CN102646447A - 非易失性存储器件、存储控制器及其方法 - Google Patents

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CN102646447A CN2011104541012A CN201110454101A CN102646447A CN 102646447 A CN102646447 A CN 102646447A CN 2011104541012 A CN2011104541012 A CN 2011104541012A CN 201110454101 A CN201110454101 A CN 201110454101A CN 102646447 A CN102646447 A CN 102646447A
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Abstract

本方法包括接收从控制器输出的块地址和擦除命令，以及改变与擦除操作相关的参数值，直到完成根据擦除命令对相应于所述程序块地址的块执行的擦除操作被完成。本方法还包括存储相应于最终改变的参数值的信息，以及根据从控制器输出的命令向控制器发送所述信息。

Description

非易失性存储器件、存储控制器及其方法
相关申请的交叉引用
此申请要求2011年2月22日提交的美国临时专利申请No.61/445,281和2011年2月22日提交的韩国专利申请No.10-2011-0015475的优先权，通过引用将每个的公开的全部内容合并与此。
技术领域
本发明构思的实施例涉及半导体器件，更具体地，涉及用于检测闪存单元的退化(deterioration)的方法以及执行该方法的器件。
背景技术
根据编程周期和/或擦除周期的数量来确定闪存器件的使用寿命。因此，为了稳定地使用闪存器件，包括在闪存器件中的多个块上的耗损平衡(wear-leveling)方案被应用。根据在多个块的每一个上的擦除周期的数量来应用耗损平衡方案。
发明内容
本发明总的发明构思提供用于检测闪存的退化的方法以及与此相关的器件。至少一些实施例提供实时检测。至少一些实施例提供调整块的耗损平衡的级别的方法，所述块是通过使用退化信息的擦除操作的目标。
教导了一种非易失性存储器件的操作方法的实施例，包括：接收从控制器输出的块地址和擦除命令；改变与擦除操作相关的参数值，直到完成根据擦除命令对相应于所述块地址的块执行的擦除操作；存储相应于最终改变的参数值的信息；以及根据从控制器输出的命令向控制器发送信息。所述命令可以是要求有关所述擦除操作的成功或失败的信息的读状态命令。
所述参数值是下述中的至少一个：直到块被擦除所需的时间、递增步长脉冲擦除(ISPE)循环计数、递增步长脉冲擦除(ISPE)电压、ISPE的每个擦除循环的每个擦除脉冲的宽度和振幅中的至少一个、擦除验证脉冲的宽度和振幅中的至少一个、非易失性存储器件的温度、在擦除操作期间提供给所述块的电压以及对所述块的擦除计数。
可以利用指示所述擦除操作的成功或失败的状态位向控制器发送所述信息。
教导了一种控制器的操作方法的示例实施例，包括：为了擦除非易失性存储器件中的块，向非易失性存储器件发送关于所述块的块地址和擦除命令；向非易失性存储器件发送命令；接收响应于所述命令从非易失性存储器件输出的并且相应于与根据所述擦除命令的擦除操作相关的参数值的信息；分析接收的信息；以及根据所述分析将所述块的耗损平衡的级别分类到多个组中的一个中。所述命令可以是要求有关所述擦除操作的成功或失败的信息的读状态命令。
所述控制器的操作方法还可以包括根据所述分析结果重分类所述块的当前耗损平衡的级别。所述控制器的操作方法还可以包括由所述控制器向非易失性存储器件发送分类或重分类的结果。
所述信息指示下述中的至少一个：直到块被擦除所需的时间、递增步长脉冲擦除(ISPE)循环计数、递增步长脉冲擦除(ISPE)电压、ISPE的每个擦除循环的每个擦除脉冲的宽度和振幅中的至少一个、擦除验证脉冲的宽度和振幅中的至少一个、非易失性存储器件的温度、在擦除操作期间提供给所述块的电压以及对所述块的擦除计数。
教导了一种存储系统的示例实施例，所述存储系统包括在其中具体实现了块的非易失性存储器件和控制所述非易失性存储器件的操作的控制器，所述操作方法包括：由所述控制器向所述非易失性存储器件发送关于块的块地址和擦除命令；由所述控制器向所述非易失性存储器件发送命令；由所述控制器接收响应于所述命令从非易失性存储器件输出的并且相应于与根据所述擦除命令的擦除操作相关的参数值的信息；由所述控制器分析所述信息；以及根据所述分析将所述块的耗损平衡的级别分类到多个组中的一个中。
所述存储系统的操作方法还可以包括：由所述非易失性存储器件改变与擦除操作相关的参数值，直到完成根据擦除命令执行的对所述块的擦除操作；将最终改变的参数值存储为所述信息；以及当所述命令是读状态命令时，由所述非易失性存储器件响应于所述读状态命令向所述控制器发送信息。
所述存储系统的操作方法还可以包括由所述控制器将所述块的当前耗损平衡的级别进行重分类，所述重分类导致至少一个块从一个组改变到另一组。
所述存储系统可以是智能卡或固态驱动器(SSD)。
教导了一种存储控制器的示例实施例，包括被配置为存储程序的存储器，以及被配置为执行存储在所述存储器中的程序的处理器。当所述程序被执行时，所述处理器被配置为：为了擦除非易失性存储器件中的块，执行向非易失性存储器件发送关于所述块的块地址和擦除命令；向非易失性存储器件发送命令；接收响应于所述命令从非易失性存储器件输出的并且相应于与根据所述擦除命令的擦除操作相关的参数值的信息；分析所述信息；以及根据分析结果将所述块的耗损平衡的级别分类到多个组中的一个中。
所述命令可以是要求有关所述擦除操作的成功或失败的信息的读状态命令。所述信息指示下述中的至少一个：直到块被擦除所需的时间、递增步长脉冲擦除(ISPE)循环计数、递增步长脉冲擦除(ISPE)电压、ISPE的每个擦除循环的每个擦除脉冲的宽度和振幅中的至少一个、擦除验证脉冲的宽度和振幅中的至少一个、非易失性存储器件的温度、在擦除操作期间提供给所述块的电压以及对所述块的擦除计数。
教导了一种非易失性存储器件的示例实施例，包括：存储单元阵列，该存储单元阵列包括多个块；以及控制逻辑，被配置为：接收从控制器输出的块地址和擦除命令；改变与所述擦除操作相关的参数值，直到完成根据所述擦除命令对所述多个块当中根据所述块地址指定的块执行的擦除操作；在存储器中存储相应于最终改变的参数值的信息；以及根据从所述控制器输出的命令向所述控制器发送所述信息。
所述命令可以是要求有关所述擦除操作的成功或失败的信息的读状态命令。所述信息是下述中的至少一个：直到块被擦除所需的时间、递增步长脉冲擦除(ISPE)循环计数、递增步长脉冲擦除(ISPE)电压、ISPE的每个擦除循环的每个擦除脉冲的宽度和振幅中的至少一个、擦除验证脉冲的宽度和振幅中的至少一个、非易失性存储器件的温度、在擦除操作期间提供给所述块的电压以及对所述块的擦除计数。
可以利用指示所述擦除操作的成功或失败的状态位向控制器发送所述信息。
一种耗损平衡的方法，包括：接收非易失性存储器中的块的退化信息，基于所述退化信息确定退化指示符，所述退化指示符表示在所述块的存储单元中捕获的电荷的数量，以及基于所述退化指示符将所述块分类到耗损平衡组中。
附图说明
通过下面结合附图进行的对示例实施例的描述，本发明的这些和/或其他方面和/或优点将会变得清楚和更加容易理解，其中：
图1示出根据示例实施例的包括非易失性存储器件的存储系统的框图；
图2示出从图1中示出的非易失性存储器件输出的状态寄存器数据的示例实施例；
图3示出图1中示出的存储系统的操作时序图的示例实施例；
图4示出图1中示出的非易失性存储器件的示意性框图；
图5示出图1中示出的非易失性存储器件的框图；
图6是用于阐明图1中示出的非易失性存储器件的擦除操作以及状态寄存器数据的输出过程的流程图；
图7是用于阐明图1中示出的非易失性存储器件中执行的递增步长脉冲擦除(ISPE)方案的时序图；
图8示出耗损指数(wearing index)和编程/擦除周期。
图9是用于阐明图1中示出的非易失性存储器件的编程操作以及状态寄存器数据的输出过程的流程图；
图10示出图1中示出的存储系统的操作时序图的另一示例实施例；
图11是用于阐明图1中示出的非易失性存储器件中执行的递增步长脉冲编程(ISPP)方案的时序图；
图12示出状态寄存器数据和编程/擦除周期之间的关系；
图13是用于阐明在图1中示出的存储系统中执行的耗损平衡方法的流程图；
图14是用于阐明图1中示出的存储系统的耗损平衡管理方法的表格；
图15示出根据另一示例实施例的包括非易失性存储器件的存储系统的框图；
图16是用于阐明图15中示出的存储系统的操作的流程图；
图17示出包括图1或图15中示出的存储控制器和非易失性存储器件的数据处理系统的示例实施例；以及
图18示出包括图1或图15中示出的存储控制器和非易失性存储器件的数据处理系统的另一示例实施例。
具体实施方式
现在将参照在其中示出实施例的附图在以下更充分地描述示例实施例。然而，可以以许多不同的形式实现示例实施例并且不应该认为实施例限于那些此处阐述的实施例。相反地，提供这些实施例以使得本公开是彻底和完整的，并且对本领域技术人员充分地表达本发明的范围。在附图中，为了清楚可以放大层和区域的大小和相对大小。遍及附图，相似的标号指示相似的元件。
应该理解，当元件被称作与另一元件“连接”或″耦接″，该元件可直接与另一元件连接或耦接，或存在一个或多个中间层元件。相反地，当元件被称作与另一元件“直接连接”或″直接耦接″，则不存在中间层元件。如在此所用，术语“和/或”包括一个或多个相关的列出项的任意和所有组合，并可被缩写为“/”。
应该理解，虽然术语第一、第二等在此用作描述不同的元素，但是这些元件可以不限于这些术语。这些术语仅用于将一个元件与另一个区别开。例如，第一信号可以称为第二元素，类似地，第二元素可以被称为第一信号而不背离示例实施例的教导。
此处使用的术语仅为描述特定实施例的目的，并不旨在限制本发明。如此处使用的“一”、“一个”和“该”也旨在包括复数形式，除非上下文清楚地指示相反情况。还应该理解，当在本说明书中使用“包含”和/或“包括”时，确定了所述的特征、区域、整数、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但是没有排除一个或多个其他特征、区域、整数、步骤、操作、元素、组件和/或其组的存在或添加。
除非另外定义，所有在此使用的术语(包括技术的和科技的术语)具有相同的含义，该含义通常能够被本发明所属的技术领域的普通技术人员理解。还将理解，诸如那些定义在通用词典中的术语应该解释为具有在相关技术领域和/或本申请的上下文中的含义相一致的含义，而不应该以理想化或过度正式的感觉解释，除非此处明确定义。
2009年9月14日提交的美国专利申请No.12/558,630“Method ofoperating nonvolatile memory device and memory system”以及2010年3月18日提交的美国专利申请No.12/726,408“Nonvolatile memory device and relatedprogramming method”通过引用全部合并于此。
图1示出根据示例实施例的包括非易失性存储器件的存储系统的框图。参照图1，存储系统10包括存储控制器20和非易失性存储器件30。存储系统10可以是包括闪存的任何系统。
存储控制器20生成地址和命令，例如，用于控制非易失性存储器件30的操作的编程命令、读命令或擦除命令，所述操作例如编程操作、读操作或擦除操作。
按页执行编程操作和读操作，并且按块执行擦除操作。
存储控制器20输出用于实时检测包括在非易失性存储器件30中的存储单元的退化程度的命令CMD。例如，命令CMD可以是例如读状态命令的命令，用于获得有关来自非易失性存储器件30的擦除操作或编程操作的成功(或通过)或失败的信息。此外，命令CMD可以是参照图15阐明的命令。
非易失性存储器件30根据命令CMD向存储控制器20发送指示退化程度的退化程度信息。
退化程度信息可以被称作与擦除操作或编程操作相关的参数值、相应于参数值的信息、或状态寄存器数据SRD。
例如，退化程度信息包括确定包括在页或块中的多个存储单元中的每一个的退化程度所需的任何信息，所述页是编程操作的目标，所述块是擦除操作的目标。
例如，与擦除操作相关的退化程度信息可以包括：直到作为擦除操作的目标的块被实际上擦除所需的时间；递增步长脉冲擦除(ISPE)循环计数；ISPE电压，例如ISPE最终擦除电压；图7的每个擦除循环LP1到LPi的每个擦除脉冲EPi的宽度和振幅中的至少一个；图7的擦除验证脉冲EV的宽度和振幅中的至少一个；非易失性存储器件30的温度；块的温度；在擦除操作期间提供给块的至少一个电压；非易失性存储器件30的操作电压；和/或对块的擦除计数。
此外，与编程操作相关的退化程度信息包括：直到作为编程操作的目标的页实际上被编程所需的时间；递增步长脉冲编程(ISPP)循环计数；ISPP电压，例如ISPP初始编程电压或ISPP最终编程电压；图11的每个编程循环LP1到LPj的每个编程脉冲PPj的宽度和振幅中的至少一个；图11的编程验证脉冲的宽度和振幅中的至少一个；非易失性存储器件30的温度；页的温度；在编程操作期间提供的至少一个电压；非易失性存储器件30的操作电压；和/或页上的编程计数。
编程/擦除(P/E)周期或编程/擦除(P/E)周期的数量影响闪存单元的退化。此处，对角线“/”意思是和/或。
存储控制器20可以根据从非易失性存储器件30输出的退化程度信息来按组执行耗损平衡。
ISPP方案意思是向所选择的字线提供编程电压以将编程之后的单元分布控制在期望的宽度内的方法，该编程电压每一编程循环增加一电压(例如，恒定电压)。
另外，ISPE方案意思是向所选择的块提供擦除电压以将单元分布控制在如ISPP方案的擦除版本期望的宽度内的方法，所述擦除电压每一擦除循环增加一电压(例如，恒定电压)。
当非易失性存储器件30执行擦除操作时，与擦除操作相关的参数值或相应于参数值的信息(例如，ISPE循环计数、ISPE电压和P/E周期中的一个)被存储在存储器中(例如，实现在图5中示出的非易失性存储器件30中的状态寄存器151或存储单元阵列120)。
此外，当非易失性存储器件30执行编程操作时，与编程操作相关的参数值或相应于参数值的信息(例如，ISPP循环计数、ISPP电压和P/E周期中的一个)被存储在存储器(例如，实现在图5中示出的非易失性存储器件30中的状态寄存器151或存储单元阵列120)中。
非易失性存储器件30响应于从存储控制器20输出的命令CMD向存储控制器20发送存储在存储器中的状态数据信息SRD。
因此，存储控制器20可以分析(或解码)状态数据信息SRD、根据分析结果分析当前编程的页或当前擦除的块的退化程度，以及根据分析结果对页或块执行耗损平衡。
将参照图13和图14详细说明由存储控制器20以组为基础执行的耗损平衡。
存储控制器20和非易失性存储器件30可以分别封装在封装中。根据实施例，存储控制器20和非易失性存储器件30可以封装在多芯片封装(MCP)中。
图2示出从图1中示出的非易失性存储器件输出的状态寄存器数据的示例实施例。
存储控制器20监视状态寄存器的状态位I/O 6或图3中示出的
Figure BDA0000127035950000081
的输出、根据监视结果检测编程操作(或编程周期)或擦除操作(或擦除周期)的终止(或完成)。当编程操作或擦除操作终止(或完成)时，存储控制器20向非易失性存储器件30发送命令CMD，例如，读状态命令。
非易失性存储器件30向存储控制器20发送具有状态位或写状态位I/O 0的状态寄存器数据SRD。
如图2中所示，非易失性存储器件30通过数据输入与输出接脚I/O 1-I/O5向存储控制器20发送关于当前编程的页或当前擦除的块的退化程度信息，即，状态寄存器数据SRD。
如上所述，状态寄存器数据SRD意思是退化程度信息、与擦除操作相关的参数值或相应于参数的信息、与编程操作相关的参数值或相应于参数的信息、和/或包括退化程度信息和其它信息一起的数据。
存储控制器20可以根据状态寄存器数据SRD实时确定在当前编程的页或当前擦除的块上的退化程度。存储控制器20还可以根据写状态位I/O 0的级别来确定编程操作或擦除操作的成功或失败。
表格1是用于阐明用于块的每个可能的ISPE循环计数的状态寄存器数据SRD输出的示范性表格。
表格1
  I/O 5   I/O 4   I/O 3   I/O 2   I/O1   ISPE循环计数
  0   0   0   0   1   1
  0   0   0   1   0   2
  0   0   0   1   1   3
  0   0   1   1   1   4
  ...   ...   ...   ...   ...   ...
表格2是用于阐明用于为擦除块提供的ISPE电压(图7的Verai，i是自然数，例如，ISPE最终擦除电压)的状态寄存器数据SRD输出的示范性表格。
表格2
Figure BDA0000127035950000091
如表格1和表格2中所示，当包括在通过使用ISPE方案执行擦除操作的非易失性存储器件30的存储单元阵列中的、例如单层单元(SLC)或多层单元(MLC)的存储单元变得耗损时，例如ISPE最终擦除电压的ISPE循环计数或ISPE循环电压增加。
表格3是用于阐明对于按页的每个可能的ISPE循环计数的状态寄存器数据SRD输出的示范性表格。
表格3
  I/O 5   I/O 4   I/O 3   I/O 2   I/O1   ISPE循环计数
  0   0   0   0   1   1
  0   0   0   1   0   2
  0   0   0   1   1   3
  0   0   1   1   1   4
  ...   ...   ...   ...   ...   ...
表格4是用于阐明在每个循环中为编程提供的ISPP循环电压的状态寄存器数据SRD输出的示范性表格(Vpgmj，j是自然数，例如，ISPP初始编程电压或ISPP最终编程电压)。
表格4
Figure BDA0000127035950000092
Figure BDA0000127035950000101
如表格3和表格4中所示，当包括在通过使用ISPP方案执行编程操作的非易失性存储器件30的存储单元阵列中的、例如SLC或MLC的存储单元变得耗损时，例如ISPP初始编程电压或最终编程电压的ISPP循环计数或ISPP循环电压增加。
存储控制器20可以通过使用状态寄存器数据SRD分析在当前擦除块或当前编程的页上的退化程度，并且存储控制器20可以根据分析结果将关于块或页的耗损平衡的级别分类(或归类)到组中。
图3示出图1中示出的存储系统的操作时序图的示例实施例。
Figure BDA0000127035950000102
输出——例如，I/O 6的输出，指示非易失性存储器件30的操作状态。当
Figure BDA0000127035950000103
输出处于低电平时，意思是在非易失性存储器件30中执行编程操作、读操作、或擦除操作。当
Figure BDA0000127035950000104
输出被从低电平转变(或改变)到高电平时，意思是编程操作、读操作、或擦除操作完成。
参照图1到图3，为擦除包括在非易失性存储器件30中的多个块中的一个，存储控制器20通过数据接脚I/Ox向非易失性存储器件30发送第一命令，例如，可以在60h中指示的擦除设置命令，其中x是自然数。
存储控制器20输出用于指定一个块的块地址ADD并且通过数据接脚I/Ox向非易失性存储器件30发送第二命令，例如，可以在D0h中指示的擦除确认命令。
根据擦除确认命令，非易失性存储器件30执行擦除由块地址ADD指定的块的擦除操作。此处，应用ISPE方案。在块擦除时间tBERS期间，非易失性存储器件30改变与擦除操作相关的参数值，例如，ISPE循环计数或ISPE电压，直到完成对如图7中示出的块的擦除操作。
相应于最终改变的参数值的信息，例如，当擦除操作成功时的参数值，可以被存储在存储器中，例如，图5中示出的状态寄存器151或存储单元阵列120。在块擦除时间tBERS期间，执行擦除操作和擦除验证操作32。
当擦除操作完成时，
Figure BDA0000127035950000105
输出从低电平转变为高电平。存储控制器20响应于被转变为高电平的输出通过数据接脚I/Ox向非易失性存储器件30发送第三命令，例如，可以在70h中指示的读状态命令。
非易失性存储器件30根据第三命令向存储控制器20发送具有写状态位的状态寄存器数据SRD 34。
存储控制器20根据通过输入/输出线I/O 0输入的写状态位确定擦除操作是成功与否。当写状态位是0时，存储控制器20确定擦除操作成功PASS，而当写状态位是1时，存储控制器20确定擦除操作失败FAIL。
图4示出图1中示出的存储控制器的示意性框图。
参照图4，存储控制器20包括处理器21、例如只读存储器(ROM)22这样的非易失性存储器件、以及例如随机存取存储器(RAM)或静态RAM(SRAM)23这样的易失性存储器器件。
在非易失性存储器件22中，用于执行一系列操作的程序被存储为固件。
处理器21通过执行存储在非易失性存储器件22中的程序来执行一系列操作。
参照图1到图4，详细说明由处理器21执行的一系列操作。
处理器21向非易失性存储器件30发送块的块地址ADD和擦除命令，例如，D0h，以擦除非易失性存储器件30中的特定块。
处理器21响应于转变为高电平的R/B输出向非易失性存储器件30发送读状态命令，例如70h。非易失性存储器件30根据读状态命令向处理器21输出存储在存储器中的、相应于最终改变的参数值的信息，即，状态寄存器数据SRD，所述存储器例如图5中示出的状态寄存器151或存储单元阵列120。
处理器21分析(或解码)接收的状态寄存器数据SRD，根据分析结果将块(在其中执行当前擦除操作的块)的耗损平衡的级别归类(或分类)到多个组中的一个中，以及向非易失性存储器件30发送归类(或分类)结果。
处理器21载入存储在RAM 23上的非易失性存储器件30中的闪存翻译层代码(FTL代码)以按组执行耗损平衡。
图5示出图1中示出的非易失性存储器件的框图。
参照图5，非易失性存储器件30包括用于存储数据的存储单元阵列120和存取电路122。
如上所述，按页执行编程操作和读操作，并且按块(或存储块)执行擦除操作。因此，块是多个页的组。
存储单元阵列120包括每个连接到每个位线BL1到BLm的NAND存储单元和每个包括串联连接的多个非易失性存储单元121的NAND存储单元串，其中m是自然数。根据示例实施例，存储单元阵列120可以通过晶圆堆叠、芯片堆叠或单元堆叠三维地具体实现。
每个NAND存储单元串可以以二维平面或层来排列或具体实现。
NAND存储单元串包括在连接到位线BL1的串选择晶体管(未示出)和连接到公共源线CSL的地选择晶体管(未示出)之间串联连接的多个非易失性存储单元121。
串选择晶体管的栅极连接到串选择线SSL，多个非易失性存储单元121的每个的栅极连接到多个字线WL0到WL63中的每一个，并且地选择晶体管的栅极连接到地选择线GSL。
为了说明的方便起见，图5示出64个字线WL0到WL63，然而，字线的数量不限于本发明中的数量。
包括在每个NAND存储单元串中的多个非易失性存储单元121中的每一个可以实现在存储一位或更多位的闪存电可擦可编程只读存储器(EEPROM)中。
因此，多个非易失性存储单元121中的每一个可以实现在NAND闪存单元中，例如，可以存储一位或更多位的单层单元(SLC)或多层单元(MLC)。
存取电路122根据从外部(例如，存储控制器20)输出的命令(或命令集)和地址来存取存储单元阵列120以执行数据存取操作，例如，编程操作、读操作或擦除操作。
存取电路122包括电压提供电路128、控制逻辑150、列解码器160、页缓冲器&感测放大器块170、Y-选通电路180和输入输出块190。
根据由控制逻辑150生成的控制代码C-CODE，电压提供电路128可以根据ISPE方案或ISPP方案来生成为数据存取操作所需的至少一个电压。
例如，在编程操作期间，编程电压Vpgm被提供给多个字线WL0到WL63当中所选择的字线，通过电压(pass voltage)被提供给多个字线WL0到WL63当中未选择的字线，地电压被提供给GSL、CSL和主体(bulk)，并且电源电压被提供给SSL。
例如，在擦除操作期间，擦除电压Verase被提供给包括在每个NAND存储单元串中的每个NAND存储单元的主体，并且地电压被提供给多个字线WL0到WL63。
电压提供电路128包括电压发生器130和行解码器140。
根据控制代码C_CODE，电压发生器130生成用于执行编程操作的编程电压Vpgm和编程验证电压Vpvfy，生成用于执行读操作的读电压，生成用于执行擦除操作的擦除电压Verase和擦除验证电压Vevfy，并向行解码器140输出用于每个操作的至少一个电压。
控制逻辑150根据从存储控制器20输出的控制信号CTRL来控制存取电路122的全部操作。例如，控制逻辑150可以将改变的退化程度信息存储在状态寄存器151或存储单元阵列120中直到完成在编程操作或擦除操作期间生成的退化程度信息。
根据从存储控制器20输出的命令，控制逻辑150可以为存储控制器20输出存储在状态寄存器151或存储单元阵列120中的退化程度信息作为状态寄存器数据。
列解码器160在控制逻辑150的控制下解码列地址并向Y-选通电路180输出多个选择信号。
页缓冲器&感测放大器块170包括多个页缓冲器PB。多个页缓冲器PB中的每一个连接到多个位线BL1到BLm中的每一个。
多个页缓冲器PB中的每一个可以根据控制逻辑150的控制在编程操作期间作为用于对存储单元阵列120中的数据进行编程的驱动器进行操作。此外，多个页缓冲器PB的每一个可以作为感测放大器进行操作，其可以根据控制逻辑150的控制在读操作或验证操作期间感测放大多个位线BL1到BLm的每个电压电平。
Y-选通电路180可以响应于从列解码器160输出的多个选择信号来在控制页缓冲器&感测放大器块170和输入/输出块190之间的数据传输。
输入/输出块190可以通过多个输入/输出接脚或数据总线向Y-选通电路180发送从外部输入的数据或向存储控制器20发送从Y-选通电路180输出的数据。
图6是用于阐明图1中示出的非易失性存储器件的擦除操作以及状态寄存器数据的输出过程的流程图。参照图1到图6，以下阐明非易失性存储器件30的擦除操作。
非易失性存储器件30接收从存储控制器20输出的擦除设置命令，例如，60h(S10)。
非易失性存储器件30接收从存储控制器20连续地输出的块地址ADD和擦除确认命令，例如，D0h(S12和S14)。
根据控制逻辑150的控制，非易失性存储器件30的存取电路122对由块地址ADD选择的块执行擦除操作和擦除验证操作。所述块实现在存储单元阵列120中。
直到根据擦除命令对由块地址ADD指定的块执行的擦除操作完成，控制逻辑150改变与擦除操作相关的参数值并将最终改变的参数值，例如，当擦除操作完成时使用的参数值，存储在状态寄存器151或存储单元阵列120中(S18)。
控制逻辑150接收从存储控制器20输出的命令，例如，读状态命令(S20)，并根据接收的命令向存储控制器20发送相应于存储在状态寄存器151或120中的参数值的退化程度信息，即，状态寄存器数据SRD。
该退化程度信息是用于参数值的信息，即，ISPE循环计数或ISPE电压。
根据示例实施例，利用写状态位I/O 0向控制器20发送指示擦除操作的成功或失败的退化程度信息。
图7是用于阐明图1中示出的非易失性存储器件中执行的ISPE方案的时序图。
EPi(其中i是自然数)意思是根据ISPE方案的擦除脉冲，Verai(其中i是自然数)意思是擦除电压，EV意思是在擦除验证操作中使用的擦除验证脉冲，并且Vevfy意思是擦除验证电压。
如图7中所示，ISPE最大循环计数被假设为i次，并且每个擦除循环LP1到LPi包括各个擦除脉冲EPi和擦除验证脉冲EV。
电压发生器130根据控制代码C-CODE通过连续地提高ISPE擦除电压Verai来执行擦除操作直到擦除操作完成或直到擦除操作成功，其中i是自然数。
例如，擦除操作可以在第一擦除电压Vrea1被提供的第一ISPE循环LP1中完成。在这种情况下，第一擦除电压Vrea1可以是ISPE最终擦除电压。因此，控制逻辑150可以将指示第一擦除电压Vrea1或ISPE循环计数——例如，1——的退化程度信息存储在状态寄存器151或存储单元阵列120中作为状态寄存器数据。
此外，擦除操作可以在第三擦除电压Vera3被提供的第三ISPE循环LP3中完成。在这种情况下，第三擦除电压Vrea3可以是ISPE最终擦除电压。因此，控制逻辑150可以将指示第三擦除电压Vrea3或ISPE循环计数——例如，3——退化程度信息存储在状态寄存器151或存储单元阵列120中作为状态寄存器数据，所述退化程度信息即最终改变的参数值。
图8示出耗损指数和编程/擦除周期。
参照图8，L1是示出当对特定块连续地执行编程和/或擦除(P/E)——例如，测试步骤——时的耗损指数和有效P/E周期，并且L2是示出当在特定块上间断地执行P/E——例如，真实的使用步骤——时的耗损指数和有效编程和/或擦除周期。随着时间的流逝，L1已经改变为L2。也就是说，随着时间的流逝，包括在特定块中的退化的非易失性存储单元被自然地恢复。因此，本发明的一些发明构思是关于检测反映L2的特定块的退化程度。
如上所述，存储控制器20可以通过使用退化信息实时检测当当前擦除操作被执行时的时间点特定块的退化程度、与擦除操作相关的参数值、用于编程操作的参数值，即，状态寄存器数据SRD，并根据检测结果将块分类到特定组中。
图9是用于阐明图1中示出的非易失性存储器件的编程操作和状态寄存器数据的输出过程的流程图，而图10示出图1中示出的存储系统的操作时序图的另一示例实施例。
参照图1、图2、图4、图5、图9和图10，非易失性存储器件30的控制逻辑150接收从处理器21输出的串行数据输入命令，例如，80h。
非易失性存储器件30的控制逻辑150连续地接收页地址和页数据A/D(S110和S112)。
非易失性存储器件30的控制逻辑150接收编程命令，例如，在10h中指示的页编程确认命令(S114)。
非易失性存储器件30的控制逻辑150改变与编程操作相关的参数值，直到对相应于页地址的存储单元阵列120的页中的页数据进行编程的编程操作完成。
在编程时间tPROG期间，非易失性存储器件30的存取电路122执行编程操作和编程验证操作(图9的S116和图10的33)。
当编程操作完成时，控制逻辑150在状态寄存器151或存储单元阵列120中存储最终改变的参数值作为状态寄存器数据(S118)。
处理器21根据转变为高电平的
Figure BDA0000127035950000161
输出向非易失性存储器件30发送读状态命令，例如，70h。非易失性存储器件30接收读状态命令(S120)，并根据接收的读状态命令向处理器21输出相应于存储在存储器中的最终改变的参数值的信息，即，状态寄存器数据SRD(图9的S122和图10的35)，所述存储器例如图5中示出的状态寄存器151或存储单元阵列120。
处理器21解释(或分析)接收状态寄存器数据SRD，根据解释(或分析)结果将块上的耗损平衡的级别分类到多个组中的一个中，以及向非易失性存储器件30发送分类结果以将它存储为闪存翻译层(FTL)代码。
所述参数值可以是ISPE循环计数或ISPP电压。可以利用指示编程操作的成功或失败的写状态位将退化程度信息——即，状态寄存器数据SRD——发送到存储控制器20。
图11是用于阐明图1中示出的非易失性存储器件中执行的ISPP方案的时序图。
PPj(其中j是自然数)意思是编程脉冲，Vpgmj(其中j是自然数)意思是编程电压，PV意思是在编程验证操作中使用的编程验证脉冲，以及Vpvfy意思是编程验证电压。在编程验证操作期间，同样的电压可以在不同时间被提供给所选择的字线多于两次，并且每个不同的电压可以在不同时间被提供给所选择的字线多于两次。
如图11中所示，ISPP最大循环计数被假设为j次并且每个编程循环LP1到LPj包括每个编程脉冲PP和编程验证脉冲PV。
根据控制代码C-CODE，电压发生器130通过提高ISPP编程电压Vpgmj来连续地执行编程操作，直到编程操作完成，其中j是自然数。
例如，编程操作可以在第一编程电压Vpgm1被提供的第一ISPP循环LP1中完成。在这种情况下，第一编程电压Vpgm1可以是ISPP最终编程电压。因此，控制逻辑150可以将指示第一擦除电压Vpgm1或ISPE循环计数——例如，1——的最终改变的参数值存储在状态寄存器151或存储单元阵列120中作为状态寄存器数据。
此外，编程操作可以在第四编程电压Vpgm1被提供的第四ISPP循环LP4中完成。在这种情况下，第四编程电压Vpgm4可以是ISPP最终编程电压。因此，控制逻辑150可以将指示第四编程电压Vpgm4或ISPE循环计数——例如，4——的退化程度信息存储在状态寄存器151或存储单元阵列120中。
根据示例实施例，ISPP初始编程电压可以存储在状态寄存器151中作为退化程度信息。
图12示出状态寄存器数据和编程/擦除周期之间的关系。参照图12，示出在状态寄存器数据(SRD＝I/0[5:1])和P/E周期之间的关系。
如图12中所示，当P/E周期不大于500次时，状态寄存器数据(SRD＝I/0[5:1])可以是00000。当周期大于500次并且不大于1000次时，状态寄存器数据(SRD＝I/0[5:1])可以是00001，并且当P/E周期大于1000次并不大于1500次时，状态寄存器数据(SRD＝I/0[5:1])可以是00010。
参照图1和图12，控制逻辑150可以在状态寄存器151或存储单元阵列120中存储指示已执行的编程操作或擦除操作的数量，即，P/E周期。
因此，控制逻辑150可以在编程操作或擦除操作被执行以后，根据从存储控制器20输出的读状态命令，向存储控制器20输出存储在状态寄存器151或存储单元阵列120中的示出P/E周期的信息作为状态寄存器数据SRD。
根据示例实施例，退化程度信息可以在编程操作或擦除操作完成以后自动地被输出到存储控制器20作为状态寄存器数据SRD。
图13是用于阐明在图1中示出的存储系统中执行的耗损平衡方法的流程图，而图14是用于阐明图1中示出的存储系统的耗损平衡管理方法的表格。
参照图1、图2、图4、图13和图14，处理器21接收从非易失性存储器件30输出的状态寄存器数据SRD，即，退化程度信息(S210)。
处理器21解释(或解码)接收的状态寄存器数据SRD(S220)，并根据解释结果将当前擦除块——例如，BA2——的耗损平衡的级别分类到例如多个组G1、G2、G3、G4、G5、...当中的G2组中(S230)。这种分类不是简单地基于擦除计数，而是基于包括在块中的非易失性存储单元的退化程度或退化程度信息。
例如，处理器21可以从退化信息参数确定退化指示符，并基于确定的退化指示符对被擦除的块进行分类。举例来说，处理器21可以确定擦除循环计数作为退化指示符。擦除循环计数可以被确定为等于(最终擦除电压-开始擦除电压)/擦除电压间隔，其中擦除电压间隔是图7中示出的电压间隔Vera(i+1)-Verai中的一个。作为另一示例，处理器21可以将擦除循环计数确定为等于(合计擦除时间/用于一个循环的擦除时间)。可以基于用于编程操作的退化参数确定相同的退化指示符。因此，可以由处理器21对确定的擦除循环计数和确定的编程循环计数进行组合以确定虚拟P/E周期。随后处理器21可以基于确定的虚拟P/E周期来对块进行分类。
如图14中所示，被分类到第一组G1中并具有不大于10,000次的虚拟P/E周期的块是BA0、BA10、BA100等等，被分类到第二组G2中并具有大于10,000次且不大于20,000次的虚拟P/E周期的块是BA1、BA2、BA50等等，以及被分类到第三组G3中并具有大于20,000次且不大于30,000次的虚拟P/E周期的块是BA4、BA70、BA71等等。
处理器21可以在非易失性存储器件30的存储单元阵列120中将分类结果存储为FTL代码。例如，分类结果可以以FTL代码来记录并存储在存储单元阵列120中。FTL代码可以用作按组执行耗损平衡的指示符(或索引)。
例如，当前耗损平衡的级别属于多个耗损平衡组G1，G2、G3、G4、G5、...当中的组G2的块(例如，BA2)时，处理器21可以根据接收到的状态寄存器数据SRD的解释(或分析)结果把例如BA2和BA50的块再分类到例如G1和G4的另一组中，并将再分类的结果存储在非易失性存储器件30的存储单元阵列120中。即，不同于简单地计算P/E周期，可以改变块被分类到的耗损平衡组。随后，根据依据相关块的退化程度按组执行的耗损平衡，非易失性存储器件30的使用寿命可以变得更长。
处理器21使用退化程度信息作为实时指示包括在当前擦除块中的多个非易失性存储单元中的每一个中捕获的电荷的数量的指示符。因此，处理器21基于在多个非易失性存储单元中的每一个中捕获的电荷的数量来确定有关的块的耗损而不是通过简单地计算P/E的数量来决定相关块的耗损。
例如，因为非易失性存储器件30在擦除操作或编程操作期间存储最终改变的参数值(或每个改变的参数值)或最终更新参数值(或每个更新参数值)而不存储额外的擦除计数，所以可以减少存储元数据(例如，擦除计数)的存储器区域。
当假设在每个块中需要两个字节存储擦除计数时，有可能在非易失性存储器件30包括2,048块的情况下降低4K字节的存储器区域。
图15示出根据另一示例实施例的包括非易失性存储器件的存储系统的框图，而图16是用于阐明图15中示出的存储系统的操作的流程图。
参照图5、图15和图16，存储系统10’的存储控制器20向非易失性存储器件30输出用于得到退化程度信息的专用命令NCMD，例如，耗损状态读出命令。
非易失性存储器件30将在当当前擦除块上的擦除操作完成时使用的块上的退化程度信息——例如，与擦除操作相关的参数值或相应于参数的信息——存储在状态寄存器151中。
当擦除操作完成时(S310)，控制逻辑150接收耗损状态读出命令(S320)、读取存储在状态寄存器151中的退化程度信息——例如，指示耗损信息的状态寄存器数据(S330)，以及向存储控制器20发送读状态寄存器数据SRD(S340)。
处理器21解释(或分析)接收到的状态寄存器数据SRD，并根据解释(或分析)结果将当前擦除块的耗损平衡的级别分类到多个组中的一个中。
图17示出包括图1或图15中示出的存储控制器和非易失性存储器件的数据处理系统的示例实施例。
数据处理系统200可以实现在智能卡或存储卡中。数据处理系统200包括存储磁芯30、接口驱动器210、卡接口控制器220、以及存储磁芯接口230。
存储磁芯30的结构和操作与图5中示出的非易失性存储器件30的结构和操作相同或相似。接口驱动器210驱动从主机输出的信号并向卡接口控制器220发送驱动信号。
卡接口控制器220的结构和功能基本上与图1或图15中示出的存储控制器20的结构和功能相同。也就是说，卡接口控制器220向存储磁芯30输出用于得到有关当前擦除操作被执行的存储磁芯30的块的退化程度信息的命令，接收和分析从存储磁芯30输出的状态寄存器数据，以及根据分析结果将所述块的耗损平衡的级别分类到多个组中的一个中。
存储磁芯30和卡接口控制器220通过存储磁芯接口230通信。
图18示出包括图1或图15中示出的存储控制器和非易失性存储器件的数据处理系统的另一示例实施例。
参照图18，数据处理系统包括像固态驱动器(SSD)那样的数据处理设备300和主机350。
数据处理系统300可以包括多个闪存器件30、可以控制多个闪存器件30的每个数据处理操作的闪存控制器310、类似动态随机存取存储器(DRAM)的易失性存储器件340、以及控制在易失性存储器件340中的闪存控制器310和主机350之间交换的数据的存储的缓冲区管理程序330。
可以在个人电脑(PC)、蜂窝电话、智能电话、小平板PC、个人数字助理(PDA)、便携式多媒体播放器(PMP)、MP3播放器、数字照相机、导航设备、控制台、电子书或手持电子设备等等中实现图1或图15中示出的存储系统10或10’。
根据本发明实施例的方法和/或器件可以实时地精确检测闪存单元的退化程度。
因此，本发明的方法和/或器件可以根据闪存单元的退化程度自适应地执行耗损平衡。
虽然已经示出和描述本发明总体构思的几个示范性实施例，但是本领域技术人员应该理解，在不脱离其范围在附加的权利要求及其等同物中定义的本发明总体构思的原则和精神的情况下可对这些示范性实施例进行改变。

Claims (22)

1.一种非易失性存储器件的操作方法，包括：
接收从控制器输出的块地址和擦除命令；
改变与擦除操作相关的参数值，直到完成根据擦除命令对相应于块地址的块执行的擦除操作；
存储相应于最终改变的参数值的信息；以及
根据从控制器输出的命令向所述控制器发送信息。
2.如权利要求1所述的操作方法，其中所述命令是要求有关擦除操作的成功或失败的信息的读状态命令。
3.如权利要求2所述的操作方法，其中所述参数值是下述中的至少一个：直到块被擦除所需的时间、递增步长脉冲擦除(ISPE)循环计数、递增步长脉冲擦除(ISPE)电压、ISPE的每个擦除循环的每个擦除脉冲的宽度和振幅中的至少一个、擦除验证脉冲的宽度和振幅中的至少一个、非易失性存储器件的温度、在擦除操作期间提供给所述块的电压以及对所述块的擦除计数。
4.如权利要求2所述的操作方法，其中利用指示擦除操作的成功或失败的状态位向控制器发送所述信息。
5.一种控制器的操作方法包括：
为了擦除非易失性存储器件中的块，向非易失性存储器件发送关于所述块的块地址和擦除命令；
向非易失性存储器件发送命令；
接收响应于所述命令从非易失性存储器件输出的并且相应于与根据所述擦除命令的擦除操作相关的参数值的信息；
分析接收到的信息；以及
根据所述分析将所述块的耗损平衡的级别分类到多个组中的一个中。
6.如权利要求5所述的操作方法，其中所述命令是要求有关擦除操作的成功或失败的信息的读状态命令。
7.如权利要求6所述的操作方法，还包括：
对所述块的当前耗损平衡的级别重分类。
8.如权利要求7所述的操作方法，还包括；
由所述控制器向所述非易失性存储器件发送所述分类或重分类的结果。
9.如权利要求6所述的操作方法，其中所述信息指示下述中的至少一个：直到块被擦除所需的时间、递增步长脉冲擦除(ISPE)循环计数、递增步长脉冲擦除(ISPE)电压、ISPE的每个擦除循环的每个擦除脉冲的宽度和振幅中的至少一个、擦除验证脉冲的宽度和振幅中的至少一个、非易失性存储器件的温度、在擦除操作期间提供给所述块的电压以及对所述块的擦除计数。
10.一种存储系统的操作方法，所述存储系统包括在其中具体实现了块的非易失性存储器件和控制所述非易失性存储器件的操作的控制器，所述操作方法包括：
由所述控制器向所述非易失性存储器件发送关于块的块地址和擦除命令；
由所述控制器向所述非易失性存储器件发送命令；
由所述控制器接收响应于所述命令从非易失性存储器件输出的并且相应于与根据所述擦除命令的擦除操作相关的参数值的信息；
由所述控制器分析所述信息；以及
根据所述分析将所述块的耗损平衡的级别分类到多个组中的一个中。
11.如权利要求10所述的操作方法，还包括：
由所述非易失性存储器件改变与擦除操作相关的参数值，直到完成根据擦除命令对所述块执行的擦除操作；
将最终改变的参数值存储为所述信息；以及
当所述命令是读状态命令时，由所述非易失性存储器件响应于所述读状态命令向所述控制器发送信息。
12.如权利要求11所述的操作方法，还包括：
由所述控制器将所述块的耗损平衡的级别进行重分类，所述重分类导致至少一个块从一个组改变到另一组。
13.如权利要求11所述的操作方法，其中所述信息指示下述中的至少一个：直到块被擦除所需的时间、递增步长脉冲擦除(ISPE)循环计数、递增步长脉冲擦除(ISPE)电压、ISPE的每个擦除循环的每个擦除脉冲的宽度和振幅中的至少一个、擦除验证脉冲的宽度和振幅中的至少一个、非易失性存储器件的温度、在擦除操作期间提供给所述块的电压以及对所述块的擦除计数。
14.如权利要求10所述的操作方法，其中所述存储系统是智能卡。
15.如权利要求10所述的操作方法，其中所述存储系统是固态驱动器(SSD)。
16.一种存储控制器，包括：
被配置为存储程序的存储器；以及
被配置为执行存储在所述存储器中的程序的处理器，
其中，当所述程序被执行时，所述处理器被配置为，
为了擦除非易失性存储器件中的块，向所述非易失性存储器件发送关于所述块的块地址和擦除命令；
向非易失性存储器件发送命令；
接收响应于所述命令从非易失性存储器件输出的并且相应于与根据所述擦除命令的擦除操作相关的参数值的信息；
分析所述信息；以及
根据分析结果将所述块的耗损平衡的级别分类到多个组中的一个中。
17.如权利要求16所述的存储控制器，其中所述命令是要求有关擦除操作的成功或失败的信息的读状态命令。
其中所述信息指示下述中的至少一个：直到块被擦除所需的时间、递增步长脉冲擦除(ISPE)循环计数、递增步长脉冲擦除(ISPE)电压、ISPE的每个擦除循环的每个擦除脉冲的宽度和振幅中的至少一个、擦除验证脉冲的宽度和振幅中的至少一个、非易失性存储器件的温度、在擦除操作期间提供给所述块的电压以及对所述块的擦除计数。
18.一种非易失性存储器件，包括：
包括多个块的存储单元阵列；以及
控制逻辑，被配置为：接收从控制器输出的块地址和擦除命令；改变与所述擦除操作相关的参数值，直到完成根据所述擦除命令对所述多个块当中根据所述块地址指定的块执行的擦除操作；在存储器中存储相应于最终改变的参数值的信息；以及根据从所述控制器输出的命令向所述控制器发送所述信息。
19.如权利要求18所述的非易失性存储器件，其中所述命令是要求有关擦除操作的成功或失败的信息的读状态命令，
其中所述信息指示下述中的至少一个：直到块被擦除所需的时间、递增步长脉冲擦除(ISPE)循环计数、递增步长脉冲擦除(ISPE)电压、ISPE的每个擦除循环的每个擦除脉冲的宽度和振幅中的至少一个、擦除验证脉冲的宽度和振幅中的至少一个、非易失性存储器件的温度、在擦除操作期间提供给所述块的电压以及对所述块的擦除计数。
20.如权利要求18所述的非易失性存储器件，其中利用指示擦除操作的成功或失败的状态位向控制器发送所述信息。
21.一种耗损平衡的方法，包括：
接收用于非易失性存储中的块的退化信息；
基于所述退化信息确定至少一个退化指示符，所述退化指示符表示在所述块的存储单元中捕获的电荷的数量；以及
基于所述退化指示符将所述块分类到耗损平衡组中。
22.如权利要求21所述的操作方法，其中所述退化信息包括下述中的至少一个：直到块被擦除所需的时间、递增步长脉冲擦除(ISPE)循环计数、递增步长脉冲擦除(ISPE)电压、ISPE的每个擦除循环的每个擦除脉冲的宽度和振幅中的至少一个、擦除验证脉冲的宽度和振幅中的至少一个、非易失性存储器件的温度、在擦除操作期间提供给块的电压以及对所述块的擦除计数。
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