NAND Flash存儲系統(tǒng)高磨損區(qū)域數(shù)據(jù)預(yù)加重方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于數(shù)據(jù)存儲技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種NAND Flash存儲系統(tǒng)高磨損區(qū)域數(shù)據(jù)預(yù)加重方法。
【背景技術(shù)】
[0002]NAND FLASH存儲器得益于其高吞吐、低耗電、耐震、穩(wěn)定性高、耐低溫、發(fā)熱量小、工作噪音低等眾多優(yōu)勢，在手機、數(shù)碼相機、U盤、MP3，平板電腦、個人電腦、高性能計算機、軍工產(chǎn)業(yè)等領(lǐng)域擁有廣闊的市場前景。
[0003]為滿足市場對NAND Flash存儲器容量日益增長的迫切需求，NAND FLASH存儲器呈現(xiàn)出工藝尺寸不斷縮小以及MLC (Mult1-Level Cell，多電平存儲單元)技術(shù)廣泛運用兩大發(fā)展趨勢。然而在有效提升存儲容量，降低單位比特數(shù)據(jù)存儲成本的同時，NAND FLASH同樣面臨愈發(fā)嚴重的可靠性問題。
[0004]在構(gòu)造方面，NAND FLASH存儲器是基于浮柵電荷存儲實現(xiàn)數(shù)據(jù)的保存，如圖1 (a)所示。然而，在數(shù)據(jù)保存期間，NAND Flash存儲器的浮柵電荷泄漏導(dǎo)致浮柵電荷數(shù)量減少，如圖1(b)所示，浮柵電荷的丟失將會導(dǎo)致數(shù)據(jù)錯誤產(chǎn)生。隨著NAND FLASH工藝尺寸不斷縮小，NAND Flash存儲器的存儲單元浮柵結(jié)構(gòu)的幾何尺寸不斷縮小，導(dǎo)致浮柵電荷存儲數(shù)量的降低，與此同時，MLC技術(shù)的運用使得數(shù)據(jù)對浮柵電荷數(shù)量的變化更加敏感，從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)保持誤碼率的迅速增加。
[0005]NAND FLASH存儲器浮柵電荷的丟失速率與其存儲單元所經(jīng)受的編程/擦除次數(shù)有密切關(guān)聯(lián)。在對NAND Flash存儲器單元進行編程/擦除操作過程中，施加于存儲單元隧穿氧化層上的強電場將會誘發(fā)氧化層缺陷的產(chǎn)生，從而造成隧穿氧化層絕緣性能下降，從而使浮柵電荷的逃逸幾率增加。在NAND Flash存儲器的高磨損區(qū)域，存儲單元隧穿氧化層缺陷不斷積累，使數(shù)據(jù)保存期間浮柵電荷數(shù)量迅速下降，從而引發(fā)嚴重的數(shù)據(jù)保持錯誤。
[0006]隨著NAND Flash存儲器工藝尺寸不斷縮小以及MLC技術(shù)的廣泛運用，高磨損區(qū)域中過高的數(shù)據(jù)保持錯誤率已經(jīng)成為制約NAND FLASH數(shù)據(jù)可靠性的關(guān)鍵因素。如圖2所示為一款典型的商用MLC NAND FLASH存儲器的數(shù)據(jù)保持誤碼率與存儲器所經(jīng)歷的編程/擦除次數(shù)以及數(shù)據(jù)存儲時間的變化趨勢的曲線示意圖。在數(shù)據(jù)保存期間，NAND Flash存儲器數(shù)據(jù)保持錯誤隨存儲單元編程/擦除次數(shù)以及數(shù)據(jù)的存儲時間的增加而迅速升高，而存儲單元的磨損程度對數(shù)據(jù)保持錯誤率具有顯著影響。如圖2所示，在經(jīng)歷4年的數(shù)據(jù)保存時間后，經(jīng)歷過6000次編程/擦除的NAND Flash存儲器，其數(shù)據(jù)保持錯誤率是經(jīng)歷3000次編程/擦除情況下的7倍?？梢姡吣p區(qū)域中過高的數(shù)據(jù)保持錯誤率已經(jīng)成為制約NANDFLASH數(shù)據(jù)可靠性的關(guān)鍵因素。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問題之一。為此，本發(fā)明需要提出一種NAND Flash存儲系統(tǒng)高磨損區(qū)域數(shù)據(jù)預(yù)加重方法，該方法可以減少高磨損區(qū)域存儲單元數(shù)據(jù)保持期間由浮柵電荷損失所誘發(fā)的數(shù)據(jù)保持錯誤數(shù)量，提高數(shù)據(jù)保存可靠性。
[0008]為了解決上述問題，本發(fā)明實施例提出一種NAND Flash存儲系統(tǒng)高磨損區(qū)域數(shù)據(jù)預(yù)加重方法，該方法包括以下步驟:在NAND Flash存儲器寫入數(shù)據(jù)之后，判斷寫入數(shù)據(jù)所在數(shù)據(jù)塊是否被寫滿；如果所述數(shù)據(jù)塊已經(jīng)被寫滿，查詢所述數(shù)據(jù)塊的磨損程度信息；根據(jù)所述磨損程度信息判斷所述數(shù)據(jù)塊是否屬于高磨損塊；如果所述數(shù)據(jù)塊屬于所述高磨損塊，則對所述數(shù)據(jù)塊進行數(shù)據(jù)預(yù)加重。
[0009]根據(jù)本發(fā)明實施例的NAND Flash存儲系統(tǒng)高磨損區(qū)域數(shù)據(jù)預(yù)加重方法，在數(shù)據(jù)寫入之后，通過對高磨損區(qū)域的數(shù)據(jù)塊進行數(shù)據(jù)預(yù)加重處理，可以對NAND Flash存儲器的高磨損區(qū)域進行浮柵電荷預(yù)補償，從而顯著減少高磨損區(qū)域存儲單元數(shù)據(jù)保存期間由于浮柵電荷損失所誘發(fā)的數(shù)據(jù)保持錯誤率，提高NAND Flash存儲器存儲數(shù)據(jù)的可靠性。
[0010]進一步地，所述磨損程度信息通過以下方式中的任意一種方式獲得:通過對所述數(shù)據(jù)塊所經(jīng)歷的編程/擦除次數(shù)計數(shù)建立；或者向所述數(shù)據(jù)塊寫入已知數(shù)據(jù)，通過對數(shù)據(jù)錯誤率的測定獲得；或者在經(jīng)歷已知保持時間之后，通過對所述數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)錯誤率的測定獲得。
[0011]具體地，通過以下任意一種方法對屬于高磨損塊的數(shù)據(jù)塊進行數(shù)據(jù)預(yù)加重:通過讀取-重寫的方法對所述數(shù)據(jù)塊進行數(shù)據(jù)預(yù)加重；通過數(shù)據(jù)頁刷新的方法對所述數(shù)據(jù)塊進行數(shù)據(jù)預(yù)加重；通過字線編程串擾的方法對所述數(shù)據(jù)塊進行數(shù)據(jù)預(yù)加重；通過讀串擾的方法對所述數(shù)據(jù)塊進行數(shù)據(jù)預(yù)加重。
[0012]其中，所述NAND Flash存儲器為MLC NAND Flash存儲器，通過讀取-重寫的方法對所述數(shù)據(jù)塊進行數(shù)據(jù)預(yù)加重，具體包括:S10，讀取所述數(shù)據(jù)塊中的所有LSB(LeastSignificant Bit，LSB，最低有效比特)頁數(shù)據(jù)；S11，將所述LSB頁數(shù)據(jù)回寫至所述數(shù)據(jù)塊中相對應(yīng)的LSB數(shù)據(jù)頁中，其中，在所述LSB頁數(shù)據(jù)回寫時，誘發(fā)所述NAND FLASH存儲器的浮柵電荷注入以實現(xiàn)浮柵電荷預(yù)補償，降低保存期間數(shù)據(jù)對存儲單元浮柵電荷損失的敏感性，從而實現(xiàn)高磨損區(qū)域數(shù)據(jù)預(yù)加重；以及重復(fù)步驟S10-S11，直至達到第一預(yù)設(shè)次數(shù)。
[0013]其中，所述NAND Flash存儲器為SLC (Single-Level Cell,單電平存儲單元)NANDFlash存儲器，通過讀取-重寫的方法對所述數(shù)據(jù)塊進行數(shù)據(jù)預(yù)加重，具體包括:S12，讀取所述數(shù)據(jù)塊中的所有的頁數(shù)據(jù)；S13，將所述頁數(shù)據(jù)回寫至所述數(shù)據(jù)塊中相對應(yīng)的數(shù)據(jù)頁中，其中，在所述頁數(shù)據(jù)回寫時，誘發(fā)所述NAND FLASH存儲器的浮柵電荷注入以實現(xiàn)浮柵電荷預(yù)補償，降低保存期間數(shù)據(jù)對存儲單元浮柵電荷損失的敏感性，從而實現(xiàn)高磨損區(qū)域數(shù)據(jù)預(yù)加重；以及重復(fù)步驟S12-S13，直至達到第二預(yù)設(shè)次數(shù)。
[0014]具體地，其中，所述NAND Flash存儲器為MLC NAND Flash存儲器，通過數(shù)據(jù)頁刷新的方法對所述數(shù)據(jù)塊進行數(shù)據(jù)預(yù)加重，具體包括:讀取所述被標記的數(shù)據(jù)塊中的所有LSB頁數(shù)據(jù)；對所述LSB頁數(shù)據(jù)進行ECC (Error Correcting Code，錯誤檢查和糾正碼)解碼；如果ECC解碼成功，將所述LSB頁數(shù)據(jù)回寫至所述數(shù)據(jù)塊中相對應(yīng)的LSB數(shù)據(jù)頁中，且重復(fù)回寫操作，直至回寫次數(shù)達到第三預(yù)設(shè)次數(shù)。
[0015]其中，所述NAND Flash存儲器為SLC NAND Flash存儲器，通過數(shù)據(jù)頁刷新的方法對所述數(shù)據(jù)塊進行數(shù)據(jù)預(yù)加重，具體包括:讀取所述數(shù)據(jù)塊中的所有頁數(shù)據(jù)；對所述頁數(shù)據(jù)進行ECC解碼；如果ECC解碼成功，將所述頁數(shù)據(jù)回寫至所述數(shù)據(jù)塊中相對應(yīng)的數(shù)據(jù)頁中，且重復(fù)回寫操作，直至回寫次數(shù)達到第四預(yù)設(shè)次數(shù)。
[0016]具體地，其中，所述NAND Flash存儲器為MLC NAND Flash存儲器，通過字線編程串擾的方法對所述數(shù)據(jù)塊進行數(shù)據(jù)預(yù)加重，具體包括:對所述數(shù)據(jù)塊中的所有LSB數(shù)據(jù)頁依次寫入全‘ 1’數(shù)據(jù)，其中，在所述LSB頁操作時，誘發(fā)所述NAND FLASH存儲器的浮柵電荷注入以實現(xiàn)浮柵電荷預(yù)補償，降低保存期間數(shù)據(jù)對存儲單元浮柵電荷損失的敏感性，從而實現(xiàn)高磨損區(qū)域數(shù)據(jù)預(yù)加重；以及，重復(fù)寫入操作，直至寫入次數(shù)達到第五預(yù)設(shè)次數(shù)。。
[0017]其中，所述NAND Flash存儲器為SLC NAND Flash存儲器，通過字線編程串擾的方法對所述數(shù)據(jù)塊進行數(shù)據(jù)預(yù)加重，具體包括:對所述數(shù)據(jù)塊中的所有數(shù)據(jù)頁依次寫入全‘1’數(shù)據(jù)，其中，在所述頁操作時，誘發(fā)所述NAND FLASH存儲器的浮柵電荷注入以實現(xiàn)浮柵電荷預(yù)補償，降低保存期間數(shù)據(jù)對存儲單元浮柵電荷損失的敏感性，從而實現(xiàn)高磨損區(qū)域數(shù)據(jù)預(yù)加重；以及，重復(fù)寫入操作，直至寫入次數(shù)達到第六預(yù)設(shè)次數(shù)。
[0018]具體地，通過讀串擾的方法對所述數(shù)據(jù)塊進行數(shù)據(jù)預(yù)加重，具體包括:對所述數(shù)據(jù)塊中的所有數(shù)據(jù)頁依次進行讀取操作，其中，在所述讀取操作時，誘發(fā)所述NAND FLASH存儲器的浮柵電荷注入以實現(xiàn)浮柵電荷預(yù)補償，降低保存期間數(shù)據(jù)對存儲單元浮柵電荷損失的敏感性，從而實現(xiàn)高磨損區(qū)域數(shù)據(jù)預(yù)加重；以及，重復(fù)讀取操作，直至讀取次數(shù)達到第七預(yù)設(shè)次數(shù)。
【附圖說明】
[0019]圖1中(a)和(b)是相關(guān)技術(shù)中NAND Flash存儲器的浮柵電荷數(shù)量變化示意圖；
[0020]圖2是相關(guān)技術(shù)中NAND Flash存儲器中數(shù)據(jù)保持錯誤率隨存儲單元編程/擦除次數(shù)與存儲時間變化趨勢的曲線示意圖；
[0021]圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的NAND Flash存儲系統(tǒng)高磨損區(qū)域數(shù)據(jù)預(yù)加重方法的流程圖；
[0022]圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例的NAND Flash存儲系統(tǒng)高磨損區(qū)域數(shù)據(jù)預(yù)加重方法的流程圖；
[0023]圖5中的(a)、(b)和(c)是根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例的對高磨損區(qū)域數(shù)據(jù)塊進