[发明专利]多层单元闪存及其软信息位读取电压阈值动态调整方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种多层单元闪存MLC及其软信息位读取电压阈值动态调整方法。

背景技术

闪存器件中的存储单元通过向浮栅中注入电子的方式来记录数据，同时存储单元还通过读取阈值电压来判断浮栅中保存的逻辑。当闪存器件经过多次地擦写之后，其物理特性逐渐衰退，从而导致数据错误的增加。

随着闪存工艺的更新换代，存储单元中的沟道宽度正在不断地缩减，闪存器件的集成度也迅速提高；单位容量的存储价格则不断下降。在这种工艺不断升级的过程中，闪存器件却面临着新的挑战。事实上，存储单元在进行各种操作的同时，还会有读扰动、编程扰动、浮栅耦合效应等多种寄生效应伴随发生，这些效应会干扰存储单元的正常操作，进而导致闪存器件中的数据发生错误。这种由寄生效应导致数据错误的现象在制造工艺进入亚20纳米以后正变得更加显著。存储单元沟道宽度的减小以及核心工作降低导致闪存器件更容易受到寄生效应的干扰，从而使得存储数据发生错误的数目迅猛增加，这种状况严重影响了闪存器件的使用寿命。采用20纳米新工艺制造的多层次存储闪存，其擦写循环次数已由有原先的3000次减退到了500次，并且随着在旧工艺条件下生产的闪存器件的逐步停产以及新工艺闪存的投产，闪存器件的这种高容量短寿命的趋势将会进一步加剧。尽管新工艺的闪存器件可以满足一般场合的应用要求，但是在固态硬盘等高强度存储领域中，由于控制器需要对闪存芯片进行大量的擦写操作，因此其无法满足固态硬盘等应用领域的需求。新工艺条件所带来的寿命缩减严重地制约了固态硬盘等存储设备的应用。

目前，新工艺的多层次存储单元(MLC)闪存器件都设计有软信息位读取(Soft Bit Read)功能。这种功能可以判定当前读取的电压状态是否处于明确的预定电压状态中，并结合错误校验模块的处理，提高闪存控制器对数据错误的侦测及纠错能力。如图1所示，对于多层次存储闪存的存储单元，设计有四种电压状态E、D1、D2和D3来表征两位的逻辑值，并使用标准读取电压1、2、3来区分存储单元当前的电压状态，从而将电压状态转换为存储的逻辑信息。然而，在闪存器件的使用过程中，由于受到寿命损耗以及浮栅耦合效应的影响，闪存存储单元中的电压状态会发生重叠，若存储单元当前的电压状态处于重叠区时，使用标准读取电压得到的状态信息可能会发生错误判断，导致闪存器件出现数据错误。而软信息位读取功能加强了闪存器件读取存储单元中电压状态的能力，在标准读取电压1、2、3的基础上，闪存器件分别增加了低读取电压1、2、3以及高读取电压1、2、3，来确定存储单元中电压状态所处的重叠区域，即，高、低读取电压之间的阈值A、B和C。通过软信息位读取后，当存储单元电压状态处于重叠区域时，得到结果为“1”，否则为“0”。

尽管软信息位读取功能可以帮助闪存控制器提高对数据错误的侦测能力，然而，闪存器件仅仅只是提供了这种功能，闪存控制器对电压状态重叠区域的阈值调整方式和幅度均需要闪存控制器根据实际状况进行精确地设定，否则闪存控制器通过软信息位读取所获得的结果中会包含大量的误判信息，影响软信息位读取的结果。此外，重叠区的范围并不固定，随着闪存损耗的增加以及器件物理特性的衰退，重叠区的范围也在不断扩大，这也增加了采样电压阈值调整的控制难度。若不能及时调整采用电压阈值，同样也会导致软信息位读取过程中对数据错误的漏判。另一方面，若电压阈值调整得过大，又会使得在软信息位读取过程将处于明确电压状态的存储数据误判为错误数据。因此，闪存控制器需要有一种能对高、低读取电压与标准读取电压之间的阈值幅度进行精确跟踪和配置的方法，能够降低误判概率，为数据的纠错操作提供可靠的依据。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提出了一种多层单元闪存及其软信息位读取电压阈值动态调整方法读取电压阈值的动态调整的方法，有效降低了软信息位读取(Soft Bit Read)过程中的误判概率。

本发明的技术构思是通过捕获闪存芯片中物理块的损耗状态，从而实现对数据错误的有效侦测，为错误校验模块提供更多软信息，降低由纠错失败所引发的信息丢失风险。这种新的错误跟踪侦测技术的特征在于通过将闪存的外信息与读取阈值相关联的方式获取错误发生的概率。

为解决上述技术问题，本发明提出了一种多层单元闪存，具有软信息位读取功能，包括用于对原始数据进行处理的错误校验模块，其特征在于，还包括阈值控制算法单元、误判监控模块以及外信息获取模块；

所述外信息获取模块，用于获取所述多层单元闪存的损耗状况并输出到所述阈值控制算法单元；