固态储存装置中储存状态的分布曲线估计方法
【专利摘要】本发明关于一种固态储存装置中储存状态的分布曲线估计方法，包括下列步骤：提供多个临限电压，以形成多个临限电压区间；计算位于每一临限电压区间中的存储单元数目；在该些临限电压区间中决定一位置参数区间；计算每一临限电压区间的比率值以建立一分布曲线表；于该位置参数区间决定m个候选位置参数；决定n个候选尺度参数；决定m×n个候选高斯分布曲线；以及，由m×n个候选高斯分布曲线中决定一第一高斯分布曲线并定义为该第一储存状态的分布曲线。
【专利说明】固态储存装置中储存状态的分布曲线估计方法
【技术领域】
[0001]本发明是有关于一种固态储存装置中储存状态的分布曲线估计方法，且特别是有关于一种固态储存装置中储存状态的高斯分布曲线估计方法。
【背景技术】
[0002]众所周知，与非门快闪存储器(NAND flash memory)所组成的固态储存装置(solid state device)已经非常广泛的应用于各种电子产品。例如SD卡、固态硬盘等等。基本上，根据固态储存装置中每个存储单元所储存的数据量可进一步区分为每个存储单元储存一位的单层存储单元(Single-Level Cell，简称SLC)快闪存储器、每个存储单元储存二位的多层存储单元(Mult1-Level Cell，简称MLC)快闪存储器、与每个存储单元储存三位的三层存储单元(Triple-Level Cell，简称TLC)快闪存储器。
[0003]请参照图1，其所绘示为固态储存装置内部存储单元排列示意图。其中，每个存储单元内包括一个浮动栅晶体管(floating gate transistor)。此存储单元可为SLC、MLC、或者TLC。如图所示，多个存储单元串行连接成一行(column)，而固态储存装置中包括多行。再者，每一列的字符线(word line)可控制每行中的一个存储单元。
[0004]基本上，浮动栅晶体管中的浮动栅(floating gate)可以储存热载子(hotcarrier),而根据热载子储存量的多寡可决定该浮动栅晶体管的临限电压(thresholdvoltage，简称VTH)。也就是说，具有较高的临限电压的浮动栅晶体管需要较高的栅电压(gate voltage)来开启(turn on)浮动栅晶体管；反之,具有较低的临限电压的浮动栅晶体管则可以用较低的栅电压来开启浮动栅晶体管。
[0005]因此，于固态储存装置的程序周期(program cycle)时,可控制注入浮动栅的热载子量，进而改变其临限电压。而在读取周期(read cycle)时，固态储存装置中的感测电路(sensing circuit)即可根据浮动栅晶体管的临限电压来判断其储存状态。
[0006]请参照图2，其所绘示为MLC固态储存装置中的储存状态与临限电压关系示意图。基本上，MLC固态储存装置的一个存储单元可以根据不同的热载子量注入量而呈现四个储存状态E、A、B、C。在未注入热载子时，可视为储存状态E (例如逻辑储存状态11)，而随着热载子注入存储单元的数量渐增，依序为储存状态A (例如逻辑储存状态10)、储存状态B (例如逻辑储存状态00)、储存状态C (例如逻辑储存状态01)。其中，储存状态C的存储单元具有最高的临限电压准位，储存状态B的存储单元次之，储存状态A的存储单元再次之，储存状态E的存储单元具有最低的临限电压准位。再者，当存储单元经过抹除周期之后，皆会回复至未注入热载子的储存状态E。
[0007]一般而言，于程序周期时，若将多个存储单元程序为相同的储存状态，其并非每个存储单元的临限电压都会相同，而是会呈现一分布曲线(distribut1n curve),且其分布曲线可对应至一中位临限电压。由图2可知，储存状态E的中位临限电压为VTHE (例如0V)，储存状态A的中位临限电压为VTHA (例如10V)，储存状态B的中位临限电压为VTHB (例如20V)，储存状态C的中位临限电压为VTHC (例如30V)。举例来说明，在统计储存状态C的所有存储单元的临限电压后，具中位临限电压VTHC(例如30V)的存储单元数目最多。
[0008]如图2所示，当MLC固态储存装置中各个储存状态的分布曲线决定之后，即可据以产生一第一感测电压(sensed voltage, Vsl)、第二感测电压(Vs2)、与第三感测电压(Vs3)。而于读取周期时，即可利用第一感测电压(Vsl)、第二感测电压(Vs2)、与第三感测电压(Vs3)来侦测MLC固态储存装置中的存储单元的储存状态。
[0009]假设存储单元的临限电压小于第一感测电压(Vsl)，则该存储单元可视为储存状态E ;假设存储单元的临限电压大于第一感测电压(Vsl)且小于第二感测电压(Vs2)，则该存储单元可视为储存状态A ;假设存储单元的临限电压大于第二感测电压(Vs2)且小于第三感测电压(Vs3)，则该存储单元可视为储存状态B ;以及，假设存储单元的临限电压大于第三感测电压(Vs3)，则该存储单元可视为储存状态C。
[0010]基本上，感测电压的设定会影响到数据的读取错误率。举例来说，如图2所示的固态储存装置中，共有P个存储单元被程序为储存状态E。当利用第一感测电压(Vsl)来侦测P个存储单元时，仅有(P_q)个存储单元，其浮动栅极临限电压小于第一感测电压，可以被开启而被确认为储存状态E。而另外(q)个存储单元，其浮动栅极临限电压大于第一感测电压(Vsl)，则无法被开启而无法被确认为储存状态E。再者，如果降低第一感测电压(Vsl)并用以感测P个存储单元时，将会有少于(P_q)个存储单元被确认为储存状态E ;如果提高第一感测电压(Vsl)时，将会有大于(p_q)个存储单元被确认为储存状态E。
[0011]当然，上述方法运用于SLC固态储存装置时，利用一个感测电压即可侦测SLC固态储存装置的二个储存状态。而运用于TLC固态储存装置时，利用七个感测电压即可侦测TLC固态储存装置的八个储存状态。此处不再赘述。
[0012]为了要获得如图2所示的储存状态与临限电压关系图，一般是在程序周期中，将各种已知的储存状态记录于固态储存装置的存储单元中。接着，侦测所有存储单元的临限电压并进行统计。之后，即可完成图2中各个储存状态的分布曲线并据以产生感测电压。然而，此方式需要逐一侦测每个存储单元的临限电压并进行统计，因此非常麻烦与耗时，仅限于固态储存装置尚未出厂时才可进行。
[0013]当固态储存装置出厂并经过多次写入与抹除之后，固态储存装置中每个储存状态的分布曲线会改变，且中位临限电压也会位移。由于固态储存装置已经在使用者手中，因此将无法利用上述的方式来再次统计储存状态的分布曲线，以重新产生感测电压来降低数据读取错误率。因此，使用多时的固态储存装置若仍旧使用出厂时的感测电压来区别存储单元的储存状态，将会使得固态储存装置的数据读取错误率增加。
【发明内容】
[0014]本发明有关于一种固态储存装置中储存状态的分布曲线估计方法，该固态储存装置中包括具有一第一储存状态的M个存储单元，该分布曲线估计方法包括下列步骤:提供多个临限电压，以形成多个临限电压区间；计算位于每一临限电压区间中的存储单元数目；在该些临限电压区间中决定一位置参数区间；计算每一临限电压区间的比率值以建立一分布曲线表；于该位置参数区间决定m个候选位置参数；决定η个候选尺度参数；根据m个候选位置参数与η个候选尺度参数,决定mX η个候选高斯分布曲线；以及，由mXn个候选高斯分布曲线中决定一第一高斯分布曲线并定义为该第一储存状态的分布曲线。
[0015]为了对本发明的上述及其它方面有更佳的了解，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下:
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1所绘示为固态储存装置内部存储单元排列示意图。
[0017]图2所绘示为MLC固态储存装置中的储存状态与临限电压关系示意图。
[0018]图3A与图3B所绘示为不同参数的高斯分布曲线图及其应用示意图。
[0019]图4所绘示为决定位置参数区间的流程图。
[0020]图5A至图5E所绘示为决定该特定储存状态的位置参数区间的实施范例。
[0021]图6为候选位置参数与候选尺度参数所对应的多个高斯分布曲线的示意图。
[0022]图7A至图7E所绘示为根据四个高斯分布曲线(G21?G24)获得各临限电压区间的比率值的示意图。
[0023]图8为所有高斯分布曲线在相同临限电压区间的比率值的示意图。
[0024]图9所绘示为本发明运用于固态储存装置中储存状态的分布曲线估计方法流程示意图。
【具体实施方式】
[0025]由于现有获得固态储存装置储存状态的分布曲线的方法非常麻烦且耗时。因此，本发明提出一种运用于固态储存装置的储存状态分布曲线估计方法，其可在固态储存装置出厂后快速地估计储存状态的分布曲线。当然，本方法也可以应用在出厂前建立储存状态的分布曲线。
[0026]基本上，固态储存装置中储存状态的分布曲线的特性近似于类高斯分布曲线(Gaussian-1ike),因此本发明经由计算决定一个具备特定参数的高斯分布曲线，以作为储存状态的分布曲线。
[0027]众所周知，高斯分布曲线的参数包括位置参数μ (mean)以及尺度参数σ (sigma)。请参照图3A与图3B，其所绘示为不同参数的高斯分布曲线图及其应用示意图。位置参数μ代表该高斯分布曲线的最高点的X轴位置，而尺度参数σ代表高斯分布曲线的宽窄。换句话说，由图3Α可知,尺度参数σ越小,则高斯分布曲线会越高瘦,尺度参数σ越大，则高斯分布曲线会越矮胖。
[0028]请参照图3Β，当高斯分布曲线的位置参数μ与尺度参数σ确定后，可以计算高斯分布曲线与X轴任二位置(Vl与V2)所形成的面积。其面积N(vl，V2)定义为:
[0029]W'’1，!'2) =-1c7；/ (^-)
luu^9j2 V2a 2 V2a ---⑴
[0030]且，e"'x、=ο +1 ^_____( 2 )
[0031]由以上的说明可知，确定了位置参数μ与尺度参数σ时，即可定义出一特定形状的高斯分布曲线。再者，当使用高斯分布曲线对应至固态储存装置中一特定储存状态的临限电压分布曲线时，其高斯分布曲线与X轴任二位置(Vl与V2)所形成的面积可代表任二临限电压(Vl与v2)之间的存储单元数目的比率值。
[0032]而本发明即利用上述原理，通过侦测固态储存装置中多个临限电压区间中的存储单元数目，进而决定一位置参数以及一尺度参数，并且据以产生对应的高斯分布曲线，并且将该高斯分布曲线作为储存状态的分布曲线。以下详细说明之。
[0033]由于固态储存装置经过多次写入与抹除之后，固态储存装置中每个储存状态的分布曲线已经改变且中位临限电压也会位移。
[0034]本发明首先在固态储存装置中提供多个临限电压，以形成多个临限电压区间，并且统计每个临限电压区间中的存储单元数目，用以先决定一位置参数区间。以下为估算一特定储存状态的分布曲线的实施例说明，其中并假设固态储存装置中共有M个存储单元具有为该特定储存状态来说明。请参阅图4所示，其所绘示为决定位置参数区间的流程图。
[0035]首先，决定第一临限电压vl、第二临限电压v2且k = 0(步骤S402)。接着，设定平均临限电压d= (vl+v2)/2(步骤S404)。其中，具有第一临限电压vl、第二临限电压v2的存储单元皆可视为具有该特定储存状态。
[0036]接着，计算第一临限电压Vl与平均临限电压d之间的存储单元数目NI (步骤S406)。基本上，此步骤是将第一临限电压vl作为感测电压并获得的一第一感测存储单元数目，且将平均临限电压d作为感测电压并获得的一第二感测存储单元数目。接着将第二感测存储单元数目减去第一感测存储单元数目即为第一临限电压vl与平均临限电压d之间的存储单元数目NI。
[0037]接着，计算平均临限电压d与第二临限电压v2之间的存储单元数目N2(步骤S408)。基本上，此步骤是将第二临限电压v2作为感测电压并获得的一第三感测存储单元数目。接着将第三感测存储单元数目减去上述第二感测存储单元数目即为平均临限电压d与第二临限电压v2之间的存储单元数目N2。
[0038]当NI > N2成立时(步骤S410)，设定v2 = d (步骤S412);当NI > N2不成立时(步骤S410)，设定vl = d (步骤S414)。
[0039]之后，当k = η不成立时(步骤416),设定k = k+Ι (步骤S418)并回到步骤404。当k = η成立时(步骤416)，设定vl至ν2为位置参数区间(步骤S420)。其中，η为本流程中循环(loop)的处理次数，当η越大，位置参数区间会越窄。
[0040]请参照图5Α至图5Ε，其所绘示为决定该特定储存状态的位置参数区间的实施范例。其中，以该特定储存状态为储存状态A为例，且k= l,n = 4,vl = 5乂且￥2 = 15V ;而vl与v2是包含于储存状态A的临限电压范围。
[0041]如图5A所示，平均临限电压d = 1V0经由计算临限电压在vl至d区间的存储单元数目为Al，亦即NI = Al ;且临限电压在d至v2区间的存储单元数目为A2，亦即N2 =A2。如图所示，由于NI > N2，代表其位置参数μ是位在5V与1V之间。此时，设定k =2，v2 = 1V继续进行位置参数区间的搜寻。
[0042]如图5B所示，vl = 5V, v2 = 10V, d = 7.5V。经由计算临限电压在vl至d区间的存储单元数目为A3，亦即NI = A3 ;且临限电压在d至v2区间的存储单元数目为A4，亦即N2 = A4。此时，由于N2 > NI，代表其位置参数μ是位在7.5V与1V之间。此时，设定k = 3, vl = 7.5V继续进行位置参数区间的搜寻。
[0043]如图5C所示，VI = 7.5V, v2 = 10V, d = 8.75V。经由计算临限电压在vl至d区间的存储单元数目为A5，亦即NI = A5 ;且临限电压在d至v2区间的存储单元数目为A6，亦即N2=A6。此时，由于N2 > NI，代表其位置参数μ是位在8.75V与1V之间。此时，设定k = 4，vl = 8.75V继续进行位置参数区间的搜寻。
[0044]如图?所示，vl = 8.75V，v2 = 10V, d = 9.375V。经由计算临限电压在vl至d区间的存储单元数目为A7，亦即NI = A7 ;且临限电压在d至v2区间的存储单元数目为AS，亦即N2 = A8。此时，由于N2 > NI，代表其位置参数μ是位在9.375V与1V之间，且由于此时k = η = 4，因此结束循环，并决定vl至ν2的区间(9.375V?10V)为位置参数区间。
[0045]当图5A至图的位置参数区间决定之后，固态储存装置内部可以根据上述资料建立如图5E所绘示的已知分布曲线表。已知分布曲线表为每一临限电压区间及其对应的比率值表，其中比率值为每一临限电压区间中的存储单元数目除以具有该特定储存状态的所有存储单元数目，即为M个存储单元。所以在临限电压5V至7.5V的区间，其比率值为A3/M ;在临限电压7.5V至8.75V的区间，其比率值为A5/M ;在临限电压8.75V至9.375V的区间，其比率值为A7/M ;在临限电压9.375V至1V的区间，其比率值为A8/M;以及，在临限电压1V至15V的区间，其比率值为A2/M。再者，由于此分布曲线表的最高点会落在9.375V与1V之间，因此可视为位置参数μ是位在9.375V与1V之间。
[0046]接着，在位置参数区间中设定多个候选位置参数，并且设定多个候选尺度参数。以图6为例，位置参数区间中设定6个候选位置参数(μ--μ 6)，并且设定4个候选尺度参数(σ--σ 4)，因此可形成24个候选高斯分布曲线(⑶11?⑶64)。基本上，候选位置参数与候选尺度参数的数目可以根据实际的需要来决定，并未限定于图6所示的数目。
[0047]根据本发明的实施例，当多个候选高斯分布曲线决定后。根据图5Ε的已知分布曲线表，由该些候选高斯分布曲线中选定一第一高斯分布曲线。此第一高斯分布曲线最符合已知的分布曲线表。而此第一高斯分布曲线即为该特定储存状态的分布曲线。
[0048]接着，详细说明如何由该些候选高斯分布曲线中选定一第一高斯分布曲线作为该特定储存状态的分布曲线。而以下的说明是以候选位置参数μ2搭配4个候选尺度参数(σ I?σ 4)所形成的四个高斯分布曲线(GD21?GD24)来作说明，其它高斯分布曲线也是利用相同的方式来进行计算，此处不再赘述。
[0049]请参照图7Α至图7Ε，其所绘示为根据四个高斯分布曲线(G21?G24)获得各临限电压区间的比率值的示意图。如图7Α所示，候选位置参数μ 2为9.5V，因此搭配4个候选尺度参数(σ I = 0.45、σ 2 = 0.70、σ 3 = 1.0、σ 4 = 2.24)可形成四个高斯分布曲线(⑶21?⑶24)。
[0050]图7Β所示为高斯分布曲线GD21。而根据上述方程式公式⑴(2)，可以计算出1V?15V临限电压区间的比率值为Wl，5V?7.5V临限电压区间的比率值为W2、7.5V?8.75V临限电压区间的比率值为W3、8.75V?9.375V临限电压区间的比率值为W4，9.375V?1V临限电压区间的比率值为W5。
[0051]图7C所示为高斯分布曲线GD22。而根据上述方程式公式⑴(2)，可以计算出1V?15V临限电压区间的比率值为Xl，5V?7.5V临限电压区间的比率值为X2、7.5V?8.75V临限电压区间的比率值为X3、8.75V?9.375V临限电压区间的比率值为X4，9.375V?1V临限电压区间的比率值为X5。
[0052]图7D所示为高斯分布曲线GD23。而根据上述方程式公式(I) (2)，可以计算出1V?15V临限电压区间的比率值为Yl，5V?7.5V临限电压区间的比率值为Y2、7.5V?8.75V临限电压区间的比率值为Y3、8.75V?9.375V临限电压区间的比率值为Υ4，9.375V?1V临限电压区间的比率值为Υ5。
[0053]图7Ε所示为高斯分布曲线GD24。而根据上述方程式公式(I) (2)，可以计算出1V?15V临限电压区间的比率值为Zl，5V?7.5V临限电压区间的比率值为Ζ2、7.5V?8.75V临限电压区间的比率值为Z3、8.75V?9.375V临限电压区间的比率值为Ζ4，
9.375V?1V临限电压区间的比率值为Ζ5。
[0054]当所有的高斯分布曲线(GD11?GD64)的临限电压区间的比率值计算完成后，即可获得如图8所示，所有高斯分布曲线在相同临限电压区间的比率值示意图。
[0055]根据本发明的实施例，将图5Ε中的已知比率值与全部高斯分布曲线(⑶11?GD64)所计算出来的比率值进行误差计算。具有最小误差量所对应的高斯分布曲线即设定为该特定储存状态的分布曲线。
[0056]举例来说，假设图5Ε中已知比率值与高斯分布曲线⑶22所对应的比率值经过比较具有最小误差量Ε。其中:
P A3Α5AlAl
[0057]E=--Xl +--X3 +--X4 +--X5 +--Xl
MMMMM
[0058]换句话说，高斯分布曲线⑶22中的比率值最接近图5E中的已知比率值。因此，将高斯分布曲线GD22作为储存状态A的分布曲线。当然，上述计算最小误差量E的方式有很多种，也可以利用其它方法(例如最小方差)来寻找最小误差量，此处不再赘述。
[0059]同理，利用相同的方式也可以决定MLC固态储存装置中其它储存状态(E、B、C)的分布曲线。
[0060]根据以上的说明，请参照图9，其所绘示为本发明运用于固态储存装置中储存状态的分布曲线估计方法流程示意图。其中，固态储存装置中包括具有一第一储存状态的M个存储单元。
[0061]首先，提供多个临限电压，以形成多个临限电压区间(步骤S902)，并计算位于每一临限电压区间中的存储单元数目(步骤S904)。
[0062]接着，根据临限电压区间中的存储单元数目，在该些临限电压区间中决定一位置参数区间(步骤S906)。之后，根据该M个第一储存状态的存储单元，计算每一临限电压区间的比率值以建立一分布曲线表(步骤S908)。
[0063]接着，于位置参数区间决定m个候选位置参数(步骤S910)，并决定η个候选尺度参数(步骤S912)。而根据m个候选位置参数与η个候选尺度参数，决定mXn个候选高斯分布曲线(步骤S914)。最后，由mXn个候选高斯分布曲线中决定一第一高斯分布曲线并定义为该第一储存状态的分布曲线(步骤S916)。根据本发明的实施例，第一高斯分布曲线中计算出的比率值接近该分布曲线表。
[0064]由以上的说明可知，本发明提出一种运用于固态储存装置中储存状态的分布曲线估计方法。其由已知的分布曲线表中决定一高斯分布曲线，作为特定储存状态的分布曲线。
[0065]综上所述，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属【技术领域】中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视前附的权利要求范围所界定为准。
【权利要求】
1.一种固态储存装置中储存状态的分布曲线估计方法，该固态储存装置中包括具有一第一储存状态的M个存储单元，其特征在于，该分布曲线估计方法包括下列步骤: 提供多个临限电压，以形成多个临限电压区间； 计算位于每一临限电压区间中的存储单元数目； 在该些临限电压区间中决定一位置参数区间； 计算每一临限电压区间的比率值以建立一分布曲线表； 于该位置参数区间决定m个候选位置参数； 决定η个候选尺度参数； 根据m个候选位置参数与η个候选尺度参数，决定mXη个候选高斯分布曲线；以及由mXn个候选高斯分布曲线中决定一第一高斯分布曲线并定义为该第一储存状态的分布曲线。
2.如权利要求1所述的分布曲线估计方法，其特征在于，决定该位置参数区间包括下列步骤: (a)决定一第一临限电压与一第二临限电压； (b)根据该第一临限电压与该第二临限电压决定一平均临限电压； (c)计算该第一临限电压与该平均临限电压之间的一第一存储单元数目； (d)计算该平均临限电压与该第二临限电压与之间的一第二存储单元数目； (e)当该第一存储单元数目大于该第二存储单元数目成立时，将该第二临限电压更新为该平均临限电压；若不成立时，将该第一临限电压更新为该平均临限电压；以及 (f)当步骤(e)的执行次数未到达一特定数目时，回至步骤(b);反之，设定该第一临限电压至该第二临限电压的区间为该位置参数区间。
3.如权利要求2所述的分布曲线估计方法，其特征在于，获得该第一存储单元数目包括下列步骤: 将该平均临限电压作为一感测电压以感测该M个存储单元，并获得一第一感测存储单元数目； 将该第一临限电压作为该感测电压以感测该M个存储单元，并获得一第二感测存储单元数目；以及 将该第一感测存储单元数目减去该第二感测存储单元数目即为该第一存储单元数目。
4.如权利要求1所述的分布曲线估计方法，其特征在于，在该些临限电压区间中决定一特定临限电压区间作为该位置参数区间，且该特定临限电压区间中具有最多的存储单元数目。
5.如权利要求1所述的分布曲线估计方法，其特征在于，将每一临限电压区间中的存储单元数目除以该M个存储单元，以获得每一临限电压区间的比率值用以建立该分布曲线表。
6.如权利要求1所述的分布曲线估计方法，其特征在于，决定该第一高斯分布曲线包括下列步骤: 计算mX η个候选高斯分布曲线对应于该些临限电压区段的比率值；以及 由该mXn个候选高斯分布曲线中决定该第一高斯分布曲线； 其中，该第一高斯分布曲线所对应的比率值与该分布曲线表中对应的比率值之间具有最小的一误差量。
【文档编号】G11C16/34GK104240761SQ201310229698
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2013年6月8日 优先权日:2013年6月8日
【发明者】廖彦钦, 张锡嘉, 曾士家 申请人:光宝科技股份有限公司