控制器、半導(dǎo)體存儲(chǔ)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存系統(tǒng)及其操作方法
【專利說明】控制器、半導(dǎo)體存儲(chǔ)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存系統(tǒng)及其操作方法
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求在2014年10月21日提交的韓國專利申請(qǐng)N0.10-2014-0142355的優(yōu)先權(quán)，其整體內(nèi)容通過引用合并于此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明的各種示范實(shí)施例涉及半導(dǎo)體設(shè)計(jì)技術(shù)，尤其涉及控制器、半導(dǎo)體存儲(chǔ)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存系統(tǒng)及其操作方法。
【背景技術(shù)】
[0004]半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件一般分成易失性存儲(chǔ)器件，例如動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(DRAM，Dynamic Random Access Memory)和靜態(tài) RAM (SRAM，Static Random Access Memory)，以及非易失性存儲(chǔ)器件，例如只讀存儲(chǔ)器(ROM，Read Only Memory)、屏蔽ROM(MROM)、可編程ROM (PROM)、可擦除 PROM (EPROM)、電 EPROM (EEPROM)、鐵磁 RAM (FRAM)、相變 RAM (PRAM)、磁RAM (MRAM)、電阻 RAM (RRAM)以及閃存。
[0005]易失性存儲(chǔ)器件會(huì)在電力中斷時(shí)遺失儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)，而非易失性存儲(chǔ)器件則可以在電源中斷時(shí)仍保留儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)。尤其是，由于閃存器件的高編程速度、低功耗以及大數(shù)據(jù)儲(chǔ)存容量，因此被廣泛用作計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的儲(chǔ)存媒介。
[0006]在非易失性存儲(chǔ)器件中，尤其是閃存器件，每一存儲(chǔ)單元中可儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)狀態(tài)都根據(jù)存儲(chǔ)單元中所儲(chǔ)存位數(shù)來確定，每單元儲(chǔ)存I位數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)單元稱為單比特位單元或單電平單元(single-level cell，SLC)，每單元儲(chǔ)存多位數(shù)據(jù)(即是2或更多位數(shù)據(jù))的存儲(chǔ)單元稱為多比特位單元、多電平單元(mult1-level cel I, MLC)或多狀態(tài)單元。多比特位單元的優(yōu)點(diǎn)在于高集成化，然而隨著每一存儲(chǔ)單元中編程的位數(shù)增大，可靠性會(huì)下降并且讀取錯(cuò)誤率提高，
[0007]例如:當(dāng)要在存儲(chǔ)單元中編程k位時(shí)，在存儲(chǔ)單元中會(huì)形成2k個(gè)閾值電壓中之一。由于存儲(chǔ)單元的電氣特性間的些微差異，因此使用相同數(shù)據(jù)編程的存儲(chǔ)單元的閾值電壓形成閾值電壓分布。對(duì)應(yīng)于2kf數(shù)據(jù)值的閾值電壓分布分別對(duì)應(yīng)于k位信息。
[0008]然而，可用于閾值電壓分布的電壓窗口受到限制。因此隨著k值增大，閾值電壓分布之間的距離縮短，并且相鄰閾值電壓分布彼此重疊。當(dāng)相鄰的閾值電壓分布彼此重疊，讀取數(shù)據(jù)可能包括幾個(gè)或幾十個(gè)錯(cuò)誤位。
[0009]圖1為示意性例示3位多電平單元(3位MLC)非易失性存儲(chǔ)器件的編程與擦除狀態(tài)的閾值電壓分布。
[0010]圖2為示意性例示由于3位MLC非易失性存儲(chǔ)器件特性退化下的編程與擦除狀態(tài)的閾值電壓分布。
[0011]在MLC非易失性存儲(chǔ)器件中，例如其中在存儲(chǔ)單元中編程k位數(shù)據(jù)的MLC閃存器件，存儲(chǔ)單元具有2kf閾值電壓分布中之一，例如:3位MLC具有8個(gè)閾值電壓分布中之一。
[0012]由于存儲(chǔ)單元之間的特性差異，所以使用相同數(shù)據(jù)編程的存儲(chǔ)單元的閾值電壓會(huì)形成閾值電壓分布。在3位MLC非易失性存儲(chǔ)單元中，如圖1中所例示，形成對(duì)應(yīng)于7個(gè)編程狀態(tài)“P1”至“P7”和擦除狀態(tài)“E”的閾值電壓分布。圖1顯示其中閾值電壓分布不重疊并且在其間具有讀取電壓容限的理想情況。
[0013]請(qǐng)參閱圖2的閃存范例，存儲(chǔ)單元會(huì)因?yàn)橄萑敫呕蛩泶┭趸さ碾娮与S著時(shí)間放電而經(jīng)歷電荷耗損。當(dāng)隧穿氧化膜迭代編程與擦除操作而劣化時(shí)，會(huì)加速這種電荷耗損。電荷耗損導(dǎo)致存儲(chǔ)單元的閾值電壓下降，例如:如圖2中所例示，由于電荷耗損，因此閾值電壓分布向左位移。
[0014]進(jìn)一步，編程干擾、擦除干擾及/或背面圖案依賴性也會(huì)導(dǎo)致閾值電壓增大。隨著存儲(chǔ)單元的特性劣化，如上述，相鄰狀態(tài)的閾值電壓分布會(huì)重疊，如圖2中所例示。
[0015]—旦閾值電壓分布重疊，當(dāng)特定讀取電壓施大至選取的字線時(shí)，讀取數(shù)據(jù)會(huì)包括各種錯(cuò)誤，例如:當(dāng)存儲(chǔ)單元根據(jù)已施大至選取字線的讀取電壓Vread3的感測(cè)狀態(tài)為導(dǎo)通時(shí)，則存儲(chǔ)單元被確定為具有第二編程狀態(tài)“P2”。當(dāng)存儲(chǔ)單元根據(jù)已施大至選取字線的讀取電壓Vread3的感測(cè)狀態(tài)為關(guān)斷時(shí)，則存儲(chǔ)單元被確定為具有第三編程狀態(tài)“P3”。然而，當(dāng)閾值電壓分布重疊時(shí)，會(huì)將實(shí)際上具有第三編程狀態(tài)“P3”的存儲(chǔ)單元錯(cuò)誤確定為具有第二編程狀態(tài)“P2”?？傊?，當(dāng)如圖2中例示閾值電壓分布重疊時(shí)，讀取數(shù)據(jù)會(huì)包括各種錯(cuò)誤。
[0016]因此，需要一種用于精確確定儲(chǔ)存在半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件的存儲(chǔ)單元中的數(shù)據(jù)的最佳讀取電壓的方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017]本發(fā)明的各種實(shí)施例涉及能夠精準(zhǔn)確定用于儲(chǔ)存在存儲(chǔ)單元中的數(shù)據(jù)的最佳讀取電壓的控制器、半導(dǎo)體存儲(chǔ)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存系統(tǒng)及其操作方法。
[0018]依照本發(fā)明的實(shí)施例，一種控制器的操作方法，包括:根據(jù)第一讀取電壓將第一ECC解碼迭代預(yù)定迭代次數(shù)直到所述第一 ECC解碼成功，所述第一 ECC解碼是對(duì)從半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件讀取的碼字執(zhí)行的，其中所述第一讀取電壓的值基于未滿足故障校驗(yàn)(USC，unsatisfied syndrome check)的數(shù)量來更新；以及當(dāng)直至預(yù)定的迭代次數(shù)而第一 ECC解碼仍失敗時(shí)，則通過根據(jù)第一讀取電壓產(chǎn)生的軟決策數(shù)據(jù)來對(duì)碼字執(zhí)行第二 ECC解碼，該第一讀取電壓的值對(duì)應(yīng)于第一 ECC解碼迭代期間更新值之中的USC最小數(shù)量。
[0019]第一 ECC解碼可以為低密度奇偶校驗(yàn)(LDPC，low density parity check)解碼。
[0020]USC可以為由LDPC解碼的故障校驗(yàn)所產(chǎn)生的向量的非零組件。
[0021]第一 ECC解碼的迭代可以包括:根據(jù)第一讀取電壓對(duì)從半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件讀取的碼字執(zhí)行第一 ECC解碼的第一步驟；基于第一 ECC解碼結(jié)果中所包括的未滿足的故障校驗(yàn)(USC)來確定第一 ECC解碼已失敗還是已成功的第二步驟；當(dāng)確定第一 ECC解碼已失敗時(shí)，基于USC的數(shù)量來更新第一讀取電壓的值的第三步驟；以及將第一步驟至第三步驟迭代預(yù)定迭代次數(shù)直到第一 ECC解碼成功的第四步驟。
[0022]第二步驟可以確定在第一步驟至第三步驟的每次迭代當(dāng)中從第一步驟結(jié)果所獲得的USC的數(shù)量。
[0023]第三步驟可以根據(jù)在第一步驟至第三步驟每次迭代當(dāng)中從第一步驟結(jié)果所獲得的USC的數(shù)量來更新第一讀取電壓的值。
[0024]第三步驟可以根據(jù)第一讀取電壓與USC平均數(shù)量之間的預(yù)定關(guān)系來更新第一讀取電壓的值。
[0025]第三步驟可以根據(jù)底下的等式I來更新第一讀取電壓的值。
[0026][等式I]
[0027]要更新的第一讀取電壓=對(duì)應(yīng)于目前迭代的第一讀取電壓+差值(Δ)，
[0028]該差值(Δ )可以根據(jù)等式2來確定。
[0029][等式2]
[0030]Δ = [USC_RDCNT] - [USC_RDCNT_1]，其中 USC_RDCNT 代表對(duì)應(yīng)于當(dāng)前迭代的 USC的數(shù)量，并且[USC_RDCNT-1]代表對(duì)應(yīng)于先前迭代的USC的數(shù)量。
[0031]差值(Δ)可以是固定的。
[0032]差值(Δ )的大小可以取決于等式2的大小。
[0033]差值(Δ )為正數(shù)或負(fù)數(shù)取決于等式2呈現(xiàn)出正數(shù)或負(fù)數(shù)。
[0034]依照本發(fā)明的實(shí)施例，控制器的操作方法可以包括:根據(jù)第一讀取電壓對(duì)從半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件讀取的碼字執(zhí)行第一 ECC解碼的第一步驟；根據(jù)第一 ECC解碼結(jié)果中所包括的未滿足的故障校驗(yàn)(USC)來確定第一 ECC解碼已失敗還是已成功的第二步驟；當(dāng)確定第一ECC解碼已失敗時(shí)，根據(jù)USC的數(shù)量來更新第一讀取電壓的值的第三步驟；以及將第一步驟至第三步驟迭代預(yù)定迭代次數(shù)直到第一 ECC解碼成功的第四步驟。
[0035]控制器的操作方法可以還包括第五步驟，當(dāng)直至預(yù)定的迭代次數(shù)而第一 ECC解碼仍失敗時(shí)，則通過根據(jù)第一讀取電壓而產(chǎn)生軟決策數(shù)據(jù)來對(duì)所述碼字執(zhí)行第二 ECC解碼，該第一讀取電壓的值對(duì)應(yīng)于第四步驟期間更新值之中的USC最小數(shù)量。
[0036]USC可以為由LDPC解碼的故障校驗(yàn)所產(chǎn)生的向量的非零組件。
[0037]第二步驟可以確定在第一步驟至第三步驟每次迭代當(dāng)中從第一步驟結(jié)果所獲得的USC的數(shù)量。
[0038]第三步驟可以根據(jù)在第一步驟至第三步驟每次迭代當(dāng)中從第一步驟結(jié)果所獲得的USC的數(shù)量來更新第一讀取電壓的值。
[0039]第三步驟可以根據(jù)第一讀取電壓與USC平均數(shù)量之間的預(yù)定關(guān)系來更新第一讀取電壓的值。
[0040]第三步驟可以根據(jù)底下的等式I來更新第一讀取電壓的值。
[0041][等式I]
[0042]要更新的第一讀取電壓=對(duì)應(yīng)于目前迭代的第一讀取電壓+差值(Δ)，
[0043]差值(Δ)可以根據(jù)底下等式2來確定。
[0044][等式2]
[0045]Δ = [USC_RDCNT] - [USC_RDCNT_1]，其中 USC_RDCNT 代表對(duì)應(yīng)于當(dāng)前迭代的 USC的數(shù)量，并且[USC_RDCNT-1]代表對(duì)應(yīng)于先前迭代的USC的數(shù)量。
[0046]差值(Δ)可以是固定的。
[0047]差值(Δ )的大小取決于等式2的大小。
[0048]差值(Δ )為正數(shù)或負(fù)數(shù)取決于等式2呈現(xiàn)出正數(shù)或負(fù)數(shù)。
[0049]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，控制器可以包括:器件，用于根據(jù)第一讀取電壓將第一ECC解碼迭代預(yù)定的迭代次數(shù)直到所述第一 ECC解碼成功，所述第一 ECC解碼是對(duì)從半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件讀取的碼字執(zhí)行的，其中所述第一讀取電壓的值基于未滿足故障校驗(yàn)(USC，unsatisfied syndrome check)的數(shù)量來更新；以及器件，用于:當(dāng)直至預(yù)定的迭代次數(shù)而第一 ECC解碼仍失敗時(shí)，則通過根據(jù)第一讀取電壓而產(chǎn)生軟決策數(shù)據(jù)來對(duì)所述碼字執(zhí)行第二 ECC解碼，該第一讀取電壓的值對(duì)應(yīng)于第一 ECC解碼迭代期間更新值之中的USC最小數(shù)量。
[0050]第一 ECC解碼可以為低密度奇偶校驗(yàn)(LDPC，low density parity check)解碼。
[0051]USC可以為由LDPC解碼的故障校驗(yàn)所產(chǎn)生的向量的非零組件。
[0052]用于迭代第一 ECC解碼的器件可以包括:第一裝置，用于:根據(jù)第一讀取電壓對(duì)從半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件讀取的碼字執(zhí)行第一 ECC解碼；第二裝置，用于:基于第一 ECC解碼結(jié)果中所包括的未滿足的故障校驗(yàn)(USC)來確定第一ECC解碼已失敗還是已成功；以及第三裝置，用于:當(dāng)確定第一 ECC解碼已失敗時(shí)，基于USC的數(shù)量來更新第一讀取電壓的值?？刂破骺梢詫⒌谝谎b置至第三裝置的操作迭代預(yù)定迭代次數(shù)，直到第一 ECC解碼成功。
[0053]第二裝置可以確定在第一裝置至第三裝置操作每次迭代當(dāng)中由第一裝置所獲得的USC的數(shù)量。
[0054]第三裝置可以根據(jù)在第一裝置至第三裝置每次迭代當(dāng)中由第一裝置所獲得的USC的數(shù)量來更新第一讀取電壓的值。
[0055]第三裝置可以根據(jù)第一讀取電壓與USC平均數(shù)量之間的預(yù)定關(guān)系來更新第一讀取電壓的值。
[0056]第三裝置可以根據(jù)底下的等式I來更新第一讀取電壓的值。
[0057][等式I]
[0058]要更新的第一讀取電壓=對(duì)應(yīng)于目前迭代的第一讀取電壓+差值(Δ)，
[0059]差值(Δ)可以根據(jù)底下等式2來確定。
[0060][等式2]
[0061]Δ = [USC_RDCNT] - [USC_RDCNT_1]，其中 USC_RDCNT 代表對(duì)應(yīng)于當(dāng)前迭代的 USC的數(shù)量，并且[USC_RDCNT-1]代表對(duì)應(yīng)于先前迭代的USC的數(shù)量。
[0062]差值(Δ)可以是固定的。
[0063]差值(Δ )的大小取決于等式2的大小。
[0064]差值(Δ )為正數(shù)或負(fù)數(shù)取決于等式2呈現(xiàn)出正數(shù)或負(fù)數(shù)。
[0065]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，控制器可以包括:第一裝置，用于根據(jù)第一讀取電壓對(duì)從半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件讀取的碼字執(zhí)行第一ECC解碼；第二裝置，用于根據(jù)第一 ECC解碼結(jié)果中所包括的未滿足的故障校驗(yàn)(USC)來確定第一 ECC解碼已失敗還是已成功；以及第三裝置，用于當(dāng)確定第一 ECC解碼已失敗時(shí)根據(jù)USC的數(shù)量來更新第一讀取電壓的值?？刂破骺梢詫⒌谝谎b置至第三裝置的操作迭代預(yù)定迭代次數(shù)，直到第一 ECC解碼成功。
[0066]控制器可以還包括第四裝置，用于:當(dāng)直至預(yù)定的迭代次數(shù)而第一 ECC解碼仍失敗時(shí)，則通過根據(jù)第一讀取電壓而產(chǎn)生軟決策數(shù)據(jù)來對(duì)所述碼字執(zhí)行第二 ECC解碼，該第一讀取電壓的值對(duì)應(yīng)于第一裝置至第三裝置迭代操作期間更新值之中的USC最小數(shù)量。
[0067]第一 ECC解碼可以為低密度奇偶校驗(yàn)(LDPC，low density parity check)解碼。
[0068]USC可以為由LDPC解碼的故障校驗(yàn)所產(chǎn)生的向量的非零組件。
[0069]第二裝置可以確定在第一裝置至第三裝置操作每次迭代當(dāng)中由第一裝置所獲得的USC的數(shù)量。
[0070]第三裝置可以根據(jù)在第一裝置至第三裝置每次迭代當(dāng)中由第一裝置所獲得的USC的數(shù)量來更新第一讀取電壓的值。
[0071]第三裝置可以根據(jù)第一讀取電壓與USC平均數(shù)量之間的預(yù)定關(guān)系來更新第一讀取電壓的值。
[0072]第三裝置可以根據(jù)底下的等式I來更新第一讀取電壓的值。
[0073][等式I]
[0074]要更新的第一讀取電壓=對(duì)應(yīng)于目前迭代的第一讀取電壓+差值(Δ)，
[0075]差值(Δ)可以根據(jù)底下等式2來確定。
[0076][等式2]
[0077]Δ = [USC_RDCNT] - [USC_RDCNT_1]，其中 USC_RDCNT 代表對(duì)應(yīng)于當(dāng)前迭代的 USC的數(shù)量，并且[USC_RDCNT-1]代表對(duì)應(yīng)于先前迭代的USC的數(shù)量。
[0078]差值(Δ)可以是固定的。
[0079]差值(Δ )的大小取決于等式2的大小。
[0080]差值(Δ )為正數(shù)或負(fù)數(shù)取決于等式2呈現(xiàn)出正數(shù)或負(fù)數(shù)。
[0081]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，半導(dǎo)體存儲(chǔ)系統(tǒng)可以包括:半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件以及控制器?？刂破骺梢园?裝置，用于:根據(jù)第一讀取電壓將第一 ECC解碼迭代預(yù)定的迭代次數(shù)直到所述第一 ECC解碼成功，所述第一 ECC解碼是對(duì)從半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件讀取的碼字執(zhí)行的，其中所述第一讀取電壓的值基于未滿足故障校驗(yàn)(use，unsatisfied syndrome check)的數(shù)量來更新；以及裝置，用于:當(dāng)直至預(yù)定的迭代次數(shù)而第一 ECC解碼仍失敗時(shí)，則通過根據(jù)第一讀取電壓而產(chǎn)生軟決策數(shù)據(jù)來對(duì)所述碼字執(zhí)行第二 ECC解碼，該第一讀取電壓的值對(duì)應(yīng)于第一 ECC解碼迭代期間更新值之中的USC最小數(shù)量。
[0082]第一 ECC解碼可以為低密度奇偶校驗(yàn)(LDPC，low density parity check)解碼。
[0083]USC可以為由LDPC解碼的故障校驗(yàn)所產(chǎn)生的向量的非零組件。
[0084]用于迭代第一 ECC解碼的裝置可以包括:第一裝置，用于根據(jù)第一讀取電壓對(duì)從半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件讀取的碼字執(zhí)行第一ECC解碼；第二裝置，用于根據(jù)第一ECC解碼結(jié)果中所包括的未滿足的故障校驗(yàn)(USC)來確定第一 ECC解碼已失敗還是已成功；以及第三裝置，用于當(dāng)確定第一 ECC解碼已失敗時(shí)根據(jù)USC的數(shù)量來更新第一讀取電壓的值?？刂破骺梢詫⒌谝谎b置至第三裝置的操作迭代預(yù)定迭代次數(shù)，直到第一 ECC解碼成功。
[0085]第二裝置可以確定在第一裝置至第三裝置操作每次迭代當(dāng)中由第一裝置所獲得的USC的數(shù)量。
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