TW201248640A - Error estimation module and estimation method thereof for flash memory - Google Patents

Description

201248640 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 特別是指一種快 本發明是有關於一種資料儲存領域 閃記憶體糾錯過程的預估技術。 【先前技術】 快閃記憶體元件中的儲存單元通過向浮拇中注入電子 的方式來記錄邏輯資訊’同時儲存單元還通過讀取闊值電 壓來判斷浮柵中保存的邏輯1快閃記憶體元件經過多次 地擦寫之後，其元件特性衰退，導致快閃記憶體的程式化 時間縮短，而擦除時間延長。 快閃記憶體元件在操作的過程中，料隨著各種寄生 效應，從而導致快閃記憶體元件保存的資料發生錯誤。其 中，最主要的錯誤原因為：程式化擾動、讀擾動；通過擾 動以及浮柵耦合效應^當快閃記憶體元件進行程式化操作 時，快閃記憶體控制器將抬高字線（word line)上的電壓’，、這 將導致字線上相鄰的儲存單元產生意外寫動作即程式化 擾動。而在位線⑽line)方向上，同—位元線上的儲存^元 需要加上較高的通過電壓，使快閃記憶體儲存單元導通。 反復的寫操作會導致位元線上的單元發生意外的寫動作， p通過擾動。當快閃記憶體元件進行多次讀操作時，快閃 己隐體陣列將會反復導通，在快閃記憶體儲存單元的溝道 上會累積電子。若累積的電子達到快閃記憶體儲存單二 寫閾值時，會使快閃記憶體的儲存單元發生意外寫操作。 這裡，擾動會影響固態硬碟保存的資料正確性，嚴重的捽

S 3 201248640 動J會降低快閃記憶體元件的使用壽命。除此以外，浮栅 六μ也a▼來嚴重的錯誤。當快閃記憶體工藝不斷進 4疋件的密度不斷增加，從而導致單—儲存單元的浮 閥值電壓的變化對其臨近單元的電壓產生影響，造成意 -卜的電平移動’產生錯誤。快閃記憶體陣列中某-儲存單 $栅電Μ <化會對周圍儲存單元的浮柵造成擾動，從 而導致周圍儲存單元十保存的資料發生意外翻轉。 决門。己隐體7L件中所存在的各種擾動和輕合效應嚴重 干擾了快閃記憶體中所保存的資料，在實際使用的過程中 需要、4錯决算法對快閃記憶體中儲存的資料進行保護。缺 而，快閃記憶體控制器在利用諸如低密度校驗編碼等先進 杈驗編碼技術展開糾錯之前，必須要對通道中的錯誤進行 合理預估。因而，快閃記憶體控制器需要對快閃記憶體的 錯誤預估技術。 【發明内容】 b本發月之目的，即在提供—種快閃記憶體錯誤 預i古模組及其預估方法，為快閃記憶體的糾錯演算法提供 可罪的§十箅依據，提高系統的糾錯性能。 於是’本發明-種快閃記憶體錯誤預估模組，包含— 計時器一量化h丨表、—儲存頁表以及__錯誤素引表。 該計時器用於記錄㈣記憶體的程式化時間或擦除時間， 計時器收集的程式化時間或擦除時間作為量化索引的輸入 。該量化索引表用於記錄程式化等級與程式化時間之間的 映射關係’擦除等級與擦除時間之間的映射關係；捧除等

S 4 201248640 級代表該物理位元址所料庙认& B日1 所對應的快閃記憶體區塊的壽命狀態 ，程式化等級代表該等快閃記憶體區塊内部頁的壽命狀態 /該儲存頁表包括斜個連續儲存單元，每個連續儲存單 疋4冑㈣㈣體區塊的擦除等級、程式化等級 八中’&㈣記區塊的擦料級保存在料連續儲 :子：：的開頭，該快閃記憶體區塊内各個頁的程式化等級 二=:Γ續儲存單元内。該錯誤索引表包含區塊 頁錯誤索引表兩個部分’區塊錯誤索引表記 引：：：及對應的區塊錯誤率的映射關係，頁錯誤衾 快==化等級以及對應的頁錯誤率的映射關係。該 時t ’…曰误預估槟組接收快閃記憶體控制器發來的計 二吏能信號或快閃記憶體晶片發出…號作為 輸入’輸出錯誤預估值到錯誤校驗模組。 組的阱::月之$目的即在提供該快閃記憶體錯誤預估模 、、且的快閃錢體錯誤預估方法，包括以下具體步驟 ，記===進行擦除和程式化操作的壓力實驗 誤的二及快閃記憶體元件的錯 預估模乜n 索引表'錯誤索引表，作為 核组心了錯誤黯的先驗參縣； 該荨預估模組的計時与义 的擦除時間；在快閃，己體操作區塊 記憶體動作頁的程式行程式化時，採集當前快閃 通過查詢該量化帝μ 擦除等級，將程十化陆預估模組將擦除時間量化為 _式化時間量化為程式化等級，

S 5 201248640 將當前擦除等級、程式化等級以及二者對應的物理位 元址，保存在該儲存頁表中； 在快閃S己憶體控制器對快閃記憶體進行操作時，向該 等預估模組請求對所操作的物理位元址進行錯誤預估；由 預估模組從該儲存頁表中讀取相應物理位元址的程式化等 級以及擦除等級，並通過該錯誤索引表轉換為相應頁的預 估錯誤數目，從而完成預估操作。 。本發明之功效在於利用快閃記憶體元件中特定的物理 號來預先估。十§己憶體的錯誤率，為快閃記憶體的糾 錯演算法提供合適的錯誤估計。適合應用於固態硬碟控制 器、快閃記憶體控制器等以快閃記憶體元件為儲存介質的 場合中’大大提高了快閃記憶體元件的可靠性。 【實施方式】 有關本發明之前述及其他技術内容、特點與功效，在 以下配。參考®式之—個較佳實施例的詳細說明中，將可 清楚的呈現。 快閃記憶體元件中最基本的操作單元是頁’快閃記憶 體控制器可以對頁進行程式化或者讀取操作；在快閃記憶 體元件内。P由夕個頁又組成一個區塊’擦除操作的最小單 位疋快閃記憶體元件中的區塊。當快閃記憶體元件中的區 ，進仃擦除操作時，由快閃記憶體控制器記錄擦除操作所 化費的時間’备快閃記憶體中的頁進行程式化操作時快 閃記憶體控制器還將監控快閃記憶體元件的程式化時間。 參閱圖1與®| 2 ’快閃記憶體中的擦除時間和程式化時 6 Θ 201248640 Z與元件的操作次數存在關聯性。隨著㈣記憶㈣寫次 ’ &力其t除時間逐漸變長，而程式化時間則逐漸縮 ^造成這種現象的原因在於：擦寫操作造成快閃記憶體 :特性哀退’使元件的閾值電壓升高了。升高的閾值電 _導致快㈣憶體在操作過程中，程式化操作更加容易 广察寫操作更加困難。快閃記憶體區塊的擦除時間和程 2化時間真實地反映了快閃記憶體區塊的整體使用情況。 南的閾值電壓同時也意味著元件的物理寄生效應會更加 者，從而導致快閃記憶體的錯誤增加。因而，可以通過 對擦除時間和程式化時間的監控來預測快閃記憶體中的_ 誤。 曰 在快閃記憶體控制器中採用擦除時間和程式化時間進 之前’需要事先瞭解快閃記憶體元件擦除時間和程 時間的變化趨勢，以及擦除時間和程式化時間與快閃 記憶體的錯誤的關聯。這個關^ ^ ^ ^ ^ 件的壓力實……r 閃記憶體元 斷進驗中，對快閃記憶體元件不 情況以及快閃記憶體元件的錯誤;的時間變化 干的錯誤清况。通過對經驗資料收 ，整理和/刀析’建立擦除和程式化時間變化的表格、程 與錯誤率的對應表格’以及擦除時間與錯 對應表格，作為預估模組進行預估操作的先驗參考資料。 二圖3所示的預估模組介面1示意圖，預估模… =記憶體控制器(圖未示)中，並將所得到的預估資； 仏快閃記憶體控制器中的校驗模組3。快閃記㈣ 201248640 4與快閃記憶㈣制H之間通過資料匯流排5進行資料交換 ，並由快閃記憶體控制器的快閃記憶體介面模組6進行控 制；而在快閃記憶體晶片4的介面中有一組趟信號用來 指明快閃記憶體的工作狀態。當快閃記憶體在進行程式化 以及擦除操作時，R/B信號的電平將會進入有效狀態，表明 快閃記憶體目前正處於忙綠狀態，不會響應新的操作。當 操作結束以後，R/B信號將重新進入無效狀態，表明快閃記 憶體進入空間狀態。當快閃記憶體控制器對快閃記憶體元 件進行操作時，由預估模組2對快閃記憶體元件中r/b信 號的有效時間進行計時，從而獲得快閃記憶體在程式化或 者擦除操作中所花費的時間開銷，以説明預估模組2對快 閃記憶體元件的錯誤進行預估。預估模組2作出的預估錯 誤發送到檢驗模組3 ’檢賴組3對㈣記憶體的程式化或 者擦除操作進行錯誤檢驗。 除了採用R/B信號進行直接計時的方法以外，預估模 組2還可以通過與快閃記憶體控制器相配合的方式完成計 時。當快閃記憶體在進行擦除或者程式化操作時，快閃記 憶體控制器可以不斷地向快閃記憶體發送“讀狀態，，命令 ，以瞭解快閃記憶體的工作狀態。快閃記憶體控制器將根 據快閃記憶體完成操作前後，工作狀態的變化狀況，統計 出快閃記憶體在擦除或者程式化操作時所花費的時間開銷 ，並將所得到的計時資訊，發送給預估模組2，從而説明預 估模組2完成計時工作。 參閱圖3與圖4，預估模組2主要由計時器21、量化 8 201248640 索弓丨表22、儲存頁表a以 器對快閃記憶體進行操作二及^索引表24構成。當控制 動預估模組2中的計、’ #制器輸入使能信號，啟 作時間進行記錄。所記二21 ’開始對快閃記憶體的有效工 量化㈣表Μ中量間或擦除時間，將在 理位元址保存在儲存頁表23Γ級或擦除等級，並根據物 作時，從儲存頁表23 — 控制器需要進行糾錯操 以及擦除等級’並通過=理位元址的程式化等級 錯誤數目，從而完成預估^表24轉換為相應頁的預估 :二4與圖5,在操作〜收集 時間不便於保存，因此，· 搽除 及捧除時πs , '、 而要對程式化時間以 汉ί不陈Bf間進仃量化操作， 笼妨 冑連續的時間量化為離散的時 間專級’以方便預估模組2將 ㈣子 c ^ , , 叹果的貧枓進行索引和保存 量化過程通過量化索引表22 集的程式化時間或擦除時間作為量化實^ 引k錄有程式化等級與程式化時間之間的映㈣係，2 及擦除等級與擦除時間之間的映 θ 、射關係。I化索引將會查 找輸入的時間所對應的量化等級，從而對時間進行了量: 處理。 參閱圖4與圖6’量化後的程式化等級和擦除等級需要 以圖6所示的方式予以保存。擦除等級與程式化等級同物 理位元址相對應，擦除等級代表物理位元址所對應的快閃 記憶體區塊的使用壽命，而程式化等級則表徵快閃記憶體 區塊内部的頁使用壽命。當快閃記憶體的—個區塊内部包

S 9 201248640 塊的擦除等 行摔作時在快閃記憶體控制器對快閃記憶體進 模組2請求對所操作的物理位元址的錯 •、★懸模組2需要將該物理位元址的程式化等級 =除等級轉換為區塊或頁的預估錯誤數。預估模組2錯二 Μ 124實現時間等級到錯誤數的轉換。錯誤㈣表= 包含兩個部分構成：區塊錯誤索引241和頁錯誤索引⑷。 區塊錯誤索引241負責將區塊的擦除等級進行轉換；頁錯 誤索引242負責將頁的程式化等級進行轉換。錯誤索引表 24中的内容事先通過離線實驗完成。快閃記憶體控制器根 據需要獲取相應的區塊的預估錯誤’或者是頁的預估錯誤 〇 參閱圖4與圖8，在快閃記憶體控制器對快閃記憶體進 行操作時，向預估模組2請求對所操作的物理位元址的錯 誤預估。預估模組2進行預估操作的操作流程如圖8所示 。在預估模組2開始工作以後，進入計時步驟，在快閃記 隐體進行擦除時，採集當前快閃記憶體操作區塊的擦除時 間；在快閃記憶體進行程式化時，採集當前快閃記憶體動 作頁的程式化時間。S"}*時完成後’進入量化步驟，預估模 組2通過查詢所述量化索引表22，預估模組2將擦除時間 量化為擦除等級，將程式化時間量化為程式化等級，將當 前擦除等級、程式化等級以及二者對應的物理位元址，保

S 10 201248640 存在儲存頁表23中》當控制器需要進行糾錯操作時，從儲 存頁表23中5賣取相應物理位元址的程式化等級以及擦除等 級，並通過所述錯誤索引表24轉換為相應頁的預估錯誤數 目’從而完成預估操作。 惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不 能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利 範圍及發明說明内容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍 屬本發明專利涵蓋之範圍内。 【圖式簡單說明】 圖1是一本發明快閃記憶體錯誤預估模組及其方法的 量測示意圖’說明快閃記憶體元件程式化時㈣變化規律 « 9 圖2疋里測示思圊，說明本實施例快閃記憶體元件 擦除時間的變化規律； 圖3是一示意圖，說明預估模組介面； 圖4是一示意圖，說明預估模組内部結構； 圖5是一示意圖，說明操作時間索引表. 圖6是一示意圖，說明操作時間儲存結構表； 圖7是一示意圖，說明錯誤查詢索引表丨及 圖8是一流程示意圖，說明預估操作流程。 201248640 【主要元件符號說明】 1…… •…預估模組介面 242 ‘… …頁錯誤索引 2…… •…預估模組 3 ....... …校驗模組 21•.… …· s十時器 4 ....... …快閃記憶體晶片 22 …·量化索引表 5 ....... …^料匯&排 23·.... •…儲存頁表 6 ....... …快閃記憶體介面 24·.··. …·錯誤索引表 模組 241… •…區塊錯誤索引 3 12

Claims (1)

1. 201248640 七、申凊專利範圍： 與一快閃記憶體控制 且電連接一校驗模組 。種快閃D己憶體錯誤預估模組適合 器或-快閃記憶體晶片結合使用， ，並包含： 除時問，料，I 4記憶體的—程式化時間或一擦 ”计時器收集的程式化時間或” 化索引的輪入； 療除時間作為量 一量化索引表，記錄一程式化等 之間的映射關# 寻吸…亥耘式化時間 I係，以及一擦除等級與該擦除時 映射關係；該捧除黧妨a主# & 间的 不除4級代表该物理位址所對應 記憶體區塊的毒I μ & ^ ^ ^ ^ Γα1 紅塊之： 等級代表該快閃記憶 塊之-内部w的壽命狀態； 健存：儲！頁表，包括若干個連續儲存單元，每個連續 a 70用於崎該快閃記憶體區塊的擦除等級與程式 化等級’其中’該快閃記憶體區塊的擦除等級保存在該 連續儲存單元的開頭，該快閃記㈣區塊内各個頁^ 式化等級依次存放在該連續儲存單元内； 錯誤索引表，包含一區塊錯誤索引表和一頁錯誤 索引表兩個部分，該區塊錯誤索引表記錄擦除等級二及 對應的-區塊錯誤率的映射關係，該頁錯誤索引表記錄 該程式化等級以及對應的-頁錯誤率的映射關係；' 該快閃記憶體錯誤預估模組接收該快閃記憶體控制 »發來的计時資訊、一使能信號或該快閃記憶體晶片 出的 R/B t號作為輸入，並輸出一錯誤預估值到該 S 13 201248640 錯誤校驗模組。 2. 閃記憶體錯誤預估方 :種快閃記憶體錯誤預估模組的快 法’包含以下具體步驟： 會駱 ^ 傺除和程式化操作的壓 2件Γ錄擦除和程式化的時間變化以及該快閃記 :錯誤的經驗資料；並建立一量化索引表與一 表；，作為該預估模組進行錯誤預估的一先驗參 的-=預估模組的-㈣器採集當前—快閃記憶體區衫 :::除時間；在該快閃記憶體進行程式化時，採集, 前。/快閃記憶體動作一頁的一程式化時間； 通過查詢該量化素引表，該預估模組將該擦除時指 化為-擦除等級，將該程式化時間量化為—程 級， 1 將當前該擦除等級、該程式化等級以及二者對應的 物理位址，保存在一儲存頁表中； 在一快閃記憶體控制器對該快閃記憶體進行操作時 ’向該預估模組請求對所操作的物理位址的錯誤預估； 由該預估模組從該儲存頁表㈣取相應物理位址的該程 式化等級以及該擦除等級，並通過該錯誤索引表轉換為 相應頁的預估錯誤數目，從而完成預估操作。 S 14