KR101603099B1

KR101603099B1 - 불안정 메모리 셀 산포를 검출하는 메모리 시스템 및 상기 불안정 메모리 셀 산포 검출방법

Info

Publication number: KR101603099B1
Application number: KR1020090094047A
Authority: KR
Inventors: 김선택; 경윤영
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2009-10-01
Filing date: 2009-10-01
Publication date: 2016-03-28
Anticipated expiration: 2029-10-01
Also published as: DE102010037290A1; US8122295B2; JP5678302B2; CN102033785B; CN102033785A; TWI515742B; KR20110036398A; TW201129982A; JP2011076706A; US20110083039A1

Abstract

본 발명은 불안정한 문턱전압을 가진 메모리 셀들이 많이 존재하는 페이지를 검출하는 불안정 메모리 셀 산포를 검출하는 메모리 시스템 및 불안정 메모리 셀 산포 검출방법을 개시한다. 상기 메모리 시스템은, SSD 및 메모리 컨트롤러를 구비한다. 상기 SSD는 복수 개의 메모리 셀을 포함한다. 상기 메모리 컨트롤러는, 상기 SSD에 데이터를 기록하거나 기록된 데이터를 읽는 기능을 수행하며, 상기 SSD에 표준읽기전압 및 상기 표준읽기전압과 일정한 전압준위의 차이가 있는 수정읽기전압을 인가하고, 상기 표준읽기전압 및 상기 수정읽기전압을 이용하여 상기 SSD에 저장된 데이터의 산포를 분석하여 상기 SSD에 저장된 데이터의 유효성 여부를 판단하고 상기 SSD에 저장된 데이터를 교정하는 기능을 수행한다.

메모리 셀, 산포, 문턱전압, 읽기오류,

Description

불안정 메모리 셀 산포를 검출하는 메모리 시스템 및 상기 불안정 메모리 셀 산포 검출방법{A memory system detecting th distributionof unstable memory cell and the method for detecting the distribution of unstable memory cell}

본 발명은 메모리 시스템에 관한 것으로, 특히 불안정한 메모리 셀 산포를 검출하고 이를 보완하는 메모리 시스템 및 검출방법에 관한 것이다.

컴퓨터는 저장 매체로서 하드 디스크를 채용하고 있는데, 자기 저장 방식의 하드 디스크는 저장용량은 크지만, 충격을 받으면 데이터가 없어질 수도 있고, 모터로 돌리는 디스크를 핀으로 읽는 방식이므로 지름 안쪽과 바깥쪽을 읽는 속도도 다르다. 상기 하드 디스크의 대용으로 플래시 메모리(Flash Memory)를 내장한 SSD(Solid State Disc)가 최근에 제안되었는데, 데이터의 액세스 속도는 하드 디스크에 비해 빠르며, 특히 여러 개의 파일을 한꺼번에 읽어야 할 때, SSD의 속도는 놀랄 만큼 빠르다.

일반적인 메모리 시스템은 데이터를 저장하기 위한 메모리와 메모리의 동작을 제어하는 메모리 컨트롤러를 구비한다. 반도체 메모리의 한 종류인 플래시 메모리는 데이터가 저장되는 메모리 셀 즉 플로팅 게이트(floating gate)를 포함하고 있 는 트랜지스터를 구비한다. 플로팅 게이트에 일정한 양의 전하(charge)를 축적시키는 것을 프로그램이라고 하는데, 각각의 메모리 셀에는 싱글 비트 데이터(single bit data) 또는 멀티 비트 데이터(multi bit data)가 저장된다. 싱글 비트 데이터를 저장하는 메모리 셀은 문턱 전압 분포(threshold voltage distribution)에 따라 두 개의 전압준위(voltage level)를 가지고, 멀티 비트 데이터를 저장하는 메모리 셀은 4개 또는 그 이상의 전압준위를 가진다.

싱글 비트, 즉 논리 1(one) 및 논리 0(zero)을 표현하고자 하는 경우 플로팅 게이트에 일정한 양의 전하가 축적되어 있는 트랜지스터와 전하가 축적되어 있지 않은 트랜지스터로 이를 구현할 수 있다. 즉 플로팅 게이트에 저장된 전하들은 해당 트랜지스터의 문턱전압을 결정하게 되므로, 트랜지스터의 게이트 단자에 일정한 전압준위를 가지는 신호를 인가하였을 때 턴 온 되는 트랜지스터와 턴 온 되지 않는 트랜지스터를 구별할 수 있다. 이 때 게이트 단자에 인가되는 일정한 전압준위를 읽기전압준위(read voltage level)라고 하며 싱글 비트의 경우 한 종류의 읽기전압준위 만이 필요하게 된다.

논리 00, 01, 10, 및 11과 같은 멀티 비트를 표현하고자 하는 경우, 플로팅 게이트에 축적시키는 전하의 양을 3가지로 구별하여야 하므로, 읽기전압준위는 3종류가 필요하게 된다. 플로팅 게이트에 저장된 전하들은, 플래시 메모리의 온도 변화에 따른 이동도(mobility)의 변화, 시간이 경과함에 따른 충전전하의 감소, 프로그램 시 인접 셀 디스터브(disturb) 등 여러 가지 원인에 의해 셀의 문턱전압이 일정한 범위에서 변화가 불가피하다. 따라서 프로그램 시부터 읽기전압준위를 고려한 각각의 준위 사이의 일정한 여유(margin)를 고려하여 전하의 양을 축적시킨다.

플래시 메모리 셀에 데이터를 기록하는 기본 단위는 페이지(page)이며, 플래시 메모리의 메모리 셀을 프로그램하기 위해서는 소스, 드레인, 게이트 및 벌크에 일정한 전압을 인가하여야 한다. 프로그램을 진행하던 도중 갑자기 전원이 꺼지는 상황이 발생한다면, 전원이 꺼지는 순간에 프로그램 하던 페이지는 프로그램이 완료되지 않으므로 완전한 데이터가 해당 페이지에 저장되지 않게 된다. 이러한 상태의 페이지에 저장된 데이터는 사용할 수가 없으며 일반적으로는 교정이 불가능한 상태가 된다.

페이지 읽기 시 메모리 컨트롤러에서는 ECC 알고리즘의 지시에 따라 해당 페이지의 상태가 교정 불가능 에러신호(Uncorrectable ECC Error) 또는 교정 가능 에러신호(Correctable ECC Error) 중 어떤 신호를 생성할 것인지가 결정된다. 메모리 컨트롤러는 상기와 같이 해당 페이지가 정상적으로 프로그램 되지 않았다고 판단하는 경우, 교정 불가능 에러신호(Uncorrectable ECC Error)를 생성시킴으로서 해당 페이지의 데이터를 무효데이터로 처리한다. 즉, 전원이 차단되기 직전에 프로그램 하던 페이지이고, 갑작스런 전원의 차단으로 인해 에러가 발생하였다고 판단된 경우, 해당 페이지는 불명확한 데이터(invalid data)로 처리하여, 마지막 쓰기 요청의 LBA(Logical Block Address) 데이터는 무시한다.

그러나 프로그램 상태가 거의 완료되기 직전이었을 경우 해당 페이지에 저장된 데이터는 교정이 가능할 수도 있는데, 이러한 경우 메모리 컨트롤러는 교정 가능 에러신호(Correctable ECC Error)를 생성시킴으로서 해당 페이지를 추후에 사용 할 수 있도록 한다. 여기서 프로그램이 거의 완료되기 직전의 상태라 함은 필요한 양의 전하가 해당 플로팅 게이트에 충분하지는 않지만 어느 정도는 축적되었음을 의미한다. 그러나 이러한 상태의 페이지를 교정이 가능하다고 하여 데이터를 보완함이 없이 그대로 사용할 경우, 저장된 데이터를 읽을 때 읽기 오류(read error)가 발생할 여지가 충분하다. 이 경우 메모리 컨트롤러에서 교정 가능 에러신호를 생성하였기 때문에, 해당 페이지는 추후에 프로그램을 다시 실시하지 않게 되므로, 축적된 전하가 불충분한 상태로 남아있게 된다.

플로팅 게이트에 축적된 전하의 양은 저장된 데이터를 읽는 과정 또는 자연적인 누설로 인해 감소 될 수 있다. 그렇지 않아도 불충분하게 축적된 전하가 더 줄어들게 된다면 해당 셀에 저장된 데이터는 프로그램 할 때의 의도와는 다른 값을 나타내게 된다.

프로그램을 진행하던 도중 전원이 꺼지고, 따라서 프로그램이 완벽하게 마무리 되지는 않았지만, 거의 완료가 되었다고 판단되는 페이지에 저장된 데이터를 읽을 때 발생될 수 있는 읽기 오류를 차단할 수 있는 방법이 요구된다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적과제는, 불안정한 문턱전압을 가진 메모리 셀들이 많이 존재하는 페이지를 검출하는 불안정 메모리 셀 산포를 검출하는 메모리 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적과제는, 불안정 메모리 셀 산포를 검출하는 방법을 제공하는데 있다.

상기 기술적과제를 이루기 위한 본 발명의 일면에 따른 메모리 시스템은, SSD 및 메모리 컨트롤러를 구비한다. 상기 SSD는 복수 개의 메모리 셀을 포함한다. 상기 메모리 컨트롤러는, 상기 SSD에 데이터를 기록하거나 기록된 데이터를 읽는 기능을 수행하며, 상기 SSD에 표준읽기전압 및 상기 표준읽기전압과 일정한 전압준위의 차이가 있는 수정읽기전압을 인가하고, 상기 표준읽기전압 및 상기 수정읽기전압을 이용하여 상기 SSD에 저장된 데이터의 산포를 분석하여 상기 SSD에 저장된 데이터의 유효성 여부를 판단하고 상기 SSD에 저장된 데이터를 교정하는 기능을 수행한다.

상기 기술적과제를 이루기 위한 본 발명의 다른 일면에 따른 메모리시스템에 있어서, 상기 메모리 컨트롤러는 상기 메모리장치에 포함된 메모리 셀에 저장된 데이터를 표준읽기전압준위 및 수정읽기전압준위를 이용하여 해당 메모리 셀 또는 해당 메모리 페이지에서 발생되는 읽기오류를 검출하고, 검출된 결과에 따라 해당 메 모리 셀을 그대로 사용하는 경우, 해당 메모리 셀에 데이터를 새로 저장하여야 하는 경우 중 하나의 경우를 판단하는 기능을 수행한다.

상기 다른 기술적과제를 이루기 위한 본 발명의 일면에 따른 불안정 메모리 셀 산포를 검출하는 방법은, 단일의 메모리 셀 또는 복수 개의 메모리 셀을 포함하는 페이지에 포함된 복수 개의 메모리 셀들 중 불안정 메모리 셀의 산포를 검출하는 불안정 메모리 셀 산포를 검출하는 것으로, 메모리 셀의 초기상태 파악단계 및 메모리 셀 교정여부 파악단계를 구비한다. 상기 메모리 셀의 초기상태 파악단계는 표준읽기전압준위로 메모리 셀에 저장된 데이터를 읽었을 때 읽기오류가 없는 경우, 읽기오류가 발생한 경우라면 교정이 가능 한 경우 및 교정이 불가능한 경우 중 어느 경우인가를 판단한다. 상기 메모리 셀 교정여부 파악단계는 발생한 읽기오류가 교정이 가능한 경우로 판단된 경우, 상기 표준읽기전압준위와 다른 전압준위를 가지는 수정읽기전압준위로 상기 메모리 셀에 저장된 데이터를 읽고, 상기 수정읽기전압준위로 상기 메모리 셀에 저장된 데이터를 읽을 때 발생하는 읽기오류가 교정가능 한 경우인가 및 읽기오류가 교정이 불가능한 경우 중 어느 경우인가를 판단한다.

상기 기술적과제를 이루기 위한 본 발명의 다른 일면에 따른 불안정 메모리 셀 산포를 검출하는 방법은, 단일의 메모리 셀 또는 복수 개의 메모리 셀을 포함하는 페이지에 포함된 복수 개의 메모리 셀들 중 불안정 메모리 셀의 산포를 검출하는 불안정 메모리 셀 산포를 검출하는 것으로서, 메모리 셀의 초기상태 파악단계 및 메모리 셀 교정여부 파악단계를 구비한다. 상기 메모리 셀의 초기상태 파악단계 는 표준읽기전압준위로 메모리 셀에 저장된 데이터를 읽었을 때 읽기오류가 없는 경우, 읽기오류가 발생한 경우라면 교정이 가능 한 경우 및 교정이 불가능한 경우 중 어느 경우인가를 판단한다. 상기 메모리 셀 교정여부 파악단계는 발생한 읽기오류가 교정이 가능한 경우로 판단된 경우, 상기 표준읽기전압준위와 다른 전압준위를 가지는 수정읽기전압준위로 상기 메모리 셀에 저장된 데이터를 읽고, 상기 수정읽기전압준위로 상기 메모리 셀에 저장된 데이터를 읽을 때 발생하는 읽기오류가 교정가능 한 경우인가 및 읽기오류가 교정이 불가능한 경우 중 어느 경우인가를 판단한다. 여기서 상기 메모리 셀 교정여부 파악단계를 상기 수정읽기전압준위를 적어도 2개의 전압준위로 변화시키면서 반복적으로 수행하거나, 상기 메모리 셀의 초기상태 파악단계 및 상기 메모리 셀 교정여부 파악단계를 적어도 2개의 페이지에 대하여 반복적으로 수행하거나, 상기 두 가지 모두를 반복적으로 수행한다.

본 발명은 불안정한 문턱전압을 가진 메모리 셀들이 많이 존재하는 페이지 임에도 불구하고 정상적인 페이지로 처리될 경우 발생할 수 있는 에러를 최소한으로 억제하는 장점이 있다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

본 발명의 핵심 아이디어는 정상적인 동작 상태에서 사용되는 표준읽기전압준위와는 전압준위에서 차이가 있는 수정읽기전압준위로 메모리 셀들의 문턱전압분포를 검출하고, 검출 결과에 따라 해당 메모리 셀의 프로그램의 유효성에 대하여 판단하는 것이다. 본 발명에 따른 방식을 도입함으로써, 종래의 경우 실제로는 프로그램 시에 문제가 있거나 정상적인 프로그램이 수행된 후에 메모리 장치의 환경의 변화에 따라 발생할 수 있는 에러를 미리 확인하고 이에 대한 조치를 취할 수 있게 한다.

도 1은 LSB 페이지에 대한 프로그램 분포에 대한 것이다.

도 1에 도시된 분포는 SLC(Single Level Cell) 또는MLC(Multi Level Cell)의 경우 논리 하이(Logic High) 또는 논리 로우(Logic Low) 값으로 표현되는 LSB(Least Significant Bit) 페이지에 대한 것이다. 실선분포(P1)는 정상적으로 프로그램이 된 경우의 분포를 나타내고, 점선분포(P1')는 프로그램이 비정상적으로 진행되었거나 프로그램은 정상적으로 수행되었지만 이 후 메모리 장치의 환경에 의해 분포가 변경된 경우를 나타낸다. 수평축은 전압준위를 나타내며, 수직축은 해당 전압준위에 대응되는 메모리 셀의 개수를 나타낸다. 메모리 셀의 전압준위는 해당 메모리 셀을 턴 온 시킬 수 있는 전압 즉 문턱전압(threshold voltage)을 의미한다. 여기서 분포의 개념으로 표현하는 것은 일반적으로 메모리 셀에 저장되는 데이터의 기본 단위를 페이지로 하기 때문이며 하나의 페이지에는 복수 개의 메모리 셀 이 포함되어 있다.

메모리 셀에 저장된 데이터가 정상분포(P1)를 나타내는 경우, 표준읽기전압준위(read1)를 이용하여 메모리 셀에 저장된 데이터를 읽을 때 읽기오류가 발생하지 않는다. 즉 표준읽기전압준위(read1)에 대응되는 문턱전압을 가지는 메모리 셀이 발견되지 않는다. 정상분포(P1)의 경우에는 표준읽기전압준위와 일정한 전압준위의 차이가 있는 수정읽기전압준위(read1')에 대응되는 문턱전압을 가지는 메모리 셀은 존재하지 않는다. 정상적으로 프로그램 되어 있거나, 플로팅 게이트에 축적된 전하가 누설되지 않는 경우 등 정상적인 프로그램 후 메모리 셀의 환경에 의하여도 메모리 셀의 문턱전압이 변화되지 않는 경우에는 상술한 바와 같이 읽기전압준위를 일정한 범위 내에서 수정하는 경우에도 읽기 오류가 발생하지 않는다.

그러나 비정상적으로 프로그램 되어 있는 비정상분포(P1')의 경우에는, 표준읽기전압준위(read1)로 메모리 셀에 저장된 데이터를 읽을 때에는 오류가 발생하지 않을 수도 있다. 그러나 수정읽기전압준위(read1')로 메모리 셀에 저장된 데이터를 읽을 경우에는 읽기 오류가 발생한다. 즉, 수정읽기전압준위(read1')에 대응되는 문턱전압을 가지는 메모리 셀이 다수 개 존재한다.

상술한 바와 같이, 정상적인 메모리 셀의 경우에는 일정한 범위 내에서 읽기전압준위를 변경하더라도 읽기 오류가 발생하지 않지만, 비정상적인 메모리 셀의 경우에는 읽기전압준위가 약간 만 변하더라도 읽기오류가 발생할 확률이 증가한다. 여기서 수정읽기전압준위와 표준읽기전압준위의 차이는 메모리 셀에 사용되는 트랜지스터에 따라 결정될 수 있으며, 차이를 0.05V(Volt) 단위로 증감시키는 것을 예 로 들 수 있다.

도 2는 LSB 및 MSB 페이지에 대한 프로그램 분포에 대한 것이다.

도 2에 도시된 분포는 MLC(Multi Level Cell)의 경우MSB(Most Significant Bit) 또는 LSB 페이지에 대한 것이고, 실선분포(P1)는 정상적으로 프로그램이 된 경우 그리고 점선분포(P1')는 프로그램이 비정상적으로 진행되었거나 프로그램은 정상적으로 수행되었지만 이 후 메모리 장치의 환경에 의해 분포가 변경된 경우를 대표한다. 멀티비트에 대한 경우이므로 각각의 분포는 예를 들면, 00, 01, 10 또는 11을 대표한다.

도 2를 참조하면, 정상적으로 프로그램 되어 있는 메모리 셀의 정상분포(P1, P2, P3)의 경우, 문턱전압이 표준읽기전압준위(read1, read2, read3) 및 수정읽기전압준위(read1', read2', read3')에 대응되는 메모리 셀이 존재하지 않는다. 비정상적으로 프로그램 되어 있는 메모리 셀의 비정상분포(P1, P2, P3)의 경우, 문턱전압이 표준읽기전압준위(read1, read2, read3)에 대응되는 메모리 셀이 존재하지 않지만, 수정읽기전압준위(read1', read2', read3')에 대응되는 메모리 셀은 존재하게 된다.

도 1 및 도 2에 설명한 바와 같이, 정상적으로 프로그램 된 메모리 셀 또는 메모리 셀을 구비하는 메모리시스템의 주위 환경이 변하였음에도 메모리 셀의 문턱전압의 전압준위가 거의 변화가 없는 경우에는, 표준읽기전압준위로 데이터를 읽는 경우와 수정읽기전압준위로 데이터를 읽는 모든 경우 읽기오류가 발생하지 않는다. 그러나 비정상적으로 프로그램 된 메모리 셀 또는 정상적으로 프로그램 되었지만 메모리 셀을 구비하는 메모리시스템의 주위 환경의 변화에 따라 메모리 셀의 문턱전압의 전압준위가 급격하게 변한 경우에는, 읽기오류가 발생한다는 것을 알았다. 이하에서는 상기의 내용을 바탕으로 본 발명을 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 불안정 메모리 셀 산포를 검출하는 방법에 대한 신호흐름도이다.

도 3을 참조하면, 불안정 메모리 셀 산포 검출방법(300)은, 데이터읽기단계(310), 초기상태 파악단계(320), 교정여부 판단단계(350), 사용하지 않는 메모리 셀로 판정하는 단계(380), 사용하지 않는 것으로 판정된 메모리 셀을 재 프로그램 하는 단계(381-1) 및 안정된 메모리 셀로 판정하는 단계(390)를 구비한다.

데이터읽기단계(310)는 표준읽기전압준위로 메모리 셀에 저장된 데이터를 읽는다.

초기상태 파악단계(320)는 표준읽기전압준위로 메모리 셀에 저장된 데이터를 읽었을 때 읽기오류가 없는 경우, 읽기오류가 발생한 경우를 파악하고, 읽기오류가 발생한 경우라면 교정이 가능 한 경우 및 교정이 불가능한 경우 중 어느 경우인가를 판단한다. 이를 위해 초기상태 파악단계(320)는, 읽기오류가 교정이 불가능한 경우인가를 판단하는 제1판단단계(321) 및 읽기오류가 존재하지 않는 경우인가를 판단하는 제2판단단계(322)를 구비한다.

제1판단단계(321)에서 읽기오류가 교정이 불가능한 경우(YES)라고 판단한 경우에는, 해당 메모리 셀 또는 해당 페이지에 저장된 데이터는 사용하지 않는 것으로 결정(380)한다. 이 경우 사용하지 않는 것으로 판정된 메모리 셀을 재 프로그램 하는 단계(381-1)를 최종적으로 수행하게 된다. 제1판단단계(321)에서의 판단결과 읽기오류가 교정이 불가능한 경우가 아니(NO)라면 읽기오류가 전혀 없거나 교정이 가능한 읽기오류가 발생한 경우만 남는다. 제2판단단계(322)에서 읽기오류가 없다고 판단한 경우(YES)에는, 해당 메모리 셀 또는 해당 페이지에 저장된 전하들에는 아무 문제가 없으므로 해당 메모리 셀 또는 페이지는 안정된 메모리 셀로 판단(390)할 수 있다.

교정여부 판단단계(350)는 초기상태 파악단계(320)에서 읽기오류가 교정이 가능(NO)하다고 판단한 경우의 후속 처리과정이다. 교정여부 판단단계(350)는 표준읽기전압준위와 다른 전압준위를 가지는 수정읽기전압준위로 메모리 셀에 저장된 데이터를 읽고, 수정읽기전압준위로 메모리 셀에 저장된 데이터를 읽을 때 발생하는 읽기오류가 교정가능 한 경우인가 및 읽기오류가 교정이 불가능한 경우 중 어느 경우인가를 판단한다.

메모리 셀 교정여부 파악단계(350)는, 제1결정단계(360) 및 수정읽기 오류 판단단계(370)를 구비한다.

제1결정단계(360)는 표준읽기전압준위로 메모리 셀에 저장된 데이터를 읽었을 때 교정이 가능한 읽기오류가 발생한 메모리 셀의 개수(N)를 결정(361)하고, 상기 수정읽기전압준위를 결정(362)한다.

수정읽기 오류 판단단계(370)는 제3판단단계(371), 제2결정단계(372) 및 제4판단단계(373)를 수행함으로써, 수정읽기전압준위를 이용하여 메모리 셀의 데이터를 읽었을 때 발생하는 읽기오류가 교정이 가능한 경우 또는 교정이 불가능한 경우 중 어느 경우인가를 판단한다.

제3판단단계(371)는 발생한 읽기오류가 교정이 불가능한 경우인가를 판단하여 교정이 불가능할 경우(YES)에는 해당 메모리 셀 또는 해당 페이지에 저장된 데이터는 사용하지 않는 것으로 결정(380)되도록 한다.

제2결정단계(372)는 제3판단단계(371)에서 발생한 읽기오류가 교정이 불가능한 읽기오류가 아닌 경우(NO), 수정읽기전압준위를 이용하여 메모리 셀의 데이터를 읽었을 때 교정이 가능한 읽기오류가 발생한 메모리 셀의 개수(N')를 결정한다.

제4판단단계(373)는 제2결정단계(372)에서 결정된 교정이 가능한 메모리 셀의 개수(N')가 상기 제1결정단계(360)에서 결정된 교정이 가능한 메모리 셀의 개수보다 많은가(N' > N)를 판단한다. 판단결과 제2결정단계(371)에서 결정된 교정이 가능한 메모리 셀의 개수(N')가 상기 제1결정단계(360)에서 결정된 교정이 가능한 메모리 셀의 개수보다 많은 경우(N' > N)에는 해당 메모리 셀 또는 해당 페이지에 저장된 데이터는 사용하지 않는 것으로 결정(380)되도록 한다. 반대로 결정된 교정이 가능한 메모리 셀의 개수(N')가 상기 제1결정단계(360)에서 결정된 교정이 가능한 메모리 셀의 개수보다 적은 경우(N' < N)에는 해당 메모리 셀 또는 해당 페이지에 저장된 데이터가 안정 메모리 셀로 판단(390)하도록 한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 불안정 메모리 셀 산포를 검출하는 방법(300)은, 표준읽기전압준위로 메모리 셀 데이터를 읽었을 때 발생한 읽기오류가 교정이 가능하다고 판단되는 경우에 특히 유효하며, 이 경우 일단 읽기전압준위를 변경시킨 수정읽기전압준위로 메모리 셀 데이터를 다시 한 번 더 읽는다. 표준읽기 전압준위로 읽었을 때와 수정읽기전압준위로 읽었을 때를 비교하여 해당 메모리 셀 또는 해당 페이지를 그대로 사용할 것인가 또는 재 프로그램 하여 사용할 것인가를 결정한다. 즉, 표준읽기전압준위로 읽었을 때 발생된 교정이 가능한 읽기오류의 개수와 수정읽기전압준위로 읽었을 때 발생된 교정이 가능한 읽기오류의 개수를 비교하여, 수정읽기전압준위로 읽었을 때 발생된 교정이 가능한 읽기오류의 개수가 표준읽기전압준위로 읽었을 때 발생된 교정이 가능한 읽기오류의 개수에 비해 줄어든 경우가 아니라면 해당 메모리 셀 또는 해당 페이지는 추후에 교정할 수 없는 읽기오류가 발생할 확률이 상당히 높다고 판단하여 이에 대응되는 조치를 수행하도록 한다.

상기의 설명은 단지 하나의 메모리 셀 또는 하나의 페이지에 대하여 본 발명을 실시하는 것과 같이 표현되어 있다. 또한 수정읽기전압준위는 하나의 임의의 전압준위로 고정되어 있는 것과 같이 판단할 수도 있지만 본 발명은 후술하는 영역으로 확대해석할 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 불안정 메모리 셀 산포를 검출할 때 수정읽기전압준위를 가변시키는 단계를 포함하는 경우에 대한 신호흐름도이다.

도 4를 참조하면, 불안정 메모리 셀 산포를 검출하는 방법(400)은 서로 다른 전압준위를 가지는 복수 개의 수정읽기전압준위를 이용하여 실시할 수 있다. 나머지 단계들은 도 3에 도시된 단계들과 대응되므로, 수정읽기전압준위를 가변시키면서 메모리 셀의 데이터를 읽기를 수행하는 단계(430)에 대해서만 설명한다.

상기 단계(430)에서, 수정읽기전압준위는 표준읽기전압준위(Ini)에 일정한 준 위의 전압(Inc)을 순차적으로 더하거나 감소시키면서 메모리 셀에 저장된 데이터 읽기를 최종읽기전압준위(LAST)가 될 때까지 수행한다. 여기서 i는 변수이고 L은 정수이다. U.C.E.는 교정이 불가능한 읽기오류(Un-Correctable Error)를 의미하며, C/E는 교정이 가능한 오류(Correctable Error)를 의미한다.

도 5는 본 발명에 따른 불안정 메모리 셀 산포를 검출할 때 복수 개의 페이지에 대해 반복적으로 수행하는 경우에 대한 신호흐름도이다.

도 5를 참조하면, 복수 개(L)의 페이지에 대하여 본 발명에 따른 불안정 메모리 셀 산포를 검출방법을 적용하는 것을 용이하게 이해할 수 있다.

도 4 및 도 5에 도시된 신호흐름도는 당업자라면 누구든지 용이하게 이해할 수 있으므로 더 이상 자세하게 설명하지는 않는다. 또한, 도 4 및 도 5는 구별되게 도시되어 있지만, 이를 합쳐서 하나의 신호흐름도로 구현하는 것은 당업자라면 누구든지 용이하게 할 수 있으므로 마찬가지 이유로 설명하지 않는다.

도 6은 본 발명에 따른 불안정 메모리 셀 산포를 검출하는 기능을 수행하는 메모리 컨트롤러를 구비하는 메모리시스템의 블록 다이어그램이다.

도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 메모리시스템은, 메모리컨트롤러(610) 및 메모리장치(620)를 구비한다.

메모리컨트롤러(610)는 메모리장치(620)에 포함된 메모리 셀에 저장된 데이터를 표준읽기전압준위 및 수정읽기전압준위를 이용하여 해당 메모리 셀 또는 해당 메모리 페이지에 저장된 메모리 셀의 데이터를 읽고(READ), 이 때 발생되는 읽기오류를 검출하고(ECC), 검출된 결과에 따라 해당 메모리 셀을 그대로 사용하는 경우 및 해당 메모리 셀에 데이터를 새로 저장하여야 하는 경우 중 하나의 경우를 판단하는 기능을 수행하기 위하여, 읽기전압준위를 가변시킨(Adjust Read Level)후 메모리 셀에 저장된 데이터를 읽고, 이 때 발생하는 읽기오류(ECC)를 검출한다. 검출 결과에 따라 해당 메모리 셀을 그대로 사용할 것인가 혹은 해당 메모리 셀에 프로그램을 다시 수행하여야 할 것인가를 결정한다.

이러한 과정은 본 발명에 따른 불안정 메모리 셀 산포를 검출하는 방법에 모두 기재되어 있다.

상술한 바와 같이 해당 메모리 셀에 프로그램을 다시 수행하여야 한다고 판단된 경우에는 크게 세 가지 방식으로 처리할 수 있다.

도 7 내지 도 9는 불안정 셀 산포를 포함하는 페이지의 처리 방법에 대한 예를 나타낸다.

처리 방법 중의 하나를 나타내는 도 7을 참조하면, 페이지 단위로 프로그램 하던 도중 갑자기 전원이 차단되었을 경우, 교정이 가능한 에러신호(Correctable ECC error)가 발생된 블록을 포함하는 페이지에 프로그램 된 데이터는 사용하지 않는 것으로 결정(2)한다. 이 경우 전원이 차단되던 순간의 마지막 쓰기 요청에 대응되는 LBA(Local Block Address) 데이터에 대해서는 프로그램을 다시 한번 더 수행한다.

두 번째 방법을 나타내는 도 8을 참조하며, 교정이 가능한 에러신호Correctable ECC error)가 발생된 블록을 포함하는 페이지에 저장된 데이터를 내부의 잉여 블록(Good block)들로 복사(1)한 후, LBA에 해당하는 물리적 위치 정보를 바꾸어 준다(2). 이 경우에는 프로그램을 다시 한번 더 수행하지 않으므로 전원이 차단되던 순간의 쓰기 요청의 LBA는 정상적으로 처리 된 것으로 결정한다.

세 번째 방법을 나타내는 도 9를 참조하며, 교정이 가능한 에러신호Correctable ECC error)가 발생된 블록을 포함하는 페이지에 저장된 데이터를 임시 버퍼(Good block)로 복사(1) 한 후 다시 원래의 페이지(unstable block)로 재 복사(3)한다. 재 복사(3)를 수행하기 전에 불완전한 프로그램이 수행된 페이지에 저장된 데이터를 삭제(2)하는 것도 가능하다. 이 경우에는 LBA에 해당하는 물리적 위치 정보를 바꿔줄 필요가 없게 된다.

도 10은 본 발명에 따른 메모리 시스템의 블록 다이어그램이다.

도 10을 참조하면, 메모리 시스템(1000)은, 메모리 컨트롤러(1020) 및 SSD(1010)를 구비한다. 여기서 SSD(1010)은 복수 개의 플래시 메모리 셀들로 구현되는 것이 바람직하다.

메모리 컨트롤러(1020)는, SSD(1010)에 데이터를 기록하거나 SSD(1010)에 기록된 데이터를 읽는 기능을 수행하며, 특히, 상기 SSD(1010)에 표준읽기전압 및 상기 표준읽기전압과 일정한 전압준위의 차이가 있는 수정읽기전압을 인가하고, 상기 표준읽기전압 및 상기 수정읽기전압을 이용하여 상기 SSD(1010)에 저장된 데이터의 산포를 분석하여 상기 SSD(1010)에 저장된 데이터의 유효성 여부를 판단하고 상기 SSD(1010)에 저장된 데이터를 교정하는 기능을 수행한다.

상기의 기능을 수행하기 위하여 메모리 컨트롤러(1020)는, 호스트 인터페이스(1021), 내부 메모리(1022), 연산처리장치(1023), ECC(1024) 및 메모리 인터페이 스(1025)를 구비한다. 여기서, 호스트 인터페이스(1021)는 메모리 컨트롤러(1020)와 호스트(미도시) 사이, 메모리 인터페이스(1025)는 메모리 컨트롤러(1020)와 SSD(1010)사이를 인터페이스 한다.

연산처리장치(1023)는 상기 SSD(1010)에 상기 표준읽기전압을 전달하고, 상기 표준읽기전압에 따른 데이터의 산포를 분석하며, 상기 ECC(1024)는 상기 데이터의 산포로부터, 상기 SSD(1010)에 저장된 데이터에 오류가 있는가를 판단하고, 오류가 있다고 판단한 경우 교정이 가능한가 혹은 교정이 불가능한가를 판단한다.

교정이 불가능하다고 판단한 경우 상기 연산처리장치(1023)는 해당 메모리 셀에 저장된 데이터는 사용하지 못하도록 호스트(HOST, 미도시)에 지시하고, 교정이 가능하다고 판단한 경우 연산처리장치(1023)는 SSD(1010)에 상기 수정읽기전압을 전달하고, 상기 수정읽기전압에 따른 데이터의 산포를 분석하며, 상기 ECC(1024)는 분석의 결과에 따라 교정 여부를 판단하며, 상기 판단의 결과에 따라 연산처리장치(1023)는 SSD(1010)에 저장된 데이터를 교정하도록 한다.

여기서 데이터의 산포라 함은, 표준읽기전압 레벨 또는 수정읽기전압 레벨을 중심으로 분포되어 있는 메모리 셀들의 분포를 의미한다. 상기 산포에 대한 것은 도 1 및 도 2에 도시되어 있다.

연산처리장치(1023)가 SSD(1010)에 저장된 데이터를 교정하는 방법은 다양하지만, 일 예로, SSD(1010)의 해당 메모리 셀에 저장된 데이터를 상기 내부메모리(1022)에 저장한 후, 상기 내부메모리(1022)에 저장된 데이터를 SSD(1010)의 해당 메모리 셀에 다시 기록한다.

SSD(1010)에 포함된 복수 개의 메모리 셀들은 하나의 페이지 단위로 구별되고, 데이터를 기록할 때도 상기 페이지 단위로 기록이 수행되는 것이 일반적인데, 본 발명에서도 기록된 데이터의 유효성을 판단할 때 페이지 단위로 하는 것이 바람직하다.

도 10에는 메모리 컨트롤러(1020)을 구성하는 기능 블록들이 버스(화살표)를 통해 데이터를 송수신하는 것으로 도시되어 있지만, 이는 설명의 편의를 위하여 선택된 하나의 실시 예일 뿐, 다양한 실시 예가 가능하다.

이상에서는 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 이라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

도 1은 LSB 페이지에 대한 프로그램 분포에 대한 것이다.

도 10은 본 발명에 따른 메모리 시스템을 나타낸다.

Claims

단일의 메모리 셀 또는 복수 개의 메모리 셀을 포함하는 페이지에 포함된 복수 개의 메모리 셀들 중 불안정 메모리 셀의 산포를 검출하는 불안정 메모리 셀 산포를 검출하는 방법에 있어서,

표준읽기전압준위로 메모리 셀에 저장된 데이터를 읽었을 때 읽기오류가 없는 경우, 읽기오류가 발생한 경우라면 교정이 가능 한 경우 및 교정이 불가능한 경우 중 어느 경우인가를 판단하는 메모리 셀의 초기상태 파악단계(320); 및

발생한 읽기오류가 교정이 가능한 경우로 판단된 경우, 상기 표준읽기전압준위와 다른 전압준위를 가지는 수정읽기전압준위로 상기 메모리 셀에 저장된 데이터를 읽고, 상기 수정읽기전압준위로 상기 메모리 셀에 저장된 데이터를 읽을 때 발생하는 읽기오류가 교정가능 한 경우인가 및 읽기오류가 교정이 불가능한 경우 중 어느 경우인가를 판단하는 메모리 셀 교정여부 파악단계(350)를 구비하는 불안정 메모리 셀 산포를 검출하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 불안정 메모리 셀 산포를 검출하는 방법은,

상기 메모리 셀의 초기상태 파악단계(320)의 판단결과,

읽기오류가 없는 경우에는 해당 메모리 셀 또는 해당 페이지에 저장된 데이터는 안정한 메모리 셀로 판단(390)하고,

읽기오류가 교정이 불가능한 경우에는 해당 메모리 셀 또는 해당 페이지에 저 장된 데이터는 사용하지 않는 것으로 판단(380)하는 불안정 메모리 셀 산포를 검출하는 방법.
제2항에 있어서, 상기 메모리 셀의 초기상태 파악단계(320)는,

읽기오류가 교정이 불가능한 경우인가를 판단하는 제1판단단계(321); 및

읽기오류가 존재하지 않는 경우인가를 판단하는 제2판단단계(322)를 구비하는 불안정 메모리 셀 산포를 검출하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 메모리 셀 교정여부 파악단계(350)는,

표준읽기전압준위로 메모리 셀에 저장된 데이터를 읽었을 때 교정이 가능한 읽기오류가 발생한 메모리 셀의 개수(N)를 결정하고, 상기 수정읽기전압준위를 결정하는 제1결정단계(360); 및

상기 수정읽기전압준위를 이용하여 메모리 셀의 데이터를 읽었을 때 발생하는 읽기오류가 교정이 가능한 경우 또는 교정이 불가능한 경우 중 어느 경우인가를 판단하는 수정 읽기오류 판단단계(370)를 구비하는 불안정 메모리 셀 산포를 검출하는 방법.
제4항에 있어서, 상기 수정 읽기오류 판단단계(370)는,

발생한 읽기오류가 교정이 불가능한 경우 인가를 판단하는 제3판단단계(371);

발생한 읽기오류가 교정이 불가능한 읽기오류가 아닌 경우, 수정읽기전압준위 를 이용하여 메모리 셀의 데이터를 읽었을 때 교정이 가능한 읽기오류가 발생한 메모리 셀의 개수(N')를 결정하는 제2결정단계(372); 및

상기 제2결정단계(372)에서 결정된 교정이 가능한 메모리 셀의 개수(N')가 상기 제1결정단계(360)에서 결정된 교정이 가능한 메모리 셀의 개수보다 많은가를 판단하는 제4판단단계(373)를 구비하는 불안정 메모리 셀 산포를 검출하는 방법.
제5항에 있어서,

상기 제3판단단계(371)에서 교정이 불가능한 읽기오류가 발생한 경우에는 해당 메모리 셀 또는 해당 페이지에 저장된 데이터를 더 이상 사용하지 않는 것으로 판단(380)하며,

상기 제4판단단계(373)에서,

상기 제2결정단계(372)에서 결정된 교정이 가능한 메모리 셀의 개수(N')가 상기 제1결정단계(360)에서 결정된 교정이 가능한 메모리 셀의 개수보다 많은 경우에는 해당 메모리 셀 또는 해당 페이지에 저장된 데이터를 더 이상 사용하지 않는 것으로 판단(380)하며,

상기 제2결정단계(372)에서 결정된 교정이 가능한 메모리 셀의 개수(N')가 상기 제1결정단계(360)에서 결정된 교정이 가능한 메모리 셀의 개수보다 적은 경우에는 해당 메모리 셀 또는 해당 페이지에 저장된 데이터가 안정 메모리 셀로 판단(390)하는 불안정 메모리 셀 산포를 검출하는 방법.
제1항에 있어서,

복수 개의 페이지에 상기 메모리 셀의 초기상태 파악단계(320) 및 상기 메모리 셀 교정여부 파악단계(350)를 반복적으로 수행하는 불안정 메모리 셀 산포를 검출하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 메모리 셀 교정여부 파악단계(350)는,

상기 수정읽기전압준위를 적어도 2개의 전압준위로 변화시키는 불안정 메모리 셀 산포를 검출하는 방법.
삭제
메모리장치 및 상기 메모리장치를 제어하는 메모리 컨트롤러를 구비하는 메모리시스템에 있어서,

상기 메모리 컨트롤러는 상기 메모리장치에 포함된 메모리 셀에 저장된 데이터를 표준읽기전압준위 및 수정읽기전압준위를 이용하여 해당 메모리 셀 또는 해당 메모리 페이지에서 발생되는 읽기오류를 검출하고, 검출된 결과에 따라 해당 메모리 셀을 그대로 사용하는 경우, 해당 메모리 셀에 데이터를 새로 저장하여야 하는 경우 중 하나의 경우를 판단하는 기능을 수행하고,

상기 수정읽기전압준위를 이용한 읽기동작은, 상기 표준읽기전압준위를 이용한 읽기동작시 교정이 가능한 오류가 발생된 경우에 수행되며,

상기 표준읽기전압준위를 이용한 읽기동작에서 읽기오류가 발생된 메모리 셀의 개수와, 상기 수정읽기전압준위를 이용한 읽기동작에서 읽기오류가 발생된 메모리 셀의 개수를 비교함에 의하여 상기 데이터의 새로 저장 여부가 판단되는 메모리시스템.
복수 개의 메모리 셀을 포함하는 SSD(Solid State Disc, 1010); 및

상기 SSD에 데이터를 기록하거나 기록된 데이터를 읽는 메모리 컨트롤러(1020)를 구비하며,

상기 메모리 컨트롤러(1020)는 상기 SSD(1010)에 표준읽기전압 및 상기 표준읽기전압과 일정한 전압준위의 차이가 있는 수정읽기전압을 인가하고, 상기 표준읽기전압 및 상기 수정읽기전압을 이용하여 상기 SSD(1010)에 저장된 데이터의 산포를 분석하여 상기 SSD(1010)에 저장된 데이터의 유효성 여부를 판단하고 상기 SSD(1010)에 저장된 데이터를 교정하며,

상기 수정읽기전압을 이용한 읽기동작은, 상기 표준읽기전압을 이용한 읽기동작시 교정이 가능한 오류가 발생된 경우에 수행되며,

상기 표준읽기전압을 이용한 읽기동작에서 읽기오류가 발생된 메모리 셀의 개수와, 상기 수정읽기전압을 이용한 읽기동작에서 읽기오류가 발생된 메모리 셀의 개수를 비교함에 의하여 상기 데이터의 유효성 여부가 판단되는 메모리 시스템.
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