[发明专利]一种闪存存储器混合读写方法及混合读写闪存存储器

说明书

技术领域

本发明涉及存储器领域，具体而言，涉及一种闪存存储器混合读写的方法及混合读写闪存存储器。

背景技术

闪存存储器是诞生于20世纪80年代末的一种新型存储介质。由于具有非易失性、高速、高抗震、低功耗、小巧轻便等优良特性，闪存近年来被广泛应用于移动通信、数据采集等领域的嵌入式系统和便携式设备上，如手机、便携式媒体播放器、数码相机、传感器，也用于航空航天等领域，如航空航天器等。平面结构的闪存存储器已经到了扩展极限，三维闪存存储器技术，垂直堆叠了多层数据存储单元，可支持在更小的空间内容纳更高存储容量，进而带来更大的成本节约，能耗降低，以及大幅度的性能提升以全面满足众多消费移动设备和要求最严苛的企业部署的需求。

图1给出的三维立体闪存存储器中，由里至外主要包括氮化硅核(core-SiO2)①、多晶硅沟道(poly Silicon Chanel)②、隧穿层(tunneling layer)③、电荷存储层(charge trapping layer)④、阻挡层(blocking layer)⑤和电极(electrode)⑥。随着工艺的改变和优化，同样的垂直环形沟道结构中材料可能不同，例如多晶硅沟道可以用其他材料代替，隧穿层材料，电荷存储层材料和阻挡层的材料都可能发生替代改变。

图2给出了三维立体闪存存储器中多晶硅沟道。由于三维闪存存储器的特殊结构，沟道材料的特性和形状结构会随着存储深孔(memory hole)深度的不同而不同。例如在多晶硅沟道中，接近深孔底部的区域A，多晶硅晶粒的尺寸较大，沟道缺陷密度较低；存储区域C，多晶硅晶粒的尺寸较小，沟道缺陷密度较高；存储区域B中多晶硅晶粒的尺寸较为均匀，沟道缺陷密度在区域A和区域C之间。换言之，在区域B中分布的存储单元特性比较接近，其特性分布也可以得到很好控制；而相对于区域A和区域C中的存储单元，其特性相差较大，在同一种存储动作模式下特性分布会很难控制，这对于多值模式下的存储会带来很大的困难。

图3给出了闪存存储器各种不同读写动作模式。目前存储器动作模式中，主要包括三种读写动作模式：单值存储(SLC)、多值存储(MLC)和三值存储(TLC)。近几年来，在三维立体闪存存储器中，由于存储单元尺寸较大，存储单元之间的各种干涉效应(inter-cell interference)得到了很好的控制，每个单元存储四个比特的QLC四值存储模式也得以实现。而四值存储(QLC)在三维立体闪存存储器中也得到了应用。SLC即每个单元存储一个比特，擦写速度快，数据读取窗口大，字节误读率极低，可擦写寿命长；MLC即每个单元存储两个比特，比SLC的存储容量多了一倍，擦写速度下降，寿命一般；TLC即每个单元存储三个比特，擦写速度慢，可擦写寿命短；QLC每个单元存储四个比特，存储密度是SLC模式的16倍，但擦写速度很慢，而且数据读取错误率高，需要配合很好的ECC(Error Checking and Correcting)来提高数据读取准确性，其可擦写次数也极为有限。

然而，在三维立体闪存存储器中，无法避免的一个问题就是它的多晶硅沟道，多晶硅沟道中晶体的大小与其沟道深浅密切相关，越深的多晶硅沟道晶粒越大。由于晶粒的大小与沟道缺陷密度是紧密相关的，三维立体闪存存储器中存储单元的特性随着多晶硅沟道深度的不同其特性也相差较大，这会很大程度影响MLC，TLC和QLC存储模式的应用，为未来实现更大存储密度的闪存存储器带来困难。

发明内容

本发明针对三维闪存存储器的器件特性，结合存储器的多种读写方式，提供一种可有效提高闪存存储器的可靠性的闪存存储器混合读写方法，同时提供一种实现该方法的混合读写闪存存储器。

本发明的闪存存储器混合读写方法，是在闪存存储器中将单值存储(SLC)、多值存储(MLC)，三值存储(TLC)和四值存储(QLC)四种存储模式进行混合操作，四种存储模式中的至少两种混合应用于同一存储区(Block)的不同字线(word-line)。

所述闪存存储器在使用时设置不同区域固定的读写方式，或者对每一条字线、每一层存储区域或每一片储区域动态选择读写方式。

所述混合操作应用于在同一存储区域里有存储单元特性差异和存储分布性差异的闪存存储器。

所述混合操作中不同的存储模式或在初期限定，或在存储器读写的过程中动态调整。

所述闪存存储器如果是二维平面闪存存储器，混用操作在于不同的存储芯片(chip)或者存储区。