[发明专利]闪存的储存状态决定方法及其相关系统

说明书

技术领域

本发明是有关于一种闪存的控制系统与方法，且特别是有关于一种闪存的储存状态决定方法及其相关系统。

背景技术

众所周知，与非门闪存(NAND flash memory)所组成的储存装置已经非常广泛的应用于各种电子产品。例如SD卡、固态硬盘等等。基本上，根据每个存储单元所储存的资料量可区分为每个存储单元储存一位的单层存储单元(Single-Level Cell，简称SLC)闪存、每个存储单元储存二位的多层存储单元(Multi-Level Cell，简称MLC)闪存、与每个存储单元储存三位的三层存储单元(Triple-Level Cell，简称TLC)闪存。

请参照图1，其所绘示为闪存内部存储单元排列示意图。其中，每个存储单元内包括一个浮动栅晶体管(floating gate transistor)。此存储单元可为SLC、MLC、或者TLC。如图所示，多个存储单元串行连接成一行(column)，而闪存中包括多行。再者，每一列的字符线(word line)可控制每行中的一个存储单元。

基本上，浮动栅晶体管中的浮动栅(floating gate)可以储存热载流子(hot carrier)，而根据热载流子储存量的多少可决定该浮动栅晶体管的临界电压(threshold voltage，简称V_TH)。也就是说，具有较高的临界电压的浮动栅极晶体管需要较高的栅极电压(gate voltage)来开启(turnon)浮动栅晶体管；反之，具有较低的临界电压的浮动栅极晶体管则可以用较低的栅极电压来开启浮动栅晶体管。

因此，于闪存的储存周期(program cycle)时，可控制注入浮动栅极的热载流子量，进而改变其临界电压。而在读取周期(read cycle)时，闪存中的感测电路(sensing circuit)即可根据浮动栅晶体管的临界电压来决定其储存状态。

理论上，为了能让一个存储单元具有不同的储存状态来表示不同的逻辑资料，一般会针对不同的储存状态预先设定对应的验证电压(verifyvoltage，简称V_VE)。

请参照图2，其所绘示为SLC闪存中的储存状态与临界电压关系示意图。理论上，在SLC闪存中，一个存储单元可以有两种储存状态。因此，系统会预先设定验证电压V_VEA来定义两种储存状态，例如状态E及状态A，用以分别代表逻辑资料1及0。基本上，当存储单元未注入热载流子时，可视为状态E；当存储单元注入热载流子，使存储单元的临界电压V_TH高于验证电压V_VEA之后，即视为状态A。再者，状态A具有较高电平，状态E具有较低电平。

实际上，于相同的储存状态下并非每个存储单元的临界电压都会相同，而是会往验证电压V_VE的正方向偏移并呈现一临界电压分布，其分布具有一中位(median)临界电压。由图2可知，大部分数目的存储单元在状态E时的临界电压为中位临界电压V_THE，而少部份数目的存储单元的临界电压则分布在中位临界电压V_THE的两侧；同理，大部分数目的存储单元在状态A时的临界电压为中位临界电压V_THA，而少部份数目的存储单元的临界电压则分布在中位临界电压V_THA的两侧。

根据以上的特性，于读取周期时即可提供一切割电压(slicingvoltage，Vs)至字符线，并根据每个存储单元是否开启而得知其储存状态。由图2可知，切割电压Vs可以设定在两个储存状态的临界电压分布之间。当存储单元可以开启时，其储存状态即为状态E；当存储单元无法开启时，其储存状态即为状态A。

同理，请参照图3，其所绘示为MLC闪存中的储存状态与临界电压关系示意图。在MLC闪存中，一个存储单元可以有四种储存状态E、A、B及C，用以分别代表逻辑资料11、10、00及01。因此，系统会预先设定三个验证电压V_VEA、V_VEB及V_VEC来定义上述四种储存状态。在未注入热载流子时，可视为状态E，而随着热载流子注入存储单元的数量渐增，使存储单元的临界电压V_TH依序高于验证电压V_VEA、V_VEB及V_VEC之后，其依序可得到状态A、状态B及状态C。其中，状态C具有最高电平，状态B次之，状态A具在次之，状态E具有最低电平。