半導體存儲器設備及其操作方法
【專利說明】半導體存儲器設備及其操作方法
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請要求2014年12月17日提交的韓國專利申請10-2014-0182646號的優(yōu)先權，其全部內容通過引用合并于此。
技術領域
[0003]本發(fā)明的各種示例性實施例涉及一種半導體存儲器系統(tǒng)，尤其涉及能夠提高數據讀取的可靠性的半導體存儲器系統(tǒng)及其操作方法。
【背景技術】
[0004]諸如快閃存儲器設備的非易失性半導體存儲器設備盡管斷電仍保持存儲在存儲器塊中的數據。非易失性半導體存儲器設備能夠通過重復地執(zhí)行編程和擦除數據的操作重復地將數據存儲在存儲器塊中。編程/擦除循環(huán)的數量體現(xiàn)這種編程操作和擦除操作的重復數量。單個編程/擦除循環(huán)包括單個編程操作和單個擦除操作。隨著重復地執(zhí)行編程操作和擦除操作，編程/擦除循環(huán)的數量可能增加。
[0005]編程/擦除循環(huán)的數量可以參考編程電壓被劃分為多個編程/擦除循環(huán)組。此外，編程/擦除循環(huán)的數量可以參考讀取電壓被劃分為多個讀取-重試組。
[0006]圖1A是例示適用于半導體存儲器設備中的數據編程的編程/擦除循環(huán)組的表。圖1B是例示適用于半導體存儲器設備中的數據讀取的讀取-重試組的表。
[0007]參考圖1A，編程/擦除循環(huán)組可以包括第一到第五編程/擦除循環(huán)組PGrl、PGr2、PGr3、PGr4和PGr5。例如，第一編程/擦除循環(huán)組PGrl可以表示范圍在O以上0.2K以下的編程/擦除循環(huán)數，第二編程/擦除循環(huán)組PGr2可以表示范圍在0.2K以上0.5K以下的編程/擦除循環(huán)數，第三編程/擦除循環(huán)組PGr3可以表示范圍在0.5K以上IK以下的編程/擦除循環(huán)數，第四編程/擦除循環(huán)組PGr4可以表示范圍在IK以上2K以下的編程/擦除循環(huán)數，第五編程/擦除循環(huán)組PGr5可以表示范圍在2K以上3K以下的編程/擦除循環(huán)數。
[0008]第一到第五編程/擦除循環(huán)組PGrl、PGr2、PGr3、PGr4和PGr5中的每一個包括多個表示存儲器塊的地址的索引。多個索引可以分別對應于多個編程電壓PVL。例如，第一編程/擦除循環(huán)組PGrl的索引O到索引η可以與在數據編程期間分別施加到第O到第η存儲器塊的編程電壓PVlO到PVln的值相對應。第二編程/擦除循環(huán)組PGr2的索引O到索引η可以與在數據編程期間施加的編程電壓PV20到PV2n的值相對應。第三編程/擦除循環(huán)組PGr3的索引O到索引η可以與在數據編程期間施加的編程電壓PV30到PV3n的值相對應。第四編程/擦除循環(huán)組PGr4的索引O到索引η可以與在數據編程期間施加的編程電壓PV40到PV4n的值相對應。第五編程/擦除循環(huán)組PGr5的索引O到索引η可以與在數據編程期間施加的編程電壓PV50到PV5n的值相對應。
[0009]參考圖1B，讀取-重試組可以包括第一到第五讀取-重試組RGrl、RGr2、RGr3、RGr4和RGr5。第一到第五讀取-重試組RGrl、RGr2、RGr3、RGr4和RGr5分別對應于第一到第五編程/擦除循環(huán)組PGrl、PGr2、PGr3、PGr4和PGr5。
[0010]例如，第一讀取-重試組RGrl可以表示范圍在O以上0.2K以下的編程/擦除循環(huán)數，第二讀取-重試組RGr2可以表示范圍在0.2K以上0.5K以下的編程/擦除循環(huán)數，第三讀取-重試組RGr3可以表示范圍在0.5K以上IK以下的編程/擦除循環(huán)數，第四讀取-重試組RGr4可以表示范圍在IK以上2K以下的編程/擦除循環(huán)數，第五讀取-重試組RGr5可以表示范圍在2K以上3K以下的編程/擦除循環(huán)數。
[0011]第一到第五讀取-重試組RGrl、RGr2、RGr3、RGr4和RGr5中的每一個分別包括索引O到索引η。索引O到索引η中的每一個可以與在多層單元(MLC)快閃存儲器設備的數據讀取期間分別施加到第O到第η存儲器塊的多個讀取電壓的值相對應。例如，第O索引(索引O)可以與在MLC的數據讀取期間施加到第O存儲器塊的讀取電壓REVL1、REVL2和REVL3的3個值RV10、RV20和RV30相對應。第I索引(索引I)可以與在MLC的數據讀取期間施加到第I存儲器塊的讀取電壓REVL1、REVL2和REVL3的3個值RV11、RV21和RV31相對應。第η索引(索引η)可以與在MLC的數據讀取期間施加到第η存儲器塊的讀取電壓 REVLl、REVL2 和 REVL3 的 3 個值 RVln、RV2n 和 RV3n 相對應。
[0012]可以以存儲器芯片為單位管理多個編程/擦除循環(huán)組和多個讀取-重試組。
[0013]在使用第一到第五編程/擦除循環(huán)組PGrl、PGr2、PGr3、PGr4和PGr5將數據編程在半導體存儲器設備中，并然后使用第一到第五讀取-重試組RGrl、RGr2、RGr3、RGr4和RGr5從半導體存儲器設備讀取數據時，可能發(fā)生失配。
[0014]例如，在存儲器芯片的編程/擦除循環(huán)數為499時，使用第二編程/擦除循環(huán)組PGr2對該存儲器芯片中的第一存儲器塊執(zhí)行數據編程操作。之后，在由于對相同存儲器芯片的進一步編程操作存儲器芯片的編程/擦除循環(huán)數被改編為501時，使用第三編程/擦除循環(huán)組PGr3對相同存儲器芯片的第三存儲器塊執(zhí)行數據編程操作。即，根據編程/擦除循環(huán)數，使用彼此不同的第二和第三編程/擦除循環(huán)組PGr2和PGr3對相同存儲器芯片的第一和第三存儲器塊執(zhí)行數據編程操作。
[0015]之后，在對第一存儲器塊的數據讀取操作期間，在存儲器芯片的編程/擦除循環(huán)數在999以下時，參考第三讀取-重試組RGr3從第一存儲器塊讀取數據。
[0016]因為使用第二編程/擦除循環(huán)組PGr2將數據編程到第一存儲器塊，并參考第三讀取-重試組RGr3從第一存儲器塊讀取編程的數據，所以可能發(fā)生第一存儲器塊的讀取失敗。即，由于編程條件和讀取條件之間的差別可能發(fā)生第一存儲器塊的讀取失敗。
[0017]如上所述，在編程條件和讀取條件彼此不同時可能發(fā)生讀取失敗。因此，半導體存儲器設備的穩(wěn)定操作可能無法被執(zhí)行，而劣化半導體存儲器設備的特性。

【發(fā)明內容】

[0018]本發(fā)明的各種實施例針對能夠可靠地讀取數據的半導體存儲器系統(tǒng)及其操作方法。
[0019]根據本發(fā)明的實施例，半導體存儲器系統(tǒng)的操作方法可以包括:對存儲在半導體存儲系統(tǒng)中的第一數據執(zhí)行第一錯誤校正碼(ECC)解碼，其中，第一數據包括用戶數據、針對用戶數據的ECC數據以及針對用戶數據的狀態(tài)數據；以及在對用戶數據的第一 ECC解碼失敗時，通過基于第一數據的狀態(tài)數據改變讀取電壓來對用戶數據執(zhí)行第二 ECC解碼。
[0020]狀態(tài)數據可以包括在第一數據被存儲到半導體存儲器系統(tǒng)中時使用的編程電壓的信息。
[0021]編程電壓的信息可以是與多個編程電壓組之一相對應的索引，多個編程電壓組中的每一個是用于將數據存儲到半導體存儲器系統(tǒng)中的編程電壓的組，且多個編程電壓組中的每一個被編索引。
[0022]第二步驟可以根據與索引相對應的一個或更多讀取-重試電壓并通過讀取-重試的方式對用戶數據執(zhí)行第二 ECC解碼。
[0023]半導體存儲器系統(tǒng)可以是多級單元(MLC)存儲器系統(tǒng)。
[0024]狀態(tài)數據可以是最低有效位(LSB)數據。
[0025]與狀態(tài)數據相對應的最高有效位(MSB)數據可以具有“FF”值。
[0026]狀態(tài)數據可以包括多個在第一數據被存儲到半導體存儲器系統(tǒng)中時使用的編程電壓的信息。
[0027]半導體存儲器系統(tǒng)可以包括狀態(tài)數據存儲區(qū)域。
[0028]用于編程操作的數據單元的索引和數據單元的狀態(tài)數據被存儲在狀態(tài)數據存儲區(qū)域中。
[0029]根據本發(fā)明的實施例，半導體存儲器系統(tǒng)可以包括:半導體存儲器設備；以及控制器，其中該控制器包括對存儲在半導體存儲系統(tǒng)中的第一數據的用戶數據執(zhí)行第一 ECC解碼的第一設備，其中，第一數據包括用戶數據、針對用戶數據的ECC數據以及針對用戶數據的狀態(tài)數據；以及在對用戶數據的第一 ECC解碼失敗時，通過基于第一數據的狀態(tài)數據改變讀取電壓來對用戶數據執(zhí)行第二 ECC解碼的第二設備。
[0030]狀態(tài)數據可以包括在第一數據被存儲到半導體存儲器系統(tǒng)中時使用的編程電壓的信息。
[0031]編程電壓的信息可以是與多個編程電壓組之一相對應的索引，多個編程電壓組中的每一個是用于將數據存儲到半導體存儲器系統(tǒng)中的編程電壓的組，且多個編程電壓組中的每一個被編索引。
[0032]第二設備可以根據與索引相對應的一個或更多讀取-重試電壓并通過讀取-重試的方式對用戶數據執(zhí)行第二 ECC解碼。
[0033]半導體存儲器系統(tǒng)可以是多級單元(MLC)存儲器系統(tǒng)。
[0034]狀態(tài)數據可以是最低有效位(LSB)數據。
[0035]與狀態(tài)數據相對應的最高有效位(MSB)數據可以具有“FF”值。
[0036]狀態(tài)數據可以包括多個在第一數據被存儲到半導體存儲器系統(tǒng)中時使用的編程電壓的信息。
[0037]半導體存儲器系統(tǒng)可以包括狀態(tài)數據存儲區(qū)域。
[0038]用于編程操作的數據單元的索引和數據單元的狀態(tài)數據可以被存儲在狀態(tài)數據存儲區(qū)域中。
[0039]根據本發(fā)明的實施例，控制器可以包括:第一設備，其利用第一讀取電壓對存儲在半導體存儲系統(tǒng)中的第一數據的用戶數據執(zhí)行第一 ECC解碼，并用于確定對用戶數據的第一解碼是否成功，其中，第一數據包括用戶數據、針對用戶數據的ECC數據以及針對用戶數據的狀態(tài)數據；第二設備，其在對用戶數據的第一 ECC解碼失敗時，基于第一數據的狀態(tài)數據將第一讀取電壓改變?yōu)榈诙x取電壓；以及第三設備，其利用第二讀取電壓對用戶數據執(zhí)行第二 ECC解碼，并用于確定對用戶數據的第二解碼是否成功，其中，第三裝置通過改變第二讀取電壓預定次數重復用戶數據的第二 ECC解碼的執(zhí)行，直到對用戶數據的第二 ECC解碼成功。
[0040]狀態(tài)數據可以包括在第一數據被存儲到半導體存儲器系統(tǒng)中時使用的編程電壓的信息。
[0041]編程電壓的信息可以是與多個編程電壓組之一相對應的索引，多個編程電壓組中的每一個是用于將數據存儲到半導體存儲器系統(tǒng)中的編程電壓的組，且多個編程電壓組中的每一個被編索引。
[0042]第三設備可以根據與索引相對應的一個或更多讀取-重試電壓并通過讀取-重試的方式對用戶數據執(zhí)行第二 ECC解碼。
[0043]狀態(tài)數據可以包括在第一數據被存儲到半導體存儲器系統(tǒng)中時使用的多個重復的編程電壓的信息。
[0044]根據本發(fā)明實施例，附加地存儲編程/擦除循環(huán)組的信息，該信息包括在對存儲器塊的數據編程操作期間使用的編程電壓的信息。在對所編程的數據的ECC解碼失敗時，可以基于編程/擦除循環(huán)組的信息重新讀取所編程數據。因此，所編程數據可以被可靠地讀取。
[0045]根據本發(fā)明實施例，作為狀態(tài)數據附加地存儲編程/擦除循環(huán)組的信息，該信息包括在將用戶數據編程到存儲器塊中的同時使用的編程電壓的信息。當對編程的用戶數據的第一 ECC解碼失敗時，可以對編程的用戶數據再次執(zhí)行讀取操作，且可以基于編程的狀態(tài)數據對重新讀取的用戶數據執(zhí)行第二 ECC解碼。因此，用戶數據可以被可靠地讀取。
【附圖說明】
[0046]圖1A是例示適用于半導體存儲器設備中的編程數據的編程/擦除循環(huán)組的表。
[0047]圖1B是例示適用于從半導體存儲器設備讀取數據的讀取-重試組的表。
[0048]圖2是示意性例示根據本發(fā)明實施例的半導體存儲器系統(tǒng)的框圖。
[0049]圖3是示意性例示根據本發(fā)明實施例的包括在半導體存儲器設備中的存儲器塊的存儲器單元陣列電路的電路圖。
[0050]圖4是例示根據本發(fā)明實施例的半導體存儲器設備的操作的流程圖。
[0051]圖5是例示根據本發(fā)明實施例的數據格式的示意圖。
[0052]圖6A到圖6C是示意性例示根據本發(fā)明實施例的將狀態(tài)數據存儲在存儲器塊中的操作的圖。
[0053]圖7到圖11是示意性例示根據本發(fā)明實施例的三維(3D)非易失性存儲器設備的圖。
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