专利名称：非易失性存储器件、存储控制器及其方法
技术领域：
本发明构思的实施例涉及半导体器件，更具体地，涉及用于检测闪存单元的退化(de t er i or at i on)的方法以及执行该方法的器件。
背景技术：
根据编程周期和/或擦除周期的数量来确定闪存器件的使用寿命。因此，为了稳定地使用闪存器件，包括在闪存器件中的多个块上的耗损平衡(wear-leveling)方案被应用。根据在多个块的每ー个上的擦除周期的数量来应用耗损平衡方案。
发明内容
本发明总的发明构思提供用于检测闪存的退化的方法以及与此相关的器件。至少一些实施例提供实时检測。至少ー些实施例提供调整块的耗损平衡的级别的方法，所述块是通过使用退化信息的擦除操作的目标。教导了一种非易失性存储器件的操作方法的实施例，包括接收从控制器输出的块地址和擦除命令；改变与擦除操作相关的參数值，直到完成根据擦除命令对相应于所述块地址的块执行的擦除操作；存储相应于最终改变的參数值的信息；以及根据从控制器输出的命令向控制器发送信息。所述命令可以是要求有关所述擦除操作的成功或失败的信息的读状态命令。所述參数值是下述中的至少ー个直到块被擦除所需的时间、递增步长脉冲擦除(ISPE)循环计数、递增步长脉冲擦除(ISPE)电压、ISPE的每个擦除循环的每个擦除脉冲的宽度和振幅中的至少ー个、擦除验证脉冲的宽度和振幅中的至少ー个、非易失性存储器件的温度、在擦除操作期间提供给所述块的电压以及对所述块的擦除计数。可以利用指示所述擦除操作的成功或失败的状态位向控制器发送所述信息。教导了一种控制器的操作方法的示例实施例，包括为了擦除非易失性存储器件中的块，向非易失性存储器件发送关于所述块的块地址和擦除命令；向非易失性存储器件发送命令；接收响应于所述命令从非易失性存储器件输出的并且相应于与根据所述擦除命令的擦除操作相关的參数值的信息；分析接收的信息；以及根据所述分析将所述块的耗损平衡的级别分类到多个组中的ー个中。所述命令可以是要求有关所述擦除操作的成功或失败的信息的读状态命令。所述控制器的操作方法还可以包括根据所述分析结果重分类所述块的当前耗损平衡的级别。所述控制器的操作方法还可以包括由所述控制器向非易失性存储器件发送分类或重分类的結果。所述信息指示下述中的至少ー个直到块被擦除所需的时间、递增步长脉冲擦除(ISPE)循环计数、递增步长脉冲擦除(ISPE)电压、ISPE的每个擦除循环的每个擦除脉冲的宽度和振幅中的至少ー个、擦除验证脉冲的宽度和振幅中的至少ー个、非易失性存储器件的温度、在擦除操作期间提供给所述块的电压以及对所述块的擦除计数。教导了一种存储系统的示例实施例，所述存储系统包括在其中具体实现了块的非易失性存储器件和控制所述非易失性存储器件的操作的控制器，所述操作方法包括由所述控制器向所述非易失性存储器件发送关于块的块地址和擦除命令；由所述控制器向所述非易失性存储器件发送命令；由所述控制器接收响应于所述命令从非易失性存储器件输出的并且相应于与根据所述擦除命令的擦除操作相关的參数值的信息；由所述控制器分析所述信息；以及根据所述分析将所述块的耗损平衡的级别分类到多个组中的ー个中。 所述存储系统的操作方法还可以包括由所述非易失性存储器件改变与擦除操作相关的參数值，直到完成根据擦除命令执行的对所述块的擦除操作；将最终改变的參数值存储为所述信息；以及当所述命令是读状态命令吋，由所述非易失性存储器件响应于所述读状态命令向所述控制器发送信息。所述存储系统的操作方法还可以包括由所述控制器将所述块的当前耗损平衡的级别进行重分类，所述重分类导致至少ー个块从ー个组改变到另一組。所述存储系统可以是智能卡或固态驱动器(SSD)。教导了一种存储控制器的示例实施例，包括被配置为存储程序的存储器，以及被配置为执行存储在所述存储器中的程序的处理器。当所述程序被执行时，所述处理器被配置为为了擦除非易失性存储器件中的块，执行向非易失性存储器件发送关于所述块的块地址和擦除命令；向非易失性存储器件发送命令；接收响应于所述命令从非易失性存储器件输出的并且相应于与根据所述擦除命令的擦除操作相关的參数值的信息；分析所迷信息；以及根据分析结果将所述块的耗损平衡的级别分类到多个组中的ー个中。所述命令可以是要求有关所述擦除操作的成功或失败的信息的读状态命令。所述信息指示下述中的至少ー个直到块被擦除所需的时间、递增步长脉冲擦除(ISPE)循环计数、递增步长脉冲擦除(ISPE)电压、ISPE的每个擦除循环的每个擦除脉冲的宽度和振幅中的至少ー个、擦除验证脉冲的宽度和振幅中的至少ー个、非易失性存储器件的温度、在擦除操作期间提供给所述块的电压以及对所述块的擦除计数。教导了一种非易失性存储器件的示例实施例，包括存储单元阵列，该存储单元阵列包括多个块；以及控制逻辑，被配置为接收从控制器输出的块地址和擦除命令；改变与所述擦除操作相关的參数值，直到完成根据所述擦除命令对所述多个块当中根据所述块地址指定的块执行的擦除操作；在存储器中存储相应于最终改变的參数值的信息；以及根据从所述控制器输出的命令向所述控制器发送所述信息。所述命令可以是要求有关所述擦除操作的成功或失败的信息的读状态命令。所述信息是下述中的至少ー个直到块被擦除所需的时间、递增步长脉冲擦除(ISPE)循环计数、递增步长脉冲擦除(ISPE)电压、ISPE的每个擦除循环的每个擦除脉冲的宽度和振幅中的至少ー个、擦除验证脉冲的宽度和振幅中的至少ー个、非易失性存储器件的温度、在擦除操作期间提供给所述块的电压以及对所述块的擦除计数。
可以利用指示所述擦除操作的成功或失败的状态位向控制器发送所述信息。一种耗损平衡的方法，包括接收非易失性存储器中的块的退化信息，基于所述退化信息确定退化指示符，所述退化指示符表示在所述块的存储单元中捕获的电荷的数量，以及基于所述退化指示符将所述块分类到耗损平衡组中。
通过下面结合附图进行的对示例实施例的描述，本发明的这些和/或其他方面和/或优点将会变得清楚和更加容易理解，其中
图I示出根据示例实施例的包括非易失性存储器件的存储系统的框图；图2示出从图I中示出的非易失性存储器件输出的状态寄存器数据的示例实施例；图3示出图I中示出的存储系统的操作时序图的示例实施例；图4示出图I中示出的非易失性存储器件的示意性框图；图5示出图I中示出的非易失性存储器件的框图；图6是用于阐明图I中示出的非易失性存储器件的擦除操作以及状态寄存器数据的输出过程的流程图；图7是用于阐明图I中示出的非易失性存储器件中执行的递增步长脉冲擦除(ISPE)方案的时序图；图8示出耗损指数(wearing index)和编程/擦除周期。图9是用于阐明图I中示出的非易失性存储器件的编程操作以及状态寄存器数据的输出过程的流程图；图10示出图I中示出的存储系统的操作时序图的另ー示例实施例；图11是用于阐明图I中示出的非易失性存储器件中执行的递增步长脉冲编程(ISPP)方案的时序图；图12示出状态寄存器数据和编程/擦除周期之间的关系；图13是用于阐明在图I中示出的存储系统中执行的耗损平衡方法的流程图；图14是用于阐明图I中示出的存储系统的耗损平衡管理方法的表格；图15示出根据另ー示例实施例的包括非易失性存储器件的存储系统的框图；图16是用于阐明图15中示出的存储系统的操作的流程图；图17示出包括图I或图15中示出的存储控制器和非易失性存储器件的数据处理系统的示例实施例；以及图18示出包括图I或图15中示出的存储控制器和非易失性存储器件的数据处理系统的另一不例实施例。
具体实施例方式现在将參照在其中示出实施例的附图在以下更充分地描述示例实施例。然而，可以以许多不同的形式实现示例实施例并且不应该认为实施例限于那些此处阐述的实施例。相反地，提供这些实施例以使得本公开是彻底和完整的，并且对本领域技术人员充分地表达本发明的范围。在附图中，为了清楚可以放大层和区域的大小和相对大小。遍及附图，相似的标号指示相似的元件。应该理解，当元件被称作与另一元件“连接”或"耦接"，该元件可直接与另一元件连接或耦接，或存在ー个或多个中间层元件。相反地，当元件被称作与另一元件“直接连接”或"直接耦接"，则不存在中间层元件。如在此所用，术语“和/或”包括ー个或多个相关的列出项的任意和所有组合，并可被缩写为“/”。应该理解，虽然术语第一、第二等在此用作描述不同的元素，但是这些元件可以不限于这些术语。这些术语仅用于将ー个元件与另ー个区别开。例如，第一信号可以称为第ニ元素，类似地，第二元素可以被称为第一信号而不背离示例实施例的教导。此处使用的术语仅为描述特定实施例的目的，并不g在限制本发明。如此处使用的“一”、“ー个”和“该”也g在包括复数形式，除非上下文清楚地指示相反情況。还应该理解，当在本说明书中使用“包含”和/或“包括”时，确定了所述的特征、区域、整数、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但是没有排除ー个或多个其他特征、区域、整数、步骤、操作、元素、组件和/或其组的存在或添加。除非另外定义，所有在此使用的术语(包括技术的和科技的术语)具有相同的含义，该含义通常能够被本发明所属的技术领域的普通技术人员理解。还将理解，诸如那些定义在通用词典中的术语应该解释为具有在相关技术领域和/或本申请的上下文中的含义相一致的含义，而不应该以理想化或过度正式的感觉解释，除非此处明确定义。2009 年 9 月 14 日提交的美国专利申请 No. 12/558,630 “Method of operatingnonvolatile memory device and memory system”以及 2010 年 3 月 18 日提交的美国专利申请 No. 12/726，408 “Nonvolatile memory device and related programming method”通过引用全部合并于此。图I示出根据示例实施例的包括非易失性存储器件的存储系统的框图。參照图1，存储系统10包括存储控制器20和非易失性存储器件30。存储系统10可以是包括闪存的任何系统。存储控制器20生成地址和命令，例如，用于控制非易失性存储器件30的操作的编程命令、读命令或擦除命令，所述操作例如编程操作、读操作或擦除操作。按页执行编程操作和读操作，并且按块执行擦除操作。存储控制器20输出用于实时检测包括在非易失性存储器件30中的存储单元的退化程度的命令CMD。例如，命令CMD可以是例如读状态命令的命令，用于获得有关来自非易失性存储器件30的擦除操作或编程操作的成功(或通过)或失败的信息。此外，命令CMD可以是參照图15阐明的命令。非易失性存储器件30根据命令CMD向存储控制器20发送指示退化程度的退化程
度ィ目息。退化程度信息可以被称作与擦除操作或编程操作相关的參数值、相应于參数值的信息、或状态寄存器数据SRD。例如，退化程度信息包括确定包括在页或块中的多个存储单元中的每ー个的退化程度所需的任何信息，所述页是编程操作的目标，所述块是擦除操作的目标。 例如，与擦除操作相关的退化程度信息可以包括直到作为擦除操作的目标的块被实际上擦除所需的时间；递增步长脉冲擦除(ISPE)循环计数；ISPE电压，例如ISPE最终擦除电压；图7的每个擦除循环LPl到LPi的每个擦除脉冲EPi的宽度和振幅中的至少ー个；图7的擦除验证脉冲EV的宽度和振幅中的至少ー个；非易失性存储器件30的温度；块的温度；在擦除操作期间提供给块的至少ー个电压；非易失性存储器件30的操作电压；和/或对块的擦除计数。此外，与编程操作相关的退化程度信息包括直到作为编程操作的目标的页实际上被编程所需的时间；递增步长脉冲编程(ISPP)循环计数；ISPP电压，例如ISPP初始编程电压或ISPP最终编程电压；图11的每个编程循环LPl到LPj的每个编程脉冲PPj的宽度和振幅中的至少ー个；图11的编程验证脉冲的宽度和振幅中的至少ー个；非易失性存储器件30的温度；页的温度；在编程操作期间提供的至少ー个电压；非易失性存储器件30的操作电压；和/或页上的编程计数。
编程/擦除(P/E)周期或编程/擦除(P/E)周期的数量影响闪存単元的退化。此处，对角线“/”意思是和/或。存储控制器20可以根据从非易失性存储器件30输出的退化程度信息来按组执行耗损平衡。ISPP方案意思是向所选择的字线提供编程电压以将编程之后的单元分布控制在期望的宽度内的方法，该编程电压每一编程循环增加ー电压(例如，恒定电压)。另外，ISPE方案意思是向所选择的块提供擦除电压以将单元分布控制在如ISPP方案的擦除版本期望的宽度内的方法，所述擦除电压每一擦除循环增加ー电压(例如，恒定电压)。当非易失性存储器件30执行擦除操作吋，与擦除操作相关的參数值或相应于參数值的信息(例如，ISPE循环计数、ISPE电压和P/E周期中的ー个)被存储在存储器中(例如，实现在图5中示出的非易失性存储器件30中的状态寄存器151或存储单元阵列120)。此外，当非易失性存储器件30执行编程操作吋，与编程操作相关的參数值或相应于參数值的信息(例如，ISPP循环计数、ISPP电压和P/E周期中的ー个)被存储在存储器(例如，实现在图5中示出的非易失性存储器件30中的状态寄存器151或存储单元阵列120)中。非易失性存储器件30响应于从存储控制器20输出的命令CMD向存储控制器20发送存储在存储器中的状态数据信息SRD。因此，存储控制器20可以分析(或解码)状态数据信息SRD、根据分析结果分析当前編程的页或当前擦除的块的退化程度，以及根据分析结果对页或块执行耗损平衡。将參照图13和图14详细说明由存储控制器20以组为基础执行的耗损平衡。存储控制器20和非易失性存储器件30可以分别封装在封装中。根据实施例，存储控制器20和非易失性存储器件30可以封装在多芯片封装(MCP)中。图2示出从图I中示出的非易失性存储器件输出的状态寄存器数据的示例实施例。存储控制器20监视状态寄存器的状态位I/O 6或图3中示出的的输出、根据监视结果检测编程操作(或编程周期)或擦除操作(或擦除周期)的終止(或完成)。当编程操作或擦除操作終止(或完成)吋，存储控制器20向非易失性存储器件30发送命令CMD，例如，读状态命令。
非易失性存储器件30向存储控制器20发送具有状态位或写状态位I/O O的状态寄存器数据SRD。如图2中所示，非易失性存储器件30通过数据输入与输出接脚I/O 1-1/05向存储控制器20发送关于当前編程的页或当前擦除的块的退化程度信息，即，状态寄存器数据SRD。如上所述，状态寄存器数据SRD意思是退化程度信息、与擦除操作相关的參数值或相应于參数的信息、与编程操作相关的參数值或相应于參数的信息、和/或包括退化程度信息和其它信息一起的数据。存储控制器20可以根据状态寄存器数据SRD实时确定在当前编程的页或当前擦除的块上的退化程度。存储控制器20还可以根据写状态位I/O O的级别来确定编程操作或擦除操作的成功或失败。表格I是用于阐明用于块的每个可能的ISPE循环计数的状态寄存器数据SRD输出的示范性表格。表格I
权利要求
1.一种非易失性存储器件的操作方法，包括 接收从控制器输出的块地址和擦除命令； 改变与擦除操作相关的参数值，直到完成根据擦除命令对相应于块地址的块执行的擦除操作； 存储相应于最终改变的参数值的信息；以及 根据从控制器输出的命令向所述控制器发送信息。
2.如权利要求I所述的操作方法，其中所述命令是要求有关擦除操作的成功或失败的 息的读状态命令。
3.如权利要求2所述的操作方法，其中所述参数值是下述中的至少一个直到块被擦除所需的时间、递增步长脉冲擦除(ISPE)循环计数、递增步长脉冲擦除(ISPE)电压、ISPE的每个擦除循环的每个擦除脉冲的宽度和振幅中的至少一个、擦除验证脉冲的宽度和振幅中的至少一个、非易失性存储器件的温度、在擦除操作期间提供给所述块的电压以及对所述块的擦除计数。
4.如权利要求2所述的操作方法，其中利用指示擦除操作的成功或失败的状态位向控制器发送所述信息。
5.一种控制器的操作方法包括 为了擦除非易失性存储器件中的块，向非易失性存储器件发送关于所述块的块地址和擦除命令； 向非易失性存储器件发送命令； 接收响应于所述命令从非易失性存储器件输出的并且相应于与根据所述擦除命令的擦除操作相关的参数值的信息； 分析接收到的信息；以及 根据所述分析将所述块的耗损平衡的级别分类到多个组中的一个中。
6.如权利要求5所述的操作方法，其中所述命令是要求有关擦除操作的成功或失败的 息的读状态命令。
7.如权利要求6所述的操作方法，还包括 对所述块的当前耗损平衡的级别重分类。
8.如权利要求7所述的操作方法，还包括； 由所述控制器向所述非易失性存储器件发送所述分类或重分类的结果。
9.如权利要求6所述的操作方法，其中所述信息指示下述中的至少一个直到块被擦除所需的时间、递增步长脉冲擦除(ISPE)循环计数、递增步长脉冲擦除(ISPE)电压、ISPE的每个擦除循环的每个擦除脉冲的宽度和振幅中的至少一个、擦除验证脉冲的宽度和振幅中的至少一个、非易失性存储器件的温度、在擦除操作期间提供给所述块的电压以及对所述块的擦除计数。
10.一种存储系统的操作方法，所述存储系统包括在其中具体实现了块的非易失性存储器件和控制所述非易失性存储器件的操作的控制器，所述操作方法包括 由所述控制器向所述非易失性存储器件发送关于块的块地址和擦除命令； 由所述控制器向所述非易失性存储器件发送命令； 由所述控制器接收响应于所述命令从非易失性存储器件输出的并且相应于与根据所述擦除命令的擦除操作相关的參数值的信息； 由所述控制器分析所述信息；以及 根据所述分析将所述块的耗损平衡的级别分类到多个组中的ー个中。
11.如权利要求10所述的操作方法，还包括 由所述非易失性存储器件改变与擦除操作相关的參数值，直到完成根据擦除命令对所述块执行的擦除操作； 将最终改变的參数值存储为所述信息；以及 当所述命令是读状态命令时，由所述非易失性存储器件响应于所述读状态命令向所述控制器发送信息。
12.如权利要求11所述的操作方法，还包括 由所述控制器将所述块的耗损平衡的级别进行重分类，所述重分类导致至少ー个块从一个组改变到另ー组。
13.如权利要求11所述的操作方法，其中所述信息指示下述中的至少ー个直到块被擦除所需的时间、递增步长脉冲擦除(ISPE)循环计数、递增步长脉冲擦除(ISPE)电压、ISPE的每个擦除循环的每个擦除脉冲的宽度和振幅中的至少ー个、擦除验证脉冲的宽度和振幅中的至少ー个、非易失性存储器件的温度、在擦除操作期间提供给所述块的电压以及对所述块的擦除计数。
14.如权利要求10所述的操作方法，其中所述存储系统是智能卡。
15.如权利要求10所述的操作方法，其中所述存储系统是固态驱动器(SSD)。
16.ー种存储控制器，包括 被配置为存储程序的存储器；以及 被配置为执行存储在所述存储器中的程序的处理器， 其中，当所述程序被执行时，所述处理器被配置为， 为了擦除非易失性存储器件中的块，向所述非易失性存储器件发送关于所述块的块地址和擦除命令； 向非易失性存储器件发送命令； 接收响应于所述命令从非易失性存储器件输出的并且相应于与根据所述擦除命令的擦除操作相关的參数值的信息； 分析所述信息；以及 根据分析结果将所述块的耗损平衡的级别分类到多个组中的ー个中。
17.如权利要求16所述的存储控制器，其中所述命令是要求有关擦除操作的成功或失败的信息的读状态命令。
其中所述信息指示下述中的至少ー个直到块被擦除所需的时间、递增步长脉冲擦除(ISPE)循环计数、递增步长脉冲擦除(ISPE)电压、ISPE的每个擦除循环的每个擦除脉冲的宽度和振幅中的至少ー个、擦除验证脉冲的宽度和振幅中的至少ー个、非易失性存储器件的温度、在擦除操作期间提供给所述块的电压以及对所述块的擦除计数。
18.一种非易失性存储器件，包括 包括多个块的存储单元阵列；以及 控制逻辑，被配置为接收从控制器输出的块地址和擦除命令；改变与所述擦除操作相关的參数值，直到完成根据所述擦除命令对所述多个块当中根据所述块地址指定的块执行的擦除操作；在存储器中存储相应于最终改变的參数值的信息；以及根据从所述控制器输出的命令向所述控制器发送所述信息。
19.如权利要求18所述的非易失性存储器件，其中所述命令是要求有关擦除操作的成功或失败的信息的读状态命令， 其中所述信息指示下述中的至少ー个直到块被擦除所需的时间、递增步长脉冲擦除(ISPE)循环计数、递增步长脉冲擦除(ISPE)电压、ISPE的每个擦除循环的每个擦除脉冲的宽度和振幅中的至少ー个、擦除验证脉冲的宽度和振幅中的至少ー个、非易失性存储器件的温度、在擦除操作期间提供给所述块的电压以及对所述块的擦除计数。
20.如权利要求18所述的非易失性存储器件，其中利用指示擦除操作的成功或失败的状态位向控制器发送所述信息。
21.一种耗损平衡的方法，包括 接收用于非易失性存储中的块的退化信息； 基于所述退化信息确定至少ー个退化指示符，所述退化指示符表示在所述块的存储单元中捕获的电荷的数量；以及 基于所述退化指示符将所述块分类到耗损平衡组中。
22.如权利要求21所述的操作方法，其中所述退化信息包括下述中的至少ー个直到块被擦除所需的时间、递增步长脉冲擦除(ISPE)循环计数、递增步长脉冲擦除(ISPE)电压、ISPE的每个擦除循环的每个擦除脉冲的宽度和振幅中的至少ー个、擦除验证脉冲的宽度和振幅中的至少ー个、非易失性存储器件的温度、在擦除操作期间提供给块的电压以及对所述块的擦除计数。
全文摘要
本方法包括接收从控制器输出的块地址和擦除命令，以及改变与擦除操作相关的参数值，直到完成根据擦除命令对相应于所述程序块地址的块执行的擦除操作被完成。本方法还包括存储相应于最终改变的参数值的信息，以及根据从控制器输出的命令向控制器发送所述信息。
文档编号G11C29/00GK102646447SQ20111045410
公开日2012年8月22日 申请日期2011年12月30日 优先权日2011年2月22日
发明者李相勋 申请人:三星电子株式会社