[发明专利]MLC自RAID闪速数据保护方案

说明书

相关申请的交叉引用

本申请涉及于2010年3月17日提交的美国专利申请No.12/726,200并要求该申请的优先权。

技术领域

本文描述的发明涉及半导体闪存中的数据存储管理，具体地讲，涉及一种在电源中断的情况下防止多电平单元(MLC)存储装置中的数据损坏的数据存储保护方法。

背景技术

当前的企业级海量存储依赖于硬盘驱动器，硬盘驱动器通常以3.5”形状系数、15000rpm主轴电机以及73GB和450GB之间的存储容量为特征。机械设计采用具有单个致动器和在8个表面上移动的8个读/写头的传统的硬盘驱动器。头/介质技术的约束把读/写能力限制于一次仅使用一个有效的头。发送给驱动器的所有数据请求以串行方式处理，在操作之间具有较长延迟，因为致动器把读/写头移动至所需的位置并且介质旋转以使数据位于读/写头下方。

在企业海量存储环境中，固态存储装置很有吸引力。对于该环境，闪存是各种固态存储装置之中的很好的候选，因为它没有与硬盘驱动器关联的机械延迟，由此能够实现更高的性能和相应地更低的成本以及电源和空间的更好的使用。

闪存是一种形式的非易失性存储器，即EEPROM(电可擦除可编程只读存储器)。闪存阵列中的存储单元通常包括形成在基底中的具有控制栅以及漏极和源极扩散区域的晶体管。晶体管具有位于控制栅下方的浮动栅，因此形成电子存储装置。沟道区域位于浮动栅下方，由沟道和浮动栅之间的绝缘层(例如，隧穿氧化层)隔离。通过在绝缘层上施加足够高的电场，能够克服由绝缘层施加的阻止电荷载流子移动进入或离开浮动栅的能垒。存储在浮动栅中的电荷确定单元的阈值电压(Vt)，其代表单元的存储的数据。存储在浮动栅中的电荷使得单元具有更高的Vt。为了把单元的Vt改变为更高或更低的值，通过在控制栅、漏极和源极扩散区域以及沟道区域施加合适的电压，增加或减少存储在浮动栅中的电荷。合适的电压使得电荷在这些区域中的一个或多个区域之间移动以及通过绝缘层移动至浮动栅。

单电平单元(SLC)闪存装置具有单个阈值电压Vt，并且能够在每个单元存储一位的数据。多电平单元(MLC)闪存装置中的存储单元具有多个阈值电压，并且根据存储在浮动栅中的电荷的量，能够代表超过一位的数据。因为MLC闪存装置能够实现在每个单元存储多个数据位，所以可容易地实现高密度海量存储应用(诸如，512Mb及以上)。在典型的四电平两位MLC闪存装置中，单元阈值电压Vt能够设置为代表数据“00”、“01”、“10”和“11”的四个电平中的任何电平。为了把存储单元编程为给定电平，单元可以被多次编程。在每次写之前，擦除闪存阵列以把阵列中的每个单元重置为默认状态。结果，共享同一单元的多个数据位和它们的电子状态(因此，它们的阈值电压Vt)互相依赖，从而意料不到的电源中断能够产生不可预测的后果。存储单元的电子状态的变化也在真实系统中的阈值电压的范围内产生变化。以下的表1显示两位MLC中的电子状态和阈值电压范围。

表1两位MLC存储单元中的阈值电压和位值