격만큼 감소되도록 결정될 수 있다. 온-셀들(210a, 210b)의 수가 문턱 전압 이동에 의해 2개 증가한 경우, 제2 독출 전압 레벨(R0’)이 제1 독출 전압 레벨(R0)보다 상기 소정의 간격의 두 배만큼 감소되도록 결정될 수 있다.
상기 비휘발성 메모리 장치는 상기 데이터 셀들에 제2 독출 전압 레벨(R0’)을 가지는 제2 독출 전압을 인가하여 제2 독출 동작을 수행할 수 있다. 제2 독출 전압 레벨(R0’)이 상기 데이터 셀들의 문턱 전압 이동에 상응하는 상기 모니터링 셀들의 문턱 전압 이동에 기초하여 최적의 독출 전압 레벨로 결정되었으므로, 상기 제2 독출 동작에 의해 독출된 상기 데이터는 정확한 데이터일 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 비휘발성 메모리 장치의 데이터 독출 방법에 의해, 한 번의 독출 재시도만으로 정확한 데이터가 독출될 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 데이터 셀들 및 모니터링 셀들의 문턱 전압 분포들의 다른 예들을 나타내는 도면들이다.
도 4a에는 프로그램 동작 도중 또는 프로그램 동작 후 전하 누설, 프로그램 디스터브, 커플링, 온도 변화, 전압 변화 등에 의한 문턱 전압 이동이 발생하지 않은 데이터 셀들 및 모니터링 셀들의 문턱 전압 분포들(206a, 207a, 208a, 209a)의 예가 도시되어 있고, 도 4b에는 프로그램 동작 도중 또는 프로그램 동작 후 상기 문턱 전압 이동이 발생한 데이터 셀들 및 모니터링 셀들의 문턱 전압 분포들(206b, 207b, 208b, 209b)의 예가 도시되어 있다.
도 4a를 참조하면, 상기 데이터 셀들 각각이 멀티 레벨 셀일 수 있고, 상기 데이터 셀들은 제1 상태(S0), 제2 상태(S1), 제3 상태(S2) 또는 제4 상태(S3)를 가지도록 프로그램될 수 있다. 상기 모니터링 셀들은, 상기 데이터 셀들에 상기 데이터를 프로그램하기 위한 프로그램 전압에 의해, 일정한 간격을 가지는 서로 다른 문턱 전압들을 가지도록 프로그램될 수 있다. 예를 들어, 상기 데이터 셀들에 상기 데이터를 프로그램하기 위한 ISPP 전압이 상기 모니터링 셀들에 인가되는 횟수를 각각의 모니터링 셀들에 대하여 순차적으로 증가시킴으로써, 상기 모니터링 셀들이 일정한 간격을 가지는 서로 다른 문턱 전압들을 가지도록 프로그램될 수 있다. 한편, 프로그램 동작 동안, 상기 데이터 셀들의 문턱 전압들은 소정의 검증 전압 레벨 이상의 전압 레벨을 가지는지 여부가 검증될 수 있고, 상기 모니터링 셀들의 문턱 전압들은 검증되지 않을 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 비휘발성 메모리 장치의 데이터 독출 방법에서, 상기 데이터 셀들 및 상기 모니터링 셀들에 제1 독출 전압 레벨(R1)을 가지는 제1 독출 전압, 제2 독출 전압 레벨(R2)을 가지는 제2 독출 전압, 제3 독출 전압 레벨(R3)을 가지는 제3 독출 전압을 인가함으로써 제1 독출 동작이 수행된다. 상기 제1 독출 동작 중 리드 페일이 발생하였는지 여부가 확인된다. 도 4a에 도시된 바와 같이, 상기 데이터 셀들 및 상기 모니터링 셀들에 전하 누설, 프로그램 디스터브, 커플링, 온도 변화, 전압 변화 등에 의한 문턱 전압 이동이 발생하지 않은 경우, 상기 리드 페일이 발생하지 않은 것으로 판단될 수 있고, 상기 데이터 셀들로부터 상기 데이터를 독출하는 것이 완료된다. 한편, 도 4a에는 하나의 페이지에 포함된 상기 모니터링 셀들의 수가 12개인 예가 도시되어 있으나, 실시예에 따라, 하나의 페이지에 포함된 모니터링 셀들의 수는 다양할 수 있다.
도 4b를 참조하면, 상기 데이터 셀들 및 상기 모니터링 셀들이 프로그램되는 도중 또는 프로그램된 후, 상기 데이터 셀들 및 상기 모니터링 셀들에 전하 누설, 프로그램 디스터브, 커플링, 온도 변화, 전압 변화 등에 의한 문턱 전압 이동이 발생할 수 있다. 예를 들어, 제1 상태(S0)에 상응하는 도 4a의 제1 문턱 전압 분포(206a)가 문턱 전압 이동에 의해 도 4b의 제5 문턱 전압 분포(206b)로 변경되고, 제2 상태(S1)에 상응하는 도 4a의 제2 문턱 전압 분포(207a)가 문턱 전압 이동에 의해 도 4b의 제6 문턱 전압 분포(207b)로 변경될 수 있으며, 제3 상태(S2)에 상응하는 도 4a의 제3 문턱 전압 분포(208a)가 문턱 전압 이동에 의해 도 4b의 제7 문턱 전압 분포(208b)로 변경될 수 있고, 제4 상태(S3)에 상응하는 도 4a의 제4 문턱 전압 분포(209a)가 문턱 전압 이동에 의해 도 4b의 제8 문턱 전압 분포(209b)로 변경될 수 있다.
또한, 상기 모니터링 셀들 중 제1 독출 전압 레벨(R1)보다 낮은 전압 레벨의 문턱 전압들을 가지는 제1 온-셀들(230a, 230b)의 수(또는 제1 오프-셀들(240a, 240b)의 수)가 변경될 수 있고, 상기 모니터링 셀들 중 제2 독출 전압 레벨(R2)보다 낮은 전압 레벨의 문턱 전압들을 가지는 제2 온-셀들(250a, 250b)의 수(또는 제2 오프-셀들(260a, 260b)의 수)가 변경될 수 있으며, 상기 모니터링 셀들 중 제3 독출 전압 레벨(R3)보다 낮은 전압 레벨의 문턱 전압들을 가지는 제3 온-셀들(270a, 270b)의 수(또는 제3 오프-셀들(280a)의 수)가 변경될 수 있다. 예를 들어, 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 상기 문턱 전압 이동에 의해, 제1 온-셀들(230b)의 수가 2개에서 1개로 감소될 수 있고, 제1 오프-셀들(240b)의 수가 10개에서 11개로 증가될 수 있다. 또한, 상기 문턱 전압 이동에 의해, 제2 온-셀들(250b)의 수가 6개에서 7개로 증가될 수 있고, 제2 오프-셀들(260b)의 수가 6개에서 5개로 감소될 수 있다. 또한, 상기 문턱 전압 이동에 의해, 제3 온-셀들(270b)의 수가 10개에서 12개로 증가될 수 있고, 제3 오프-셀들(280b)의 수가 2개에서 0개로 감소될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 비휘발성 메모리 장치의 데이터 독출 방법에서, 상기 데이터 셀들 및 상기 모니터링 셀들에 제1 독출 전압 레벨(R1)을 가지는 제1 독출 전압, 제2 독출 전압 레벨(R2)을 가지는 제2 독출 전압, 제3 독출 전압 레벨(R3)을 가지는 제3 독출 전압을 인가함으로써 제1 독출 동작이 수행된다. 상기 제1 독출 동작 중 리드 페일이 발생하였는지 여부가 확인된다. 도 4b에 도시된 바와 같이, 문턱 전압 분포들(206b, 207b, 208b, 209b) 중 적어도 일부가 서로 중첩되는 경우, 부정확한 데이터가 독출되는 상기 리드 페일이 발생할 수 있다.
상기 리드 페일이 발생한 것으로 판단되면, 상기 모니터링 셀들 중 제1 독출 전압 레벨(R1)보다 낮은 전압 레벨의 문턱 전압들을 가지는 제1 온-셀들(230b)의 수(또는 제1 오프-셀들(240b)의 수)에 따라 제4 독출 전압 레벨(R1’)이 결정되고, 상기 모니터링 셀들 중 제2 독출 전압 레벨(R2)보다 낮은 전압 레벨의 문턱 전압들을 가지는 제2 온-셀들(250b)의 수(또는 제2 오프-셀들(260b)의 수)에 따라 제5 독출 전압 레벨(R2’)이 결정되고, 상기 모니터링 셀들 중 제3 독출 전압 레벨(R3)보다 낮은 전압 레벨의 문턱 전압들을 가지는 제3 온-셀들(270b)의 수(또는 제3 오프-셀들의 수)에 따라 제6 독출 전압 레벨(R3’)이 결정될 수 있다. 예를 들어, 제1 독출 전압 레벨(R1)에서 제4 독출 전압 레벨(R1’)로의 증감분이 제1 온-셀들(230a, 230b)의 수의 증감분에 선형적으로 반비례(또는 제1 오프-셀들(240a, 240b)의 수의 증감분에 선형적으로 비례)하도록 제4 독출 전압 레벨(R1’)이 결정될 수 있다. 제2 독출 전압 레벨(R2)에서 제5 독출 전압 레벨(R2’)로의 증감분이 제2 온-셀들(250a, 250b)의 수의 증감분에 선형적으로 반비례(또는 제2 오프-셀들(260a, 260b)의 수의 증감분에 선형적으로 비례)하도록 제5 독출 전압 레벨(R2’)이 결정될 수 있다. 제3 독출 전압 레벨(R3)에서 제6 독출 전압 레벨(R3’)로의 증감분이 제3 온-셀들(270a, 270b)의 수의 증감분에 선형적으로 반비례(또는 제3 오프-셀들(280)의 수의 증감분에 선형적으로 비례)하도록 제6 독출 전압 레벨(R3’)이 결정될 수 있다.
도 4b에 도시된 바와 같이, 제1 온-셀들(230a, 230b)의 수가 문턱 전압 이동에 의해 1개 감소한 경우, 제4 독출 전압 레벨(R1’)이 제1 독출 전압 레벨(R1)보다 소정의 간격만큼 증가되도록 결정될 수 있다. 상기 소정의 간격은 상기 문턱 전압 이동이 발생하지 않은 도 4a의 상기 모니터링 셀들의 문턱 전압들의 간격에 상응할 수 있다. 또한, 제2 온-셀들(250a, 250b)의 수가 문턱 전압 이동에 의해 1개 증가한 경우, 제5 독출 전압 레벨(R2’)이 제2 독출 전압 레벨(R2)보다 상기 소정의 간격만큼 감소되도록 결정될 수 있다. 게다가, 제3 온-셀들(270a, 270b)의 수가 문턱 전압 이동에 의해 2개 증가한 경우, 제6 독출 전압 레벨(R3’)이 제3 독출 전압 레벨(R3)보다 상기 소정의 간격의 두 배만큼 감소되도록 결정될 수 있다. 이와 같이, 제4 내지 제6 독출 전압 레벨들(R1’, R2’, R3’)이 상기 제1 독출 동작의 결과에 기초하여 실질적으로 동시에 결정될 수 있다.
상기 비휘발성 메모리 장치는 상기 데이터 셀들에 제4 독출 전압 레벨(R1’)을 가지는 제4 독출 전압, 제5 독출 전압 레벨(R2’)을 가지는 제5 독출 전압 및 제6 독출 전압 레벨(R3’)을 가지는 제6 독출 전압을 인가하여 제2 독출 동작을 수행할 수 있다. 제4 독출 전압 레벨(R1’), 제5 독출 전압 레벨(R2’) 및 제6 독출 전압 레벨(R3’)이 상기 데이터 셀들의 문턱 전압 이동에 상응하는 상기 모니터링 셀들의 문턱 전압 이동에 기초하여 최적의 독출 전압 레벨들로 결정되었으므로, 상기 제2 독출 동작에 의해 독출된 상기 데이터는 정확한 데이터일 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 비휘발성 메모리 장치의 데이터 독출 방법에 의해, 한 번의 독출 재시도만으로 정확한 데이터가 독출될 수 있다.
한편, 도 2a 및 도 2b에는 각 데이터 셀이 싱글 레벨 셀인 예가 도시되어 있고, 도 4a 및 도 4b에는 각 데이터 셀이 2 비트를 저장하는 멀티 레벨 셀인 예가 도시되어 있으나, 실시예에 따라, 본 발명의 실시예들에 따른 비휘발성 메모리 장치의 데이터 독출 방법은 각 데이터 셀이 3 비트 이상을 저장하는 멀티 레벨 셀인 비휘발성 메모리 장치에 적용될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 비휘발성 메모리 장치에 포함된 메모리 셀 어레이를 나타내는 블록도이다.
도 5를 참조하면, 메모리 셀 어레이(300a)는 복수의 메모리 셀 블록들(310a, 330a)을 포함한다. 각 메모리 셀 블록(310a, 330a)은 복수의 페이지들(311a, 312a, 313a, 314a)을 포함한다.
각 페이지(311a, 312a, 313a, 314a)는 사용자 데이터 및/또는 패리티 비트들을 저장하는 데이터 셀들(DC) 및 소정의 문턱 전압들을 가지도록 프로그램되는 모니터링 셀들(MC, 316a, 317, 318a, 319a)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 페이지(311a)는 제1 모니터링 셀들(316a)을 포함하고, 제2 페이지(312a)는 제2 모니터링 셀들(317a)을 포함하고, 제3 페이지(313a)는 제3 모니터링 셀들(318a)을 포함하고, 제4 페이지(314a)는 제4 모니터링 셀들(316a)을 포함할 수 있다. 제1 모니터링 셀들(316a)은 제1 페이지(311a)에 포함된 데이터 셀들(DC)이 프로그램될 때 프로그램되고, 제2 모니터링 셀들(317a)은 제2 페이지(312a)에 포함된 데이터 셀들(DC)이 프로그램될 때 프로그램되며, 제3 모니터링 셀들(318a)은 제3 페이지(313a)에 포함된 데이터 셀들(DC)이 프로그램될 때 프로그램되고, 제4 모니터링 셀들(319a)은 제4 페이지(314a)에 포함된 데이터 셀들(DC)이 프로그램될 때 프로그램될 수 있다.
제1 페이지(311a)에 포함된 데이터 셀들(DC)에 저장된 데이터를 독출하는 독출 동작 동안, 상기 독출 동작에 의해 제1 모니터링 셀들(316a) 각각이 온-셀인지 또는 오프-셀인지를 나타내는 제1 모니터링 셀 정보가 검출될 수 있다. 또한, 제2 페이지(312a)에 대한 독출 동작 동안, 상기 독출 동작에 의해 제2 모니터링 셀들(317a)에 대한 제2 모니터링 셀 정보가 검출되고, 제3 페이지(313a)에 대한 독출 동작 동안, 상기 독출 동작에 의해 제3 모니터링 셀들(318a)에 대한 제3 모니터링 셀 정보가 검출되며, 제4 페이지(314a)에 대한 독출 동작 동안, 상기 독출 동작에 의해 제4 모니터링 셀들(319a)에 대한 제4 모니터링 셀 정보가 검출될 수 있다. 제1 페이지(311a)에 대한 상기 독출 동작 동안 리드 페일이 발생한 경우, 상기 제1 모니터링 셀 정보에 기초하여 제1 모니터링 셀들(316a)의 수에 따라 최적의 독출 전압 레벨이 결정되고, 상기 최적의 독출 전압 레벨을 가지는 독출 전압을 이용하여 제1 페이지(311a)에 대한 독출 동작이 재시도될 수 있다. 또한, 제2 페이지(312a)에 대한 상기 독출 동작 동안 리드 페일이 발생한 경우, 상기 제2 모니터링 셀 정보에 기초하여 제2 모니터링 셀들(317a)의 수에 따라 최적의 독출 전압 레벨이 결정되고, 상기 최적의 독출 전압 레벨을 가지는 독출 전압을 이용하여 제2 페이지(312a)에 대한 독출 동작이 재시도될 수 있다. 또한, 제3 페이지(313a)에 대한 상기 독출 동작 동안 리드 페일이 발생한 경우, 상기 제3 모니터링 셀 정보에 기초하여 제3 모니터링 셀들(318a)의 수에 따라 최적의 독출 전압 레벨이 결정되고, 상기 최적의 독출 전압 레벨을 가지는 독출 전압을 이용하여 제3 페이지(313a)에 대한 독출 동작이 재시도될 수 있다. 또한, 제4 페이지(314a)에 대한 상기 독출 동작 동안 리드 페일이 발생한 경우, 상기 제4 모니터링 셀 정보에 기초하여 제4 모니터링 셀들(319a)의 수에 따라 최적의 독출 전압 레벨이 결정되고, 상기 최적의 독출 전압 레벨을 가지는 독출 전압을 이용하여 제4 페이지(314a)에 대한 독출 동작이 재시도될 수 있다.
상술한 바와 같이, 모든 페이지들(311a, 312a, 313a, 314a) 각각이 모니터링 셀들(316a, 317a, 318a, 319a)을 포함할 수 있고, 각 페이지에 대한 독출 동작 동안 리드 페일이 발생한 경우, 상기 페이지에 포함된 모니터링 셀들 중 온-셀들의 수(또는 오프-셀들의 수)에 따라 결정된 독출 전압 레벨을 가지는 독출 전압을 이용하여 상기 페이지에 대한 독출 동작이 재시도될 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 비휘발성 메모리 장치에서, 상기 리드 페일이 발생하더라도 한 번의 독출 재시도만으로 정확한 데이터가 검출될 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 비휘발성 메모리 장치에 포함된 메모리 셀 어레이를 나타내는 블록도이다.
도 6을 참조하면, 메모리 셀 어레이(300b)는 복수의 메모리 셀 블록들(310b, 330b)을 포함한다. 각 메모리 셀 블록(310b, 330b)은 복수의 페이지들(311b, 312b, 313b, 314b)을 포함한다.
각 메모리 셀 블록(310b, 330b)은 복수의 페이지들(311b, 312b, 313b, 314b) 중 하나의 페이지(311b)(예를 들어, 0번 페이지)만이 모니터링 셀들(MC, 316b)을 포함할 수 있다. 모니터링 셀들(316b)은 제1 페이지(311b)에 포함된 데이터 셀들(DC)이 프로그램될 때 프로그램될 수 있다.
제1 페이지(311b)에 포함된 데이터 셀들(DC)에 저장된 데이터를 독출하는 독출 동작 동안, 상기 독출 동작에 의해 모니터링 셀들(316b) 각각이 온-셀인지 또는 오프-셀인지를 나타내는 모니터링 셀 정보가 검출될 수 있다. 제1 페이지(311b)에 대한 상기 독출 동작 동안 리드 페일이 발생한 경우, 상기 모니터링 셀 정보에 기초하여 모니터링 셀들(316b)의 수에 따라 최적의 독출 전압 레벨이 결정되고, 상기 최적의 독출 전압 레벨을 가지는 독출 전압을 이용하여 제1 페이지(311b)에 대한 독출 동작이 재시도될 수 있다. 이후, 제1 페이지(311b)를 포함하는 메모리 셀 블록(310b)의 다른 페이지들(312b, 313b, 314b)에 대한 독출 동작들 또한 모니터링 셀들(316b)의 수에 따라 결정된 상기 최적의 독출 전압 레벨을 가지는 독출 전압을 이용하여 수행될 수 있다.
이와 같이, 각 메모리 셀 블록(310b, 330b)에 포함된 복수의 페이지들(311b, 312b, 313b, 314b) 중 하나의 페이지(311b)만이 모니터링 셀들(316b)을 포함할 수 있고, 모니터링 셀들(316b) 중 온-셀들의 수(또는 오프-셀들의 수)에 따라 결정된 최적의 독출 전압 레벨이 각 메모리 셀 블록(310b, 330b)에 포함된 복수의 페이지들(311b, 312b, 313b, 314b)에 대하여 적용될 수 있다.
한편, 도 5에는 각 메모리 셀 블록의 모든 페이지들 각각이 모니터링 셀들을 포함하는 예가 도시되어 있고, 도 6에는 각 메모리 셀 블록의 하나의 페이지가 모니터링 셀들을 포함하는 예가 도시되어 있으나, 실시예에 따라, 각 메모리 셀 블록의 2 이상의 페이지들 각각이 모니터링 셀들을 포함할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 비휘발성 메모리 장치의 데이터 독출 방법을 나타내는 순서도이고, 도 8은 도 7의 데이터 독출 방법을 수행하는 메모리 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 비휘발성 메모리 장치(510)는 데이터(DATA)가 프로그램된 데이터 셀들 및 일정한 간격을 가지는 서로 다른 문턱 전압들을 가지도록 프로그램된 모니터링 셀들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 모니터링 셀들은 상기 데이터 셀들에 데이터(DATA)를 프로그램하기 위한 ISPP 전압에 의해 프로그램될 수 있고, 상기 ISPP 전압이 상기 모니터링 셀들에 인가되는 횟수를 상기 각각의 모니터링 셀들에 대하여 순차적으로 증가시킴으로써, 상기 모니터링 셀들이 일정한 간격을 가지는 서로 다른 문턱 전압들을 가지도록 프로그램될 수 있다. 한편, 프로그램 동작 동안, 상기 데이터 셀들의 문턱 전압들은 검증될 수 있고, 상기 모니터링 셀들의 문턱 전압들은 검증되지 않을 수 있다.
비휘발성 메모리 장치(510)는 상기 데이터 셀들 및 상기 모니터링 셀들에 제1 독출 전압 레벨을 가지는 제1 독출 전압을 인가함으로써 제1 독출 동작을 수행한다(S410). 이에 따라, 상기 제1 독출 동작에 의해, 상기 데이터 셀들로부터 데이터(DATA)가 독출되고, 상기 모니터링 셀들 각각이 온-셀인지 또는 오프-셀인지 여부를 나타내는 모니터링 셀 정보(MC INFO)가 검출될 수 있다. 비휘발성 메모리 장치(510)는 상기 데이터 셀들로부터 독출된 데이터(DATA) 및 상기 모니터링 셀들로부터 독출된 모니터링 셀 정보(MC INFO)를 포함하는 상기 제1 독출 동작의 결과를 메모리 컨트롤러(530)에 제공할 수 있다(S420).
메모리 컨트롤러(530)는 상기 제1 독출 동작 동안 리드 페일이 발생하였는지 여부를 확인할 수 있다. 메모리 컨트롤러(530)는 데이터(DATA)에 포함된 패리티 비트들에 기초하여 데이터(DATA)에 포함된 사용자 데이터가 ECC에 의해 복구되지 않는 오류를 포함하는지 여부를 확인함으로써, 상기 제1 독출 동작 동안 리드 페일이 발생하였는지 여부를 확인할 수 있다(S430). 상기 사용자 데이터가 ECC에 의해 복구되지 않는 오류를 포함하지 않는 경우(S430: 아니오), 정확한 데이터가 독출 및 복원된 것으로서, 독출 동작이 완료된다.
상기 사용자 데이터가 ECC에 의해 복구되지 않는 오류를 포함하는 경우(S430: 아니오), 메모리 컨트롤러(530)는 모니터링 셀 정보(MC INFO)에 기초하여 상기 모니터링 셀들 중 상기 온-셀들의 수(또는 상기 오프-셀들의 수)에 따라 제2 독출 전압 레벨을 결정한다(S440). 메모리 컨트롤러(530)는 비휘발성 메모리 장치(510)로부터 제공된 모니터링 셀 정보(MC INFO)에 기초하여 상기 모니터링 셀들 중 상기 온-셀들의 수(또는 오프-셀들의 수)를 카운트하고, 상기 제1 독출 전압 레벨에서 상기 제2 독출 전압 레벨로의 증감분이 상기 온-셀들의 수의 증감분에 선형적으로 반비례(즉, 상기 오프-셀들의 수의 증감분에 선형적으로 비례)하도록 상기 제2 독출 전압 레벨을 결정할 수 있다.
메모리 컨트롤러(530)는 상기 결정된 제2 독출 전압 레벨에 대한 정보를 포함하는 독출 레벨 설정 커맨드(RLS CMD)를 비휘발성 메모리 장치(510)에 제공함으로써, 비휘발성 메모리 장치(510)에 상기 결정된 제2 독출 전압 레벨을 알릴 수 있다(S450).
비휘발성 메모리 장치(510)는 독출 레벨 설정 커맨드(RLS CMD)를 수신하고, 상기 데이터 셀들에 독출 레벨 설정 커맨드(RLS CMD)에 의해 지정된 상기 제2 독출 전압 레벨을 가지는 제2 독출 전압을 인가하여 제2 독출 동작을 수행한다(S460). 상기 제2 독출 전압 레벨이 상기 데이터 셀들의 문턱 전압 이동에 상응하는 상기 모니터링 셀들의 문턱 전압 이동에 기초하여 최적의 독출 전압 레벨로 결정되었으므로, 상기 제2 독출 동작에 의해 독출된 상기 데이터는 정확한 데이터일 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 비휘발성 메모리 장치(510)의 데이터 독출 방법에서, 메모리 컨트롤러(530)가 모니터링 셀 정보(MC INFO)에 기초하여 상기 모니터링 셀들 중 온-셀들의 수(또는 오프-셀들의 수)에 따라 최적의 독출 전압 레벨을 결정하므로, 리드 페일이 발생하더라도 한번의 독출 재시도(즉, 상기 제2 독출 동작)만으로 정확한 데이터가 독출될 수 있다. 이에 따라, 최적의 독출 전압 레벨을 결정하기 위하여 다수 번의 독출 재시도를 수행하는 종래의 방식에 비하여 독출 시간이 감소될 수 있다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 비휘발성 메모리 장치의 데이터 독출 방법을 나타내는 순서도이고, 도 10은 도 9의 데이터 독출 방법을 수행하는 비휘발성 메모리 장치를 나타내는 블록도이다.
도 10을 참조하면, 비휘발성 메모리 장치(700)는 메모리 셀 어레이(710), 페이지 버퍼부(720), 로우 디코더(730), 전압 생성기(740) 및 제어 회로(750)를 포함한다.
메모리 셀 어레이(710)는 적어도 하나의 메모리 셀 블록을 포함한다. 상기 메모리 셀 블록의 적어도 하나의 페이지는 모니터링 셀들을 포함할 수 있다. 페이지 버퍼부(720)는 동작 모드에 따라 기입 드라이버로서 또는 감지 증폭기로서 동작할 수 있다. 예를 들어, 페이지 버퍼부(720)는 독출 모드에서 감지 증폭기로서 동작하고, 프로그램 모드에서 기입 드라이버로서 동작할 수 있다. 로우 디코더(730)는 로우 어드레스에 응답하여 워드라인을 선택할 수 있다. 전압 생성기(740)는 제어 회로(750)의 제어에 따라 프로그램 전압, 패스 전압, 검증 전압 및 독출 전압과 같은 워드라인 전압들을 생성할 수 있다. 로우 디코더(730)는 전압 생성기(740)로부터 제공되는 워드라인 전압들을 선택 및 비선택된 워드라인들로 전달할 수 있다. 제어 회로(750)는 메모리 셀 어레이(710)에 대한 프로그램 동작 및 독출 동작을 수행하도록 페이지 버퍼부(720), 로우 디코더(730) 및 전압 생성기(740)를 제어할 수 있다.
제어 회로(750)는 리드 페일 발생 여부를 판단하고 최적의 독출 전압 레벨을 결정하는 독출 레벨 설정부(755)를 포함할 수 있다. 독출 레벨 설정부(755)는 메모리 셀 어레이(710)에 포함된 상기 모니터링 셀들로부터 독출된 메모리 셀 정보(MC INFO)를 페이지 버퍼부(720)를 통하여 수신할 수 있다. 독출 레벨 설정부(755)는 메모리 셀 정보(MC INFO)에 기초하여 상기 모니터링 셀들 중 온-셀들의 수(또는 오프-셀들의 수)가 소정의 범위를 벗어났는지 여부를 확인함으로써, 리드 페일이 발생하였는지 여부를 판단할 수 있다. 리드 페일 발생된 것으로 판단된 경우, 독출 레벨 설정부(755)는 메모리 셀 정보(MC INFO)에 기초하여 상기 모니터링 셀들 중 상기 온-셀들의 수(또는 상기 오프-셀들의 수)에 따라 최적의 독출 전압 레벨을 결정할 수 있다. 실시예에 따라, 독출 레벨 설정부(755)는 제어 회로(750)의 내부 또는 외부에 위치할 수 있다. 예를 들어, 독출 레벨 설정부(755)는 페이지 버퍼부(720) 내부에 위치할 수 있다.
이하, 본 발명의 다른 실시예에 따른 비휘발성 메모리 장치의 데이터 독출 방법을 도 9 및 도 10을 참조하여 설명한다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 비휘발성 메모리 장치(700)는 데이터가 프로그램된 데이터 셀들 및 일정한 간격을 가지는 서로 다른 문턱 전압들을 가지도록 프로그램된 모니터링 셀들에 제1 독출 전압 레벨을 가지는 제1 독출 전압을 인가함으로써 제1 독출 동작을 수행한다(S610). 상기 제1 독출 동작에 의해, 상기 데이터 셀들로부터 상기 데이터가 독출되고, 상기 모니터링 셀들 각각이 온-셀인지 또는 오프-셀인지 여부를 나타내는 모니터링 셀 정보(MC INFO)가 검출될 수 있다. 모니터링 셀 정보(MC INFO)는 메모리 셀 어레이(710)로부터 페이지 버퍼부(720)로 독출되고, 페이지 버퍼부(720)는 모니터링 셀 정보(MC INFO)를 독출 레벨 설정부(755)에 제공할 수 있다.
독출 레벨 설정부(755)는 모니터링 셀 정보(MC INFO)에 기초하여 상기 모니터링 셀들 중 상기 제1 독출 전압 레벨보다 낮은 전압 레벨의 문턱 전압들을 가지는 온-셀들의 수(또는 오프-셀들의 수)를 카운트 한다(S620). 또한, 독출 레벨 설정부(755)는 상기 온-셀들의 수(또는 상기 오프-셀들의 수)가 소정의 범위를 벗어났는지 여부를 확인함으로써, 상기 제1 독출 동작 중 상기 리드 페일이 발생하였는지 여부를 판단할 수 있다(S630).
상기 온-셀들의 수(또는 상기 오프-셀들의 수)가 상기 소정의 범위를 벗어나지 않은 경우(S630: 아니오), 독출 레벨 설정부(755)는 상기 리드 페일이 발생하지 않은 것으로 판단하고, 비휘발성 메모리 장치(700)는 상기 제1 독출 동작에 의해 독출된 상기 데이터를 메모리 컨트롤러에 제공할 수 있다. 예를 들어, 상기 온-셀들의 수(또는 상기 오프-셀들의 수)가 문턱 전압 이동이 발생하지 않은 경우에 비하여 증가 또는 감소되지 않았거나, 소정의 개수 이하로 증가 또는 감소된 경우, 상기 독출 레벨 설정부(755)는 상기 리드 페일이 발생하지 않은 것으로 판단할 수 있다.
상기 온-셀들의 수(또는 상기 오프-셀들의 수)가 상기 소정의 범위를 벗어난 경우(S630: 예), 독출 레벨 설정부(755)는 메모리 셀 정보(MC INFO)에 기초하여 상기 모니터링 셀들 중 상기 온-셀들의 수(또는 상기 오프-셀들의 수)에 따라 제2 독출 전압 레벨을 결정한다(S640). 예를 들어, 독출 레벨 설정부(755)는 상기 제1 독출 전압 레벨에서 상기 제2 독출 전압 레벨로의 증감분이 상기 온-셀들의 수의 증감분에 선형적으로 반비례(즉, 상기 오프-셀들의 수의 증감분에 선형적으로 비례)하도록 상기 제2 독출 전압 레벨을 결정할 수 있다.
비휘발성 메모리 장치(700)는 독출 레벨 설정부(755)에 의해 결정된 상기 제2 독출 전압 레벨을 가지는 제2 독출 전압을 상기 데이터 셀들에 인가하여 제2 독출 동작을 수행한다(S650). 예를 들어, 제어 회로(750)는 상기 독출 전압이 독출 레벨 설정부(755)에 의해 결정된 상기 제2 독출 전압 레벨을 가지도록 전압 생성기(740)를 제어할 수 있다. 상기 제2 독출 전압 레벨이 상기 데이터 셀들의 문턱 전압 이동에 상응하는 상기 모니터링 셀들의 문턱 전압 이동에 기초하여 최적의 독출 전압 레벨로 결정되었으므로, 상기 제2 독출 동작에 의해 독출된 상기 데이터는 정확한 데이터일 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 비휘발성 메모리 장치(700)의 데이터 독출 방법에서, 비휘발성 메모리 장치(700)에 포함된 독출 레벨 설정부(755)가 상기 모니터링 셀들 중 온-셀들의 수(또는 오프-셀들의 수)에 따라 리드 페일 발생 여부를 판단하고 최적의 독출 전압 레벨을 결정하므로, 리드 페일이 발생하더라도 한번의 독출 재시도(즉, 상기 제2 독출 동작)만으로 정확한 데이터가 독출될 수 있다. 이에 따라, 최적의 독출 전압 레벨을 결정하기 위하여 다수 번의 독출 재시도를 수행하는 종래의 방식에 비하여 독출 시간이 감소될 수 있다.
도 11은 본 발명의 실시예들에 따른 메모리 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 11을 참조하면, 메모리 시스템(800)은 메모리 컨트롤러(810) 및 비휘발성 메모리 장치(820)를 포함한다.
비휘발성 메모리 장치(820)는 메모리 셀 어레이(821) 및 페이지 버퍼부(822)를 포함한다. 메모리 셀 어레이(821)는 데이터가 프로그램된 데이터 셀들 및 소정의 문턱 전압들을 가지도록 프로그램된 모니터링 셀들을 포함할 수 있다. 상기 데이터 셀들로부터 상기 데이터를 독출하는 제1 독출 동작 동안, 상기 모니터링 셀들로부터 상기 모니터링 셀들 각각이 온-셀인지 또는 오프-셀인지를 나타내는 모니터링 셀 정보가 독출될 수 있다. 상기 제1 독출 동작 동안 리드 페일이 발생한 경우, 비휘발성 메모리 장치(820)는 상기 모니터링 셀들 중 온-셀들의 수(또는 오프-셀들의 수)에 따라 결정된 최적의 독출 전압 레벨을 가지는 독출 전압을 이용하여 제2 독출 동작을 수행할 수 있다. 이에 따라, 상기 리드 페일이 발생하더라도, 본 발명의 실시예들에 따른 비휘발성 메모리 장치(820)는 한 번의 독출 재시도로 정확한 데이터를 독출할 수 있다.
메모리 컨트롤러(810)는 비휘발성 메모리 장치(820)를 제어한다. 메모리 컨트롤러(810)는 외부의 호스트(미도시)와 비휘발성 메모리 장치(820) 사이의 데이터 교환을 제어할 수 있다. 메모리 컨트롤러(810)는 중앙 처리 장치(811), 버퍼 메모리(812), 호스트 인터페이스(813) 및 메모리 인터페이스(814)를 포함할 수 있다. 중앙 처리 장치(811)는 상기 데이터 교환을 위한 동작을 수행할 수 있다. 버퍼 메모리(812)는 DRAM(Dynamic random access memory), SRAM(Static random access memory), PRAM(Phase random access memory), FRAM(Ferroelectric random access memory), RRAM(Resistive random access memory), 또는 MRAM(Magnetic random access memory)으로 구현될 수 있다. 실시예에 따라, 버퍼 메모리(812)는 메모리 컨트롤러(810)의 내부 또는 외부에 위치할 수 있다.
호스트 인터페이스(813)는 상기 호스트와 연결되고, 메모리 인터페이스(814)는 비휘발성 메모리 장치(820)와 연결된다. 중앙 처리 장치(811)는 호스트 인터페이스(813)를 통하여 상기 호스트와 통신할 수 있다. 예를 들어, 호스트 인터페이스(813)는 USB(Universal Serial Bus), MMC(Multi-Media Card), PCI-E(Peripheral Component Interconnect-Express), SAS(Serial-attached SCSI), SATA(Serial Advanced Technology Attachment), PATA(Parallel Advanced Technology Attachment), SCSI(Small Computer System Interface), ESDI(Enhanced Small Disk Interface), IDE(Integrated Drive Electronics) 등과 같은 다양한 인터페이스 프로토콜들 중 적어도 하나를 통해 호스트와 통신하도록 구성될 수 있다. 또한, 중앙 처리 장치(811)는 메모리 인터페이스(814)를 통하여 비휘발성 메모리 장치(820)와 통신할 수 있다. 실시예에 따라, 메모리 컨트롤러(810)는 에러 정정을 위한 에러 정정 블록(815)을 더 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 메모리 컨트롤러(810)가 비휘발성 메모리 장치(820)에 빌트-인(built-in)되어 구현되거나, 메모리 컨트롤러(810) 및 비휘발성 메모리 장치(820) 각각 별도의 칩으로 구현될 수 있다.
메모리 시스템(800)은 메모리 카드(memory card), 솔리드 스테이트 드라이브(solid state drive) 등과 같은 형태로 구현될 수 있다. 비휘발성 메모리 장치(820), 메모리 컨트롤러(810), 및/또는 메모리 시스템(800)은 다양한 형태들의 패키지를 이용하여 구현될 수 있는데, 예를 들어, PoP(Package on Package), Ball grid arrays(BGAs), Chip scale packages(CSPs), Plastic Leaded Chip Carrier(PLCC), Plastic Dual In-Line Package(PDIP), Die in Waffle Pack, Die in Wafer Form, Chip On Board(COB), Ceramic Dual In-Line Package(CERDIP), Plastic Metric Quad Flat Pack(MQFP), Thin Quad Flatpack(TQFP), Small Outline(SOIC), Shrink Small Outline Package(SSOP), Thin Small Outline(TSOP), Thin Quad Flatpack(TQFP), System In Package(SIP), Multi Chip Package(MCP), Wafer-level Fabricated Package(WFP), Wafer-Level Processed Stack Package(WSP) 등과 같은 패키지를 이용하여 구현될 수 있다.
도 12는 본 발명의 실시예들에 따른 메모리 시스템이 메모리 카드에 응용된 예를 나타내는 도면이다.
도 12를 참조하면, 메모리 카드(900)는 복수의 접속 핀들(910), 메모리 컨트롤러(920) 및 비휘발성 메모리 장치(930)를 포함한다.
호스트(미도시)와 메모리 카드(900) 사이의 신호들이 송수신되도록 복수의 접속 핀들(910)은 상기 호스트에 연결될 수 있다. 복수의 접속 핀들(910)은 클록 핀, 커맨드 핀, 데이터 핀 및/또는 리셋 핀을 포함할 수 있다.
메모리 컨트롤러(920)는, 상기 호스트로부터 데이터를 수신하고, 상기 수신된 데이터를 비휘발성 메모리 장치(930)에 저장할 수 있다.
비휘발성 메모리 장치(930)는 데이터가 프로그램된 데이터 셀들 및 소정의 문턱 전압들을 가지도록 프로그램된 모니터링 셀들을 포함할 수 있다. 상기 데이터 셀들로부터 상기 데이터를 독출하는 제1 독출 동작 동안, 상기 모니터링 셀들로부터 상기 모니터링 셀들 각각이 온-셀인지 또는 오프-셀인지를 나타내는 모니터링 셀 정보가 독출될 수 있다. 상기 제1 독출 동작 동안 리드 페일이 발생한 경우, 비휘발성 메모리 장치(930)는 상기 모니터링 셀들 중 온-셀들의 수(또는 오프-셀들의 수)에 따라 결정된 최적의 독출 전압 레벨을 가지는 독출 전압을 이용하여 제2 독출 동작을 수행할 수 있다. 이에 따라, 상기 리드 페일이 발생하더라도, 본 발명의 실시예들에 따른 비휘발성 메모리 장치(930)는 한 번의 독출 재시도로 정확한 데이터를 독출할 수 있다.
예를 들어, 메모리 카드(900)는 멀티미디어 카드(MultiMedia Card; MMC), 임베디드 멀티미디어 카드(embedded MultiMedia Card; eMMC), 하이브리드 임베디드 멀티미디어 카드(hybrid embedded MultiMedia Card; hybrid eMMC), SD(Secure Digital) 카드, 마이크로 SD 카드, 메모리 스틱(Memory Stick), ID 카드, PCMCIA(Personal Computer Memory Card International Association) 카드, 칩 카드(Chip Card), USB 카드, 스마트 카드(Smart Card), CF 카드(Compact Flash Card)등과 같은 메모리 카드일 수 있다.
실시예에 따라, 메모리 카드(900)는 컴퓨터(computer), 노트북(laptop), 핸드폰(cellular), 스마트 폰(smart phone), MP3 플레이어, 피디에이(Personal Digital Assistants; PDA), 피엠피(Portable Multimedia Player; PMP), 디지털 TV, 디지털 카메라, 포터블 게임 콘솔(portable game console) 등과 같은 호스트에 장착될 수 있다.
도 13은 본 발명의 실시예들에 따른 메모리 시스템이 솔리드 스테이트 드라이브에 응용된 예를 나타내는 도면이다.
도 13을 참조하면, 솔리드 스테이트 드라이브(Solid State Drive; SSD, 1000)는 메모리 컨트롤러(1010) 및 복수의 비휘발성 메모리 장치들(1020)을 포함한다.
메모리 컨트롤러(1010)는, 호스트(미도시)로부터 데이터를 수신하고, 상기 수신된 데이터를 복수의 비휘발성 메모리 장치들(1020)에 저장할 수 있다.
각 비휘발성 메모리 장치(1020)는 데이터가 프로그램된 데이터 셀들 및 소정의 문턱 전압들을 가지도록 프로그램된 모니터링 셀들을 포함할 수 있다. 상기 데이터 셀들로부터 상기 데이터를 독출하는 제1 독출 동작 동안, 상기 모니터링 셀들로부터 상기 모니터링 셀들 각각이 온-셀인지 또는 오프-셀인지를 나타내는 모니터링 셀 정보가 독출될 수 있다. 상기 제1 독출 동작 동안 리드 페일이 발생한 경우, 비휘발성 메모리 장치(1020)는 상기 모니터링 셀들 중 온-셀들의 수(또는 오프-셀들의 수)에 따라 결정된 최적의 독출 전압 레벨을 가지는 독출 전압을 이용하여 제2 독출 동작을 수행할 수 있다. 이에 따라, 상기 리드 페일이 발생하더라도, 본 발명의 실시예들에 따른 비휘발성 메모리 장치(1020)는 한 번의 독출 재시도로 정확한 데이터를 독출할 수 있다.
실시예에 따라, 솔리드 스테이트 드라이브(1000)는 컴퓨터(computer), 노트북(laptop), 핸드폰(cellular), 스마트폰(smart phone), MP3 플레이어, 피디에이(Personal Digital Assistants; PDA), 피엠피(Portable Multimedia Player; PMP), 디지털 TV, 디지털 카메라, 포터블 게임 콘솔(portable game console) 등과 같은 호스트에 장착될 수 있다.
도 14는 본 발명의 실시예들에 따른 컴퓨팅 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 14를 참조하면, 컴퓨팅 시스템(1100)은 프로세서(1110), 메모리 장치(1120), 사용자 인터페이스(1130) 및 메모리 시스템(800)을 포함한다. 실시예에 따라, 컴퓨팅 시스템(1100)은 베이스밴드 칩 셋(baseband chipset)과 같은 모뎀(1140)을 더 포함할 수 있다.
프로세서(1110)는 특정 계산들 또는 태스크들을 실행할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(1110)는 마이크로프로세서 또는 중앙 처리 장치(CPU)일 수 있다. 프로세서(1110)는 어드레스 버스, 제어 버스 및/또는 데이터 버스와 같은 버스(1150)를 통하여 메모리 장치(1120)에 연결될 수 있다. 예를 들어, 메모리 장치(1120)는 디램(DRAM), 모바일 디램, 에스램(SRAM), 피램(PRAM), 에프램(FRAM), 알램(RRAM) 및/또는 엠램(MRAM)으로 구현될 수 있다. 또한, 프로세서(1110)는 주변 구성요소 상호연결(peripheral component interconnect, PCI) 버스와 같은 확장 버스에 연결될 수 있다. 이에 따라, 프로세서(1110)는 키보드 또는 마우스와 같은 하나 이상의 입력 장치, 프린터 또는 디스플레이 장치와 같은 하나 이상의 출력 장치를 포함하는 사용자 인터페이스(1130)를 제어할 수 있다. 모뎀(1140)은 외부 장치와 무선으로 데이터를 송수신할 수 있다. 메모리 장치(820)에는 프로세서(1110)에 의해 처리된 데이터 또는 모뎀(1140)을 통하여 수신된 데이터 등이 메모리 컨트롤러(810)를 통해 저장될 수 있다. 컴퓨팅 시스템(1100)은 동작 전압을 공급하기 위한 파워 서플라이를 더 포함할 수 있다. 또한, 컴퓨팅 시스템(1100)은, 실시예에 따라, 응용 칩셋(application chipset), 카메라 이미지 프로세서(camera image processor, CIS) 등을 더 포함할 수 있다.
본 발명은 플래시 메모리와 같은 비휘발성 메모리 장치, 및 이를 포함하는 다양한 장치 및 시스템에 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명은 비휘발성 메모리 장치를 구비하는 메모리 카드, 솔리드 스테이트 드라이브(Solid State Drive; SSD), 컴퓨터(computer), 노트북(laptop), 핸드폰(cellular), 스마트폰(smart phone), MP3 플레이어, 피디에이(Personal Digital Assistants; PDA), 피엠피(Portable Multimedia Player; PMP), 디지털 TV, 디지털 카메라, 포터블 게임 콘솔(portable game console) 등과 같은 전자 기기에 확대 적용될 수 있을 것이다.
상기에서는 본 발명의 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 것이다.

Claims (10)

  1. 데이터 셀들 및 모니터링 셀들을 포함하는 비휘발성 메모리 장치의 데이터 독출 방법에 있어서,
    데이터가 프로그램된 상기 데이터 셀들 및 소정의 문턱 전압들을 가지도록 프로그램된 상기 모니터링 셀들에 제1 독출 전압 레벨을 가지는 제1 독출 전압을 인가하여 제1 독출 동작을 수행하는 단계;
    상기 제1 독출 동작 중 리드 페일이 발생하였는지 여부를 확인하는 단계;
    상기 리드 페일이 발생한 경우, 상기 모니터링 셀들 중 상기 제1 독출 전압 레벨보다 낮은 전압 레벨의 문턱 전압들을 가지는 온-셀들의 수에 따라 제2 독출 전압 레벨을 결정하는 단계; 및
    상기 데이터 셀들에 상기 제2 독출 전압 레벨을 가지는 제2 독출 전압을 인가하여 제2 독출 동작을 수행하는 단계를 포함하는 데이터 독출 방법.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 모니터링 셀들은 일정한 간격을 가지는 서로 다른 문턱 전압들을 가지도록 프로그램된 것을 특징으로 하는 데이터 독출 방법.
  3. 제1 항에 있어서, 상기 제2 독출 전압 레벨은 상기 모니터링 셀들 중 상기 온-셀들의 수에 선형적으로 반비례하여 결정되는 것을 특징으로 하는 데이터 독출 방법.
  4. 제1 항에 있어서, 상기 모니터링 셀들은 상기 데이터 셀들에 상기 데이터를 프로그램하는 프로그램 전압에 의해 프로그램되는 것을 특징으로 하는 데이터 독출 방법.
  5. 제4 항에 있어서, 상기 프로그램 전압은 증가형 스텝 펄스 프로그램(Incremental Step Pulse Program; ISPP) 전압이고,
    상기 증가형 스텝 펄스 프로그램 전압이 상기 모니터링 셀들에 인가되는 횟수는 상기 각각의 모니터링 셀들에 대하여 서로 다른 것을 특징으로 하는 데이터 독출 방법.
  6. 제1 항에 있어서, 상기 데이터 및 상기 모니터링 셀들 각각이 온-셀인지 또는 오프-셀인지 여부를 나타내는 모니터링 셀 정보를 포함하는 상기 제1 독출 동작의 결과를 메모리 컨트롤러에 제공하는 단계를 더 포함하고,
    상기 제1 독출 동작 중 리드 페일이 발생하였는지 여부를 확인하는 단계는,
    상기 메모리 컨트롤러에서 상기 데이터가 에러 정정 코드에 의해 복구되지 않는 오류를 포함하는지 여부를 확인하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 독출 방법.
  7. 제6 항에 있어서, 상기 제2 독출 전압 레벨은 상기 메모리 컨트롤러에 의해 결정되고, 상기 메모리 컨트롤러는 상기 결정된 제2 독출 전압 레벨에 대한 정보를 포함하는 독출 레벨 설정 커맨드를 상기 비휘발성 메모리 장치에 제공하는 것을 특징으로 하는 데이터 독출 방법.
  8. 제1 항에 있어서, 상기 제1 독출 동작 중 리드 페일이 발생하였는지 여부를 확인하는 단계는,
    상기 비휘발성 메모리 장치가 상기 모니터링 셀들 중 상기 온-셀들의 수가 소정의 범위를 벗어났는지 여부를 확인하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 독출 방법.
  9. 제8 항에 있어서, 상기 제2 독출 전압 레벨은 상기 비휘발성 메모리 장치 내부의 독출 레벨 설정부에 의해 결정되고, 상기 비휘발성 메모리 장치는 상기 결정된 제2 독출 전압 레벨에 기초하여 상기 제2 독출 동작을 수행하는 것을 특징으로 하는 데이터 독출 방법.
  10. 데이터 셀들 및 모니터링 셀들을 포함하는 비휘발성 메모리 장치의 데이터 독출 방법에 있어서,
    데이터가 프로그램된 상기 데이터 셀들 및 일정한 간격을 가지는 서로 다른 문턱 전압들을 가지도록 프로그램된 상기 모니터링 셀들에 제1 독출 전압 레벨을 가지는 제1 독출 전압을 인가하여 제1 독출 동작을 수행하는 단계;
    상기 데이터 및 상기 모니터링 셀들 각각이 온-셀인지 또는 오프-셀인지 여부를 나타내는 모니터링 셀 정보를 포함하는 상기 제1 독출 동작의 결과를 메모리 컨트롤러에 제공하는 단계;
    상기 메모리 컨트롤러에서 상기 데이터가 에러 정정 코드에 의해 복구되지 않는 오류를 포함하는지 여부를 확인하는 단계;
    상기 데이터가 상기 복구되지 않는 오류를 포함하는 경우, 상기 메모리 컨트롤러가 상기 모니터링 셀 정보에 기초하여 상기 모니터링 셀들 중 상기 온-셀들의 수에 따라 제2 독출 전압 레벨을 결정하는 단계;
    상기 메모리 컨트롤러가 상기 결정된 제2 독출 전압 레벨에 대한 정보를 포함하는 독출 레벨 설정 커맨드를 상기 비휘발성 메모리 장치에 제공하는 단계; 및
    상기 비휘발성 메모리 장치가 상기 데이터 셀들에 상기 제2 독출 전압 레벨을 가지는 제2 독출 전압을 인가하여 제2 독출 동작을 수행하는 단계를 포함하는 데이터 독출 방법.
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