一种针对NAND Flash最大保存时间错误数的分析方法

专利名称：一种针对NAND Flash最大保存时间错误数的分析方法

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202111586620.4

专利申请（专利权）人：山东华芯半导体有限公司
权利人地址：山东省济南市高新区经十东路汉峪金谷A2-3第16层1601室

专利发明（设计）人：蒋书斌,曹成,李瑞东

专利摘要：本发明公开一种针对NAND Flash最大保存时间错误数的分析方法，本方法针对对个对照试验组进行不同条件的写入后，模拟NAND Flash的最大保存时间，然后进行不同条件的读取，从而判断各种条件下错误数是否仍在可纠错范围内，防止重要数据丢失，判断出各种条件下的错误情况后，为后续的读写提供指导，避免错误数超过可纠错范围。

主权利要求：
1.一种针对NANDFlash最大保存时长错误数的分析方法，其特征在于：包括以下步骤：S01）、选取NANDFlash的多个Block，根据NANDFlash手册确定其使用时的写入方式；
S02）、按照步骤S01）确定的写入方式，对选取的Block根据不同磨损程度、不同写入量进行擦除写入，并进行分组，形成不同的对照试验组；
S03）、在室温下，对步骤S02）形成的对照试验组正常擦除写入一次，写入量与步骤S02）相同；
S04）、数据写入完成后断电开始保存，数据保存条件为温箱高温离线保存，保存温度在
80°C到100°C之间，保存时间按照手册给定的40℃保存时长计算得出；
S05）、Block按照步骤S04）计算的高温保存时间保存后，降至室温，然后将Block放入治具中，在常温下稳定后，使用默认电压轴（0,0,0,0,0,0,0）和NANDFlash厂商提供的所有读循环电压轴进行重复读取，获取所有Block的比特出错概率信息；
S06）、在每个对照试验组的各字线中选定一定数量的字节，统计这些字节正常读取和重复读取的位反转情况；
S07）、分析不同读取次数的比特出错概率信息情况，其他条件为写入量100%、生命末期、手册给定的最大保存时长、正常电压轴读取；
S08）、分析不同磨损程度的比特出错概率信息情况，其他条件为写入量100%、手册给定的最大保存时长、正常电压轴读取；
S09）、分析不同写入量的比特出错概率信息情况，其他条件为生命末期、手册给定的最大保存时长、正常电压轴、第n次读取，n由步骤S07）得出；
S10）、分析不同读取电压轴的比特出错概率信息情况，其他条件为写入量100%、生命末期、手册给定的最大保存时长、第n次读取，n由步骤S07）得出。
2.根据权利要求1所述的针对NANDFlash最大保存时长错误数的分析方法，其特征在于：步骤S05）使用默认电压轴（0,0,0,0,0,0,0）和NANDFlash厂商提供的所有读循环电压轴进行重复读取时，使用一个电压轴读取三次，每次间隔0.8‑1.5秒，分别记录比特出错概率信息；一个电压轴读取完后，间隔25‑35分钟再读取下一个电压轴。
3.根据权利要求1所述的针对NANDFlash最大保存时长错误数的分析方法，其特征在于：按照手册给定的40℃保存时长计算得出高温保存时间的公式为：AF=exp(Ea/kB*(1/Tnow‑1/T40℃))，其中，exp表示以自然常数e为底的指数函数，Ea为1.0 1.1eV，kB为波尔兹曼常数，Tnow为高温保存Block的开尔文温度，T40℃为40℃对应~的开尔文温度，高温保存时间等于40℃保存时长除以温度加速系数。
4.根据权利要求1所述的针对NANDFlash最大保存时长错误数的分析方法，其特征在于：每个对照试验组的Block数量为100。
5.根据权利要求1所述的针对NANDFlash最大保存时长错误数的分析方法，其特征在于：步骤S06）中，在每个对照试验组的各字线中选定4千字节，统计这些字节正常读取和重复读取的位反转情况。 说明书 : 一种针对NANDFlash最大保存时间错误数的分析方法技术领域[0001] 本发明涉及一种针对NANDFlash最大保存时间错误数的分析方法，属于存储器技术领域。背景技术[0002] NANDFlash是非易失性存储器，掉电数据不丢失，体积小，可以实现廉价高效的大容量存储，因此受到广泛应用。[0003] 一般而言，一片NANDFlash是由许多块（Block）组成，每个块（Block）包含许多字线（Wordline），每个字线（Wordline）包含若干页（Page）。用户可以对NANDFlash进行擦除（Erase）、写入（Write）和读取（Read）操作，其中，块（Block）一般是擦除操作的最小寻址单元，字线（Wordline）一般是写入操作的最小寻址单元，页（Page）一般是读取操作的最小寻址单元。[0004] NANDFlash由于内部原理和制作工艺限制，数据保存时间越久越容易出现位（Bit）反转，即写入的数据在读出时有些位由1变0，有些位由0变1。即读取时的数据与写入数据不一致。[0005] NANDFlash写入方式一般分为TLC和SLC方式写入，其中以SLC方式写入，对同一Block而言存入数据量少，但稳定性高；以TLC方式写入反之。有些重要数据是以SLC方式写入NANDFlash。[0006] 但是，某些NANDFlash在芯片初期SLC和TLCBlock的数据保存时间可以达到室温下5年之久。因此，我们需要提供一种快速可靠的，针对NANDFlash最大保存时长错误数的分析方法，判断各种条件下错误数是否仍在可纠错范围内，防止重要数据丢失。发明内容[0007] 本发明要解决的技术问题是提供一种针对NANDFlash最大保存时长错误数的分析方法，判断最大保存时长各种条件下错误数是否仍在可纠错范围内，防止重要数据丢失。[0008] 为了解决所述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种针对NANDFlash最大保存时长错误数的分析方法，包括以下步骤：[0009] S01）、选取NANDFlash的多个Block，根据NANDFlash手册确定其使用时的写入方式；[0010] S02）、按照步骤S01）确定的写入方式，对选取的Block根据不同磨损程度、不同写入量进行擦除写入，并进行分组，形成不同的对照试验组；[0011] S03）、在室温下，对步骤S02）形成的对照试验组正常擦除写入一次，写入量与步骤S02）相同；[0012] S04）、数据写入完成后断电开始保存，数据保存条件为温箱高温离线保存，保存温度在80°C到100°C之间，保存时间按照手册给定的40℃保存时长计算得出；[0013] S05）、Block按照步骤S04）计算的高温保存时间保存后，降至室温，然后将Block放入治具中，在常温下稳定后，使用默认电压轴（0,0,0,0,0,0,0）和NANDFlash厂商提供的所有读循环电压轴进行重复读取，获取所有Block的比特出错概率信息；[0014] S06）、在每个对照试验组的各字线中选定一定数量的字节，统计这些字节正常读取和重复读取的位反转情况；[0015] S07）、分析不同读取次数的比特出错概率信息情况，其他条件为写入量100%、生命末期、手册给定的最大保存时长、正常电压轴读取；[0016] S08）、分析不同磨损程度的比特出错概率信息情况，其他条件为写入量100%、手册给定的最大保存时长、正常电压轴读取；[0017] S09）、分析不同写入量的比特出错概率信息情况，其他条件为生命末期、手册给定的最大保存时长、正常电压轴、第n次读取，n由步骤S07）得出[0018] S10）、分析不同读取电压轴的比特出错概率信息情况，其他条件为写入量100%、生命末期、手册给定的最大保存时长、第n次读取，n由步骤S07）得出。[0019] 进一步的，步骤S05）使用默认电压轴（0,0,0,0,0,0,0）和NANDFlash厂商提供的所有读循环电压轴进行重复读取时，使用一个电压轴读取三次，每次间隔0.8‑1.5秒，分别记录比特出错概率信息信息；一个电压轴读取完后，间隔25‑35分钟再读取下一个电压轴。[0020] 进一步的，按照手册给定的40℃保存时长计算得出高温保存时间的公式为：[0021] AF=exp(EA/kB*(1/Tnow‑1/T40℃))，其中，exp表示以自然常数e为底的指数函数，Ea为1.0~1.1eV，kB为波尔兹曼常数，Tnow为高温保存Block的开尔文温度，T40℃为40℃对应的开尔文温度，高温保存时间等于40℃保存时长除以温度加速系数。[0022] 进一步的，每个对照试验组的Block数量为100。[0023] 进一步的，步骤S06）中，在每个对照试验组的各字线中选定4千字节，统计这些字节正常读取和重复读取的位反转情况。[0024] 进一步的，步骤S04中，断电保存温度最高不超过NAND手册上的最大保存温度，高温保存时间按照手册给定的40℃保存时长除以温度加速系数计算得出。具体的，断电保存温度为110°C，保存时间为2.1天[0025] 本发明的有益效果：本发明提供一种快速可靠的，针对NANDFlash最大保存时长错误数的分析方法，判断各种条件下错误数是否仍在可纠错范围内，防止重要数据丢失。判断出各种条件下的错误情况后，为后续的读写提供指导，避免错误数超过可纠错范围。附图说明[0026] 图1为本方法实施的具体流程图；[0027] 图2为不同读取次数、写入量100%、生命末期（磨损程度PE30K）、手册给定的最大保存时长、正常电压轴读取，各WL每4千字节的最大位反转情况示意图；[0028] 图3为不同读取次数、写入量100%、磨损程度PE10K、手册给定的最大保存时长、正常电压轴读取，各WL每4千字节的最大位反转情况示意图；[0029] 图4为对比分析不同写入量的BER情况示意图，其他条件为生命末期、手册给定的最大保存时长、正常电压轴、第2次读取；[0030] 图5为对比分析不同读取电压轴的BER情况示意图，其他条件为写入量100%、生命末期、手册给定的最大保存时长、第2次读取。具体实施方式[0031] 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。[0032] 实施例1[0033] 本实施例公开一种针对NANDFlash最大保存时长错误数的分析方法，如图1所示，包括以下步骤：[0034] S01）、选取一定数量的Block，首先根据NANDFlash手册确定其使用时的写入方式，一般分为TLC和SLC方式写入。因重要数据是以SLC方式写入NANDFlash，故下面测试SLC方式写入；[0035] S02）、按照S01)确定的写入方式，根据不同磨损程度（PE）、不同写入量进行擦除写入(PE)，并进行分组；[0036] 比如，一级分组时根据写入量分为i个一级分组，二级分组时，按照一级分组的写入量，根据磨损程度（PE）将NANDFlash再分为j个二级分组，共得到i*j个对照试验组。[0037] 具体的，一级分组时，将NANDFlash按照写入量从空到100%，以10%为间隔划分为i组，共划分为11个一级分组。本实施例中，写入量从0到100%。[0038] 二级分组时，按照一级分组的写入量，磨损程度从PE0到NANDFlash生命末期，先按照5000次擦写为间隔，将每个一级分组划分为j个二级分组，分别为：PE0、PE5k、PE10k、PE15k、······。[0039] 由于Block差异，所以要保证i*j组的Block有足够的样本量。本实施例中，每个对照试验组的样本量为100个Block。[0040] S03）、在室温下，对步骤S02）的不同对照试验组（i*j组）正常擦除写入一次，写入量与步骤S02）相同；[0041] 此次正常擦除写入一次的目的为:一是步骤S03)在室温下写，S05)在室温下读，避免不同温度下读写的影响；二是消除步骤S03）之前可能存在的高温保存影响；[0042] S04）、数据写入完成后断电开始保存（Retention），数据保存条件为温箱高温离线保存。保存时间按照手册给定的40℃保存时长，通过下列公式计算得到温箱高温温度相对于40℃的温度加速系数，AF=exp(EA/kB*(1/Tnow‑1/T40℃))。其中，exp表示以自然常数e为底的指数函数，Ea为1.0~1.1eV，kB为波尔兹曼常数，Tnow为当前开尔文温度，T40℃为40°C对应的开尔文温度值。在该例中，Ea为1.0，高温保存操作温度为110℃时，大约只须保存2.1天，便等效为40℃保存5年。[0043] S05）、按照S04）计算的高温保存时间保存后，降至室温，放入治具中，在常温下稳定后，使用默认电压轴（0,0,0,0,0,0,0）和NANDFlash厂商提供的所有读循环电压轴进行重复读取，获取所有Block的BER（比特错处概率）信息。为避免firstread影响，需注意两点，一是使用一个电压轴读取三次，每次间隔1s，分别记录BER信息；二是一个电压轴读取完后，间隔半小时再读取下一个电压轴。[0044] S06）、对步骤S05）的不同对照试验组（i*j组），将各WL每4千字节（KB）的正常和retry读取的三次位反转情况统计到表格。[0045] S07）、分析不同读取次数的BER情况。其他条件为写入量100%、生命末期、手册给定的最大保存时长、正常电压轴读取。示例见图2，图2表示了不同读取次数，写入量100%、生命末期（磨损程度PE30K）、手册给定的最大保存时长（高温110℃保存时间2.1天，等效为40℃保存5年）、正常电压轴读取，各WL每4千字节（KB）的最大位反转情况；图2中不同线条代表不同读取次数，分别为firstread和secondread，横轴为WL（从WL0到WL383），纵轴为对应WL每4千字节（KB）读取量的最大位反转情况。[0046] 可以发现，写入量100%、生命末期、手册给定的最大保存时长、正常电压轴读取，firstread最大BER超过本实例允许的最大可纠错范围250bit。secondread可有效降低BER，因此在手册给定的保存时间生命末期需进行secondread来降低BER。[0047] S08）分析不同磨损程度的BER情况。其他条件为写入量100%、手册给定的最大保存时长、正常电压轴读取。示例见图2和图3，图2和图3分别表示磨损程度PE30K和PE10K，其他条件相同，每4千字节（KB）读取量的最大位反转情况。[0048] 可以发现，在经过手册给定的最大保存时长后，生命末期（磨损程度PE30K）的BER更高。[0049] S09）分析不同写入量的BER情况。其他条件为生命末期、手册给定的最大保存时长、正常电压轴、第n次读取（n由步骤07得出）。由步骤07得出需要第二次读取，故n为2。示例见图4，图4不同线条代表不同写入量，closeblock为全写满（写入量100%），openblock为未写满，其他条件相同，每4千字节（KB）读取量的最大位反转情况。[0050] 可以发现，在经过手册给定的最大保存时长后，不同写入量的BER情况相同。[0051] S10）分析不同读取电压轴的BER情况。其他条件为写入量100%、生命末期、手册给定的最大保存时长、第n次读取（n由步骤07得出）。示例见表1和图5。[0052] 表1[0053][0054] 表1表示了写入量100%、生命末期、手册给定的最大保存时长，第二次读取，NANDFlash厂商提供的所有readcycle各个电压轴的BER情况，可以发现，电压轴E0、F0和F8的BER较低。图5表示了这三个偏移电压轴(E0、F0和F8)和正常读取电压轴的每4千字节（KB）读取量的最大位反转情况，不同线条代表不同偏移电压轴，其他条件相同。[0055] 可以发现，在经过手册给定的最大保存时长后，E0、F0和F8均为左偏电压轴读取，这三个轴BER较低，其他较高。即在经过手册给定的最大保存时长后，左偏电压轴读取可降低BER。[0056] 以上描述的仅是本发明的基本原理和优选实施例，本领域技术人员根据本发明做出的改进和替换，属于本发明的保护范围。

专利地区：山东

专利申请日期：2021-12-23

专利公开日期：2024-11-29

专利公告号：CN114283865B