[发明专利]三阶储存单元的闪存装置及其控制方法

说明书

【技术领域】

本发明是有关闪存的技术，尤指一种可提升储存单元模块的耐耗损能力和数据可靠度的闪存控制装置及其控制方法。

【背景技术】

非挥发闪存(non-volatile memory)被广泛使用在很多应用中，例如固态硬盘(solid-state disk，SSD)、存储卡、数字相机、数字摄影机、多媒体播放器、移动电话、计算机和许多其它电子装置。

请参考图1A及图1B的闪存储存单元数组架构暨电荷浓度分布示意图。一般将早期闪存储存架构称为单阶储存单元(single-level cells，SLC)架构，其包含由多个储存单元(memory cell)形成的储存单元数组(memory cell array)。其中，位于同一列的储存单元的栅极(control gate)电性连接而成一字线(word-line，简称WL)；位于同一栏的储存单元以源极(soure)与漏极(drain)交互电性连接而成一位线(bite-line，简称BL)。其中，各储存单元晶体管结构中复包含一浮动栅(floating gate)，使得各储存单元可存入电荷，并使该些存入电荷不会于系统断电后挥发。

利用判断储存单元中的电荷浓度分布或电压分布，即可定义出各储存单元的数字数据。举例来说，若储存单元11的电荷浓度值位于ab线段之间，且由字线WL1加入一量测电压V_d⁺，则位线BL1会有电流通过，此时定义储存单元11的位数据为1；反之，若储存单元12的电荷浓度值位于线段bc之间，则位线BL2将不会有电流通过，此时定义储存单元12的位数据为0。

随着内存储存架构的演进，美国公开专利文件US2011/0138111A1已揭示一种可自每个内存储存单元的电荷浓度分布定义出两位的数据量。其闪存储存单元数组架构与该一阶储存单元架构大致相同，其差异在于二位储存架构以V_d⁺、V_d1⁺、V_d2⁺量测三次，则分别可定义出四组二位数据(11、10、00、01)；此架构称为二阶储存单元架构或多阶储存单元(multi-level cells，MLC)架构。

更有甚者，今日内存技术已可利用更精密的量测技术，将内存储存单元的电荷浓度分布由低至高，依序定义出8组三位数据(111、110、100、101、001、000、010、011)；此架构称为三阶储存单元(triple-level cells，TLC)架构。

由理论上来看，虽然三阶储存单元是上述技术中单一储存单元储存数据容量最高的做法，但由于单阶储存单元每一电荷分布区间宽度约为二阶储存单元每一电荷分布区间宽度的2倍，且为三阶储存单元每一电荷分区间的4倍，因此单阶储存单元架构具有比其它两种架构的有较小量测误差的优点，进而其在存取速度和数据可靠度方面具有最高的效能。换言之，多阶储存单元、三阶储存单元、甚至更高阶数的储存单元可用较低成本提供较高的储存容量，但耐用程度(endurance)和耐耗损能力(wear capacity)则不如单阶储存单元来得好。

由于前述的特性，现有的闪存装置在追求低成本、高容量的目标时，很难同时兼顾耐耗损能力和数据可靠度方面的表现。

【发明内容】

有鉴于此，如何有效改善以多阶储存单元、三阶储存单元或更高阶数的储存单元来实现的闪存的耐耗损能力和提高数据可靠度，实为业界有待解决的问题。

本发明揭露一种闪存控制模块，其通过通信接口接收主控装置传来的待写入数据，接着，闪存控制模块的处理电路会取得该储存单元模块的使用者容量与有效数据量，并判断该有效数据量占该使用者容量的比率是否低于第一设定值：若该比率低于该第一设定值时，则令该储存电路以一位模式存取电荷；若该比率等于或高于该第一设定值，则判断该比率是否高于一第二设定值：若该比率低于该第二设定值，则令该储存电路以二位模式存取电荷；若该比率等于或高于该第二设定值，则令该储存电路以三位模式存取电荷。