固态储存系统中的读取阈值校准的制作方法
【专利说明】固态储存系统中的读取阈值校准
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2014年11月10日提交的名称为“通过重复滤波的读取阈值校准(READ-THRESHOLD CALIBRAT1N BY ITERATIVE FILTERING) ” 的第 62/077，604 号的美国临时专利申请的优先权，该美国临时专利申请的内容通过引用合并于此以用于所有目的。
技术领域
[0003]本发明的各种示例性实施例涉及一种固态储存系统，更具体地，涉及一种固态储存系统中的读取阈值校准。
【背景技术】
[0004]在NAND快闪存储器储存器件中，信息通过单元中的不同的电荷水平而被储存在单元中。在写入过程和读取过程期间，噪音通过编程串扰和单元间干扰电荷泄漏而引入，单元间干扰电荷泄漏导致电压电平随时间降低，其中所述降低与储存的电荷量以及单元已经经历的编程和擦除循环(P/E)的数量成比例。由于各单元处的噪音不一，因此意图被写入为同一电压电平的单元在被回读时呈现出特定电压分布。通常，随着时间流逝，来自较高预期电压电平的分布将因电荷泄漏效应向下漂降并且加宽，可能与来自较低预期电压电平的分布的一部分重叠。对于较小的制造工艺节点，该漂移和加宽现象更加严重。因此，随着NAND快闪存储器供应商积极地缩小制造工艺节点以增大储存密度并降低成本，辨别属于特定分布的单元变得越来越难。
[0005]对于硬读取NAND快闪存储器储存器件，回读储存的信息包括将单元电压与阈值组相比较。在SLC(单电平单元)器件中，位的回读值(O或I)仅基于单元电压高于还是低于单个阈值。(术语“硬读取”指回读值是O或I的事实。这与术语“软读取”形成对照，软读取中回读值可以取一系列数字以用于以高分辨率来表示单元电压。)理想地，阈值应当被选择以使因两个可能的重叠的分布导致的位错误的数量最小化。然而，这不是容易的事，因为事先不知道分布(其为预期电压电平的函数)、单元已经经历的P/E循环的数量以及数据保持时段(即，在写入数据与读取数据之间流逝的时间段)。所以，在现代NAND快闪存储器储存器件中，恰当地设置阈值来以自适应方式(adaptive manner)使位错误率(BER)最小化是确保数据可靠性的重要组成部分。在各种实施例中，若干技术可以用来估算最优阈值。然而，在某些情况下，由最优阈值估算过程找到的阈值相对于真正最优阈值可能非常不准确。本文中描述了使用重复滤波技术的改善了的读取阈值校准技术。推荐的方案可以提供最优阈值的更准确的估算。
[0006]用于定位最优阈值的一些技术试着测量单元电平分布并且使用最小值作为阈值。这种技术的缺点在于相对于最优阈值，该阈值可能非常不准确。在图1中，从其中每个单元储存两个位的多电平单元(MLC)器件测量所述分布。显然，测量到的单元电平分布包括大量噪音。在这种情况下，使用最小值的技术将受困于一些局部最小点，因此远离全局最小点。
[0007]用于寻找(错误)局部最小点的位置的一个先前的想法为在测量所述分布时增大步长。然而，改变步长未消除那些局部最小点。在图2至图6中示出了使用2x、3x、4x和5x步长的测量结果。如所示，降采样(down sampling)所述分布未解决问题。
[0008]本文中所描述的技术旨在克服该缺点。
【发明内容】
[0009]本发明的一个方面包括固态储存系统中的读取阈值校准方法。所述方法可以包括:测量固态储存元件的阈值电压分布；确定阈值电压；根据确定的阈值电压来解码数据；当解码失败时，用预定滤波器长度来对固态储存元件的阈值电压分布滤波；以及用改变后的滤波器长度来重复确定步骤、解码步骤、滤波步骤和改变步骤，直到解码成功为止。
[0010]本发明的另一个方面可以包括系统，该系统包括:固态储存元件；读取阈值校准器；以及接口，接口适用于与固态储存元件和读取阈值校准器通信；读取阈值校准器适用于:测量固态储存元件的阈值电压分布；确定阈值电压；根据确定的阈值电压来解码数据；当解码失败时，用预定滤波器长度来对固态储存元件的阈值电压分布滤波；改变滤波器长度；以及用改变后的滤波器长度来重复确定步骤、解码步骤、滤波步骤和改变步骤，直到解码成功为止。
[0011]本发明的额外的方面包括计算机实现过程。该过程可以包括计算机指令，计算机指令用于:测量固态储存元件的阈值电压分布；确定阈值电压；根据确定的阈值电压来解码数据；当解码失败时，用预定滤波器长度来对固态储存元件的阈值电压分布滤波；改变滤波器长度；以及用改变后的滤波器长度来重复确定步骤、解码步骤、滤波步骤和改变步骤，直到解码成功为止。
【附图说明】
[0012]图1是示出MLC分布的示例的图。
[0013]图2、图3、图4和图5是示出使用2x、3x、4x和5x步长的测量结果的图。
[0014]图6是示出阈值电压分布的示图。
[0015]图7是不出被偏移的阈值电压分布的不图。
[0016]图8是图示用于估算最优阈值的方法的实施例的流程图。
[0017]图9A和图9B是示出SLC分布的实施例的示图。
[0018]图10是图示执行最优阈值估算的储存器控制器的实施例的示图。
[0019]图11是图示用于使用最小元来估算最优阈值的步骤的流程图。
[0020]图12是图示用于获取改善的读取阈值电压分布的步骤的流程图。
[0021]图13、图14、图15、图16、图17、图18、图19和图20是示出通过使用不同的滤波器长度的滤波分布的图。
【具体实施方式】
[0022]本发明可以以很多方法来实现，方法包括过程；设备；系统；物的组合；在计算机可读储存介质上实施的计算机程序产品；和/或处理器(诸如，适用于运行储存在耦接至处理器的存储器上的指令和/或通过耦接至处理器的存储器提供的指令的处理器)。在该说明书中，这些实施方式或本发明可采取的任何其他形式可以被称为技术。一般而言，所公开的过程的步骤的次序可以在本发明的范围之内改变。除非另有说明，否则被描述为适用于执行任务的组件(诸如，处理器或存储器)可以被实施为在给定时间临时适用于执行该任务的一般组件，或实施为被制造用来执行该任务的特定组件。如本文中所使用的，术语“处理器”指适用于处理数据(诸如，计算机程序指令)的一个或更多个器件、电路和/或处理核。
[0023]以下连同图示本发明的原理的附图来提供对本发明的一个或更多个实施例的详细描述。关于这样的实施例来描述本发明，但是本发明不局限于任何实施例。本发明的范围仅由权利要求来限制，且本发明包含许多替代、变型和等同物。在以下描述中阐述了许多特定细节以提供对本发明的透彻理解。这些细节被提供以用于示例的目的，且本发明可以在没有这些特定细节中的一些或全部的情况下根据权利要求来实践。出于清楚的目的，在与本发明有关的技术领域中已知的技术材料未被详细地描述，使得本发明不被不必要地混淆。
[0024]本文中所使用的术语仅用于描述特定实施例而非意在限制本发明构思。如本文中所使用的，除非上下文明确相反指示，否则单数形式“一”、“一个”、“该”意在也包括复数形式。还将理解的是当在本说明书中使用术语“包括”和/或“包括有”时，表示存在陈述的特征，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征。
[0025]参照图6，示意性地图示3位MLC固态存储器件的编程状态和擦除状态的阈值电压分布被示出。在图7中，示出了示意性地图示因3位MLC固态存储器件的特性劣化造成的编程状态和擦除状态的阈值电压分布。
[0026]在MLC固态存储器件(例如，能够在单个存储单元中储存k位数据的MLC快闪存储器件)中，存储单元可以具有2k阈值电压分布中的一个。例如，3位MLC具有八个阈值电压分布中的一个。
[0027]被编程为同一数据的存储单元的阈值电压因存储单元之间的特性差异而形成阈值电压分布。在3位MLC固态存储器件中，如图6中所不，阈值电压分布形成为与包括7个编程状态“P1”至“P7”和擦除状态“E”的数据状态一致。
[0028]图6示出理想情况，在理想情况中阈值电压分布不重叠并且在其间具有充足的读取电压裕度。参照图7的快闪存储器示例，存储单元可以经历电荷损失，在电荷损失中在浮栅或隧道氧化物膜捕获的电荷随时间而被放电。当隧道氧化物膜通过重复的编程操作和擦除操作而劣化时，这种电荷损失可以加速。电荷损失导致存储单元的阈值电压的减小。例如，如图7中所示，阈值电压分布可以因电荷损失而偏移。
[0029]此外，编程干扰、擦除干扰和/或背面图案依赖性(back pattern dependency)也导致阈值电压增大。随着存储单元的特性劣化，相邻的阈值电压分布可能重叠，如图7中所不O
[0030]—旦阈值电压分布重叠，则当特定读取电压被施加至选中字线时，读取数据可以包括相当数量的错误。例如，当存储单元的根据施加至选中字线的读取电压Vread3而感