[发明专利]具有备份电路的存储系统及编程方法

说明书

相关申请的交叉引用 

本专利申请要求于2007年1月3日提交的韩国专利申请No.10-2007-0000737的优先权，特此通过引用将其主题并入。 

技术领域

本发明涉及存储系统，并且具体来说，涉及一种能够编程多位数据的存储系统。本发明还涉及用于这种存储系统的编程方法。 

背景技术

越来越多的消费性产品使用非易失性存储器来存储数据。具有非易失性存储器的现有消费性产品的例子包括MP3播放器、数码相机、移动电话、摄像机、闪存卡以及固态硬盘(SSD)。 

随着这些消费性产品的种类和复杂性的增加，期望非易失性存储器存储越来越大的数据量且以更快的速度存取数据。一种用于提高非易失性存储器的总数据存储容量的方法是使用多级单元(MLC)。与传统的单级单元(SLC)相比，多级单元能够每一个单元存储多于一个数据。 

图1是传统存储系统的总体框图。该传统存储系统100包括主处理器(即，CPU)110、存储器控制器120和闪存130。 

存储器控制器120包括缓冲存储器121。闪存130包括单元阵列131和页缓冲器132。尽管图1中没有示出，但闪存130还包括解码器、数据缓冲器和控制单元。 

存储器控制器120从主机110接收数据和相应的写命令并控制闪存130，以使将数据写入单元阵列131中。可替换地，存储器控制器120从主机110接收读命令并控制闪存130，以使从单元阵列131中读取由读命令所指示的数据。 

缓冲存储器121用于存储器控制器120内，以临时存储将要写到闪存130的“写数据”或从闪存130检索到的“读数据”。在存储器控制器120的控 制下，缓冲存储器121把该临时存储的读/写数据传输给主机110或闪存130。 

闪存130的单元阵列131包括以阵列排列的多个存储单元。这些存储单元是非易失性的，因此即使在没有施加电源的情况下也能保留存储的数据。页缓冲器132存储将要写到单元阵列131中的选定页中的写数据或从选定页检索到的读数据。 

构成闪存130的存储单元可以为单级单元或多级单元。首先基于使用单级单元的假设来描述闪存130的一个例子。 

SLC具有两个取决于阈值电压的分布的可能数据状态(1或0)。存储逻辑值“1”的SLC处于擦除状态。存储逻辑值“0”的SLC处于编程状态。擦除状态的存储单元被称为ON单元，而编程状态的存储单元被称为OFF单元。 

闪存130基于逐页的方式执行编程操作。在编程操作期间，存储器控制器120通过缓冲存储器121，基于逐页的方式向闪存130传输写数据。 

页缓冲器132临时存储从缓冲存储器121接收到的写数据，接着把所载入的写数据编程到选定的存储页中。当完成编程操作时，执行编程验证操作来验证数据已被正确编程。 

如果出现编程故障，则在增大了用于对所选定的页进行编程的电压后，再次执行编程操作和相应的编程验证操作。通过这样的方式，可以成功地完成对给定的写数据页进行编程的操作。其后，接收下一批写数据，并且重复编程操作。 

基于使用多级单元的假设，现在将给出闪存130的操作的第二个描述。图2是示出了对2位MLC的最低有效位(LSB)和最高有效位(MSB)进行编程的过程的电压阈值图。下面的描述中使用两位的多级存储单元，但本发明不限于仅2位的存储单元。在本上下文中，LSB和MSB的意义是清楚的。但是，可替换地，除过在2位存储单元中明显的MSB和LSB的关系之外的任何“第一位”和“第二位”的排列均可以使用。 

参考图2，可以根据MLC的阈值电压分布将其编程为具有11、01、10和00四种状态中的一种。以类似于SLC的过程对LSB进行编程。根据其LSB数据将具有状态11的存储单元编程为具有状态A(以虚线表示)。 

之后，存储器控制器120把一页写数据从缓冲存储器121传输到闪存130，以便对MSB进行编程。参考图2，根据其MSB数据将具有状态A的 MLC编程为具有状态00或状态10。另一方面，根据其MSB数据将具有状态11的存储单元编程为要么保持在状态11、要么具有状态01。

这样，MLC的编程操作在两个不同的阶段进行。也就是说，首先在MLC中编程LSB，接着编程MSB。 

但是，独立于先前所执行的LSB编程操作，在MSB编程过程中可能出现编程故障。幸好，由于“当前的”MSB数据保留在缓冲存储器121中直到完成相应的编程验证操作，因而可以修复损坏的MSB数据。