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KR101772577B1 - Data storage system having multi-bit memory device and operating method thereof - Google Patents

Data storage system having multi-bit memory device and operating method thereof Download PDF

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KR101772577B1
KR101772577B1 KR1020100111143A KR20100111143A KR101772577B1 KR 101772577 B1 KR101772577 B1 KR 101772577B1 KR 1020100111143 A KR1020100111143 A KR 1020100111143A KR 20100111143 A KR20100111143 A KR 20100111143A KR 101772577 B1 KR101772577 B1 KR 101772577B1
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윤상용
이원석
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삼성전자주식회사
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Abstract

여기에는 메모리 셀 어레이를 갖는 불 휘발성 메모리 장치와; 그리고 버퍼 메모리를 가지며, 상기 불 휘발성 메모리 장치를 제어하는 메모리 제어기를 포함하는 데이터 저장 장치의 동작 방법이 제공된다. 데이터 저장 장치의 동작 방법은 외부 요청에 따라 입력된 데이터를 상기 버퍼 메모리에 저장하고; 상기 버퍼 메모리에 저장된 데이터가 상기 메모리 셀 어레이에 대한 버퍼 프로그램 동작을 수반하는 데이터인 지의 여부를 판별하고; 상기 버퍼 메모리에 저장된 데이터가 버퍼 프로그램 동작을 수반하는 데이터일 때, 상기 메모리 셀 어레이에 대한 메인 프로그램 동작이 요구되는 지의 여부를 판별하고; 상기 메모리 셀 어레이에 대한 메인 프로그램 동작이 요구될 때, 상기 메모리 셀 어레이에 대한 메인 프로그램 동작의 패턴을 결정하고; 그리고 상기 결정된 패턴에 의거하여 상기 메모리 셀 어레이에 대한 메인 프로그램 동작을 위한 일련의 명령들을 상기 멀티-비트 메모리 장치로 출력하는 것을 포함한다.Comprising: a nonvolatile memory device having a memory cell array; And a memory controller having a buffer memory and controlling the non-volatile memory device. A method of operating a data storage device stores data entered in response to an external request into the buffer memory; Determining whether data stored in the buffer memory is data accompanying a buffer program operation for the memory cell array; Determining whether a main program operation for the memory cell array is required when the data stored in the buffer memory is data accompanied by a buffer program operation; Determining a pattern of a main program operation for the memory cell array when a main program operation for the memory cell array is required; And outputting a series of instructions for a main program operation to the multi-bit memory device for the memory cell array based on the determined pattern.

Description

멀티-비트 메모리 장치를 포함한 데이터 저장 시스템 및 그것의 동작 방법{DATA STORAGE SYSTEM HAVING MULTI-BIT MEMORY DEVICE AND OPERATING METHOD THEREOF}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a data storage system including a multi-bit memory device and a method of operating the same.

본 발명은 스토리지에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 데이터 저장 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to storage, and more particularly, to a data storage system.

반도체 메모리는, 일반적으로, 위성에서 소비자 전자 기술까지의 범위에 속하는 마이크로프로세서를 기반으로 한 응용 및 컴퓨터과 같은 디지털 로직 설계의 가장 필수적인 마이크로 전자 소자이다. 그러므로, 높은 집적도 및 빠른 속도를 위한 축소(scaling)를 통해 얻어지는 프로세스 향상 및 기술 개발을 포함한 반도체 메모리의 제조 기술의 진보는 다른 디지털 로직 계열의 성능 기준을 확립하는 데 도움이 된다.
반도체 메모리 장치는 크게 휘발성 반도체 메모리 장치와 불 휘발성 반도체 메모리 장치로 나뉘어진다. 휘발성 반도체 메모리 장치에 있어서, 로직 정보는 스태틱 랜덤 액세스 메모리의 경우 쌍안정 플립-플롭의 로직 상태를 설정함으로써 또는 다이나믹 랜덤 액세스 메모리의 경우 커패시터의 충전을 통해 저장된다. 휘발성 반도체 메모리 장치의 경우, 전원이 인가되는 동안 데이터가 저장되고 읽혀지며, 전원이 차단될 때 데이터는 소실된다.
MROM, PROM, EPROM, EEPROM, PRAM, 등과 같은 불 휘발성 반도체 메모리 장치는 전원이 차단되어도 데이터를 저장할 수 있다. 불 휘발성 메모리 데이터 저장 상태는 사용되는 제조 기술에 따라 영구적이거나 재프로그램 가능하다. 불 휘발성 반도체 메모리 장치는 컴퓨터, 항공 전자 공학, 통신, 그리고 소비자 전자 기술 산업과 같은 넓은 범위의 응용에서 프로그램 및 마이크로코드의 저장을 위해서 사용된다. 단일 칩에서 휘발성 및 불 휘발성 메모리 저장 모드들의 조합이 빠르고 재프로그램 가능한 불 휘발성 메모리를 요구하는 시스템에서 불 휘발성 RAM (nvRAM)과 같은 장치들에서 또한 사용 가능하다. 게다가, 응용 지향 업무를 위한 성능을 최적화시키기 위해 몇몇 추가적인 로직 회로를 포함하는 특정 메모리 구조가 개발되어 오고 있다.
불 휘발성 반도체 메모리 장치에 있어서, MROM, PROM 및 EPROM은 시스템 자체적으로 소거 및 쓰기가 자유롭지 않아서 일반 사용자들이 기억 내용을 새롭게 하기가 용이하지 않다. 이에 반해, EEPROM, PRAM, 등과 같은 불 휘발성 반도체 메모리 장치들은 전기적으로 소거 및 쓰기가 가능하므로 계속적인 갱신이 필요한 시스템 프로그래밍(system programming)이나 보조 기억 장치로의 응용이 확대되고 있다.
Semiconductor memory is typically the most essential microelectronic component of digital logic design such as microprocessor-based applications and computers that range from satellite to consumer electronics. Advances in semiconductor memory fabrication techniques, including process improvements and technology development, resulting from scaling for high densities and high speeds, can help establish performance criteria for other digital logic families.
Semiconductor memory devices are roughly divided into volatile semiconductor memory devices and nonvolatile semiconductor memory devices. In a volatile semiconductor memory device, the logic information is stored by setting the logic state of the bistable flip-flop in the case of a static random access memory or by charging a capacitor in the case of a dynamic random access memory. In the case of a volatile semiconductor memory device, data is stored and read while power is applied, and data is lost when the power is turned off.
Nonvolatile semiconductor memory devices such as MROM, PROM, EPROM, EEPROM, PRAM, and the like can store data even when power is turned off. The state of the nonvolatile memory data storage is either permanent or reprogrammable, depending on the manufacturing technology used. Nonvolatile semiconductor memory devices are used for storage of programs and microcode in a wide range of applications such as computers, avionics, communications, and consumer electronics technology industries. The combination of volatile and nonvolatile memory storage modes on a single chip is also usable in devices such as nonvolatile RAM (nvRAM) in systems requiring fast and reprogrammable nonvolatile memory. In addition, specific memory structures have been developed that include some additional logic circuitry to optimize performance for application-oriented tasks.
In the nonvolatile semiconductor memory device, the MROM, the PROM, and the EPROM are not freely erased and written by the system itself, so that it is not easy for ordinary users to refresh the memory contents. On the other hand, since nonvolatile semiconductor memory devices such as EEPROM, PRAM, and the like can be electrically erased and written, application to system programming and an auxiliary memory device which are required to be continuously updated are expanding.

본 발명의 목적은 메모리 제어기의 버퍼 크기를 최소화할 수 있는 데이터 저장 시스템 및 그것의 동작 방법을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a data storage system capable of minimizing the buffer size of a memory controller and a method of operation thereof.

본 발명의 일 특징은 메모리 셀 어레이를 갖는 불 휘발성 메모리 장치와; 그리고 버퍼 메모리를 가지며, 상기 불 휘발성 메모리 장치를 제어하는 메모리 제어기를 포함하는 데이터 저장 장치의 동작 방법을 제공하는 것이며, 데이터 저장 장치의 동작 방법은 외부 요청에 따라 입력된 데이터를 상기 버퍼 메모리에 저장하고; 상기 버퍼 메모리에 저장된 데이터가 상기 메모리 셀 어레이에 대한 버퍼 프로그램 동작을 수반하는 데이터인 지의 여부를 판별하고; 상기 버퍼 메모리에 저장된 데이터가 버퍼 프로그램 동작을 수반하는 데이터일 때, 상기 메모리 셀 어레이에 대한 메인 프로그램 동작이 요구되는 지의 여부를 판별하고; 상기 메모리 셀 어레이에 대한 메인 프로그램 동작이 요구될 때, 상기 메모리 셀 어레이에 대한 메인 프로그램 동작의 패턴을 결정하고; 그리고 상기 결정된 패턴에 의거하여 상기 메모리 셀 어레이에 대한 메인 프로그램 동작을 위한 일련의 명령들을 상기 멀티-비트 메모리 장치로 출력하는 것을 포함한다.
본 발명의 다른 특징은 제 1 영역과 제 2 영역을 갖는 메모리 셀 어레이를 포함하는 불 휘발성 메모리 장치와; 그리고 버퍼 메모리를 가지며, 상기 불 휘발성 메모리 장치를 제어하도록 구성된 메모리 제어기를 포함하며, 상기 제 1 영역에 대한 최소 프로그램 단위의 데이터가 상기 버퍼 메모리에 저장되면, 상기 메모리 제어기는 상기 버퍼 메모리에 저장된 데이터가 상기 제 1 영역에 저장되도록 상기 불 휘발성 메모리 장치를 제어하는 데이터 저장 시스템을 제공하는 것이다.
One feature of the present invention is a non-volatile memory device having a memory cell array; And a memory controller having a buffer memory and controlling the nonvolatile memory device. The method of operating a data storage device includes storing data input according to an external request in the buffer memory and; Determining whether data stored in the buffer memory is data accompanying a buffer program operation for the memory cell array; Determining whether a main program operation for the memory cell array is required when the data stored in the buffer memory is data accompanied by a buffer program operation; Determining a pattern of a main program operation for the memory cell array when a main program operation for the memory cell array is required; And outputting a series of instructions for a main program operation to the multi-bit memory device for the memory cell array based on the determined pattern.
Another aspect of the present invention is a nonvolatile memory device including a memory cell array having a first area and a second area; And a memory controller having a buffer memory and configured to control the nonvolatile memory device. When data of a minimum program unit for the first area is stored in the buffer memory, the memory controller stores data stored in the buffer memory The nonvolatile memory device controlling the nonvolatile memory device to be stored in the first area.

본 발명의 예시적인 실시예들에 따르면, 메모리 제어기의 버퍼 크기를 최소화하는 것이 가능하다.According to exemplary embodiments of the present invention, it is possible to minimize the buffer size of the memory controller.

도 1a은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 멀티-레벨 메모리 장치에 적용되는 어드레스 스크램블 방식의 일예를 보여주는 도면이다.
도 1b는 각 메모리 셀이 4-비트 데이터를 저장하고 3-스텝 프로그램 방식에 따라 프로그램 동작이 수행될 때 변화되는 문턱 전압 분포들을 보여주는 도면이다.
도 1c는 각 메모리 셀이 3-비트 데이터를 저장하고 3-스텝 프로그램 방식에 따라 프로그램 동작이 수행될 때 변화되는 문턱 전압 분포들을 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 데이터 저장 시스템을 개략적으로 보여주는 블록도이다.
도 3은 셀 당 4-비트 데이터가 저장되고 3-스텝 재프로그램 방법이 적용되는 멀티-비트 메모리 장치의 예시적인 어드레스 스크램블 방식을 보여주는 도면이다.
도 4는 도 2에 도시된 데이터 저장 시스템의 프로그램 동작 동안 데이터 흐름을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 5는 도 4에서 설명된 일련의 단일-비트 프로그램 동작과 1-스텝 프로그램 동작에 따른 데이터 흐름을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 6은 도 4에서 설명된 일련의 단일-비트 프로그램 동작과 거친/정교한 프로그램 동작에 따른 데이터 흐름을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 7은 도 4에서 설명된 일련의 단일-비트 프로그램 동작, 거친 프로그램 동작, 그리고 정교한 프로그램 동작에 따른 데이터 흐름을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 8은 도 2에 도시된 메모리 시스템의 읽기 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 9는 셀 당 3-비트 데이터가 저장되고 3-스텝 재프로그램 방법이 적용되는 멀티-비트 메모리 장치의 예시적인 어드레스 스크램블 방식을 보여주는 도면이다.
도 10은 도 2에 도시된 데이터 저장 시스템의 프로그램 동작 동안 데이터 흐름을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 11은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 페이지 인터리브 방식을 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 도 11에서 설명된 페이지 인터리브 방식이 적용된 데이터 저장 시스템의 프로그램 동작 동안 데이터 흐름을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 13은 셀 당 3-비트 데이터가 저장되고 재프로그램 방법이 적용되는 멀티-비트 메모리 장치의 다른 예시적인 어드레스 스크램블 방식을 보여주는 도면이다.
도 14는 도 13에 도시된 어드레스 스크램블 방식에 따라 행해지는 프로그램 동작 동안 데이터 흐름을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 15는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 멀티-비트 메모리 장치의 페이지 버퍼 구조를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 16은 도 13 및 도 14에서 설명된 1-스텝 프로그램 동작을 위한 명령 시퀀스를 보여주는 도면이다.
도 17은 도 16에 도시된 1-스텝 프로그램 명령 시퀀스에 따른 데이터 흐름을 보여주는 도면이다.
도 18은 도 13 및 도 14에서 설명된 거친 프로그램 동작을 위한 명령 시퀀스를 보여주는 도면이다.
도 19는 도 18에 도시된 거친 프로그램 명령 시퀀스에 따른 데이터 흐름을 보여주는 도면이다.
도 20은 도 11에서 설명된 페이지 인터리브 방식과 도 13에서 설명된 어드레스 스크램블 방식이 적용된 데이터 저장 시스템의 프로그램 동작 동안 데이터 흐름을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 21은 는 셀 당 4-비트 데이터가 저장되고 재프로그램 방법이 적용되는 멀티-비트 메모리 장치의 다른 예시적인 어드레스 스크램블 방식을 보여주는 도면이다.
도 22a 내지 도 22d는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 멀티-비트 메모리 장치의 제 1 및 제 2 영역들에 대한 다양한 조합들을 설명하기 위한 도면들이다.
도 23 내지 도 25는 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 메모리 제어기의 동작을 설명하기 위한 흐름도들이다.
도 26은 올 비트 라인 메모리 구조 또는 오드-이븐 메모리 구조를 위해 메모리 셀 어레이를 메모리 블록들로 구성하는 예를 보여주는 도면이다.
도 27는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 컴퓨팅 시스템을 개략적으로 보여주는 블록도이다.
도 28는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 메모리 제어기를 개략적으로 보여주는 블록도이다.
도 29은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 반도체 드라이브를 개략적으로 보여주는 블록도이다.
도 30은 도 29에 도시된 반도체 드라이브를 이용한 스토리지를 개략적으로 보여주는 블록도이다.
도 31은 도 29에 도시된 반도체 드라이브를 이용한 스트리지 서버를 개략적으로 보여주는 블록도이다.
도 32 내지 도 34은 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 데이터 저장 장치가 적용되는 시스템들을 개략적으로 보여주는 도면들이다.
도 35은 본 발명의 실시예에 따른 메모리 카드(memory card)를 개략적으로 보여주는 블록도이다.
도 36은 본 발명의 실시예에 따른 디지털 스틸 카메라(digital still camera)를 개략적으로 보여주는 블록도이다.
도 37는 도 35의 메모리 카드가 사용되는 다양한 시스템을 설명하는 예시적 도면이다.
FIG. 1A is a diagram illustrating an example of an address scrambling scheme applied to a multi-level memory device according to an exemplary embodiment of the present invention.
1B is a diagram showing threshold voltage distributions that are varied when each memory cell stores 4-bit data and a program operation is performed according to a 3-step programming method.
1C is a diagram showing threshold voltage distributions that are varied when each memory cell stores 3-bit data and a program operation is performed according to a 3-step programming method.
2 is a block diagram that schematically illustrates a data storage system in accordance with exemplary embodiments of the present invention.
3 is a diagram illustrating an exemplary address scrambling scheme for a multi-bit memory device in which four-bit per cell data is stored and a three-step reprogramming method is applied.
FIG. 4 is a schematic diagram illustrating data flow during program operation of the data storage system shown in FIG. 2. FIG.
5 is a diagram schematically illustrating a data flow according to the series of single-bit program operations and the one-step program operation described in FIG.
FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a data flow according to a series of single-bit program operations and coarse / fine program operations illustrated in FIG.
FIG. 7 is a schematic diagram illustrating a data flow according to the series of single-bit program operations, coarse program operations, and sophisticated program operations described in FIG.
8 is a flowchart for explaining a read operation of the memory system shown in FIG.
9 is a diagram illustrating an exemplary address scrambling scheme of a multi-bit memory device in which 3-bit data per cell is stored and a three-step reprogramming method is applied.
FIG. 10 is a schematic diagram of data flow during a program operation of the data storage system shown in FIG. 2. FIG.
11 schematically illustrates a page interleaving method according to an exemplary embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a diagram schematically illustrating a data flow during a program operation of a data storage system to which the page interleaving method illustrated in FIG. 11 is applied.
13 is a diagram illustrating another exemplary address scrambling scheme of a multi-bit memory device in which 3-bit data per cell is stored and a reprogramming method is applied.
FIG. 14 is a diagram schematically illustrating a data flow during a program operation performed according to the address scrambling method shown in FIG. 13; FIG.
15 is a schematic diagram illustrating a page buffer structure of a multi-bit memory device according to an exemplary embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a diagram showing a command sequence for the one-step program operation described in FIGS. 13 and 14. FIG.
FIG. 17 is a view showing a data flow according to the one-step program command sequence shown in FIG.
18 is a diagram showing a command sequence for the coarse program operation described in Figs. 13 and 14. Fig.
19 is a view showing a data flow according to the coarse program command sequence shown in FIG.
FIG. 20 is a diagram schematically showing a data flow during a page interleaving method illustrated in FIG. 11 and a program operation of a data storage system to which the address scramble method described in FIG. 13 is applied.
Figure 21 is a diagram illustrating another exemplary address scrambling scheme of a multi-bit memory device in which 4-bit data per cell is stored and a reprogramming method is applied.
Figures 22A-22D are diagrams illustrating various combinations of first and second regions of a multi-bit memory device in accordance with an exemplary embodiment of the present invention.
23 to 25 are flowcharts for explaining the operation of the memory controller according to the exemplary embodiments of the present invention.
26 is a diagram showing an example of configuring a memory cell array as memory blocks for an all-bit line memory structure or an odd-even memory structure.
Figure 27 is a block diagram that schematically illustrates a computing system in accordance with an exemplary embodiment of the present invention.
28 is a block diagram that schematically illustrates a memory controller in accordance with an exemplary embodiment of the present invention.
29 is a block diagram schematically illustrating a semiconductor drive according to an exemplary embodiment of the present invention.
30 is a block diagram schematically showing the storage using the semiconductor drive shown in FIG.
31 is a block diagram schematically showing a storage server using the semiconductor drive shown in FIG.
32 to 34 are diagrams schematically showing systems to which a data storage device according to exemplary embodiments of the present invention is applied.
35 is a block diagram schematically illustrating a memory card according to an embodiment of the present invention.
36 is a block diagram schematically showing a digital still camera according to an embodiment of the present invention.
37 is an exemplary diagram illustrating various systems in which the memory card of Fig. 35 is used.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 통해 설명될 것이다. 그러나 본 발명은 여기에서 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 단지, 본 실시 예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여 제공되는 것이다.
도면들에 있어서, 본 발명의 실시 예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니며 명확성을 기하기 위하여 과장된 것이다. 또한 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소를 나타낸다.
본 명세서에서 ‘및/또는’이란 표현은 전후에 나열된 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용된다. 또한, ‘연결되는/결합되는’이란 표현은 다른 구성요소와 직접적으로 연결되거나 다른 구성요소를 통해 간접적으로 연결되는 것을 포함하는 의미로 사용된다. 본 명세서에서 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 또한, 명세서에서 사용되는 ‘포함한다’ 또는 ‘포함하는’으로 언급된 구성요소, 단계, 동작 및 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작, 소자 및 장치의 존재 또는 추가를 의미한다.
각 메모리 셀에 저장되는 데이터 비트들의 수가 증가됨에 따라, 멀티-비트(또는, 멀티-레벨) 데이터를 저장하는 메모리 장치(이하, 멀티-레벨 메모리 장치라 칭함)의 신뢰성을 확보하는 것이 점차적으로 어려워지고 있다. 신뢰성을 떨어뜨리는 요인들 중 대표적인 하나는 인접 메모리 셀들 사이의 커플링으로 인한 문턱 전압들의 변화일 것이다. 예를 들면, 이전에 프로그램된 메모리 셀의 문턱 전압은 프로그램된 메모리 셀에 인접한 메모리 셀이 프로그램될 때 생기는 커플링으로 인해 변화될 수 있다. 그러한 커플링을 효율적으로 관리하기 위해서 멀티-레벨 메모리 장치에 적용되는 어드레스 스크램블 방식의 일예가 도 1a에 도시되어 있다.
하나의 메모리 셀에 4-비트 데이터가 저장된다는 가정 하에서 어드레스 스크램블 방식이 설명될 것이다. 도시의 편의상, 도 1a에는 단지 4개의 워드 라인들(WL0∼WL3)이 도시되어 있다. 워드 라인들(WL0∼WL3) 각각에는 복수의 메모리 셀들(MC)이 연결될 것이다. 먼저, 하위 2-비트 데이터가 첫 번째 워드 라인(WL0)에 연결된 메모리 셀들 각각에 저장되는 1-스텝 프로그램 동작이 수행될 것이다. 즉, 1-스텝 프로그램 동작 동안, 첫 번째 워드 라인(WL0)에 연결된 메모리 셀들에는 2개-페이지 데이터가 저장될 것이다. 이는 도 1a에서 ①로 표기되어 있다. 그 다음에, 두 번째 워드 라인(WL1)에 연결된 메모리 셀들에 대해서 1-스텝 프로그램 동작이 수행될 것이다. 이는 도 1a에서 ②로 표기되어 있다. 두 번째 워드 라인(WL1)에 대한 1-스텝 프로그램 동작이 수행된 후, 두 번째 워드 라인(WL1)의 아래에 위치하고 하위 2-비트 데이터가 프로그램된 첫 번째 워드 라인(WL0)에 연결된 메모리 셀들에 상위 2-비트 데이터가 저장되는 거친 프로그램 동작(coarse program operation)(또는, 두번째 스텝 프로그램(2-step programming)이라 불림)이 수행될 것이다. 이는 도 1a에서 ③로 표기되어 있다. 첫 번째 워드 라인(WL0)에 연결된 메모리 셀들에 대해서 거친 프로그램 동작이 수행된 후, 세 번째 워드 라인(WL2)에 대한 1-스텝 프로그램 동작이 수행되고, 이는 도 1a에서 ④로 표기되어 있다. 세 번째 워드 라인(WL2)에 대한 1-스텝 프로그램 동작 이후, 하위 2-비트 데이터가 프로그램된 두 번째 워드 라인(WL1)에 연결된 메모리 셀들에 상위 2-비트 데이터가 저장되는 거친 프로그램 동작이 수행될 것이다. 이는 도 1a에서 ⑤로 표기되어 있다. 그 후, 첫 번째 워드 라인(WL0)에 대한 정교한 프로그램 동작(fine program operation)이 수행될 것이다. 이는 도 1a에서 ⑥로 표기되어 있다. 이후, 1-스텝, 거친, 그리고 정교한 프로그램 동작들이 앞서 설명된 프로그램 순서(도 1a 참조)에 따라 순차적으로 수행될 것이다. 도 1a에서 설명된 프로그램 순서에 따라 워드 라인들이 선택되는 방식을 어드레스 스크램블 방식이라 칭한다.
1-스텝 프로그램 동작과 거친 프로그램 동작이 완료되면, M-비트 데이터(M은 2 또는 그 보다 큰 정수)에 대응하는 문턱 전압 분포들(예를 들면, 2M개의 문턱 전압 분포들)이 모두 형성될 것이다. 비록 거친 프로그램 동작이 완료됨에 따라 모든 문턱 전압 분포들이 형성되더라도, 문턱 전압 분포들 사이의 마진은 문턱 전압 분포들을 명확하게 구분하기에 충분하지 않을 것이다. 문턱 전압 분포들을 명확하게 구분하기에 충분한 마진을 확보하기 위해서 정교한 프로그램 동작이 수행될 것이다. 정교한 프로그램 동작은 각 문턱 전압 분포의 폭을 좁히기 위해 행해지며, 거친 프로그램 동작에서 사용되는 문턱 전압 분포들의 검증 전압들 보다 소정 전압만큼 각각 높은 검증 전압들을 사용하여 행해질 것이다. 이러한 프로그램 방식을 통해 인접한 메모리 셀들 사이의 커플링을 줄이는 것이 가능하다. 이러한 프로그램 방법/알고리즘은 재프로그램 방법/알고리즘(reprogram method/algorithm)이라 칭한다.
예시적인 실시예에 있어서, 4-비트 데이터를 위한 재프로그램 방법 즉, 1-스텝 프로그래밍, 거친 프로그래밍, 그리고 정교한 프로그래밍이 2-비트 데이터 및 3-비트 데이터의 재프로그램 방법에도 모두 적용됨은 잘 이해될 것이다.
이러한 재프로그램 방법에 의하면, 임의의 워드 라인에 대한 정교한 프로그램 동작이 종료될 때까지 임의의 워드 라인의 메모리 셀들에 저장된 데이터를 유지할 필요가 있다. 예를 들면, 1-스텝 프로그램 동작은 메모리 제어기에서 멀티-비트 메모리 장치에 제공되는 데이터에 의거하여 행해지고, 거친 프로그램 동작은 1-스텝 프로그램 동작을 통해 저장된 데이터와 메모리 제어기에서 제공되는 데이터에 의거하여 행해질 것이다. 정교한 프로그램 동작은 1-스텝 프로그램 동작과 거친 프로그램 동작을 통해 저장된 데이터에 의거하여 행해질 것이다. 하지만, 앞서 설명된 바와 같이, 1-스텝 프로그램 동작과 거친 프로그램 동작을 통해 저장된 데이터를 정확하게 읽는 것은 어렵다. 이는 정교한 프로그램 동작에 필요한 데이터는 메모리 제어기에서 멀티-비트 메모리 장치로 제공되어야 함을 의미한다. 그러한 까닭에, 임의의 워드 라인에 대한 정교한 프로그램 동작이 종료될 때까지 임의의 워드 라인의 메모리 셀들에 저장된 데이터가 메모리 제어기에 의해서 유지될 것이다. 이는 정교한 프로그램 동작에 필요한 데이터를 유지하기 위한 큰 용량의 버퍼 메모리가 메모리 제어기에 제공됨을 의미한다.
도 1b는 각 메모리 셀이 4-비트 데이터를 저장하고 3-스텝 프로그램 방식에 따라 프로그램 동작이 수행될 때 변화되는 문턱 전압 분포들을 보여주는 도면이다. 이하, 3-스텝 프로그램 방식에 따른 프로그램 방법이 참조 도면들에 의거하여 설명될 것이다.
먼저, 선택된 워드 라인(예를 들면, WL0, 도 1a 참조)의 메모리 셀들에는 2-페이지 데이터(즉, 제 1 및 제 2 페이지 데이터)가 저장될 것이다. 이때, 도 1b의 박스(21)에 도시된 바와 같이, 소거 상태(E)에 대응하는 문턱 전압 분포에 속한 메모리 셀들은 프로그램될 데이터에 따라 프로그램 상태들(Q1, Q2, Q3)에 각각 대응하는 문턱 전압 분포들에 속한 문턱 전압들을 갖도록 프로그램될 것이다.
앞서 설명된 바와 같이, 워드 라인(예를 들면, WL0)에 속한 1-스텝 프로그램된 메모리 셀들의 거친 프로그램 동작은 인접한 워드 라인(예를 들면, WL1)에 속한 메모리 셀들의 1-스텝 프로그램 동작 이후에 행해질 것이다. 이때, 도 1b의 박스(22)에 도시된 바와 같이, 워드 라인(예를 들면, WL0)에 속한 1-스텝 프로그램된 메모리 셀들의 산포들이 인접한 워드 라인(예를 들면, WL1)에 속한 메모리 셀들이 프로그램될 때 생기는 커플링으로 인해 넓어질 것이다.
그 다음에, 선택된 워드 라인(WL0)의 메모리 셀들에는 2-페이지 데이터 즉, 제 3 및 제 4 페이지 데이터가 저장될 것이다. 이때, 도 1b의 박스(23)에 도시된 바와 같이, 각 상태에 대응하는 문턱 전압 분포에 속한 메모리 셀들은 대응하는 문턱 전압 산포들에 속한 문턱 전압들을 갖도록 프로그램될 것이다. 예를 들면, 소거 상태(E)에 대응하는 문턱 전압 분포에 속한 메모리 셀들은 프로그램될 데이터에 따라 프로그램 상태들(P1'∼P3')에 각각 대응하는 문턱 전압 분포들에 속한 문턱 전압들을 갖도록 프로그램될 것이다. 프로그램 상태(Q1)에 대응하는 문턱 전압 분포에 속한 메모리 셀들은 프로그램될 데이터에 따라 프로그램 상태들(P4'∼P7')에 각각 대응하는 문턱 전압 분포들에 속한 문턱 전압들을 갖도록 프로그램될 것이다. 프로그램 상태(Q2)에 대응하는 문턱 전압 분포에 속한 메모리 셀들은 프로그램될 데이터에 따라 프로그램 상태들(P8'∼P11')에 각각 대응하는 문턱 전압 분포들에 속한 문턱 전압들을 갖도록 프로그램될 것이다. 프로그램 상태(Q3)에 대응하는 문턱 전압 분포에 속한 메모리 셀들은 프로그램될 데이터에 따라 프로그램 상태들(P12'∼P15')에 각각 대응하는 문턱 전압 분포들에 속한 문턱 전압들을 갖도록 프로그램될 것이다.
앞서 설명된 바와 같이, 워드 라인(예를 들면, WL0)에 속한 거친 프로그램된 메모리 셀들의 정교한 프로그램 동작은 인접한 워드 라인들(예를 들면, WL2, WL1)에 대한 1-스텝 프로그램 동작 및 거친 프로그램 동작 이후에 행해질 것이다. 이때, 도 1b의 박스(24)에 도시된 바와 같이, 워드 라인(예를 들면, WL0)에 속한 거친 프로그램된 메모리 셀들의 산포들이 인접한 워드 라인들(예를 들면, WL2, WL1)에 속한 메모리 셀들이 프로그램될 때 생기는 커플링으로 인해 넓어질 것이다. 이러한 이유로, 거친 프로그램된 메모리 셀들로부터 데이터를 정확하게 읽는 것이 어렵다.
워드 라인(WL0)에 속한 메모리 셀들이 도 1b의 박스(25)에 도시된 바와 같은 최종 문턱 전압 분포들(P1∼P15)을 갖도록 프로그램될 것이다. 이러한 동작은 정교한 프로그램 동작이라 불린다. 앞서 설명된 바와 같이, 정교한 프로그램 동작은 이전에 프로그램된 데이터(예를 들면, 제 1 내지 제 4 페이지 데이터)를 필요로 하며, 이는 워드 라인(WL0)에 속한 메모리 셀들로부터 이전에 프로그램된 데이터를 정확하게 읽는 것이 어렵기 때문에 메모리 제어기로부터 제공되는 데이터(또는, 메모리 장치에 의해서 유지되는 데이터)에 의거하여 행해질 것이다. 도 1b의 박스(26)에 도시된 바와 같이, 정교한 프로그램된 메모리 셀들의 산포들 역시 인접한 워드 라인들에 속한 메모리 셀들이 프로그램될 때 생기는 커플링으로 인해 넓어질 수 있다.
이후, 각 워드 라인에 대한 1-스텝 프로그램 동작, 거친 프로그램 동작, 그리고 정교한 프로그램 동작이 도 1a에서 설명된 프로그램 순서에 따라 행해지며, 이는 도 1b에서 설명된 것과 동일한 방식으로 행해질 것이다.
도 1c는 각 메모리 셀이 3-비트 데이터를 저장하고 3-스텝 프로그램 방식에 따라 프로그램 동작이 수행될 때 변화되는 문턱 전압 분포들을 보여주는 도면이다. 이하, 3-스텝 프로그램 방식에 따른 프로그램 방법이 참조 도면들에 의거하여 설명될 것이다.
먼저, 선택된 워드 라인(예를 들면, WL0, 도 1a 참조)의 메모리 셀들에는 2-페이지 데이터(즉, 제 1 및 제 2 페이지 데이터)가 저장될 것이다. 이때, 도 1c의 박스(31)에 도시된 바와 같이, 소거 상태(E)에 대응하는 문턱 전압 분포에 속한 메모리 셀들은 프로그램될 데이터에 따라 프로그램 상태들(Q1, Q2, Q3)에 각각 대응하는 문턱 전압 분포들에 속한 문턱 전압들을 갖도록 프로그램될 것이다.
앞서 설명된 바와 같이, 워드 라인(예를 들면, WL0)에 속한 1-스텝 프로그램된 메모리 셀들의 거친 프로그램 동작은 인접한 워드 라인(예를 들면, WL1)에 속한 메모리 셀들의 1-스텝 프로그램 동작 이후에 행해질 것이다. 이때, 도 1c의 박스(31)의 실선으로 표시된 같이, 워드 라인(예를 들면, WL0)에 속한 1-스텝 프로그램된 메모리 셀들의 산포들이 인접한 워드 라인(예를 들면, WL1)에 속한 메모리 셀들이 프로그램될 때 생기는 커플링으로 인해 넓어질 것이다.
그 다음에, 선택된 워드 라인(WL0)의 메모리 셀들에는 1-페이지 데이터가 저장될 것이다. 이때, 도 1c의 박스(32)에 도시된 바와 같이, 각 상태에 대응하는 문턱 전압 분포에 속한 메모리 셀들은 대응하는 문턱 전압 산포들에 속한 문턱 전압들을 갖도록 프로그램될 것이다. 예를 들면, 소거 상태(E)에 대응하는 문턱 전압 분포에 속한 메모리 셀들은 프로그램될 데이터에 따라 프로그램 상태(P1)에 대응하는 문턱 전압 분포에 속한 문턱 전압들을 갖도록 프로그램될 것이다. 프로그램 상태(Q1)에 대응하는 문턱 전압 분포에 속한 메모리 셀들은 프로그램될 데이터에 따라 프로그램 상태들(P2, P3)에 각각 대응하는 문턱 전압 분포들에 속한 문턱 전압들을 갖도록 프로그램될 것이다. 프로그램 상태(Q2)에 대응하는 문턱 전압 분포에 속한 메모리 셀들은 프로그램될 데이터에 따라 프로그램 상태들(P4, P5)에 각각 대응하는 문턱 전압 분포들에 속한 문턱 전압들을 갖도록 프로그램될 것이다. 프로그램 상태(Q3)에 대응하는 문턱 전압 분포에 속한 메모리 셀들은 프로그램될 데이터에 따라 프로그램 상태들(P6, P7)에 각각 대응하는 문턱 전압 분포들에 속한 문턱 전압들을 갖도록 프로그램될 것이다.
앞서 설명된 바와 같이, 워드 라인(예를 들면, WL0)에 속한 거친 프로그램된 메모리 셀들의 정교한 프로그램 동작은 인접한 워드 라인들(예를 들면, WL2, WL1)에 대한 1-스텝 프로그램 동작 및 거친 프로그램 동작 이후에 행해질 것이다. 이때, 도 1c의 박스(32)의 실선으로 도시된 바와 같이, 워드 라인(예를 들면, WL0)에 속한 거친 프로그램된 메모리 셀들의 산포들이 인접한 워드 라인들(예를 들면, WL2, WL1)에 속한 메모리 셀들이 프로그램될 때 생기는 커플링으로 인해 넓어질 것이다. 이러한 이유로, 거친 프로그램된 메모리 셀들로부터 데이터를 정확하게 읽는 것이 어렵다.
워드 라인(WL0)에 속한 메모리 셀들이 도 1c의 박스(33)에 도시된 바와 같은 최종 문턱 전압 분포들(P1∼P7)을 갖도록 프로그램될 것이다. 이러한 동작은 정교한 프로그램 동작이라 불린다. 앞서 설명된 바와 같이, 정교한 프로그램 동작은 이전에 프로그램된 데이터(예를 들면, 제 1 내지 제 3 페이지 데이터)를 필요로 하며, 이는 워드 라인(WL0)에 속한 메모리 셀들로부터 이전에 프로그램된 데이터를 정확하게 읽는 것이 어렵기 때문에 메모리 제어기로부터 제공되는 데이터(또는, 메모리 장치에 의해서 유지되는 데이터)에 의거하여 행해질 것이다. 도 1c의 박스(33)의 실선으로 도시된 바와 같이, 정교한 프로그램된 메모리 셀들 역시 인접한 워드 라인들에 속한 메모리 셀들의 산포들은 프로그램될 때 생기는 커플링으로 인해 넓어질 수 있다.
이후, 각 워드 라인에 대한 1-스텝 프로그램 동작, 거친 프로그램 동작, 그리고 정교한 프로그램 동작이 도 1a에서 설명된 프로그램 순서에 따라 행해지며, 이는 도 1c에서 설명된 것과 동일한 방식으로 행해질 것이다.
도 2는 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 데이터 저장 시스템을 개략적으로 보여주는 블록도이다.
도 2를 참조하면, 데이터 저장 시스템(1000)은 불 휘발성 메모리 장치로서 멀티-비트 메모리 장치(100), 메모리 제어기(200), 그리고 호스트(300)를 포함할 것이다. 멀티-비트 메모리 장치(100)는 하나 또는 그 보다 많은 메모리 칩들로 구성될 수 있다. 멀티-비트 메모리 장치(100)와 메모리 제어기(200)는, 데이터 저장 장치로서, 메모리 카드, 반도체 디스크(Solid State Drive: SSD), 메모리 스틱, 또는 그와 같은 것을 구성할 것이다. 멀티-비트 메모리 장치(100)는 복수의 메모리 블록들(섹터들/뱅크들)을 포함하며, 각 메모리 블록은 행들과 열들로 배열된 메모리 셀들을 포함할 것이다. 메모리 셀들 각각은 멀티-비트(또는, 멀티-레벨) 데이터를 저장할 것이다. 메모리 셀들은 2차원 어레이 구조를 갖도록 또는 3차원/수직 어레이 구조를 갖도록 배열될 것이다. 예시적인 3차원 어레이 구조가 미국특허 공개번호 제20080/0023747호에 "SEMICONDUCTOR MEMORY DEVICE WITH MEMORY CELLS ON MULTIPLE LAYERS"라는 제목으로 그리고 미국특허 공개번호 제2008/0084729호에 "SEMICONDUCTOR DEVICE WITH THREE-DIMENSIONAL ARRAY STRUCTURE"라는 제목으로 각각 게재되어 있으며, 이 출원의 레퍼런스로 포함될 것이다.
본 발명의 예시적인 실시예에 따른 멀티-비트 메모리 장치(100)의 메모리 블록들은 적어도 제 1 영역(101)과 제 2 영역(102)으로 구분될 것이다. 여기서, 제 1 및 제 2 영역들(101, 102)의 구분이 물리적인 것이 아니라 논리적으로 행해짐은 잘 이해될 것이다. 제 1 및 제 2 영역들(101, 102)의 구분은 논리적으로 가변 가능하다. 제 1 영역(101)에 속한 메모리 블록들은 제 2 영역(102)에 속한 메모리 블록들과 다른 방식으로 프로그램될 것이다. 예를 들면, 제 1 영역(101)에 속한 메모리 블록들은 단일-비트 프로그램 방식(이하, SLC 프로그램 방식이 칭함)에 따라 프로그램되고, 제 2 영역(102)에 속한 메모리 블록들은 멀티-비트 프로그램 방식(이하, MLC 프로그램 방식이라 칭함)(예를 들면, 앞서 설명된 N-스텝 재프로그램 방식)에 따라 프로그램될 것이다. 다시 말해서, 제 1 영역(101)에 속한 메모리 셀들 각각은 1-비트 데이터를 저장하고, 제 2 영역(102)에 속한 메모리 셀들 각각은 M-비트 데이터(M은 3 또는 그 보다 큰 정수)를 저장할 것이다. 또한, 제 1 영역(101)에 속한 메모리 셀들 각각은 제 2 영역(102)에 속한 메모리 셀들 각각에 저장되는 M-비트 데이터(M은 3 또는 그 보다 큰 정수)보다 작은 수의 데이터 비트들을 저장할 것이다.
계속해서 도 2를 참조하면, 메모리 제어기(200)는 호스트(300)의 요청에 응답하여 멀티-비트 메모리 장치(100)를 제어하도록 구성될 것이다. 메모리 제어기(200)는 버퍼 메모리(201)를 포함할 것이다. 버퍼 메모리(201)는 호스트(300)로부터 전송된 데이터를 임시 저장하는 데 그리고 멀티-비트 메모리 장치(100)로부터 읽혀진 데이터를 임시 저장하는 데 사용될 것이다. 메모리 제어기(200)는 정적 스케쥴링 방식(static scheduling manner)으로 메모리 장치(100)의 프로그램 동작을 제어할 것이다. 예를 들면, 제 1 영역(101)에 대한 최소 프로그램 단위의 데이터가 버퍼 메모리(201)에 저장되면, 메모리 제어기(200)는 최소 프로그램 단위의 데이터가 제 1 영역(101)에 저장되도록 멀티-비트 메모리 장치(100)를 제어할 것이다. 이는 버퍼 프로그램 동작이라 칭한다. 제 2 영역(102)에 대한 최소 프로그램 단위의 데이터가 제 1 영역(101)에 모이면, 메모리 제어기(200)는 제 2 영역(102)에 대한 최소 프로그램 단위의 데이터가 제 2 영역(102)에 저장되도록 멀티-비트 메모리 장치(100)를 제어할 것이다. 이는 메인 프로그램 동작이라 칭한다. 버퍼 프로그램 동작과 메인 프로그램 동작은 이후 상세히 설명될 것이다.
예시적인 실시예에 있어서, 제 1 영역(101)에 대한 최소 프로그램 단위와 제 2 영역(102)에 대한 최소 프로그램 단위는 프로그램 방식, 셀 당 비트 수, 등에 따라 다양하게 결정될 것이다. 제 1 영역(101)에 대한 최소 프로그램 단위는 제 2 영역(102)에 대한 최소 프로그램 단위와 다르다.
예시적인 실시예에 있어서, 버퍼 프로그램 동작을 통해 제 1 영역(101)에 데이터를 저장하고, 메인 프로그램 동작을 통해 제 2 영역(102)에 데이터를 저장함으로써 메모리 제어기(200)의 버퍼 메모리(201)의 크기를 최소화시킬 수 있다. 다시 말해서, 버퍼 메모리(201)에 정교한 프로그램 동작을 위한 데이터를 유지할 필요가 없다. 그러한 까닭에, 메모리 제어기(200)의 버퍼 메모리(201)의 크기를 최소화시킬 수 있다.
도 3은 셀 당 4-비트 데이터가 저장되고 재프로그램 방법이 적용되는 멀티-비트 메모리 장치의 예시적인 어드레스 스크램블 방식을 보여주는 도면이고, 도 4는 도 2에 도시된 데이터 저장 시스템의 프로그램 동작 동안 데이터 흐름을 개략적으로 보여주는 도면이다. 이하, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 데이터 저장 시스템의 동작이 참조 도면들에 의거하여 상세히 설명될 것이다.
설명의 편의상, 도 3에 도시된 바와 같이, 각 메모리 블록이 64개의 워드 라인들(WL0∼WL63)을 포함하고, 각 메모리 셀이 4-비트 데이터를 저장한다고 가정하자. 이러한 가정에 따르면, 각 메모리 블록에는 256개의 페이지들이 저장될 것이다. 여기서, "페이지"라는 용어는 페이지 데이터를 나타내는 데 사용될 것이다.
먼저, 호스트(300)에서 메모리 제어기(200)의 버퍼 메모리(201)로 제 1 영역(101)에 대한 최소 프로그램 단위의 데이터(D0)가 전달되면, 버퍼 메모리(201)에 저장된 데이터(D0)는 메모리 제어기(200)의 제어에 따라 멀티-비트 메모리 장치(100)의 제 1 영역(101)에 프로그램될 것이다. 앞서 설명된 바와 같이, 제 1 영역(101)에는 SLC 프로그램 동작을 통해 데이터(D0)가 프로그램될 것이다. 메모리 제어기(200)는 제 2 영역(102)에 대한 최소 프로그램 단위의 데이터가 제 1 영역(101)에 모였는 지의 여부를 판별하고, 판별 결과에 따라 메인 프로그램 동작을 제어할 것이다. 제 2 영역(102)에 대한 최소 프로그램 단위의 데이터가 제 1 영역(101)에 모였는 지의 여부는 페이지 어드레스에 의거하여 판별될 것이다. 제 1 영역(101)에는 단지 한 페이지(D0)가 저장되어 있기 때문에, 메인 프로그램 동작은 행해지지 않을 것이다. 호스트(300)에서 메모리 제어기(200)의 버퍼 메모리(201)로 제 1 영역(101)에 대한 최소 프로그램 단위의 데이터(D1)가 전달되면, 버퍼 메모리(201)에 저장된 데이터(D1)는 메모리 제어기(200)의 제어에 따라 멀티-비트 메모리 장치(100)의 제 1 영역(101)에 프로그램될 것이다. 제 2 영역(102)에 대한 최소 프로그램 단위의 데이터(예를 들면, 1-스텝 프로그램 동작에 필요한 2-페이지)가 제 1 영역(101)에 모였기 때문에, 메모리 제어기(200)는 제 1 영역(101)에 저장된 데이터(D0, D1)가 제 2 영역(102)에 저장되도록 멀티-비트 메모리 장치(100)를 제어할 것이다. 즉, 제 1 영역(101)에 저장된 데이터(D0, D1)에 의거하여 워드 라인(WL0)에 대한 1-스텝 프로그램 동작이 수행될 것이다.
앞서 설명된 바와 같이, 버퍼 메모리(201)에 제 1 영역(101)에 대한 최소 프로그램 단위의 데이터가 저장되면, 버퍼 메모리(201)에 저장된 데이터는 메모리 제어기(200)의 제어하에 멀티-비트 메모리 장치(100)의 제 1 영역(101)에 프로그램될 것이다. 제 1 영역(101)에는 SLC 프로그램 동작을 통해 데이터가 저장될 것이다. 호스트(300)에서 메모리 제어기(200)로 제 1 영역(101)에 대한 최소 프로그램 단위의 데이터(Di)(i=0∼255)가 전달되면, 도 4에 도시된 바와 같이, 버퍼 메모리(201)에 저장된 데이터는 메모리 제어기(200)의 제어하에 SLC 프로그램 동작을 통해 제 1 영역(101)에 프로그램될 것이다. 제 1 영역(101)에 대한 최소 프로그램 단위의 데이터가 버퍼 메모리(201)에 저장되었는 지의 여부의 판별과 더불어, 메모리 제어기(200)는 제 2 영역(102)에 대한 최소 프로그램 단위의 데이터가 제 1 영역(101)에 모아졌는 지의 여부를 판별할 것이다. 메모리 제어기(200)는 판별 결과에 따라 제 2 영역(102)에 대한 1-스텝 프로그램 동작, 거친 프로그램 동작, 또는 정교한 프로그램 동작을 제어할 것이다. 좀 더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
제 2 영역(102)에 대한 1-스텝 프로그램 동작, 거친 프로그램 동작, 또는 정교한 프로그램 동작은 도 3에 도시된 어드레스 스크램블 순서에 따라 결정될 것이다. 예를 들면, 제 1 영역(101)에 데이터(D0, D1)가 저장된 경우, 제 1 영역(101)에 저장된 데이터(D0, D1)에 의거하여 워드 라인(WL0)에 대한 1-스텝 프로그램 동작이 행해질 것이다. 제 1 영역(101)에 데이터(D2, D3)가 저장된 경우, 워드 라인(WL1)에 대한 1-스텝 프로그램 동작이 행해질 것이다. 즉, 제 1 영역(101)에 저장된 데이터(D2, D3)에 의거하여 워드 라인(WL1)에 대한 1-스텝 프로그램 동작이 행해질 것이다.
계속해서, 제 1 영역(101)에 데이터(D4, D5)가 저장된 경우, 제 1 영역(101)에 저장된 데이터(D0, D1, D4, D5)에 의거하여 워드 라인(WL0)에 대한 거친 프로그램 동작이 행해질 것이다. 제 1 영역(101)에 데이터(D6, D7)가 저장된 경우, 제 1 영역(101)에 저장된 데이터(D6, D7)에 의거하여 워드 라인(WL2)에 대한 1-스텝 프로그램 동작이 행해질 것이다. 제 1 영역(101)에 데이터(D8, D9)가 저장된 경우, 제 1 영역(101)에 저장된 데이터(D2, D3, D8, D9)에 의거하여 워드 라인(WL1)에 대한 거친 프로그램 동작이 행해질 것이다. 제 1 영역(101)에 저장된 데이터(D8, D9)에 의거하여 워드 라인(WL1)에 대한 거친 프로그램 동작이 행해진 후, 제 1 영역(101)에 저장된 데이터(D0, D1, D4, D5)에 의거하여 워드 라인(WL0)에 대한 정교한 프로그램 동작이 행해질 것이다. 이후, 제 1 영역(101)에 데이터(D254)가 저장되기 이전까지, 나머지 데이터(D10∼D253)는 데이터(D6, D7)의 1-스텝 프로그램 동작, 데이터(D8, D9)의 거친 프로그램 동작, 그리고 데이터(D0, D1, D4, D5)의 정교한 프로그램 동작과 동일한 순서로 제 2 영역(102)에 저장될 것이다.
제 1 영역(101)에 데이터(D254, D255)가 저장된 경우, 제 1 영역(101)에 저장된 데이터(D254, D255)에 의거하여 워드 라인(WL63)에 대한 거친 프로그램 동작이 행해질 것이다. 제 1 영역(101)에 저장된 데이터(D254, D255)에 의거하여 워드 라인(WL63)에 대한 거친 프로그램 동작이 행해진 후, 제 1 영역(101)에 저장된 데이터(D246, D247, D252, D253)에 의거하여 워드 라인(WL62)에 대한 정교한 프로그램 동작이 행해질 것이다. 마지막으로, 제 1 영역(101)에 저장된 데이터(D250, D251, D254, D255)에 의거하여 워드 라인(WL63)에 대한 정교한 프로그램 동작이 행해질 것이다.
도 4에서 이해되는 바와 같이, 제 1 영역(101)에 저장될 데이터(즉, 그러한 데이터의 페이지 어드레스)에 따라 SLC 프로그램 동작, 일련의 SLC 및 1-스텝 프로그램 동작들, 일련의 SLC 및 거친 프로그램 동작들, 일련의 SLC, 거친 그리고 정교한 프로그램 동작들, 그리고 일련의 SLC, 거친, 정교한, 그리고 정교한 프로그램 동작들이 판별될 수 있다. SLC 프로그램 동작, 1-스텝 프로그램 동작, 거친 프로그램 동작, 또는 정교한 프로그램 동작은, 예를 들면, 대응하는 명령들이 메모리 제어기(200)에서 멀티-비트 메모리 장치(100)로 제공될 때 행해질 것이다. 또는, 앞서 설명된 일련의 동작들(예를 들면, SLC 프로그램 동작, 일련의 SLC 및 1-스텝 프로그램 동작들, 일련의 SLC 및 거친 프로그램 동작들, 일련의 SLC, 거친 그리고 정교한 프로그램 동작들, 그리고 일련의 SLC, 거친, 정교한, 그리고 정교한 프로그램 동작들)으로 구성된 프로그램 패턴을 알리는 명령 세트가 한번 멀티-비트 메모리 장치(100)로 제공되고, 멀티-비트 메모리 장치(100)는 그러한 명령 세트에 따라 자동적으로 일련의 동작들을 수행할 수 있다. 프로그램 패턴에 속한 일련의 프로그램 동작들은 어드레스 스크램블 방식, 셀 당 비트 수, 등에 따라 변경될 것이다. 아래의 표 1에는 도 3 및 도 4에서 설명된 프로그램 동작에 적용되는 프로그램 패턴들이 도시되어 있다. 프로그램 패턴을 알리는 명령 세트는, 또한, 읽기 및 프로그램 동작들에 필요한 어드레스들을 포함할 것이다.
프로그램 패턴 패턴 1 SLC 프로그램 패턴 2 SLC 프로그램+1-스텝 프로그램 패턴 3 SLC 프로그램+거친 프로그램 패턴 4 SLC 프로그램+거친 프로그램+정교한 프로그램 패턴 5 SLC 프로그램+거친 프로그램+정교한 프로그램+정교한 프로그램
도 5는 도 4에서 설명된 일련의 단일-비트 프로그램 동작과 1-스텝 프로그램 동작에 따른 데이터 흐름을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 5를 참조하면, 데이터(D0)가 멀티-비트 메모리 장치(100)의 페이지 버퍼(103)에 로드되고, 페이지 버퍼(103)에 로드된 데이터(D0)는 제 1 영역(101)에 저장된다. 그 다음에, 데이터(D1)가 멀티-비트 메모리 장치(100)의 페이지 버퍼(103)에 로드되고, 페이지 버퍼(103)에 로드된 데이터(D1)는 제 1 영역(101)에 저장된다. 제 1 영역(101)에 데이터(D0, D1)이 저장되면, 즉, 제 2 영역(102)에 대한 최소 프로그램 단위의 데이터(예를 들면, 2-페이지)가 제 1 영역(101)에 모아지면, 제 1 영역(101)으로부터 데이터(D0, D1)가 페이지 버퍼(103)에 의해서 순차적으로 읽혀질 것이다. 이후, 페이지 버퍼에 저장된 데이터(D0, D1)는 1-스텝 프로그램 동작에 따라 제 2 영역(102)에 저장될 것이다. 제 1 영역(101)에서 페이지 버퍼(103)로의 데이터 전송은 SLC 읽기 동작에 의해서 행해질 것이다. 일련의 단일-비트/SLC 읽기 동작과 1-스텝 프로그램 동작은 메모리 제어기(200)의 개입없이 멀티-비트 메모리 장치(100) 내에서 자동적으로 행해질 것이다. 다른 예로서, 단일-비트/SLC 읽기 동작, 1-스텝 프로그램 동작, 거친 프로그램 동작, 그리고 정교한 프로그램 동작은 메모리 제어기(200)의 제어에 따라 행해질 것이다. 도 4에 도시된 1-스텝 프로그램 동작들 각각은 도 5에 도시된 것과 실질적으로 동일하게 수행되며, 그것에 대한 설명은 그러므로 생략될 것이다.
도 6은 도 4에서 설명된 일련의 단일-비트 프로그램 동작과 거친/정교한 프로그램 동작에 따른 데이터 흐름을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 6을 참조하면, 데이터(D4)가 멀티-비트 메모리 장치(100)의 페이지 버퍼(103)에 로드되고, 페이지 버퍼(103)에 로드된 데이터(D4)는 제 1 영역(101)에 저장된다. 그 다음에, 데이터(D5)가 멀티-비트 메모리 장치(100)의 페이지 버퍼(103)에 로드되고, 페이지 버퍼(103)에 로드된 데이터(D5)는 제 1 영역(101)에 저장된다. 제 1 영역(101)에 데이터(D4, D5)가 저장되면, 즉, 제 2 영역(102)에 대한 최소 프로그램 단위의 데이터가 제 1 영역(101)에 모아지면, 도 6에 도시된 바와 같이, 제 1 영역(101)으로부터 데이터(D0, D1, D4, D5)는 SLC 읽기 동작에 따라 페이지 버퍼(103)에 의해서 순차적으로 읽혀질 것이다. 이후, 페이지 버퍼(103)에 저장된 데이터(D0, D1, D4, D5)는 거친 프로그램 동작에 의해서 제 2 영역(102)에 저장될 것이다. 일련의 단일-비트/SLC 읽기 동작과 거친 프로그램 동작은 메모리 제어기(200)의 개입없이 멀티-비트 메모리 장치(100) 내에서 자동적으로 행해질 것이다. 다른 예로서, 단일-비트/SLC 읽기 동작, 1-스텝 프로그램 동작, 거친 프로그램 동작, 그리고 정교한 프로그램 동작은 메모리 제어기(200)의 제어에 따라 행해질 것이다. 도 4에 도시된 거친 프로그램 동작들 각각은 도 6에 도시된 것과 실질적으로 동일하게 수행되며, 그것에 대한 설명은 그러므로 생략될 것이다.
정교한 프로그램 동작 역시 거친 프로그램 동작과 동일한 방식으로 행해질 것이다. 예를 들면, 워드 라인(WL0)에 대한 정교한 프로그램 동작은 SLC 읽기 동작에 따라 제 1 영역(101)으로부터 페이지 버퍼(103)로 데이터(D0, D1, D4, D5)를 순차적으로 전달하고 페이지 버퍼(103)에 저장된 데이터(D0, D1, D4, D5)를 제 2 영역(102)에 저장함으로써 행해질 것이다.
도 7은 도 4에서 설명된 일련의 단일-비트 프로그램 동작, 거친 프로그램 동작, 그리고 정교한 프로그램 동작에 따른 데이터 흐름을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 7을 참조하면, 데이터(D8)가 멀티-비트 메모리 장치(100)의 페이지 버퍼(103)에 로드되고, 페이지 버퍼(103)에 로드된 데이터(D8)는 제 1 영역(101)에 저장된다. 그 다음에, 데이터(D9)가 멀티-비트 메모리 장치(100)의 페이지 버퍼(103)에 로드되고, 페이지 버퍼(103)에 로드된 데이터(D9)는 제 1 영역(101)에 저장된다. 제 1 영역(101)에 데이터(D8, D9)가 저장되면, 즉, 제 2 영역(102)에 대한 최소 프로그램 단위의 데이터가 제 1 영역(101)에 모아지면, 워드 라인(WL1)에 대한 거친 프로그램 동작이 행해질 것이다. 즉, 제 1 영역(101)으로부터 데이터(D2, D3, D8, D9)는 SLC 읽기 동작에 따라 페이지 버퍼(103)에 의해서 순차적으로 읽혀질 것이다. 페이지 버퍼(103)에 저장된 데이터(D2, D3, D8, D9)는 거친 프로그램 동작에 의해서 제 2 영역(102)에 저장될 것이다. 워드 라인(WL1)에 대한 거친 프로그램 동작이 수행된 후, 메모리 제어기(200)의 개입없이, 워드 라인(WL0)에 대한 정교한 프로그램 동작이 행해질 것이다. 즉, 제 1 영역(101)으로부터 데이터(D0, D1, D4, D5)는 SLC 읽기 동작에 따라 페이지 버퍼(103)에 의해서 순차적으로 읽혀질 것이다. 페이지 버퍼(103)에 저장된 데이터(D0, D1, D4, D5)는 정교한 프로그램 동작에 의해서 제 2 영역(102)에 저장될 것이다.
도 8은 도 2에 도시된 메모리 시스템의 읽기 동작을 설명하기 위한 흐름도이다. 이하, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 메모리 시스템의 읽기 동작이 참조 도면들에 의거하여 상세히 설명될 것이다.
S100 단계에서, 외부(예를 들면, 호스트)로부터 읽기 동작이 요청될 것이다. S110 단계에서, 메모리 제어기(200)는 읽기 요청이 정교한 프로그램 동작이 완료된 워드 라인과 관련되었는 지의 여부를 판별할 것이다. 각 워드 라인에 대한 정교한 프로그램 동작이 완료되었는 지의 여부는 어드레스 맵핑 정보에 의거하여 판별될 것이다. 만약 읽기 요청이 정교한 프로그램 동작이 완료된 워드 라인과 관련된 것으로 판별되면, S120 단계에서, 메모리 제어기(200)는 제 2 영역(102)으로부터 요청된 데이터가 읽혀지도록 멀티-비트 메모리 장치(100)를 제어할 것이다. 제 2 영역(102)에 대한 읽기 동작은 MLC 읽기 동작일 것이다. 제 2 영역(102)으로부터 읽혀진 데이터는 메모리 제어기(200)의 버퍼 메모리(201)에 임시 저장될 것이다. 이후, 절차는 S140 단계로 진행할 것이다. 이에 반해서, 만약 읽기 요청이 정교한 프로그램 동작이 완료되지 않은 워드 라인과 관련된 것으로 판별되면, S130 단계에서, 메모리 제어기(200)는 제 1 영역(101)으로부터 요청된 데이터가 읽혀지도록 멀티-비트 메모리 장치(100)를 제어할 것이다. 제 1 영역(101)에 대한 읽기 동작은 SLC 읽기 동작일 것이다. 제 1 영역(101)으로부터 읽혀진 데이터는 메모리 제어기(200)의 버퍼 메모리(201)에 임시 저장될 것이다. 이후, 절차는 S140 단계로 진행할 것이다. S140 단계에서는 버퍼 메모리(201)에 저장된 데이터가 호스트(300)로 전송될 것이다.
도 9는 셀 당 3-비트 데이터가 저장되고 3-스텝 재프로그램 방법이 적용되는 멀티-비트 메모리 장치의 예시적인 어드레스 스크램블 방식을 보여주는 도면이고, 도 10은 도 2에 도시된 데이터 저장 시스템의 프로그램 동작 동안 데이터 흐름을 개략적으로 보여주는 도면이다. 이하, 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따른 데이터 저장 시스템의 프로그램 동작이 참조 도면들에 의거하여 상세히 설명될 것이다.
설명의 편의상, 도 9에 도시된 바와 같이, 각 메모리 블록이 64개의 워드 라인들(WL0∼WL63)을 포함하고, 각 메모리 셀이 3-비트 데이터를 저장한다고 가정하자. 이러한 가정에 따르면, 각 메모리 블록에는 192개의 페이지들이 저장될 것이다.
도 3 및 도 4에서 설명된 바와 같이, 제 1 영역(101)에 대한 최소 프로그램 단위의 데이터(Di)(i=0∼191)가 메모리 제어기(200)의 버퍼 메모리(201)에 저장되면, 버퍼 메모리(201)에 저장된 데이터(Di)는 SLC 프로그램 동작을 통해 멀티-비트 메모리 장치(100)의 제 1 영역(101)에 프로그램될 것이다. 또한, 메모리 제어기(200)는 제 2 영역(102)에 대한 최소 프로그램 단위의 데이터가 제 1 영역(101)에 모아졌는 지의 여부를 판별할 것이다. 판별 결과에 따라 제 2 영역(102)에 대한 1-스텝 프로그램 동작, 거친 프로그램 동작, 또는 정교한 프로그램 동작이 수행될 것이다. 제 2 영역(102)에 대한 1-스텝 프로그램 동작, 거친 프로그램 동작, 또는 정교한 프로그램 동작은 도 9에 도시된 어드레스 스크램블 순서에 따라 결정될 것이다. 예를 들면, 제 1 영역(101)에 데이터(D0, D1)가 저장된 경우, 제 1 영역(101)에 저장된 데이터(D0, D1)에 의거하여 워드 라인(WL0)에 대한 1-스텝 프로그램 동작이 행해질 것이다. 제 1 영역(101)에 데이터(D2, D3)가 저장된 경우, 워드 라인(WL1)에 대한 1-스텝 프로그램 동작이 행해질 것이다. 즉, 제 1 영역(101)에 저장된 데이터(D2, D3)에 의거하여 워드 라인(WL1)에 대한 1-스텝 프로그램 동작이 행해질 것이다.
계속해서, 제 1 영역(101)에 데이터(D4)가 저장된 경우, 제 1 영역(101)에 저장된 데이터(D0, D1, D4)에 의거하여 워드 라인(WL0)에 대한 거친 프로그램 동작이 행해질 것이다. 제 1 영역(101)에 데이터(D5, D6)가 저장된 경우, 제 1 영역(101)에 저장된 데이터(D5, D6)에 의거하여 워드 라인(WL2)에 대한 1-스텝 프로그램 동작이 행해질 것이다. 제 1 영역(101)에 데이터(D7)가 저장된 경우, 제 1 영역(101)에 저장된 데이터(D2, D3, D7)에 의거하여 워드 라인(WL1)에 대한 거친 프로그램 동작이 행해질 것이다. 제 1 영역(101)에 저장된 데이터(D2, D3, D7)에 의거하여 워드 라인(WL1)에 대한 거친 프로그램 동작이 행해진 후, 제 1 영역(101)에 저장된 데이터(D0, D1, D4)에 의거하여 워드 라인(WL0)에 대한 정교한 프로그램 동작이 행해질 것이다. 이후, 제 1 영역(101)에 데이터(D191)가 저장되기 이전까지, 나머지 데이터(D8∼D190)는 데이터(D5, 6)의 1-스텝 프로그램 동작, 데이터(D7)의 거친 프로그램 동작, 그리고 데이터(D0, D1, D4)의 정교한 프로그램 동작과 동일한 순서로 제 2 영역(102)에 저장될 것이다.
제 1 영역(101)에 데이터(D191)가 저장된 경우, 제 1 영역(101)에 저장된 데이터(D188, D189, D191)에 의거하여 워드 라인(WL63)에 대한 거친 프로그램 동작이 행해질 것이다. 제 1 영역(101)에 저장된 데이터(D188, D189, D191)에 의거하여 워드 라인(WL63)에 대한 거친 프로그램 동작이 행해진 후, 제 1 영역(101)에 저장된 데이터(D185, D186, D190)에 의거하여 워드 라인(WL62)에 대한 정교한 프로그램 동작이 행해질 것이다. 마지막으로, 제 1 영역(101)에 저장된 데이터(D188, D189, D191)에 의거하여 워드 라인(WL63)에 대한 정교한 프로그램 동작이 행해질 것이다.
비록 각 메모리 셀에 3-비트 데이터가 저장되더라도, 멀티-비트 메모리 장치(100)로부터 데이터를 읽는 방법은 도 8에서 설명된 것과 실질적으로 동일하게 행해질 것이다. 따라서, 그것에 대한 설명은 그러므로 생략될 것이다.
도 4에서 설명된 바와 같이, 도 10에서 설명된 프로그램 동작 역시 프로그램 패턴들을 포함할 것이다. 그러한 프로그램 패턴들은 SLC 프로그램 동작, 일련의 SLC 및 1-스텝 프로그램 동작들, 일련의 SLC 및 거친 프로그램 동작들, 일련의 SLC, 거친, 그리고 정교한 프로그램 동작들, 그리고 일련의 SLC, 거친, 정교한, 그리고 정교한 프로그램 동작들을 포함할 것이다. 각 프로그램 동작은 메모리 제어기(200)에서 멀티-비트 메모리 장치(100)로 명령이 전달될 때마다 행해질 수도 있고, 앞서 설명된 명령 세트를 이용하여 각 프로그램 패턴에 속한 일련의 프로그램 동작들이 멀티-비트 메모리 장치(100)에 의해서 자동적으로 행해질 수도 있다.
도 11은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 페이지 인터리브 방식을 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
설명의 편의상, 하나의 워드 라인에 속한 메모리 셀들에 4-페이지 데이터가 저장된다고 가정하자. 일반적인 ECC 데이터 생성은 페이지 단위로 행해질 것이다. 이에 반해서, 각 페이지의 에러율을 일정하게 유지하기 위한 페이지 인터리브 방식의 경우, 각 워드 라인에 속한 메모리 셀들에 저장될 페이지들은 복수의 ECC 그룹들(예를 들면, 4개의 ECC 그룹들)로 구분되고, 각 ECC 그룹에 속한 데이터에 의거하여 ECC 데이터가 생성될 것이다. 페이지 인터리브 방식이 데이터 저장 시스템(1000)에 적용되는 경우, 제 1 영역(101)에 대한 최소 프로그램 단위는 앞서 설명된 것과 다를 것이다. 이는 이후 상세히 설명될 것이다.
도 12는 도 11에서 설명된 페이지 인터리브 방식이 적용된 데이터 저장 시스템의 프로그램 동작 동안 데이터 흐름을 개략적으로 보여주는 도면이다. 이하, 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따른 데이터 저장 시스템의 프로그램 동작이 참조 도면들에 의거하여 상세히 설명될 것이다.
설명의 편의상, 각 메모리 블록이 64개의 워드 라인들(WL0∼WL63)을 포함하고, 각 메모리 셀이 4-비트 데이터를 저장한다고 가정하자. 이러한 가정에 따르면, 각 메모리 블록에는 256개의 페이지들이 저장될 것이다. 도 3에서 설명된 어드레스 스크램블 방식이 사용된다는 조건하에 페이지 인터리브 방식이 적용된 데이터 저장 시스템의 프로그램 동작이 설명될 것이다.
도 12를 참조하면, 호스트(300)에서 메모리 제어기(200)로 데이터가 전송될 것이다. 페이지 인터리브 방식이 사용되기 때문에, 메모리 제어기(200)는 워드 라인(WL0)에 저장될 데이터 즉, 4-페이지 데이터(D0, D1, D4, D5)가 저장될 때까지 대기할 것이다. 일단 워드 라인(WL0)에 저장될 데이터 즉, 4-페이지 데이터(D0, D1, D4, D5)가 버퍼 메모리(201)에 저장되면, 워드 라인(WL0)에 저장될 데이터 즉, 4-페이지 데이터(D0, D1, D4, D5)는 메모리 제어기(200)의 제어에 따라 멀티-비트 메모리 장치(100)의 제 1 영역(101)에 순차적으로 저장될 것이다. 앞서 언급된 바와 같이, 제 1 영역(101)에는 단일-비트/SLC 프로그램 동작을 통해 데이터가 프로그램될 것이다. 그 다음에, 제 1 영역(101)에 저장된 데이터(D0, D1)에 의거하여 워드 라인(WL0)에 대한 1-스텝 프로그램 동작이 행해질 것이다. 다시 페이지 데이터(D6∼D9)가 호스트(300)에서 메모리 제어기(200)로 입력되면, 워드 라인(WL1)에 저장될 데이터 즉, 4-페이지 데이터(D2, D3, D8, D9)는 메모리 제어기(200)의 제어에 따라 멀티-비트 메모리 장치(100)의 제 1 영역(101)에 순차적으로 저장될 것이다. 그 다음에, 워드 라인(WL1)에 대한 1-스텝 프로그램 동작과 워드 라인(WL0)에 대한 거친 프로그램 동작은 제 1 영역(101)에 저장된 데이터(D2, D3) 및 (D4, D5)에 의거하여 순차적으로 행해질 것이다.
다시 페이지 데이터(D10∼D13)가 버퍼 메모리(201)에 저장되면, 워드 라인(WL1)에 저장될 데이터 즉, 4-페이지 데이터(D6, D7, D12, D13)는 메모리 제어기(200)의 제어에 따라 멀티-비트 메모리 장치(100)의 제 1 영역(101)에 순차적으로 저장될 것이다. 그 다음에, 워드 라인(WL3)에 대한 1-스텝 프로그램 동작, 워드 라인(WL1)에 대한 거친 프로그램 동작, 그리고 워드 라인(WL0)에 대한 정교한 프로그램 동작은 제 1 영역(101)에 저장된 데이터에 의거하여 순차적으로 행해질 것이다. 데이터(D10∼D13)가 입력될 때 행해지는 동작 패턴은 데이터(D254)가 버퍼 메모리(201)에 저장되기 이전까지 반복적으로 행해질 것이다.
데이터(D254, D255)가 메모리 제어기(200)의 버퍼 메모리(201)에 저장되면, 워드 라인(WL63)에 저장될 데이터 즉, 4-페이지 데이터(D250, D251, D254, D255)는 메모리 제어기(200)의 제어에 따라 멀티-비트 메모리 장치(100)의 제 1 영역(101)에 순차적으로 저장될 것이다. 그 다음에, 워드 라인(WL63)에 대한 1-스텝 프로그램 동작, 워드 라인(WL62)에 대한 거친 프로그램 동작, 워드 라인(WL61)에 대한 정교한 프로그램 동작, 워드 라인(WL63)에 대한 거친 프로그램 동작, 워드 라인(WL62)에 대한 정교한 프로그램 동작, 그리고 워드 라인(WL63)에 대한 정교한 프로그램 동작은 제 1 영역(101)에 저장된 데이터에 의거하여 순차적으로 행해질 것이다.
예시적인 실시예에 있어서, 멀티-비트 메모리 장치(100)의 제 1 영역(101)의 크기는 오픈 블록들의 수와 제 1 영역(101)에 의해서 유지되어야 하는 최소 페이지 수에 따라 결정될 수 있다. 제 1 메모리 블록이 데이터로 채워지기 이전에 제 1 메모리 블록과 다른 제 2 메모리 블록에 대한 랜덤 쓰기가 요청될 수 있다. 이러한 경우, 제 1 메모리 블록을 오픈 블록이라 칭한다. 오픈 블록들의 수는 멀티-비트 메모리 장치(100)를 관리하는 정책에 따라 다르게 결정될 수 있다. 제 1 영역(101)에 의해서 유지되어야 하는 최소 페이지 수는 임의의 워드 라인(예를 들면, WL0)에 대한 정교한 프로그램 동작이 완료되기 이전에 제 2 영역(102)에 저장된 데이터(D0∼D9)의 양일 것이다. 제 1 영역(101)에 의해서 유지되어야 하는 최소 페이지 수는, 예를 들면, 도 3의 어드레스 스크램블 방식의 경우 10-페이지일 것이다.
도 13은 셀 당 3-비트 데이터가 저장되고 재프로그램 방법이 적용되는 멀티-비트 메모리 장치의 다른 예시적인 어드레스 스크램블 방식을 보여주는 도면이고, 도 14는 도 13에 도시된 어드레스 스크램블 방식에 따라 행해지는 프로그램 동작 동안 데이터 흐름을 개략적으로 보여주는 도면이다. 이하, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 데이터 저장 시스템의 동작이 참조 도면들에 의거하여 상세히 설명될 것이다.
설명의 편의상, 도 13에 도시된 바와 같이, 각 메모리 블록이 64개의 워드 라인들(WL0∼WL63)을 포함하고, 각 메모리 셀이 3-비트 데이터를 저장한다고 가정하자. 이러한 가정에 따르면, 각 메모리 블록에는 192개의 페이지들이 저장될 것이다.
먼저, 호스트(300)에서 메모리 제어기(200)의 버퍼 메모리(201)로 제 1 영역(101)에 대한 최소 프로그램 단위의 데이터(D0)가 전달되면, 버퍼 메모리(201)에 저장된 데이터(D0)는 메모리 제어기(200)의 제어에 따라 멀티-비트 메모리 장치(100)의 제 1 영역(101)에 프로그램될 것이다. 앞서 설명된 바와 같이, 제 1 영역(101)에는 SLC 프로그램 동작을 통해 데이터(D0)가 프로그램될 것이다. 메모리 제어기(200)는 제 2 영역(102)에 대한 최소 프로그램 단위의 데이터가 제 1 영역(101)에 모였는 지의 여부를 판별하고, 판별 결과에 따라 메인 프로그램 동작을 제어할 것이다. 제 2 영역(102)에 대한 최소 프로그램 단위의 데이터가 제 1 영역(101)에 모였는 지의 여부는 페이지 어드레스에 의거하여 판별될 것이다. 제 1 영역(101)에 단지 한 페이지(D0)가 저장되어 있기 때문에, 메인 프로그램 동작은 행해지지 않을 것이다. 호스트(300)에서 메모리 제어기(200)의 버퍼 메모리(201)로 제 1 영역(101)에 대한 최소 프로그램 단위의 데이터(D1)가 전달되면, 버퍼 메모리(201)에 저장된 데이터(D1)는 메모리 제어기(200)의 제어에 따라 멀티-비트 메모리 장치(100)의 제 1 영역(101)에 프로그램될 것이다.
호스트(300)에서 메모리 제어기(200)의 버퍼 메모리(201)로 제 1 영역(101)에 대한 최소 프로그램 단위의 데이터(D2)가 전달되면, 버퍼 메모리(201)에 저장된 데이터(D2)는 메모리 제어기(200)의 제어에 따라 멀티-비트 메모리 장치(100)의 제 1 영역(101)에 프로그램될 것이다. 제 2 영역(102)에 대한 최소 프로그램 단위의 데이터(예를 들면, 1-스텝 프로그램 동작에 필요한 2-페이지)가 제 1 영역(101)에 모였기 때문에, 메모리 제어기(200)는 제 1 영역(101)에 저장된 데이터(D0, D2)가 제 2 영역(102)에 저장되도록 멀티-비트 메모리 장치(100)를 제어할 것이다. 즉, 제 1 영역(101)에 저장된 데이터(D0, D2)에 의거하여 워드 라인(WL0)에 대한 1-스텝 프로그램 동작이 수행될 것이다.
호스트(300)에서 메모리 제어기(200)의 버퍼 메모리(201)로 제 1 영역(101)에 대한 최소 프로그램 단위의 데이터(D3)가 전달되면, 버퍼 메모리(201)에 저장된 데이터(D3)는 메모리 제어기(200)의 제어에 따라 멀티-비트 메모리 장치(100)의 제 1 영역(101)에 프로그램될 것이다. 호스트(300)에서 메모리 제어기(200)의 버퍼 메모리(201)로 제 1 영역(101)에 대한 최소 프로그램 단위의 데이터(D4)가 전달되면, 버퍼 메모리(201)에 저장된 데이터(D4)는 메모리 제어기(200)의 제어에 따라 멀티-비트 메모리 장치(100)의 제 1 영역(101)에 프로그램될 것이다. 제 2 영역(102)에 대한 최소 프로그램 단위의 데이터(예를 들면, 1-스텝 프로그램 동작에 필요한 2-페이지)가 제 1 영역(101)에 모였기 때문에, 메모리 제어기(200)는 제 1 영역(101)에 저장된 데이터(D1, D4)가 제 2 영역(102)에 저장되도록 멀티-비트 메모리 장치(100)를 제어할 것이다. 즉, 제 1 영역(101)에 저장된 데이터(D1, D4)에 의거하여 워드 라인(WL1)에 대한 1-스텝 프로그램 동작이 수행될 것이다.
앞서 설명된 바와 같이, 버퍼 메모리(201)에 제 1 영역(101)에 대한 최소 프로그램 단위의 데이터가 저장되면, 버퍼 메모리(201)에 저장된 데이터는 메모리 제어기(200)의 제어하에 멀티-비트 메모리 장치(100)의 제 1 영역(101)에 프로그램될 것이다. 제 1 영역(101)에는 SLC 프로그램 동작을 통해 데이터가 저장될 것이다. 호스트(300)에서 메모리 제어기(200)로 제 1 영역(101)에 대한 최소 프로그램 단위의 데이터(Di)(i=0∼191)가 전달되면, 도 14에 도시된 바와 같이, 버퍼 메모리(201)에 저장된 데이터는 메모리 제어기(200)의 제어하에 SLC 프로그램 동작을 통해 제 1 영역(101)에 프로그램될 것이다. 제 1 영역(101)에 대한 최소 프로그램 단위의 데이터가 버퍼 메모리(201)에 저장되었는 지의 여부의 판별과 더불어, 메모리 제어기(200)는 제 2 영역(102)에 대한 최소 프로그램 단위의 데이터가 제 1 영역(101)에 모아졌는 지의 여부를 판별할 것이다. 메모리 제어기(200)는 판별 결과에 따라 제 2 영역(102)에 대한 1-스텝 프로그램 동작, 거친 프로그램 동작, 또는 정교한 프로그램 동작을 제어할 것이다. 좀 더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
제 2 영역(102)에 대한 1-스텝 프로그램 동작, 거친 프로그램 동작, 또는 정교한 프로그램 동작은 도 13에 도시된 어드레스 스크램블 순서에 따라 결정될 것이다. 예를 들면, 제 1 영역(101)에 데이터(D0, D2)가 저장된 경우, 제 1 영역(101)에 저장된 데이터(D0, D2)에 의거하여 워드 라인(WL0)에 대한 1-스텝 프로그램 동작이 행해질 것이다. 제 1 영역(101)에 데이터(D1, D4)가 저장된 경우, 워드 라인(WL1)에 대한 1-스텝 프로그램 동작이 행해질 것이다. 즉, 제 1 영역(101)에 저장된 데이터(D1, D4)에 의거하여 워드 라인(WL1)에 대한 1-스텝 프로그램 동작이 행해질 것이다.
계속해서, 제 1 영역(101)에 데이터(D5)가 저장된 경우, 제 1 영역(101)에 저장된 데이터(DO, D2, D5)에 의거하여 워드 라인(WL0)에 대한 거친 프로그램 동작이 행해질 것이다. 제 1 영역(101)에 데이터(D3, D7)가 저장된 경우, 제 1 영역(101)에 저장된 데이터(D3, D7)에 의거하여 워드 라인(WL2)에 대한 1-스텝 프로그램 동작이 행해질 것이다. 제 1 영역(101)에 데이터(D8)가 저장된 경우, 제 1 영역(101)에 저장된 데이터(D1, D4, D8)에 의거하여 워드 라인(WL1)에 대한 거친 프로그램 동작이 행해질 것이다. 제 1 영역(101)에 저장된 데이터(D1, D4, D8)에 의거하여 워드 라인(WL1)에 대한 거친 프로그램 동작이 행해진 후, 제 1 영역(101)에 저장된 데이터(D0, D2, D5)에 의거하여 워드 라인(WL0)에 대한 정교한 프로그램 동작이 행해질 것이다. 이후, 제 1 영역(101)에 데이터(D191)가 저장되기 이전까지, 나머지 데이터(D10∼D190)는 데이터(D3, D7)의 1-스텝 프로그램 동작, 데이터(D1, D4, D8)의 거친 프로그램 동작, 그리고 데이터(D0, D2, D5)의 정교한 프로그램 동작과 동일한 순서로 제 2 영역(102)에 저장될 것이다.
제 1 영역(101)에 데이터(D191)가 저장된 경우, 제 1 영역(101)에 저장된 데이터(D186, D189, D191)에 의거하여 워드 라인(WL63)에 대한 거친 프로그램 동작이 행해질 것이다. 제 1 영역(101)에 저장된 데이터(D186, D189, D191)에 의거하여 워드 라인(WL63)에 대한 거친 프로그램 동작이 행해진 후, 제 1 영역(101)에 저장된 데이터(D183, D187, D190)에 의거하여 워드 라인(WL62)에 대한 정교한 프로그램 동작이 행해질 것이다. 마지막으로, 제 1 영역(101)에 저장된 데이터(D186, D189, D191)에 의거하여 워드 라인(WL63)에 대한 정교한 프로그램 동작이 행해질 것이다.
도 14에서 이해되는 바와 같이, 제 1 영역(101)에 저장될 데이터와 관련된 정보(예를 들면, 페이지 어드레스 정보)에 따라 SLC 프로그램 동작(제 1 프로그램 패턴), 일련의 SLC 및 1-스텝 프로그램 동작들(제 2 프로그램 패턴), 일련의 SLC 및 거친 프로그램 동작들(제 3 프로그램 패턴), 일련의 SLC, 거친 그리고 정교한 프로그램 동작들(제 4 프로그램 패턴), 그리고 일련의 SLC, 거친, 정교한, 그리고 정교한 프로그램 동작들(제 5 프로그램 패턴)이 판별될 수 있다. 표 1를 참조하여 설명된 바와 같이, SLC 프로그램 동작, 1-스텝 프로그램 동작, 거친 프로그램 동작, 또는 정교한 프로그램 동작은, 예를 들면, 대응하는 명령들이 메모리 제어기(200)에서 멀티-비트 메모리 장치(100)로 각각 제공될 때 행해질 것이다. 또는, 앞서 설명된 일련의 동작들(예를 들면, SLC 프로그램 동작, 일련의 SLC 및 1-스텝 프로그램 동작들, 일련의 SLC 및 거친 프로그램 동작들, 일련의 SLC, 거친 그리고 정교한 프로그램 동작들, 그리고 일련의 SLC, 거친, 정교한, 그리고 정교한 프로그램 동작들)으로 구성된 프로그램 패턴을 알리는 명령 세트가 한번 멀티-비트 메모리 장치(100)로 제공되고, 멀티-비트 메모리 장치(100)는 그러한 명령 세트에 따라 자동적으로 일련의 동작들을 수행할 수 있다. 프로그램 패턴에 속한 일련의 프로그램 동작들은 어드레스 스크램블 방식, 셀 당 비트 수, 등에 따라 변경될 것이다.
도 15는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 멀티-비트 메모리 장치의 페이지 버퍼 구조를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 15를 참조하면, 비트 라인(BL)은 복수의 스트링들(또는, 낸드 스트링들)과 연결되며, 스트링들 중 어느 하나가 비트 라인(BL)을 통해 페이지 버퍼(PB)에 연결될 것이다. 페이지 버퍼(PB)는 복수의 래치들을 포함할 것이다. 페이지 버퍼(PB)에 포함된 래치들의 수는 메모리 셀에 저장되는 데이터 비트들의 수에 따라 결정될 수 있다. 스트링들 각각은 복수의 메모리 셀들을 포함하며, 메모리 셀들 각각은 멀티-비트 데이터를 저장할 것이다. 예를 들면, 각 메모리 셀은 3-비트 데이터를 저장할 것이다. 이러한 경우, 페이지 버퍼(PB)는 적어도 4개의 래치들(L1, L2, L3, L4)을 포함할 것이다. 버퍼 프로그램 동작시 제 1 영역(101)에 저장될 데이터는 제 1 래치(L1)에 로드될 것이다. 메인 프로그램 동작시 제 1 영역(101)에 저장된 데이터는 래치(L1)를 통해 읽혀질 것이다. 래치(L1)에 저장된 데이터는 메모리 제어기(200)의 제어 하에 제 2 내지 4 래치들(L2, L3, L4) 중 어느 하나로 덤프될 것이다. 예시적인 실시예에 있어서, 제 1 래치(L1)의 데이터를 제 2 내지 4 래치들(L2, L3, L4) 중 어느 하나로 전달하기 위해서 메모리 제어기(200)에서 멀티-비트 메모리 장치(100)로 특정 명령(예를 들면, 덤프 동작을 알리는 명령)이 제공될 것이다. 이때, 제 1 래치(L1)의 데이터가 덤프될 래치를 지정하는 정보 역시 메모리 제어기(200)에서 멀티-비트 메모리 장치(100)로 제공될 것이다.
도 15에는 단지 4개의 래치들(L1, L2, L3, L4)을 포함하는 페이지 버퍼가 도시되어 있지만, 페이지 버퍼는 셀 당 비트 수에 따라 보다 많은 또는 적은 래치들을 포함하도록 구성될 수 있다. 또한, 페이지 버퍼(PB)에는 캐쉬용 레지스터가 더 제공될 수 있다.
도 16은 도 13 및 도 14에서 설명된 1-스텝 프로그램 동작을 위한 명령 시퀀스를 보여주는 도면이고, 도 17은 도 16에 도시된 1-스텝 프로그램 명령 시퀀스에 따른 데이터 흐름을 보여주는 도면이다. 이하, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 데이터 저장 시스템의 동작이 참조 도면들에 의거하여 상세히 설명될 것이다.
설명에 앞서, 도 13 및 도 14에서 설명된 1-스텝 프로그램 동작은 제 2 영역(102)에 대한 최소 프로그램 단위인 2-페이지가 제 1 영역(101)에 저장된 경우 행해질 것이다. 메인 프로그램 동작으로서, 제 2 영역(102)에 대한 1-스텝 프로그램 동작은 제 1 영역(101)에 대한 2번의 SLC 읽기 동작들과 제 2 영역(102)에 대한 한번의 MLC 프로그램 동작을 수반할 것이다.
본 발명의 예시적인 실시예에 따른 데이터 저장 시스템(1000)의 경우, 1-스텝 프로그램 동작을 수행하기에 앞서, SLC 동작 모드로의 전환을 위한 명령(DAh)가 메모리 제어기(200)에서 멀티-비트 메모리 장치(100)로 전송될 것이다. 모드 전환을 위한 명령(DAh)가 입력될 때, 멀티-비트 메모리 장치(100)는 메모리 제어기(200)로부터 제공되는 명령을 SLC 동작과 관련된 명령으로 인식할 것이다. SLC 동작은 앞서 설명된 SLC 읽기 동작, 데이터 덤프 동작, 등을 포함할 것이다.
모드 전환을 위한 명령(DAh)에 이어서, 도 16에 도시된 바와 같이, 메모리 제어기(200)는 일련의 명령(00h), 어드레스(Addr5), 그리고 명령(39h)을 멀티-비트 메모리 장치(100)로 전송할 것이다. 이때, 어드레스(Addr5)는 1-스텝 프로그램 동작에 필요한 2-페이지 데이터 중 하나의 페이지(예를 들면, 제 1 페이지(P1))를 지정하기 위한 어드레스일 것이다. 명령(39h)가 입력된 후, 멀티-비트 메모리 장치(100)의 페이지 버퍼(103)는, 도 17에 도시된 바와 같이, 제 1 영역(101)으로부터 제 1 페이지 데이터(P1)를 읽는다. 읽혀진 데이터(P1)는 제 1 래치(L1)에 저장될 것이다. 읽기 동작 동안, 도 16에 도시된 바와 같이, 멀티-비트 메모리 장치(100)는 비지 상태를 나타내도록 레디/비지 신호(R/B)를 설정할 것이다. 읽기 동작이 완료된 후, 멀티-비트 메모리 장치(100)는 레디 상태를 나타내도록 레디/비지 신호(R/B)를 설정할 것이다.
그 다음에, 도 16에 도시된 바와 같이, 메모리 제어기(200)는 레디/비지 신호(R/B)의 상태에 응답하여 멀티-비트 메모리 장치(100)로 덤프 명령(C0h)과 함께 데이터가 덤프될 래치(예를 들면, L3)를 지정하기 위한 정보(L1→L3)를 전송할 것이다. 덤프 명령(C0h)가 입력됨에 따라, 멀티-비트 메모리 장치(100)는 래치(L1)의 데이터(P1)가 래치(L3)로 덤프되도록 페이지 버퍼(103)를 제어할 것이다. 덤프 동작 동안, 도 16에 도시된 바와 같이, 멀티-비트 메모리 장치(100)는 비지 상태를 나타내도록 레디/비지 신호(R/B)를 설정할 것이다. 덤프 동작이 완료된 후, 멀티-비트 메모리 장치(100)는 레디 상태를 나타내도록 레디/비지 신호(R/B)를 설정할 것이다.
그 다음에, 도 16에 도시된 바와 같이, 메모리 제어기(200)는 레디/비지 신호(R/B)의 상태에 응답하여 멀티-비트 메모리 장치(100)로 일련의 명령(00h), 어드레스(Addr5), 그리고 명령(39h)을 멀티-비트 메모리 장치(100)로 전송할 것이다. 이때, 어드레스(Addr5)는 1-스텝 프로그램 동작에 필요한 2-페이지 데이터 중 나머지 페이지(예를 들면, 제 2 페이지(P2))를 지정하기 위한 어드레스일 것이다. 명령(39h)가 입력된 후, 멀티-비트 메모리 장치(100)의 페이지 버퍼(103)는, 도 17에 도시된 바와 같이, 제 1 영역(101)으로부터 제 1 페이지 데이터(P2)를 읽는다. 읽혀진 데이터(P2)는 제 1 래치(L1)에 저장될 것이다. 읽기 동작 동안, 도 16에 도시된 바와 같이, 멀티-비트 메모리 장치(100)는 비지 상태를 나타내도록 레디/비지 신호(R/B)를 설정할 것이다. 읽기 동작이 완료된 후, 멀티-비트 메모리 장치(100)는 레디 상태를 나타내도록 레디/비지 신호(R/B)를 설정할 것이다.
그 다음에, 도 16에 도시된 바와 같이, 메모리 제어기(200)는 레디/비지 신호(R/B)의 상태에 응답하여 멀티-비트 메모리 장치(100)로 덤프 명령(C0h)과 함께 데이터가 덤프될 래치(예를 들면, L4)를 지정하기 위한 정보(L1→L4)를 전송할 것이다. 덤프 명령(C0h)가 입력됨에 따라, 멀티-비트 메모리 장치(100)는 래치(L1)의 데이터(P2)가 래치(L4)로 덤프되도록 페이지 버퍼(103)를 제어할 것이다. 덤프 동작 동안, 도 16에 도시된 바와 같이, 멀티-비트 메모리 장치(100)는 비지 상태를 나타내도록 레디/비지 신호(R/B)를 설정할 것이다. 덤프 동작이 완료된 후, 멀티-비트 메모리 장치(100)는 레디 상태를 나타내도록 레디/비지 신호(R/B)를 설정할 것이다.
일단 1-스텝 프로그램 동작에 필요한 데이터가 준비되면, 제 2 영역(102)에 대한 1-스텝 프로그램 동작이 행해질 것이다. 1-스텝 프로그램 동작을 수행하기에 앞서, 메모리 제어기(200)는 모드 전환을 위한 명령(DFh)을 멀티-비트 메모리 장치(100)로 전송할 것이다. 그러한 명령(DFh)은 SLC 동작을 위한 모드로부터 빠져 나오기 위한 것이다. 명령(DFh)이 입력됨에 따라, 멀티-비트 메모리 장치(100)는 메모리 제어기(200)로부터 제공되는 명령을 메인 프로그램 동작, 예를 들면, MLC 동작과 관련된 명령으로 인식할 것이다.
이후, 메모리 제어기(200)는, 도 16에 도시된 바와 같이, 일련의 명령(8Bh), 어드레스(Addr5), 그리고 명령(10h)을 멀티-비트 메모리 장치(100)로 전송할 것이다. 이때, 어드레스(Addr5)는 1-스텝 프로그램될 페이지들 중 하나(예를 들면, 제 1 페이지)를 지정하기 위한 어드레스일 것이다. 1-스텝 프로그램 동작에 필요한 데이터가 페이지 버퍼(103)에 준비되어 있기 때문에, 메모리 제어기(200)에서 멀티-비트 메모리 장치(100)로 데이터가 전송되지 않을 것이다. 명령(10h)가 입력된 후, 도 17에 도시된 바와 같이, 페이지 버퍼(103)에 저장된 데이터(P1, P2)는 제 2 영역(102)에 프로그램될 것이다. 프로그램 동작 동안, 도 16에 도시된 바와 같이, 멀티-비트 메모리 장치(100)는 비지 상태를 나타내도록 레디/비지 신호(R/B)를 설정할 것이다. 프로그램 동작이 완료된 후, 멀티-비트 메모리 장치(100)는 레디 상태를 나타내도록 레디/비지 신호(R/B)를 설정할 것이다.
앞서의 설명에 따르면, 1-스텝 프로그램 동작은 데이터 셋업 구간과 프로그램 구간(또는, 프로그램 확인 구간)으로 구성될 수 있다. 1-스텝 프로그램 동작시, 도 16에 도시된 바와 같이, 데이터 셋업 구간은 제 1 페이지 데이터 셋업 구간과 제 2 페이지 데이터 셋업 구간을 포함할 것이다. 제 1 및 제 2 페이지 데이터 셋업 구간들 각각은 SLC 읽기 동작과 덤프 동작을 포함할 것이다. 제 1 페이지 데이터 셋업에 앞서 모드 전환이 행해지고, 메인 프로그래밍에 앞서 모드 전환이 행해질 것이다.
도 18은 도 13 및 도 14에서 설명된 거친 프로그램 동작을 위한 명령 시퀀스를 보여주는 도면이고, 도 19는 도 18에 도시된 거친 프로그램 명령 시퀀스에 따른 데이터 흐름을 보여주는 도면이다. 이하, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 데이터 저장 시스템의 동작이 참조 도면들에 의거하여 상세히 설명될 것이다.
설명에 앞서, 도 13 및 도 14에서 설명된 거친 프로그램 동작은 제 2 영역(102)에 대한 최소 프로그램 단위인 3-페이지가 제 1 영역(101)에 저장된 경우 행해질 것이다. 제 2 영역(102)에 대한 거친 프로그램 동작은 제 1 영역(101)에 대한 3번의 SLC 읽기 동작들과 제 2 영역(102)에 대한 한번의 MLC 프로그램 동작을 수반할 것이다.
SLC 읽기 동작들 각각은, 도 18에 도시된 바와 같이, 도 16 및 도 17에서 설명된 것과 실질적으로 동일하며, 그것에 대한 설명은 그러므로 생략될 것이다. 제 1 페이지 데이터에 대한 SLC 읽기 동작을 수행하기에 앞서, 도 18에 도시된 바와 같이, 모드 전환을 위한 명령(DAh)가 메모리 제어기(200)에서 멀티-비트 메모리 장치(100)로 전송될 것이다. 제 2 영역(102)에 대한 MLC 프로그램 동작은 3-비트 데이터가 제 2 영역(102)에 저장된다는 점을 제외하면 도 16 및 도 17에서 설명된 것과 실질적으로 동일하며, 그것에 대한 설명은 그러므로 생략될 것이다. 거친 프로그램 동작을 수행하기에 앞서, 도 18에 도시된 바와 같이, 모드 전환을 위한 명령(DFh)가 메모리 제어기(200)에서 멀티-비트 메모리 장치(100)로 전송될 것이다.
비록 도면에는 도시되지 않았지만, 메인 프로그램 동작으로서 정교한 프로그램 동작은 도 18에 도시된 명령 시퀀스에 따라 동일하게 행해질 것이다. 정교한 프로그램 동작을 위한 명령 시퀀스가 거친 프로그램 동작을 위한 명령 시퀀스와 동일하기 때문에, 거친 프로그램 동작과 정교한 프로그램 동작은 프로그램 확인 구간에 제공되는 어드레스(Addr5)에 의거하여 구별될 것이다. 예를 들면, 거친 프로그램 동작과 관련된 프로그램 확인 구간에 제공되는 어드레스(Addr5)는 두 번째 페이지를 지정하기 위한 어드레스이고, 정교한 프로그램 동작과 관련된 프로그램 확인 구간에 제공되는 어드레스(Addr5)는 세 번째 페이지를 지정하기 위한 어드레스일 것이다.
도 20은 도 11에서 설명된 페이지 인터리브 방식과 도 13에서 설명된 어드레스 스크램블 방식이 적용된 데이터 저장 시스템의 프로그램 동작 동안 데이터 흐름을 개략적으로 보여주는 도면이다. 이하, 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따른 데이터 저장 시스템의 프로그램 동작이 참조 도면들에 의거하여 상세히 설명될 것이다.
설명의 편의상, 각 메모리 블록이 64개의 워드 라인들(WL0∼WL63)을 포함하고, 각 메모리 셀이 3-비트 데이터를 저장한다고 가정하자. 이러한 가정에 따르면, 각 메모리 블록에는 192개의 페이지들이 저장될 것이다. 도 13에서 설명된 어드레스 스크램블 방식이 사용된다는 조건하에 페이지 인터리브 방식이 적용된 데이터 저장 시스템의 프로그램 동작이 설명될 것이다.
도 20을 참조하면, 호스트(300)에서 메모리 제어기(200)로 데이터가 전송될 것이다. 페이지 인터리브 방식이 사용되기 때문에, 메모리 제어기(200)는 워드 라인(WL0)에 저장될 데이터 즉, 3-페이지 데이터(D0, D2, D5)가 저장될 때까지 대기할 것이다. 일단 워드 라인(WL0)에 저장될 데이터 즉, 3-페이지 데이터(D0, D2, D5)가 버퍼 메모리(201)에 저장되면, 워드 라인(WL0)에 저장될 데이터 즉, 3-페이지 데이터(D0, D2, D5)는 메모리 제어기(200)의 제어에 따라 멀티-비트 메모리 장치(100)의 제 1 영역(101)에 순차적으로 저장될 것이다. 앞서 언급된 바와 같이, 제 1 영역(101)에는 SLC 프로그램 동작을 통해 데이터가 프로그램될 것이다. 그 다음에, 제 1 영역(101)에 저장된 데이터(D0, D2)에 의거하여 워드 라인(WL0)에 대한 1-스텝 프로그램 동작이 행해질 것이다. 다시 페이지 데이터(D6∼D8)가 호스트(300)에서 메모리 제어기(200)로 입력되면, 워드 라인(WL1)에 저장될 데이터 즉, 3-페이지 데이터(D1, D4, D8)는 메모리 제어기(200)의 제어에 따라 멀티-비트 메모리 장치(100)의 제 1 영역(101)에 순차적으로 저장될 것이다. 그 다음에, 워드 라인(WL1)에 대한 1-스텝 프로그램 동작과 워드 라인(WL0)에 대한 거친 프로그램 동작은 제 1 영역(101)에 저장된 데이터(D1, D4) 및 (D0, D2, D5)에 의거하여 순차적으로 행해질 것이다.
다시 페이지 데이터(D9∼D11)가 버퍼 메모리(201)에 저장되면, 워드 라인(WL2)에 저장될 데이터 즉, 3-페이지 데이터(D3, D7, D11)는 메모리 제어기(200)의 제어에 따라 멀티-비트 메모리 장치(100)의 제 1 영역(101)에 순차적으로 저장될 것이다. 그 다음에, 워드 라인(WL2)에 대한 1-스텝 프로그램 동작, 워드 라인(WL1)에 대한 거친 프로그램 동작, 그리고 워드 라인(WL0)에 대한 정교한 프로그램 동작은 제 1 영역(101)에 저장된 데이터에 의거하여 순차적으로 행해질 것이다. 데이터(D9∼D11)가 입력될 때 행해지는 동작 패턴은 데이터(D189)가 버퍼 메모리(201)에 저장되기 이전까지 반복적으로 행해질 것이다.
데이터(D189, D190)가 메모리 제어기(200)의 버퍼 메모리(201)에 저장되면, 워드 라인(WL62)에 저장될 데이터 즉, 3-페이지 데이터(D183, D187, D190)는 메모리 제어기(200)의 제어에 따라 멀티-비트 메모리 장치(100)의 제 1 영역(101)에 순차적으로 저장될 것이다. 그 다음에, 워드 라인(WL62)에 대한 1-스텝 프로그램 동작, 워드 라인(WL61)에 대한 거친 프로그램 동작, 워드 라인(WL60)에 대한 정교한 프로그램 동작은 제 1 영역(101)에 저장된 데이터에 의거하여 순차적으로 행해질 것이다.
데이터(D191)가 메모리 제어기(200)의 버퍼 메모리(201)에 저장되면, 워드 라인(WL62)에 저장될 데이터 즉, 3-페이지 데이터(D186, D189, D191)는 메모리 제어기(200)의 제어에 따라 멀티-비트 메모리 장치(100)의 제 1 영역(101)에 순차적으로 저장될 것이다. 그 다음에, 워드 라인(WL63)에 대한 1-스텝 프로그램 동작, 워드 라인(WL62)에 대한 거친 프로그램 동작, 워드 라인(WL61)에 대한 정교한 프로그램 동작, 워드 라인(WL63)에 대한 거친 프로그램 동작, 워드 라인(WL62)에 대한 정교한 프로그램 동작, 워드 라인(WL63)에 대한 정교한 프로그램 동작은 제 1 영역(101)에 저장된 데이터에 의거하여 순차적으로 행해질 것이다.
도 21은 는 셀 당 4-비트 데이터가 저장되고 재프로그램 방법이 적용되는 멀티-비트 메모리 장치의 다른 예시적인 어드레스 스크램블 방식을 보여주는 도면이다.
도 21에 도시된 어드레스 스크램블 방식은 셀 당 4-비트 데이터를 저장하는 멀티-비트 메모리 장치에 적용될 것이다. 도 21에 도시된 어드레스 스크램블 방식이 적용된 데이터 저장 시스템은 앞서 설명된 것과 실질적으로 동일하게 동작할 것이다. 예를 들면, 제 1 영역(101)에 대한 최소 프로그램 단위의 데이터가 버퍼 메모리(201)에 저장될 때, 메모리 제어기(200)는 버퍼 메모리(201)에 저장된 데이터가 제 1 영역(101)에 프로그램되도록 멀티-비트 메모리 장치(100)를 제어할 것이다. 마찬가지로, 메모리 제어기(200)는 제 2 영역(102)에 대한 최소 프로그램 단위의 데이터가 제 1 영역(101)에 준비되었는 지의 여부를 판별하고, 판별 결과에 따라 1-스텝 프로그램 동작, 거친 프로그램 동작, 그리고 정교한 프로그램 동작이 수행되도록 멀티-비트 메모리 장치(100)를 제어할 것이다. 그러한 동작들은 페이지 어드레스 정보에 의거하여 표 1에 도시된 패턴들에 따라 행해질 것이다.
도 22a 내지 도 22d는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 멀티-비트 메모리 장치의 제 1 및 제 2 영역들에 대한 다양한 조합들을 설명하기 위한 도면들이다. 도면에서, "BP"는 제 1 영역(101)에 대한 버퍼 프로그래밍을 나타내며, "MP"는 제 2 영역(102)에 대한 메인 프로그래밍을 나타낸다.
앞서 설명된 바와 같이, 멀티-비트 메모리 장치(100)는 제 1 영역(101)과 제 2 영역(102)을 포함할 것이다. 여기서, 제 1 영역(101)과 제 2 영역(102)는 멀티-비트 메모리 장치(100)의 메모리 셀 어레이를 구성할 것이다. 비록 도면에는 도시되지 않았지만, 메모리 셀 어레이는 더 많은 영역들(예를 들면, 메타 영역, 예비 영역, 등)을 포함할 것이다. 메모리 셀 어레이의 영역들이 물리적으로 구분되는 것이 아니라 논리적으로 구분된다는 것은 잘 이해될 것이다. 이는 메모리 제어기(200)의 어드레스 맵핑에 따라 영역들이 정의됨을 의미한다.
도 22a를 참조하면, 셀 당 3-비트 데이터를 저장하는 멀티-비트 메모리 장치의 경우, 제 1 영역(101)은 1-비트 데이터를 각각 저장하는 메모리 셀들로 구성되고, 제 2 영역(102)은 3-비트 데이터를 각각 저장하는 메모리 셀들로 구성될 수 있다. 이 경우, 버퍼 프로그래밍은 SLC 프로그램 방식에 따라 행해질 것이다. 메인 프로그래밍은 앞서 설명된 MLC 프로그램 방식에 따라 행해질 것이다.
도 22b를 참조하면, 셀 당 4-비트 데이터를 저장하는 멀티-비트 메모리 장치의 경우, 제 1 영역(101)은 1-비트 데이터를 각각 저장하는 메모리 셀들로 구성되고, 제 2 영역(102)은 4-비트 데이터를 각각 저장하는 메모리 셀들로 구성될 수 있다. 이 경우, 버퍼 프로그래밍은 SLC 프로그램 방식에 따라 행해질 것이다. 메인 프로그래밍은 앞서 설명된 MLC 프로그램 방식에 따라 행해질 것이다.
도 22c를 참조하면, 셀 당 3-비트 데이터를 저장하는 멀티-비트 메모리 장치의 경우, 제 1 영역(101)은 2-비트 데이터를 각각 저장하는 메모리 셀들로 구성되고, 제 2 영역(102)은 3-비트 데이터를 각각 저장하는 메모리 셀들로 구성될 수 있다. 이 경우, 버퍼 프로그래밍은 일반적인 또는 앞서 설명된 MLC 프로그램 방식에 따라 행해질 것이다. 메인 프로그래밍은 앞서 설명된 MLC 프로그램 방식(예를 들면, 재프로그램 방식)에 따라 행해질 것이다.
도 22d를 참조하면, 셀 당 4-비트 데이터를 저장하는 멀티-비트 메모리 장치의 경우, 제 1 영역(101)은 2-비트 데이터를 각각 저장하는 메모리 셀들로 구성되고, 제 2 영역(102)은 4-비트 데이터를 각각 저장하는 메모리 셀들로 구성될 수 있다. 이 경우, 버퍼 프로그래밍은 일반적인 또는 앞서 설명된 MLC 프로그램 방식에 따라 행해질 것이다. 메인 프로그래밍은 앞서 설명된 MLC 프로그램 방식(예를 들면, 재프로그램 방식)에 따라 행해질 것이다.
예시적인 실시예에 있어서, 도 22a 내지 도 22d에 도시된 제 1 및 제 2 영역들(101, 102)의 정의가 여기에 개시된 것에 국한되지 않음은 잘 이해될 것이다. 예를 들면, 데이터 저장 장치에 포함되는 저장 매체가 복수의 멀티-비트 메모리 장치들로 구성되는 경우, 각 멀티-비트 메모리 장치에 제 1 및 제 2 영역들(101, 102)이 정의될 수 있다. 다른 예로서, 임의의 멀티-비트 메모리 장치에만 제 1 영역(101)이 정의될 수 있다. 또는, 임의의 멀티-비트 메모리 장치가 제 1 영역(101)으로 정의될 수 있다.
도 23은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 메모리 제어기의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다. 이하, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 메모리 제어기의 동작이 참조 도면들에 의거하여 상세히 설명될 것이다.
S200 단계에서, 메모리 제어기(200)는 데이터가 입력되었는 지의 여부를 판별할 것이다. 만약 데이터가 입력되지 않은 것으로 판별되면, S200 단계는 반복될 것이다. 만약 데이터가 입력된 것으로 판별되면, 절차는 S210 단계로 진행하며, S210 단계에서는 입력된 데이터가 버퍼 메모리(201)에 저장될 것이다. S220 단계에서, 메모리 제어기(200)는 버퍼 프로그램 동작이 요구되는 지의 여부를 판별할 것이다. 만약 버퍼 프로그램 동작이 요구되지 않으면, 절차는 종료될 것이다.
만약 버퍼 프로그램 동작이 요구되는 것으로 판별되면, 절차는 S230 단계로 진행할 것이다. S230 단계에서는 버퍼 메모리(201)에 저장된 데이터 즉, 제 1 영역(101)에 대한 최소 프로그램 단위의 데이터가 멀티-비트 메모리 장치(100)로 전송될 것이다. 이는 제 1 영역(101)에 대한 최소 프로그램 단위의 데이터가 멀티-비트 메모리 장치(100)의 제 1 영역(101)에 저장됨을 의미한다. S240 단계에서, 메모리 제어기(200)는 메인 프로그램 동작이 요구되는 지의 여부(또는, 버퍼 프로그램 동작이 메인 프로그램 동작을 수반하는 지의 여부)를 판별할 것이다. 이는, 앞서 언급된 바와 같이, 페이지 어드레스 정보에 의거하여 행해질 것이다.
만약 메인 프로그램 동작이 요구되지 않는 것으로 판별되면, 절차는 종료될 것이다. 이에 반해서, 만약 메인 프로그램 동작이 요구되는 것으로 판별되면, 절차는 S250 단계로 진행할 것이다. S250 단계에서는 메인 프로그램 동작에 관련된 프로그램 패턴이 결정될 것이다. 버퍼 프로그램 동작에 이어서 행해지는 메인 프로그램 동작의 프로그램 패턴은 1-스텝 프로그램 동작, 거친 프로그램 동작, 일련의 거친 및 정교한 프로그램 동작들, 그리고 일련의 거친, 정교한, 그리고 정교한 프로그램 동작들로 구성될 수 있다. S260 단계에서, 메모리 제어기(200)는 결정된 프로그램 패턴에 의거하여 메인 프로그래밍을 위한 일련의 명령들을 발생할 것이다. 그러한 명령들은, 도 16 및 도 18에서 설명된 바와 같이, 모드 전환 명령, SLC 읽기 명령, 덤프 명령, 프로그램 확인 명령, 등을 포함할 것이다. 이후, 절차는 종료될 것이다.
도 24는 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따른 메모리 제어기의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다. 이하, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 메모리 제어기의 동작이 참조 도면들에 의거하여 상세히 설명될 것이다.
S300 단계에서, 메모리 제어기(200)는 데이터가 입력되었는 지의 여부를 판별할 것이다. 만약 데이터가 입력되지 않은 것으로 판별되면, S300 단계는 반복될 것이다. 만약 데이터가 입력된 것으로 판별되면, 절차는 S310 단계로 진행하며, S310 단계에서는 입력된 데이터가 버퍼 메모리(201)에 저장될 것이다. S320 단계에서, 메모리 제어기(200)는 버퍼 프로그램 동작이 요구되는 지의 여부를 판별할 것이다. 만약 버퍼 프로그램 동작이 요구되지 않으면, 절차는 종료될 것이다.
만약 버퍼 프로그램 동작이 요구되는 것으로 판별되면, S330 단계에서, 메모리 제어기(200)는 메인 프로그램 동작이 요구되는 지의 여부(또는, 버퍼 프로그램 동작이 메인 프로그램 동작을 수반하는 지의 여부)를 판별할 것이다. 이는, 앞서 언급된 바와 같이, 페이지 어드레스 정보에 의거하여 행해질 것이다. 만약 메인 프로그램 동작이 요구되지 않는 것으로 판별되면, 절차는 S340 단계로 진행할 것이다. S340 단계에서는 버퍼 메모리(201)에 저장된 데이터 즉, 제 1 영역(101)에 대한 최소 프로그램 단위의 데이터가 멀티-비트 메모리 장치(100)로 전송될 것이다. 이는 제 1 영역(101)에 대한 최소 프로그램 단위의 데이터가 멀티-비트 메모리 장치(100)의 제 1 영역(101)에 저장됨을 의미한다.
이에 반해서, 만약 메인 프로그램 동작이 요구되는 것으로 판별되면, 절차는 절차는 S350 단계로 진행할 것이다. S350 단계에서는 프로그램 패턴이 결정될 것이다. 프로그램 패턴은 표 1에서 설명된 프로그램 패턴들 중 어느 하나일 것이다. 하지만, 프로그램 패턴이 인터리브 방식이 사용될 때 변경될 수 있음은 잘 이해될 것이다. S360 단계에서, 메모리 제어기(200)는 결정된 프로그램 패턴에 의거하여 버퍼 및 메인 프로그래밍을 위한 일련의 명령들을 발생할 것이다. 버퍼 프로그래밍을 위한 명령은 SLC 프로그램 명령을 포함하고, 메인 프로그램을 위한 명령들은, 도 16 및 도 18에서 설명된 바와 같이, 모드 전환 명령, SLC 읽기 명령, 덤프 명령, 프로그램 확인 명령, 등을 포함할 것이다. 이후, 절차는 종료될 것이다.
예시적인 실시예에 있어서, 버퍼 프로그래밍을 위한 데이터는 SLC 프로그램 명령에 이어서 그리고 메인 프로그램을 위한 명령들 이전에 멀티-비트 메모리 장치(100)로 전송될 것이다.
도 25는 본 발명의 또 다른 예시적인 실시예에 따른 메모리 제어기의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다. 이하, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 메모리 제어기의 동작이 참조 도면들에 의거하여 상세히 설명될 것이다.
S400 단계에서, 메모리 제어기(200)는 데이터가 입력되었는 지의 여부를 판별할 것이다. 만약 데이터가 입력되지 않은 것으로 판별되면, S400 단계는 반복될 것이다. 만약 데이터가 입력된 것으로 판별되면, 절차는 S410 단계로 진행하며, S410 단계에서는 입력된 데이터가 버퍼 메모리(201)에 저장될 것이다. S420 단계에서, 메모리 제어기(200)는 프로그램 패턴을 결정할 것이다. 프로그램 패턴은 표 1에서 설명된 프로그램 패턴들 중 어느 하나일 것이다. 하지만, 프로그램 패턴이 인터리브 방식이 사용될 때 변경될 수 있음은 잘 이해될 것이다. S430 단계에서, 메모리 제어기(200)는 결정된 프로그램 패턴에 의거하여 버퍼 프로그래밍을 위한 명령 또는 버퍼 및 메인 프로그래밍을 위한 일련의 명령들을 발생할 것이다. 버퍼 프로그래밍을 위한 명령은 SLC 프로그램 명령을 포함하고, 메인 프로그램을 위한 명령들은, 도 16 및 도 18에서 설명된 바와 같이, 모드 전환 명령, SLC 읽기 명령, 덤프 명령, 프로그램 확인 명령, 등을 포함할 것이다. 이후, 절차는 종료될 것이다.
예시적인 실시예에 있어서, 버퍼 프로그래밍을 위한 데이터는 SLC 프로그램 명령에 이어서 그리고 메인 프로그램을 위한 명령들 이전에 멀티-비트 메모리 장치(100)로 전송될 것이다. 프로그램 패턴은 버퍼 프로그래밍을 위한 명령을 포함하도록 또는 배제하도록 결정될 수 있다.
예시적인 실시예에 있어서, 버퍼 프로그램 동작을 수행하기에 앞서 SLC 모드를 알리는 명령(예를 들면, 도 16의 DAh)이 멀티-비트 메모리 장치(100)로 제공될 것이다. 마찬가지로, 버퍼 프로그램 동작이 수행된 후, SLC 모드의 종료를 알리는 명령(예를 들면, 도 16의 DFh)이 멀티-비트 메모리 장치(100)로 제공될 것이다.
예시적인 실시예에 있어서, 도 23 내지 도 25에서 설명된 동작들에 앞서 제 1 및 제 2 영역들(101, 102)이 메모리 제어기(200)에 의해서 정의될 것이다. 제 1 및 제 2 영역들(101, 102)의 정의가 행해진 후, 호스트(300)로부터 제공되는 데이터에 대한 버퍼 프로그램 동작과 메인 프로그램 동작이 앞서 설명된 방식에 따라 행해질 것이다.
예시적인 실시예에 있어서, 프로그램 패턴은 다양하게 정의될 수 있다. 예를 들면, 프로그램 패턴은 버퍼 프로그램 동작과 메인 프로그램 동작에 대해서 개별적으로 정의될 수 있다. 또는, 프로그램 패턴은 버퍼 및 메인 프로그램 동작들에 대해서 정의될 수 있다. 메인 프로그램 동작은 1-스텝 프로그램 동작, 거친 프로그램 동작, 거친 및 정교한 프로그램 동작들, 거친, 정교한, 그리고 정교한 프로그램 동작들, 등과 같은 일련의 프로그램 동작들을 포함할 것이다.
도 26은 올 비트 라인 메모리 구조 또는 오드-이븐 메모리 구조를 위해 메모리 셀 어레이를 메모리 블록들로 구성하는 예를 보여주는 도면이다. 도 2에 도시된 멀티-비트 메모리 장치(100)에 포함되는 메모리 셀 어레이(110)의 예시적인 구조들이 설명될 것이다. 일례로서, 메모리 셀 어레이(110)가 1024개의 메모리 블록들로 나눠진 낸드 플래시 메모리 장치가 설명될 것이다. 각 메모리 블록에 저장된 데이터는 동시에 소거될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 메모리 블록은 동시에 소거되는 저장 소자들의 최소 단위이다. 각 메모리 블록에는, 예를 들면, 비트 라인들(예를 들면, 1KB의 비트 라인들)에 각각 대응하는 복수의 열들이 있다. 올 비트 라인 (all bit line: ABL) 구조라 불리는 일 실시예에 있어서, 메모리 블록의 모든 비트 라인들은 읽기 및 프로그램 동작들 동안 동시에 선택될 수 있다. 공통 워드 라인에 속하며 모든 비트 라인들과 연결된 저장 소자들은 동시에 프로그램될 수 있다.
예시적인 실시예에 있어서, 동일한 열에 속한 복수의 저장 소자들은 낸드 스트링(111)을 구성하도록 직렬로 연결된다. 낸드 스트링의 일 단자는 스트링 선택 라인(SSL)에 의해서 제어되는 선택 트랜지스터를 통해 대응하는 비트 라인에 연결되고, 다른 단자는 접지 선택 라인(GSL)에 의해서 제어되는 선택 트랜지스터를 통해 공통 소오스 라인(CSL)에 연결된다.
오드-이븐 구조(odd-even architecture)라 불리는 다른 예시적인 실시예에 있어서, 비트 라인들은 이븐 비트 라인들(BLe)과 오드 비트 라인들(BLo)로 구분된다. 오드/이븐 비트 라인 구조에 있어서, 공통 워드 라인에 속하면 오드 비트 라인들과 연결된 저장 소자들이 제 1 시간에 프로그램되는 반면에, 공통 워드 라인에 속하면 이븐 비트 라인들과 연결된 저장 소자들은 제 2 시간에 프로그램된다. 데이터는 다른 블록들로 프로그램될 수 있고 다른 메모리 블록들로부터 읽혀질 수 있다. 이러한 동작은 동시에 수행될 수 있다.
멀티-비트 메모리 장치를 구성하는 플래시 메모리 장치는 전력이 차단되어도 저장된 데이터를 유지할 수 있는 불 휘발성 메모리 장치이다. 셀룰러 폰, PDA 디지털 카메라, 포터블 게임 콘솔, 그리고 MP3P와 같은 모바일 장치들의 사용 증가에 따라, 플래시 메모리 장치는 데이터 스토리지 뿐만 아니라 코드 스토리지로서 보다 널리 사용된다. 플래시 메모리 장치는, 또한, HDTV, DVD, 라우터, 그리고 GPS와 같은 홈 어플리케이션에 사용될 수 있다.
도 27은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 컴퓨팅 시스템을 개략적으로 보여주는 블록도이다.
컴퓨팅 시스템은 마이크로프로세서(2100), 사용자 인터페이스(2200), 베이스밴드 칩셋(baseband chipset)과 같은 모뎀(2300), 메모리 제어기(2400), 그리고 저장 매체로서 멀티-비트 메모리 장치(2500)를 포함한다. 메모리 제어기(2400)와 멀티-비트 메모리 장치(2500)는 도 2에 도시된 것과 실질적으로 동일하게 구성될 것이다. 이는 메모리 제어기(2400)에 포함되는 버퍼 메모리의 크기를 최소화하는 것이 가능함을 의미한다. 멀티-비트 메모리 장치(2500)에는 마이크로프로세서(2100)에 의해서 처리된/처리될 N-비트 데이터(N은 1 또는 그 보다 큰 정수)가 메모리 제어기(2400)를 통해 저장될 것이다. 컴퓨팅 시스템이 모바일 장치인 경우, 컴퓨팅 시스템의 동작 전압을 공급하기 위한 배터리(2600)가 추가적으로 제공될 것이다. 비록 도면에는 도시되지 않았지만, 본 발명에 따른 컴퓨팅 시스템에는 응용 칩셋(application chipset), 카메라 이미지 프로세서(Camera Image Processor: CIS), 모바일 디램, 등이 더 제공될 수 있음은 잘 이해될 것이다.
도 28은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 메모리 제어기를 개략적으로 보여주는 블록도이다. 도 28을 참조하면, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 메모리 제어기는 제 1 인터페이스(3210), 제 2 인터페이스(3220), 처리 유니트(3230), 버퍼(3240), ECC 유니트(3250), 그리고 롬(3260)을 포함할 것이다. 도 28에 도시된 메모리 제어기는 도 2 또는 도 27에 도시된 시스템에 적용될 것이다.
제 1 인터페이스(3210)는 외부(또는, 호스트)와 인터페이스하도록 구성될 것이다. 제 2 인터페이스(3220)는 도 2 또는 도 27에 도시된 저장 매체(3100)와 인터페이스하도록 구성될 것이다. 처리 유니트(3230)는 제어기(3200)의 전반적인 동작을 제어하도록 구성될 것이다. 예를 들면, CPU(3230)는 롬(3260)에 저장된 플래시 변환 계층(Flash Translation Layer: FTL)과 같은 펌웨어를 운용하도록 구성될 것이다. 버퍼(3240)는 제 1 인터페이스(3210)를 통해 외부로 전달되는 데이터를 임시 저장하는 데 사용될 것이다. 버퍼(3240)는 제 2 인터페이스(3220)를 통해 저장 매체(3100)로부터 전달되는 데이터를 임시 저장하는 데 사용될 것이다. ECC 유니트(3250)는 저장 매체(3100)에 저장될 데이터를 부호화하도록 그리고 저장 매체(3100)로부터 읽혀진 데이터를 복호화하도록 구성될 것이다.
예시적인 실시예에 있어서, 메모리 제어기는 도 16 및 도 18에서 설명된 명령 시퀀스에 따라 명령들을 순차적으로 발생하도록 구성될 것이다. 또는, 메모리 제어기는 앞서 설명된 프로그램 패턴을 알리는 명령 세트를 발생하도록 구성될 것이다.
도 29는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 반도체 드라이브를 개략적으로 보여주는 블록도이다.
도 29를 참조하면, 반도체 드라이브(4000)(SSD)는 저장 매체(4100)와 제어기(4200)를 포함할 것이다. 저장 매체(4100)는 복수의 채널들을 통해 제어기(4200)와 연결될 것이다. 각 채널에는 복수의 불 휘발성 메모리들이 공통으로 연결될 것이다. 각 불 휘발성 메모리는 도 2에서 설명된 메모리로 구성될 것이다. 제어기(4200)는 도 3 내지 도 21을 참조하여 설명된 프로그램 방식들 중 어느 하나에 따라 저장 매체(4100)를 제어하도록 구성될 것이다. 이는 제어기(4200)에 포함되는 버퍼 메모리의 크기를 최소화하는 것이 가능함을 의미한다.
도 30은 도 29에 도시된 반도체 드라이브를 이용한 스토리지를 개략적으로 보여주는 블록도이고, 도 31은 도 29에 도시된 반도체 드라이브를 이용한 스트리지 서버를 개략적으로 보여주는 블록도이다.
본 발명의 예시적인 실시예에 따른 반도체 드라이브(4000)는 스토리지를 구성하는 데 사용될 수 있다. 도 30에 도시된 바와 같이, 스토리지는 도 29에서 설명된 것과 실질적으로 동일하게 구성되는 복수의 반도체 드라이브들을 포함할 것이다. 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 반도체 드라이브(4000)는 스토리지 서버를 구성하는 데 사용될 수 있다. 도 31에 도시된 바와 같이, 스토리지 서버는 도 29에서 설명된 것과 실질적으로 동일하게 구성되는 복수의 반도체 드라이브들(4000), 그리고 서버(4000A)를 포함할 것이다. 또한, 이 분야에 잘 알려진 RAID 제어기(4000B)가 스토리지 서버에 제공될 수 있음은 잘 이해될 것이다.
도 32 내지 도 34은 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 데이터 저장 장치가 적용되는 시스템들을 개략적으로 보여주는 도면들이다.
본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 메모리 제어기 및 멀티-비트 메모리 장치들로 구성되는 데이터 저장 장치를 포함한 반도체 드라이브가 스토리지에 적용되는 경우, 도 32에 도시된 바와 같이, 시스템(6000)은 유선 그리고/또는 무선으로 호스트와 통신하는 스토리지(6100)를 포함할 것이다. 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 데이터 저장 장치를 포함한 반도체 드라이브가 스토리지 서버에 적용되는 경우, 도 33에 도시된 바와 같이, 시스템(7000)은 유선 그리고/또는 무선으로 호스트와 통신하는 스토리지 서버들(7100, 7200)을 포함할 것이다. 또한, 도 34에 도시된 바와 같이, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 데이터 저장 장치를 포함한 반도체 드라이브는 메일 서버(8100)에도 적용될 수 있다.
도 35는 본 발명의 실시예에 따른 메모리 카드(memory card)를 개략적으로 보여주는 블록도이다.
메모리 카드는 예를 들어, MMC 카드, SD카드, 멀티유즈(multiuse) 카드, 마이크로 SD카드, 메모리 스틱, 컴팩트 SD 카드, ID 카드, PCMCIA 카드, SSD카드, 칩카드(chipcard), 스마트카드(smartcard), USB카드 등일 수 있다.
도 35를 참조하면, 메모리 카드는 외부와의 인터페이스를 수행하는 인터페이스부(9221), 버퍼 메모리를 갖고 메모리 카드의 동작을 제어하는 제어기(9222), 하나 또는 그 보다 많은 불 휘발성 메모리 장치들(9207)을 포함할 것이다. 제어기(9222)는 프로세서로서, 불 휘발성 메모리 장치(9207)의 라이트 동작 및 리드 동작을 제어할 수 있다. 구체적으로, 컨트롤러(9222)는 데이터 버스(DATA)와 어드레스 버스(ADDRESS)를 통해서 불 휘발성 메모리 장치(9207) 및 인터페이스부(9221)와 커플링되어 있다. 도 32에 도시된 제어기(9222)와 불 휘발성 메모리(9207)는 도 2에서 설명된 메모리 제어기(200)와 멀티-비트 메모리 장치(100)에 대응할 것이다. 제어기(9222)는 도 3 내지 도 21을 참조하여 설명된 프로그램 방식들 중 어느 하나에 따라 불 휘발성 메모리(9207)를 제어하도록 구성될 것이다. 이는 제어기(9222)에 포함되는 버퍼 메모리의 크기를 최소화하는 것이 가능함을 의미한다.
도 36은 본 발명의 실시예에 따른 디지털 스틸 카메라(digital still camera)를 개략적으로 보여주는 블록도이다.
도 36을 참조하면, 디지털 스틸 카메라는 바디(9301), 슬롯(9302), 렌즈(9303), 디스플레이부(9308), 셔터 버튼(9312), 스트로브(strobe)(9318) 등을 포함한다. 특히, 슬롯(9308)에는 메모리 카드(9331)가 삽입될 수 있고, 메모리 카드(9331)는 도 2에서 설명된 메모리 제어기(200) 및 멀티-비트 메모리 장치(100)를 포함할 것이다. 메모리 카드(9331) 내에 포함된 메모리 제어기는 도 3 내지 도 21을 참조하여 설명된 프로그램 방식들 중 어느 하나에 따라 멀티-비트 메모리 장치를 제어하도록 구성될 것이다. 이는 메모리 제어기에 포함되는 버퍼 메모리의 크기를 최소화하는 것이 가능함을 의미한다.
메모리 카드(9331)가 접촉형(contact type)인 경우, 메모리 카드(9331)가 슬롯(9308)에 삽입될 때 메모리 카드(9331)와 회로 기판 상의 특정 전기 회로가 전기적으로 접촉하게 된다. 메모리 카드(9331)가 비접촉형(non-contact type)인 경우, 무선 신호를 통해서 메모리 카드(9331)가 액세스될 것이다.
도 37은 도 35의 메모리 카드가 사용되는 다양한 시스템을 설명하는 예시적 도면이다.
도 37을 참조하면, 메모리 카드(9331)는 비디오 카메라, 텔레비전, 오디오 장치, 게임장치, 전자 음악 장치, 휴대폰, 컴퓨터, PDA(Personal Digital Assistant), 보이스 레코더(voice recorder), PC 카드, 등에 사용될 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예에 있어서, 메모리 셀들은 가변 저항 메모리 셀로 구성될 수 있으며, 예시적인 가변 저항 메모리 셀 및 그것을 포함한 메모리 장치가 미국특허번호 제7529124호에 게재되어 있으며, 이 출원의 레퍼런스로 포함될 것이다.
본 발명의 다른 예시적인 실시예에 있어서, 메모리 셀들은 전하 저장층을 갖는 다양한 셀 구조들 중 하나를 이용하여 구현될 수 있다. 전하 저장층을 갖는 셀 구조는 전하 트랩층을 이용하는 전하 트랩 플래시 구조, 어레이들이 다층으로 적층되는 스택 플래시 구조, 소오스-드레인이 없는 플래시 구조, 핀-타입 플래시 구조, 등을 포함할 것이다.
전하 저장층으로서 전하 트랩 플래시 구조를 갖는 메모리 장치가 미국특허 제6858906호, 미국공개특허 제2004-0169238호, 그리고 미국공개특허 제2006-0180851호에 각각 게재되어 있으며, 이 출원의 레퍼런스로 포함될 것이다. 소오스/드레인이 없는 플래시 구조는 대한민국특허 제673020호에 게재되어 있으며, 이 출원의 레퍼런스로 포함될 것이다.
본 발명에 따른 플래시 메모리 장치 그리고/또는 메모리 제어기는 다양한 형태들의 패키지를 이용하여 실장될 수 있다. 예를 들면, 본 발명에 따른 플래시 메모리 장치 그리고/또는 메모리 컨트롤러는 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 패키지들을 이용하여 실장될 수 있다.
본 발명의 범위 또는 기술적 사상을 벗어나지 않고 본 발명의 구조가 다양하게 수정되거나 변경될 수 있음은 이 분야에 숙련된 자들에게 자명하다. 상술한 내용을 고려하여 볼 때, 만약 본 발명의 수정 및 변경이 아래의 청구항들 및 동등물의 범주 내에 속한다면, 본 발명이 이 발명의 변경 및 수정을 포함하는 것으로 여겨진다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention, and how to accomplish it, will be described with reference to the embodiments described in detail below with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in other forms. The embodiments are provided so that those skilled in the art can easily carry out the technical idea of the present invention to those skilled in the art.
In the drawings, embodiments of the present invention are not limited to the specific forms shown and are exaggerated for clarity. Also, the same reference numerals denote the same components throughout the specification.
The expression " and / or " is used herein to mean including at least one of the elements listed before and after. Also, the expression " coupled / connected " is used to mean either directly connected to another component or indirectly connected through another component. The singular forms herein include plural forms unless the context clearly dictates otherwise. Also, components, steps, operations and elements referred to in the specification as " comprises " or " comprising " mean the presence or addition of one or more other components, steps, operations, elements and devices.
As the number of data bits stored in each memory cell increases, it becomes increasingly difficult to secure the reliability of a memory device storing multi-bit (or multi-level) data (hereinafter referred to as a multi-level memory device) ought. One of the factors that reduces reliability is a change in threshold voltages due to coupling between adjacent memory cells. For example, the threshold voltage of a previously programmed memory cell may change due to the coupling that occurs when a memory cell adjacent to the programmed memory cell is programmed. One example of an address scrambling scheme applied to a multi-level memory device to efficiently manage such coupling is shown in FIG.
The address scrambling scheme will be described under the assumption that 4-bit data is stored in one memory cell. For convenience of illustration, only four word lines (WL0 to WL3) are shown in FIG. A plurality of memory cells MC will be connected to each of the word lines WL0 to WL3. First, a one-step programming operation in which the lower 2-bit data is stored in each of the memory cells connected to the first word line WL0 will be performed. That is, during one-step program operation, the two-page data will be stored in the memory cells connected to the first word line WL0. This is indicated by? In Fig. 1A. Then, a one-step program operation will be performed on the memory cells connected to the second word line WL1. This is indicated by? In Fig. 1A. After the one-step programming operation for the second word line WL1 is performed, the memory cells connected to the first word line WL0, which are located below the second word line WL1 and the lower 2-bit data is programmed, A coarse program operation (also referred to as a 2-step programming) in which upper 2-bit data is stored will be performed. This is indicated by? In Fig. 1A. After a coarse programming operation is performed on the memory cells connected to the first word line WL0, a one-step programming operation is performed on the third word line WL2, which is indicated by? In Fig. 1A. After the one-step program operation for the third word line WL2, a coarse program operation is performed in which the upper two-bit data is stored in the memory cells connected to the second word line WL1 in which the lower 2-bit data is programmed will be. This is indicated by? In Fig. 1a. Thereafter, a fine program operation for the first word line WL0 will be performed. This is indicated by ⑥ in FIG. Thereafter, one-step, coarse, and sophisticated program operations will be performed sequentially in accordance with the program sequence (see FIG. 1A) described above. The manner in which the word lines are selected in accordance with the program sequence described in FIG. 1A is referred to as an address scramble method.
When the one-step program operation and coarse program operation are completed, threshold voltage distributions corresponding to M-bit data (M is 2 or larger integer) (e.g., 2 M Threshold voltage distributions) will all be formed. Although all the threshold voltage distributions are formed as the rough program operation is completed, the margin between the threshold voltage distributions will not be sufficient to clearly distinguish the threshold voltage distributions. A sophisticated program operation will be performed to ensure a margin sufficient to clearly distinguish the threshold voltage distributions. The sophisticated program operation is performed to narrow the width of each threshold voltage distribution and will be done using verify voltages that are each higher than the verify voltages of the threshold voltage distributions used in coarse program operation by a predetermined voltage. Through this programming scheme it is possible to reduce the coupling between adjacent memory cells. This program method / algorithm is referred to as a reprogram method / algorithm.
It will be appreciated that in the exemplary embodiment, the reprogramming method for 4-bit data, that is, one-step programming, coarse programming, and sophisticated programming, applies to both 2-bit data and 3-bit data reprogramming methods will be.
With this reprogramming method, it is necessary to maintain the data stored in the memory cells of any word line until the sophisticated program operation for any word line is terminated. For example, the one-step program operation is performed based on data provided to the multi-bit memory device in the memory controller, and the rough program operation is performed based on the data stored in the one-step program operation and the data provided in the memory controller . The sophisticated program operation will be performed based on the stored data through one-step program operation and coarse program operation. However, as described above, it is difficult to accurately read stored data through one-step program operation and coarse program operation. This means that the data required for sophisticated program operation must be provided to the multi-bit memory device in the memory controller. Hence, the data stored in the memory cells of any word line will be held by the memory controller until the sophisticated program operation for any word line is terminated. This means that a large amount of buffer memory is provided to the memory controller to hold the data necessary for sophisticated program operation.
1B is a diagram showing threshold voltage distributions that are varied when each memory cell stores 4-bit data and a program operation is performed according to a 3-step programming method. Hereinafter, the programming method according to the three-step programming method will be described based on the reference drawings.
First, two-page data (i.e., first and second page data) will be stored in the memory cells of the selected word line (e.g., WL0, see FIG. At this time, the memory cells belonging to the threshold voltage distribution corresponding to the erase state E correspond to the program states (Q1, Q2, Q3), respectively, according to the data to be programmed, Will be programmed to have threshold voltages belonging to threshold voltage distributions.
As described above, the coarse programming operation of one-step programmed memory cells belonging to a word line (e.g., WL0) is performed after one-step programming operation of memory cells belonging to an adjacent word line (e.g., WL1) Lt; / RTI > At this time, as shown in box 22 of FIG. 1B, the distributions of the one-step programmed memory cells belonging to the word line (for example, WL0) are stored in memory cells (for example, Lt; / RTI > will be widened by the coupling that occurs when they are programmed.
Next, the memory cells of the selected word line WL0 will be stored with 2-page data, i.e., third and fourth page data. At this time, as shown in box 23 of FIG. 1B, the memory cells belonging to the threshold voltage distribution corresponding to each state will be programmed to have threshold voltages belonging to corresponding threshold voltage distributions. For example, the memory cells belonging to the threshold voltage distribution corresponding to the erase state E are programmed to have threshold voltages belonging to the threshold voltage distributions respectively corresponding to program states P1 'to P3' Will be. The memory cells belonging to the threshold voltage distribution corresponding to the program state Q1 will be programmed to have threshold voltages belonging to the threshold voltage distributions respectively corresponding to the program states P4 'to P7' according to the data to be programmed. The memory cells belonging to the threshold voltage distribution corresponding to program state Q2 will be programmed to have threshold voltages belonging to the threshold voltage distributions respectively corresponding to program states P8'-P11 'according to the data to be programmed. The memory cells belonging to the threshold voltage distribution corresponding to the program state Q3 will be programmed to have threshold voltages belonging to the threshold voltage distributions respectively corresponding to the program states P12 'to P15' according to the data to be programmed.
As described above, the sophisticated program operation of coarse programmed memory cells belonging to a word line (e.g., WL0) is performed by a one-step program operation for adjacent word lines (e.g., WL2, WLl) It will be done after operation. At this point, as shown in box 24 of FIG. 1B, distributions of coarse programmed memory cells belonging to a word line (e.g., WL0) are stored in memories belonging to adjacent word lines (e.g., WL2, WL1) Will be widened by the coupling that occurs when the cells are programmed. For this reason, it is difficult to accurately read data from roughly programmed memory cells.
The memory cells belonging to the word line WL0 will be programmed to have the final threshold voltage distributions P1 to P15 as shown in box 25 of FIG. 1B. This operation is called sophisticated program operation. As described above, the sophisticated program operation requires previously programmed data (e.g., first through fourth page data), which may include previously programmed data from memory cells belonging to word line WL0 (Or data maintained by the memory device) provided by the memory controller because it is difficult to read accurately. As shown in box 26 of FIG. 1B, distributions of sophisticated programmed memory cells may also be widened due to coupling occurring when memory cells belonging to adjacent word lines are programmed.
Thereafter, a one-step program operation, a coarse program operation, and a sophisticated program operation for each word line are performed in accordance with the program sequence described in FIG. 1A, which will be performed in the same manner as described in FIG. 1B.
1C is a diagram showing threshold voltage distributions that are varied when each memory cell stores 3-bit data and a program operation is performed according to a 3-step programming method. Hereinafter, the programming method according to the three-step programming method will be described based on the reference drawings.
First, two-page data (i.e., first and second page data) will be stored in the memory cells of the selected word line (e.g., WL0, see FIG. At this time, the memory cells belonging to the threshold voltage distribution corresponding to the erase state E correspond to the program states (Q1, Q2, Q3), respectively, according to the data to be programmed Will be programmed to have threshold voltages belonging to threshold voltage distributions.
As described above, the coarse programming operation of one-step programmed memory cells belonging to a word line (e.g., WL0) is performed after one-step programming operation of memory cells belonging to an adjacent word line (e.g., WL1) Lt; / RTI > At this time, the scattering of the one-step programmed memory cells belonging to the word line (for example, WL0), as shown by the solid line of the box 31 in Fig. 1C, Lt; / RTI > will be widened by the coupling that occurs when they are programmed.
Then, one-page data will be stored in the memory cells of the selected word line WL0. At this time, as shown in box 32 of FIG. 1C, the memory cells belonging to the threshold voltage distribution corresponding to each state will be programmed to have threshold voltages belonging to the corresponding threshold voltage distributions. For example, the memory cells belonging to the threshold voltage distribution corresponding to the erase state E will be programmed to have threshold voltages belonging to the threshold voltage distribution corresponding to the program state P1 in accordance with the data to be programmed. The memory cells belonging to the threshold voltage distribution corresponding to program state Q1 will be programmed to have threshold voltages belonging to threshold voltage distributions respectively corresponding to program states P2 and P3 according to the data to be programmed. The memory cells belonging to the threshold voltage distribution corresponding to program state Q2 will be programmed to have threshold voltages belonging to the threshold voltage distributions respectively corresponding to program states P4 and P5 according to the data to be programmed. The memory cells belonging to the threshold voltage distribution corresponding to program state Q3 will be programmed to have threshold voltages belonging to the threshold voltage distributions respectively corresponding to program states P6 and P7 according to the data to be programmed.
As described above, the sophisticated program operation of coarse programmed memory cells belonging to a word line (e.g., WL0) is performed by a one-step program operation for adjacent word lines (e.g., WL2, WLl) It will be done after operation. At this point, as shown by the solid line in box 32 of FIG. 1C, distributions of coarse programmed memory cells belonging to a word line (e.g., WL0) are applied to adjacent word lines (e.g., WL2, WL1) Will be widened by the coupling that occurs when the memory cells to which they belong are programmed. For this reason, it is difficult to accurately read data from roughly programmed memory cells.
The memory cells belonging to the word line WL0 will be programmed to have the final threshold voltage distributions P1 to P7 as shown in box 33 of FIG. 1C. This operation is called sophisticated program operation. As described above, the sophisticated program operation requires previously programmed data (e.g., first through third page data), which may include previously programmed data from memory cells belonging to word line WL0 (Or data maintained by the memory device) provided by the memory controller because it is difficult to read accurately. As shown by the solid line in box 33 of Fig. 1 (c), the sophisticated programmed memory cells can also be widened due to coupling occurring when the distributions of memory cells belonging to adjacent word lines are programmed.
Thereafter, a one-step program operation, a coarse program operation, and a sophisticated program operation for each word line are performed in accordance with the program sequence described in FIG. 1A, which will be performed in the same manner as described in FIG. 1C.
2 is a block diagram that schematically illustrates a data storage system in accordance with exemplary embodiments of the present invention.
Referring to FIG. 2, a data storage system 1000 will include a multi-bit memory device 100, a memory controller 200, and a host 300 as non-volatile memory devices. The multi-bit memory device 100 may be comprised of one or more memory chips. The multi-bit memory device 100 and the memory controller 200 will constitute a data storage device, such as a memory card, a solid state drive (SSD), a memory stick, or the like. The multi-bit memory device 100 includes a plurality of memory blocks (sectors / banks), each memory block including memory cells arranged in rows and columns. Each of the memory cells will store multi-bit (or multi-level) data. The memory cells may be arranged to have a two-dimensional array structure or a three-dimensional / vertical array structure. An exemplary three-dimensional array structure is disclosed in U.S. Patent Application Publication No. 20080/0023747 entitled " SEMICONDUCTOR MEMORY DEVICE WITH MEMORY CELLS ON MULTIPLE LAYERS " and US Patent Publication No. 2008/0084729 entitled "SEMICONDUCTOR DEVICE WITH THREE- DIMENSIONAL ARRAY STRUCTURE ", each of which is incorporated by reference in this application.
The memory blocks of the multi-bit memory device 100 according to the exemplary embodiment of the present invention may be divided into at least a first area 101 and a second area 102. [ Here, it will be well understood that the division of the first and second regions 101 and 102 is performed not logically but physically. The distinction of the first and second regions 101 and 102 is logically variable. The memory blocks belonging to the first area 101 will be programmed in a manner different from the memory blocks belonging to the second area 102. [ For example, the memory blocks belonging to the first area 101 are programmed according to the single-bit programming scheme (hereinafter referred to as SLC programming scheme), the memory blocks belonging to the second area 102 are programmed according to the multi- (Hereinafter referred to as the MLC program method) (for example, the N-step reprogramming method described above). In other words, each of the memory cells in the first area 101 stores 1-bit data, and each of the memory cells in the second area 102 stores M-bit data (M is an integer of 3 or greater) . In addition, each of the memory cells in the first region 101 stores a smaller number of data bits than the M-bit data (M is an integer greater than or equal to 3) stored in each of the memory cells in the second region 102 will be.
2, the memory controller 200 will be configured to control the multi-bit memory device 100 in response to a request from the host 300. [ The memory controller 200 will include a buffer memory 201. The buffer memory 201 will be used to temporarily store the data transferred from the host 300 and to temporarily store the data read from the multi-bit memory device 100. The memory controller 200 will control the program operation of the memory device 100 in a static scheduling manner. For example, when data of the minimum program unit for the first area 101 is stored in the buffer memory 201, the memory controller 200 controls the multi- The bit memory device 100 will be controlled. This is referred to as buffer program operation. If the minimum program unit data for the second area 102 is collected in the first area 101, the memory controller 200 determines that the minimum program unit data for the second area 102 is the second area 102, Bit memory device 100 to be stored in the multi-bit memory device 100. This is referred to as main program operation. The buffer program operation and the main program operation will be described later in detail.
In the exemplary embodiment, the minimum program unit for the first area 101 and the minimum program unit for the second area 102 will be variously determined according to the programming scheme, number of bits per cell, and so on. The minimum program unit for the first area 101 is different from the minimum program unit for the second area 102. [
The buffer memory 201 of the memory controller 200 stores data in the first area 101 through the buffer program operation and stores data in the second area 102 through the main program operation Can be minimized. In other words, there is no need to hold data for the sophisticated program operation in the buffer memory 201. [ Therefore, the size of the buffer memory 201 of the memory controller 200 can be minimized.
FIG. 3 is a diagram illustrating an exemplary address scrambling scheme of a multi-bit memory device in which 4-bit data per cell is stored and a reprogramming method is applied, and FIG. 4 illustrates data Fig. The operation of a data storage system according to an exemplary embodiment of the present invention will now be described in detail with reference to the drawings.
For convenience of description, it is assumed that each memory block includes 64 word lines (WL0 to WL63), and each memory cell stores 4-bit data, as shown in Fig. According to this assumption, 256 pages will be stored in each memory block. Here, the term "page" will be used to denote the page data.
If the data D0 of the minimum program unit for the first area 101 is transferred from the host 300 to the buffer memory 201 of the memory controller 200 and the data D0 stored in the buffer memory 201, Bit memory device 100 will be programmed into the first area 101 of the multi-bit memory device 100 under the control of the memory controller 200. As described above, the data D0 will be programmed in the first area 101 through the SLC program operation. The memory controller 200 determines whether or not the data of the minimum program unit for the second area 102 is collected in the first area 101 and controls the main program operation according to the determination result. Whether data of the minimum program unit for the second area 102 is collected in the first area 101 or not will be determined based on the page address. Since only one page D0 is stored in the first area 101, the main program operation will not be performed. When the data D1 of the minimum program unit for the first area 101 is transferred from the host 300 to the buffer memory 201 of the memory controller 200, Bit memory device 100 will be programmed into the first area 101 of the multi-bit memory device 100 under the control of the controller 200. [ Since the data of the minimum program unit for the second area 102 (for example, two pages required for the one-step program operation) are collected in the first area 101, the memory controller 200 controls the first area Bit memory device 100 so that the data D0 and D1 stored in the first area 102 and the data D0 and D1 stored in the second area 102 are stored in the second area 102. [ That is, the one-step program operation for the word line WL0 will be performed based on the data D0 and D1 stored in the first area 101. [
As described above, when data of the minimum program unit for the first area 101 is stored in the buffer memory 201, the data stored in the buffer memory 201 is stored in the multi-bit memory 201 under the control of the memory controller 200. [ Will be programmed into the first area 101 of the device 100. [ Data will be stored in the first area 101 through the SLC program operation. When the data Di (i = 0 to 255) of the minimum program unit for the first area 101 is transferred from the host 300 to the memory controller 200, as shown in FIG. 4, the buffer memory 201 Will be programmed in the first area 101 through the operation of the SLC program under the control of the memory controller 200. [ The memory controller 200 determines whether or not the data of the minimum program unit for the second area 102 is stored in the buffer memory 201 in addition to the determination of whether or not the data of the minimum program unit for the first area 101 is stored in the buffer memory 201 1 area 101. In this case, The memory controller 200 will control the one-step program operation, the coarse program operation, or the fine program operation for the second region 102 according to the determination result. More specifically, it is as follows.
The one-step program operation, the coarse program operation, or the fine program operation for the second area 102 will be determined according to the address scramble sequence shown in FIG. Step programming operation for the word line WL0 based on the data D0 and D1 stored in the first area 101 when data D0 and D1 are stored in the first area 101, Lt; / RTI > When the data D2 and D3 are stored in the first area 101, a one-step program operation for the word line WL1 will be performed. That is, the one-step programming operation for the word line WL1 will be performed based on the data D2 and D3 stored in the first area 101. [
Subsequently, when the data D4 and D5 are stored in the first area 101, the rough program for the word line WL0 based on the data D0, D1, D4 and D5 stored in the first area 101 An operation will be performed. The one-step programming operation for the word line WL2 will be performed based on the data D6 and D7 stored in the first area 101 when the data D6 and D7 are stored in the first area 101. [ When the data D8 and D9 are stored in the first area 101, the rough program operation for the word line WL1 is performed based on the data D2, D3, D8 and D9 stored in the first area 101 will be. The data D0, D1, D4, and D5 stored in the first area 101 are subjected to the coarse programming operation on the word line WL1 based on the data D8 and D9 stored in the first area 101, A sophisticated program operation on the word line WL0 will be performed. Thereafter, until the data D254 is stored in the first area 101, the remaining data D10 to D253 are subjected to the one-step program operation of the data D6 and D7, the coarse program operation of the data D8 and D9 And the data D0, D1, D4, and D5 in the same manner as the sophisticated program operation.
When data D254 and D255 are stored in the first area 101, a rough program operation on the word line WL63 will be performed based on the data D254 and D255 stored in the first area 101. [ The data D246, D247, D252, and D253 stored in the first area 101 are subjected to the coarse programming operation on the word line WL63 based on the data D254 and D255 stored in the first area 101 A sophisticated program operation on the word line WL62 will be performed. Finally, based on the data D250, D251, D254, and D255 stored in the first area 101, a sophisticated program operation on the word line WL63 will be performed.
As will be understood from FIG. 4, the SLC program operation, a series of SLC and one-step program operations, a series of SLC and coarse programs (e.g., Operations, a series of SLC, coarse and fine program operations, and a series of SLC, coarse, sophisticated, and sophisticated program operations. An SLC program operation, a one-step program operation, a coarse program operation, or a sophisticated program operation may be performed, for example, when corresponding instructions are provided from the memory controller 200 to the multi-bit memory device 100. Or a series of operations (e.g., SLC program operation, a series of SLC and one-step program operations, a series of SLC and coarse program operations, a series of SLC, coarse and fine program operations, Bit memory device 100 is provided with a set of instructions to inform a program pattern comprised of a set of instructions (e.g., a set of SLC, coarse, sophisticated, and sophisticated program operations) It can automatically perform a series of operations. A series of program operations belonging to the program pattern will be changed according to the address scramble scheme, the number of bits per cell, and the like. Table 1 below shows the program patterns that are applied to the program operations described in FIGS. 3 and 4. The instruction set that informs the program pattern will also include the addresses needed for read and program operations.
Program pattern Pattern 1 SLC program Pattern 2 SLC program + 1-step program Pattern 3 SLC program + rough program Pattern 4 SLC program + rough program + sophisticated program Pattern 5 SLC program + rough program + sophisticated program + sophisticated program
5 is a diagram schematically illustrating a data flow according to the series of single-bit program operations and the one-step program operation described in FIG.
5, the data D0 is loaded into the page buffer 103 of the multi-bit memory device 100 and the data D0 loaded into the page buffer 103 is stored in the first area 101 do. The data D1 is then loaded into the page buffer 103 of the multi-bit memory device 100 and the data D1 loaded into the page buffer 103 is stored in the first area 101. [ When the data D0 and D1 are stored in the first area 101, that is, when data (for example, 2 pages) of the minimum program unit for the second area 102 is accumulated in the first area 101 The data D0 and D1 from the first area 101 will be sequentially read by the page buffer 103. [ Thereafter, the data D0 and D1 stored in the page buffer will be stored in the second area 102 in accordance with the one-step program operation. Data transfer from the first area 101 to the page buffer 103 will be performed by the SLC read operation. A series of single-bit / SLC read operations and one-step program operations will be automatically performed in the multi-bit memory device 100 without the intervention of the memory controller 200. As another example, a single-bit / SLC read operation, a one-step program operation, a coarse program operation, and a sophisticated program operation may be performed under the control of the memory controller 200. Each of the one-step program operations shown in FIG. 4 is performed substantially the same as that shown in FIG. 5, and the description thereof will therefore be omitted.
FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a data flow according to a series of single-bit program operations and coarse / fine program operations illustrated in FIG.
6, the data D4 is loaded into the page buffer 103 of the multi-bit memory device 100 and the data D4 loaded into the page buffer 103 is stored in the first area 101 do. The data D5 is then loaded into the page buffer 103 of the multi-bit memory device 100 and the data D5 loaded into the page buffer 103 is stored in the first area 101. [ When data D4 and D5 are stored in the first area 101, that is, data of the minimum program unit for the second area 102 is collected in the first area 101, as shown in FIG. 6 The data D0, D1, D4, and D5 from the first area 101 will be sequentially read by the page buffer 103 in accordance with the SLC read operation. Then, the data D0, D1, D4, and D5 stored in the page buffer 103 will be stored in the second area 102 by a coarse program operation. A series of single-bit / SLC read operations and coarse program operations will be automatically performed within the multi-bit memory device 100 without the intervention of the memory controller 200. As another example, a single-bit / SLC read operation, a one-step program operation, a coarse program operation, and a sophisticated program operation may be performed under the control of the memory controller 200. Each of the coarse program operations shown in FIG. 4 is performed substantially the same as that shown in FIG. 6, and the description thereof will therefore be omitted.
The sophisticated program operation will also be done in the same manner as the coarse program operation. For example, a sophisticated program operation on the word line WL0 sequentially transfers data D0, D1, D4, and D5 from the first area 101 to the page buffer 103 in accordance with the SLC read operation, (D0, D1, D4, D5) stored in the second area 103 in the second area 102. [
FIG. 7 is a schematic diagram illustrating a data flow according to the series of single-bit program operations, coarse program operations, and sophisticated program operations described in FIG.
7, the data D8 is loaded into the page buffer 103 of the multi-bit memory device 100 and the data D8 loaded into the page buffer 103 is stored in the first area 101 do. The data D9 is then loaded into the page buffer 103 of the multi-bit memory device 100 and the data D9 loaded into the page buffer 103 is stored in the first area 101. [ When the data D8 and D9 are stored in the first area 101, that is, when the data of the minimum program unit for the second area 102 is collected in the first area 101, A coarse program operation will be performed. That is, the data D2, D3, D8, and D9 from the first area 101 will be sequentially read by the page buffer 103 in accordance with the SLC read operation. The data D2, D3, D8, and D9 stored in the page buffer 103 will be stored in the second area 102 by coarse program operation. After the coarse program operation on the word line WL1 is performed, a sophisticated program operation on the word line WL0 will be performed without the intervention of the memory controller 200. [ That is, the data D0, D1, D4, and D5 from the first area 101 will be sequentially read by the page buffer 103 in accordance with the SLC read operation. The data D0, D1, D4, and D5 stored in the page buffer 103 will be stored in the second area 102 by a sophisticated program operation.
8 is a flowchart for explaining a read operation of the memory system shown in FIG. Hereinafter, a read operation of the memory system according to an exemplary embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
In step S100, a read operation from the outside (for example, a host) will be requested. In step < RTI ID = 0.0 > S110, < / RTI > the memory controller 200 will determine whether the read request is associated with a word line for which a sophisticated program operation has been completed. Whether the sophisticated program operation for each word line has been completed or not will be determined based on the address mapping information. If it is determined that the read request is associated with a word line for which a sophisticated program operation has been completed, then in step 120, the memory controller 200 controls the multi-bit memory device 100 to read the requested data from the second area 102 something to do. The read operation for the second area 102 will be an MLC read operation. The data read from the second area 102 will be temporarily stored in the buffer memory 201 of the memory controller 200. [ Thereafter, the procedure will proceed to step S140. On the other hand, if the read request is determined to be associated with a word line for which a sophisticated program operation has not been completed, then in step 130, the memory controller 200 determines whether the requested data is read from the first area 101, (100). The read operation for the first area 101 will be an SLC read operation. The data read from the first area 101 will be temporarily stored in the buffer memory 201 of the memory controller 200. [ Thereafter, the procedure will proceed to step S140. In step S140, data stored in the buffer memory 201 may be transmitted to the host 300. [
FIG. 9 is a diagram showing an exemplary address scrambling scheme of a multi-bit memory device in which 3-bit data per cell is stored and a 3-step reprogramming method is applied, and FIG. Figure 2 is a schematic diagram of data flow during operation. Hereinafter, the program operation of the data storage system according to another exemplary embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
For convenience of description, it is assumed that each memory block includes 64 word lines (WL0 to WL63), and each memory cell stores 3-bit data, as shown in Fig. According to this assumption, each memory block will store 192 pages.
3 and 4, when the data Di (i = 0 to 191) of the minimum program unit for the first area 101 is stored in the buffer memory 201 of the memory controller 200, The data Di stored in the buffer memory 201 will be programmed into the first area 101 of the multi-bit memory device 100 through the SLC program operation. In addition, the memory controller 200 will determine whether or not the data of the minimum program unit for the second area 102 is collected in the first area 101. A one-step program operation, a coarse program operation, or a sophisticated program operation for the second area 102 will be performed according to the determination result. The one-step program operation, coarse program operation, or fine program operation for the second area 102 will be determined according to the address scramble sequence shown in FIG. Step programming operation for the word line WL0 based on the data D0 and D1 stored in the first area 101 when data D0 and D1 are stored in the first area 101, Lt; / RTI > When the data D2 and D3 are stored in the first area 101, a one-step program operation for the word line WL1 will be performed. That is, the one-step programming operation for the word line WL1 will be performed based on the data D2 and D3 stored in the first area 101. [
Subsequently, when the data D4 is stored in the first area 101, a rough program operation for the word line WL0 is performed based on the data D0, D1, and D4 stored in the first area 101 . Step programming operation for the word line WL2 will be performed based on the data D5 and D6 stored in the first area 101 when the data D5 and D6 are stored in the first area 101. [ When the data D7 is stored in the first area 101, the rough program operation on the word line WL1 will be performed based on the data D2, D3, D7 stored in the first area 101. [ The data D0, D1 and D4 stored in the first area 101 are subjected to the coarse programming operation on the word line WL1 based on the data D2, D3 and D7 stored in the first area 101 A sophisticated program operation on the word line WL0 will be performed. Thereafter, until the data D191 is stored in the first area 101, the remaining data D8 to D190 are subjected to the one-step program operation of the data D5 and 6, the coarse program operation of the data D7, Will be stored in the second area 102 in the same order as the sophisticated program operation of the data D0, D1, and D4.
When data D191 is stored in the first area 101, a rough program operation on the word line WL63 will be performed based on the data D188, D189, and D191 stored in the first area 101. [ The data D185, D186 and D190 stored in the first area 101 are subjected to the coarse programming operation on the word line WL63 based on the data D188, D189 and D191 stored in the first area 101 A sophisticated program operation on the word line WL62 will be performed. Finally, a sophisticated program operation on the word line WL63 will be performed based on the data (D188, D189, D191) stored in the first area 101. [
Even if 3-bit data is stored in each memory cell, a method of reading data from the multi-bit memory device 100 will be performed substantially the same as that described in FIG. Therefore, the description thereof will therefore be omitted.
As described in FIG. 4, the program operation described in FIG. 10 will also include program patterns. Such program patterns may include SLC program operation, a series of SLC and one-step program operations, a series of SLC and coarse program operations, a series of SLC, coarse and fine program operations, and a series of SLC, Sophisticated program operations. Each program operation may be performed each time an instruction is transferred from the memory controller 200 to the multi-bit memory device 100, and a series of program operations belonging to each program pattern may be executed using the instruction set described above, Or may be performed automatically by the memory device 100. [
11 schematically illustrates a page interleaving method according to an exemplary embodiment of the present invention.
For convenience of explanation, it is assumed that 4-page data is stored in memory cells belonging to one word line. Generation of common ECC data will be done page by page. On the other hand, in the case of the page interleaving method for keeping the error rate of each page constant, the pages to be stored in the memory cells belonging to each word line are divided into a plurality of ECC groups (for example, four ECC groups) , ECC data will be generated based on the data belonging to each ECC group. When the page interleaving scheme is applied to the data storage system 1000, the minimum program unit for the first area 101 will be different from that described above. This will be described in detail later.
FIG. 12 is a diagram schematically illustrating a data flow during a program operation of a data storage system to which the page interleaving method illustrated in FIG. 11 is applied. Hereinafter, the program operation of the data storage system according to another exemplary embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
For convenience of description, it is assumed that each memory block includes 64 word lines (WL0 to WL63), and each memory cell stores 4-bit data. According to this assumption, 256 pages will be stored in each memory block. The program operation of the data storage system to which the page interleaving scheme is applied under the condition that the address scramble scheme described in FIG. 3 is used will be described.
Referring to FIG. 12, data will be transmitted from the host 300 to the memory controller 200. Since the page interleaving scheme is used, the memory controller 200 will wait until the data to be stored in the word line WL0, that is, the 4-page data D0, D1, D4 and D5 is stored. Once the data to be stored in the word line WL0, that is, the 4-page data D0, D1, D4 and D5 is stored in the buffer memory 201, the data to be stored in the word line WL0, Bit memory device 100 will be sequentially stored in the first area 101 under the control of the memory controller 200. In this case, As mentioned above, data will be programmed in the first area 101 via a single-bit / SLC program operation. Thereafter, the one-step programming operation for the word line WL0 will be performed based on the data D0 and D1 stored in the first area 101. [ The data to be stored in the word line WL1, that is, the 4-page data D2, D3, D8, and D9, is input to the memory controller 200 from the host 300 when the page data D6 to D9 are input again to the memory controller 200. [ Bit memory device 100 in accordance with the control of the controller 200 in the first area 101 of the multi-bit memory device 100. The one-step programming operation for the word line WL1 and the coarse programming operation for the word line WL0 are then performed based on the data D2, D3 and D4, D5 stored in the first area 101 Will be performed sequentially.
The data to be stored in the word line WL1, that is, the 4-page data D6, D7, D12, and D13, is stored in the buffer memory 201, Bit memory device 100 according to the first embodiment of the present invention. Then, the one-step programming operation for the word line WL3, the rough program operation for the word line WL1, and the sophisticated programming operation for the word line WL0 are performed on the data stored in the first area 101 Will be performed sequentially. The operation pattern performed when the data D10 to D13 is input will be repeatedly performed until the data D254 is stored in the buffer memory 201. [
The data to be stored in the word line WL63, that is, the 4-page data D250, D251, D254, and D255, are stored in the buffer memory 201 of the memory controller 200, Bit memory device 100 according to the control of the memory controller 200 of FIG. Then, a one-step program operation for the word line WL63, a coarse program operation for the word line WL62, a fine program operation for the word line WL61, a rough program operation for the word line WL63, A sophisticated program operation for the word line WL62 and a sophisticated program operation for the word line WL63 will be sequentially performed based on the data stored in the first area 101. [
In an exemplary embodiment, the size of the first area 101 of the multi-bit memory device 100 may be determined by the number of open blocks and the minimum number of pages that must be maintained by the first area 101. A random write to the first memory block and a second memory block other than the first memory block may be requested before the first memory block is filled with data. In this case, the first memory block is referred to as an open block. The number of open blocks may be determined differently depending on the policy that manages the multi-bit memory device 100. The minimum number of pages to be maintained by the first area 101 is the number of pages D0 to D9 stored in the second area 102 before completing a sophisticated program operation for any word line (e.g., WL0) . The minimum number of pages to be maintained by the first area 101 may be, for example, 10-pages in the case of the address scrambling scheme of FIG.
FIG. 13 is a diagram showing another exemplary address scrambling scheme of a multi-bit memory device in which 3-bit data per cell is stored and a reprogramming method is applied, and FIG. 14 is a diagram illustrating an example of address scrambling performed in accordance with the address scramble scheme shown in FIG. 13 Figure 2 is a schematic diagram of data flow during program operation. The operation of a data storage system according to an exemplary embodiment of the present invention will now be described in detail with reference to the drawings.
For convenience of description, as shown in FIG. 13, it is assumed that each memory block includes 64 word lines (WL0 to WL63), and each memory cell stores 3-bit data. According to this assumption, each memory block will store 192 pages.
If the data D0 of the minimum program unit for the first area 101 is transferred from the host 300 to the buffer memory 201 of the memory controller 200 and the data D0 stored in the buffer memory 201, Bit memory device 100 will be programmed into the first area 101 of the multi-bit memory device 100 under the control of the memory controller 200. As described above, the data D0 will be programmed in the first area 101 through the SLC program operation. The memory controller 200 determines whether or not the data of the minimum program unit for the second area 102 is collected in the first area 101 and controls the main program operation according to the determination result. Whether data of the minimum program unit for the second area 102 is collected in the first area 101 or not will be determined based on the page address. Since only one page D0 is stored in the first area 101, the main program operation will not be performed. When the data D1 of the minimum program unit for the first area 101 is transferred from the host 300 to the buffer memory 201 of the memory controller 200, Bit memory device 100 will be programmed into the first area 101 of the multi-bit memory device 100 under the control of the controller 200. [
When the data D2 of the minimum program unit for the first area 101 is transferred from the host 300 to the buffer memory 201 of the memory controller 200, the data D2 stored in the buffer memory 201 is transferred to the memory Bit memory device 100 will be programmed into the first area 101 of the multi-bit memory device 100 under the control of the controller 200. [ Since the data of the minimum program unit for the second area 102 (for example, two pages required for the one-step program operation) are collected in the first area 101, the memory controller 200 controls the first area Bit memory device 100 so that the data D0 and D2 stored in the first area 102 and the data D0 and D2 stored in the second area 102 are stored in the second area 102. [ That is, the one-step program operation for the word line WL0 will be performed based on the data D0 and D2 stored in the first area 101. [
When the minimum program unit data D3 for the first area 101 is transferred from the host 300 to the buffer memory 201 of the memory controller 200, the data D3 stored in the buffer memory 201 is transferred to the memory Bit memory device 100 will be programmed into the first area 101 of the multi-bit memory device 100 under the control of the controller 200. [ When the data D4 of the minimum program unit for the first area 101 is transferred from the host 300 to the buffer memory 201 of the memory controller 200, the data D4 stored in the buffer memory 201 is transferred to the memory Bit memory device 100 will be programmed into the first area 101 of the multi-bit memory device 100 under the control of the controller 200. [ Since the data of the minimum program unit for the second area 102 (for example, two pages required for the one-step program operation) are collected in the first area 101, the memory controller 200 controls the first area Bit memory device 100 so that the data D1 and D4 stored in the second area 102 are stored in the second area 102. [ That is, the one-step program operation for the word line WL1 will be performed based on the data D1 and D4 stored in the first area 101. [
As described above, when data of the minimum program unit for the first area 101 is stored in the buffer memory 201, the data stored in the buffer memory 201 is stored in the multi-bit memory 201 under the control of the memory controller 200. [ Will be programmed into the first area 101 of the device 100. [ Data will be stored in the first area 101 through the SLC program operation. When the data Di of the minimum program unit (i = 0 to 191) for the first area 101 is transferred from the host 300 to the memory controller 200, as shown in FIG. 14, Will be programmed in the first area 101 through the operation of the SLC program under the control of the memory controller 200. [ The memory controller 200 determines whether or not the data of the minimum program unit for the second area 102 is stored in the buffer memory 201 in addition to the determination of whether or not the data of the minimum program unit for the first area 101 is stored in the buffer memory 201 1 area 101. In this case, The memory controller 200 will control the one-step program operation, the coarse program operation, or the fine program operation for the second region 102 according to the determination result. More specifically, it is as follows.
The one-step program operation, coarse program operation, or sophisticated program operation for the second region 102 will be determined according to the address scramble sequence shown in Fig. Step programming operation for the word line WL0 based on the data D0 and D2 stored in the first area 101 when the data D0 and D2 are stored in the first area 101, Lt; / RTI > When the data D1 and D4 are stored in the first area 101, a one-step program operation for the word line WL1 will be performed. That is, the one-step programming operation for the word line WL1 will be performed based on the data D1 and D4 stored in the first area 101. [
Subsequently, when the data D5 is stored in the first area 101, a rough program operation for the word line WL0 is performed based on the data DO, D2, and D5 stored in the first area 101 . The one-step programming operation for the word line WL2 will be performed based on the data D3 and D7 stored in the first area 101 when the data D3 and D7 are stored in the first area 101. [ When the data D8 is stored in the first area 101, a rough program operation on the word line WL1 will be performed based on the data D1, D4, and D8 stored in the first area 101. [ D2 and D5 stored in the first area 101 after the coarse programming operation on the word line WL1 is performed based on the data D1, D4 and D8 stored in the first area 101, A sophisticated program operation on the word line WL0 will be performed. Until the data D191 is stored in the first area 101, the remaining data D10 to D190 are stored in the first area 101 and the remaining data D10 to D190 are stored in the first area 101, The program operation, and the sophisticated program operation of the data D0, D2, and D5 in the same manner as in the second area 102. [
When the data D191 is stored in the first area 101, the rough program operation on the word line WL63 will be performed based on the data D186, D189, and D191 stored in the first area 101. [ D187 and D190 stored in the first area 101 after the coarse programming operation on the word line WL63 is performed based on the data D186, D189 and D191 stored in the first area 101 A sophisticated program operation on the word line WL62 will be performed. Finally, a sophisticated program operation on the word line WL63 will be performed based on the data (D186, D189, D191) stored in the first area 101. [
14, a SLC program operation (first program pattern), a series of SLC and one-step programs (first program pattern) are executed according to information (e.g., page address information) related to data to be stored in the first area 101 (A second program pattern), a series of SLC and coarse program operations (a third program pattern), a series of SLC, coarse and sophisticated program operations (a fourth program pattern), and a series of SLC, coarse, And sophisticated program operations (fifth program pattern) can be determined. As described with reference to Table 1, the SLC program operation, the one-step program operation, the coarse program operation, or the sophisticated program operation may be performed, for example, by a corresponding instruction from the memory controller 200 to the multi- 100), respectively. Or a series of operations (e.g., SLC program operation, a series of SLC and one-step program operations, a series of SLC and coarse program operations, a series of SLC, coarse and fine program operations, Bit memory device 100 is provided with a set of instructions to inform a program pattern comprised of a set of instructions (e.g., a set of SLC, coarse, sophisticated, and sophisticated program operations) It can automatically perform a series of operations. A series of program operations belonging to the program pattern will be changed according to the address scramble scheme, the number of bits per cell, and the like.
15 is a schematic diagram illustrating a page buffer structure of a multi-bit memory device according to an exemplary embodiment of the present invention.
Referring to FIG. 15, the bit line BL is connected to a plurality of strings (or NAND strings), and one of the strings will be connected to the page buffer PB through the bit line BL. The page buffer PB will contain a plurality of latches. The number of latches included in the page buffer PB may be determined according to the number of data bits stored in the memory cell. Each of the strings includes a plurality of memory cells, and each of the memory cells will store multi-bit data. For example, each memory cell will store 3-bit data. In this case, the page buffer PB will include at least four latches L1, L2, L3, L4. Data to be stored in the first area 101 in the buffer program operation will be loaded into the first latch L1. During the main program operation, data stored in the first area 101 will be read through the latch L1. The data stored in the latch L1 will be dumped to either of the second to fourth latches L2, L3, L4 under the control of the memory controller 200. [ In an exemplary embodiment, the memory controller 200 may be coupled to the multi-bit memory device 100 to transfer the data of the first latch L1 to either of the second to fourth latches L2, L3, A specific command (for example, a command for notifying a dump operation) will be provided. At this time, information specifying the latch to which the data of the first latch L1 is to be dumped will also be provided to the multi-bit memory device 100 in the memory controller 200.
Although FIG. 15 shows a page buffer that includes only four latches L1, L2, L3, and L4, the page buffer may be configured to include more or fewer latches, depending on the number of bits per cell. Further, the page buffer PB may be further provided with a cache register.
FIG. 16 is a view showing a command sequence for the one-step program operation described in FIGS. 13 and 14, and FIG. 17 is a diagram showing a data flow according to the one-step program command sequence shown in FIG. The operation of a data storage system according to an exemplary embodiment of the present invention will now be described in detail with reference to the drawings.
Prior to the description, the one-step program operation described in Figs. 13 and 14 will be performed when a two-page, which is the minimum program unit for the second area 102, is stored in the first area 101. [ As a main program operation, the one-step program operation for the second area 102 involves two SLC read operations for the first area 101 and one MLC program operation for the second area 102 will be.
In the case of the data storage system 1000 according to the exemplary embodiment of the present invention, prior to performing the one-step program operation, the command DAh for switching to the SLC operating mode is transferred from the memory controller 200 to the multi- Bit memory device 100 as shown in FIG. When the mode changeover command DAh is input, the multi-bit memory device 100 will recognize the command provided from the memory controller 200 as an instruction related to the SLC operation. The SLC operation will include the SLC read operation, the data dump operation, and the like described above.
16, the memory controller 200 sends a series of instructions 00h, an address Addr5, and an instruction 39h to the multi-bit memory device 100 ). At this time, the address Addr5 may be an address for designating one page (for example, the first page P1) of the two-page data necessary for the one-step program operation. After the instruction 39h is input, the page buffer 103 of the multi-bit memory device 100 reads the first page data P1 from the first area 101, as shown in Fig. The read data P1 will be stored in the first latch L1. During the read operation, as shown in FIG. 16, the multi-bit memory device 100 will set the ready / busy signal R / B to indicate the busy state. After the read operation is completed, the multi-bit memory device 100 will set the ready / busy signal R / B to indicate the ready state.
16, the memory controller 200 responds to the status of the Ready / busy signal R / B so that data is written to the multi-bit memory device 100 along with the dump command C0h (L1 - > L3) for specifying a latch (e.g., L3) to be dumped. As the dump instruction C0h is input, the multi-bit memory device 100 will control the page buffer 103 so that the data P1 of the latch L1 is dumped to the latch L3. During the dump operation, as shown in FIG. 16, the multi-bit memory device 100 will set the ready / busy signal R / B to indicate the busy state. After the dump operation is completed, the multi-bit memory device 100 will set the ready / busy signal R / B to indicate the ready state.
16, the memory controller 200 responds to the state of the ready / busy signal R / B by sending a series of instructions 00h, Addr5, and an instruction 39h to the multi-bit memory device 100. [ At this time, the address Addr5 may be an address for designating the remaining page (for example, the second page P2) of the two-page data necessary for the one-step program operation. After the instruction 39h is input, the page buffer 103 of the multi-bit memory device 100 reads the first page data P2 from the first area 101, as shown in Fig. The read data P2 will be stored in the first latch L1. During the read operation, as shown in FIG. 16, the multi-bit memory device 100 will set the ready / busy signal R / B to indicate the busy state. After the read operation is completed, the multi-bit memory device 100 will set the ready / busy signal R / B to indicate the ready state.
16, the memory controller 200 responds to the status of the Ready / busy signal R / B so that data is written to the multi-bit memory device 100 along with the dump command C0h (L? L4) for specifying a latch (e.g., L4) to be dumped. As the dump command C0h is input, the multi-bit memory device 100 will control the page buffer 103 so that the data P2 of the latch L1 is dumped to the latch L4. During the dump operation, as shown in FIG. 16, the multi-bit memory device 100 will set the ready / busy signal R / B to indicate the busy state. After the dump operation is completed, the multi-bit memory device 100 will set the ready / busy signal R / B to indicate the ready state.
Once the data necessary for the one-step program operation is ready, a one-step program operation for the second area 102 will be performed. Prior to performing the one-step program operation, the memory controller 200 will send a command DFh for mode switching to the multi-bit memory device 100. Such an instruction (DFh) is intended to exit from the mode for SLC operation. As the instruction DFh is input, the multi-bit memory device 100 will recognize the instruction provided from the memory controller 200 as a command related to the main program operation, e.g., MLC operation.
Thereafter, the memory controller 200 will send a series of instructions 8Bh, an address Addr5, and an instruction 10h to the multi-bit memory device 100, as shown in Fig. At this time, the address Addr5 will be an address for designating one of the pages to be programmed in one step (for example, the first page). No data will be transferred from the memory controller 200 to the multi-bit memory device 100 because the data necessary for the one-step program operation is prepared in the page buffer 103. [ After the instruction 10h is input, the data P1 and P2 stored in the page buffer 103 will be programmed in the second area 102, as shown in Fig. During the program operation, as shown in FIG. 16, the multi-bit memory device 100 will set the ready / busy signal R / B to indicate the busy state. After the program operation is completed, the multi-bit memory device 100 will set the ready / busy signal R / B to indicate the ready state.
According to the foregoing description, the one-step program operation can be constituted by a data setup section and a program section (or a program check section). During the one-step program operation, as shown in FIG. 16, the data setup period will include a first page data setup period and a second page data setup period. Each of the first and second page data setup intervals will include an SLC read operation and a dump operation. A mode change is performed prior to the first page data set, and a mode change will be performed before main programming.
FIG. 18 is a view showing a command sequence for the coarse program operation described in FIGS. 13 and 14, and FIG. 19 is a diagram showing a data flow according to the coarse program command sequence shown in FIG. The operation of a data storage system according to an exemplary embodiment of the present invention will now be described in detail with reference to the drawings.
Prior to the description, the coarse program operation described in Figs. 13 and 14 will be performed when a 3-page, which is the minimum program unit for the second area 102, is stored in the first area 101. [ The coarse program operation for the second area 102 will involve three SLC read operations for the first area 101 and one MLC program operation for the second area 102. [
Each of the SLC read operations is substantially the same as that described in Figs. 16 and 17, as shown in Fig. 18, and the description thereof will therefore be omitted. Prior to performing the SLC read operation on the first page data, a command DAh for mode switching will be sent from the memory controller 200 to the multi-bit memory device 100, as shown in Figure 18 . The MLC program operation for the second region 102 is substantially the same as that described in Figures 16 and 17 except that the 3-bit data is stored in the second region 102, Will be. Prior to performing the coarse program operation, a command DFh for mode switching will be transferred from the memory controller 200 to the multi-bit memory device 100, as shown in FIG.
Although not shown in the figure, the sophisticated program operation as the main program operation will be performed in the same manner according to the command sequence shown in Fig. Since the instruction sequence for sophisticated program operation is the same as the instruction sequence for rough program operation, rough program operation and sophisticated program operation will be distinguished based on the address Addr5 provided in the program verify period. For example, the address Addr5 provided in the program check interval related to the coarse program operation is an address for designating the second page, and the address Addr5 provided in the program check interval related to the sophisticated program operation corresponds to the third page It will be the address to specify.
FIG. 20 is a diagram schematically showing a data flow during a page interleaving method illustrated in FIG. 11 and a program operation of a data storage system to which the address scramble method described in FIG. 13 is applied. Hereinafter, the program operation of the data storage system according to another exemplary embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
For convenience of description, it is assumed that each memory block includes 64 word lines (WL0 to WL63), and each memory cell stores 3-bit data. According to this assumption, each memory block will store 192 pages. The program operation of the data storage system to which the page interleaving scheme is applied under the condition that the address scramble scheme described in FIG. 13 is used will be described.
Referring to FIG. 20, data will be transmitted from the host 300 to the memory controller 200. Since the page interleaving scheme is used, the memory controller 200 will wait until the data to be stored in the word line WL0, that is, the 3-page data DO, D2, and D5 is stored. Once the data to be stored in the word line WL0, that is, the 3-page data D0, D2 and D5, is stored in the buffer memory 201, the data to be stored in the word line WL0, D2 and D5 will be sequentially stored in the first area 101 of the multi-bit memory device 100 under the control of the memory controller 200. [ As mentioned above, data will be programmed in the first area 101 via SLC program operation. Thereafter, the one-step programming operation for the word line WL0 will be performed based on the data D0 and D2 stored in the first area 101. [ Page data D6 to D8 are input from the host 300 to the memory controller 200, the data to be stored in the word line WL1, i.e., the 3-page data D1, D4 and D8, Bit memory device 100 in accordance with the control of the memory controller (not shown). The one-step programming operation for the word line WL1 and the coarse programming operation for the word line WL0 are then performed on the data D1, D4 and D0, D2, D5 stored in the first area 101, As will be described later.
The page data D9 to D11 are stored in the buffer memory 201 and the data to be stored in the word line WL2, that is, the 3-page data D3, D7 and D11, Bit memory device 100 will be sequentially stored in the first area 101 of the multi-bit memory device 100. [ Step program operation for word line WL2, coarse program operation for word line WL1, and sophisticated program operation for word line WL0 are then performed on data stored in first area 101 Will be performed sequentially. The operation pattern to be performed when the data D9 to D11 is inputted will be repeatedly performed until the data D189 is stored in the buffer memory 201. [
The data to be stored in the word line WL62, that is, the 3-page data D183, D187 and D190, is stored in the buffer memory 201 of the memory controller 200, Bit memory device 100 in accordance with the control of the controller 100. The first area 101 of the multi- Thereafter, a one-step programming operation for the word line WL62, a coarse programming operation for the word line WL61, and a sophisticated programming operation for the word line WL60 are performed based on the data stored in the first area 101 Will be performed sequentially.
The data to be stored in the word line WL62, that is, the 3-page data D186, D189 and D191, is stored in the buffer memory 201 of the memory controller 200, Bit memory device 100 according to the first embodiment of the present invention. Then, a one-step program operation for the word line WL63, a coarse program operation for the word line WL62, a fine program operation for the word line WL61, a rough program operation for the word line WL63, A sophisticated program operation for the word line WL62 and a sophisticated program operation for the word line WL63 will be sequentially performed based on the data stored in the first area 101. [
Figure 21 is a diagram illustrating another exemplary address scrambling scheme of a multi-bit memory device in which 4-bit data per cell is stored and a reprogramming method is applied.
The address scrambling scheme shown in FIG. 21 will be applied to a multi-bit memory device that stores 4-bit data per cell. The data storage system to which the address scrambling scheme shown in FIG. 21 is applied will operate substantially the same as described above. For example, when the minimum program unit data for the first area 101 is stored in the buffer memory 201, the memory controller 200 stores the data stored in the buffer memory 201 in the first area 101 Bit memory device 100 to be programmed. Similarly, the memory controller 200 determines whether or not the data of the minimum program unit for the second area 102 is prepared in the first area 101, and performs a one-step program operation, a rough program operation And control the multi-bit memory device 100 to perform sophisticated program operations. Such operations will be performed according to the patterns shown in Table 1 based on the page address information.
Figures 22A-22D are diagrams illustrating various combinations of first and second regions of a multi-bit memory device in accordance with an exemplary embodiment of the present invention. In the figure, "BP" represents buffer programming for the first area 101 and "MP" represents main programming for the second area 102.
As described above, the multi-bit memory device 100 will include a first area 101 and a second area 102. Here, the first region 101 and the second region 102 will constitute a memory cell array of the multi-bit memory device 100. Although not shown in the figure, the memory cell array will include more areas (e.g., meta area, spare area, etc.). It will be appreciated that the regions of the memory cell array are logically separated rather than physically separated. This means that areas are defined according to the address mapping of the memory controller 200.
Referring to FIG. 22A, in the case of a multi-bit memory device that stores 3-bit data per cell, the first area 101 is composed of memory cells each storing 1-bit data, May comprise memory cells each storing 3-bit data. In this case, buffer programming will be done according to the SLC programming scheme. The main programming will be done according to the MLC programming method described above.
Referring to FIG. 22B, in the case of a multi-bit memory device for storing 4-bit data per cell, the first area 101 is composed of memory cells each storing 1-bit data, May comprise memory cells each storing 4-bit data. In this case, buffer programming will be done according to the SLC programming scheme. The main programming will be done according to the MLC programming method described above.
Referring to FIG. 22C, in the case of a multi-bit memory device storing 3-bit data per cell, the first region 101 is composed of memory cells each storing 2-bit data, May comprise memory cells each storing 3-bit data. In this case, the buffer programming will be done according to the general or MLC program method described above. The main programming will be performed according to the MLC programming method (for example, reprogramming method) described above.
Referring to FIG. 22D, in the case of a multi-bit memory device that stores 4-bit data per cell, the first area 101 is composed of memory cells each storing 2-bit data, May comprise memory cells each storing 4-bit data. In this case, the buffer programming will be done according to the general or MLC program method described above. The main programming will be performed according to the MLC programming method (for example, reprogramming method) described above.
It will be appreciated that, in the exemplary embodiment, the definitions of the first and second regions 101,102 shown in Figures 22A-22D are not limited to what is disclosed herein. For example, if the storage medium included in the data storage device is comprised of a plurality of multi-bit memory devices, the first and second areas 101 and 102 may be defined in each multi-bit memory device . As another example, the first area 101 may be defined only in any multi-bit memory device. Alternatively, any multi-bit memory device may be defined as the first area 101.
23 is a flowchart for explaining the operation of the memory controller according to an exemplary embodiment of the present invention. The operation of the memory controller according to an exemplary embodiment of the present invention will now be described in detail with reference to the drawings.
In step S200, the memory controller 200 will determine whether data has been input. If it is determined that no data is input, step S200 will be repeated. If it is determined that data is input, the procedure goes to step S210, and in step S210, the inputted data will be stored in the buffer memory 201. [ In step S220, the memory controller 200 will determine whether or not the buffer program operation is required. If buffer program operation is not required, the procedure will end.
If it is determined that the buffer program operation is required, the procedure will proceed to step S230. In step S230, data stored in the buffer memory 201, that is, data of the minimum program unit for the first area 101, will be transferred to the multi-bit memory device 100. [ This means that the data of the minimum program unit for the first area 101 is stored in the first area 101 of the multi-bit memory device 100. In step S240, the memory controller 200 will determine whether the main program operation is required (or whether the buffer program operation involves the main program operation). This will be done based on the page address information, as mentioned above.
If it is determined that the main program operation is not required, the procedure will be terminated. On the other hand, if it is determined that the main program operation is required, the procedure will proceed to step S250. In step S250, a program pattern related to the main program operation will be determined. The program pattern of the main program operation that follows the buffer program operation may consist of a one-step program operation, a coarse program operation, a series of coarse and fine program operations, and a series of coarse, fine, and sophisticated program operations . In step S260, the memory controller 200 will generate a series of instructions for main programming based on the determined program pattern. Such instructions may include a mode change command, an SLC read command, a dump command, a program verify command, and the like, as described in FIG. 16 and FIG. Thereafter, the procedure will end.
24 is a flowchart for explaining the operation of the memory controller according to another exemplary embodiment of the present invention. The operation of the memory controller according to an exemplary embodiment of the present invention will now be described in detail with reference to the drawings.
In step S300, the memory controller 200 will determine whether data has been input. If it is determined that no data is input, step S300 will be repeated. If it is determined that data is input, the procedure goes to step S310, and in step S310, the inputted data will be stored in the buffer memory 201. [ In step S320, the memory controller 200 will determine whether or not the buffer program operation is required. If buffer program operation is not required, the procedure will end.
If it is determined that the buffer program operation is required, in step S330, the memory controller 200 will determine whether the main program operation is required (or whether the buffer program operation involves the main program operation). This will be done based on the page address information, as mentioned above. If it is determined that the main program operation is not required, the procedure will proceed to step S340. In step S340, data stored in the buffer memory 201, that is, data of the minimum program unit for the first area 101, will be transferred to the multi-bit memory device 100. [ This means that the data of the minimum program unit for the first area 101 is stored in the first area 101 of the multi-bit memory device 100.
On the other hand, if the main program operation is determined to be required, the procedure will proceed to step S350. In step S350, a program pattern will be determined. The program pattern may be any one of the program patterns described in Table 1. It will be appreciated, however, that program patterns may change when interleaving is used. In step S360, the memory controller 200 will generate a series of instructions for buffer and main programming based on the determined program pattern. The instructions for buffer programming include SLC program instructions, and the instructions for the main program include a mode switch command, a SLC read command, a dump command, a program verify command, etc., as described in Figures 16 and 18 will be. Thereafter, the procedure will end.
In the exemplary embodiment, the data for buffer programming will be sent to the multi-bit memory device 100 following the SLC program instructions and prior to the instructions for the main program.
25 is a flowchart illustrating an operation of a memory controller according to another exemplary embodiment of the present invention. The operation of the memory controller according to an exemplary embodiment of the present invention will now be described in detail with reference to the drawings.
In step S400, the memory controller 200 will determine whether data has been input. If it is determined that no data is input, step S400 will be repeated. If it is determined that data is input, the procedure goes to step S410, and in step S410, the input data is stored in the buffer memory 201. [ In step S420, the memory controller 200 will determine a program pattern. The program pattern may be any one of the program patterns described in Table 1. It will be appreciated, however, that program patterns may change when interleaving is used. In step S430, the memory controller 200 will generate a series of commands for buffer programming and buffer programming and main programming based on the determined program pattern. The instructions for buffer programming include SLC program instructions, and the instructions for the main program include a mode switch command, a SLC read command, a dump command, a program verify command, etc., as described in Figures 16 and 18 will be. Thereafter, the procedure will end.
In the exemplary embodiment, the data for buffer programming will be sent to the multi-bit memory device 100 following the SLC program instructions and prior to the instructions for the main program. The program pattern may be determined to include or exclude instructions for buffer programming.
In an exemplary embodiment, an instruction (e.g., DAh in FIG. 16) to inform the SLC mode prior to performing the buffer program operation may be provided to the multi-bit memory device 100. Similarly, after the buffer program operation is performed, an instruction (e.g., DFh in FIG. 16) indicating the end of the SLC mode will be provided to the multi-bit memory device 100.
In the exemplary embodiment, the first and second regions 101 and 102 will be defined by the memory controller 200 prior to the operations described in Figures 23-25. After the definitions of the first and second areas 101 and 102 are made, the buffer program operation and the main program operation for the data provided from the host 300 will be performed according to the manner described above.
In an exemplary embodiment, the program pattern may be variously defined. For example, the program pattern can be defined separately for the buffer program operation and the main program operation. Alternatively, the program pattern may be defined for buffer and main program operations. The main program operation will include a series of program operations such as one-step program operation, coarse program operation, coarse and fine program operations, coarse, fine and sophisticated program operations, and the like.
26 is a diagram showing an example of configuring a memory cell array as memory blocks for an all-bit line memory structure or an odd-even memory structure. Exemplary structures of the memory cell array 110 included in the multi-bit memory device 100 shown in FIG. 2 will be described. As an example, a NAND flash memory device in which the memory cell array 110 is divided into 1024 memory blocks will be described. Data stored in each memory block can be erased simultaneously. In one embodiment, the memory block is the smallest unit of storage elements that are simultaneously erased. Each memory block has a plurality of columns each corresponding to, for example, bit lines (e.g., 1 KB of bit lines). In one embodiment, referred to as an all bit line (ABL) structure, all bit lines of a memory block may be selected simultaneously during read and program operations. The storage elements belonging to the common word line and connected to all the bit lines can be programmed simultaneously.
In the exemplary embodiment, a plurality of storage elements belonging to the same column are connected in series to form the NAND string 111. One terminal of the NAND string is connected to the corresponding bit line through the selection transistor controlled by the string selection line SSL and the other terminal is connected to the common source line CSL through the selection transistor controlled by the ground selection line GSL. .
In another exemplary embodiment, referred to as an odd-even architecture, the bit lines are divided into even bit lines BLe and odd bit lines BLo. In the odd / even bit line structure, storage elements connected to odd bit lines are programmed at a first time when belonging to a common word line, while storage elements connected to even bit lines belong to a second word Programmed in time. The data can be programmed into other blocks and read from other memory blocks. This operation can be performed simultaneously.
A flash memory device constituting a multi-bit memory device is a non-volatile memory device capable of retaining stored data even when power is turned off. With the increasing use of mobile devices such as cellular phones, PDA digital cameras, portable game consoles, and MP3Ps, flash memory devices are more widely used as code storage as well as data storage. Flash memory devices can also be used in home applications such as HDTV, DVD, routers, and GPS.
Figure 27 is a block diagram that schematically illustrates a computing system in accordance with an exemplary embodiment of the present invention.
The computing system includes a microprocessor 2100, a user interface 2200, a modem 2300 such as a baseband chipset, a memory controller 2400, and a multi-bit memory device 2500 as a storage medium . The memory controller 2400 and the multi-bit memory device 2500 will be configured substantially the same as those shown in FIG. This means that it is possible to minimize the size of the buffer memory included in the memory controller 2400. Bit memory device 2500 will store N-bit data to be processed / processed by the microprocessor 2100 (N is an integer greater than or equal to 1) through the memory controller 2400. If the computing system is a mobile device, a battery 2600 for supplying the operating voltage of the computing system will additionally be provided. Although not shown in the drawings, it will be appreciated that an application chipset, a camera image processor (CIS), a mobile DRAM, and the like may be further provided in the computing system according to the present invention.
Figure 28 is a block diagram that schematically illustrates a memory controller in accordance with an exemplary embodiment of the present invention. Referring to Figure 28, a memory controller according to an exemplary embodiment of the present invention includes a first interface 3210, a second interface 3220, a processing unit 3230, a buffer 3240, an ECC unit 3250, and ROM 3260. < / RTI > The memory controller shown in Fig. 28 will be applied to the system shown in Fig. 2 or Fig.
The first interface 3210 may be configured to interface with the outside (or the host). The second interface 3220 may be configured to interface with the storage medium 3100 shown in FIG. 2 or FIG. The processing unit 3230 will be configured to control the overall operation of the controller 3200. For example, the CPU 3230 may be configured to operate firmware such as a Flash Translation Layer (FTL) stored in the ROM 3260. The buffer 3240 may be used to temporarily store data that is transmitted to the outside via the first interface 3210. [ The buffer 3240 may be used to temporarily store data transferred from the storage medium 3100 via the second interface 3220. [ The ECC unit 3250 will be configured to encode the data to be stored in the storage medium 3100 and to decrypt the data read from the storage medium 3100.
In an exemplary embodiment, the memory controller will be configured to generate instructions sequentially in accordance with the instruction sequence described in Figures 16 and 18. [ Alternatively, the memory controller may be configured to generate a set of instructions informing the program pattern described above.
29 is a block diagram schematically illustrating a semiconductor drive according to an exemplary embodiment of the present invention.
29, the semiconductor drive 4000 (SSD) will include a storage medium 4100 and a controller 4200. The storage medium 4100 may be coupled to the controller 4200 via a plurality of channels. A plurality of nonvolatile memories will be commonly connected to each channel. Each non-volatile memory will be composed of the memory described in Fig. The controller 4200 may be configured to control the storage medium 4100 according to any of the programming schemes described with reference to FIGS. This means that the size of the buffer memory included in the controller 4200 can be minimized.
FIG. 30 is a block diagram schematically showing the storage using the semiconductor drive shown in FIG. 29, and FIG. 31 is a block diagram schematically showing a storage server using the semiconductor drive shown in FIG.
A semiconductor drive 4000 in accordance with an exemplary embodiment of the present invention may be used to configure storage. As shown in FIG. 30, the storage will include a plurality of semiconductor drives configured substantially the same as those described in FIG. 29. A semiconductor drive 4000 in accordance with an exemplary embodiment of the present invention may be used to configure a storage server. As shown in FIG. 31, the storage server will include a plurality of semiconductor drives 4000 configured substantially the same as those described in FIG. 29, and a server 4000A. It will also be appreciated that RAID controller 4000B, well known in the art, may be provided to the storage server.
32 to 34 are diagrams schematically showing systems to which a data storage device according to exemplary embodiments of the present invention is applied.
When a semiconductor drive including a data storage device comprised of a memory controller and multi-bit memory devices according to exemplary embodiments of the present invention is applied to the storage, as shown in Figure 32, And / or a storage 6100 that communicates wirelessly with the host. When a semiconductor drive including a data storage device according to exemplary embodiments of the present invention is applied to a storage server, as shown in Figure 33, the system 7000 may be a storage server that communicates wired and / Lt; RTI ID = 0.0 > 7100 < / RTI > 34, the semiconductor drive including the data storage device according to the exemplary embodiment of the present invention may also be applied to the mail server 8100. [
35 is a block diagram schematically showing a memory card according to an embodiment of the present invention.
The memory card may be, for example, an MMC card, an SD card, a multiuse card, a micro SD card, a memory stick, a compact SD card, an ID card, a PCMCIA card, an SSD card, a chip card, ), A USB card, and the like.
35, the memory card includes an interface portion 9221 for performing an interface with the outside, a controller 9222 having a buffer memory and controlling the operation of the memory card, one or more nonvolatile memory devices 9207 ). The controller 9222, as a processor, can control the write operation and the read operation of the nonvolatile memory device 9207. [ Specifically, the controller 9222 is coupled to the nonvolatile memory device 9207 and the interface portion 9221 via a data bus (DATA) and an address bus (ADDRESS). The controller 9222 and the nonvolatile memory 9207 shown in FIG. 32 will correspond to the memory controller 200 and the multi-bit memory device 100 described in FIG. The controller 9222 will be configured to control the non-volatile memory 9207 according to any of the programming schemes described with reference to Figures 3-21. This means that the size of the buffer memory included in the controller 9222 can be minimized.
36 is a block diagram schematically showing a digital still camera according to an embodiment of the present invention.
36, a digital still camera includes a body 9301, a slot 9302, a lens 9303, a display portion 9308, a shutter button 9312, a strobe 9318, and the like. Particularly, a memory card 9331 can be inserted in the slot 9308, and the memory card 9331 will include the memory controller 200 and the multi-bit memory device 100 described in FIG. The memory controller included in the memory card 9331 will be configured to control the multi-bit memory device according to any of the programming schemes described with reference to Figures 3 to 21. [ This means that it is possible to minimize the size of the buffer memory included in the memory controller.
When the memory card 9331 is in the contact type, the memory card 9331 and the specific electric circuit on the circuit board are brought into electrical contact when the memory card 9331 is inserted into the slot 9308. [ If the memory card 9331 is a non-contact type, the memory card 9331 will be accessed via the wireless signal.
37 is an exemplary diagram illustrating various systems in which the memory card of Fig. 35 is used.
37, the memory card 9331 can be used as a video camera, a television, an audio device, a game device, an electronic music device, a mobile phone, a computer, a PDA (Personal Digital Assistant), a voice recorder, .
In an exemplary embodiment of the present invention, the memory cells may be comprised of variable resistance memory cells, and exemplary variable resistance memory cells and memory devices containing the same are disclosed in U.S. Patent No. 7529124, Will be included.
In another exemplary embodiment of the present invention, the memory cells may be implemented using one of various cell structures having a charge storage layer. The cell structure with the charge storage layer will include a charge trap flash structure using a charge trap layer, a stack flash structure in which the arrays are stacked in multiple layers, a flash structure without a source-drain, a pin-type flash structure, and the like.
A memory device having a charge trap flash structure as the charge storage layer is disclosed in U.S. Patent No. 6858906, U.S. Patent Publication No. 2004-0169238, and U.S. Patent Publication No. 2006-0180851, each of which is incorporated herein by reference . A flash structure without a source / drain is disclosed in Korean Patent No. 673020, which will be incorporated by reference in this application.
The flash memory device and / or memory controller according to the present invention may be implemented using various types of packages. For example, the flash memory device and / or the memory controller according to the present invention can be implemented as a package on package (PoP), ball grid arrays (BGAs), chip scale packages (CSPs), plastic leaded chip carriers (PLCC) Linear 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 (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 Wafer-Level Processed Stack Package (WSP), and the like.
It will be apparent to those skilled in the art that the structure of the present invention can be variously modified or changed without departing from the scope or spirit of the present invention. In view of the foregoing, it is intended that the present invention cover the modifications and variations of this invention provided they fall within the scope of the following claims and equivalents.

100: 멀티-비트 메모리 장치
200: 메모리 제어기
300: 호스트
100: Multi-bit memory device
200: memory controller
300: Host

Claims (23)

메모리 셀 어레이를 갖는 불 휘발성 메모리 장치와; 그리고 버퍼 메모리를 가지며, 상기 불 휘발성 메모리 장치를 제어하는 메모리 제어기를 포함하는 데이터 저장 장치의 동작 방법에 있어서:
외부 요청에 따라 입력된 데이터를 상기 버퍼 메모리에 저장하고;
상기 버퍼 메모리에 저장된 데이터가 상기 메모리 셀 어레이에 대한 버퍼 프로그램 동작을 수반하는 데이터인 지의 여부를 판별하고;
상기 버퍼 메모리에 저장된 데이터가 버퍼 프로그램 동작을 수반하는 데이터일 때, 상기 메모리 셀 어레이에 대한 메인 프로그램 동작이 요구되는 지의 여부를 판별하고;
상기 메모리 셀 어레이에 대한 메인 프로그램 동작이 요구될 때, 상기 메모리 셀 어레이에 대한 메인 프로그램 동작의 패턴을 결정하고; 그리고
상기 결정된 패턴에 의거하여 상기 메모리 셀 어레이에 대한 메인 프로그램 동작을 위한 일련의 명령들을 상기 불 휘발성 메모리 장치로 출력하는 것을 포함하고,
상기 메모리 셀 어레이는 제 1 및 제 2 영역들로 정의되며, 상기 제 1 영역은 상기 버퍼 프로그램 동작을 통해 프로그램되고, 상기 제 2 영역은 상기 메인 프로그램 동작을 통해 프로그램되고,
상기 불 휘발성 메모리 장치는 페이지 버퍼들을 포함하며, 상기 페이지 버퍼들 각각은 복수의 래치들을 가지며, 상기 래치들 중 하나는 상기 제 1 영역에 저장될 또는 상기 제 1 영역으로부터 읽혀진 데이터를 저장하는 데 사용되며, 상기 하나의 래치에 저장된 데이터는 상기 제 2 영역에 대한 프로그램 동작 동안 상기 래치들 중 나머지 래치들 중 선택된 래치로 덤프되고,
상기 메인 프로그램 동작의 패턴을 결정하는 것은 상기 메인 프로그램 동작 시에 1-스텝 프로그램, 거친 프로그램 및 정교한 프로그램 중 수행할 적어도 하나의 프로그램을 결정하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 저장 장치의 동작 방법.
A nonvolatile memory device having a memory cell array; And a memory controller having a buffer memory and controlling the non-volatile memory device, the method comprising:
Storing the input data in the buffer memory according to an external request;
Determining whether data stored in the buffer memory is data accompanying a buffer program operation for the memory cell array;
Determining whether a main program operation for the memory cell array is required when the data stored in the buffer memory is data accompanied by a buffer program operation;
Determining a pattern of a main program operation for the memory cell array when a main program operation for the memory cell array is required; And
And outputting to the nonvolatile memory device a series of instructions for a main program operation for the memory cell array based on the determined pattern,
The memory cell array is defined as first and second areas, the first area is programmed through the buffer program operation, the second area is programmed through the main program operation,
The non-volatile memory device comprising page buffers, each of the page buffers having a plurality of latches, one of the latches being used to store data to be stored in or read from the first area Wherein the data stored in the one latch is dumped to a selected one of the remaining ones of the latches during a program operation for the second region,
Wherein determining the pattern of the main program operation comprises determining at least one program to be executed among the one-step program, the coarse program and the sophisticated program during the main program operation.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 메인 프로그램 동작을 위한 패턴은 상기 버퍼 프로그램 동작을 수반하는 데이터의 어드레스 정보에 의거하여 결정되는 것을 특징으로 하는 데이터 저장 장치의 동작 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the pattern for the main program operation is determined based on address information of data accompanying the buffer program operation.
제 3 항에 있어서,
상기 메인 프로그램 동작은 1-스텝 프로그램 동작, 거친 프로그램 동작, 그리고 정교한 프로그램 동작 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 저장 장치의 동작 방법.
The method of claim 3,
Wherein the main program operation includes at least one of a one-step program operation, a coarse program operation, and a sophisticated program operation.
제 4 항에 있어서,
상기 메인 프로그램 동작이 요구될 때 상기 불 휘발성 메모리 장치로 출력되는 상기 일련의 명령들은 상기 제 1 영역에 대한 단일-비트 읽기 명령, 덤프 명령, 그리고 상기 제 2 영역에 대한 멀티-비트 프로그램 명령을 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 저장 장치의 동작 방법.
5. The method of claim 4,
Wherein the series of instructions output to the non-volatile memory device when the main program operation is requested includes a single-bit read instruction for the first area, a dump instruction, and a multi-bit program instruction for the second area Wherein the data storage device is a data storage device.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 영역은 단일-비트 프로그램 동작을 통해 프로그램되고, 상기 제 2 영역은 멀티-비트 프로그램 동작을 통해 프로그램되는 것을 특징으로 하는 데이터 저장 장치의 동작 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the first area is programmed via a single-bit program operation and the second area is programmed through a multi-bit program operation.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 버퍼 프로그램 동작을 위한 데이터는 상기 메인 프로그램 동작이 요구되는 지의 여부를 판별하기 이전에 상기 제 1 영역으로 전송되는 것을 특징으로 하는 데이터 저장 장치의 동작 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the data for the buffer program operation is transferred to the first area before determining whether the main program operation is required.
메모리 셀 어레이를 갖는 불 휘발성 메모리 장치와; 그리고 버퍼 메모리를 가지며, 상기 불 휘발성 메모리 장치를 제어하는 메모리 제어기를 포함하는 데이터 저장 장치의 동작 방법에 있어서:
외부 요청에 따라 입력된 데이터를 상기 버퍼 메모리에 저장하고;
상기 버퍼 메모리에 저장된 데이터가 상기 메모리 셀 어레이에 대한 버퍼 프로그램 동작을 수반하는 데이터인 지의 여부를 판별하고;
상기 버퍼 메모리에 저장된 데이터가 버퍼 프로그램 동작을 수반하는 데이터일 때, 상기 메모리 셀 어레이에 대한 메인 프로그램 동작이 요구되는 지의 여부를 판별하고;
상기 메모리 셀 어레이에 대한 메인 프로그램 동작이 요구될 때, 상기 메모리 셀 어레이에 대한 메인 프로그램 동작의 패턴을 결정하고; 그리고
상기 결정된 패턴에 의거하여 상기 메모리 셀 어레이에 대한 메인 프로그램 동작을 위한 일련의 명령들을 상기 불 휘발성 메모리 장치로 출력하는 것을 포함하고,
상기 메모리 셀 어레이는 제 1 및 제 2 영역들로 정의되며, 상기 제 1 영역은 상기 버퍼 프로그램 동작을 통해 프로그램되고, 상기 제 2 영역은 상기 메인 프로그램 동작을 통해 프로그램되고,
상기 버퍼 프로그램 동작을 위한 데이터는 상기 메인 프로그램 동작을 위한 일련의 명령들이 상기 결정된 패턴에 의거하여 상기 불 휘발성 메모리 장치로 출력되는 동안 상기 제 1 영역으로 전송되고,
상기 메인 프로그램 동작의 패턴을 결정하는 것은 상기 메인 프로그램 동작 시에 1-스텝 프로그램, 거친 프로그램 및 정교한 프로그램 중 수행할 적어도 하나의 프로그램을 결정하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 저장 장치의 동작 방법.
A nonvolatile memory device having a memory cell array; And a memory controller having a buffer memory and controlling the non-volatile memory device, the method comprising:
Storing the input data in the buffer memory according to an external request;
Determining whether data stored in the buffer memory is data accompanying a buffer program operation for the memory cell array;
Determining whether a main program operation for the memory cell array is required when the data stored in the buffer memory is data accompanied by a buffer program operation;
Determining a pattern of a main program operation for the memory cell array when a main program operation for the memory cell array is required; And
And outputting to the nonvolatile memory device a series of instructions for a main program operation for the memory cell array based on the determined pattern,
The memory cell array is defined as first and second areas, the first area is programmed through the buffer program operation, the second area is programmed through the main program operation,
Wherein data for the buffer program operation is transferred to the first area while a series of instructions for the main program operation are output to the nonvolatile memory device based on the determined pattern,
Wherein determining the pattern of the main program operation comprises determining at least one program to be executed among the one-step program, the coarse program and the sophisticated program during the main program operation.
삭제delete 제 1 영역과 제 2 영역을 갖는 메모리 셀 어레이를 포함하는 불 휘발성 메모리 장치와; 그리고
버퍼 메모리를 가지며, 상기 불 휘발성 메모리 장치를 제어하도록 구성된 메모리 제어기를 포함하며,
상기 제 1 영역에 대한 최소 프로그램 단위의 데이터가 상기 버퍼 메모리에 저장되면, 상기 메모리 제어기는 상기 버퍼 메모리에 저장된 데이터가 상기 제 1 영역에 저장되도록 상기 불 휘발성 메모리 장치를 제어하고,
상기 제 2 영역에 대한 최소 프로그램 단위의 데이터가 상기 제 1 영역에 모인 것으로 판별되면, 상기 불 휘발성 메모리 장치는 상기 최소 프로그램 단위의 데이터의 적어도 일부를 상기 제1 영역으로부터 읽고 그리고 상기 읽혀진 적어도 일부에 기반하여 상기 제2 영역에서 프로그램 동작을 수행하는 것을 두 번 이상 반복함으로써 상기 최소 프로그램 단위의 데이터를 상기 제2 영역에 저장하고,
상기 불휘발성 메모리 장치는 상기 메모리 제어기의 제어에 따라 제 1 데이터 및 제 2 데이터를 상기 제 1 영역에 저장하고, 상기 제 1 영역으로부터 상기 제1 데이터를 읽어 상기 제 2 영역에서 하나의 프로그램 동작을 수행하고, 그리고 상기 제 1 영역으로부터 상기 제 1 데이터 및 상기 제2 데이터를 읽어 상기 제 2 영역에서 다른 하나의 프로그램 동작을 수행하는 데이터 저장 시스템.
A nonvolatile memory device including a memory cell array having a first region and a second region; And
A memory controller having a buffer memory and configured to control the non-volatile memory device,
Wherein the memory controller controls the nonvolatile memory device so that data stored in the buffer memory is stored in the first area when data of a minimum program unit for the first area is stored in the buffer memory,
If it is determined that data of the minimum program unit for the second area is collected in the first area, the nonvolatile memory device reads at least a part of the data of the minimum program unit from the first area, Storing the data of the minimum program unit in the second area by repeating the program operation in the second area more than once,
Wherein the nonvolatile memory device stores the first data and the second data in the first area under the control of the memory controller and reads the first data from the first area to perform one program operation in the second area And reads the first data and the second data from the first area to perform another one of the program operations in the second area.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 11 항에 있어서,
상기 제 1 영역에 대한 최소 프로그램 단위는 한 페이지로 구성되고, 상기 제 2 영역에 대한 최소 프로그램 단위는 셀 당 비트 수에 따라 하나 또는 그 보다 많은 페이지들로 구성되는 데이터 저장 시스템.
12. The method of claim 11,
Wherein the minimum program unit for the first area comprises one page and the minimum program unit for the second area comprises one or more pages according to the number of bits per cell.
제 11 항에 있어서,
상기 제 2 영역은 1-스텝 프로그램 동작, 거친 프로그램 동작, 그리고 정교한 프로그램 동작을 포함하는 재프로그램 방식에 따라 프로그램되는 데이터 저장 시스템.
12. The method of claim 11,
Wherein the second area is programmed according to a reprogramming scheme including a one-step program operation, a coarse program operation, and a sophisticated program operation.
제 16 항에 있어서,
읽기 요청시, 상기 메모리 제어기는 읽기-요청된 데이터가 상기 정교한 프로그램 동작이 완료된 워드 라인과 관련되어 있는 지의 여부를 판별하도록 구성되는 데이터 저장 시스템.
17. The method of claim 16,
And upon a read request, the memory controller is configured to determine whether the read-requested data is associated with a word line for which the sophisticated program operation has been completed.
제 17 항에 있어서,
상기 읽기-요청된 데이터가 상기 정교한 프로그램 동작이 완료된 워드 라인과 관련된 것으로 판별되면, 상기 메모리 제어기는 상기 읽기-요청된 데이터가 상기 제 2 영역으로부터 읽혀지도록 상기 불 휘발성 메모리 장치를 제어하는 데이터 저장 시스템.
18. The method of claim 17,
Wherein if the read-requested data is determined to be associated with a word line for which the sophisticated program operation has been completed, the memory controller controls the non-volatile memory device to control the non-volatile memory device such that the read- .
제 17 항에 있어서,
상기 읽기-요청된 데이터가 상기 정교한 프로그램 동작이 완료되지 않은 워드 라인과 관련된 것으로 판별되면, 상기 메모리 제어기는 상기 읽기-요청된 데이터가 상기 제 1 영역으로부터 읽혀지도록 상기 불 휘발성 메모리 장치를 제어하는 데이터 저장 시스템.
18. The method of claim 17,
Wherein if the read-requested data is determined to be associated with a word line for which the sophisticated program operation is not completed, the memory controller is configured to determine whether the read-requested data is to be read from the first area, Storage system.
제 11 항에 있어서,
상기 제 1 데이터 및 상기 제 2 데이터는 상기 제 1 영역에서 서로 다른 메모리 셀들에 저장되고, 상기 제 2 영역에서 동일한 메모리 셀들에 저장되는 데이터 저장 시스템.
12. The method of claim 11,
Wherein the first data and the second data are stored in different memory cells in the first region and in the same memory cells in the second region.
제 11 항에 있어서,
상기 메모리 제어기는 상기 제 2 영역에 상기 제 1 데이터 및 상기 제 2 데이터를 저장할 때 프로그램 동작의 패턴을 결정하고,
상기 프로그램 동작의 패턴을 결정하는 것은 1-스텝 프로그램, 거핀 프로그램 및 정교한 프로그램 중 수행할 적어도 하나의 프로그램을 결정하는 것을 포함하는 데이터 저장 시스템.
12. The method of claim 11,
Wherein the memory controller determines a pattern of program operation when storing the first data and the second data in the second area,
Determining a pattern of the program operation comprises determining at least one program to be executed among a one-step program, a glide program, and a sophisticated program.
제 21 항에 있어서,
상기 메모리 제어기는 어드레스 스크램블 방식 및 상기 제 2 영역의 셀 당 비트 수 중 적어도 하나에 기반하여 상기 프로그램 동작의 패턴을 결정하는 데이터 저장 시스템.
22. The method of claim 21,
Wherein the memory controller determines a pattern of the program operation based on at least one of an address scramble scheme and a number of bits per cell of the second area.
삭제delete
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