存储寿命的计算方法以及闪存存储器与流程

1.本发明涉及存储器技术领域，尤其涉及一种存储寿命的计算方法以及闪存存储器。


背景技术：

2.存储器在目标工作温度下的数据保存(data retention，dr)寿命(time to failure，ttf)能否满足规格要求，是3d nand闪存存储器的可靠性评估项目之一。
3.现有的评估方法是：为了节省评估时间，常常采用“高温加速”的评估思路。将存储器的目标工作温度以及目标工作温度下的目标数据保存寿命带入预设换算公式，以计算出存储器在测试温度下的测试数据保存寿命，然后将存储器置于温度为测试工作温度、且时长为测试数据保存寿命的测试环境中进行测试，若进行测试后的存储器的相关参数能通过评估标准，则认为目标工作温度下的目标数据保存寿命合格。
4.但是，现有技术下的评估方法不能精确地计算出存储器在任意温度下的数据保存寿命。


技术实现要素：

5.本发明提供了一种存储寿命的计算方法以及闪存存储器，有效地解决了无法精确地计算出存储器在任意温度下的数据保存寿命的问题。
6.为了解决上述问题，本发明提供了一种存储寿命的计算方法，所述计算方法包括：
7.分别获取被置于多个测试环境中的多个相同的待测器件的数据保存性能参数在操作时间上的分布曲线，其中，每个所述测试环境的操作温度不同，所述待测器件具有预设数据保存性能标准线；
8.根据多条所述分布曲线与所述预设数据保存性能标准线，得到每个所述待测器件在对应的所述操作温度下的存储寿命，并将每个所述操作温度与对应的所述存储寿命作为一个目标数组；
9.根据多个所述目标数组拟合出所述存储寿命随所述操作温度变化的线性函数，并根据所述线性函数计算得到所述待测器件的所述存储寿命与所述操作温度的经验关系式。
10.进一步优选的，所述数据保存性能参数为所述待测器件的电压分布间隔总和，所述预设数据保存性能标准线为所述待测器件的最低电压分布间隔总和，所述分布曲线为不同所述操作温度下，所述待测器件的所述电压分布间隔总和随所述操作时间变化的关系。
11.进一步优选的，所述根据多条所述分布曲线与所述预设数据保存性能标准线，得到每个所述待测器件在对应的所述操作温度下的存储寿命的步骤，具体包括：
12.取得所述分布曲线与所述预设数据保存性能标准线的直接交点；或，
13.取得所述分布曲线的外推线与所述预设数据保存性能标准线的第一外推交点；
14.其中，所述直接交点以及所述第一外推交点表示所述待测器件在对应的所述操作温度下的存储寿命。
15.进一步优选的，所述数据保存性能参数为所述待测器件的扇区可被纠错误码最大值，所述预设数据保存性能标准线为所述待测器件的纠错码内存最大值，所述分布曲线为不同所述操作温度下，所述待测器件的所述扇区可被纠错误码最大值随所述操作时间变化的关系。
16.进一步优选的，所述待测器件具有纠错成功概率标准线，在所述拟合出每个所述待测器件的数据保存性能参数在时间上的分布曲线的步骤之前，还包括：
17.在多个所述操作时间对每个所述待测器件以扇区为单位的误码数量进行采样统计，得到不同所述操作温度下，每个所述待测器件中具有目标数值误码的所述扇区的数量的统计曲线；
18.根据多条所述统计曲线以及所述纠错成功概率标准线，得到每个所述待测器件在对应的所述操作时间下的所述扇区可被纠错误码最大值。
19.进一步优选的，所述根据多条所述统计曲线以及所述纠错成功概率标准线，得到每个所述待测器件在对应的所述操作时间下的所述扇区可被纠错误码最大值的步骤，具体包括：
20.取得所述统计曲线的外推线与所述纠错成功概率标准线的第二外推交点，其中，所述第二外推交点表示所述待测器件在对应的所述操作时间下的所述扇区可被纠错误码最大值。
21.进一步优选的，所述根据多个所述目标数组拟合出所述存储寿命随所述操作温度变化的线性函数的步骤，具体包括：
22.对多个所述目标数组套用阿伦尼乌斯模型，以拟合出套用模型后的所述存储寿命随套用模型后的所述操作温度变化的线性函数。
23.进一步优选的，所述对多个所述目标数组套用阿伦尼乌斯模型的步骤，具体包括：
24.对多个所述目标数组中的所述存储寿命进行取对数变换；以及，
25.对多个所述目标数组中的所述操作温度进行取倒数变换。
26.进一步优选的，所述待测器件具有操作时间临界值，在所述待测器件工作到所述操作时间临界值之前，所述分布曲线具有第一变化率，在所述待测器件工作到所述操作时间临界值之后，所述分布曲线具有第二变化率，其中，所述第一变化率大于所述第二变化率。
27.进一步优选的，多个所述测试环境中的所述操作温度包括所述待测器件的最高操作温度以及最低操作温度。
28.另一方面，本发明还提供了一种闪存存储器，所述闪存存储器包括：
29.存储单元阵列；以及，
30.外围电路，与所述存储单元阵列电连接，且设置有控制器，其中，所述控制器被配置为利用上述任一项所述的经验关系式而对所述存储单元阵列的存储寿命进行计算。
31.本发明的有益效果为：本发明提供了一种存储寿命的计算方法，包括：分别获取被置于多个测试环境中的多个相同的待测器件的数据保存性能参数在操作时间上的分布曲线，其中，每个测试环境的操作温度不同，待测器件具有预设数据保存性能标准线，之后，根据多条分布曲线与预设数据保存性能标准线，得到每个待测器件在对应的操作温度下的存储寿命，并将每个操作温度与对应的存储寿命作为一个目标数组，最后，根据多个目标数组
可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
43.下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
44.本发明针对现有的对存储器寿命进行评估的方法，不能精确地计算出存储器在任意温度下的数据保存寿命的问题，根据本发明而成的实施例用以解决该问题。
45.请参阅图1，图1示出了根据本发明而成的第一实施例所提供的存储寿命的计算方法的流程示意图，该存储寿命的计算方法具体包括：测试步骤s101、取点步骤s102以及计算步骤s103，接下来，对各步骤进行详细叙述。
46.测试步骤s101：分别获取被置于多个测试环境中的多个相同的待测器件的数据保存性能参数在操作时间上的分布曲线，其中，每个测试环境的操作温度不同，待测器件具有预设数据保存性能标准线。
47.请参阅图3a，容易理解的是，在本实施例中，是将多个相同的待测器件分为六组，并分别将这六组待测器件置于六个操作温度(t1至t6)不同的测试环境中进行测试，然后，在多个采样时间点收集每一组待测器件的数据保存性能(data retention)参数，并拟合出待测器件的数据保存性能参数在操作时间(bake time)上的分布曲线，如图3b所示。
48.具体的，多个测试环境中的操作温度包括待测器件的最大操作温度以及最小操作温度，也即，在本实施例中，上述六个操作温度(t1至t6)会覆盖待测器件的最大操作温度以及最小操作温度。
49.需要说明的是，在本实施例中，用以表示待测器件在不同操作温度下，其性能随操作时间的增加而逐渐退化的数据保存性能参数为电压分布间隔总和(edge sum，esum)，用以判定待测器件在以电压分布间隔总和为其性能退化的参考标准的情况下，表示其性能退化至失效点的预设数据保存性能标准线为待测器件的最低电压分布间隔总和(final esum criterion)，此时，上述分布曲线表示，在不同操作温度下，待测器件的电压分布间隔总和随操作时间变化的关系。
50.具体的，待测器件具有操作时间临界值，在待测器件工作到操作时间临界值之前，分布曲线具有第一变化率，在待测器件工作到操作时间临界值之后，分布曲线具有第二变化率，其中，第一变化率大于第二变化率。也即，与待测器件工作到操作时间临界值之后，其具有的性能退化速度相比，待测器件在工作到操作时间临界值之前，其具有的性能退化速度更快。所以，通常会在该操作时间临界值之前，对待测器件进行更多次的数据保存性能参数的收集。具体的，该操作时间临界值的实例性取值为168小时。
51.取点步骤s102：根据多条分布曲线与预设数据保存性能标准线，得到每个待测器
件在对应的操作温度下的存储寿命，并将每个操作温度与对应的存储寿命作为一个目标数组。
52.容易理解的是，如图3b所示，在测试步骤s101中获取到的多条分布曲线中，会有一些分布曲线与预设数据保存性能标准线有交点，表明该分布曲线对应的操作温度下的待测器件，在测试结束时，其性能已在某一时间点退化至失效(在本实施例中，也即，该分布曲线对应操作温度下的待测器件，其电压分布间隔总和已在某一时间点减小至最低电压分布间隔总和)，并且，会有一些分布曲线与预设数据保存性能标准线没有交点，表明该分布曲线对应的操作温度下的待测器件，在测试结束时，其性能还未退化至失效。对于在测试结束时，性能还未退化至失效待测器件，需要将其对应的分布曲线作线性外推，如图3c所示，以计算出待测器件在该分布曲线对应的操作温度下，其性能退化至失效所需的时间，并将该时间作为该待测器件在对应的操作温度下的存储寿命(ttf@tn)。
53.因此，请参阅图2，图2示出了根据本发明而成的第一实施例所提供的存储寿命的计算方法的进一步流程示意图，如图2所示，在取点步骤s102中，“根据多条分布曲线与预设数据保存性能标准线，得到每个待测器件在对应的操作温度下的存储寿命”的步骤，具体可以包括：
54.取得分布曲线与预设数据保存性能标准线的直接交点；或，
55.取得分布曲线的外推线与预设数据保存性能标准线的第一外推交点；
56.其中，直接交点以及第一外推交点表示待测器件在对应的操作温度下的存储寿命。
57.优选的，在对分布曲线作线性外推时，取该分布曲线上最后预设个数的点作该分布曲线的外推线，该预设个数的示例性取值为3。
58.计算步骤s103：根据多个目标数组拟合出存储寿命随操作温度变化的线性函数，并根据线性函数计算得到待测器件的存储寿命与操作温度的经验关系式。
59.进一步地，上述计算步骤s103中的“根据多个目标数组拟合出存储寿命随操作温度变化的线性函数”具体可以包括：
60.对多个目标数组套用阿伦尼乌斯模型，以拟合出套用模型后的存储寿命随套用模型后的操作温度变化的线性函数。
61.需要说明的是，由于在上述取点步骤s102得到的多个目标数组中，存储寿命在操作温度上的走势呈曲线型，直接通过该曲线型走势图，无法计算出存储寿命与操作温度的关系式。而阿伦尼乌斯(arrhenius)模型是进行温度应力试验时最典型且应用最广的加速模型，对上述多个目标数组套用阿伦尼乌斯模型后，可以得到呈线性关系的变量和因变量，也即，套用模型后的存储寿命是套用模型后的操作温度的线性函数，通过该线性函数，就可以计算出待测器件的存储寿命与操作温度的经验关系式。
62.因此，请继续参阅图2，如图2所示，上述“对多个目标数组套用阿伦尼乌斯模型”的步骤，具体可以包括：
63.对多个目标数组中的存储寿命进行取对数变换、并对多个目标数组中的操作温度进行取倒数变换。
64.需要说明的是，在本实施例中，将存储寿命记作ttf(time to failure，也即，lifetime)，并将操作温度记作t，套用模型后的(即，对ttf取对数)存储寿命为ln
error rate，uber)相关的纠错成功概率标准线，其中，不可修复错误比特率是指：在应用了任意特定的错误纠正机制后依然无法纠错成功的概率。因此，在测试步骤s201所提到的分布曲线中，每个操作温度下的待测器件在每个采样时间点的扇区可被纠错误码最大值，需要先通过对其以扇区为单位的误码数量进行统计，如图5a所示，并结合该纠错成功概率标准线而得到。
74.因此，在上述测试步骤s201之前，还包括：
75.在多个操作时间对每个待测器件以扇区为单位的误码数量进行采样统计，并拟合出不同操作温度下，每个待测器件中具有目标数值误码的扇区的数量的统计曲线；
76.根据多条统计曲线以及纠错成功概率标准线，得到每个待测器件在对应的操作时间下的扇区可被纠错误码最大值。
77.举例来说，若待测器件具有5个扇区(sector)，上述纠错成功概率标准线为1，那么也就是说，待测器件的5个扇区中总有一个扇区无法被纠错成功，若在采样时间t1，5个扇区的误码数量(fail bit count)分别是1、1、2、3、4，那么，在采样时间t1，扇区可被纠错误码最大值就是3，由于每个扇区的误码数量会随操作时间的增加而增加，所以，在采样时间t2(t2》t1)，5个扇区的误码数量会变为2、2、3、4、5，那么，在采样时间t2，扇区可被纠错误码最大值就是4。
78.进一步地，纠错成功概率标准线是一个由大量样本进行统计得到的值，在实际测试过程中，待测器件的样本总数量可能会少于统计纠错成功概率标准线的样本数量，因此，在某一采样时间点对每个待测器件以扇区为单位的误码数量进行采样统计所得到的多条统计曲线与纠错成功概率标准线都没有交点，如图5a所示，所以，需要将上述多条统计曲线作线性外推，如图5b所示，以计算出在该采样时间点，对应操作温度下的待测器件可以允许出现的扇区可被纠错误码最大值(fbc@tn)。
79.因此，上述“根据多条统计曲线以及纠错成功概率标准线，得到每个待测器件在对应的操作时间下的扇区可被纠错误码最大值”的步骤，具体可以包括：
80.取得统计曲线的外推线与纠错成功概率标准线的第二外推交点，其中，第二外推交点表示待测器件在对应的操作时间下的扇区可被纠错误码最大值。
81.需要说明的是，上述扇区可被纠错误码最大值会随操作时间的增加而增加，但是，待测器件的纠错码内存最大值是一定的，也即，若待测器件的扇区可被纠错误码最大值超过其纠错码内存最大值，待测器件就会失效，如图5c所示，所以，在取点步骤s202中，是以在某一操作温度下，待测器件的扇区可被纠错误码最大值增大至其纠错码内存最大值所需的时间，来表示待测器件在该操作温度下的存储寿命。
82.区别于现有技术，根据本发明而成的第二实施例提供了一种存储寿命的计算方法，包括：测试步骤s201：分别获取被置于多个测试环境中的多个相同的待测器件的扇区可被纠错误码最大值在操作时间上的分布曲线，其中，每个测试环境的操作温度不同，待测器件具有纠错码内存最大值；取点步骤s202：根据多条分布曲线与纠错码内存最大值，得到每个待测器件在对应的操作温度下的存储寿命，并将每个操作温度与对应的存储寿命作为一个目标数组；以及计算步骤s203：根据多个目标数组拟合出存储寿命随操作温度变化的线性函数，并根据线性函数计算得到待测器件的存储寿命与操作温度的经验关系式，本实施例提供的存储寿命的计算方法，通过将多个待测器件分别置于具有不同操作温度的测试环
境中进行测试，得到不同操作温度下的待测器件在不同采样时间点的扇区可被纠错误码最大值，并利用待测器件的纠错码内存最大值进行相应的计算与变换，最终得到待测器件的存储寿命与操作温度的经验关系式，从而可以通过利用该经验关系式精确地计算出待测器件在任意操作温度下的存储寿命。
83.请参阅图6，图6示出了根据本发明而成的实施例提供的闪存存储器100的结构示意图，从图中可以很直观地看到根据本发明而成的实施例的各组成部分，以及各组成部分的相对位置关系。
84.如图6所示，闪存存储器100包括：存储单元阵列110以及存储单元阵列110电连接的外围电路120，其中，于外围电路120中设置有控制器121，控制器121被配置为利用上文第一实施例和第二实施例所述的经验关系式而对存储单元阵列110的存储寿命进行计算。
85.区别于现有技术，本发明提供了一种闪存存储器100，包括：存储单元阵列110以及外围电路120，其中，外围电路120与存储单元阵列110电连接，且设置有被配置为利用如上文实施例所述的经验关系式而对存储单元阵列110的存储寿命进行计算的控制器121，本发明提供的闪存存储器100在任意操作温度下的存储寿命可以通过该经验关系式而被精确地计算出来。
86.除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效替换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。
87.综上所述，虽然本发明已将优选实施例揭露如上，但上述优选实施例并非用以限制本发明，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围以权利要求界定的范围为准。