半导体存储器设备及其操作方法
【专利说明】半导体存储器设备及其操作方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2014年12月17日提交的韩国专利申请10-2014-0182646号的优先权，其全部内容通过引用合并于此。
技术领域
[0003]本发明的各种示例性实施例涉及一种半导体存储器系统，尤其涉及能够提高数据读取的可靠性的半导体存储器系统及其操作方法。
【背景技术】
[0004]诸如快闪存储器设备的非易失性半导体存储器设备尽管断电仍保持存储在存储器块中的数据。非易失性半导体存储器设备能够通过重复地执行编程和擦除数据的操作重复地将数据存储在存储器块中。编程/擦除循环的数量体现这种编程操作和擦除操作的重复数量。单个编程/擦除循环包括单个编程操作和单个擦除操作。随着重复地执行编程操作和擦除操作，编程/擦除循环的数量可能增加。
[0005]编程/擦除循环的数量可以参考编程电压被划分为多个编程/擦除循环组。此外，编程/擦除循环的数量可以参考读取电压被划分为多个读取-重试组。
[0006]图1A是例示适用于半导体存储器设备中的数据编程的编程/擦除循环组的表。图1B是例示适用于半导体存储器设备中的数据读取的读取-重试组的表。
[0007]参考图1A，编程/擦除循环组可以包括第一到第五编程/擦除循环组PGrl、PGr2、PGr3、PGr4和PGr5。例如，第一编程/擦除循环组PGrl可以表示范围在O以上0.2K以下的编程/擦除循环数，第二编程/擦除循环组PGr2可以表示范围在0.2K以上0.5K以下的编程/擦除循环数，第三编程/擦除循环组PGr3可以表示范围在0.5K以上IK以下的编程/擦除循环数，第四编程/擦除循环组PGr4可以表示范围在IK以上2K以下的编程/擦除循环数，第五编程/擦除循环组PGr5可以表示范围在2K以上3K以下的编程/擦除循环数。
[0008]第一到第五编程/擦除循环组PGrl、PGr2、PGr3、PGr4和PGr5中的每一个包括多个表示存储器块的地址的索引。多个索引可以分别对应于多个编程电压PVL。例如，第一编程/擦除循环组PGrl的索引O到索引η可以与在数据编程期间分别施加到第O到第η存储器块的编程电压PVlO到PVln的值相对应。第二编程/擦除循环组PGr2的索引O到索引η可以与在数据编程期间施加的编程电压PV20到PV2n的值相对应。第三编程/擦除循环组PGr3的索引O到索引η可以与在数据编程期间施加的编程电压PV30到PV3n的值相对应。第四编程/擦除循环组PGr4的索引O到索引η可以与在数据编程期间施加的编程电压PV40到PV4n的值相对应。第五编程/擦除循环组PGr5的索引O到索引η可以与在数据编程期间施加的编程电压PV50到PV5n的值相对应。
[0009]参考图1B，读取-重试组可以包括第一到第五读取-重试组RGrl、RGr2、RGr3、RGr4和RGr5。第一到第五读取-重试组RGrl、RGr2、RGr3、RGr4和RGr5分别对应于第一到第五编程/擦除循环组PGrl、PGr2、PGr3、PGr4和PGr5。
[0010]例如，第一读取-重试组RGrl可以表示范围在O以上0.2K以下的编程/擦除循环数，第二读取-重试组RGr2可以表示范围在0.2K以上0.5K以下的编程/擦除循环数，第三读取-重试组RGr3可以表示范围在0.5K以上IK以下的编程/擦除循环数，第四读取-重试组RGr4可以表示范围在IK以上2K以下的编程/擦除循环数，第五读取-重试组RGr5可以表示范围在2K以上3K以下的编程/擦除循环数。
[0011]第一到第五读取-重试组RGrl、RGr2、RGr3、RGr4和RGr5中的每一个分别包括索引O到索引η。索引O到索引η中的每一个可以与在多层单元(MLC)快闪存储器设备的数据读取期间分别施加到第O到第η存储器块的多个读取电压的值相对应。例如，第O索引(索引O)可以与在MLC的数据读取期间施加到第O存储器块的读取电压REVL1、REVL2和REVL3的3个值RV10、RV20和RV30相对应。第I索引(索引I)可以与在MLC的数据读取期间施加到第I存储器块的读取电压REVL1、REVL2和REVL3的3个值RV11、RV21和RV31相对应。第η索引(索引η)可以与在MLC的数据读取期间施加到第η存储器块的读取电压 REVLl、REVL2 和 REVL3 的 3 个值 RVln、RV2n 和 RV3n 相对应。
[0012]可以以存储器芯片为单位管理多个编程/擦除循环组和多个读取-重试组。
[0013]在使用第一到第五编程/擦除循环组PGrl、PGr2、PGr3、PGr4和PGr5将数据编程在半导体存储器设备中，并然后使用第一到第五读取-重试组RGrl、RGr2、RGr3、RGr4和RGr5从半导体存储器设备读取数据时，可能发生失配。
[0014]例如，在存储器芯片的编程/擦除循环数为499时，使用第二编程/擦除循环组PGr2对该存储器芯片中的第一存储器块执行数据编程操作。之后，在由于对相同存储器芯片的进一步编程操作存储器芯片的编程/擦除循环数被改编为501时，使用第三编程/擦除循环组PGr3对相同存储器芯片的第三存储器块执行数据编程操作。即，根据编程/擦除循环数，使用彼此不同的第二和第三编程/擦除循环组PGr2和PGr3对相同存储器芯片的第一和第三存储器块执行数据编程操作。
[0015]之后，在对第一存储器块的数据读取操作期间，在存储器芯片的编程/擦除循环数在999以下时，参考第三读取-重试组RGr3从第一存储器块读取数据。
[0016]因为使用第二编程/擦除循环组PGr2将数据编程到第一存储器块，并参考第三读取-重试组RGr3从第一存储器块读取编程的数据，所以可能发生第一存储器块的读取失败。即，由于编程条件和读取条件之间的差别可能发生第一存储器块的读取失败。
[0017]如上所述，在编程条件和读取条件彼此不同时可能发生读取失败。因此，半导体存储器设备的稳定操作可能无法被执行，而劣化半导体存储器设备的特性。
【发明内容】
[0018]本发明的各种实施例针对能够可靠地读取数据的半导体存储器系统及其操作方法。
[0019]根据本发明的实施例，半导体存储器系统的操作方法可以包括:对存储在半导体存储系统中的第一数据执行第一错误校正码(ECC)解码，其中，第一数据包括用户数据、针对用户数据的ECC数据以及针对用户数据的状态数据；以及在对用户数据的第一 ECC解码失败时，通过基于第一数据的状态数据改变读取电压来对用户数据执行第二 ECC解码。
[0020]状态数据可以包括在第一数据被存储到半导体存储器系统中时使用的编程电压的信息。
[0021]编程电压的信息可以是与多个编程电压组之一相对应的索引，多个编程电压组中的每一个是用于将数据存储到半导体存储器系统中的编程电压的组，且多个编程电压组中的每一个被编索引。
[0022]第二步骤可以根据与索引相对应的一个或更多读取-重试电压并通过读取-重试的方式对用户数据执行第二 ECC解码。
[0023]半导体存储器系统可以是多级单元(MLC)存储器系统。
[0024]状态数据可以是最低有效位(LSB)数据。
[0025]与状态数据相对应的最高有效位(MSB)数据可以具有“FF”值。
[0026]状态数据可以包括多个在第一数据被存储到半导体存储器系统中时使用的编程电压的信息。
[0027]半导体存储器系统可以包括状态数据存储区域。
[0028]用于编程操作的数据单元的索引和数据单元的状态数据被存储在状态数据存储区域中。
[0029]根据本发明的实施例，半导体存储器系统可以包括:半导体存储器设备；以及控制器，其中该控制器包括对存储在半导体存储系统中的第一数据的用户数据执行第一 ECC解码的第一设备，其中，第一数据包括用户数据、针对用户数据的ECC数据以及针对用户数据的状态数据；以及在对用户数据的第一 ECC解码失败时，通过基于第一数据的状态数据改变读取电压来对用户数据执行第二 ECC解码的第二设备。
[0030]状态数据可以包括在第一数据被存储到半导体存储器系统中时使用的编程电压的信息。
[0031]编程电压的信息可以是与多个编程电压组之一相对应的索引，多个编程电压组中的每一个是用于将数据存储到半导体存储器系统中的编程电压的组，且多个编程电压组中的每一个被编索引。
[0032]第二设备可以根据与索引相对应的一个或更多读取-重试电压并通过读取-重试的方式对用户数据执行第二 ECC解码。
[0033]半导体存储器系统可以是多级单元(MLC)存储器系统。
[0034]状态数据可以是最低有效位(LSB)数据。
[0035]与状态数据相对应的最高有效位(MSB)数据可以具有“FF”值。
[0036]状态数据可以包括多个在第一数据被存储到半导体存储器系统中时使用的编程电压的信息。
[0037]半导体存储器系统可以包括状态数据存储区域。
[0038]用于编程操作的数据单元的索引和数据单元的状态数据可以被存储在状态数据存储区域中。
[0039]根据本发明的实施例，控制器可以包括:第一设备，其利用第一读取电压对存储在半导体存储系统中的第一数据的用户数据执行第一 ECC解码，并用于确定对用户数据的第一解码是否成功，其中，第一数据包括用户数据、针对用户数据的ECC数据以及针对用户数据的状态数据；第二设备，其在对用户数据的第一 ECC解码失败时，基于第一数据的状态数据将第一读取电压改变为第二读取电压；以及第三设备，其利用第二读取电压对用户数据执行第二 ECC解码，并用于确定对用户数据的第二解码是否成功，其中，第三装置通过改变第二读取电压预定次数重复用户数据的第二 ECC解码的执行，直到对用户数据的第二 ECC解码成功。
[0040]状态数据可以包括在第一数据被存储到半导体存储器系统中时使用的编程电压的信息。
[0041]编程电压的信息可以是与多个编程电压组之一相对应的索引，多个编程电压组中的每一个是用于将数据存储到半导体存储器系统中的编程电压的组，且多个编程电压组中的每一个被编索引。
[0042]第三设备可以根据与索引相对应的一个或更多读取-重试电压并通过读取-重试的方式对用户数据执行第二 ECC解码。
[0043]状态数据可以包括在第一数据被存储到半导体存储器系统中时使用的多个重复的编程电压的信息。
[0044]根据本发明实施例，附加地存储编程/擦除循环组的信息，该信息包括在对存储器块的数据编程操作期间使用的编程电压的信息。在对所编程的数据的ECC解码失败时，可以基于编程/擦除循环组的信息重新读取所编程数据。因此，所编程数据可以被可靠地读取。
[0045]根据本发明实施例，作为状态数据附加地存储编程/擦除循环组的信息，该信息包括在将用户数据编程到存储器块中的同时使用的编程电压的信息。当对编程的用户数据的第一 ECC解码失败时，可以对编程的用户数据再次执行读取操作，且可以基于编程的状态数据对重新读取的用户数据执行第二 ECC解码。因此，用户数据可以被可靠地读取。
【附图说明】
[0046]图1A是例示适用于半导体存储器设备中的编程数据的编程/擦除循环组的表。
[0047]图1B是例示适用于从半导体存储器设备读取数据的读取-重试组的表。
[0048]图2是示意性例示根据本发明实施例的半导体存储器系统的框图。
[0049]图3是示意性例示根据本发明实施例的包括在半导体存储器设备中的存储器块的存储器单元阵列电路的电路图。
[0050]图4是例示根据本发明实施例的半导体存储器设备的操作的流程图。
[0051]图5是例示根据本发明实施例的数据格式的示意图。
[0052]图6A到图6C是示意性例示根据本发明实施例的将状态数据存储在存储器块中的操作的图。
[0053]图7到图11是示意性例示根据本发明实施例的三维(3D)非易失性存储器设备的图。
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