JP5183625B2 - 適応能力を有するメモリ素子 - Google Patents
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Description
本発明は、米国特許仮出願60/747,106号(2006年5月12日出願)、米国特許仮出願60/822,236号(2006年8月13日出願)、米国特許仮出願60/825,913号(2006年9月17日出願)、米国特許仮出願60/866,071号(2006年11月16日出願)、米国特許仮出願60/866,860号(2006年11月22日出願)、米国特許仮出願60/867,399号(2006年11月28日出願)、米国特許仮出願60/871,838号(2006年12月26日出願)、米国特許仮出願60/882,240号(2006年12月28日出願)、米国特許仮出願60/883,071号(2007年1月2日出願)、米国特許仮出願60/885,987号(2007年1月22日出願)および米国特許仮出願60/889,277号(2007年2月11日出願)の利点を主張し、その開示は本明細書中に参照される。
一般に、単一レベルセル(SLC)素子と称されるメモリ素子では、各メモリセル中に1ビットの情報を記憶する。通常、セルの可能な閾値電圧の領域は、2つの領域に分けられる。2つのうちの1つの領域の電圧値は、「0」ビット値を示し、第2の領域に属する電圧は、「1」ビット値を示す。しばしば、マルチレベルセル(MLC)素子と称される、より密度の高い素子では、メモリセル毎に2つ以上のビットを記憶する。マルチレベルセルでは、閾値電圧の範囲は、2つを上回る領域に分けられ、各領域が1ビットを上回るビットを示す。
図1は、本発明の1実施形態によるメモリシステムを概略的に図示したブロック図である。
図2は、本発明の1実施形態によるメモリセルアレイを概略的に図示した図である。
図3は、本発明の1実施形態によるマルチレベルメモリセルアレイ中の、電圧分布を示したグラフである。
図4は、本発明の1実施形態によるメモリセルアレイ中のセル能力分布を示したグラフである。
図5は、本発明の1実施形態によるメモリセルアレイ中のブロックおよびページ構造を示した図である。
図6〜11は、本発明の実施形態によるメモリ素子の記憶密度を適応的に修正する方法を概略的に示したフローチャートである。
図12は、本発明の1実施形態による、可変能力のメモリ素子中にデータを記憶する方法を概略的に示したフローチャートである。
図13は、本発明の1実施形態による、可変能力のメモリ素子からデータを消去する方法を概略的に示したフローチャートである。
図14〜17は、本発明の1実施形態による、可変能力のメモリ素子中に、固定サイズのデータブロックを記憶する方法を概略的に示した図である。
フラッシュメモリなどのアナログメモリセルアレイの達成可能な記憶能力は、経時変化する。多くの場合、メモリセルアレイの達成可能な能力は、プログラミングおよび消去動作を繰り返すことにより、経時及びその他の効果により、時間の経過に応じて低減する。この能力の変化は、アレイ中のセル毎に異なる。一方、通常、メモリ素子は特定の信頼性レベルで特定の能力を提供する仕様が定められ、かつ特定のデータ保持期間の間、この仕様に合うように定められている。
システム記述
メモリアレイ構造および歪みのメカニズム
歪みと能力とのトレードオフ
メモリセルアレイに渡るセル能力の変化
適応密度割り当て方法
P&Vにより支援された密度割り当て
決定に向けた密度割り当て
プログラムされたデータの信頼性に基づいて、密度を適応させる
記憶構成の有限セット
通常、管理ユニット76中の記憶構成テーブルは、予設定されたセットから選ばれたあるデフォルトの記憶構成により初期化される。あるページを書き込む際に、MSP52は、このページの記憶構成により特定されたECCおよびレベルの数を用いて、データを符号化し、マッピングする(ページプログラミング工程214)。
上述したように、特定のメモリセル32中の歪みレベルは、セルが経験したプログラミングおよび消去動作の履歴に依存しうる。したがって、MSP52は、通常、より古いセルに対して、より低い記憶密度を有する記憶構成を割り当て、逆も行う。
MSP52は、特定のページ中の漏れ電流を推定する(漏れ推定工程234)。MSPは、記録されたプログラミングおよび消去時間に基づいて、漏れ電流を推定するために、様々な推定器および基準を用いることができる。例えば、漏れ電流は、以下の関数により推定されうる。
MSPは、上の工程234で行った漏れ電流推定を、上の工程238で行った歪み推定と組み合わせ、そのページの能力を推定する(能力推定工程242)。例えば、能力は、以下の関数を用いて推定可能である。
分数のセル毎ビット値を用いた密度の割り当て
可変能力メモリ素子中に、データを記憶および消去する。
可変能力メモリ素子中でのデータ記憶管理
磨耗平滑化の考慮
22 メモリコントローラ
24 メモリ素子
28 メモリ
32 アナログメモリセル
52 メモリ信号プロセッサ
60 信号処理ユニット
76 メモリ管理ユニット
Claims (30)
- 方法であって、
複数のアナログメモリセルそれぞれの到達可能な記憶容量を推定する工程であって、前記到達可能な記憶容量を推定する工程は、前記複数のアナログメモリセル中に書き込まれるアナログ値に影響を与えるそれぞれの歪みレベルを推定する工程と、前記歪みレベルに応答して前記到達可能な記憶容量を決定する工程を有する工程と、
前記推定された到達可能な容量に基づいて、前記メモリセル中に記憶されるべきデータ量を定義する記憶構成を、それぞれの前記メモリセルに割り当てる工程と、
前記割り当てられた記憶構成に基づいて、それぞれの前記メモリセル中にデータを記憶する工程と、
前記1つのメモリが1つのホストシステムに組み込まれて、前記データを前記ホストシステム中に記憶させるために使用された後に、それぞれの前記アナログメモリセルの到達可能な記憶容量を再推定する工程と、
前記再推定された到達可能な容量に応答して、前記記憶構成を修正する工程
を有することを特徴とする方法。 - 前記データを記憶する工程は、
1つの誤り訂正符号(ECC)を用いて前記データを符号化する工程と、
前記符号化されたデータを、1組の公称アナログ値から選択されたアナログ値に変換する工程と、
前記選択されたアナログ値をそれぞれの前記メモリセルに書き込む工程を有し、
それぞれの前記記憶構成は、前記データを記憶するために用いられる、1つのECC符号レートおよび1組の公称アナログ値の1つのサイズ、を特定する、ことを特徴とする請求項1に記載の方法。 - それぞれの前記アナログメモリセルに対し前記データを記憶する工程は、
前記データを1組の公称アナログ値から選択されたアナログ値に変換する工程と、
前記選択されたアナログ値を前記メモリセルに書き込む工程を有し、
それぞれの前記記憶構成は、前記アナログメモリセルに前記データを記憶するために用いられる前記公称アナログ値を特定する、ことを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 前記データを記憶する工程は、
前記データを前記アナログ値に変換する工程と、
前記アナログ値をそれぞれの前記メモリセルに書き込む工程を有することを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 前記歪みレベルを推定する工程は、
前記メモリセルから前記アナログ値を読み取る工程と、
前記メモリセルから読み取られた前記アナログ値に基づいて前記歪みレベルを推定する工程を有することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の方法。 - 前記歪みレベルを推定する工程は、
前記メモリセルから読み取られた前記アナログ値から前記データを再構築する工程と、
前記再構築されたデータに基づいて前記歪みレベルを演算する工程を有することをを特徴とする請求項5に記載の方法。 - 前記歪みレベルを演算する工程は、
前記メモリセルから読み取られた前記アナログ値のスカラー関数を合計する工程を有することを特徴とする請求項5に記載の方法。 - 前記スカラー関数を合計する工程は、
前記メモリセルから読み取られた前記アナログ値と、前記データに対応して前記メモリセル中に記憶されたそれぞれの前記データの予測値との差分の二乗を合計する工程を有することを特徴とする請求項7に記載の方法。 - 前記歪みレベルを演算する工程は、
前記メモリセルから読み取られた前記アナログ値と、前記データに対応して前記メモリセル中に記憶されたそれぞれの前記データの予測値との差分が1つの所定の値を超えるメモリセルの数を勘定する工程を有することを特徴とする請求項6に記載の方法。 - 前記データを記憶する工程は、
前記メモリセル内に前記アナログ値を書き込む工程と、
1つの反復プログラミングおよび検証(P&V)プロセスを用いて、前記書き込まれたアナログ値を検証する工程を有し、
前記歪みレベルを推定する工程は、
前記P&Vプロセスにより検証された前記アナログ値に基づいて、前記歪みレベルを演算する工程を有することを特徴とする請求項4に記載の方法。 - 前記データを記憶する工程は、
前記メモリセル内に前記アナログ値を書き込む工程と、
1つのプログラムステップによりアナログ値を反復的に増分する1つの反復プログラミングおよび検証(P&V)プロセスを用いて、前記書き込まれたアナログ値を検証する工程を有し、
前記記憶構成は、前記反復P&Vプロセスにより用いられる前記プログラムステップの1つのサイズを規定する、ことを特徴とする請求項4に記載の方法。 - 前記データを記憶する工程は、
1群の前記メモリセルの中に記憶されるべき前記データを、1つの誤り訂正符号(ECC)を用いて符号化する工程と、
前記符号化されたデータを、前記1群のアナログメモリセルのそれぞれの中に記憶するためにアナログ値に変換する工程を有し、
前記到達可能な記憶容量を推定する工程は、
前記1群のメモリセル中の前記メモリセルから前記変換されたアナログ値を読み取る工程と、
前記読み取られたアナログ値と、前記アナログ値に最も近い1つの有効なECCの符号語との間の1つの距離値を求める工程を有し、
前記記憶構成を修正する工程は、
前記1群のメモリセルの前記記憶構成を、前記求められた距離値に応答して適応させる工程を有することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の方法。 - 前記到達可能な記憶容量を再推定する工程は、
前記メモリセル内に記憶された前記データを読み取る工程を有し、
前記記憶構成を修正する工程は、
前記読み取られたデータ中のエラーの検出に応答して、前記記憶構成を適応させる工程を有することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の方法。 - 前記データを記憶する工程は、
1つの誤り訂正符号(ECC)を用いて前記データを符号化する工程を有し、
前記記憶構成を適応させる工程は、
ECCの1つの符号レートを修正する工程を有することを特徴とする請求項13に記載の方法。 - 前記メモリセルの到達可能な容量を推定する工程は、
それぞれの前記メモリセルに対して行われた過去のプログラミングおよび消去動作を追跡する工程と、
追跡された前記過去のプログラミングおよび消去動作に応答して、前記到達可能な容量を推定する工程を有することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の方法。 - 前記到達可能な容量を推定する工程は、
前記過去のプログラミングおよび消去動作から経過した時間の長さに応答して、到達可能な容量を演算する工程を有することを特徴とする請求項15に記載の方法。 - 前記データを記憶する工程は、
前記データの1つの冒頭の部分をアナログ値に変換する工程と、
前記アナログ値をそれぞれの前記メモリセル中に書き込む工程と、
これに続いて、前記メモリセル中に書き込まれた前記変換されたアナログ値を前記セルを消去することなく増大させることにより、前記データの1つの追加部分を前記メモリセルの少なくともいくつかに記憶する工程を有することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の方法。 - 前記データを記憶する工程は、
前記データに冗長ビットを加える1つの誤り訂正符号(ECC)を用いて前記データを符号化する工程と、
前記冗長ビットをいくつかの前記アナログメモリセル中に記憶する工程を含み、
前記記憶構成を修正する工程は、
前記ECCにより加えられた幾つかの前記冗長ビットを、前記セルを消去することなく修正する工程を有することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の方法。 - 前記冗長ビットを記憶する工程は、前記データとは別に前記冗長ビットを記憶する工程を有することを特徴とする請求項18に記載の方法。
- 前記記憶構成を割り当てる工程は、
1組の可能な記憶構成を予め規定する工程を有し、
前記記憶構成を修正する工程は、
前記予め規定された1組の記憶構成から更新された記憶構成を選択する工程を有することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の方法。 - 少なくとも1つの前記記憶構成で規定される前記データの量は、1つの非整数のセル当りビット数を特定することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の方法。
- 前記データを記憶する工程は、
前記メモリセルに前記データを書き込む前に前記データを圧縮する工程を有し、
前記記憶構成は、前記データが圧縮されるそれぞれの圧縮レートを規定する、ことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の方法。 - 前記記憶構成を割り当てる工程は、それぞれの1群の前記メモリセルに対して前記記憶構成を規定する工程を有することをを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の方法。
- 前記メモリセル中に前記データを記憶する工程は、
前記メモリの中に記憶するための1つのデータ項目を受け取る工程と、
前記割り当てられた記憶構成に応答して、前記データ項目を記憶するための1つのサブ組の前記メモリセルを選択する工程と、
前記選択された1つのサブ組の前記メモリセルの中に前記データ項目を記憶する工程を有することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の方法。 - 前記到達可能な記憶容量を再推定する工程は、前記データが記憶されず、かつ読み取りされないアイドル期間中に行われることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の方法。
- 前記記憶構成を割り当てる工程、および前記記憶構成を修正する工程は、1つの構成テーブルに前記記憶構成を記憶する工程を有することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の方法。
- 前記メモリが前記ホストシステムに組み込まれる前に、前記構成テーブルに前記記憶構成の初期値を記憶させる工程を有することを特徴とする請求項26に記載の方法。
- 前記記憶構成を割り当てる工程、および前記記憶構成を修正する工程は、前記メモリセル中に記憶された前記データの量と、各前記推定された到達可能な容量との間に1つの既定の余裕を維持する工程を有することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の方法。
- 前記歪みは、少なくとも部分的に、前記アナログメモリセル中の漏れ電流により引き起こされ、前記歪みを推定する工程は、前記漏れ電流を推定する工程を有することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の方法。
- 複数のアナログメモリセルを有する1つのメモリと通信するように配されている1つのインタフェースと、
前記複数のアナログメモリセル中に書き込まれるアナログ値に影響を与えるそれぞれの歪みレベルを推定し、前記歪みレベルに応答して到達可能な記憶容量を決定することによって前記各メモリセルの前記到達可能な記憶容量を推定し、前記推定された到達可能な容量に基づいて、前記メモリセル中に記憶されるべきデータの量を定義する記憶構成を前記各メモリセルに割り当て、前記割り当てられた各記憶構成に基づいて、前記メモリセル中に前記データを記憶し、前記メモリが1つのホストシステムに組み込まれて前記データを前記ホストシステム中に記憶させるために使用された後に、前記アナログメモリセルの各到達可能な記憶容量を再推定し、前記再推定された到達可能な容量に応答して前記記憶構成を修正するように配された1つのメモリ信号プロセッサ(MSP)と、
を有することを特徴とするデータ記憶装置。
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