存储装置和操作存储系统的方法
【专利说明】存储装置和操作存储系统的方法
[0001]本申请要求于2014年7月28日在韩国知识产权局提交的第10-2014-0096016号韩国专利申请的权益，该韩国专利申请的主题通过引用包含于此。
技术领域
[0002]发明构思总体上涉及存储装置、存储系统及操作其的方法。更具体地，发明构思涉及执行读取重试操作的存储装置、执行读取重试操作的存储系统及操作其的方法。
【背景技术】
[0003]根据对存储装置的高容量和低功耗的需求，正在对下一代存储装置进行研究。下一代存储装置需要具有动态随机存取存储器(DRAM)的高集成度特性、闪存的非易失性特性和静态RAM (SRAM)的高速度。作为下一代存储装置，相变RAM (PRAM)、纳米浮栅存储器(NFGM)、聚合物 RAM (PoRAM)、磁 RAM (MRAM)、铁电 RAM (FeRAM)和电阻式 RAM (RRAM)正备受关注。
【发明内容】
[0004]根据发明构思的一个方面，提供了一种操作存储系统的方法，所述存储系统包括在存储单元阵列中共同连接到第一信号线的存储单元。所述方法包括下述步骤:根据单元区域来划分存储单元；以及利用从多个读取参考中选择的并且分别与每个单元区域对应的读取参考来对设置在每个单元区域中的存储单元独立地执行读取操作。
[0005]根据发明构思的一个方面，提供了一种操作存储系统的方法，所述存储系统包括存储控制器和存储装置，所述存储装置包括在存储单元阵列中设置在第一信号线和第二信号线分别交叉的区域中的多个存储单元，所述多个存储单元被设置在多个单元区域中。所述方法包括:针对从所述多个存储单元选择的目标存储单元，将正常读取命令从存储控制器传送到存储装置；针对目标存储单元执行正常读取操作，并将正常读取结果数据存储在与第二信号线连接的页缓冲器中；确定分别与所述多个单元区域中的每个单元区域对应的不同的读取参考；以及如果正常读取结果数据中错误的数量超过了临界值，则将读取重试命令以及限定所述不同的读取参考的信息一起传送到存储装置，并对目标存储单元执行读取重试操作。
[0006]根据发明构思的一个方面，提供了一种存储装置，所述存储装置包括:存储单元阵列，包括设置在多条第一信号线与多条第二信号线彼此交叉的区域中的多个存储单元；写入/读取电路，被配置成对从所述多个存储单元中选择的存储单元执行写入操作和读取操作，并包括临时存储读取数据的页缓冲器；以及控制逻辑器，被配置成在读取重试部分中通过利用分别与多个单元区域对应的多个不同的读取参考来控制对被选择的存储单元的读取操作，所述多个单元区域是从被选择的存储单元划分而来的。
【附图说明】
[0007]将结合附图来描述发明构思的实施例，在附图中:
[0008]图1是根据发明构思的实施例的存储系统的框图；
[0009]图2是进一步示出在一个示例中图1的存储装置100的框图；
[0010]图3是进一步示出在一个示例中图2的存储单元阵列110的电路图；
[0011]图4是示出可以被包括在图3的存储单元MC中的可变电阻器装置的一个示例的视图；
[0012]图5A、图5B、图5C和图?是示出图4的存储单元的示例的各个电路图；
[0013]图6Α是示出单级存储单元根据电阻的分布的曲线图，图6Β是示出多级存储单元根据电阻的分布的曲线图；
[0014]图7是进一步示出在一个示例中图1的存储控制器200的框图；
[0015]图8示出了波形图，该波形图示出了与在图2的存储单元阵列中执行读取操作所需要的时间相关的感测节点处的电压；
[0016]图9Α、图9Β、图9C和图9D分别是示出在各个示例中图2的页缓冲器125的概念图；
[0017]图10是示出可被包括在NAND闪存装置的对比示例中的存储单元阵列和页缓冲器的框图；
[0018]图11是示出可被包括在根据发明构思的某一实施例的图2的存储装置中的存储单元阵列和页缓冲器的框图；
[0019]图12是示出根据发明构思的实施例关于图11的存储装置执行读取操作的概念图；
[0020]图13Α和图13Β是示出图2的存储单元阵列和页缓冲器之间的可能连接方式的概念图；
[0021]图14和图15分别是示出在各个示例中图2的读取电路的电路图；
[0022]图16Α、图16Β、图17Α、图17Β、图18Α和图18Β (共同地，图16Α至图18Β)示出了根据发明构思的实施例的读取条件的各个示例；
[0023]图19和图20分别是示出根据发明构思的实施例的各个存储系统的框图；
[0024]图21是进一步示出在一个示例中根据发明构思的实施例的存储装置的剖视图；
[0025]图22、图23、图24、图25和图26分别是不同地示出根据发明构思的实施例的操作存储系统的方法的流程图或流程图部分；
[0026]图27Α、图27Β和图27C分别是示出根据发明构思的实施例的应用示例的框图；
[0027]图28是示出应用于存储卡系统的根据发明构思的实施例的存储系统的框图；
[0028]图29是示出包括根据发明构思的实施例的存储系统的计算系统的框图；以及
[0029]图30是示出应用于固态盘(SSD)系统的根据发明构思的实施例的存储系统的框图。
【具体实施方式】
[0030]现在将参照附图在某些方面额外详细地描述发明构思的某些实施例。然而，可以以许多不同形式实施发明构思，并且发明构思不应被理解为仅限于示出的实施例。相反，这些实施例被提供为使得本公开将是彻底和完整的，并且这些实施例将把发明构思的范围充分地传达给本领域的技术人员。发明构思的范围包括这里详细描述的具体元件、方法步骤和特征的许多修改、等同物或替换物。在整个书面描述和附图中，同样的参考标号和标记指代同样或相似的元件和特征。
[0031]本说明书中使用的术语仅用于描述具体实施例，而不意图限制发明构思。用于单数的表述除非在上下文中具有明显不同的意思，否则其包括复数的表述。在本说明书中，将理解的是，诸如“包括”或“具有”等的术语意图表明存在说明书中公开的特征、数量、步骤、动作、组件、部件或其组合，而不意图排除可存在或可添加一个或更多个其他特征、数量、步骤、动作、组件、部件或其组合的可能性。
[0032]当术语“第一”和“第二”用于描述各种组件时，显而易见的是，这些组件不限于术语“第一”和“第二”。术语“第一”和“第二”只用于将各组件之间区分开。例如，在不与发明构思发生冲突的情况下，第一组件可指示第二组件或者第二组件可指示第一组件。
[0033]除非另外限定，否则这里使用的所有术语(包括描述性术语或技术术语)应该被理解为具有对本领域普通技术人员显而易见的意思。另外，在通用字典中定义的并且用在以下描述中的术语应该被理解为具有与相关描述中使用的意思等同的意思，并且除非这里另外明确限定，否则这些术语不应该被理解为是理想或过度形式化的。
[0034]如这里使用的，术语“和/或”包括一个或更多个相关所列项的任何和全部组合。诸如“…中的至少一个/ 一种”的表述当在一列元件/元素之后时修饰的是整列元件/元素，而不是修饰该列中的个别元件/元素。
[0035]图1是根据发明构思的实施例的存储系统10的框图。
[0036]参照图1，存储系统10包括存储装置100和存储控制器200。存储装置100包括存储单元阵列110、写入/读取电路120、控制逻辑器130，存储控制器200包括读取重试控制单元210和数据确定单元220。
[0037]响应于来自主机的写入/读取请求，存储控制器200可以控制存储装置100，使得读取存储在存储装置100中的数据或者将数据写入存储装置100。详细地，存储控制器200可向存储装置100提供地址ADDR、命令CMD和控制信号CTRL，因此可以控制对存储装置100的编程(或写入)操作、读取操作和擦除操作。此外，可以在存储控制器200和存储装置100之间发送或接收用于编程操作的数据DATA和读取数据DATA。
[0038]存储控制器200可以包括读取重试控制单元210和数据确定单元220。存储控制器200可以对由存储装置100提供的数据执行检错和纠错操作，可以进一步包括纠错码(ECC)单元(未示出)以执行检错和纠错。随后将参照图7详细描述存储控制器200。
[0039]存储单元阵列110可以包括分别设置在多条第一信号线与多条第二信号线交叉的区域中的多个存储单元(未示出)。根据实施例，第一信号线可以是字线，第二信号线可以是位线。根据另一实施例，第一信号线可以是位线，第二信号线可以是字线。包括如上所述的存储单元阵列110的存储装置100可以被称作交叉点存储装置。
[0040]从多个存储单元中选择并且共连接到第一信号线的存储单元可以被划分成多个单元区域。即，选择的存储单元可以基于存储单元阵列内的相对位置而被划分成多个单元区域。例如，选择的存储单元可以根据物理地址或逻辑地址而被划分成多个单元区域。选择的存储单元可以根据定义的ECC单元而被划分成多个单元区域，其中，每个单元区域的尺寸可以被限定为给定的ECC单元(或ECC组块(ECC chunk))的‘η’倍。根据发明构思的各个实施例，这样的“单元区域”可选择性地被称为“组(group) ”、“分区(sector) ”、“区域(reg1n) ”、“区(zone) ”和 / 或“部分(sect1n) ”。
[0041]根据发明构思的各个实施例，多个存储单元可以包括电阻型存储单元或电阻存储单元，其包括具有可变的电阻的可变电阻器装置(未示出)。对于一个示例，当由相变材料(例如，Ge-Sb-Te)形成的可变电阻器装置的电阻根据温度变化时，电阻存储装置可以是相变RAM (PRAM)。对于另一示例，当可变电阻器装置由上电极、下电极和位于上电极和下电极之间的过渡金属氧化物(复合金属氧化物)形成时，存储装置100可以是电阻RAM(ReRAM)。对于另一示例，当可变电阻器装置由磁性材料的上电极、磁性材料的下电极和位于上电极和下电极之间的电介质形成时，存储装置100可以是磁RAM(MRAM)。然而，发明构思的实施例不限于此，根据另一实施例，多个存储单元可以不是电阻存储单元。
[0042]写入/读取电路120可以用于对从多个存储单元中选择的存储单元执行写入和/或读取操作(在下文中，单独地或共同地，称为“读取/写入操作”)。写入/读取电路120可以包括一个或更多个页缓冲器125。当针对选择的存储单元执行写入操作时，页缓冲器125将被用作写入缓冲器以临时存储将被写入存储装置100的“写入数据”。然而，当针对选择的存储单元执行读取操作时，页缓冲器125可以被用作读取缓冲器以临时存储取出的读取数据。页缓冲器125的大小可以是N比特(例如，8KB)，每个存储单元的大小可以是Μ比特，其中，Μ小于Ν。
[0043]控制逻辑器130可以总体上用于控制存储装置100的整体操作。例如，控制逻辑器130可以在诸如写入/读取操作的各种操作中用于控制写入/读取电路120的操作。即，为了对存储装置100执行写入/读取操作，控制逻辑器130可以向写入/读取电路120提供诸如写入脉冲或读取脉冲的各种脉冲信号，写入/读取电路120可以基于各种脉冲信号向存储单元阵列110提供写入电流(或写入电压)或读取电流(或读取电压)。
[0044]如果针对从存储装置100取出的特定读取数据检测到的错误的纠正被证明是不可能的，则存储控制器200可以控制存储装置100以执行所谓“读取重试(read retry)操作”。例如，读取重试操作可以包括与一个或更多个修改的控制电压(或参考(reference)，例如，读取参考(read reference))相关地读取(或再读取)数据，所述修改的控制电压用于确定对于单级存储单元(SLC)的二进制数据值“0”和“1”。可以通过对于SLC分析与电阻大小分布相关的统计“谷”，然后执行恢复算法来实现所述参考的修改，从而得到使读取数据中的错误的产生最小化的合适的参考，其中，通过对读取数据执行数据确定操作来分析所述统计“谷”。
[0045]在图1中示出的实施例中，读取重试控制单元210可以用于基于检测到的读取错误的数量和建立的临界值来确定是否执行读取重试操作，并且可以进一步用于确定用于读取重试操作的合适的读取参考。因此，读取重试控制单元210可以确定分别与包括在存储单元阵列110中的存储单元组对应的不同的读取参考。而且读取重试控制单元210可以用于把读取重试命令以及不同的读取参考一起传送给存储装置100。例如，不同的读取参考可以以一个或更多个控制信号CTRL的形式从存储控制器200传送给存储装置100。
[0046]在这点上，读取重试控制单元210可以向存储装置100提供与调查电阻存储单元的电阻大小分布所需要的各种读取参考相关的“读取信息”，存储装置100可以通过基于接收到的读取信息设定读取条件来执行读取操作。然后，读取数据可以被提供给存储控制器200，其中数据确定单元220用于执行数据确定操作以产生“读取确定结果”。
[0047]在上述的背景下，对于“正常读取操作”(即，在假设的一套标称的或正常的操作条件下使用的读取操作)和读取重试操作(即，当正常读取操作产生具有大量的错误的读取数据时使用的读取操作)，读取条件可以被不同地限定(定义)。因此，包括相关的参考，可以将“正常读取操作条件”与“读取重试条件”区分开。
[0048]参照图1的示出的实施例，可以根据单个(“正常”)读取参考对存储单元阵列110的被选择的存储单元执行正常读取操作，而与存储单元阵列110中的多个存储单元之中的被选择的存储单元的特定布置无关。例如，控制逻辑器130可以利用单个读取参考来控制正常读取操作的执行，所述正常读取操作针对存储单元阵列110中的根据第一信号线而共同选择的存储单元。可选择地，控制逻辑器130可以利用与从被选择的存储单元划分而来的不同的单元区域对应的不同的读取参考来控制读取重试操作的执行，所述读取重试操作针对存储单元阵列110中的共同连接到第一信号线(例如，字线)的存储单元的组。因此，通过其共接到信号线而被选择的存储单元可以被划分成指定的单元区域，然后可以利用相应的读取参考在读取重试操作期间读取每个单元区域，所述相应的读取参考可以与用于读取其他单元区域的其他读取参考不同。在这点上，控制逻辑器130可以接收限定(定义)不同的读取参考的读取信息，所述不同的读取参考分别用于读取(在读取重试操作期间)相应的单元区域。
[0049]根据发明构思的某些实施例，与读取连接到第一信号线的存储单元相关的第一组读取参考可以与第二组读取参考完全或部分不同，所述第二组读取参考与读取连接到第二信号线的存储单元相关。在这点上，可以使用多个写入/读取电路120 (和/或多个页缓冲器125)利用不同的读取参考来读取布置在不同的单元区域中的被选择的存储单元。
[0050]因此，在读取重试操作期间，可以在限定为不同的读