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KR20040052409A - Method of improving data retention for MLC flash memory - Google Patents

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KR20040052409A
KR20040052409A KR1020020080604A KR20020080604A KR20040052409A KR 20040052409 A KR20040052409 A KR 20040052409A KR 1020020080604 A KR1020020080604 A KR 1020020080604A KR 20020080604 A KR20020080604 A KR 20020080604A KR 20040052409 A KR20040052409 A KR 20040052409A
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Abstract

본 발명은 플래시메모리, 특히 다층셀 플래시메모리(MLC flash memory) 소자의 데이터보존 성능(data retention)을 개선하기 위하여 소거 Vt를 음의 영역으로 이동함으로써 각 상태간의 마진(window)을 충분히 확보하되, 이때에 발생하는 데이터보존성의 저하를 피하기 위하여 필요에 따라 자동으로 리프레시를 하는 것으로 구성되는, 다층셀 플래시메모리의 데이터보존성 개선방법에 관한 것이다.The present invention provides sufficient margin between the states by moving the erase Vt to a negative region in order to improve data retention performance of a flash memory, in particular, a MLC flash memory device. The present invention relates to a method for improving data retention of a multilayer cell flash memory, which is configured to automatically refresh as necessary in order to avoid degradation of data retention.

Description

다층셀 플래시메모리의 데이터보존성 개선방법 {Method of improving data retention for MLC flash memory}{Method of improving data retention for MLC flash memory}

본 발명은 플래시메모리, 특히 다층셀 플래시메모리(MLC flash memory) 소자의 데이터보존 성능(data retention)을 개선하기 위하여 소거 Vt를 음의 영역으로 이동함으로써 각 상태간의 마진(window)을 충분히 확보하되, 이때에 발생하는 데이터보존성의 저하를 피하기 위하여 필요에 따라 자동으로 리프레시를 하는 것으로 구성되는, 다층셀 플래시메모리의 데이터보존성 개선방법에 관한 것이다.The present invention provides sufficient margin between the states by moving the erase Vt to a negative region in order to improve data retention performance of a flash memory, in particular, a MLC flash memory device. The present invention relates to a method for improving data retention of a multilayer cell flash memory, which is configured to automatically refresh as necessary in order to avoid degradation of data retention.

MLC형(multi-level) 플래시메모리에 있어서는 "읽기" 마진(read margin)이 좁기 때문에, 데이터보존 성능(retention)이 취약하다는 단점이 있다. 즉, 기존의, 셀당 1비트를 저장하는(1-bit per cell) SLC형 플래시메모리의 경우에는 '1'과 '0'의 두 가지 데이터 상태만을 갖기 때문에 각 상태의 Vt 마진이 상대적으로 컸지만(도1a 참조), 셀당 2비트를 저장하는(2-bit per cell) MLC형 플래시메모리의 경우에는, '11' '10' '01' '00'의 네가지 데이터 상태(이들 상태 사이의 간격을 윈도우라고 부르기도 한다)를 한정된 Vt 영역 내에서 가져야 하기 때문에 SLC에 비해 약 1/2의 좁은 Vt 마진으로 셀의 상태를 판독해야 한다(도1b 참조). MLC의 읽기 방식은 Vt가 약 3V, 4V, 5V(하나의 예시값들임)인 읽기 기준셀을 가지고 메인셀과 비교하여 각각의 레벨('11' '10' '01' '00')을 감지(sensing)한다.In the MLC type (multi-level) flash memory, the "read" margin is narrow, there is a disadvantage that the data retention (vulnerability) is weak. In other words, the conventional SLC type flash memory that stores 1 bit per cell has only two data states of '1' and '0', so the Vt margin of each state is relatively large. In the case of an MLC type flash memory that stores two bits per cell (see FIG. 1A), four data states of '11' '10' '01' '00' (the intervals between these states are determined. Since the window must be within a limited Vt region, it is necessary to read the state of the cell with a narrow Vt margin of about half that of SLC (see FIG. 1B). The reading method of MLC detects each level ('11' '10' '01' '00') compared to the main cell with a read reference cell having Vt of about 3V, 4V, and 5V (one example value). (sensing)

정리하자면, 기존의 MLC 플래시메모리는, 1셀에 1비트의 정보만을 저장하던 SLC(도1a)에 비하여 1셀에 2비트 또는 그 이상을 저장하는(도1b 참조) 커다란 장점을 갖고 있지만, 좁은 상태간 마진으로 인한 "읽기 방해"(read disturb or stress)와 "쓰기 방해"(write disturb or stress) 및 그에 따른 데이터보존성의 저하라는 문제점을 안고 있다.In summary, the conventional MLC flash memory has a great advantage of storing two bits or more in one cell (see FIG. 1B) compared to the SLC (FIG. 1A), which stores only one bit of information in one cell. There is a problem of "read disturb or stress" and "write disturb or stress" due to margins between states, and thus deterioration of data retention.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은, MLC형 플래시메모리에 있어서 소거 Vt를 음의 영역으로 이동함으로써 각 상태간의 마진(윈도우)을 충분히 확보하되, 이때에 발생하는 데이터보존성의 저하를 피하기 위하여 필요에 따라 자동으로리프레시를 하는 것으로 구성되는, 다층셀 플래시메모리의 데이터보존성 개선방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.In order to solve this problem, the present invention provides a sufficient margin (window) between the states by moving the erase Vt to a negative area in the MLC type flash memory, but in order to avoid the deterioration of data retention caused at this time. Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for improving data storage of a multilayer cell flash memory, which is configured to be automatically refreshed accordingly.

도1a는 SLC 플래시메모리의 Vt 분포도.1A is a Vt distribution diagram of an SLC flash memory.

도1b는 종래의 MLC 플래시메모리의 Vt 분포도.1B is a Vt distribution diagram of a conventional MLC flash memory.

도2는 본 발명에 따른 MLC 플래시메모리의 Vt 분포도.2 is a Vt distribution diagram of an MLC flash memory according to the present invention;

도3은 "스트레스"의 의미를 설명하기 위한 Vt 분포도.3 is a Vt distribution diagram for explaining the meaning of "stress".

도4a,b,c,d는 본 발명에 따른 방법을 구현하기 위한 하드웨어 블록도.4a, b, c, d are hardware block diagrams for implementing the method according to the present invention.

도5는 소거 기준셀의 Vt 감지 방법도.5 is a Vt sensing method of an erase reference cell.

도6은 쓰기 기준셀의 Vt 감지 방법도.6 is a Vt detection method diagram of a write reference cell.

<발명의 기본 원리>Basic principles of the invention

종래의 MLC 셀(도1b)은 소거시에 Vt를 약 3V 정도로 설정하였는데, 그 이유는 쓰기나 읽기 동작에서 전류누설 성분에 의한 왜곡을 없앨 수 있기 때문이다. 그러나, 이 경우에 앞에서 설명한 문제점(상태간 간격(즉 윈도우 크기)이 좁아짐)이 발생하므로, 만약 셀 소거시의 Vt를 음의 영역으로 가져간다면(예를 들어, -2V)(도2 참조), 셀에 쓰기 위한 가장 높은 Vt(예를 들어 6V)와의 간격은 SLC형 소자에서의 간격(예를 들어, 셀 소거시의 Vt 는 2V, 쓰기시의 Vt는 4V)(도1a 참조)에 근접하게 될 것이다. 따라서, MLC 소자의 경우에도 SLC 소자가 갖고 있는 특성과 동등한 읽기 마진과 데이터보존 성능을 갖게 될 것이다.In the conventional MLC cell (FIG. 1B), Vt is set to about 3 V at the time of erasing because the distortion due to the current leakage component can be eliminated in the write or read operation. However, in this case, the above-described problem (the inter-state spacing (i.e., the window size) becomes narrow) occurs, so that if Vt at the time of cell erasing is brought to the negative region (for example, -2V) (see Fig. 2). The distance from the highest Vt (e.g. 6V) for writing to the cell is close to the spacing in the SLC device (e.g., Vt at cell erase is 2V, Vt at write is 4V) (see Figure 1a). Will be done. Therefore, even in the case of the MLC device will have a read margin and data retention performance equivalent to the characteristics of the SLC device.

그러나 이럴 경우에 또다른 문제가 발생할 수 있다. 위 가정에서와 같이 음의 Vt에 의해 소거되는 MLC에 있어서는 SLC나 기존의 MLC에 비해 상대적으로 높은 게이트 전압이 걸리게 된다. 즉, SLC의 경우에는 "읽기"시에 약 4V의 게이트바이어스를 요구하므로 셀소거 Vt가 2V이면 게이트바이어스와 Vt 사이에 약 2V의 차이가 나고, 기존의 MLC에 있어서는 셀소거 Vt가 3V일 때 "읽기"시의 게이트바이어스가 약 5.5V가 되어 약 2.5V의 차이가 났었지만, 본 발명에서와 같이 음의 소거 Vt를 갖는 MLC의 경우에는 셀소거시의 Vt인 -2V와 "읽기"시 게이트바이어스인 5.5V 사이에서 7.5V의 차이가 나게 된다. 이 때문에 "읽기게이트 스트레스"(read gatestress) 또는 "쓰기게이트 스트레스"(program gate stress)에 의하여 데이터보존성이 상대적으로 취약해질 수 있다. (이상에서 설명한 바이어스 전압은 예시적인 것이므로 실제 적용에서는 다소 차이가 있을 수 있다.)However, this can cause another problem. As in the above assumption, the MLC erased by the negative Vt takes a relatively higher gate voltage than the SLC or the conventional MLC. That is, in case of SLC, a gate bias of about 4V is required at the time of “reading”, so when the cell erase Vt is 2V, there is a difference of about 2V between the gate bias and Vt, and in the conventional MLC, when the cell erase Vt is 3V. The gate bias at "read" is about 5.5V, which is a difference of about 2.5V. However, in the case of MLC having a negative erase Vt as in the present invention, -2V, which is Vt at the time of cell erasing, and "read" are There is a 7.5V difference between the gate bias of 5.5V. For this reason, data retention may be relatively weak due to "read gate stress" or "program gate stress". (Bias voltages described above are exemplary and may differ slightly in practical applications.)

여기서, 스트레스란, 도3에서와 같이, 음의 Vt인 '11'의 상태가 (UV상태로 회귀하려는 작용을 받아서) 양의 방향으로 천이하려는 힘("읽기게이트 스트레스" 또는 "data gain")과, 최대의 Vt인 '00'의 상태가 (UV상태로 회귀하려는 작용을 받아서) 음의 방향으로 천이하려는 힘("쓰기게이트 스트레스" 또는 "data loss")을 의미한다(본 발명이 속하는 기술분야에서 주지된 이론임).Here, the stress is a force ("read gate stress" or "data gain") that the state of '11', which is negative Vt (in response to the action to return to the UV state), transitions in the positive direction as shown in FIG. And the state of '00', which is the maximum Vt, means the force ("write gate stress" or "data loss") to transition in the negative direction (in response to the action of returning to the UV state). Well known theory in the field).

이상과 같은 본 발명의 기본적인 문제해결을 위한 착상(즉, 소거 Vt를 음의 영역으로 확장하여 레벨간 마진(윈도우크기)을 확보함)에서 발생할 수 있는 문제점, 즉, "읽기게이트 스트레스" 또는 "쓰기게이트 스트레스"를 해소하기 위하여, 자동으로 리프레시(refresh)를 실시한다. 원래는, 플래시메모리는 비휘발성 메모리이기 때문에 리프레시가 불필요하다. 리프레시는 기존의 휘발성 메모리의 경우에 전력을 제거하면 데이터를 잃어버리기 때문에 필요한 기능이었다. 그러나, 본 발명에서는 이 리프레시 기능을 플래시메모리에 적극적으로 채택하여 본 발명에 필연적으로 수반되는 "읽기게이트 스트레스" 또는 "쓰기게이트 스트레스"를 해소하도록 하였다.Problems that may occur in the above-mentioned concept for solving the basic problem of the present invention (ie, extending the erase Vt to a negative area to secure a margin (window size) between levels), that is, "read gate stress" or " In order to eliminate the write gate stress, a refresh is automatically performed. Originally, since the flash memory is a nonvolatile memory, refreshing is unnecessary. Refresh was a necessary feature for traditional volatile memory because the data is lost when power is removed. However, in the present invention, this refresh function is actively adopted in the flash memory to solve the "read gate stress" or "write gate stress" inevitably accompanied by the present invention.

본 발명에 사용된 자동 리프레시 기능은 기준셀(reference cell)(나중에 구체적으로 설명함)을 모니터하여 메인셀의 "읽기게이트 스트레스", "쓰기게이트 스트레스" 등 데이터보존성이 저하됨을 감지한 다음에, 리프레시가 필요한 상태임을사용자에게 알려주어서 사용자가 필요에 따라 (회로설계 구성에 따라) 플래시메모리 소자를 리프레시하도록 하는 기능이다.The automatic refresh function used in the present invention monitors a reference cell (described in detail later) and detects degradation of data retention such as "read gate stress" and "write gate stress" of the main cell. This function informs the user that a refresh is necessary and allows the user to refresh the flash memory device as needed (depending on the circuit design configuration).

이상의 설명을 정리하면, 본 발명에서는 종래의 MLC가 소거 Vt를 약 3V로 사용하던 것을 약 -2V의 음의 Vt로 사용함으로써 Vt간 윈도우크기(레벨간의 마진)를 넓게 가져가서 셀 마진을 확보한다(도2 참조). 한편, 위와 같이 MLC 플래시메모리의 윈도우를 넓혀서 레벨간 마진을 확보한다는 커다란 장점에도 불구하고 발생하는, 음의 Vt에 의해 소거된 셀의 "읽기게이트 스트레스"와 "쓰기게이트 스트레스"의 증대에 따른 데이터보존성의 저하 문제는 자동 리프레시 기능에 의해 해결한다.In summary, in the present invention, the conventional MLC uses the erase Vt of about 3V as the negative Vt of about -2V to obtain a wide window size (margin between levels) to secure cell margin. (See Figure 2). On the other hand, despite the great advantage of widening the window of the MLC flash memory to secure the margin between levels, the data caused by the increase of the "read gate stress" and "write gate stress" of the cell erased by the negative Vt. The problem of deterioration in storage is solved by the automatic refresh function.

구체적으로 본다. 도3에 나타낸 것과 같이, 본 발명에서 읽기게이트 스트레스에 가장 취약한 셀은 소거된 셀(erased cell)이다. 이 셀의 Vt는 본 발명에 따라 약 -2V로 설정할 수 있다. 이때, 선택된 워드라인은 6V라는 읽기게이트 스트레스를 받게되는데, 이는 종래의 MLC(도1b)에서 Vt=3V인 소거된 셀에 6V의 읽기게이트 스트레스를 받던 것에 비하면 상당한 스트레스이다. 같은 이유로, 쓰기 스트레스에 대해서도 소거된 셀이 가장 취약하다. 즉, 같은 워드라인에 있는 음의 Vt로 소거된 셀은 약 8V 이상의 게이트 스트레스를 받게 되는 것이다. 또한, 데이터보존(retention) 측면에서도 소거된 셀은 취약하다(도3 참조).See specifically. As shown in Fig. 3, the cell most vulnerable to read gate stress in the present invention is an erased cell. The Vt of this cell can be set to about -2V in accordance with the present invention. In this case, the selected word line is subjected to a read gate stress of 6 V, which is a significant stress compared to that of a 6 V read gate stress in an erased cell having Vt = 3 V in the conventional MLC (FIG. 1B). For the same reason, erased cells are most vulnerable to write stress. That is, a cell erased with negative Vt on the same word line is subjected to gate stress of about 8V or more. Also, the erased cell is vulnerable in terms of data retention (see FIG. 3).

메인셀을 대표해서 Vt 레벨이 읽기게이트 스트레스와 쓰기게이트 스트레스, 데이터보존성 영향으로 얼마나 이동했는지를 판단하기 위하여 각각 소거 기준셀(reference cell)과 쓰기 기준셀을 부가한다. 소거 기준셀은 가장 취약한 소거 메인셀을 대표하고 쓰기 기준셀은 높은 Vt('00'레벨)로 쓰여진 셀을 대표한다.또한, 소거 기준셀과 쓰기 기준셀의 Vt가 각각 소정치(예를 들어, +0.1V, -0.1V) 변화된 것을 판단하기 위한 베이스셀(base cell)을 부가한다. 베이스셀은 스트레스와 데이터보존성 측면에서 가장 안정적인 셀 상태를 유지해야만 한다. 따라서 베이스셀은 읽기게이트 스트레스와 쓰기게이트 스트레스는 가능한 받지 않도록 하고 데이터보존성 측면에서도 안정적인 UV셀 정도의 Vt를 갖는게 좋다.Representing a main cell, an erase reference cell and a write reference cell are added to determine how much the Vt level has moved due to the read gate stress, the write gate stress, and the data storage effect. The erase reference cell represents the weakest erase main cell and the write reference cell represents a cell written at a high Vt ('00' level). In addition, the Vt of the erase reference cell and the write reference cell are respectively a predetermined value (for example, , + 0.1V, -0.1V) adds a base cell to determine the change. The base cell must maintain the most stable cell state in terms of stress and data retention. Therefore, the base cell should not be subjected to read gate stress and write gate stress as much as possible, and it is preferable to have a stable UV cell Vt in terms of data retention.

상기 기준셀로는 소거가능한 레벨의 Vt(erase level Vt)를 갖는 셀을 사용한다. 예를 들어, 메인셀의 소거확인(erase verify) Vt가 -2V라면 기준셀에는 이보다 다소 낮은 약 -3V 셀을 사용한다. 즉 메인셀에 적용되는 소거셀보다 더 취약한 상태로 만들어 사용한다. 이 소거 기준셀의 Vt가 읽기게이트 스트레스, 쓰기게이트 스트레스, 데이터보존성 문제 등으로 일정 양으로 변화하면 (예를 들어, 0.1V 올라가게 되면) 상태비트(status bit)를 통해 사용자에게 알려준다. 즉 셀의 신뢰성에 문제가 생길 수 있음을 사전에 사용자에게 알려줌으로써 사용자는 리프레시 동작을 통해 셀의 신뢰성 문제를 사전에 차단할 수 있다.As the reference cell, a cell having an erasable level of Vt (ert level Vt) is used. For example, if the erase verify Vt of the main cell is -2V, the reference cell uses a slightly lower -3V cell. That is, it is used to make it more vulnerable than the erase cell applied to the main cell. When the Vt of the erasing reference cell changes by a certain amount due to read gate stress, write gate stress, and data retention problems (for example, when the voltage rises 0.1V), the user is informed via a status bit. That is, by informing the user in advance that a problem may occur in the reliability of the cell, the user may block the reliability problem of the cell in advance through a refresh operation.

다른 방법으로서, 읽기게이트 스트레스를 메인셀이 받는 양보다 더 받도록 하는 것도 가능하다. 예를 들어 메인셀의 읽기동작마다 소거 기준셀에 읽기게이트 스트레스를 가하는 것이다. 이로써 여러 주소(address)의 메인셀을 읽는 경우에는 메인셀의 한 주소의 특정 셀이 한번의 읽기게이트 스트레스를 받지만, 소거 기준셀은 여러 번의 읽기게이트 스트레스를 받게 된다.Alternatively, it is possible to have more read gate stresses than the main cell receives. For example, a read gate stress is applied to the erase reference cell for each read operation of the main cell. As a result, when a main cell of several addresses is read, a specific cell of one address of the main cell receives one read gate stress, but the erase reference cell receives several read gate stresses.

이 밖에, 최대 읽기동작 전압이 메인셀의 경우에 약 5.5V라면, 소거 기준셀의 게이트 바이어스는 7V로 가하는 방법도 가능하다. 이때에는 드레인 바이어스도메인셀보다 다소 높게 설정하여 기준셀이 메인셀보다 심한 스트레스 조건에 놓이도록 한다. 이러한 방법들은 소거 기준셀이 메인셀보다 취약하도록 함으로써 메인셀의 fail이 생기기 전에 소거 기준셀의 Vt 변화를 가져와서 안정되게 리프레시 동작을 유도하기 위한 것이다.In addition, if the maximum read operation voltage is about 5.5V in the case of the main cell, the gate bias of the erase reference cell may be applied to 7V. In this case, the drain cell is set slightly higher than the main bias cell so that the reference cell is placed in a severe stress condition than the main cell. These methods are intended to induce a refresh operation stably by bringing the Vt change of the erase reference cell before the main cell fails by making the erase reference cell weaker than the main cell.

한편, 데이터보존성과 읽기게이트 스트레스에 있어서 소거된 셀이 가장 취약하지만 높은 Vt로 쓰여진 셀('00' 레벨)도 무시할 정도는 아니다. 본 발명에 따른 MLC (wide window)의 읽기 때 선택 안된 워드라인에는 약 -3V가 걸리게 된다. 따라서, 쓰여진 셀의 Vt가 6V라면 선택되지 않은 셀의 게이트에 약 -3V가 걸리므로 상당한 양의 스트레스 조건이 된다. 따라서 쓰기 기준셀을 추가하여 이 쓰기 기준셀의 Vt가 -0.1V 변화하면 사용자에게 상태비트 정보를 알려준다. 물론 높은 Vt로 쓰여진 셀의 Vt가 약 6V라면 쓰기 기준셀의 Vt는 약 7V로 사용한다.On the other hand, the erased cells are the most vulnerable to data retention and read gate stress, but the cells written at high Vt ('00' level) are not negligible. The unselected wordline takes about -3V when reading the MLC (wide window) according to the present invention. Therefore, if Vt of the written cell is 6V, the gate of the unselected cell takes about -3V, which is a significant amount of stress condition. Therefore, by adding a write reference cell, when the Vt of the write reference cell changes by -0.1V, the user is informed of the status bit information. Of course, if Vt of the cell written as high Vt is about 6V, Vt of the write reference cell is used as about 7V.

다른 방법으로서, 읽기게이트 스트레스를 메인셀이 받는 양보다 많게 할 수도 있다. 이는 소거 기준셀에 적용하는 원리와 같이 적용된다. 예를 들어 메인셀의 읽기 동작마다 쓰기 기준셀에는 -3V 이하의 읽기게이트 스트레스를 가하는 것이다. 이러한 모든 방법들은 쓰기 기준셀이 메인셀보다 취약하게 함으로써 메인셀의 Fail이 생기기 전에 기준셀의 Vt가 변하도록 해서 안정되게 리프레시 동작을 유도하기 위한 것이다.Alternatively, the read gate stress can be greater than the main cell receives. This applies in the same way as the principle applied to the erase reference cell. For example, each read operation of the main cell applies a read gate stress of -3V or less to the write reference cell. All of these methods make the write reference cell more vulnerable than the main cell so that the Vt of the reference cell changes before the main cell fails, thereby stably inducing the refresh operation.

<본 발명의 실현장치 및 동작><The realization apparatus and operation of this invention>

이제, 이상과 같이 설명한 본 발명의 기본원리를 실현하는 장치를 예시하고그 동작 설명을 한다. 각 블록의 구성은 도4와 같이 구성한다. 소거 기준셀(소거 reference cell)(41), 쓰기 기준셀(program reference cell)(42), 베이스셀(base cell)(43)의 갯수는 센스앰프(S/A)(44a,44b)의 특성과 셀 특성 및 소자 특성 등에 맞게 한 개 또는 배열 구조(array)를 가질 수 있다. S/A(44a,44b)의 특성은 우수한 것이 바람직하며, 때에 따라서는 앞에서 언급한 기준셀의 갯수를 조절하는 것도 도움이 된다.Now, an apparatus for realizing the basic principle of the present invention described above will be described and the operation thereof will be described. Each block is configured as shown in FIG. The number of erase reference cells (erasure reference cells) 41, write reference cells (program reference cells) 42, and base cells 43 are characteristics of the sense amplifiers (S / A) 44a and 44b. And one or an array structure according to cell characteristics and device characteristics. It is preferable that the characteristics of the S / As 44a and 44b are excellent, and it is sometimes helpful to adjust the number of the aforementioned reference cells.

여기에, 기준셀들의 소거(erasing), 쓰기(programming), 감지(sensing)을 위한 아날로그 바이어스가 필요하므로 아날로그블록(45)이 연결된다. 또한 쓰기, 소거, 감지 기능을 수행하는 콘트롤블록(46)이 있다. 물론 감지된 결과에 따라 상태비트(47)를 출력하는 로직부도 여기(46)에 포함된다.The analog block 45 is connected because an analog bias for erasing, programming, and sensing of the reference cells is required. There is also a control block 46 which performs write, erase and sense functions. Of course, the logic unit for outputting the status bit 47 according to the detected result is also included in the excitation 46.

이러한 구성으로, 초기에 각각의 기준셀을 적절한 Vt로 설정한다. 이후 베이스셀과 소거 기준셀을 비교하여 소거 기준셀의 Vt가 0.1V 시프트하였는지를 확인하여 만약 +0.1V 이상 시프트했다면 콘트롤블록(46)을 거쳐 출력핀으로 상태비트(47)를 내보낸다. 도5에, +0.1V의 변화를 감지하는 방법을 대략적으로 예시하고 있다. 소거 기준셀의 게이트에 -0.9V를 가하고 베이스셀의 게이트에는 6V를 가해서 스트레스와 데이터보존성의 영향으로 소거 기준셀의 Vt가 -2.9V로 시프트되는 것을 감지한다. 사용자는 단지 이 감지결과값으로 상태비트(47)만 확인하여 리프레시하라는 신호가 나오면 메인셀에 대한 리프레시를 하면 된다. 마찬가지로, 쓰기 기준셀의 Vt가 -0.1V 시프트했을 경우에도 리프레시 상태비트를 내보낸다. 물론 이 경우도 사용자는 메인셀의 리프레시 동작을 수행한다.With this configuration, each reference cell is initially set to an appropriate Vt. Thereafter, the base cell and the erase reference cell are compared to check whether the Vt of the erase reference cell is shifted by 0.1V. If the shift is more than + 0.1V, the status bit 47 is sent to the output pin through the control block 46. 5 schematically illustrates a method of detecting a change of + 0.1V. -0.9V is applied to the gate of the erasing reference cell and 6V is applied to the gate of the base cell to detect that the Vt of the erasing reference cell is shifted to -2.9V due to stress and data retention. The user only needs to check the status bit 47 and refresh the main cell when the signal comes out for refresh. Similarly, the refresh status bit is emitted even when the Vt of the write reference cell is shifted by -0.1V. Of course, in this case, the user performs the refresh operation of the main cell.

도6은 쓰기 기준셀의 -0.1V 시프트의 감지예를 보여 준다. 도6에서, 베이스셀의 게이트에는 6V를 가하고 쓰기 기준셀의 게이트에는 8.9V를 인가한다. 이러한 리프레시의 동작 회수는 베이스셀과 소거 기준셀, 쓰기 기준셀의 조건에 따라 결정된다.Fig. 6 shows an example of sensing a -0.1 V shift of the write reference cell. In Fig. 6, 6V is applied to the gate of the base cell and 8.9V is applied to the gate of the write reference cell. The number of operations of such refresh is determined according to the conditions of the base cell, erase reference cell, and write reference cell.

한편, 도4b는 소거 기준셀용 센스앰프(44a)의 구체적인 실시예를 나타내고, 도4c는 쓰기 기준셀용 센스앰프(44b)의 구체적인 실시예를 나타낸다. 또한, 도4d는 소거 기준셀(41), 쓰기 기준셀(42), 베이스셀(43)의 어레이 구조를 나타낸다. 이들 도4b~c에 소개한 실시예들은 도4a의 각 부를 구체적으로 구현한 하나의 예를 나타내는 것에 불과하다.4B shows a specific embodiment of the erasing reference cell sense amplifier 44a, and FIG. 4C shows a specific embodiment of the write reference cell sense amplifier 44b. 4D shows an array structure of the erase reference cell 41, the write reference cell 42, and the base cell 43. 4b to c show only one example of concrete implementation of each part of FIG. 4a.

이상에서 도면을 참조한 하나의 실시예로써 본 발명을 설명하였지만, 본 발명의 기술적 범위가 상기 설명한 실시예에만 국한되는 것은 아니다. 예를 들면, 본 발명의 기술적 범위는 2비트의 MLC 뿐만 아니라 그 이상의 MLC(예, 셀당 4비트, 셀당 8비트 등) 또는 기존의 셀당 1비트 형식에도 적용된다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 상기 실시예의 설명에 의해 제한되는 것이 아니라, 첨부한 특허청구범위의 등가적인 해석에 의해 결정되는 것이다.While the present invention has been described with reference to the drawings as an embodiment, the technical scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments. For example, the technical scope of the present invention applies not only to 2-bit MLC but also to more MLCs (eg, 4-bit per cell, 8-bit per cell, etc.) or the existing 1-bit per cell format. Therefore, the technical scope of the present invention is not limited by the description of the above embodiments, but is determined by the equivalent interpretation of the appended claims.

이와 같이, 본 발명에 따르면, 기존 MLC의 레벨간 좁은 마진으로 인하여 발생하는 각종 스트레스와 데이터보존성의 저하를 해소하기 위하여 소거 Vt를 음의 영역으로 확장하여 레벨간 마진을 확보하고 자동 리프레시 기능을 도입함으로써, 각종 스트레스와 데이터보존성에 따른 플래시메모리의 Fail 발생을 사전에 차단하여 데이터 신뢰성을 획기적으로 향상시킬 수 있다.As described above, according to the present invention, in order to solve various stresses and degradation of data retention caused by the narrow margin between the levels of the existing MLC, the erase Vt is extended to the negative region to secure the margin between levels and introduce the automatic refresh function. As a result, failure of the flash memory due to various stresses and data preservation can be prevented in advance, thereby greatly improving data reliability.

본 발명의 기본목적은 메인셀의 읽기게이트 스트레스와 쓰기 게이트 스트레스 등의 각종 스트레스와 데이터보존성으로부터 메인셀의 데이터 신뢰성을 확보하는 것이며, 현재 최소 10년을 보장하고 있는 데이터보존성의 저하 문제점을 사전에 차단하고자 하는 것이다. 예를 들면 기존 MLC 제품이 10년의 데이터보존성을 갖고 있다고 가정할 경우에 본 발명의 방법을 적용한다면 10년 이내에 한번의 리프레시를 해줌으로써 추가적으로 약 10년의 데이터보존을 보장받고, 다시 10년 후의 리프레시를 통해서 추가적인 안정적 사용을 신뢰할 수 있게 된다. 물론 각종 싸이클링 효과 등으로 인하여 한번의 리프레시 후에는 초기에 보장된 10년을 완벽하게 재보장받는 것은 아니지만, 메인데이터의 신뢰성에 문제가 생기기 전에 자동으로 리프레시할 것을 사용자에게 알려줌으로써 신뢰성의 획기적인 보장을 받게 된다. 본 발명은, 데이터 신뢰성이 생명인 플래시메모리의 특성을 획기적으로 향상시킬 수 있는 것이다.The basic purpose of the present invention is to secure the data reliability of the main cell from various stresses and data storage properties such as the read gate stress and the write gate stress of the main cell, and in advance to solve the problem of deterioration of data retention which is guaranteed for at least 10 years. I want to block. For example, assuming that an existing MLC product has 10 years of data retention, if the method of the present invention is applied, an additional 10 years of data retention is guaranteed by performing one refresh within 10 years, and then again after 10 years. Refreshing ensures additional reliable use. Of course, due to various cycling effects, the initial guaranteed 10 years is not completely reclaimed after one refresh, but the breakthrough guarantee of reliability is ensured by informing the user to refresh automatically before the problem with the reliability of the main data occurs. Will receive. The present invention can dramatically improve the characteristics of a flash memory whose data reliability is life.

Claims (5)

MLC 플래시메모리의 메인셀 소거전압 Vt를 음의 영역으로 이동함으로써 Vt 레벨간의 윈도우크기를 넓히는 것을 특징으로 하는, 다층셀 플래시메모리의 데이터보존성 개선방법.A method of improving data retention of a multilayer cell flash memory, characterized in that the window size between Vt levels is increased by moving the main cell erase voltage Vt of the MLC flash memory to a negative region. 청구항 1에 있어서, 상기 Vt의 이동량을 모니터하여 소정치 이상 시프트한 경우에 메인셀을 리프레시하는 것을 특징으로 하는, 다층셀 플래시메모리의 데이터보존성 개선방법.The method according to claim 1, wherein the main cell is refreshed when the shift amount of Vt is monitored and shifted by a predetermined value or more. MLC 플래시메모리에 있어서,In MLC flash memory, 메인셀의 소거전압 Vt를 음의 영역으로 확장시키는 단계,Extending the erase voltage Vt of the main cell to a negative region; 메인셀 이외에, 메인셀을 대표해서 Vt 레벨이 얼마나 이동했는지를 판단하기 위한 소거 기준셀 및 쓰기 기준셀, 소거 기준셀과 쓰기 기준셀의 Vt가 각각 소정치 변화된 것을 판단하기 위한 베이스셀을 마련하는 단계,In addition to the main cell, an erase reference cell and a write reference cell for determining how much the Vt level has moved on behalf of the main cell, and a base cell for determining that the Vt of the erase reference cell and the write reference cell have changed by predetermined values, respectively, are provided. step, 상기 소거 기준셀, 쓰기 기준셀, 베이스셀의 기능에 적절한 Vt를 설정하는 단계,Setting Vt appropriate for the functions of the erase reference cell, write reference cell, and base cell; 상기 소거 기준셀의 Vt가 설정된 값으로부터 시프트하였는지를 확인하여, 소정치 이상 시프트했다면 상태비트를 내보내는 단계,Checking whether the Vt of the erasing reference cell has shifted from the set value, and if it has shifted more than a predetermined value, outputting a status bit; 상기 쓰기 기준셀의 Vt가 설정된 값으로부터 시프트하였는지를 확인하여, 소정치 이상 시프트했다면 상태비트를 내보내는 단계,Checking whether the Vt of the write reference cell has shifted from the set value, and if it shifts more than a predetermined value, outputting a status bit; 상기 상태비트가 감지된 경우에 상기 메인셀을 리프레시하는 단계로 구성되는, 다층셀 플래시메모리의 데이터보존성 개선방법.And refreshing the main cell when the status bit is sensed. 청구항 3에 있어서, 소거 기준셀의 Vt를 메인셀의 소거 Vt보다 낮게 하여 스트레스 조건을 메인셀 보다 더 악화시키는 것을 특징으로 하는, 다층셀 플래시메모리의 데이터보존성 개선방법.4. The method of claim 3, wherein the Vt of the erase reference cell is lower than the erase Vt of the main cell to make the stress condition worse than that of the main cell. 청구항 3에 있어서, 쓰기 기준셀의 Vt를 메인셀의 쓰기 Vt보다 더 높게 하여 스트레스 조건을 메인셀보다 더 악화시키는 것을 특징으로 하는, 다층셀 플래시메모리의 데이터보존성 개선방법.The method according to claim 3, wherein the Vt of the write reference cell is made higher than the write Vt of the main cell to make the stress condition worse than that of the main cell.
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