半導體裝置、存儲器讀取方法和存儲器編程方法

2023-10-17 17:09:04 3

專利名稱：半導體裝置、存儲器讀取方法和存儲器編程方法
技術領域：
本發明涉及一種半導體裝置及其操作方法。
背景技術：
即使提供的功率被中斷，可被電擦除且可被電編程的非易失性存儲裝置 仍可以保持數據。非易失性存儲裝置的代表性示例是快閃記憶體。構成快閃記憶體的存儲單元(memory cell)可包括單元電晶體，所述單元電晶體 具有控制柵極、浮置柵極、源極和漏極。快閃記憶體的單元電晶體可根據 Fowler-Nordheim(F-N)隧穿機理被編程或擦除。可通過將地電壓施加到單元電晶體的控制柵極並將高於電源電壓的電壓 施加到半導體基底(或體(bulk)),來擦除單元電晶體中的數據。在這樣的擦除 偏壓條件下，因為在浮置柵極和半導體體之間存在大的電壓差，所以在浮置 柵極和半導體體之間會形成強電場。因此，根據F-N隧穿機理，浮置柵極中 存在的電子會被釋放到半導體體。在這種情況下，被擦除的單元電晶體的閾 值電壓會減小。可通過將高於電源電壓的電壓施加到控制柵極並將地電壓施加到漏極和 半導體體，來對單元電晶體進行編程。在這樣的偏壓條件下，根據F-N隧穿 機理，電子可被注入到單元電晶體的浮置柵極中。在這種情況下，被編程的 單元電晶體的閾值電壓會增大。電子被注入到浮置柵極中的狀態可被稱作"編 程狀態"，在浮置柵極中不存在電子的狀態可被稱作"擦除狀態"。編程狀態 中的閾值電壓可大於零，擦除狀態中的閾值電壓可小於零。近來，已經對開發能夠在一個存儲單元中存儲兩個或更多的數據位以提 高快閃記憶體的密集程度的多級快閃記憶體進行了研究。可存儲多個數據位的存儲單元可 被稱作多級單元(MLC),可存儲單個數據位的存儲單元可被稱作單級單元 (SLC)。更多的數據存儲狀態，以存儲兩個或更多的數據位。然而，因為更多的數據被存儲在MLC中，所以MLC會需要更多的閾值電壓分布，從而延長了從 MLC讀取Jt據所需的時間。發明內容示例實施例可以提供一種具有塊狀態確認單元的半導體裝置，所述塊狀 態確認單元存儲指示被寫到多個存儲單元的數據位的數目的信息。'示例實施例還可以提供一種存儲指示被寫到多個存儲單元的數據位的數 目的信息的方法和/或一種基於該信息從存儲單元讀取數據的方法。示例實施例還可以提供一種存儲指示被寫到多個存儲單元的數據位的數 目的信息的存儲器數據編程方法。根據示例實施例，可以提供一種半導體裝置，該半導體裝置包括 一個 或多個存儲塊，每個存儲塊包括塊狀態確認單元和一個或多個存儲單元，塊 狀態確認單元用於存儲指示被寫到所述一個或多個存儲單元的數據位的數目 的信息；和/或控制器，基於存儲在塊狀態確認單元中的信息從相應的一個或 多個存儲塊僅讀取被存儲的數據位。數據位的數目少位'根據示例實施例，可以提供一種從一個或多個存儲單元讀取數據的存儲 器數據讀取方法，該方法包括以下步驟檢測被寫到所述一個或多個存儲單 元的數據位的數目；和/或從所述一個或多個存儲單元僅讀取被檢測到的數據位。根據示例實施例，可以提供一種存儲器編程方法，該方法包括以下步驟 將數據寫到多個存儲單元；存儲指示被寫到所述多個存儲單元的數據位的數 目的信息；和/或僅檢驗所述存儲的信息中指示的被寫入的數據位。


通過參照附圖詳細描述本發明的示例實施例，本發明的以上和其它特徵 及優點將變得更加清楚，在附圖中圖1是根據示例實施例的具有多個存儲塊的半導體裝置的框圖；圖2是更詳細地示出根據示例實施例的圖1中示出的存儲塊中的具有塊狀態確認單元的一個存儲塊的框圖；圖3是示出根據示例實施例的基於被存儲在圖2中示出的塊狀態確認單 元中的信息來確定被寫到存儲單元的數據位的數目的方法的圖示。圖4是根據示例實施例的具有圖2中示出的塊狀態確認單元的半導體裝置的框圖。
具體實施方式
將參照附圖詳細地描述示例實施例。因此，儘管示例實施例能夠具有各 種修改和選擇性的形式，但是在附圖中以示例的方式示出示例實施例的實施 例，並將在這裡對這些實施例進行詳細描述。然而，應該理解，沒有意圖將 示例實施例限制為公開的具體形式，而是相反，示例實施例將覆蓋落入示例 實施例的範圍內的所有修改、等同物和替換物。在整個附圖的描述中，相同 的標號表示相同的元件。應該理解，雖然在這裡可以使用術語第一、第二等來描述不同的元件， 但是這些元件不應該受這些術語的限制。這些術語僅是用來區別一個元件與 另一個元件。例如，在不脫離示例實施例的範圍的情況下，第一元件可被稱 作第二元件，類似地，第二元件可被稱作第一元件。如這裡所使用的，術語 "和/或"包括一個或多個相關所列項目的任意組合和全部組合。應該理解的是，當元件被稱作"連接"到或"結合"到另一元件時，它 可以直接連接到或直接結合到該另一元件，或者可存在中間元件。相反，當 元件被稱作"直接連接"到或"直接結合"到另一元件時，不存在中間元件。 應當以同樣的方式解釋用於描述元件之間的關係的其它詞語(例如，"在…之 間"與"直接在…之間"以及"與...相鄰"與"直接與…相鄰"等)。在這裡使用的術語僅是出於描述具體實施例的目的，而不意圖限制示例 實施例。如這裡所使用的，除非上下文另外清楚地指出，否則單數形式也意 圖包括複數形式。還將理解的是，當在這裡^f吏用術語"包括"和/或"包含" 時，表示存在所述特徵、整體、步驟、操作、元件和/或組件，但是不排除存 在或添加一個或多個其它的特徵、整體、步驟、操作、元件、組件和/或,們 的組。還應該注意的是，在一些選擇性的實施方式中，標出的功能/動作可以不 按照圖中標出的順序出現。例如，根據所涉及的功能/動作，連續示出的兩張圖事實上可以基本同時地執行，或者有時可以按照相反的順序執行。圖1是根據示例實施例的具有多個存儲塊MBll至MB4n的半導體裝置 的框圖。圖1的半導體裝置可被劃分成均具有n個存儲塊(例如，存儲塊MBll 至MBln)的多個平面(plane)PLANEl至PLANE4。雖然圖1可以示出半導體 裝置包括四個平面PLANE1至PLANE4,但是對本領域普通技術人員清楚的 是，平面的數目不限於四，因此平面的數目可以變化。行解碼器RD1和RD2可位於平面PLANE 1至PLANE4之間。然而，對 本領域普通技術人員清楚的是，行解碼器RD1和RD2可位於與在平面 PLANE1至PLANE4之間不同的各種其它位置。例如，行解碼器RD1可以不 在平面PLANE 1和平面PLANE2之間，而是可位於平面PLANE 1的左側。圖1的半導體裝置還可包括多個頁緩衝器PB1和PB2。頁緩衝器PB1和 PB2可以從外部接收寫數據且隨後將寫數據傳輸到存儲塊MB11至MB4n, 或者可從存儲塊MBll至MB4n接收讀數據並將讀數據傳輸到外部。圖1的 半導體裝置可包括控制器CTRL。控制器CTRL可以控制將要對存儲塊MB11 至MB4n執行的寫操作和讀操作。圖2是詳細地示出圖1中示出的存儲塊中的具有塊狀態確認單元BSCC 的存儲塊MB11的框圖。參照圖2，存儲塊MBll可包括多個存儲單元MC1 至MCn和塊狀態確認單元BSCC。存儲單元MC1至MCn中的每個存儲單元 可以存儲數據，並且可以是NAND快閃記憶體單元。存儲單元MC1至MCn中的每 個存儲單元可以是能夠存儲多個數據位的多級快閃記憶體單元。塊狀態確認單元 BSCC可以存儲指示被寫到存儲單元MC1至MCn中的每個存儲單元的數據 位的數目的信息。該信息可以指示存儲單元的位中已經寫入數據的位的數目。 圖2示出了圖1中示出的存儲塊MBll至MB4n中的存儲塊MBll,而其它 存儲塊MB12至MB4n中的全部或者一些可以具有與圖2中示出的存儲塊 MB11的構造相同的構造。圖1中示出的控制器CTRL可以基於存儲在塊狀態確認單元BSCC中的 信息中指示的位的數目來從存儲塊MB11至MB4n讀取數據。更具體地講， 控制器CTRL可以從塊狀態確認單元BSCC讀取所述信息，以確定被寫到存 儲單元MC1至MCn的數據位的數目。因此，根據示例實施例，，導體裝置 可以不需要對存儲單元MC1至MCn的所有數據位執行讀操作，而可以僅對 被寫到存儲單元MC1至MCn的數據位執行讀操作。因此，能夠提高半導體步 衣置執行讀操作的速度;根據示例實施例，為檢驗被寫到存儲單元的數據而執行的讀操作可以利用塊狀態確認單元BSCC。更具體地講，對於數據檢驗，根據示例實施例， 半導體裝置可以利用存儲在塊狀態確認單元BSCC中的信息中指示的位的數 目。即，可以基於存儲在塊狀態確認單元BSCC中的信息中指示的位的數目 來檢驗被寫到存儲單元MC1至MCn的數據。例如，第一數據位可被寫到存 儲單元MC1至MCn，然後指示第一數據位已經被寫入的信息可被存儲在塊 狀態確認單元BSCC中。隨後，基於存儲在塊狀態確認單元BSCC中並且可 指示第一數據位已經被寫入的信息，可以檢驗被寫到存儲單元MC1至MCn 的第一數據位。接著，第二數據位可被寫到存儲單元MC1至MCn,然後指 示第二數據位已經被寫入的信息可被存儲在塊狀態確認單元BSCC中。隨後， 可以檢驗被寫到存儲單元MC1至MCn的第二數據位。即，在檢驗已經被寫 入的第一數據位的過程中，可以僅檢驗第一數據位，而無需檢驗第二數據位； 在檢驗已經被寫入的第二數據位的過程中，可以僅檢驗第二數據位，而無需 檢驗第二數據位之後的其它數據位。此外，根據示例實施例，為讀取被寫到存儲單元的數據而執行的通常的 讀操作可以利用塊狀態確認單元BSCC。確認單元BSCC所屬的存儲塊MB11的存儲單元MC1至MCn中的數據位的 數目少一位。例如，假定n個數據位可被存儲在存儲單元MC1中，那麼n-l 個數據位可被存儲在塊狀態確認單元BSCC中。圖3是示出根據示例實施例的基於被存儲在圖2中示出的塊狀態確認單 元BSCC中的信息來確定被寫到存儲單元的數據位的數目的方法的圖示。如圖3所示，如果塊狀態確認單元BSCC的所有位checkbitl至 checkbit(n-l)為"off，，則可以確定僅有單個數據位已經被寫到圖2中示出的 存儲單元MC1至MCn。因此，可以僅從存儲單元MC1至MCn讀取1個數 據位。此外，如圖3所示，如果只有塊狀態確認單元BSCC的第一位checkbitl 為"on"，並且其它位checkbit2至checkbit(n-1 )為"off，，則可以確定已經有 2個數據位-故寫到存儲單元MC1至MCn。因此，可以從存儲單元MC1至 MCn讀取2個數據位。在示例實施例中，塊狀態確認單元BSCC的位為"on" 可以表示該位被編程為"0"，塊狀態確認單元BSCC的位為"off，可以表該位被編程為'T'。此外，如果塊狀態確認單元BSCC的第一位checkbitl和第二位checkbit2 為"on",並且其它位為"off，，則可以確定已經有3個數據位被寫到存儲單 元MC1至MCn。因此，可以從存儲單元MC1至MCn讀取3個數據位。如 果塊狀態確認單元BSCC的所有位為"on"，則可以確定已經有n個數據位被 寫到存儲單元MC1至MCn。因此，可以從存儲單元MC1至MCn讀取n個 數據位。參照圖2，塊狀態確認單元BSCC可以屬於對應的存儲塊MB11的第一 數據頁。塊狀態確認單元BSCC可以連接到與對應的存儲塊MB11連接的多 條字線中的第一字線WL1。可選擇地，塊狀態確認單元BSCC可以屬於除了 第一數據頁之外的數據頁，並可以連接到除了第一字線WL1之外的字線，例 如，字線WL2至WL32。存儲塊MB 11還可包括一個或多個備用單元SC2至SCn,所述一個或多 個備用單元SC2至SCn可替換存儲單元MC1至MCn中有缺陷的單元。 一行 中備用單元SC2至SCn和塊狀態確認單元BSCC的總數可以等於該行中存儲 單元MC1至MCn的總數。即，根據示例實施例的備用單元中的一個備用單 元可以用作塊狀態確認單元BSCC。圖4是根據示例實施例的具有圖2中示出的塊狀態確認單元BSCC的半 導體裝置的框圖。參照圖4，控制邏輯460可以讀取存儲在存儲單元陣列410 的塊狀態確認單元BSCC中的信息，以確定存儲單元陣列的當前寫狀態。即， 控制邏輯460可以確定被寫到每個存儲單元的數據位的數目。然後，指令寄 存器450可以基於所確定的結果來選擇讀取方式。即，指令寄存器450可以 確定將要從存儲單元讀取的數據位的數目。隨後，可以利用控制邏輯460、 輸入/輸出緩衝器/鎖存器470、 Y門電路430、數據寄存器/讀出放大器420、 輸出驅動器490和/或全局緩衝器480從存儲單元陣列410讀取數據。如上所述，在半導體裝置中，可以執行根據示例實施例的從存儲器讀取 數據的方法和存儲器編程方法，其中，僅對被寫到存儲單元的數據位執行讀 操作，而不是對存儲單元的所有位執行讀操作，從而提高了執行讀操作的速 度。雖然已經參照本發明的示例實施例具體示出和描述了示例實施例，但是 本領域普通技術人員應該理解，在不脫離由權利要求限定的示例實施例的精神和範圍的情況下，可以對示例實施例做出形式上和細節上的各種變化。
權利要求
1、一種半導體裝置，包括一個或多個存儲塊，每個存儲塊包括塊狀態確認單元和一個或多個存儲單元，塊狀態確認單元用於存儲指示被寫到所述一個或多個存儲單元的數據位的數目的信息；控制器，基於存儲在塊狀態確認單元中的信息從所述一個或多個存儲塊僅讀取被存儲的數據位。
2、 如權利要求1所述的半導體裝置，其中，被存儲在每個塊狀態確認單 元中的位的數目比被存儲在每個對應的存儲塊的存儲單元中的數據位的數目 少一位。
3、 如權利要求1所述的半導體裝置，其中，每個塊狀態確認單元屬於對 應的存儲塊的第 一數據頁。
4、 如權利要求1所述的半導體裝置，其中，每個塊狀態確認單元連接到 與對應的存儲塊連接的多條字線中的第 一字線。
5、 如權利要求1所述的半導體裝置，其中，所述一個或多個存儲塊中的 每個存儲塊還包括至少一個備用單元，所述至少一個備用單元替換所述一個 或多個存儲單元中有缺陷的存儲單元，一行中備用單元和塊狀態確認單元的總數等於所述行中存儲單元的總數。
6、 如權利要求1所述的半導體裝置，其中，控制器基於在對應的塊狀態 確認單元中存儲的信息來檢驗被寫到所述一個或多個存儲單元的數據位。
7、 如權利要求1所述的半導體裝置，其中，所述一個或多個存儲單元包 括NAND快閃記憶體單元。
8、 一種從一個或多個存儲單元讀取數據的存儲器讀取方法，包括以下步驟檢測被寫到一個或多個存儲單元的數據位的數目； 從所述一個或多個存儲單元僅讀取被檢測到的數據位。
9、 如權利要求8所述的方法，其中，檢測被寫入的數據位的數目的步驟 包括檢測由塊狀態確認單元指示的位的數目。
10、 如權利要求9所述的方法，其中，塊狀態確認單元中指示的位的數目比被存儲在所述一個或多個存儲單元中的一個存儲單元中的數據位的數目 少一位。
11、 如權利要求10所述的方法，其中，至少一個存儲塊包括所述塊狀態 確認單元和所述一個或多個存儲單元。
12、 如權利要求8所述的方法，其中，所述一個或多個存儲單元包括能 夠存儲多個數據位的多級快閃記憶體單元。
13、 如權利要求8所述的方法，其中，使用被讀取的數據位來檢驗被寫 到所述一個或多個存儲單元的數據，基於被檢測到的數據位的數目，僅對被寫到存儲單元的數據位執行檢驗。
14、 如權利要求13所述的方法，其中，所述檢驗的過程包括由控制器讀 取塊狀態確認單元中存儲的信息。
15、 一種存儲器編程方法，包括以下步驟 將數據寫到多個存儲單元；存儲指示被寫到所述多個存儲單元的數據位的數目的信息； 僅檢驗由所述存儲的信息指示的被寫入的數據位。
16、 如權利要求15所述的方法，其中，存儲指示被寫入的數據位的數目 的信息的步驟包括將位的數目存儲到塊狀態確認單元。
17、 如權利要求15所述的方法，其中，所述多個存儲單元包括能夠存儲 多個數據位的多級快閃記憶體單元。
18、 如權利要求16所述的方法，其中，在存儲所述信息的過程中，被存 儲的信息的位的數目比在所述多個存儲單元中的每個存儲單元中存儲的數據 位的數目少一位。
19、 如權利要求18所述的方法，其中，至少一個存儲塊包括所述塊狀態 確認單元和所述多個存儲單元。
20、 如權利要求18所述的方法，其中，所述檢驗的步驟包括基於在對 應的塊狀態確認單元中存儲的所述信息，通過控制器檢驗被寫到所述多個存 儲單元的數據位。
全文摘要
本發明提供了一種具有可存儲指示被寫到多個存儲單元的數據位的數目的信息的塊狀態確認單元的半導體裝置、一種基於被寫入的數據位的數目讀取存儲器數據的方法和/或一種存儲指示被寫入的數據位的數目的信息的存儲器編程方法。該半導體裝置可包括控制器和一個或多個存儲塊。每個存儲塊可包括塊狀態確認單元和多個存儲單元，塊狀態確認單元存儲指示被寫到存儲單元的數據位的數目的信息，每個存儲單元存儲數據。控制器可基於塊狀態確認單元中的信息中指示的數據位的數目來從存儲塊讀取該數據位。
文檔編號G11C16/06GK101329914SQ200810110170
公開日2008年12月24日 申請日期2008年6月13日 優先權日2007年6月22日
發明者樸允童, 樸珠姬, 權奇元, 李承勳, 玄在雄, 趙慶來 申請人:三星電子株式會社