專利名稱：存儲設(shè)備、存儲系統(tǒng)、塊管理方法、編程和擦除方法
技術(shù)領(lǐng)域：
在此描述的發(fā)明構(gòu)思涉及一種非易失性存儲設(shè)備、包括該非易失性存儲設(shè)備的存儲系統(tǒng)、其塊管理方法及其編程和擦除方法。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體存儲設(shè)備被分類為易失性的(在下文中，稱為易失性存儲設(shè)備)或者非易失性的(在下文中，稱為非易失性存儲設(shè)備)。非易失性存儲設(shè)備甚至在斷電時也保存其中存儲的內(nèi)容。根據(jù)使用的制造技術(shù)，非易失性存儲設(shè)備中的存儲單元或者是一次性可編程的或者是再編程的。在計算機、航空電子、無線通信和消費電子工業(yè)中，使用非易失性存儲設(shè)備來存儲各種各樣的應(yīng)用中的程序或微代碼
發(fā)明內(nèi)容
一些示例實施例涉及一種管理存儲器的方法。在一個實施例中，該方法包括覆寫存儲m位數(shù)據(jù)的存儲單元以存儲η位數(shù)據(jù)，其中η小于或等于m。當(dāng)存儲m位數(shù)據(jù)時該存儲單元具有第一多個編程狀態(tài)中的一個，并且當(dāng)存儲η位數(shù)據(jù)時該存儲單元具有第二多個編程狀態(tài)中的一個。第二多個編程狀態(tài)包括不在第一多個編程狀態(tài)中的至少一個編程狀態(tài)。在一個實施例中，不在第一多個編程狀態(tài)中的編程狀態(tài)具有大于第一多個編程狀態(tài)的閾值電壓分布的閾值電壓分布。在一個實施例中，第二多個編程狀態(tài)包括不在第一多個編程狀態(tài)中的多于一個的編程狀態(tài)。在一個實施例中，該方法還包括覆寫存儲η位數(shù)據(jù)的存儲單元以存儲P位數(shù)據(jù)，其中P小于或等于η。當(dāng)存儲P位數(shù)據(jù)時該存儲單元具有第三多個編程狀態(tài)，并且該第三多個編程狀態(tài)包括不在第一多個和第二多個編程狀態(tài)中的至少一個編程狀態(tài)。在一個實施例中，P等于η。在另一個實施例中，P小于η。在一個實施例中，包括該存儲單元的存儲器被劃分成存儲單元的塊，并且該方法還包括確定包括該存儲單元的無效塊是否是可覆寫的。無效塊存儲閾值量的無效數(shù)據(jù)。這里，如果所述確定步驟確定包括該存儲單元的無效塊是可覆寫的，則允許覆寫。在一個實施例中，所述確定步驟基于該存儲器中干凈塊的數(shù)目來確定該無效塊是可覆與的。在另一實施例中，所述確定步驟基于該無效塊中空閑頁的數(shù)目來確定該無效塊是可覆寫的，每一空閑頁不存儲任何數(shù)據(jù)。在一個實施例中，所述確定步驟基于該無效塊的健康狀態(tài)來確定該無效塊是可覆寫的。健康狀態(tài)指示該無效塊的損耗級別。在一個實施例中，健康狀態(tài)可以基于該無效塊已經(jīng)經(jīng)歷的編程/擦除循環(huán)的數(shù)目。在另一實施例中，健康狀態(tài)可以基于從該無效塊讀取的數(shù)據(jù)的誤比特率。
在又一實施例中，所述確定步驟基于該存儲器中干凈塊的數(shù)目和該無效塊的健康狀態(tài)來確定該無效塊是可覆寫的。在一個實施例中，一種存儲器包括存儲單元，存儲器被劃分成存儲單元的塊，每一塊被劃分成頁，并且所述方法還包括確定包括該存儲單元的無效頁是否是可覆寫的。無效頁存儲無效數(shù)據(jù)。這里，如果所述確定步驟確定包括該存儲單元的無效頁是可覆寫的，則允
許覆與。在一個實施例中，所述確定步驟基于該存儲器中干凈塊的數(shù)目來確定該無效頁是可覆與的。在一個實施例中，所述確定步驟基于包括該無效頁的塊中空閑頁的數(shù)目來確定該無效頁是可覆寫的，每一空閑頁不存儲任何數(shù)據(jù)。在一個實施例中，所述確定步驟基于包括該無效頁的塊的健康狀態(tài)來確定該無效頁是可覆寫的。健康狀態(tài)指示該塊的損耗級別。在一個實施例中，健康狀態(tài)可以基于該無效塊已經(jīng)經(jīng)歷的編程/擦除循環(huán)的數(shù)目。在另一實施例中，健康狀態(tài)可以基于從該無效塊讀取的數(shù)據(jù)的誤比特率。在一個實施例中，所述確定步驟基 于包括該無效頁的塊中干凈頁的數(shù)目和該塊的健康狀態(tài)來確定該無效頁是可覆寫的。在一個實施例中，該方法還包括:如果所述確定步驟確定該存儲單元是可覆寫的，則存儲指示該存儲單元是可覆寫的第一指示符。該存儲步驟可以在存儲控制器和/或存儲器的表中存儲該第一指示符。存儲控制器被配置為控制該存儲器。在一個實施例中，所述方法另外包括:在覆寫之后存儲指示該存儲單元已經(jīng)被覆寫的第二指示符。該存儲第二指示符的步驟在存儲控制器和/或存儲器的表中存儲所述第二指示符。在一個實施例中，所述方法還包括:在覆寫之后存儲指示自從最后一次擦除起該存儲單元已被覆寫的次數(shù)的第三指示符。存儲第三指示符的步驟包括在存儲控制器和/或存儲器的表中存儲第三指示符。至少一個實施例涉及一種管理具有被劃分成塊的多個存儲單元的存儲器的方法。在一個實施例中，該方法包括存儲針對至少一個塊的狀態(tài)信息。狀態(tài)信息指示干凈狀態(tài)、編程狀態(tài)、無效狀態(tài)、可覆寫狀態(tài)和覆寫狀態(tài)中的一個。干凈狀態(tài)指示該塊被擦除，編程狀態(tài)指示該塊存儲有效數(shù)據(jù)，無效狀態(tài)指示該塊存儲無效數(shù)據(jù)，可覆寫狀態(tài)指示允許覆寫在該塊中存儲的無效數(shù)據(jù)而無需擦除該塊，而覆寫狀態(tài)指示已經(jīng)覆寫了在該塊中存儲的至少部分?jǐn)?shù)據(jù)而沒有擦除該塊。然后，基于狀態(tài)信息對該塊執(zhí)行操作。在一個實施例中，所述方法還包括:只有當(dāng)該塊的當(dāng)前狀態(tài)是無效狀態(tài)時，才允許將針對該塊的狀態(tài)信息改變?yōu)榭筛矊憼顟B(tài)。在一個實施例中，只有當(dāng)該塊的狀態(tài)信息指示可覆寫狀態(tài)時，才選擇性地執(zhí)行覆寫該塊中的數(shù)據(jù)。在一個實施例中，所述方法還包括:在覆寫該塊之后，將該塊的狀態(tài)信息改變?yōu)楦矊憼顟B(tài)。在另一實施例中，所述方法還包括如果狀態(tài)信息指示覆寫狀態(tài)則存儲覆寫數(shù)目，覆寫數(shù)目指示自最后一起擦除該塊起覆寫的次數(shù)。該存儲步驟可以在存儲器和/或存儲器的控制器中存儲狀態(tài)信息。在一個實施例中，所述存儲步驟在該塊的頁中存儲狀態(tài)信息。在一個實施例中，覆寫狀態(tài)指示該塊存儲有效數(shù)據(jù)。在一個實施例中，覆寫狀態(tài)指示該塊每存儲單元存儲比在編程狀態(tài)期間存儲的數(shù)據(jù)更少的數(shù)據(jù)。在一個實施例中，編程狀態(tài)指示所存儲的數(shù)據(jù)由第一套閾值電壓分布表示，而覆寫狀態(tài)指示所存儲的數(shù)據(jù)由第二套閾值電壓分布表示。第二套閾值電壓分布包括不在第一套閾值電壓分布中的至少一個閾值電壓分布。在管理存儲器的方法的又一實施例中，該方法包括覆寫存儲第一量的數(shù)據(jù)的存儲單元以存儲第二量的數(shù)據(jù)。第二量的數(shù)據(jù)少于或等于第一量的數(shù)據(jù)。第一套讀出電壓用于讀取第一量的數(shù)據(jù)，而第二套讀出電壓用于讀取第二量的數(shù)據(jù)。第二套讀出電壓包括高于第一套中任何讀出電壓的至少一個讀出電壓。在一個實施例中，第二套讀出電壓中的讀出電壓的數(shù)目少于第一套讀出電壓中的讀出電壓的數(shù)目。在另一實施例中，第二套讀出電壓中的讀出電壓的數(shù)目等于第一套讀出電壓中的讀出電壓的數(shù)目。一些示例實施例涉及一種存儲系統(tǒng)。
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在一個實施例中，該存儲系統(tǒng)包括存儲器和控制器。該存儲器包括至少一個存儲器串，并且該存儲器串包括串聯(lián)連接的多個存儲單元。所述多個存儲單元相對于襯底垂直地排列，并且該多個存儲單元被劃分成至少第一組存儲單元和第二組存儲單元。將第一組存儲單元布置得比第二組存儲單元更遠離襯底?？刂破鞅慌渲脼榛诘谝惶组撝惦妷悍植紝?shù)據(jù)編程到所述多個存儲單元中，并且該控制器被配置為基于第二套閾值電壓分布將數(shù)據(jù)覆寫到第一組存儲單元中。第一組存儲單元中的覆寫數(shù)據(jù)的量少于或等于編程數(shù)據(jù)的量。第二套閾值電壓分布包括不在第一套閾值電壓分布中的至少一個閾值電壓分布。在一個實施例中，控制器被配置為不覆寫第二組的存儲單元。在一個實施例中，控制器被配置為基于第三套閾值電壓分布將數(shù)據(jù)覆寫到第二組存儲單元中。第二組存儲單元中的覆寫數(shù)據(jù)的量少于或等于編程數(shù)據(jù)的量。第三套閾值電壓分布包括不在第一組閾值電壓分布中的至少一個閾值電壓分布。在一個實施例中,第三套閾值電壓分布與第二套閾值電壓分布不同。在一個實施例中，控制器被配置為覆寫第一組存儲單元，使得至少部分地由第一組的至少兩個存儲單元中的閾值電壓分布來表示m位數(shù)據(jù)。在一個實施例中，所述第一組的至少兩個存儲單元包括在它們各自的存儲串中處于不同的垂直位置的存儲單元。在一個實施例中，存儲器包括多個存儲串，并且該多個存儲串的存儲單元被劃分成塊。控制器被配置為存儲針對塊中的至少一個的狀態(tài)信息。狀態(tài)信息指示干凈狀態(tài)、編程狀態(tài)、無效狀態(tài)、可覆寫狀態(tài)和覆寫狀態(tài)中的一個。干凈狀態(tài)指示該塊被擦除，編程狀態(tài)指示該塊存儲有效數(shù)據(jù)，無效狀態(tài)指示該塊存儲無效數(shù)據(jù)，可覆寫狀態(tài)指示允許覆寫在該塊中存儲的無效數(shù)據(jù)而無需擦除該塊，而覆寫狀態(tài)指示已經(jīng)覆寫了在該塊中存儲的至少部分?jǐn)?shù)據(jù)而沒有擦除該塊。
在一個實施例中，控制器被配置為僅當(dāng)該塊的當(dāng)前狀態(tài)是無效狀態(tài)時，才允許將針對該塊的狀態(tài)信息改變?yōu)榭筛矊憼顟B(tài)。在一個實施例中，控制器被配置為僅當(dāng)該塊的狀態(tài)信息指示可覆寫狀態(tài)時，才覆寫該塊中的數(shù)據(jù)。在一個實施例中，控制器被配置為在覆寫該塊之后將該塊的狀態(tài)信息改變?yōu)楦矊憼顟B(tài)。在一個實施例中，該控制器被配置為如果狀態(tài)信息指示覆寫狀態(tài)則存儲覆寫數(shù)目，覆寫數(shù)目指示自最后一次擦除該塊起覆寫的次數(shù)。在一個實施例中，控制器被配置為在存儲器中存儲狀態(tài)信息。在一個實施例中，控制器被配置為在該塊的頁中存儲狀態(tài)信息。在一個實施例中，控制器被配置為在該控制器中存儲狀態(tài)信息。在一個實施例中，覆寫狀態(tài)指示該塊存儲有效數(shù)據(jù)。在一個實施例中，覆寫狀態(tài)指示該塊每存儲單元存儲比在編程狀態(tài)期間存儲的數(shù)據(jù)更少的數(shù)據(jù)。 一些示例實施例還涉及一種非臨時性(non-transitory)記錄介質(zhì)。在一個實施例中，該記錄介質(zhì)包括存儲針對塊中的至少一個的狀態(tài)信息的存儲區(qū)域。狀態(tài)信息指示干凈狀態(tài)、編程狀態(tài)、無效狀態(tài)、可覆寫狀態(tài)和覆寫狀態(tài)中的一個。干凈狀態(tài)指示該塊被擦除，編程狀態(tài)指示該塊存儲有效數(shù)據(jù)，無效狀態(tài)指示該塊存儲無效數(shù)據(jù)，可覆寫狀態(tài)指示允許覆寫在該塊中存儲的無效數(shù)據(jù)而無需擦除該塊，而覆寫狀態(tài)指示已經(jīng)覆寫了在該塊中存儲的至少部分?jǐn)?shù)據(jù)而沒有擦除該塊。在一個實施例中，如果狀態(tài)信息指示覆寫狀態(tài)，則所述存儲區(qū)域存儲覆寫數(shù)目，該覆寫數(shù)目指示自最后一次擦除該塊起覆寫的次數(shù)。


從如下參照附圖的描述中，以上及其它的目標(biāo)和特征將變得清楚，其中除非另作說明否則遍及各個附圖相同的參考標(biāo)號指示相同的部分，并且其中:圖1是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實施例的存儲系統(tǒng)的框圖；圖2是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實施例的、圖1中的存儲塊的圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實施例的、圖2中的存儲塊的剖面視圖；圖4是示出圖3中一個單元晶體管的放大圖；圖5是示出如何覆寫存儲塊的示意圖；圖6是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實施例的覆寫操作的圖；圖7是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的另一實施例的覆寫操作的圖；圖8是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實施例的、在3位編程操作之后執(zhí)行的覆寫操作的圖；圖9是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實施例的、圖8中的覆寫操作的圖；圖10是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的另一實施例的、圖8中的覆寫操作的圖；圖11是示出在3位編程操作之后通過覆寫操作按多維調(diào)制方案執(zhí)行的編程操作的圖12是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實施例的、圖11中的編程操作的圖；圖13是示意地示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實施例的編程方法的示意圖；圖14是示意地示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的另一實施例的編程方法的示意圖；圖15是示意地示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的另一實施例的編程方法的示意圖；圖16是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實施例的塊管理方法的流程圖；圖17是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實施例的塊模式確定方法的圖；圖18是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的另一實施例的塊模式確定方法的圖；圖19是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實施例的塊模式存儲方法的圖；圖20是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實施例的存儲系統(tǒng)的擦除方法的流程圖；圖21是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的另一實施例的存儲系統(tǒng)的擦除方法的流程圖；圖22是示意地示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實施例的塊的生命周期的圖；圖23是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實施例的、圖1中的非易失性存儲器設(shè)備的圖；圖24是示出圖23中的一個塊的電路圖； 圖25是示出當(dāng)存儲系統(tǒng)的塊的所有單元具有額外狀態(tài)時額外狀態(tài)的數(shù)目與擦除頻率縮減率之間的關(guān)聯(lián)的表；圖26是示出當(dāng)存儲系統(tǒng)的塊的一半單元具有額外狀態(tài)時額外狀態(tài)的數(shù)目與擦除頻率縮減率之間的關(guān)聯(lián)的表；圖27是示意地示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實施例的存儲系統(tǒng)的框圖；圖28是示意地示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實施例的存儲卡的框圖；圖29是示意地示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實施例的moviNAND的框圖；圖30是示意地示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實施例的固態(tài)驅(qū)動的框圖；圖31是示意地示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實施例的、包括圖30中的SSD的計算系統(tǒng)的框圖；圖32是示意地示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實施例的、包括圖30中的SSD的電子設(shè)備的框圖；圖33是示意地示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實施例的、包括圖30中的SSD的服務(wù)器系統(tǒng)的框圖；圖34是示意地示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實施例的移動設(shè)備的框圖；圖35是示意地示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實施例的手持電子設(shè)備的框圖。
具體實施例方式將參照附圖詳細(xì)描述實施例。然而，可以以各種不同的形式來實現(xiàn)本發(fā)明構(gòu)思，而不應(yīng)該認(rèn)為本發(fā)明構(gòu)思僅限于圖示的實施例。相反，作為例子提供這些實施例，使得此公開將是徹底和完整的，并將向本領(lǐng)域技術(shù)人員全面地傳達本發(fā)明構(gòu)思的概念。因此，對于本發(fā)明構(gòu)思的一些實施例，不描述已知的過程、元件和技術(shù)。除非另作說明，否則貫穿附圖和所寫的說明，相似的參考標(biāo)號表示相似的元件，從而將不重復(fù)描述。在附圖中，為了清楚可能夸大層和區(qū)域的尺寸和相對尺寸。應(yīng)該理解，雖然這里可以使用術(shù)語“第一”、“第二”、“第三“等來描述各種元件、組件、區(qū)域、層和/或部分，但是這些元件、組件、區(qū)域、層和/或部分不應(yīng)該被這些術(shù)語限制。這些術(shù)語僅用于區(qū)分一個元件、組件、區(qū)域，層或部分與另一區(qū)域、層或部分。從而，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的教導(dǎo)的情況下，下面論述的第一元件、組件、區(qū)域、層或部分可以被稱為第二元件、組件、區(qū)域、層或部分。為了便于描述，這里可以使用諸如“在……之下”、“在……下方”、“低”、“在……下
面”、“在……之上”、“較上”等的空間相對術(shù)語來描述如圖中所示的一個元件或特征與另一(些)元件或特征的關(guān)系。應(yīng)該理解，所述空間地相對術(shù)語旨在涵蓋除了圖中描繪的方向之外的、使用或操作中的設(shè)備的不同方向。例如，如果翻轉(zhuǎn)圖中的設(shè)備，則于是被描述為“在其它元件或特征下方”或“在其它元件或特征之下”或“在其它元件或特征下面”的元件將確定方向為“在其它元件或特征上方”。從而，示范性術(shù)語“在……下方”和“在……之下”可以涵蓋上面和下面兩個方位。所述設(shè)備可以有其它朝向(旋轉(zhuǎn)90度或在其它方位)，并且相應(yīng)地解釋這里使用的空間相對描述符。此外，還應(yīng)該理解，當(dāng)一層被稱為“介于兩層之間”時，它可以是該兩層之間的唯一層，或者還可以存在一個或多個中間層。此處使用的術(shù)語僅為描述特定實施例的目的，并不旨在限制本發(fā)明構(gòu)思。如此處使用的，單數(shù)形成“一”、“一個”和“該”也旨在包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文清楚指示并非如此。還應(yīng)理解，當(dāng)在此說明書中使用術(shù)語“包括”和/或“包含”時，指示存在所闡述的特征、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或組件，但是不排除存在或添加一個或多個其它特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、組件和/或其組合。如此處所使用的，術(shù)語“和/或”包括一個或多個相關(guān)列出項的任意和全部組合。此外，術(shù)語“示范性的”旨在指代例子或圖解。應(yīng)該理解，當(dāng)一個元件或?qū)颖环Q作是“在另一元件或?qū)又稀?、“連接至”、“耦接至”或“鄰接至”另一元件或?qū)訒r，它·可以直接在另一元件或?qū)又?、連接、耦接或鄰接至另一元件或?qū)?，或者可以存在中間元件或?qū)?。相反地，?dāng)一個元件被稱作是“直接在另一元件或?qū)又稀?、“直接連接至”、“直接耦接至”或“直接鄰接至”另一元件或?qū)訒r，沒有中間元件或?qū)哟嬖?。除非另外定義，否則這里使用的全部術(shù)語(包括技術(shù)和科學(xué)術(shù)語)具有與本發(fā)明所屬領(lǐng)域的一名普通技術(shù)人員所通常理解的相同的含義。還應(yīng)當(dāng)明白，諸如在通用字典中定義的那些術(shù)語應(yīng)當(dāng)被解釋為具有與相關(guān)技術(shù)和本公開的上下文的其含義一致的含義，而不應(yīng)當(dāng)以理想化或過于形式化的意義來對其進行解釋，除非這里明確地如此定義。圖1是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實施例的存儲系統(tǒng)的框圖。參照圖1，存儲系統(tǒng)10可以包括至少一個非易失性存儲設(shè)備100和控制該非易失性存儲設(shè)備100的存儲控制器200。根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實施例的至少一個非易失性存儲設(shè)備100可以是NAND閃存、垂直NAND (VNAND)閃存、NOR閃存、阻抗隨機存取存儲器(RRAM)、相變RAM (PRAM)、磁控阻抗(Magnetroresistive)RAM (MRAM)、鐵電 RAM (FRAM)、自旋轉(zhuǎn)移矩 RAM (STT-RAM)等。此外，根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實施例的非易失性存儲設(shè)備100可以被實現(xiàn)為具有三維陣列結(jié)構(gòu)。本發(fā)明構(gòu)思適用于其中電荷存儲層由導(dǎo)電浮置柵形成的閃存設(shè)備和其中電荷存儲層由絕緣膜形成的電荷俘獲快閃(CTF)存儲器。下面，為便于描述，非易失性存儲器設(shè)備100可以被假定為具有三維陣列結(jié)構(gòu)的垂直NAND (VNAND)閃存設(shè)備。非易失性存儲器設(shè)備100可以包括多個存儲塊BLKl至BLKz，每個存儲塊在與襯底垂直的方向(第二方向)上延伸。此處，可以在第一和第三方向上形成襯底。此處第一至第三方向可以彼此正交。存儲塊BLKl至BLKz中的每個可以包括多個子塊(未示出)。子塊可以具有不同的結(jié)構(gòu)特性或電特性。存儲塊BLKl至BLKz中的每個可以包括具有多個存儲單元的至少一個串，通過在與襯底垂直的方向上堆疊至少一條串選擇線、多條字線和至少一條地選擇線來形成多個存儲單元。此處，每個存儲單元可以分別連接至對應(yīng)的位線，并且存儲至少一個位。至于至少一個存儲單元，可以執(zhí)行m位編程操作(m是自然數(shù))，然后通過覆寫操作可以執(zhí)行η位編程操作(η是實數(shù))。此處，覆寫操作包括對在m位編程操作編程的在先狀態(tài)進行編程以具有至少一個額外狀態(tài)(extra state)，該額外狀態(tài)具有高于在先狀態(tài)的閾值電壓分布。在通過覆寫操作執(zhí)行η位編程操作之后，由在先狀態(tài)定義的m位數(shù)據(jù)變?yōu)闊o效。即，在m位編程操作之后經(jīng)歷了 η位編程操作的該存儲單元中存儲的η位數(shù)據(jù)存儲有效的數(shù)據(jù)。在示例實施例中，由m位編程操作編程的在先狀態(tài)的數(shù)目是2~m，并且η可以小于m0在其它的示例實施例中，η可以等于或小于m。在另外的實施例中，η可以等于或大于m。 在提交的韓國專利申請?zhí)?0-2011-0037961 (US13/413，118)中公開了其中連接至上部字線的上部存儲單元具有比連接至下部字線的下部存儲單元更多的編程狀態(tài)的VNAND，通過引用將其全部內(nèi)部內(nèi)容合并于此。以上申請中所示的VNAND可以具有比在存儲單元中具有相同的編程狀態(tài)的普通VNAND更多的容量。在美國專利申請?zhí)?009/0310415、2010/0078701、2010/0117141、2010/0140685、2010/02135527、2010/0224929、2010/0315875、2010/0322000、2011/0013458 和2011/0018036中公開了存儲塊BLKl至BLKz的進一步和更詳細(xì)的描述，通過引用將其每一個的全部內(nèi)容合并于此。存儲控制器200可以控制非易失性存儲設(shè)備100的整體操作，例如編程操作、讀取操作和擦除操作。存儲控制器200可以包括覆寫管理模塊220和塊管理模塊240。覆寫管理模塊220可以管理覆寫操作的執(zhí)行。在示例實施例中，覆寫管理模塊220管理以塊、子塊或頁為單位的覆寫操作的執(zhí)行。例如，當(dāng)執(zhí)行覆寫操作時，覆寫管理模塊220可以判斷每個存儲塊上的覆寫操作的執(zhí)行，并且管理每個存儲塊的覆寫數(shù)目。例如，覆寫管理模塊220可以判斷對于存儲塊BLKl至BLKz中的一個是否可以執(zhí)行覆寫操作。當(dāng)可以在塊上進行覆寫操作時，覆寫管理模塊220可以通過覆寫操作對塊執(zhí)行編程操作，并且更新和存儲與覆寫的存儲塊對應(yīng)的覆寫數(shù)目。此處，可以根據(jù)與擦除可能性關(guān)聯(lián)的塊狀態(tài)(例如，數(shù)據(jù)狀態(tài)或健康狀態(tài))來確定是否執(zhí)行覆寫操作。即，可應(yīng)用于覆寫操作的塊存儲由在存儲控制器上工作的固件無效的數(shù)據(jù)。在示例實施例中，可以根據(jù)每個存儲塊的數(shù)據(jù)狀態(tài)來確定是否執(zhí)行覆寫操作。例如，當(dāng)在存儲塊中存儲的數(shù)據(jù)是無效數(shù)據(jù)時，或當(dāng)存儲塊中無效頁的數(shù)目在參考值之上時，可以執(zhí)行該存儲塊上的覆寫操作。在其它示例實施例中，可以根據(jù)每個存儲塊的健康狀態(tài)來確定是否執(zhí)行覆寫操作。例如，當(dāng)存儲塊的編程/擦除循環(huán)數(shù)目在參考值之下時，可以執(zhí)行該存儲塊上的覆寫操作。
在示例實施例中，覆寫管理模塊220可以按照塊、塊的子塊或頁管理覆寫數(shù)目。塊管理模塊240可以基于覆寫數(shù)目來管理存儲塊BLKl至BLKz。例如，當(dāng)存儲塊的覆寫數(shù)目在參考值之上時，塊管理模塊240可以擦除該存儲塊。傳統(tǒng)的存儲系統(tǒng)可以被配置為根據(jù)數(shù)據(jù)狀態(tài)或編程/擦除循環(huán)數(shù)目來擦除存儲塊。另一方面，本發(fā)明構(gòu)思的存儲系統(tǒng)10可以被配置為在擦除操作之前確定覆寫操作，然后基于覆寫數(shù)目來擦除存儲塊。與傳統(tǒng)的存儲系統(tǒng)相比，本發(fā)明構(gòu)思的存儲系統(tǒng)10可以減少存儲塊的擦除操作的數(shù)目。從而，本發(fā)明構(gòu)思的存儲系統(tǒng)10可以提高與擦除操作關(guān)聯(lián)的
可靠性。本發(fā)明構(gòu)思的存儲系統(tǒng)10通過在擦除操作之前執(zhí)行覆寫操作，可以減少達到擦除狀態(tài)需要的增量步進脈沖擦除(ISPE)循環(huán)數(shù)目。圖2示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實施例的、圖1中的存儲塊。參照圖2，在襯底上可以形成包括四個子塊的存儲塊?？梢酝ㄟ^在襯底上連續(xù)地堆疊至少一條地選擇線GSL、多條字線WL和至少一條串選擇線SSL，并且通過字線槽WL槽隔離結(jié)果得到的結(jié)構(gòu)，來形成每個子塊。雖然圖2中未示出，但是每個字線槽WL槽可以包括公共源極線CSL。在字線槽WL槽中包括的公共源極線可以共同地連接至·相鄰的子塊。在圖2中，字線槽之間的結(jié)構(gòu)可以被稱為子塊。但是，本發(fā)明構(gòu)思不限于此。字線槽和串選擇線槽之間的結(jié)構(gòu)可以被稱作子塊。此外，可以將SSL和GSL之間的多條字線劃分成塊中的子塊。在圖5中，連接至上部字線WL4至WL7的MC4至MC7和連接至下部字線WLO至WL3的MCO至MC3可以分別是不同的子塊?？梢匀绱伺渲酶鶕?jù)本發(fā)明構(gòu)思的實施例的存儲塊，使得兩個字線槽之間一層中的兩條字線合并成一條。換言之，根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實施例的存儲塊可以被配置為合并的字線結(jié)構(gòu)。圖3是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示范性實施例的、圖2中的存儲塊的剖面視圖。參照圖3，可以提供半導(dǎo)體襯底111。例如，半導(dǎo)體襯底可以是具有第一導(dǎo)電性類型的阱。半導(dǎo)體襯底111可以是其中注入諸如硼的III族元素的P阱。半導(dǎo)體襯底111可以是在η阱之內(nèi)提供的小型P阱。在下文中，假設(shè)半導(dǎo)體襯底111是P阱(或者，小型P阱)。但是，半導(dǎo)體襯底ill不限于P型。在該襯底111中可以提供沿著第一方向延伸的多個摻雜區(qū)域131至133。摻雜區(qū)域131至133可以沿著第三方向互相間隔開。在下文中，摻雜區(qū)域131至133可以分別被稱為第一摻雜區(qū)域131、第二摻雜區(qū)域132和第三摻雜區(qū)域133。第一至第三摻雜區(qū)域131至133可以具有與襯底111不同的第二導(dǎo)電性類型。例如，第一至第三摻雜區(qū)域131至133可以是η型。在下文中，假設(shè)第一至第三摻雜區(qū)域131至133是η型。但是，第一至第三摻雜區(qū)域131至133不限于η型。在第一至第三摻雜區(qū)域131至133的兩個相鄰區(qū)域之間，沿著第二方向(即，與襯底111垂直的方向)在襯底111上可以順序地提供多個絕緣材料112和112a。絕緣材料112和112a可以沿著第二方向間隔開。絕緣材料112和112a可以沿著第一方向延伸。例如，絕緣材料112和112a可以包括諸如氧化硅膜的絕緣材料。與襯底111接觸的絕緣材料112a在厚度上可以薄于其它絕緣材料112。在第一至第三摻雜區(qū)域131至133的兩個相鄰區(qū)域之間，沿著第一方向可以順序地排列多個柱PL，以便沿著第二方向穿透多層絕緣材料112和112a。例如，柱PL可以與襯底111接觸以穿透絕緣材料112和112a。在示例實施例中，柱PL可以分別由多層形成。每個柱PL可以包括溝道膜114和內(nèi)部材料115。在每個柱PL中，可以形成溝道膜114以圍繞內(nèi)部材料115。溝道膜114可以包括具有第一導(dǎo)電性類型的半導(dǎo)體材料(例如，硅)。例如，溝道膜114可以包括具有與襯底111相同類型的半導(dǎo)體材料(例如，硅)。以下，假設(shè)溝道膜114包括P型硅。但是，本發(fā)明構(gòu)思不限于此。例如，溝道膜114可以包括是絕緣體的本征半導(dǎo)體。內(nèi)部材料115可以包括絕緣材料。例如，內(nèi)部材料115可以包括諸如氧化硅的絕緣材料?？商鎿Q地，內(nèi)部材料115可以包括空氣狹隙。在第一至第三摻雜區(qū)域131至133的兩個相鄰區(qū)域之間，可以在絕緣材料112和Ila以及柱PL的暴露表面上提供信息存儲膜116。在示例實施例中，信息存儲膜116的厚度可以小于絕緣材料112和112a之間的距離。信息存儲膜116的寬度可以與柱的深度成反比例。例如，如自管道(drain) 151測量的柱PL越深，則信息存儲膜116的寬度就越寬。在第一至第三摻雜區(qū)域131至133的兩個相鄰區(qū)域之間，并且在絕緣材料112和112a之間，可以在信息存儲膜116的暴露表面上提供導(dǎo)電材料CM?？梢栽谠诮^緣材料112和112a的上部絕緣材料的下表面上提供的信息存儲膜以及在絕緣材料112和112a的下部絕緣材料的上表面上提供的信息存儲膜16之間提供導(dǎo)電材料CM。在示例實施例中，該導(dǎo)電材料CM可以包括金屬導(dǎo)電材料。該導(dǎo)電材料CM可以包括諸如多晶硅的非金屬導(dǎo)電材料。
在示例實施例中，可以去除在來自絕緣材料112和112a當(dāng)中的、位于最上層的絕緣材料的上表面上提供的信息存儲膜116。在示例實施例中，可以去除在來自絕緣材料112和112a的側(cè)面當(dāng)中的、與柱PL相對的側(cè)面上提供的信息存儲膜116。可以在多個柱PL上提供多個管道151。例如，管道151可以包括具有第二導(dǎo)電性類型的半導(dǎo)體材料(例如，硅)。管道151可以包括η型半導(dǎo)體材料(例如，硅)。下面，假定管道151包括η型硅。但是，本發(fā)明構(gòu)思不限于此?？梢詫⒐艿?51延伸至柱PL的溝道膜114的上側(cè)。可以在管道151上提供在第二方向上延伸的位線BL，以便沿著第一方向彼此間隔。位線BL可以與管道151耦接。在示例實施例中，可以經(jīng)由接觸栓(未示出)來連接管道151和位線BL。位線BL可以包括金屬導(dǎo)電材料?？商鎿Q地，位線BL可以包括諸如多晶硅的非金屬導(dǎo)電材料。多個柱PL可以與信息存儲膜116和多個導(dǎo)電材料一起形成垂直串。每個柱PL可以與信息存儲膜116和相鄰的導(dǎo)電材料一起形成一個垂直串。每個垂直串可以包括在與襯底111垂直的方向上堆疊的多個單元晶體管(或者，存儲單元)。在圖3中，虛線框CT可以指示一個單元晶體管。圖4是示出圖3中一個單元晶體管的放大圖。參照圖3和圖4，單元晶體管CT可以由導(dǎo)電材料CM5、與導(dǎo)電材料CM5鄰近的柱PL以及在導(dǎo)電材料CM5和柱PL之間提供的信息存儲膜116形成。信息存儲器膜116可以從導(dǎo)電材料CM和柱PL之間的區(qū)域延伸至導(dǎo)電材料CM的上表面和下表面。每一信息存儲器膜116可以包括第一至第三子絕緣膜117、118和119。在單元晶體管CT中，柱PL的溝道膜114可以包括與襯底相同的P型硅。
溝道膜114可以充當(dāng)單元晶體管CT的主體(body)?？梢栽谂c襯底111垂直的方向上形成溝道膜114。從而，柱PL的溝道膜114可以充當(dāng)溝道膜114的垂直主體。在柱PL的溝道膜14處形成的溝道可以充當(dāng)垂直溝道。導(dǎo)電材料CM可以充當(dāng)柵極(或者，控制柵極)。與柱PL鄰近的第一子絕緣膜117可以充當(dāng)隧道絕緣膜。例如，與柱PL鄰近的第一子絕緣薄膜117可以分別包括熱氧化膜。第一子絕緣膜117可以分別包括氧化硅膜。第二子絕緣膜118可以充當(dāng)電荷存儲膜。例如，第二子絕緣膜118可以分別充當(dāng)電荷俘獲膜。例如，第二子絕緣薄膜118可以分別包括氮化膜或金屬氧化膜(例如氧化鋁膜、鉿氧化膜等等)。第二子絕緣膜118可以包括氮化硅膜。與導(dǎo)電材料鄰近的第三子絕緣膜119可以充當(dāng)阻擋(blocking)絕緣膜。在示例實施例中，第三子絕緣膜119可以由單層或多層形成。第三子絕緣薄膜119可以是具有大于第一和第二子絕緣膜117和118的介電常數(shù)的介電常數(shù)的高介電膜(例如，氧化鋁膜、氧化鉿膜等)。第三子絕緣膜119可以分別包括氧化硅膜。在示例實施例中，第一至第三子絕緣膜117至119可以構(gòu)成ONO (氧化物-氮化物-氧化物)。即，充當(dāng)柵極(或控制柵極)的多個導(dǎo)電材料CM、充當(dāng)阻擋絕緣膜的第三子絕緣膜119、充當(dāng)電荷存儲膜的第二子絕緣膜118、充當(dāng)隧道絕緣膜的第一子絕緣膜117和充當(dāng)垂直主體的溝道膜114可以構(gòu)成在與襯底111垂直的方向上堆疊的多個單元晶體管CT。示范性地,單元晶體管CT可以是電·荷俘獲型單元晶體管。導(dǎo)電材料可以沿著第一方向延伸以與多個柱PL連接。導(dǎo)電材料可以構(gòu)成將在同一行中的柱PL的單元晶體管CT互聯(lián)的導(dǎo)電線。在示例實施例中，根據(jù)高度，還可以使用導(dǎo)電材料CM作為串選擇線、地選擇線或字線。圖5是示出如何對VNAND執(zhí)行覆寫操作的示意圖。參照圖5,隨著溝道洞(或,柱)變得越深，它的直徑變得越窄。即，與下部字線連接的存儲單元的電荷存儲區(qū)域可能窄于與上部字線連接的存儲單元的電荷存儲區(qū)域。當(dāng)在向所有字線WLO至WL7施加相同電壓的條件下執(zhí)行編程操作時，在存儲單元MCO至MC7產(chǎn)生的電場強度可能彼此不同。這可能意味著在各個電荷存儲膜中存儲的電荷量不同。如圖5中所示，與上部字線連接的存儲單元的每一編程狀態(tài)的閾值電壓分布的寬度窄于與下部字線連接的存儲單元的每一編程狀態(tài)的閾值電壓分布的寬度。在相同閾值電壓窗范圍中的編程狀態(tài)的數(shù)目取決于每一編程狀態(tài)的閾值電壓分布有多寬?？梢愿鶕?jù)垂直串中字線的位置來確定每一編程狀態(tài)的閾值電壓分布。例如，在覆寫操作之后，連接至上部字線WL4至WL7的存儲單元MC4至MC7中的每個可以是五個狀態(tài)E、PU P2、P3和EPl中的一個。在正常的編程操作之后，連接至下部字線WLO至WL3的存儲單元MCO至MC3中的每個可以具有四個狀態(tài)E、P1、P2和P3中的一個。此處，可以對存儲單元MC4至MC7中的每個編程以具有根據(jù)通過覆寫操作的數(shù)據(jù)的額外狀態(tài)EP1。如圖5中所示，首先，可以對連接至所有字線WLO至WL7的存儲單元執(zhí)行m位編程操作(例如，2位編程操作)。執(zhí)行m位編程操作之后，可以通過覆寫操作進一步對連接至上部字線WL4至WL7的存儲單元執(zhí)行η位編程操作(例如，圖5中的I位編程操作)。在示例實施例中，可應(yīng)用到連接至上部字線WL4至WL7的存儲單元的覆寫操作的數(shù)目可以與可應(yīng)用到連接至下部字線WLO至WL3的存儲單元的覆寫操作的數(shù)目不同。例如，可應(yīng)用到連接至上部字線WL4至WL7的存儲單元的覆寫操作的數(shù)目可以是“ I ”，而連接至下部字線WLO至WL3的存儲單元不可以被覆寫。這可以由存儲控制器200來控制。在示例實施例中，如果用于編程狀態(tài)的閾值電壓分布的電壓窗范圍足夠?qū)?，則可以對已經(jīng)通過第一覆寫操作對其編程的存儲單元進一步執(zhí)行作為第二覆寫操作的單電平單元(SLC)編程操作。圖5中示出了八條字線WLO至WL7。但是，本發(fā)明構(gòu)思不限于此。圖5中示出了四條上部字線WL4至WL7。但是，本發(fā)明構(gòu)思不限于此。圖5中示出了一個額外狀態(tài)EP1。但是，本發(fā)明構(gòu)思不限于此。例如，兩個或更多個額外狀態(tài)可以用于覆寫操作(或多個)。本發(fā)明構(gòu)思可以執(zhí)行其中根據(jù)垂直串中的字線位置對存儲單元編程以具有不同的狀態(tài)數(shù)目的覆寫操作。
將連接至上部字線的存儲單元和連接至下部字線的存儲單元分別分配為上部塊和下部塊，并且每個是互相獨立地可擦除的。在包括VNAND和控制該VNAND的整體操作的存儲控制器的存儲系統(tǒng)中，在存儲控制器上運行的快閃轉(zhuǎn)換層(FTL)使上部塊無效之后可以執(zhí)行覆寫操作。圖6是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實施例的覆寫操作的圖。參照圖5和圖6，根據(jù)通過覆寫操作編程的數(shù)據(jù)的值，存儲單元(例如，圖5中的MC4至MC7中的一個)可以被編程為處于諸如正常編程操作的在先狀態(tài)(E、PU P2和P3中的一個)的第一狀態(tài)SI或諸如從在先狀態(tài)(E、P1、P2和P3中的一個)轉(zhuǎn)變的額外狀態(tài)EPl的第二狀態(tài)S2中。此處，第一狀態(tài)SI可以對應(yīng)于數(shù)據(jù)“ I ”而第二狀態(tài)S2可以對應(yīng)于數(shù)據(jù)“O”，反之亦然。如圖6中所示，通過覆寫操作，具有四個狀態(tài)E、P1、P2和P3中的一個的多電平單元可以變?yōu)榫哂袃蓚€狀態(tài)SI和S2中的一個的單電平單元。即，在覆寫操作之后，可以將存儲由四個狀態(tài)E、PU P2和P3中的一個指示的2位的存儲單元變?yōu)榇鎯τ蓛蓚€狀態(tài)SI和S2中的一個指示的I位的存儲單元。在圖6中，第一狀態(tài)SI可以與在先狀態(tài)(E、P1、P2和P3中的一個)相同。S卩，在覆寫操作期間，可以禁止對要編程數(shù)據(jù)“I”并且具有在先狀態(tài)(E、PU P2和P3中的一個)的存儲單元編程。例如，可以向與編程禁止的存儲單元對應(yīng)的位線提供編程禁止條件的偏置電壓(例如，電源電壓)。但是，本發(fā)明構(gòu)思不限于此?？梢酝ㄟ^重編程以不超過期望的(或可替換地，預(yù)定的)閾值電壓來形成第一狀態(tài)SI。圖7是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的另一實施例的覆寫操作的圖。參照圖5和圖7，在覆寫操作期間，根據(jù)編程數(shù)據(jù)的值，存儲單元(E、P1、P2和P3中的一個)可以被編程為具有第一狀態(tài)SI’或第二狀態(tài)S2，其中第一狀態(tài)SI’是從在先狀態(tài)(E、P1、P2和P3)轉(zhuǎn)變的(或者，通過對在先狀態(tài)(E、P1、P2和P3)編程而聚集的)，第二狀態(tài)S2是從在先狀態(tài)(E、P1、P2和P3中的一個)轉(zhuǎn)變的額外狀態(tài)EPl。此處，在覆寫操作之后，第一狀態(tài)SI’可以對應(yīng)于數(shù)據(jù)“ I”而第二狀態(tài)S2可以對應(yīng)于數(shù)據(jù)“O”。在示例實施例中，第一狀態(tài)SI’可以包括如圖7中所示的最高狀態(tài)P3。如圖7中所示，通過覆寫操作，具有四個狀態(tài)E、P1、P2和P3中的一個的多電平單元可以變?yōu)榫哂袃蓚€狀態(tài)SI和S2中的一個的單電平單元。即，在覆寫編程操作之后，可以將存儲由四個狀態(tài)中的一個指示的2位的存儲單元變?yōu)榇鎯τ蓛蓚€狀態(tài)SI’和S2中的一個指示的I位的存儲單元。
使用上述覆寫操作，如圖7中所示，根據(jù)要通過覆寫操作編程的數(shù)據(jù)，在先狀態(tài)E、PU P2和P3可以轉(zhuǎn)變?yōu)榈谝粻顟B(tài)SI，或第二狀態(tài)S2。圖7中的第一狀態(tài)SI，的閾值電壓分布比圖6中的第一狀態(tài)SI的閾值電壓分布的寬度更窄。包括第一狀態(tài)SI’和第二狀態(tài)S2的窄閾值電壓分布可能對擦除操作有利。與沒有覆寫的存儲塊相比，當(dāng)擦除覆寫的存儲塊時，可以減少閾值電壓分布或者ISPE循環(huán)的數(shù)目。如參照圖5至圖7所描述的，執(zhí)行2位編程操作之后，可以通過覆寫操作來執(zhí)行I位編程操作。但是，本發(fā)明構(gòu)思不限于此。例如，在執(zhí)行3位編程操作之后，可以通過覆寫操作執(zhí)行I位編程操作。圖8是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實施例在3位編程操作之后執(zhí)行的覆寫操作的圖。參照圖8，可以對連接至上部字線WL4至WL7的存儲單元MC4至MC7編程以具有九個狀態(tài)E、Q1至Q7和EPl中的一個，并且可以對連接至下部字線WLO至WL3的存儲單元MCO至MC3編程以具有八個狀態(tài)E和Ql至Q7中的一個。此處，可以通過覆寫操作對連接至上部字線WL4至WL7的存儲單元MC4至MC·7中的每個編程以具有狀態(tài)EPl。圖9是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實施例的、圖8中的覆寫操作的圖。參照圖8和圖9，在覆寫操作，存儲單元(圖8中的MC4、MC5、MC6和MC7中的一個)可以被編程為具有第一狀態(tài)SI和第二狀態(tài)S2中的一個，其中第一狀態(tài)SI保持在先狀態(tài)(Ql至Q7中的一個)，且第二狀態(tài)S2是從在先狀態(tài)(從Ql至Q7中的一個轉(zhuǎn)變)轉(zhuǎn)變的額外狀態(tài)EPl。此處，第一狀態(tài)SI可以對應(yīng)于數(shù)據(jù)“I”而第二狀態(tài)S2可以對應(yīng)于數(shù)據(jù)“O”。圖10是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的另一實施例的、圖8中的覆寫操作的圖。參照圖8和圖10，在覆寫操作，存儲單元(圖8中的MC4、MC5、MC6和MC7中的一個)可以被編程為具有第一狀態(tài)SI’和第二狀態(tài)S2，其中第一狀態(tài)SI’是從在先狀態(tài)(Ql至Q7)轉(zhuǎn)變的(或者，通過對在先狀態(tài)(Ql至Q7)編程聚集的)，和第二狀態(tài)S2是從在先狀態(tài)(Ql至Q7中的一個)轉(zhuǎn)變的額外狀態(tài)EPl。此處，第一狀態(tài)SI’可以對應(yīng)于數(shù)據(jù)“I”而第二狀態(tài)S2可以對應(yīng)于數(shù)據(jù)“O”。如參照圖8至圖10所描述的，執(zhí)行3位編程操作之后，可以通過覆寫操作執(zhí)行I位編程操作。在執(zhí)行存儲塊的多位編程操作之后，可以通過覆寫操作執(zhí)行單個位編程操作。但是，本發(fā)明構(gòu)思不限于此。執(zhí)行多位編程操作之后，可以通過覆寫操作按多維調(diào)制方案執(zhí)行編程操作。此處，多維調(diào)制方案指的是:對要存儲的數(shù)據(jù)值進行編碼，并且將編碼結(jié)果編程到期望(或替換地，預(yù)定的)數(shù)目的存儲單元。在韓國專利申請N0.10-2011-0037961(US13/413, 118)中公開了多維調(diào)制方案，通過引用將其全部內(nèi)容合并于此。圖11是示出在3位編程操作之后通過覆寫操作按多維調(diào)制方案執(zhí)行的編程操作的圖。參照圖11，連接至上部字線WL6和WL7的存儲單元MC6和MC7可以被編程為具有第一至第三狀態(tài)STl、ST2和ST3中的一個。即，通過覆寫操作，存儲單元可以被編程為具有三個狀態(tài)ST1、ST2和ST3。圖12是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實施例的、圖11中的編程操作的圖。參照圖12，覆寫操作可以對數(shù)據(jù)值編程以存儲在連續(xù)相鄰的四個存儲單元此71、1 :72、1 :73和MC74中。根據(jù)連續(xù)的存儲單元MC71、MC72、MC73和MC74的編程狀態(tài)，可以以四個單元為單位使用81個狀態(tài)(3X3X3X3)。此處，81個狀態(tài)可以適當(dāng)?shù)貙?yīng)于要對其編程的數(shù)據(jù)值。
圖13是示意地示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實施例的編程方法的示意圖。參照圖13，使用本發(fā)明構(gòu)思的編程方法，在執(zhí)行m位編程操作(m是自然數(shù))之后，通過覆寫操作可以執(zhí)行η位編程操作(η是實數(shù))?？梢允褂?m個狀態(tài)TSl至TS2m來執(zhí)行m位編程操作。在m位編程操作之后，當(dāng)需要覆寫操作時(或者，當(dāng)滿足覆寫條件時)，可以使用至少一個額外狀態(tài)TS2m+l來執(zhí)行η位編程操作。在示例實施例中，可以按照塊來管理覆寫條件(或者，用于覆寫操作的條件)。例如，塊當(dāng)中其中沒有存儲數(shù)據(jù)的干凈塊(或，空閑塊)的數(shù)目可以被用于覆寫條件。在示例實施例中，可以按照子塊來管理覆寫條件。例如，子塊當(dāng)中具有無效數(shù)據(jù)的子塊的數(shù)目可以被用于覆寫條件。在示例實施例中，可以按照頁來管理覆寫條件。例如，無效頁的數(shù)目可以被用于覆與條件。在示例實施例中，η可以小于m。在另一實施例中，η可以小于或等于m。在其它的示例實施例中，η可以等于或大于m。本發(fā)明構(gòu)思的編程·方法可以包括:執(zhí)行覆寫操作，其中m位編程的在先狀態(tài)被轉(zhuǎn)變?yōu)橹辽僖粋€額外狀態(tài)，該額外狀態(tài)具有比在先狀態(tài)更高的閾值電壓。作為覆寫操作的結(jié)果，由在先狀態(tài)定義的數(shù)據(jù)作廢，而通過覆寫操作編程的數(shù)據(jù)有效。使用本發(fā)明構(gòu)思的編程方法，在通過覆寫操作執(zhí)行η位編程操作之后，可以再一次執(zhí)行覆寫操作。這可以取決于m位編程操作之后每個編程狀態(tài)的閾值電壓分布的寬度和用于可能編程狀態(tài)的閾值電壓窗。圖14是示意地示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的另一實施例的編程方法的示意圖。參照圖14，可以通過第一覆寫操作執(zhí)行η位編程操作(η是實數(shù))，并可以通過第二覆寫操作再次執(zhí)行k位編程操作(k是正實數(shù))。使用本發(fā)明構(gòu)思的編程方法，通過第二覆寫操作，通過第一覆寫操作進行η位編程的在先狀態(tài)可以被編程為具有至少一個額外狀態(tài)EST，該額外狀態(tài)EST具有比在先狀態(tài)更高的閾值電壓。在示例實施例中，k可以小于η。在其它示例實施例中，k可以小于或等于η。在另外的示例實施例中，k可以大于η。可以使用2m個狀態(tài)TSl至TS2m來執(zhí)行m位編程操作。但是，本發(fā)明構(gòu)思不限于此。在覆寫操作之前，可以使用多個狀態(tài)來執(zhí)行覆寫操作之前的編程操作。圖15是示意地示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的另一實施例的編程方法的示意圖。參照圖15，可以使用i個狀態(tài)TSl至TSi (i是大于2的自然數(shù))來執(zhí)行j位編程操作(j是大于2的自然數(shù))，然后可以通過覆寫操作來執(zhí)行η位編程操作。應(yīng)該理解，在這里描述的示例實施例中，例如對于圖6-圖15，存儲控制器200被配置為如所述地控制覆寫操作(或多個)。圖16是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實施例的塊管理方法的流程圖。在操作SllO中，覆寫管理模塊220 (參照圖1)可以判斷是否改變?nèi)魏我粋€塊上的塊模式?？梢愿鶕?jù)與塊的擦除可能性關(guān)聯(lián)的信息，諸如塊的健康狀態(tài)(例如，Ρ/Ε循環(huán)、損耗級別、誤比特率等)或者塊的數(shù)據(jù)狀態(tài)(例如，干凈塊(即其中沒有存儲數(shù)據(jù)的塊)的數(shù)目、塊的無效頁的比例等)，來確定是否改變?nèi)魏我粋€塊上的塊模式。下面將針對其它示例方法實施例來更詳細(xì)地描述用于判斷是否改變塊模式的具體方法。
例如，塊模式可以包括正常塊模式和覆寫塊模式(或，覆寫就緒狀態(tài)模式)。正常塊模式可以指在編程操作對塊進行m位編程的模式。覆寫塊模式可以指在編程操作使用覆寫操作執(zhí)行η位編程操作的模式。可以從存儲控制器200 (參照圖1)和/或非易失性存儲設(shè)備100 (參照圖1)的映射表中提取指示塊狀態(tài)的、與擦除可能性關(guān)聯(lián)的信息。如果不需求改變塊模式，則在操作S120中，塊管理模塊240可以使用正常塊模式來管理塊。如果需要改變塊模式，則在操作S130中，塊管理模塊240可以使用覆寫塊模式來管理塊。即，在覆寫塊模式的編程操作，可以通過覆寫操作(參照圖5至圖10)來執(zhí)行I位編程操作，或者可以使用多維調(diào)制方案(參照圖11和圖12)來執(zhí)行編程操作。在示例實施例中，可以通過映射表在對應(yīng)塊的頁或在非易失性存儲設(shè)備100的元區(qū)域處存儲指示改變后的塊模式的信息。使用本發(fā)明構(gòu)思的塊管理方法，可以將塊模式改變?yōu)楦矊憠K模式，在覆寫塊模式中根據(jù)塊狀態(tài)通過覆寫操作來執(zhí)行編程操作。圖17是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實施例的塊模式確定方法的圖。參照圖17，當(dāng)非易失性存儲設(shè)備中的干凈塊(即，沒有存儲數(shù)據(jù)的塊)的數(shù)目低于參考值時，可以將m位編程后的塊中的一個的塊模式改變?yōu)楦矊憠K模式。參考值可以是通過經(jīng)驗研究確定的設(shè)計參數(shù)。之后，當(dāng)輸入對于被設(shè)置為覆寫塊 模式的塊的編程命令時，可以執(zhí)行使用覆寫操作的編程操作。圖18是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的另一實施例的塊模式確定方法的圖。參照圖18，可以根據(jù)塊的狀態(tài)來改變塊模式。即，當(dāng)在合并操作之后塊包括無效數(shù)據(jù)時，可以將塊模式改變?yōu)楦矊憠K模式。雖然存儲無效數(shù)據(jù)的塊是無效塊，但是在通過覆寫操作執(zhí)行編程操作之后，被設(shè)置為覆寫塊模式的塊可以變?yōu)橛行K。之后，當(dāng)接收到對于被設(shè)置為覆寫塊模式的塊的編程命令時，可以通過覆寫操作對該塊中的對應(yīng)頁進行編程。圖19是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實施例的塊模式存儲方法的圖。參照圖19，塊可以包括用于存儲塊信息的至少一個保留頁。該保留頁可以包括存儲塊模式信息的塊模式區(qū)域101和存儲塊關(guān)聯(lián)信息的保留數(shù)據(jù)區(qū)域102。在示例實施例中，塊模式信息可以包括與正常塊模式對應(yīng)的位值和與覆寫模式對應(yīng)的位值中的一個。因此，塊模式區(qū)域101存儲指示塊的狀態(tài)的狀態(tài)指示符。下面將對此進行更詳細(xì)的描述。塊模式信息可以進一步包含與塊的覆寫數(shù)目關(guān)聯(lián)的信息。此處，此覆寫數(shù)目可以是指示自最后一次擦除該塊起在該塊之內(nèi)執(zhí)行的覆寫操作的數(shù)目的整數(shù)。當(dāng)基于頁執(zhí)行覆寫操作時，也可以在保留數(shù)據(jù)區(qū)域中存儲關(guān)于每頁上的覆寫操作的頁信息。即，頁信息可以與塊模式信息相同，但是是基于頁的。此外、另外或者可替換地，可以存儲與塊模式信息相同的子塊信息。圖20是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實施例的、存儲系統(tǒng)中的包括覆寫操作的操作方法的流程圖。參照圖1和圖20，在操作S210中，覆寫管理模塊220可以判斷是否需要塊的
覆寫操作。在示例實施例中，當(dāng)非易失性存儲設(shè)備100中干凈塊的數(shù)目低于參考值并且輸入關(guān)于先前經(jīng)歷編程操作(例如，m位編程操作)且存儲無效數(shù)據(jù)的塊的編程命令時，可以執(zhí)行塊上的覆寫操作。這個和其它實施例中的參考值可以是通過經(jīng)驗研究確定的設(shè)計參數(shù)。
在示例實施例中，當(dāng)編程后的塊中存儲無效數(shù)據(jù)的頁的數(shù)目在參考值之上并且接收到關(guān)于該塊的無效頁的編程命令時，可以執(zhí)行塊的覆寫操作。在示例實施例中，當(dāng)先前經(jīng)歷了編程操作的塊(編程后的塊)的損耗級別低于參考值并且輸入關(guān)于包括無效數(shù)據(jù)的塊的編程命令時，可以執(zhí)行塊的覆寫操作。此處，低于參考值的損耗級別可以意味著可以執(zhí)行覆寫操作。在示例實施例中，當(dāng)塊的覆寫數(shù)目小于最大值并且接收到關(guān)于包括無效數(shù)據(jù)的塊的編程命令時，可以執(zhí)行塊的覆寫操作。在示例實施例中，當(dāng)遍及時間窗從塊中讀取的數(shù)據(jù)的誤比特率(BER)低于閾值時，可以執(zhí)行塊的覆寫操作。這里，BER表示塊的健康狀態(tài)。在實施例中，如果出現(xiàn)上述條件中的一個，則在操作S215中覆寫管理模塊220可以將包括無效數(shù)據(jù)的塊設(shè)置成覆寫塊模式。在另一實施例中，必須滿足多于一個的條件以允許覆寫。并且，在又一實施例中，必須滿足全部條件以允許覆寫。在操作S220中，在接收關(guān)于η位操作的編程命令之后，通過覆寫操作可以執(zhí)行對已經(jīng)歷了 m位編程操作并且包括無效數(shù)據(jù)的塊的η位編程操作。在示例實施例中，覆寫操作可以是使用圖5至圖6 (或者，·圖8至圖10)來描述的單電平編程操作，或者參照圖12來描述的多維調(diào)制方式的編程操作。覆寫管理模塊220可以在非易失性存儲設(shè)備100處存儲塊的覆寫數(shù)目。此處，可以通過存儲控制器中的表來存儲關(guān)于每塊的覆寫數(shù)目，或者可以在每塊的頁處存儲覆寫數(shù)目(S230)。在操作S240中，響應(yīng)于輸入的擦除命令，塊管理模塊240可以基于存儲的覆寫數(shù)目來執(zhí)行塊的擦除操作。例如，當(dāng)塊的覆寫數(shù)目多于I時，可以執(zhí)行擦除操作。此處，可以以ISPE方式執(zhí)行擦除操作。如果塊沒有經(jīng)歷任何覆寫操作，則可以不執(zhí)行對塊的擦除操作。雖然圖20中未示出，但是本發(fā)明構(gòu)思的操作方法可以進一步包括:基于塊的覆寫數(shù)目、塊的編程/擦除循環(huán)數(shù)目、塊擦除比率和/或保留時間(retention time)，判斷在任何塊的擦除操作之前是否在第一覆寫操作之后再一次執(zhí)行覆寫操作。利用本發(fā)明構(gòu)思的擦除方法的一個例子，可以在擦除塊之前執(zhí)行覆寫操作。圖21是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的另一實施例的、存儲系統(tǒng)中的包括覆寫操作的操作方法的流程圖。在操作S310中，塊管理模塊220 (參照圖1)可以判斷干凈塊的數(shù)目是否低于參考值。當(dāng)干凈塊的數(shù)目大于參考值時，可以不執(zhí)行擦除操作來產(chǎn)生干凈塊。當(dāng)干凈塊的數(shù)目小于參考值時，在操作S315中，塊管理模塊220可以將包括無效數(shù)據(jù)的塊設(shè)置為覆寫塊模式。被設(shè)置成覆寫塊模式的塊處于覆寫就緒狀態(tài)。然后輸入用于覆寫操作的編程命令，并且對處于覆寫就緒狀態(tài)的塊選擇性地執(zhí)行覆寫操作。此處，根據(jù)塊的數(shù)據(jù)狀態(tài)或健康狀態(tài)，由覆寫管理模塊220 (參照圖1)來確定塊是否可以被覆寫。之后，在操作S330中，覆寫管理模塊220可以在非易失性存儲設(shè)備100 (參照圖1)中存儲關(guān)于每個存儲塊的覆寫數(shù)目。在操作S340中，響應(yīng)于擦除命令，塊管理模塊240可以用與以上針對步驟S240描述的相同的方式基于存儲的覆寫數(shù)目來執(zhí)行塊的擦除操作。根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的操作方法，當(dāng)非易失性存儲設(shè)備中的干凈塊的數(shù)目低于參考值時，可以執(zhí)行覆寫操作。圖22是示意地示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實施例的、塊的生命周期的圖。參照圖22，塊的生命周期可以經(jīng)歷下面的過程。在操作S410中，初始塊狀態(tài)可以是編程就緒狀態(tài)?？梢詫μ幱诰幊叹途w狀態(tài)的塊執(zhí)行多位編程操作。在操作S420中，編程后的塊可以進入覆寫就緒狀態(tài)。參考對應(yīng)塊的損耗級別或干凈塊的數(shù)目，可以根據(jù)對應(yīng)塊的數(shù)據(jù)狀態(tài)來確定覆寫就緒狀態(tài)。可以通過覆寫操作對具有覆寫就緒狀態(tài)的塊進行編程。在操作S430中，已經(jīng)歷了覆寫操作的塊可以進入擦除就緒狀態(tài)?？梢愿鶕?jù)對應(yīng)塊的覆寫數(shù)目來確定擦除就緒狀態(tài)?？梢圆脸哂胁脸途w狀態(tài)的塊。此處，可以以ISPE方式來執(zhí)行擦除操作。在操作S440中，可以判斷擦除操作是否成功。如果擦除操作通過，則在操作S410中，擦除完成塊可以進入編程就緒狀態(tài)。如果擦除操作失敗，則可以將對應(yīng)塊分類為壞塊。根據(jù)以上描述，塊可以順序地經(jīng)歷從編程就緒狀態(tài)到覆寫就緒狀態(tài)的狀態(tài)改變以及從覆寫就緒狀態(tài)到擦除就緒狀態(tài)的狀態(tài)改變。在編程就緒狀態(tài)和覆寫就緒狀態(tài)之間，塊可以具有包括有效數(shù)據(jù)的編程狀態(tài)和包括無效數(shù)據(jù)的無效狀態(tài)。在編程狀態(tài)中，塊中的每個存儲單元可以存儲m位數(shù)據(jù)。在覆寫就緒狀態(tài)和擦除就緒狀態(tài)之間，塊可以具有覆與狀態(tài)。在覆與狀態(tài)中，塊中的每個存儲單?？梢源鎯Ζ俏粩?shù)據(jù)。 換言之，塊可以具有如下發(fā)展的生命周期:干凈狀態(tài)(例如，擦除的并且準(zhǔn)備好被編程的塊或正常模式)、編程狀態(tài)(使用有效數(shù)據(jù)編程的塊)、無效狀態(tài)(存儲無效數(shù)據(jù)的塊)、可覆寫狀態(tài)(存儲無效數(shù)據(jù)并且滿足一個或多個上述條件，使得允許覆寫無效數(shù)據(jù)而無需擦除該塊的塊)，覆寫狀態(tài)(根據(jù)一個示例實施例已經(jīng)對其覆寫而沒有擦除并存儲了有效數(shù)據(jù)的塊)，并且返回干凈狀態(tài)。存儲控制器200可以在塊模式區(qū)域101中的表中存儲狀態(tài)指示符，以指示塊的狀態(tài)。另外，可以在存儲控制器200中的表中、例如在快閃轉(zhuǎn)換層(FTL)中存儲狀態(tài)指示符，以提供對存儲器100的更有效的控制。即，通過存儲或下載狀態(tài)指示符到存儲控制器200中，存儲控制器200可以更快地訪問狀態(tài)信息。也可以在存儲控制器200處存儲覆寫數(shù)目。通過檢查塊的狀態(tài)，存儲控制器200適當(dāng)?shù)乜刂圃趬K上執(zhí)行操作。例如，并且正如從塊的生命周期的以上描述而理解到的，如果塊處于無效狀態(tài)，則存儲控制器200僅將塊的狀態(tài)改變?yōu)榭筛矊懙?，并且如果狀態(tài)信息指示可覆寫狀態(tài)，則存儲控制器200僅覆寫塊中的數(shù)據(jù)。一旦塊已經(jīng)被覆寫，則存儲控制器200就將該塊的狀態(tài)改變?yōu)楦矊?，其也指示?shù)據(jù)是有效的。還有，在其中覆寫數(shù)據(jù)表示比被覆寫的數(shù)據(jù)更少位的實施例中，覆寫狀態(tài)同樣地指示該塊每存儲單元存儲比例如編程狀態(tài)期間所存儲的數(shù)據(jù)更少的數(shù)據(jù)。覆寫了存儲塊之后，存儲控制器200然后可以存儲覆寫數(shù)目，這指示自最后一次擦除起塊已被覆寫的次數(shù)。如可以理解的，在其中在擦除之前可以多于一次地覆寫塊的實施例中，生命周期包括額外的無效、可覆寫和覆寫狀態(tài)。例如，在塊可以被覆寫兩次的情況下，生命周期如下:干凈狀態(tài)、編程狀態(tài)、無效狀態(tài)、可覆寫狀態(tài)、覆寫狀態(tài)、無效狀態(tài)、可覆寫狀態(tài)、覆寫狀態(tài)，并返回干凈狀態(tài)。通過檢查覆寫數(shù)目，存儲控制器200確定是否進入第一可覆寫狀態(tài)并且執(zhí)行第一次覆寫，或者是否進入第二可覆寫狀態(tài)并執(zhí)行第二次覆寫。基于此確定，存儲控制器200對塊中的存儲單元編程以實現(xiàn)不同的狀態(tài)。在一個實施例中，可以在表中存儲用于正常的和各種覆寫狀態(tài)的編程和驗證電壓。表可以被在存儲器100，和/或可以被存儲在存儲控制器200中。另外或可替換地，這些電壓可以被硬布線到存儲控制器200的電路中。以相同方式，可以將取決于正常的和各種覆寫狀態(tài)而改變的其它電壓(例如，用于讀數(shù)據(jù)的電壓)存儲在表中或硬布線到存儲控制器200中。雖然在以上示例實施例中被描述為基于塊來存儲，但是替換地或另外地，狀態(tài)信息可以基于頁和/或子塊被存儲在存儲器100以及可選擇地在存儲控制器200中。應(yīng)該理解，可以以各種方式組合以上描述的實施例。例如，可以將僅覆寫遠離襯底的存儲單元的實施例與考慮塊生命周期和狀態(tài)信息的實施例組合。但是這是一個示例組合，并且更多的將是顯而易見的。現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖23，圖23是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實施例的圖1中的非易失性存儲設(shè)備的圖。參照圖23，非易失性存儲器設(shè)備100可以包括存儲單元陣列110、塊選通電路120、地址譯碼器130、讀/寫電路140和控制邏輯150。存儲單元陳列110可以包括多個的存儲塊BLKl至BLKz (z是2或更大的整數(shù))。存儲塊BLKl至BLKz中的每個可以形成在沿著第一和第三方向延伸的平面上沿著第二方向(或垂直方向)堆疊的結(jié)構(gòu)。 每個塊可以包括在與襯底垂直的方向上延伸的多個垂直串。每個垂直串可以包括沿著與襯底垂直的方向堆疊的多個存儲單元?？梢匝刂泻土性谝r底上提供存儲單元，并且存儲單元可以形成在與襯底垂直的方向上堆疊的三維結(jié)構(gòu)。在示例實施例中，存儲單元陣列110可以包括多個存儲單元，每個存儲單元存儲一位或多位數(shù)據(jù)。塊選通電路120可以通過串選擇線SSL、字線WL和地選擇線GSL連接至存儲單元陣列110。塊選通電路120可以通過串線SS、選擇線S和地線GS連接至地址譯碼器130?？梢詮牡刂纷g碼器130向塊選通電路120提供塊選擇信號BSS。塊選通電路120可以響應(yīng)于塊選擇信號BSS來選擇存儲單元陣列的塊。塊選通電路120可以將所選擇的塊的串選擇線SSL、字線WL和地選擇線或多條地選擇線GSL與串線SS、選擇線S和地線或多條地線GS電連接。地址譯碼器130可以通過串線SS、選擇線S和地線或多條地線GS與塊選通電路120連接。地址譯碼器130可以被配置為響應(yīng)于控制邏輯150的控制而操作。地址譯碼器130可以從外部設(shè)備接收地址ADDR。地址譯碼器130可以被配置為譯碼輸入的地址ADDR的行地址。地址譯碼器130可以基于譯碼后的行地址的譯碼后的塊地址來生成塊選擇信號BSS。地址譯碼器130可以被配置為從選擇線S當(dāng)中選擇與譯碼后的行地址對應(yīng)的選擇線。地址譯碼器130可以被配置為從串線SS和地線或多條地線GS當(dāng)中選擇與譯碼后的行地址對應(yīng)的串線和地線。地址譯碼器130可以被配置為譯碼輸入的地址ADDR的列地址。地址譯碼器130可以向讀/寫電路140傳遞譯碼后的列地址DCA。在示例實施例中，地址譯碼器130可以包括:譯碼行地址的行譯碼器、譯碼列地址的列譯碼器、存儲輸入的地址ADDR的地址緩沖器，等等。讀/寫電路140可以通過位線BL連接至存儲單元陣列110。讀/寫電路140可以被配置為與外部設(shè)備交換數(shù)據(jù)。讀/寫電路140可以響應(yīng)于控制邏輯150的控制而操作?？梢詮牡刂纷g碼器130向讀/寫電路140提供譯碼后的列地址DCA。讀/寫電路140可以響應(yīng)于譯碼后的列地址DCA來選擇位線BL。在示例實施例中，讀/寫電路140可以從外部設(shè)備接收數(shù)據(jù)，以將其存儲在存儲單元陣列110中。讀/寫電路140可以從存儲單元陣列110中讀取數(shù)據(jù)，以將其輸出到外部設(shè)備。讀/寫電路140可以從存儲單元陣列110的第一存儲區(qū)域中讀取數(shù)據(jù)，并將其存儲在存儲單元陣列110的第二存儲區(qū)域中。即，讀/寫電路140可以執(zhí)行回拷(copy-back)操作。在示例實施例中，讀/寫電路140可以包括諸如頁緩沖器(或者，稱為頁寄存器)、列選擇電路、數(shù)據(jù)緩沖器等的元件?？商鎿Q地，讀/寫電路140可以包括諸如讀出放大器、寫驅(qū)動器、列選擇電路、數(shù)據(jù)緩沖器等的元件?？刂七壿?50可以與地址譯碼器130和讀/寫電路140連接?？刂七壿?50可以被配置為控制非易失性存儲設(shè)備100的整體操作?？刂七壿?50可以包括第一編程邏輯151和第二編程邏輯152。第一編·程邏輯151可以執(zhí)行針對連接至上部字線(例如，圖5中的WL4至WL7)的存儲單元和連接至更低字線(例如，圖5中的WLO至WL3)的存儲單元的m位編程操作(m是大于I的整數(shù))。如圖5中所示，第二編程邏輯152可以執(zhí)行在覆寫操作期間針對連接至上部字線(例如，WL4至WL7)的存儲單元的η位編程操作(η是小于m的整數(shù))。本發(fā)明構(gòu)思的非易失性存儲設(shè)備100可以使用覆寫操作來執(zhí)行針對m位編程后的存儲單元的η位編程操作。圖24是示出圖23中的一個塊的電路圖。參照圖24，塊可以具有共享位線結(jié)構(gòu)。例如，可以在第一位線BLl和公共源極線CSL之間連接四個串STl至ST4，以連接至第一位線BLl。第一位線BLl可以對應(yīng)于在第一方向延伸的導(dǎo)電材料。串STl至ST4中的每個可以包括兩個串聯(lián)連接的串選擇晶體管SSTI和SST2，SST1和SST2分別與串選擇線SSLl和SSL2連接。在示例實施例中，可以對串選擇晶體管SSTl和SST2中的至少一個編程來控制閾值電壓。串STl至ST4中的每個可以包括兩個串聯(lián)連接的地選擇晶體管GSTl和GST2，GST1和GST2分別與地選擇線GSLl和GSL2連接。在示例實施例中，可以對地選擇晶體管GSTl和GST2中的至少一個編程來控制閾值電壓。圖25是示出當(dāng)存儲系統(tǒng)的塊的所有單元具有額外狀態(tài)時額外狀態(tài)的數(shù)目與擦除頻率縮減率之間的關(guān)聯(lián)的表。此處，擦除頻率可以是當(dāng)寫入相同數(shù)目的頁時需要的擦除數(shù)目。擦除頻率ERS_Freq可以滿足下面的公式I。公式I
IHS — Ireq oc-
-MjT SX P在公式I中，m指示每個存儲單元的位數(shù)，s指示2°1個狀態(tài)之外的額外狀態(tài)的數(shù)目，而P指示存儲塊中具有額外狀態(tài)的存儲單元的百分比。由于覆寫操作導(dǎo)致的擦除頻率縮減率ERS_Freq_reduction可以滿足下面的公式2。公式2
權(quán)利要求
1.一種方法，包括: 覆寫存儲m位數(shù)據(jù)的存儲單元以存儲η位數(shù)據(jù),η小于或等于m,當(dāng)存儲m位數(shù)據(jù)時存儲單元具有第一多個編程狀態(tài)中的一個，而當(dāng)存儲η位數(shù)據(jù)時存儲單元具有第二多個編程狀態(tài)中的一個，所述第二多個編程狀態(tài)包括不在第一多個編程狀態(tài)中的至少一個編程狀態(tài)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述不在第一多個編程狀態(tài)中的編程狀態(tài)具有大于第一多個編程狀態(tài)的閾值電壓分布的閾值電壓分布。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述第二多個編程狀態(tài)包括不在第一多個編程狀態(tài)中的多于一個的編程狀態(tài)。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括: 覆寫存儲η位數(shù)據(jù)的存儲單元以存儲P位數(shù)據(jù)，P小于或等于η,當(dāng)存儲P位數(shù)據(jù)時存儲單元具有第三多個編程狀態(tài)，并且所述第三多個編程狀態(tài)包括不在第一多個編程狀態(tài)和第二多個編程狀態(tài)中的至少一個編程狀態(tài)。
5.如權(quán)利要求1的方法，其中，存儲器包括存儲單元，該存儲器被劃分為存儲單元的塊，并且該方法還包括: 確定塊中的無效塊是否可覆寫，所述無效塊存儲無效數(shù)據(jù)；并且其中 如果所述確定步驟確定無效塊是可覆寫的，則允許覆寫。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述確定步驟基于存儲器中干凈塊的數(shù)目來確定無效塊是可覆寫的。
7.如權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述確定步驟基于無效塊中空閑頁的數(shù)目來確定無效塊是可覆寫的，每一空閑頁不存儲任何數(shù)據(jù)。
8.如權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述確定步驟基于無效塊的健康狀態(tài)來確定無效塊是可覆寫的，所述健康狀態(tài)指示無效塊的損耗級別。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述健康狀態(tài)基于無效塊已經(jīng)經(jīng)歷的編程/擦除循環(huán)的數(shù)目。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述健康狀態(tài)基于當(dāng)無效塊曾是有效塊時讀取的數(shù)據(jù)的誤比特率。
11.如權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述確定步驟基于存儲器中干凈塊的數(shù)目和無效塊的健康狀態(tài)來確定無效塊是可覆寫的，所述健康狀態(tài)指示無效塊的損耗級別。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，存儲器包括存儲單元，該存儲器被劃分為存儲單元的塊，每塊被劃分成頁，并且該方法還包括: 確定包括存儲單元的無效頁是否可覆寫，所述無效頁存儲無效的數(shù)據(jù)；并且其中 如果所述確定步驟確定包括存儲單元的無效頁是可覆寫的，則允許在該無效頁上的覆與。
13.如權(quán)利要求5所述的方法，還包括: 如果所述確定步驟確定無效塊是可覆寫的，則存儲指示無效塊是可覆寫的第一指示符。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，還包括: 在覆寫之后，存儲指示塊中的至少一個已經(jīng)被覆寫的第二指示符。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，還包括:在覆寫之后，存儲指示塊中的至少一個自最后一次被擦除起已經(jīng)被覆寫的次數(shù)的第三指示符。
16.—種存儲系統(tǒng),包括: 存儲器，包括至少一個存儲串，存儲串包括串聯(lián)連接的多個存儲單元，相對于襯底垂直地排列多個存儲單元，多個存儲單元被劃分成至少第一組存儲單元和第二組存儲單元，第一組存儲單元被布置得比第二組存儲單元更遠離襯底；以及 控制器，被配置為基于第一套閾值電壓分布將數(shù)據(jù)編程到所述多個存儲單元中，并且該控制器被配置為基于第二套閾值電壓分布來覆寫第一組存儲單元中的數(shù)據(jù)，第一組存儲單元中的覆寫數(shù)據(jù)的量小于或等于編程數(shù)據(jù)的量，第二套閾值電壓分布包括不在第一套閾值電壓分布中的至少一個閾值電壓分布。
17.如權(quán)利要求16所述的存儲系統(tǒng)，其中，所述控制器被配置為不覆寫第二組中的存儲單元。
18.如權(quán)利要求16所述的存儲系統(tǒng)，其中，所述控制器被配置為基于第三套閾值電壓分布來覆寫第二組存儲單元中的數(shù)據(jù)，第二組存儲單元中覆寫數(shù)據(jù)的量小于或等于編程數(shù)據(jù)的量，第三套閾值電壓分布包括不在第一套閾值電壓分布中的至少一個閾值電壓分布。
19.如權(quán)利要求18所述的存儲系統(tǒng)，其中，第三套閾值電壓分布與第二套閾值電壓分布不同。
20.如權(quán)利要求16所述的存儲系統(tǒng)，其中，所述控制器被配置為覆寫第一組存儲單元，以使得至少部分由第一組的至少兩個存儲單元中的閾值電壓分布來表示m位數(shù)據(jù)。
21.如權(quán)利要求20所述的存儲系統(tǒng)，其中，所述第一組的至少兩個存儲單元包括在它們各自的存儲串內(nèi)處于不同的垂直位置的存儲單元。
22.如權(quán)利要求16所述的存儲系統(tǒng)，其中 所述存儲器包括多個存儲串，并且所述多個存儲串的存儲單元被劃分成塊； 所述控制器被配置為存儲針對至少一個塊的狀態(tài)信息，狀態(tài)信息指示干凈狀態(tài)、編程狀態(tài)、無效狀態(tài)、可覆寫狀態(tài)和覆寫狀態(tài)中的一個，干凈狀態(tài)指示塊被擦除，編程狀態(tài)指示塊存儲有效數(shù)據(jù)，無效狀態(tài)指示塊存儲無效數(shù)據(jù)，可覆寫狀態(tài)指示允許覆寫數(shù)據(jù)而無需擦除在塊中存儲的無效數(shù)據(jù)，覆寫狀態(tài)指示已經(jīng)覆寫了在塊中存儲的至少部分?jǐn)?shù)據(jù)而沒有擦除該塊。
23.如權(quán)利要求22所述的存儲系統(tǒng)，其中，所述控制器被配置為不覆寫第二組中的存儲單元。
24.如權(quán)利要求22所述的存儲系統(tǒng)，其中，所述控制器被配置為僅當(dāng)塊的當(dāng)前狀態(tài)是無效狀態(tài)時，才允許將針對該塊的狀態(tài)信息改變?yōu)榭筛矊憼顟B(tài)。
25.如權(quán)利要求22所述的存儲系統(tǒng)，其中，所述控制器被配置為僅當(dāng)塊的狀態(tài)信息指示可覆寫狀態(tài)時，才覆寫該塊中的數(shù)據(jù)。
26.如權(quán)利要求25所述的存儲系統(tǒng)，其中，所述控制器被配置為覆寫塊之后將該塊的狀態(tài)信息改變?yōu)楦矊憼顟B(tài)。
27.如權(quán)利要求22所述的存儲系統(tǒng)，其中，所述控制器被配置為如果狀態(tài)信息指示覆寫狀態(tài)則存儲覆寫數(shù)目，所述覆寫數(shù)目指示自最后一次擦除該塊起覆寫的次數(shù)。
28.如權(quán)利要求22所述的存儲系統(tǒng)，其中，所述控制器被配置為在存儲器中存儲狀態(tài)信息。
29.如權(quán)利要求28所述的存儲系統(tǒng)，其中，所述控制器被配置為在塊的頁中存儲狀態(tài)信息。
30.如權(quán)利要求22所述的存儲系統(tǒng)，其中，所述控制器被配置為在控制器中存儲狀態(tài)信息。
31.如權(quán)利要求22所述的存儲系統(tǒng)，其中，所述覆寫狀態(tài)指示塊存儲有效數(shù)據(jù)。
32.如權(quán)利要求22所述的存儲系統(tǒng)，其中，所述覆寫狀態(tài)指示塊每存儲單元存儲比在編程狀態(tài)期間存儲的數(shù)據(jù)更少的數(shù)據(jù)。
33.一種管理具有被劃分成塊的多個存儲單元的存儲器的方法，包括:存儲針對塊中的至少一個的狀態(tài)信息，狀態(tài)信息指示干凈狀態(tài)、編程狀態(tài)、無效狀態(tài)、可覆寫狀態(tài)和覆寫狀態(tài)中的一個，干凈狀態(tài)指示塊被擦除，編程狀態(tài)指示塊存儲有效數(shù)據(jù)，無效狀態(tài)指示塊存儲無效數(shù)據(jù)，可覆寫狀態(tài)指示允許覆寫數(shù)據(jù)而無需擦除在該塊中存儲的無效數(shù)據(jù)，覆寫狀態(tài)指示已經(jīng)覆寫了在該塊中存儲的至少部分?jǐn)?shù)據(jù)而沒有擦除該塊；以及基于狀態(tài)信息來執(zhí)行對塊的操作。
34.如權(quán)利要求33所述的方法，還包括: 僅當(dāng)塊的當(dāng)前狀態(tài)是無效狀態(tài)時，才允許將針對塊的狀態(tài)信息改變?yōu)榭筛矊憼顟B(tài)。
35.如權(quán)利要求33所述的方法，其中，僅當(dāng)塊的狀態(tài)信息指示可覆寫狀態(tài)時，才選擇性地執(zhí)行覆寫塊中的數(shù)據(jù)。
36.如權(quán)利要求35所述的方法，還包括: 在覆寫塊之后，將塊的狀態(tài)信息改變?yōu)楦矊憼顟B(tài)。
37.如權(quán)利要求33所述的方法，還包括: 如果狀態(tài)信息指示覆寫狀態(tài)則存儲覆寫數(shù)目，該覆寫數(shù)目指示自最后一次擦除起該塊覆寫的次數(shù)。
38.如權(quán)利要求33所述的方法，其中，所述存儲步驟在存儲器中存儲狀態(tài)信息。
39.如權(quán)利要求38所述的方法，其中，所述存儲步驟在存儲器中塊的頁中存儲狀態(tài)信肩、O
40.如權(quán)利要求33所述的方法，其中，所述存儲步驟在存儲器的控制器中存儲狀態(tài)信肩、O
41.如權(quán)利要求33所述的方法，其中，所述覆寫狀態(tài)指示塊存儲有效數(shù)據(jù)。
42.如權(quán)利要求33所述的方法，其中，所述覆寫狀態(tài)指示塊每存儲單元存儲比在編程狀態(tài)期間存儲的數(shù)據(jù)更少的數(shù)據(jù)。
43.如權(quán)利要求42所述的方法，其中，所述編程狀態(tài)指示所存儲的數(shù)據(jù)由第一套閾值電壓分布表示，而覆寫狀態(tài)指示所存儲的數(shù)據(jù)由第二套閾值電壓分布表示，所述第二套閾值電壓分布包括不在第一套閾值電壓分布中的至少一個閾值電壓分布。
44.一種非臨時性記錄介質(zhì),包括: 存儲針對塊中的至少一個的狀態(tài)信息的存儲區(qū)域，狀態(tài)信息指示干凈狀態(tài)、編程狀態(tài)、無效狀態(tài)、可覆寫狀態(tài)和覆寫狀態(tài)中的一個，干凈狀態(tài)指示塊被擦除，編程狀態(tài)指示塊存儲有效數(shù)據(jù)，無效狀態(tài)指示塊存儲無效數(shù)據(jù)，可覆寫狀態(tài)指示允許覆寫數(shù)據(jù)而無需擦除在該塊中存儲的無效數(shù)據(jù)，覆寫狀態(tài)指示已經(jīng)覆寫了在塊中存儲的至少部分?jǐn)?shù)據(jù)而沒有擦除該塊。
45.如權(quán)利要求44所述的記錄介質(zhì)，其中，如果狀態(tài)信息指示覆寫狀態(tài)則所述存儲區(qū)域存儲覆寫數(shù)目，該覆寫數(shù) 目指示自最后一次擦除該塊起覆寫的次數(shù)。
全文摘要
公開了一種存儲設(shè)備、存儲系統(tǒng)、塊管理方法、編程和擦除方法。在一個實施例中，一種方法包括覆寫存儲m位數(shù)據(jù)的存儲單元以存儲n位數(shù)據(jù)，其中n小于或等于m。當(dāng)存儲m位數(shù)據(jù)時存儲單元具有第一多個編程狀態(tài)中的一個，而當(dāng)存儲n位數(shù)據(jù)時存儲單元具有第二多個編程狀態(tài)中的一個。第二多個編程狀態(tài)包括不在第一多個編程狀態(tài)中的至少一個編程狀態(tài)。
文檔編號G11C16/14GK103226975SQ20131003130
公開日2013年7月31日 申請日期2013年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月27日
發(fā)明者吳銀珠, 金宰弘, 金鐘河, 孔駿鎮(zhèn) 申請人:三星電子株式會社