CN104051010A - 用于编程包含多个区块的非易失性存储器的方法及装置 - Google Patents

用于编程包含多个区块的非易失性存储器的方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于编程包含多个区块的非易失性存储器的方法及装置，每一区块包含多个区域，每一区域包含至少一页，以及每一页包含多个存储单元;该方法包括对照一损坏的区域表而确认该多个区域的一当前区域，以决定该当前区域是否损坏;该损坏的区域表记录关于该存储器中一区域是良好或损坏的信息;若该当前区域未损坏，该方法更包含使用该当前区域来用于编程。

Description

用于编程包含多个区块的非易失性存储器的方法及装置
本申请是基于2013年3月12日提交的申请号为61/776,796的关国临时申请案且主张其权益，该美国临时申请的全部内容以参考方式结合于此。
技术领域
本发明是关于管理非易失性存储器中的损坏区域，及更特别地，关于用于编程具有损坏区域的非易失性存储器的方法及装置。
背景技术
在非易失性(NV)存储器(例如NAND类型的闪存或3D垂直栅(3DVG)NATqD闪存)中，存储单元通常在阶层式结构中管理。NV存储器中的基本编程单元是一页，其中一组存储单元可在一编程期间一起被编程。一或多页可由一字线(WL）控制，其施加电压至该页中存储单元的控制栅。在惯用非3DVGNV存储器中，一个WL可能仅控制一页。然而，在3DVGNV存储器中，一个WL可控制彼此垂直叠层的多页，例如4或8页。如本发明所使用的，由相同WL所控制的一组页称为一WL区域(注意针对惯用非3DVGNV存储器来说一WL区域可能相当于一页)。再者，一组WL区域(例如32或64个WL区域)可形成一区块，其构成一擦除单元。也就是说，在一区块中的所有存储单元在一擦除操作中被一起擦除。
NV存储器中的一WL、一页或一存储单元可能由于各种因素而损坏，使得由损坏的WL所控制的多页、损坏的页、或损坏的存储单元可能变成无法存取或不能储存数据，并因此变得不能用。例如，在3DVGNV存储器中，一WL可能因为WL开路或WL短路而损坏。具有损坏的WL、损坏的页、或损坏的存储单元的WL区域在本发明称之为损坏的WL区域。依惯例，在NV存储器中，逻辑到实体(L2P)映像是设计在区块阶段。也就是说，该NV存储器中的每一区块被分派一L2P映射。因此，可能很难绕过一区块中的一损坏的WL区域。必然地，具有损坏的WL区域的区块必须被标记为坏的区块，并因此不能用于储存数据。也就是说，一区块(其可能包含32或64个WL区域)中一个损坏的WL区域将导致整个区块不能用，即使该区块中其他WL区域并未损坏。这造成浪费的储存容量。另一方面，如果该L2P映像是设计在页阶段(即，每一页被分派一L2P映像)，需要用于L2P映射的RAM的量可能显着增加，这可能显着增加成本。
发明内容
根据本发明，提供了一种用于编程一非易失性存储器的方法。该存储器包含多个区块，每一区块包含多个区域，每一区域包含至少一页，且每一页包含多个存储单元。该方法包含对照一损坏区域表来确认该多个区域的一当前区域，以决定该当前区域是否损坏。损坏区域表记录关于该存储器中一区域是良好或损坏的信息。该方法更包含若该当前区域未损坏，使用该当前区域来用于编程。
此外，根据本发明，提供了用于控制非易失性存储器的编程的装置。该存储器包含多个区块，每一区块包含多个区域，每一区域包含由一相同字线所控制的至少一页，且每一页包含多个存储单元。该装置包含配置以储存一损坏区域表的一储存媒体，该损坏区域表记录关于该存储器中一区域是良好或损坏的信息。该装置更包含一控制器，配置以对照损坏区域表来确认该多个区域的一当前区域，以决定该当前区域是否损坏，以及若该当前区域未损坏，使用该当前区域来用于编程。
与本发明相符的特征和优点某种程度上提出于以下描述中，以及某种程度上从所述描述是显而易见的，或可由本发明的实践获悉。这样的特征和优点可由特别是所附请求项所指出的组件和组合而理解和得到。
可以理解的是，上述的概括说明和下面的详细描述仅为示例性和说明性的，并非意欲于限制本发明的范围。
并入本说明书且构成其部分的所附随图式伴随描述说明数个本发明的实施例，供为解释本发明的原则。
附图说明
图1描绘存储器中存储单元的示例性区块的阶层式结构。
图2标出针对存储器中所有WL区域而提供的示例性损坏宇线(WL)表。
图3绘示出根据一示例性实施例的一字线逻辑到实体地址映像表。
图4A及图4B是流程图，其示出根据用于找出并编程一良好WL区域的一示例性实施例的方法。
图5绘示出存储单元的一示例性区块。
图6绘示出根据一示例性实施例用于控制一存储器的编程的装置。
【符号说明】
100、500 区块
102 非易失性存储器
200 损坏的WL表
30O WLL2P表
400 流程图
600 装置
602 储存媒体
604 存储器控制器
具体实施方式
符合本发明的实施例包含用于通过找出并编程存储器中的良好字线(WL)区域而管理非易失性存储器的方法，以及用于通过找出并编程存储器中的良好字线(WL)区域而管理非易失性存储器的装置。
符合本发明的实施例将参照图式描述于下文。只要有可能，相同的组件符号将用于指代遍及多个图式中相同或类似的部分。
图1描绘非易失性存储器102中示例性区块100的阶层式结构。如图1所示，示例性区块100包含64个WL区域:WL-0至WL-63。在示例性区块100中的每一个WL区域包含8页。例如，WL区域WL-O包含页-0至页-7的多个页。在图1中所示的示例性区块100中，WL区域WL-2以及WL-3是损坏的。依惯例，由于损坏的WL区域WL-2以及WL-3，该示例性区块100会被标记为损坏的并因此不被用来储存数据。与本发明的实施例相符，损坏的WL区域WL-2以及WL-3被“绕过”，且示例性区块100中其他良好的WL区域仍可用来储存数据。注意到图1仅是为了说明的目的，存储器中的区块可具有与图1中所示不同的阶层式结构。例如，区块可包含更多或更少的WL区域，以及WL区域可包含更多或更少的页。与本发明的实施例相符的方法以及装置可应用至该示例性区块以及具有不同阶层式结构的其他区块。
与本发明的实施例相符，损坏的WL表是提供以记录关于存储器中一WL区域是良好或损坏的信息。在一些实施例中，损坏的WL表是提供以用于存储器中的所有WL区域。在其他实施例中，损坏的WL表是提供以用于存储器中比所有WL区域少的WL区域。例如，图2示出示例性损坏的WL表200，其是提供以用于非易失性存储器的所有WL区域。在与图2示出的损坏的WL表相关联的存储器中，共有262,144个WL区域:WL-O至WL-262143。每一WL区域被分配一故障指示符，该故障指示符指示相对应的WL区域是良好的还是损坏的。如图2所示，该故障指示符可以为具有0或1的值的一错误位(fail bit)。在图2所示出的范例中，一个具有0值的错误位指出相对应的WL区域并未损坏，而一个具有1值的错误位指出相对应的WL区域是损坏的。在其他实施例中，这可以是相反的。
与本发明的实施例相符，在损坏的WL表200中，WL区域可由它们的实体地址(在下文中，此实体地址亦称之为实体WL地址)所识别。因此，关于一特定WL区域的损坏信息可通过使用其实体WL地址作为索引来搜寻该损坏的WL表200中的该WL区域而得到。
与本发明的实施例相符，可在存储器被制造出来之后通过测试该存储器而创建损坏的WL表200。在该测试期间，如果一WL被损坏，或一WL区域包含一或更多被损坏的页，该相应的WL区域被分配指出该WL区域被损坏的一故障指示符(failure indicator)。在损坏的WL表200被创建之后，其储存在例如该存储器的一分配区域中。该分配的区域包含一些未损坏的页。接着，一测试流程可读取该损坏的WL表200中的信息并将该损坏的WL表200储存至另一存储器(例如硬盘机之类的大量储存装置)中。此外，当该存储器被一主机存取时，该损坏的WL表200可被载入至一RAM。
与本发明的实施例相符，针对存储器中的WL区域提供一逻辑到实体地址映像表(于下文中，此映像表称为WLL2P表)。可针对存储器中的所有WL区域提供该WLL2P表，或可针对存储器中的部份WL区域提供该WLL2P表。在一些实施例中，该WLL2P表包含针对存储器中多个WL区域的每一个WL区域的地址映像。也就是说，记录在WLL2P表中的每一地址映像将一WL的一逻辑地址(于下文中此逻辑地址亦称之为逻辑WL地址)关联至该WL的一实体WL地址(即，该地址映像将一逻辑WL地址“转译”至一实体WL地址)。该逻辑WL地址可以为由主机(例如使用该存储器的系统)用来识别一WL区域的地址。例如，当不同主机正存取该存储器或当不同应用程序正在执行，WL区域的实体WL地址可映像至不同逻辑WL地址。
在一些实施例中，存储器的一或更多区块被保留来储存WLL2P表。当该存储器正被主机存取时，一部分或整个的WLL2P表可被载至该主机所使用的RAM中。被保留来储存WLL2P表的区块可由存储器控制器所控制。
图3绘示出与本发明的实施例相符的示例性WLL2p表300。在图3所示出的示例性WLL2P表300中，示出了N对的逻辑-实体WL地址，其中N是主机使用WLL2P表300可寻址的逻辑WL区域的最大数目。在一些实施例中，N可小于主机所使用的存储器中实际(实体)WL区域的总数。在图3中，“Log-”之后的数字代表逻辑地址的次序。类似地，“Phy-”之后的数字代表实体地址的次序。如图3所示，WL L2P表300中逻辑地址的次序可能不会与实体地址的次序一致。例如，在图3中，第一个逻辑WL地址Log-0对应于第一个实体WL地址Phy-O，第二个逻辑WL地址Log-1对应于第11个实体WL地址Phy-l0，且最后一个逻辑WL地址Log-W-l)对应于第(K-l)个实体WL地址Phy-K。因此，使用与本发明的实施例相符的WLL2P表可提供至存储器中WL区域的随机存取，即，WL-区域层级的随机存取。
与本发明的实施例相符，在一WL区域中，页的逻辑地址和页的实体地址之间的相应性可为连续的以及依序的。也就是说，在一WL区域中一页的逻辑地址的相对位置可能与该WL区域中一页的实体地址的相对位置相同。
如上所述，WLL2P表300可包含针对存储器中多个WL区域的每一WL区域的地址映像。在其他实施例中，存储器中数个实体连续的WL区域可被分组在一起，且WLL2P表300可包含针对多个这样的组的每一组的地址映像。也就是说，记录在WLL2P表中的每一地址映像可相关于多组实体连续的WL区域中的其中一组的一逻辑地址和一实体地址。例如，记录在WLL2P表中的一地址映像可相关于一组实体连续的WL区域中一预先决定的WL区域(例如第一个WL区域)的逻辑地址和实体地址。该组中的其他WL区域的实体地址可通过地址映像和该组中的其他WL区域的相对位置来决定。作为另外一个范例，一组实体连续的WL区域可被分配作为整体的一逻辑地址和一实体地址，且记录在WLL2P表中的一地址映像可相关于该组的该逻辑地址和该实体地址。该组中的该WL区域的实体WL地址可由地址映像和该组中的该WL区域的相对位置来决定。
图4A及图4B是示出与本发明的实施例相符的用以定位出良好WL区域(即未损坏的WL区域)并编程该良好WL区域的示例性方法的流程图400。根据本发明的实施例，基于损坏的WL表200来定位良好的WL区域，接着所定位的良好WL区域是用来写入新数据。在一些实施例中，存储器控制器是执行定位和编程良好WL区域的方法。
在一些实施例中，一区块中的WL区域被确认，且若确认结果良好，则该区块被用于根据它们的实体WL地址而按顺序编程。如图4A所示，在402，一当前区块被确认以决定它是否已满，并因此需要另一个区块。于此，一当前区块代表当前正被确认的一区块。各种方式可用来确认该当前区块是否已满。例如，当前区块是否已满可通过确认该当前区块的计数而决定，该当前区块的计数是用以记录已被确认的WL区域的数目。当一WL区域被确认，且也用于编程或被决定是损坏的，该计数增加1。该计数被确认以决定其是否等于该当前区块中WL区域的数目，若是，该当前区块被决定已满。作为另一个示例，该当前区块的最后一页可被读取以决定当前区块是否已满。若该当前区块的最后一页已被编程，该当前区块被决定已满。
若该当前区块未满，该方法继续进行至404，在404，该当前区块中第一个未满WL区域被设定为当前WL区域。在406，该当前WL区域被对照着损坏的WL表200而确认，以决定该当前WL区域是否损坏。如先前所述，该当前WL区域的实体WL地址被用作为搜寻损坏的WL表200的索引，以确认该当前WL区域是否是记录在损坏的WL表200中。
若在402，该当前区块被决定已满，方法继续进行至408，在408，取回一空的区块并将其设定为当前区块，并且，在所取得的空的区块中的第一个WL区域被设定为当前WL区域。然后，方法继续进行至406。在一些实施例中，一空的区块队列被用来记录所有空的区块。当区块中的数据被完全擦除后，则将该区块推至空的区块队列中，其等待在未来被取回。因此，在408，可从该空的区块队列取回空的区块。
若在406决定该当前WL区域是损坏的，进一步决定该当前WL区域是否为该当前区块中的最后一个WL区域，以决定是否需要使用另一个区块(410)。若该当前WL区域是该当前区块中的最后一个WL区域，方法继续进行至408，取回一个空的区块以用于后续步骤。若该当前WL区域不是该当前区块中的最后一个WL区域，方法继续进行至412，在412，该当前WL区域的下一个新的WL区域(也就是，该新的WL区域的实体WL地址接在该当前WL区域的实体WL地址之后)被取回并设定为当前WL区域以用于后续步骤。接着，方法继续进行至406，以确认此WL区域是否已损坏。
如图4B所示，若该当前WL区域未损坏，主机意图写入新数据的逻辑WL地址(于下文中称之为目标逻辑WL地址)被映像至该当前WL区域的实体WL地址(414)。WLL2P表300被更新以反映此映射。在416，决定该当前WL区域是否要被覆写。若该当前WL区域已具有储存于其中的数据，则该当前WL区域需要被覆写。若该当前WL区域不具有储存于其中的现存数据，也就是说如果该当前WL区域是空的WL区域，则该当前WL区域不须要被覆写，且该新数据是被直接写入该当前WL区域(418)。
另一方面，若该当前WL区域具有现存数据，则该当前WL区域须要被“覆写”。然而新数据无法被直接写入该当前WL区域中。例如，图5绘示出存储单元的示例性区块500。参照图5，第i个WL区域WL-(i-l)是当前WL区域，其中前j页(页-0至页-(j-1））已经具有储存于其中的数据。下一个空的页是页-j，其并非该当前WL区域WL-(i-l)的第一页。然而，新数据无法直接被写入页-j。该当前WL区域(即区域WL-(i-1））的现存数据须要被复制到另一个空的WL区域，并且该新数据被写入该另一个WL区域。因此，在图4B的420，一个空的区块被取得并且在所取得空区块中的第一个WL区域被设定为新的空WL区域。在一些实施例中，空的区块是从空的区块队列取回。
在422，新的空WL区域被确认以决定其是否已损坏。若是，该新的WL区域被确认以决定其在所取回空区块中是否为最后一个WL区域(424)。若是，方法继续进行至420，在420，取回另一个空的区块。若该新的WL区域不是在所取回空区块中的最后一个WL区域，在新的空WL区域之后的下一个空的WL区域(也就是，下一个空的WL区域的实体WL地址接在新的空WL区域的实体WL地址之后)被设定为新的空WL区域(426)。接着方法继续进行至422。
在422，若该新的空WL区域被决定为良好WL区域，即，未损坏，目标逻辑WL地址是进一步被映像至新的空WL区域的实体WL地址(428)。在此阶段，目标逻辑WL地址事实上是映像至两个实体WL地址一即该当前WL区域的实体WL地址和该新的空WL区域的实体WL地址。该当前WL区域中的现存数据接着被复制到该新的空WL区域，并且新数据被写入该新的空WL区域(430)。在432，目标逻辑WL地址和该当前WL区域的实体WL地址之间的映像被移除，使得该目标逻辑WL地址仅映像至该新的空WL区域(其在此阶段事实上不是空的)的实体WL地址。WLL2P表300被更新。
图6绘示出用于控制存储器的编程的示例性装置600，其与本发明的实施例相符。该装置600包含储存媒体602和存储器控制器604。在一些实施例中，储存媒体602储存与本发明的实施例相符的损坏的WL表。在一些实施例中，储存媒体602亦储存与本发明的实施例相符的WLL2P表。存储器控制器604是配置以执行与本发明的实施例相符的方法，用以在损坏的WL区域的存在下管理存储器中损坏的WL区域以及编程该存储器。在一些实施例中，该装置600是位于该主机中。
在上述所描述的实施例中，一WL区域被使用为用于管理和处理的一单元，该WL区域包含由一相同WL所控制的一组页。然而，包含更多页(例如由两个或更多WL所控制的一组页)的一区域可作为用于管理和处理的单元。例如，作为一个更普遍的用于管理和处理的单元，一区域可包含一个WL区域、两个WL区域或甚至更多WL区域。本发明关于WL区域的描述亦广泛地应用至这样一个区域。因此，更广泛来说，记录关于一个区域是良好还是损坏的信息的表被提供，且被称为损坏区域表。再者，每一区域可被分派一个实体地址(据此称之为“实体区域地址”)，且被记录在损坏区域表中的区域可经由其实体区域地址而被识别。亦可提供区域L2P表，其包含针对一或多个区域的地址映像。每一地址映像相关于一区域的逻辑地址(据此称之为“逻辑区域地址”)至该区域的实体区域地址的映像。
例如，在这样的实施例中，损坏区域表被提供以记录关于一个区域是良好还是损坏的信息。
基于说明书和揭露于此的发明实践的考虑，本发明的其他实施例对于本领域技术人员而言是显而易见的。说明书和范例是意欲为仅被视为示例性的，本发明的真实范围和精神由随附权利要求范围表明。

Claims (21)

1.一种用于编程包含多个区块的一非易失性存储器的方法，每一区块包含多个区域，每一区域包含至少一页，以及每一页包含多个存储单元，该方法包括:
对照一损坏区域表而确认该多个区域的一当前区域，以决定该当前区域是否损坏，该损坏区域表记录关于该存储器中一区域是良好或损坏的信息;以及
若该当前区域未损坏，使用该当前区域来用于编程。
2.根据权利要求1所述的方法，
其中该损坏区域表包括相应于该多个区域中至少一些区域的位指示符，该位指示符中每一位指示符具有一第一值和一第二值的其中之一，该第一值指出该相应的区域是一损坏的区域，以及该第二值指出该相应的区域是一良好区域，以及
其中对照该损坏区域表而确认该当前区域包含决定相应于该当前区域的该位指示符是具有该第一值或该第二值。
3.根据权利要求1所述的方法，更包括:
测试该区域中的至少一些区域，以识别损坏的区域以及良好区域，如果该区域中的至少一存储单元是不能存取的或不能储存数据的，一区域是一损坏的区域;以及
根据所测试结果将信息插入指出所测试区域是否损坏的该损坏区域表。
4.根据权利要求1所述的方法，更包括:
确认一当前区块是否已满，以及
若该当前区块已满:
寻找一空的区块;以及
将该空的区块中的一第一区域设定为该当前区域，以及
若该当前区块未满，设定该当前区块中一第一未满区域为该当前区域。
5.根据权利要求4所述的方法，其中寻找一空的区块包含:
从一空的区块队列取回该空的区块。
6.根据权利要求1所述的方法，
其中该损坏区域表记录该多个区域中一些区域的实体地址，以及
其中对照该损坏区域表确认该当前区域包含使用该当前区域的一实体地址来找出该损坏区域表中关于该当前区域是良好或损坏的信息。
7.根据权利要求1所述的方法，其中使用该当前区域用于编程包括:
决定该当前区域是否是空的;以及
若该当前区域被决定是空的，将新数据写入该当前区域的一第一页;以及
若该当前区域被决定不是空的:
寻找一新的良好区域，该新的良好区域是一空的区域;
将该当前区域中的现存数据复制到该新的良好区域中;以及
将该新数据写入该新的良好区域中。
8.根据权利要求7所述的方法，
其中该现存数据是存在该当前区域的第一或更多页中，
其中复制该现存数据至该新的良好区域包含复制该现存数据至该新的良好区域的一第一或更多页中，以及
其中将该新数据写入该新的良好区域包含将该新数所写入该新的良好区域的该第一或更多页之后的一页中。
9.根据权利要求7所述的方法，其中寻找一新的良好区域包含:
寻找一空的区块;以及
设定该空的区块中一第一区域为该新的良好区域。
10.根据权利要求9所述的方法，其中寻找一空的区块包含:
从一空的区块队列取回该空的区块。
11.根据权利要求1所述的方法，其中该区域是一字线(WL)区域，该WL区域包含由一相同WL所控制的至少一页，且该损坏区域表是一损坏的WL表，该损坏的WL表记录关于一WL区域是良好或损坏的信息，
其中对照该损坏区域表而确认该当前区域包含对照该损坏的WL表而确认一当前WL区域，以及
其中使用该当前区域来用于编程包含使用该当前WL区域来用于编程。
12.一种用于控制包含多个区块的一非易失性存储器的编程的装置，每一区块包含多个区域，每一区域包含由一相同字线所控制的至少一页，以及每一页包含多个存储单元，该装置包括:
一储存媒体，配置以储存一损坏区域表，该损坏区域表记录关于该存储器中一区域是良好或损坏的信息;以及
一控制器，配置以:
对照该损坏区域表而确认该多个区域的一当前区域，以决定该当前区域是否损坏;以及
若该当前区域未损坏，使用该当前区域来用于编程。
13.根据权利要求12所述的装置，
其中该损坏区域表包括相应于该多个区域中至少一些区域的位指示符，该位指示符中每一位指示符具有一第一值和一第二值的其中之一，该第一值指出该相应的区域是一损坏的区域，以及该第二值指出该相应的区域是一良好区域，
该控制器更配置以:
决定相应于该当前区域的该位指示符是具有该第一值或该第二值。
14.根据权利要求12所述的装置，其中该控制器更配置以:
确认一当前区块是否已满，以及
若该当前区块已满:
寻找一空的区块;以及
将该空的区块中的一第一区域设定为该当前区域，以及
若该当前区块未满，设定该当前区块中一第一未满区域为该当前区域。
15.根据权利要求14所述的装置，其中该控制器更配置以:
从一空的区块队列取回该空的区块。
16.根据权利要求12所述的装置，
其中该损坏区域表记录该多个区域中一些区域的实体地址;
该控制器更配置以:
使用该当前区域的一实体地址来找出该损坏区域表中关于该当前区域是良好或损坏的信息。
17.根据权利要求12所述的装置，其中该控制器更配置以:
决定该当前区域是否是空的，以及
若该当前区域被决定是空的，将新数据写入该当前区域的一第一页，以及
若该当前区域被决定不是空的:
寻找一新的良好区域，该新的良好区域是一空的区域，
将该当前区域中的现存数据复制到该新的良好区域，以及
将该新数据写入该新的良好区域。
18.根据权利要求17所述的装置，
其中该现存数据是存在该当前区域的一第一或更多页中，
该控制器更配置以:
复制该现存数据至该新的良好区域的一第一或更多页中，以及
将该新数据写入该新的良好区域的该第一或更多页之后的一页中。
19.根据权利要求17所述的装置，其中该控制器更配置以:
寻找一空的区块，以及
设定该空的区块中一第一区域为该新的良好区域。
20.根据权利要求19所述的装置，其中该控制器更配置以:
从一空的区块队列取回该空的区块。
21.根据权利要求12所述的装置，
其中该区域是一字线(WL)区域，该WL区域包含由一相同WL所控制的至少一页，且该损坏区域表是一损坏的WL表，该损坏的WL表记录关于一WL区域是良好或损坏的信息，
该控制器被配置以:
对照该损坏的WL表而确认一当前WL区域，以决定该当前WL区域是否损坏，以及
若该当前WL区域未损坏，则使用该当前WL区域来用于编程。
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