本申請要求2015年11月13日在韓國知識產(chǎn)權局提交的第10-2015-0159586號韓國專利申請的優(yōu)先權，其公開內(nèi)容通過引用整體合并于此。

技術領域

本發(fā)明的示例性實施例總體而言涉及一種存儲系統(tǒng)，更具體而言，涉及一種處理存儲器件的數(shù)據(jù)的存儲系統(tǒng)及其操作方法。

背景技術：

計算機環(huán)境范式已經(jīng)轉變?yōu)樵谌魏螘r間任何地點都可以使用的普適計算系統(tǒng)。由于此事實，諸如移動電話、數(shù)碼相機和筆記本電腦的便攜式電子設備的使用迅速增加。這些便攜式電子設備通常使用具有用于儲存數(shù)據(jù)的一個或更多個存儲器件的存儲系統(tǒng)，即，數(shù)據(jù)儲存設備。數(shù)據(jù)儲存設備可以用作便攜式電子設備的主存儲器件或輔助存儲器件。

使用存儲器件的數(shù)據(jù)儲存設備提供良好的穩(wěn)定性、耐久性、高信息訪問速度、以及低功耗，因為它們沒有活動部件。具有這樣優(yōu)點的數(shù)據(jù)儲存設備的示例包括通用串行總線(USB)存儲器件、具有各種接口的存儲卡、以及固態(tài)驅動器(SSD)。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的各個實施例涉及一種存儲系統(tǒng)及其操作方法，該存儲系統(tǒng)能最小化存儲系統(tǒng)的復雜性和性能退化，以及最大化存儲器件的使用效率，由此快速且穩(wěn)定地處理數(shù)據(jù)。

在實施例中，存儲系統(tǒng)可以包括：多個存儲塊，每個存儲塊包括多個頁區(qū)域，每個頁區(qū)域包括適用于儲存數(shù)據(jù)的多個頁；以及控制器，適用于通過響應于針對一個或更多個封閉存儲塊的寫入命令將數(shù)據(jù)儲存在存儲塊之中的另一個存儲塊中，來更新所述一個或更多個封閉存儲塊，以及作為封閉存儲塊的更新結果來更新指示一個或更多個無效頁區(qū)域的映射列表，所述一個或更多個無效頁區(qū)域中的每個僅包括無效頁。

映射列表可以包括分別與存儲塊的頁區(qū)域相對應的多個位區(qū)域。

作為封閉存儲塊的更新結果，控制器可以將位區(qū)域設置為表示無效區(qū)段的值。

控制器還可以通過檢測和收集無效頁區(qū)域來產(chǎn)生空白存儲塊。

控制器可以基于位區(qū)域的設置值來利用無效頁區(qū)域產(chǎn)生空白存儲塊。

控制器還對封閉存儲塊中的除無效頁區(qū)域之外的其他頁區(qū)域執(zhí)行垃圾收集。

映射列表是位映射、干凈映射或干凈塊位映射的形式。

在實施例中，一種存儲系統(tǒng)的操作方法，存儲系統(tǒng)包括多個存儲塊，每個存儲塊包括多個頁區(qū)域，每個頁區(qū)域包括適用于儲存數(shù)據(jù)的多個頁，所述操作方法可以包括：通過響應于針對封閉存儲塊的寫入命令將數(shù)據(jù)儲存在存儲塊之中的另一個存儲塊中，來更新充滿編程的數(shù)據(jù)的一個或更多個封閉存儲塊；以及作為封閉存儲塊的更新結果來更新指示封閉存儲塊中的一個或更多個無效頁區(qū)域的映射列表，所述一個或更多個無效頁區(qū)域中的每個充滿無效頁。

映射列表可以包括分別與存儲塊的頁區(qū)域相對應的多個位區(qū)域。

更新映射列表可以包括：作為封閉存儲塊的更新結果來將位區(qū)域設置為表示無效區(qū)段的值。

所述操作方法還可以包括：利用無效頁區(qū)域產(chǎn)生空白存儲塊。

可以基于位區(qū)域的設置值來執(zhí)行產(chǎn)生空白存儲塊的步驟。

所述操作方法還可以包括：對封閉存儲塊中的除無效頁區(qū)域之外的其他頁區(qū)域執(zhí)行垃圾收集。

映射列表可以是位映射、干凈映射或干凈塊位映射的形式。

在實施例中，一種存儲系統(tǒng)可以包括：多個存儲塊，每個存儲塊包括多個頁區(qū)域，每個頁區(qū)域包括適用于儲存數(shù)據(jù)的多個頁；以及控制器，適用于在用于恢復既具有有效頁又具有無效頁的頁區(qū)域的無效頁的垃圾收集操作之前，從多個封閉存儲塊的多個頁區(qū)域檢測僅具有無效頁的頁區(qū)域，以及收集檢測的無效頁區(qū)域以產(chǎn)生第一空白存儲塊。

控制器可以在產(chǎn)生第一空白存儲塊之后，執(zhí)行垃圾收集操作，以針對僅包括既有有效頁又有無效頁的頁區(qū)域的整個存儲塊或者既有有效頁又有無效頁的頁區(qū)域來產(chǎn)生一個或更多個額外的空白存儲塊。

附圖說明

圖1是圖示根據(jù)本發(fā)明的實施例的包括存儲系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的示圖。

圖2是圖示圖1所示的存儲系統(tǒng)的存儲器件的示例的更多細節(jié)的示圖。

圖3是圖示根據(jù)本發(fā)明的實施例的存儲器件的存儲塊的電路圖。

圖4至圖11是示意性地圖示根據(jù)本發(fā)明的實施例的圖2的存儲器件的進一步的結構細節(jié)的示圖。

圖12是示意性地圖示根據(jù)本發(fā)明的實施例的數(shù)據(jù)處理操作的示圖。

圖13是根據(jù)本發(fā)明的實施例的數(shù)據(jù)處理操作的流程圖。

具體實施方式

下面將參照附圖更詳細地描述本發(fā)明的各個實施例。然而，本發(fā)明可以以不同的形式來實施，而不應理解為限于本文所闡述的實施例。確切地說，提供這些實施例使得本公開將是徹底的和完整的，這些實施例將向相關領域的技術人員充分地傳達本發(fā)明。遍及本公開，在本發(fā)明的各個附圖和實施例中，相同的附圖標記指代相同的部件。還要注意，在本說明書中，“連接/耦接”不僅指一個部件直接耦接另一個部件，而且指一個部件經(jīng)由中間部件間接耦接另一個部件。此外，單數(shù)形式可以包括復數(shù)形式，只要未另外明確陳述。應當容易理解，在本公開中，“在…上”和“在…之上”的含義應當以最廣義的方式來理解，從而“在…上”不僅表示“直接在”某物“上”，而且還表示在其間存在中間特征或中間層的情況下“在”某物“上”，“在…之上”不僅表示直接在某物的頂部上，而且還表示在其間存在中間特征或中間層的情況下在某物的頂部上。當?shù)谝粚颖环Q作“在”第二層“上”或“在”襯底“上”時，其可以不僅指第一層直接形成在第二層或襯底上的情況，而且還可以指在第一層與第二層之間或在第一層與襯底之間存在第三層的情況。

將理解的是，盡管本文中可以使用術語“第一”、“第二”、“第三”等來描述各個元件、部件、區(qū)域、層和/或部分，但是這些元件、部件、區(qū)域、層和/或部分不應受這些術語的限制。這些術語用來將一個元件、部件、區(qū)域、層或部分與另一個元件、部件、區(qū)域、層或部分區(qū)分開來。因此，在不脫離本公開的精神和范圍的情況下，以下描述的第一元件、部件、區(qū)域、層或部分可以稱為第二元件、部件、區(qū)域、層或部分。

還將理解的是，當在本說明書中使用時，術語“包括”及其變型、“包含”及其變型或者“具有”及其變型具體說明存在所陳述的特征、整體、操作、元件和/或部件，但不排除存在或增加一個或更多個其他特征、整體、操作、元件、部件和/或它們的組合。如本文所使用的，術語“和/或”包括一個或更多個相關所列項的任意組合和所有組合。

除非另外定義，否則本文所使用的所有術語(包括技術術語和科學術語)具有與本發(fā)明構思所屬技術領域的普通技術人員所通常理解的含義相同的意義。還將理解的是，諸如在通用詞典中定義的那些術語的術語，應理解為具有與它們在相關技術背景下的含義一致的含義，除非在本文中另外明確定義，否則術語不應以理想主義的或過于形式主義的意義來解釋。

在以下描述中，闡述了大量的具體細節(jié)以便提供對本公開的透徹理解。本公開可以在沒有這些具體細節(jié)中的一些或全部的情況下實踐。在其他情況下，為了避免不必要地使本公開模糊，沒有詳細描述已知的工藝結構和/或工藝。

在下文中，將參照附圖更加詳細地描述本公開的各個實施例。

圖1是說明根據(jù)本發(fā)明的實施例的包括存儲系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的框圖。

參照圖1，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)100可以包括主機102和存儲系統(tǒng)110。

主機102可以是或包括例如諸如移動電話、MP3播放器和膝上計算機等的便攜式電子設備。主機102也可以是或包括例如諸如臺式計算機、游戲機、TV、投影儀等的電子設備。

存儲系統(tǒng)110可以響應于來自主機102的請求而操作。例如，存儲系統(tǒng)110可以儲存要被主機102訪問的數(shù)據(jù)。存儲系統(tǒng)110可以用作主機102的主存儲系統(tǒng)。存儲系統(tǒng)110可以用作主機102的輔助存儲系統(tǒng)。根據(jù)可與主機102電耦接的主機接口的協(xié)議，存儲系統(tǒng)110可以是或包括各種數(shù)據(jù)儲存設備中的任何一種。存儲系統(tǒng)110可以是或包括以下各種儲存設備中的任何一種，諸如固態(tài)驅動器(SSD)、多媒體卡(MMC)、嵌入式MMC(eMMC)、尺寸減小的MMC(RS-MMC)和微型MMC、安全數(shù)字(SD)卡、迷你SD和微型SD、通用串行總線(USB)儲存設備、通用閃存(UFS)設備、緊湊型閃存(CF)卡、智能媒體(SM)卡、記憶棒等。

用于存儲系統(tǒng)110的儲存設備可以用諸如動態(tài)隨機存取存儲器(DRAM)和靜態(tài)隨機存取存儲器(SRAM)的易失性存儲器件來實現(xiàn)。用于存儲系統(tǒng)110的儲存設備可以用諸如只讀存儲器(ROM)、掩膜ROM(MROM)、可編程ROM(PROM)、可擦除可編程ROM(EPROM)、電可擦除可編程ROM(EEPROM)、鐵電隨機存取存儲器(FRAM)、相變RAM(PRAM)、磁阻RAM(MRAM)、電阻式RAM(RRAM)等的非易失性存儲器件來實現(xiàn)。

存儲系統(tǒng)110可以包括用于儲存要被主機102訪問的數(shù)據(jù)的存儲器件150和用于控制存儲器件150中的數(shù)據(jù)儲存的控制器130。

控制器130和存儲器件150可以集成為單個半導體器件。例如，控制器130和存儲器件150可以集成為被配置為固態(tài)驅動器(SSD)的單個半導體器件。當存儲系統(tǒng)110實施成SSD時，可以顯著地提高主機102的操作速度。

控制器130和存儲器件150可以集成為被配置成存儲卡的單個半導體器件?？刂破?30和存儲器件150可以集成為被配置成以下存儲卡的單個半導體器件，諸如個人計算機存儲卡國際協(xié)會(PCMCIA)卡、緊湊型閃存(CF)卡、智能媒體(SM)卡(SMC)、記憶棒、多媒體卡(MMC)、RS-MMC和微型MMC、安全數(shù)字(SD)卡、迷你SD、微型SD和SDHC、通用閃存(UFS)設備等。

再例如，存儲系統(tǒng)110可以是或包括計算機、超移動PC(UMPC)、工作站、上網(wǎng)本、個人數(shù)字助理(PDA)、便攜式計算機、網(wǎng)絡平板、平板電腦、無線電話、移動電話、智能電話、電子書、便攜式多媒體播放器(PMP)、便攜式游戲機、導航儀、黑匣子、數(shù)碼相機、數(shù)字多媒體廣播(DMB)播放器、三維(3D)電視、智能電視、數(shù)字錄音機、數(shù)字音頻播放器、數(shù)字圖像記錄儀、數(shù)字圖像播放器、數(shù)字視頻記錄儀、數(shù)字視頻播放器、配置數(shù)據(jù)中心的儲存器、能在無線環(huán)境下發(fā)送和接收信息的設備、配置家用網(wǎng)絡的各種電子設備中的一種、配置計算機網(wǎng)絡的各種電子設備中的一種、配置遠程信息網(wǎng)絡的各種電子設備中的一種、RFID設備、配置計算系統(tǒng)的各種組件中的一種等。

存儲器件150可以在寫入操作期間儲存從主機102提供的數(shù)據(jù)。存儲器件可以在讀取操作期間提供儲存的數(shù)據(jù)到主機102。存儲器件150可以包括多個存儲塊152、154和156。存儲塊152、154和156中的每個可以包括多個頁。每個頁可以包括可電耦接到多個字線(WL)的多個存儲單元。

存儲器件150可以在電源中斷或關斷時保留儲存的數(shù)據(jù)。存儲器件150可以是例如閃存的非易失性存儲器件。閃存可以具有三維(3D)層疊結構。稍后將參照圖2至圖11更詳細地描述存儲器件150的3D層疊結構。

控制器130可以響應于來自主機102的請求來控制存儲器件150?？刂破?30可以控制存儲器件150與主機102之間的數(shù)據(jù)的流動。例如，控制器130可以提供從存儲器件150讀取的數(shù)據(jù)到主機102，以及將從主機102提供的數(shù)據(jù)儲存在存儲器件150中。為此，控制器130可以控制存儲器件150的整體操作，例如，諸如讀取操作、寫入操作、編程操作和擦除操作。

在圖1的示例中，控制器130可以包括主機接口單元132、處理器134、錯誤校正碼(ECC)單元138、電源管理單元140、NAND閃存控制器142和存儲器144。

主機接口單元132可以處理從主機102提供的命令和數(shù)據(jù)。主機接口單元132可以經(jīng)由諸如通用串行總線(USB)、多媒體卡(MMC)、外圍組件互連-快速(PCI-E)、串行附件SCSI(SAS)、串行高級技術附件(SATA)、并行高級技術附件(PATA)、小型計算機系統(tǒng)接口(SCSI)、增強型小盤接口(ESDI)、集成驅動電路(IDE)等的各種接口協(xié)議中的至少一種來與主機102通信。

ECC單元138可以在讀取操作期間檢測并校正從存儲器件150讀取的數(shù)據(jù)中的錯誤。例如，當錯誤比特位的數(shù)量大于或等于可校正錯誤比特位的閾值數(shù)量時，ECC單元138可以不校正錯誤比特位，以及可以輸出指示校正錯誤比特位失敗的錯誤校正失敗信號。

ECC單元138可以基于諸如低密度奇偶校驗(LDPC)碼、博斯-喬赫里-霍克文黑姆(BCH，Bose-Chaudhuri-Hocquenghem)碼、渦輪碼(turbo code)、里德-所羅門(RS，Reed-Solomon)碼、卷積碼、遞歸系統(tǒng)碼(RSC)、格形編碼調(diào)制(TCM)、塊編碼調(diào)制(BCM)等的編碼調(diào)制來執(zhí)行錯誤校正操作。ECC單元138可以包括錯誤校正操作所需要的所有電路、系統(tǒng)或設備。

PMU 140可以提供和/或管理用于控制器130的電源，即，用于包括在控制器130中的組件的電源。可以使用任何合適的電源模塊。

NFC 142可以用作控制器130與存儲器件150之間的存儲器接口，以允許控制器130例如響應于來自主機102的請求來控制存儲器件150。當存儲器件150是快閃存儲器時，例如，當存儲器件150是NAND快閃存儲器時，NFC 142可以產(chǎn)生用于存儲器件150的控制信號以及在處理器134的控制下處理數(shù)據(jù)。盡管圖1的實施例中的接口單元142是適用于將NAND快閃存儲器與控制器接口的NFC單元，但本發(fā)明不限于此種方式。接口單元142可以是適用于將存儲器件150接口到控制器的任何合適的接口單元。注意，可以根據(jù)采用的存儲器件的類型來改變接口單元142的具體構造和功能。

存儲器144可以用作存儲系統(tǒng)110和控制器130的工作存儲器，以及儲存用于驅動存儲系統(tǒng)110和控制器130的數(shù)據(jù)?？刂破?30可以響應于來自主機102的請求來控制存儲器件150。例如，控制器130可以將從存儲器件150讀取的數(shù)據(jù)提供給主機102，以及將從主機102提供的數(shù)據(jù)儲存在存儲器件150中。當控制器130控制存儲器件150的操作時，存儲器144可以儲存由控制器130和存儲器件150使用的數(shù)據(jù)，以用于諸如讀取操作、寫入操作、編程操作和擦除操作的操作。

存儲器144可以是或包括任何合適的存儲器件。存儲器144可以是易失性存儲器。存儲器144可以是或包括靜態(tài)隨機存取存儲器(SRAM)。存儲器144可以是或包括動態(tài)隨機存取存儲器(DRAM)。存儲器144可以包括任何合適的構造。例如，存儲器144可以包括程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器、寫入緩沖器、讀取緩沖器、映射緩沖器等，它們?nèi)渴潜绢I域所公知的。

處理器134可以控制存儲系統(tǒng)110的常規(guī)操作。處理器134可以響應于來自主機102的寫入請求或讀取請求來控制針對存儲器件150的寫入操作或讀取操作。處理器134可以是或包括任何合適的處理器。處理器134可以驅動被稱為閃存轉換層(FTL)的固件來控制存儲系統(tǒng)110的常規(guī)操作。處理器134可以是或包括微處理器?？梢允褂萌魏魏线m的微處理器。處理器134可以是或包括中央處理單元(CPU)。

壞塊管理單元(未示出)可以被包括在處理器134中，以執(zhí)行存儲器件150的壞塊管理。壞塊管理單元可以找到包括在存儲器件150中的壞存儲塊(其不滿足進一步使用的條件)，以及對壞存儲塊執(zhí)行壞塊管理。當存儲器件150是快閃存儲器(例如，NAND快閃存儲器)時，在寫入操作期間(例如，在編程操作期間)可能因NAND邏輯功能的特性而發(fā)生編程失敗。在壞塊管理操作期間，編程失敗的存儲塊或壞存儲塊的數(shù)據(jù)可以被編程至新存儲塊中。因編程失敗導致的壞塊可以使存儲器件150的利用效率以及存儲系統(tǒng)100的可靠性嚴重劣化。因此，為了解決這些問題，可以在處理器134中包括可靠的壞塊管理。

圖2圖示圖1中所示的存儲器件150的示例。

參照圖2，存儲器件150可以包括多個存儲塊，例如，第零存儲塊210至第(N-1)存儲塊240。多個存儲塊210至240中的每個可以包括多個頁，例如，2^M個頁(2^M PAGES)，本發(fā)明將不局限于2^M個頁。多個頁中的每個可以包括多個存儲單元，多個字線可以電耦接至該多個存儲單元。

存儲塊可以根據(jù)在每個存儲單元中可儲存或表達的比特位的數(shù)量而為單電平單元(SLC)存儲塊或多電平單元(MLC)存儲塊。SLC存儲塊可以包括具有每個存儲單元能儲存1比特位數(shù)據(jù)的多個存儲單元的多個頁。MLC存儲塊可以包括具有每個存儲單元能儲存多比特位數(shù)據(jù)(例如，兩比特位或更多比特位數(shù)據(jù))的多個存儲單元的多個頁。包括用每個存儲單元能儲存3比特位數(shù)據(jù)的存儲單元來實施的多個頁的MLC存儲塊可以被定義為三電平單元(TLC)存儲塊。

多個存儲塊210至240中的每個可以在寫入操作期間儲存從主機設備102提供的數(shù)據(jù)，以及可以在讀取操作期間將儲存的數(shù)據(jù)提供給主機102。

圖3是圖示圖1中所示的多個存儲塊152至156中的一個存儲塊的電路圖。

參照圖3，存儲器件150的存儲塊152可以包括分別電耦接至位線BL0至BLm-1的多個單元串340。每列的單元串340可以包括至少一個漏極選擇晶體管DST和至少一個源極選擇晶體管SST。多個存儲單元或多個存儲單元晶體管MC0至MCn-1可以串聯(lián)地電耦接在選擇晶體管DST與SST之間。各個存儲單元MC0至MCn-1可以由每個儲存多比特位的數(shù)據(jù)信息的多電平單元(MLC)來配置。串340可以分別電耦接至對應的位線BL0至BLm-1。作為參考，在圖3中，“DSL”表示漏極選擇線，“SSL”表示源極選擇線，以及“CSL”表示公共源極線。

雖然圖3作為示例示出由NAND快閃存儲單元配置的存儲塊152，但是要注意的是，根據(jù)本實施例的存儲器件150的存儲塊152不限于NAND快閃存儲器，以及可以實現(xiàn)為NOR快閃存儲器、在其中組合有至少兩種類型的存儲單元的混合快閃存儲器、或控制器被構建在存儲芯片中的一體NAND快閃存儲器(one-NAND flash memory)。半導體器件的操作特性不僅可以應用至在其中電荷儲存層由導電浮柵配置的快閃存儲器件，還可以應用至在其中電荷儲存層由電介質層配置的電荷俘獲閃存(CTF)。

存儲器件150的電壓供應塊310可以提供根據(jù)操作模式而要被供應至各個字線的字線電壓(例如，編程電壓、讀取電壓和通過電壓)以及要被供應至塊體(bulk)(例如，在其中形成有存儲單元的阱區(qū))的電壓。電壓供應塊310可以在控制電路(未示出)的控制下執(zhí)行電壓發(fā)生操作。電壓供應塊310可以產(chǎn)生多個可變讀取電壓以產(chǎn)生多個讀取數(shù)據(jù)，在控制電路的控制下選擇存儲單元陣列的存儲塊或扇區(qū)中的一個，選擇選中存儲塊的字線中的一個，以及將字線電壓提供至選中字線和未選中字線。

存儲器件150的讀/寫電路320可以由控制電路控制，以及可以根據(jù)操作模式而用作感測放大器或寫入驅動器。在驗證/正常讀取操作期間，讀/寫電路320可以用作用于從存儲單元陣列讀取數(shù)據(jù)的感測放大器。此外，在編程操作期間，讀/寫電路320可以用作根據(jù)要被儲存在存儲單元陣列中的數(shù)據(jù)而驅動位線的寫入驅動器。讀/寫電路320可以在編程操作期間從緩沖器(未示出)接收要被寫入在存儲單元陣列中的數(shù)據(jù)，以及可以根據(jù)輸入的數(shù)據(jù)來驅動位線。為此，讀/寫電路320可以包括分別與列(或位線)或列對(或位線對)相對應的多個頁緩沖器322、324和326，多個鎖存器(未示出)可以被包括在頁緩沖器322、324和326中的每個中。

圖4至圖11是圖示圖1中所示的存儲器件150的示意圖。

圖4是圖示圖1中所示的存儲器件150的多個存儲塊152至156的示例的框圖。

參照圖4，存儲器件150可以包括多個存儲塊BLK0至BLKN-1。存儲塊BLK0至BLKN-1中的每個可以實現(xiàn)為三維(3D)結構或垂直結構。各個存儲塊BLK0至BLKN-1可以包括沿第一方向至第三方向(例如，x軸方向、y軸方向和z軸方向)延伸的結構。

各個存儲塊BLK0至BLKN-1可以包括沿第二方向延伸的多個NAND串NS。多個NAND串NS可以沿第一方向和第三方向設置。每個NAND串NS可以電耦接至位線BL、至少一個源極選擇線SSL、至少一個接地選擇線GSL、多個字線WL、至少一個虛設字線DWL和公共源極線CSL。即，各個存儲塊BLK0至BLKN-1可以電耦接至多個位線BL、多個源極選擇線SSL、多個接地選擇線GSL、多個字線WL、多個虛設字線DWL和多個公共源極線CSL。

圖5是圖4中所示的多個存儲塊BLK0至BLKN-1中的一個存儲塊BLKi的透視圖。圖6是沿圖5中所示的存儲塊BLKi的線I-I′截取的剖視圖。

參照圖5和圖6，存儲器件150的多個存儲塊之中的存儲塊BLKi可以包括沿第一方向至第三方向延伸的結構。

可以設置有襯底5111。襯底5111可以包括用第一類型雜質摻雜的硅材料。襯底5111可以包括用p型雜質摻雜的硅材料，或者可以是p型阱(例如，口袋型p阱)，并且包括圍繞p型阱的n型阱。雖然假設襯底5111是p型硅，但是要注意的是，襯底5111不局限于是p型硅。

沿第一方向延伸的多個摻雜區(qū)5311至5314可以設置在襯底5111之上。多個摻雜區(qū)5311至5314可以包含與襯底5111不同的第二類型的雜質。多個摻雜區(qū)5311至5314可以用n型雜質摻雜。雖然這里假設第一摻雜區(qū)5311至第四摻雜區(qū)5314是n型，但是要注意的是，第一摻雜區(qū)5311至第四摻雜區(qū)5314不局限于是n型。

在第一摻雜區(qū)5311與第二摻雜區(qū)5312之間的襯底5111之上的區(qū)域中，沿第一方向延伸的多個電介質材料5112可以沿第二方向順序地設置。電介質材料5112和襯底5111可以沿第二方向彼此分離預定距離。電介質材料5112可以沿第二方向彼此分離預定距離。電介質材料5112可以包括諸如氧化硅的電介質材料。

在第一摻雜區(qū)5311與第二摻雜區(qū)5312之間的襯底5111之上的區(qū)域中，可以設置多個柱體5113，多個柱體5113沿第一方向順序地布置并且沿第二方向穿過電介質材料5112。多個柱體5113可以分別穿過電介質材料5112并且可以與襯底5111電耦接。每個柱體5113可以由多種材料配置。每個柱體5113的表面層5114可以包括用第一類型的雜質摻雜的硅材料。每個柱體5113的表面層5114可以包括用與襯底5111相同類型的雜質摻雜的硅材料。雖然這里假設每個柱體5113的表面層5114可以包括p型硅，但是每個柱體5113的表面層5114不局限于是p型硅。

每個柱體5113的內(nèi)層5115可以由電介質材料形成。每個柱體5113的內(nèi)層5115可以由諸如氧化硅的電介質材料填充。

在第一摻雜區(qū)5311與第二摻雜區(qū)5312之間的區(qū)域中，電介質層5116可以沿電介質材料5112、柱體5113和襯底5111的暴露表面設置。電介質層5116的厚度可以小于電介質材料5112之間的距離的一半。換言之，在其中可以布置除電介質材料5112和電介質層5116之外的材料的區(qū)域可以被設置在(i)設置在電介質材料5112的第一電介質材料的底表面之上的電介質層5116與(ii)設置在電介質材料5112的第二電介質材料的頂表面之上的電介質層5116之間。電介質材料5112位于第一電介質材料之下。

在第一摻雜區(qū)5311與第二摻雜區(qū)5312之間的區(qū)域中，導電材料5211至5291可以設置在電介質層5116的暴露表面之上。沿第一方向延伸的導電材料5211可以設置在鄰近于襯底5111的電介質材料5112與襯底5111之間。例如，沿第一方向延伸的導電材料5211可以設置在(i)布置在襯底5111之上的電介質層5116與(ii)布置在鄰近于襯底5111的電介質材料5112的底表面之上的電介質層5116之間。

沿第一方向延伸的導電材料可以設置在(i)布置在電介質材料5112的一個電介質材料的頂表面之上的電介質層5116與(ii)布置在電介質材料5112的另一電介質材料(其布置在特定電介質材料5112之上)的底表面之上的電介質層5116之間。沿第一方向延伸的導電材料5221至5281可以設置在電介質材料5112之間。沿第一方向延伸的導電材料5291可以設置在最上電介質材料5112之上。沿第一方向延伸的導電材料5211至5291可以是金屬材料。沿第一方向延伸的導電材料5211至5291可以是諸如多晶硅的導電材料。

在第二摻雜區(qū)5312與第三摻雜區(qū)5313之間的區(qū)域中，可以設置與第一摻雜區(qū)5311和第二摻雜區(qū)5312之間的結構相同的結構。例如，在第二摻雜區(qū)5312與第三摻雜區(qū)5313之間的區(qū)域中，可以設置沿第一方向延伸的多個電介質材料5112、沿第一方向順序地布置且沿第二方向穿過多個電介質材料5112的多個柱體5113、設置在多個電介質材料5112和多個柱體5113的暴露表面之上的電介質層5116、以及沿第一方向延伸的多個導電材料5212至5292。

在第三摻雜區(qū)5313與第四摻雜區(qū)5314之間的區(qū)域中，可以設置與第一摻雜區(qū)5311和第二摻雜區(qū)5312之間的結構相同的結構。例如，在第三摻雜區(qū)5313與第四摻雜區(qū)5314之間的區(qū)域中，可以設置沿第一方向延伸的多個電介質材料5112、沿第一方向順序地布置且沿第二方向穿過多個電介質材料5112的多個柱體5113、設置在多個電介質材料5112和多個柱體5113的暴露表面之上的電介質層5116、以及沿第一方向延伸的多個導電材料5213至5293。

漏極5320可以分別設置在多個柱體5113之上。漏極5320可以是用第二類型的雜質摻雜的硅材料。漏極5320可以是用n型雜質摻雜的硅材料。雖然為了方便起見假設漏極5320包括n型硅，但是要注意的是，漏極5320不局限于是n型硅。例如，每個漏極5320的寬度可以大于每個對應柱體5113的寬度。每個漏極5320可以以焊盤的形狀設置在每個對應柱體5113的頂表面之上。

沿第三方向延伸的導電材料5331至5333可以設置在漏極5320之上。導電材料5331至5333可以沿第一方向順序地布置。各個導電材料5331至5333可以與對應區(qū)域的漏極5320電耦接。漏極5320與沿第三方向延伸的導電材料5331至5333可以通過接觸插塞電耦接。沿第三方向延伸的導電材料5331至5333可以是金屬材料。沿第三方向延伸的導電材料5331至5333可以是諸如多晶硅的導電材料。

在圖5和圖6中，相應的柱體5113可以與電介質層5116以及沿第一方向延伸的導電材料5211至5291、5212至5292和5213至5293一起形成串。相應的柱體5113可以與電介質層5116以及沿第一方向延伸的導電材料5211至5291、5212至5292和5213至5293一起形成NAND串NS。每個NAND串NS可以包括多個晶體管結構TS。

圖7是圖6中所示的晶體管結構TS的剖視圖。

參照圖7，在圖6所示的晶體管結構TS中，電介質層5116可以包括第一子電介質層至第三子電介質層5117、5118和5119。

每個柱體5113中的p型硅的表面層5114可以用作本體。鄰近于柱體5113的第一子電介質層5117可以用作隧道電介質層，并且可以包括熱氧化層。

第二子電介質層5118可以用作電荷儲存層。第二子電介質層5118可以用作電荷捕獲層，并且可以包括氮化物層或者諸如氧化鋁層、氧化鉿層等的金屬氧化物層。

鄰近于導電材料5233的第三子電介質層5119可以用作阻擋電介質層。鄰近于沿第一方向延伸的導電材料5233的第三子電介質層5119可以形成為單層或多層。第三子電介質層5119可以是諸如氧化鋁層、氧化鉿層等的高-k電介質層，其具有比第一子電介質層5117和第二子電介質層5118大的介電常數(shù)。

導電材料5233可以用作柵極或控制柵極。即，柵極或控制柵極5233、阻擋電介質層5119、電荷儲存層5118、隧道電介質層5117和本體5114可以形成晶體管或存儲單元晶體管結構。例如，第一子電介質層5117至第三子電介質層5119可以形成氧化物-氮化物-氧化物(ONO)結構。在實施例中，為了方便起見，每個柱體5113中的p型硅的表面層5114將被稱為沿第二方向的本體。

存儲塊BLKi可以包括多個柱體5113。即，存儲塊BLKi可以包括多個NAND串NS。具體地，存儲塊BLKi可以包括沿第二方向或垂直于襯底5111的方向延伸的多個NAND串NS。

每個NAND串NS可以包括沿第二方向布置的多個晶體管結構TS。每個NAND串NS的多個晶體管結構TS中的至少一個晶體管結構可以用作串源極晶體管SST。每個NAND串NS的多個晶體管結構TS中的至少一個晶體管結構可以用作接地選擇晶體管GST。

柵極或控制柵極可以對應于沿第一方向延伸的導電材料5211至5291、5212至5292和5213至5293。換言之，柵極或控制柵極可以沿第一方向延伸，以及形成字線和至少兩個選擇線、至少一個源極選擇線SSL和至少一個接地選擇線GSL。

沿第三方向延伸的導電材料5331至5333可以電耦接至NAND串NS的一端。沿第三方向延伸的導電材料5331至5333可以用作位線BL。即，在一個存儲塊BLKi中，多個NAND串NS可以電耦接至一個位線BL。

沿第一方向延伸的第二類型摻雜區(qū)5311至5314可以被設置至NAND串NS的另一端。沿第一方向延伸的第二類型摻雜區(qū)5311至5314可以用作公共源極線CSL。

即，存儲塊BLKi可以包括沿垂直于襯底5111的方向延伸的多個NAND串NS，以及可以用作在其中多個NAND串NS電耦接至一個位線BL的例如電荷捕獲型存儲器的NAND快閃存儲塊。

雖然圖5至圖7中圖示沿第一方向延伸的導電材料5211至5291、5212至5292和5213至5293設置成9層，但是要注意的是，沿第一方向延伸的導電材料5211至5291、5212至5292和5213至5293不局限于設置成9層。例如，沿第一方向延伸的導電材料可以設置成8層、16層或任意多層。換句話說，在一個NAND串NS中，晶體管的數(shù)量可以是8、16或更多。

雖然圖5至圖7中圖示3個NAND串NS電耦接至一個位線BL，但是要注意的是，實施例不限于3個NAND串NS電耦接至一個位線BL。在存儲塊BLKi中，m個NAND串NS可以電耦接至一個位線BL，m是正整數(shù)。根據(jù)電耦接至一個位線BL的NAND串NS的數(shù)量，也可以控制沿第一方向延伸的導電材料5211至5291、5212至5292和5213至5293的數(shù)量以及公共源極線5311至5314的數(shù)量。

此外，雖然在圖5至圖7中圖示3個NAND串NS電耦接至沿第一方向延伸的一個導電材料，但是要注意的是，實施例不局限于具有電耦接至沿第一方向延伸的一個導電材料的3個NAND串NS。例如，n個NAND串NS可以電耦接至沿第一方向延伸的一個導電材料，n是正整數(shù)。根據(jù)電耦接至沿第一方向延伸的一個導電材料的NAND串NS的數(shù)量，也可以控制位線5331至5333的數(shù)量。

圖8是圖示具有參照圖5至圖7所描述的第一結構的存儲塊BLKi的等效電路圖。

參照圖8，在具有第一結構的塊BLKi中，NAND串NS11至NS31可以設置在第一位線BL1與公共源極線CSL之間。第一位線BL1可以對應于圖5和圖6的沿第三方向延伸的導電材料5331。NAND串NS12至NS32可以設置在第二位線BL2與公共源極線CSL之間。第二位線BL2可以對應于圖5和圖6的沿第三方向延伸的導電材料5332。NAND串NS13至NS33可以設置在第三位線BL3與公共源極線CSL之間。第三位線BL3可以對應于圖5和圖6的沿第三方向延伸的導電材料5333。

每個NAND串NS的源極選擇晶體管SST可以電耦接至對應的位線BL。每個NAND串NS的接地選擇晶體管GST可以電耦接至公共源極線CSL。存儲單元MC可以設置在每個NAND串NS的源極選擇晶體管SST與接地選擇晶體管GST之間。

在該示例中，NAND串NS可以以行和列為單位來定義，電耦接至一個位線的NAND串NS可以形成一列。電耦接至第一位線BL1的NAND串NS11至NS31可以對應于第一列，電耦接至第二位線BL2的NAND串NS12至NS32可以對應于第二列，以及電耦接至第三位線BL3的NAND串NS13至NS33可以對應于第三列。電耦接至一個源極選擇線SSL的NAND串NS可以形成一行。電耦接至第一源極選擇線SSL1的NAND串NS11至NS13可以形成第一行，電耦接至第二源極選擇線SSL2的NAND串NS21至NS23可以形成第二行，以及電耦接至第三源極選擇線SSL3的NAND串NS31至NS33可以形成第三行。

在每個NAND串NS中，可以定義高度。在每個NAND串NS中，鄰近于接地選擇晶體管GST的存儲單元MC1的高度可以具有值“1”。在每個NAND串NS中，當從襯底5111測量時，存儲單元的高度可以隨存儲單元靠近源極選擇晶體管SST而增大。在每個NAND串NS中，鄰近于源極選擇晶體管SST的存儲單元MC6的高度可以是7。

在同一行中的NAND串NS的源極選擇晶體管SST可以共享源極選擇線SSL。在不同行中的NAND串NS的源極選擇晶體管SST可以分別電耦接至不同的源極選擇線SSL1、SSL2和SSL3。

在同一行中的NAND串NS中的同一高度處的存儲單元可以共享字線WL。即，在同一高度處，電耦接至不同行中的NAND串NS的存儲單元MC的字線WL可以電耦接。在同一行的NAND串NS中的同一高度處的虛設存儲單元DMC可以共享虛設字線DWL。即，在同一高度或同一水平處，電耦接至不同行中的NAND串NS的虛設存儲單元DMC的虛設字線DWL可以電耦接。

位于同一水平或同一高度或同一層處的字線WL或虛設字線DWL可以在可設置有沿第一方向延伸的導電材料5211至5291、5212至5292和5213至5293的層處彼此電耦接。沿第一方向延伸的導電材料5211至5291、5212至5292和5213至5293可以通過接觸共同地電耦接至上層。在上層處，沿第一方向延伸的導電材料5211至5291、5212至5292和5213至5293可以電耦接。換言之，在同一行中的NAND串NS的接地選擇晶體管GST可以共享接地選擇線GSL。此外，在不同行中的NAND串NS的接地選擇晶體管GST可以共享接地選擇線GSL。即，NAND串NS11至NS13、NS21至NS23和NS31至NS33可以電耦接至接地選擇線GSL。

公共源極線CSL可以電耦接至NAND串NS。在有源區(qū)之上和襯底5111之上，第一摻雜區(qū)5311至第四摻雜區(qū)5314可以電耦接。第一摻雜區(qū)5311至第四摻雜區(qū)5314可以通過接觸電耦接至上層，并且在上層處，第一摻雜區(qū)5311至第四摻雜區(qū)5314可以電耦接。

即，如圖8中所示，同一高度或同一水平的字線WL可以電耦接。因此，當特定高度處的字線WL被選中時，電耦接至該字線WL的所有NAND串NS可以被選中。在不同行中的NAND串NS可以電耦接至不同的源極選擇線SSL。因此，在電耦接至同一字線WL的NAND串NS之中，通過選擇源極選擇線SSL1至SSL3中的一個，在未選中行中的NAND串NS可以與位線BL1至BL3電隔離。換句話說，通過選擇源極選擇線SSL1至SSL3中的一個，NAND串NS的行可以被選中。此外，通過選擇位線BL1至BL3中的一個，在選中行中的NAND串NS可以以列為單位而被選中。

在每個NAND串NS中，可以設置虛設存儲單元DMC。在圖8中，在每個NAND串NS中，虛設存儲單元DMC可以設置在第三存儲單元MC3與第四存儲單元MC4之間。即，第一存儲單元MC1至第三存儲單元MC3可以設置在虛設存儲單元DMC與接地選擇晶體管GST之間。第四存儲單元MC4至第六存儲單元MC6可以設置在虛設存儲單元DMC與源極選擇晶體管SST之間。每個NAND串NS的存儲單元MC可以被虛設存儲單元DMC劃分為存儲單元組。在劃分的存儲單元組中，鄰近于接地選擇晶體管GST的存儲單元(例如，MC1至MC3)可以被稱為下存儲單元組，而鄰近于串選擇晶體管SST的存儲單元(例如，MC4至MC6)可以被稱為上存儲單元組。

在下文，將參照圖9至圖11進行詳細描述，圖9至圖11示出用不同于第一結構的3D非易失性存儲器件實施的根據(jù)實施例的存儲系統(tǒng)中的存儲器件。

圖9是示意性地圖示用不同于上面參照圖5至圖8描述的第一結構的3D非易失性存儲器件實施的存儲器件，并且圖9示出圖4的多個存儲塊中的存儲塊BLKj。圖10是沿著圖9的線VII-VII'截取的存儲塊BLKj的截面圖。

參照圖9和圖10，存儲塊BLKj可以包括沿著第一方向至第三方向延伸的結構。

可以提供襯底6311。例如，襯底6311可以包括用第一類型的雜質摻雜的硅材料。例如，襯底6311可以包括用p型雜質摻雜的硅材料，或者可以是p型阱(例如，口袋型p阱)，并且包括圍繞p型阱的n型阱。雖然在描述的實施例中出于方便而假設襯底6311是p型硅，但是要注意的是，襯底6311不局限于是p型硅。

沿x軸方向和y軸方向延伸的第一導電材料6321至第四導電材料6324可以設置在襯底6311之上。第一導電材料6321至第四導電材料6324可以沿z軸方向分離預定距離。

沿x軸方向和y軸方向延伸的第五導電材料6325至第八導電材料6328可以設置在襯底6311之上。第五導電材料6325至第八導電材料6328可以沿z軸方向分離預定距離。第五導電材料6325至第八導電材料6328可以沿y軸方向與第一導電材料6321至第四導電材料6324分離。

多個下柱體DP可以穿過第一導電材料6321至第四導電材料6324。每個下柱體DP可以沿z軸方向延伸。此外，多個上柱體UP可以穿過第五導電材料6325至第八導電材料6328。每個上柱體UP可以沿z軸方向延伸。

下柱體DP和上柱體UP中的每個柱體可以包括內(nèi)部材料6361、中間層6362和表面層6363。中間層6362可以用作單元晶體管的溝道。表面層6363可以包括阻擋電介質層、電荷儲存層和隧道電介質層。

下柱體DP和上柱體UP可以通過管柵PG電耦接。管柵PG可以布置在襯底6311中。例如，管柵PG可以包括與下柱體DP和上柱體UP所使用的材料相同的材料。

沿x軸方向和y軸方向延伸的第二類型的摻雜材料6312可以設置在下柱體DP之上。例如，第二類型的摻雜材料6312可以包括n型硅材料。第二類型的摻雜材料6312可以用作公共源極線CSL。

漏極6340可以設置在上柱體UP之上。漏極6340可以包括n型硅材料。沿y軸方向延伸的第一上導電材料6351和第二上導電材料6352可以設置在漏極6340之上。

第一上導電材料6351與第二上導電材料6352可以沿x軸方向分離。第一上導電材料6351和第二上導電材料6352可以由金屬形成。第一上導電材料6351和第二上導電材料6352與漏極6340可以通過接觸插塞電耦接。第一上導電材料6351和第二上導電材料6352可以分別用作第一位線BL1和第二位線BL2。

第一導電材料6321可以用作源極選擇線SSL，第二導電材料6322可以用作第一虛設字線DWL1，以及第三導電材料6323和第四導電材料6324可以分別用作第一主字線MWL1和第二主字線MWL2。第五導電材料6325和第六導電材料6326可以分別用作第三主字線MWL3和第四主字線MWL4，第七導電材料6327可以用作第二虛設字線DWL2，以及第八導電材料6328可以用作漏極選擇線DSL。

下柱體DP和鄰近于下柱體DP的第一導電材料6321至第四導電材料6324可以形成下串。上柱體UP和鄰近于上柱體UP的第五導電材料6325至第八導電材料6328可以形成上串。下串與上串可以通過管柵PG電耦接。下串的一端可以電耦接至用作公共源極線CSL的第二類型的摻雜材料6312。上串的一端可以通過漏極6340電耦接至對應的位線。一個下串和一個上串可以形成一個單元串，該單元串電耦接在用作公共源極線CSL的第二類型的摻雜材料6312與用作位線BL的上導電材料層6351和6352中對應的一個之間。

即，下串可以包括源極選擇晶體管SST、第一虛設存儲單元DMC1、第一主存儲單元MMC1和第二主存儲單元MMC2。上串可以包括第三主存儲單元MMC3、第四主存儲單元MMC4、第二虛設存儲單元DMC2以及漏極選擇晶體管DST。

在圖9和圖10中，上串和下串可以形成NAND串NS，NAND串NS可以包括多個晶體管結構TS。由于以上參照圖7詳細描述了包括在圖9和圖10的NAND串NS中的晶體管結構，因此這里將省略其詳細描述。

圖11是圖示具有如上面參照圖9和圖10描述的第二結構的存儲塊BLKj的等效電路的電路圖。為了方便起見，僅示出了第二結構中的在存儲塊BLKj中形成對的第一串和第二串。

參照圖11，在存儲器件150的多個塊之中的具有第二結構的存儲塊BLKj中，可以以定義多個對的方式來設置單元串，如以上參照圖9和圖10所描述的，每個單元串利用經(jīng)由管柵PG而電耦接的一個上串和一個下串來實施。

即，在具有第二結構的特定存儲塊BLKj中，沿第一溝道CH1(未示出)層疊的存儲單元CG0至CG31以及例如至少一個源極選擇柵極SSG1和至少一個漏極選擇柵極DSG1可以形成第一串ST1，沿第二溝道CH2(未示出)層疊的存儲單元CG0至CG31以及例如至少一個源極選擇柵極SSG2和至少一個漏極選擇柵極DSG2可以形成第二串ST2。

第一串ST1和第二串ST2可以電耦接至同一漏極選擇線DSL和同一源極選擇線SSL。第一串ST1可以電耦接至第一位線BL1，而第二串ST2可以電耦接至第二位線BL2。

雖然在圖11中描述了第一串ST1和第二串ST2可以電耦接至同一漏極選擇線DSL和同一源極選擇線SSL，但是可以設想到不同的布局。例如，在實施例中，第一串ST1和第二串ST2可以電耦接至同一源極選擇線SSL和同一位線BL，第一串ST1可以電耦接至第一漏極選擇線DSL1，以及第二串ST2可以電耦接至第二漏極選擇線DSL2。此外，可以設想第一串ST1和第二串ST2可以電耦接至同一漏極選擇線DSL和同一位線BL，第一串ST1可以電耦接至第一源極選擇線SSL1，以及第二串ST2可以電耦接至第二源極選擇線SSL2。

下面，參照圖12至圖13提供根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于針對存儲器件處理數(shù)據(jù)的存儲系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理操作。出于方便，作為示例將針對存儲系統(tǒng)將數(shù)據(jù)編程到存儲器件的情況來描述數(shù)據(jù)處理操作。

圖12是示意性地描述根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于針對存儲器件1200處理數(shù)據(jù)的存儲系統(tǒng)110的數(shù)據(jù)處理操作的示例的示圖。

在下文，為了便于描述，將以下面實施例中的數(shù)據(jù)處理操作為例：圖1所示的存儲系統(tǒng)110可以將與從主機102提供的寫入命令相對應的寫入數(shù)據(jù)儲存到控制器130的存儲器144中包括的緩沖器/高速緩存器中，然后可以將儲存在緩沖器/高速緩存器中的數(shù)據(jù)寫入(即，編程)到存儲器件150中所包括的多個存儲塊中。之后，存儲系統(tǒng)110可以響應于與針對儲存先前數(shù)據(jù)的存儲器件150的多個存儲塊的當前寫入命令相對應的當前寫入數(shù)據(jù)來更新編程在存儲器件150中的數(shù)據(jù)。

在本實施例中，與從主機102提供的寫入命令相對應的寫入數(shù)據(jù)可以被編程和儲存在存儲器件150的存儲塊中。例如，每個存儲塊可以包括多個頁，寫入數(shù)據(jù)可以被編程和儲存在存儲塊的頁中。此時，當從主機102提供針對儲存先前編程的數(shù)據(jù)的存儲塊中的一個儲存塊的頁的當前寫入命令時，可以通過將與當前寫入命令相對應的當前寫入數(shù)據(jù)編程到另一個存儲塊的頁來更新儲存在頁中的數(shù)據(jù)。因此，儲存在存儲塊的頁中的先前編程的數(shù)據(jù)可以變成無效數(shù)據(jù)，儲存先前編程的數(shù)據(jù)的頁可以成為無效頁。

當存儲器件150的存儲塊的頁變成無效時，可以執(zhí)行垃圾收集以便最大化存儲器件150的使用效率。例如，存儲系統(tǒng)110可以收集存儲器件150的存儲塊之中的包括無效頁的封閉存儲塊的整個或區(qū)段，以及通過對存儲器件150的存儲塊執(zhí)行垃圾收集來產(chǎn)生空白存儲塊。在下文，作為示例將進一步描述針對存儲塊的區(qū)段產(chǎn)生空白存儲塊的操作。

另外，為了便于描述，將以控制器130執(zhí)行存儲系統(tǒng)110的數(shù)據(jù)處理操作的情況為例。然而，如上所述，控制器130中包括的處理器134可以經(jīng)由例如FTL來執(zhí)行數(shù)據(jù)處理操作。

例如，控制器130可以將與從主機102接收的寫入命令相對應的寫入數(shù)據(jù)編程到第一存儲塊的第一頁。之后，當從主機102接收針對儲存先前編程的數(shù)據(jù)的第一存儲塊的第一頁的新寫入命令時，控制器130可以將與新寫入命令相對應的新寫入數(shù)據(jù)編程到第一存儲塊的第二頁或第二存儲塊的第一頁中。此時，控制器130可以將儲存在第一存儲塊的第一頁中的先前編程的數(shù)據(jù)處理為無效數(shù)據(jù)。因此，第一存儲塊的第一頁可以設置為無效頁。

控制器130可以通過從存儲器件150的存儲塊之中的充滿編程的數(shù)據(jù)的封閉存儲塊收集包括無效頁的存儲塊的頁區(qū)域，來產(chǎn)生可用于儲存數(shù)據(jù)的空白存儲塊。

為了便于描述，將更加詳細地描述在以下情況下處理數(shù)據(jù)和存儲塊的操作：控制器130可以通過將與新寫入命令相對應的新寫入數(shù)據(jù)編程到另一個存儲塊而響應于針對封閉存儲塊的新寫入命令來更新存儲器件150的存儲塊之中的充滿編程的數(shù)據(jù)的封閉存儲塊中所儲存的數(shù)據(jù)，以及使得先前編程的數(shù)據(jù)和相應的頁標記為無效?？梢栽趯Υ鎯ζ骷?50的封閉存儲塊執(zhí)行垃圾收集之前，通過收集包括無效頁的封閉存儲塊的全部或區(qū)段來執(zhí)行產(chǎn)生空白存儲塊的操作。

參照圖12，控制器130可以響應于從主機102提供的寫入命令，將寫入數(shù)據(jù)編程到存儲器件1200中所包括的多個存儲塊，例如，存儲塊0(1210)、存儲塊1(1220)、存儲塊2(1230)以及存儲塊3(1240)。

假設存儲塊0至3(1210至1240)是封閉存儲塊，即，充滿編程的數(shù)據(jù)。控制器130可以將與從主機102提供的寫入命令相對應的寫入數(shù)據(jù)編程和儲存在存儲器件1200的存儲塊0至3(1210至1240)的頁中?？刂破?30可以基于儲存在存儲塊0至3(1210至1240)的頁中的數(shù)據(jù)來產(chǎn)生映射信息，例如，包含具有邏輯頁數(shù)量的數(shù)據(jù)的邏輯地址/物理地址信息的L2P信息和包含儲存在存儲塊0至3(1210至1240)的頁中的數(shù)據(jù)的邏輯頁數(shù)量信息的P2L信息，然后儲存產(chǎn)生的L2P和P2L信息。L2P信息可以包括L2P表，L2P表包含與儲存在存儲器件1200的所有存儲塊的頁中的數(shù)據(jù)相關的物理映射信息。P2L信息可以包括P2L表，P2L表包含與儲存在存儲器件1200的所有存儲塊的頁中的數(shù)據(jù)相關的邏輯信息。

如上所述，包括在存儲器件150中的多個存儲塊可以包括多個頁。每個存儲塊可以包括存儲塊的多個頁區(qū)域或區(qū)段，每個頁區(qū)域或區(qū)段包括預設數(shù)量的頁。在本實施例中，在存儲器件150的封閉存儲塊的更新期間，控制器130可以基于更新的結果來檢查封閉存儲塊的頁區(qū)域的無效頁和有效頁，以及更新表示封閉存儲塊的每個頁區(qū)域是否充滿無效頁的有效頁存在信息。有效頁存在信息可以儲存在映射列表中。

在本實施例中，在對存儲器件150的封閉存儲塊執(zhí)行垃圾收集之前，控制器130可以通過基于映射列表來收集充滿無效頁的封閉存儲塊的全部或區(qū)段，而產(chǎn)生空白存儲塊?？刂破?30可以通過對包括有效頁的封閉存儲塊的全部或區(qū)段執(zhí)行垃圾收集，來產(chǎn)生另一個空白存儲塊。

例如，與每個封閉存儲塊中所包括的每個頁區(qū)域相關的有效頁存在信息可以采用位映射(bitmap)的形式、干凈映射(clean map)的形式或干凈塊位映射(clean block bitmap)的形式而包括在映射列表中。根據(jù)映射列表中所包含的有效頁存在信息，控制器130可以識別充滿無效頁的頁區(qū)域，因此通過收集充滿無效頁的封閉存儲塊的全部或區(qū)段來產(chǎn)生空白存儲塊。

控制器130可以將映射列表儲存在控制器130的存儲器144中，或者儲存在存儲器件150的存儲塊之中的任意存儲塊中。其中儲存有映射列表的存儲塊可以儲存表示存儲器件150中是否存在有效頁的讀取/寫入數(shù)據(jù)的信息，例如，映射信息、地址信息、頁信息、邏輯到物理(L2P)信息、物理到邏輯(P2L)信息或包括這些信息的元數(shù)據(jù)。

存儲器件150中包括的每個存儲塊，例如，存儲器件1200的存儲塊0至3(1210至1240)可以包括多個頁區(qū)域或區(qū)段，每個頁區(qū)域或區(qū)段包括預設數(shù)量的頁，例如，圖12的示例中所示的6個頁。存儲器件1200的存儲塊0至3(1210至1240)可以形成超級塊。

例如，存儲器件1200的存儲塊0(1210)可以包括頁區(qū)域0(1212)、頁區(qū)域1(1214)、頁區(qū)域2(1216)以及頁區(qū)域3(1218)，每個頁區(qū)域可以包括6個頁。存儲器件1200的存儲塊1(1220)可以包括頁區(qū)域0(1222)、頁區(qū)域1(1224)、頁區(qū)域2(1226)以及頁區(qū)域3(1228)，每個頁區(qū)域可以包括6個頁。存儲器件1200的存儲塊2(1230)可以包括頁區(qū)域0(1232)、頁區(qū)域1(1234)、頁區(qū)域2(1236)以及頁區(qū)域3(1238)，每個頁區(qū)域可以包括6個頁。存儲器件1200的存儲塊3(1240)可以包括頁區(qū)域0(1242)、頁區(qū)域1(1244)、頁區(qū)域2(1246)以及頁區(qū)域3(1248)，每個頁區(qū)域可以包括6個頁。

在封閉存儲塊(例如，存儲器件1200的存儲塊0至3(1210至1240))的更新期間，控制器130可以基于更新的結果檢查封閉存儲塊0至3(1210至1240)的頁區(qū)域的無效頁和有效頁，以及更新映射列表1250的有效頁存在信息。映射列表1250可以將封閉存儲塊0至3(1210至1240)的有效頁存在信息儲存在其相應的行中。例如，映射列表1250可以將與封閉存儲塊0至3(1210至1240)有關的有效頁存在信息分別儲存在第一行1260至第四行1290中。

封閉存儲塊0至3(1210至1240)的有效頁存在信息可以儲存在映射列表1250的各個行1260至1290的預定位區(qū)域中。映射列表1250的行1260至1290的預定位區(qū)域可以對應于各個封閉存儲塊0至3(1210至1240)的頁區(qū)域。因此，與封閉存儲塊0至3(1210至1240)的頁區(qū)域相關的有效頁存在信息可以儲存在映射列表1250的相應位區(qū)域中。

例如，與存儲塊0(1210)的頁區(qū)域0至3(1212至1218)相關的有效頁存在信息可以分別儲存在映射列表1250中的第一行1260的第一位區(qū)域1262至第四位區(qū)域1268中。與存儲塊1(1220)的頁區(qū)域0至3(1222至1228)相關的有效頁存在信息可以分別儲存在映射列表1250中的第二行1270的第一位區(qū)域1272至第四位區(qū)域1278中。與存儲塊2(1230)的頁區(qū)域0至3(1232至1238)相關的有效頁存在信息可以分別儲存在映射列表1250中的第三行1280的第一位區(qū)域1282至第四位區(qū)域1288中。與存儲塊3(1240)的頁區(qū)域0至3(1242至1248)相關的有效頁存在信息可以分別儲存在映射列表1250中的第四行1290的第一位區(qū)域1292至第四位區(qū)域1298中。

針對封閉存儲塊0至3(1210至1240)的頁區(qū)域或區(qū)段的每個有效頁存在信息的一個或更多個比特位(例如，與包括在封閉存儲塊的頁區(qū)域或區(qū)段中的6個頁相對應的6個比特位)可以分配給映射列表1250的每個位區(qū)域。在針對頁區(qū)域或區(qū)段的每個有效頁存在信息的單個比特位分配給映射列表1250的每個位區(qū)域的情況下，在封閉存儲塊0至3(1210至1240)的更新期間，控制器130可以將映射列表1250的位區(qū)域中的一個或更多個設置為“1”，以表示相應的頁區(qū)域充滿無效頁。

在下文，將描述根據(jù)本發(fā)明的實施例的經(jīng)由數(shù)據(jù)處理操作來產(chǎn)生空白存儲塊的過程。

當從主機102接收針對封閉存儲塊0至3(1210至1240)的寫入命令時，控制器130可以將與寫入命令相對應的寫入數(shù)據(jù)更新和編程到新的任意存儲塊的頁，而不是封閉存儲塊0至3(1210至1240)。當寫入數(shù)據(jù)被更新和編程到新的任意存儲塊的頁時，可以更新L2P信息和P2L信息。根據(jù)封閉存儲塊0至3(1210至1240)的更新，針對封閉存儲塊0至3(1210至1240)的頁區(qū)域的有效頁存在信息可以在映射列表1250中更新。

例如，當從主機102接收針對封閉存儲塊0(1210)的除頁1、4、5、8、9和20之外的頁的寫入命令時，控制器130可以將與寫入命令相對應的數(shù)據(jù)編程到存儲器件150的任意存儲塊。因此，此時，存儲塊0(1210)的頁1、4、5、8、9和20可以保持有效頁(由帶陰影的方塊表示)。存儲塊0(1210)的其余頁成為無效頁(由不帶陰影的方塊表示)。當封閉存儲塊0(1210)的多個頁區(qū)域0至3(1212至1218)之中的頁區(qū)域2(1216)充滿無效頁時，控制器130可以將映射列表1250的第一行1260的第三位區(qū)域1266設置為“1”，以用于表示封閉存儲塊0(1210)的頁區(qū)域2(1216)充滿無效頁。

以相似的方式，控制器130可以將映射列表1250的位區(qū)域設置為“1”，以用于表示各個存儲塊1210至1240的相應頁區(qū)域或區(qū)段充滿無效頁。圖12例舉控制器130應當將映射列表1250的第二行1270的第一位區(qū)域1272設置為“1”，以用于表示封閉存儲塊1(1220)的頁區(qū)域0(1222)充滿無效頁；應當將映射列表1250的第三行1280的第四位區(qū)域1288設置為“1”，以用于表示封閉存儲塊2(1230)的頁區(qū)域3(1238)充滿無效頁；以及將映射列表1250的第四行1290的第二位區(qū)域1294設置為“1”，以用于表示封閉存儲塊3(1240)的頁區(qū)域2(1244)充滿無效頁。

當存儲器件1200的存儲塊中包括無效頁時，控制器130可以對包含無效頁的存儲器件1200的存儲塊執(zhí)行垃圾收集操作。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，在開始垃圾收集操作之前，控制器130可以基于與存儲器件1200的封閉存儲塊中的頁區(qū)域相關的有效頁存在信息來在存儲器件1200中產(chǎn)生空白存儲塊。換言之，控制器130可以經(jīng)由映射列表1250來檢查和收集充滿無效頁的封閉存儲塊的頁區(qū)域，以用于在執(zhí)行垃圾收集操作以對既包括有效頁又包括無效頁的封閉存儲塊的頁區(qū)域的無效頁進行恢復之前形成空白的“虛設”存儲塊。之后，控制器130還可以通過執(zhí)行垃圾收集以對既包括有效頁又包括無效頁的封閉存儲塊的頁區(qū)域恢復無效頁來產(chǎn)生另一個空白存儲塊。以此方式，可以大量減少垃圾收集操作的使用，以及可以提高存儲器件1200的利用效率。

例如，控制器130可以經(jīng)由儲存在映射列表1250中的與封閉存儲塊0至3(1210至1240)相關的有效頁存在信息，來檢查封閉存儲塊0至3(1210至1240)中的充滿無效頁的頁區(qū)域或區(qū)段。例如，控制器130可以分別基于映射列表1250中的第一行的第三位區(qū)域1266、第二行的第一位區(qū)域1272、第三行的第四位區(qū)域1288以及第四行的第二位區(qū)域1294，來確定存儲塊0(1210)的頁區(qū)域2(1216)、存儲塊1(1220)的頁區(qū)域0(1222)、存儲塊2(1230)的頁區(qū)域3(1238)以及存儲塊3(1240)的頁區(qū)域1(1244)充滿無效頁。

控制器130可以通過收集被確定為充滿無效頁的存儲塊0(1210)的頁區(qū)域1216、存儲塊1(1220)的頁區(qū)域0(1222)、存儲塊2(1230)的頁區(qū)域3(1238)以及存儲塊3(1240)的頁區(qū)域1(1244)，來產(chǎn)生空白存儲塊i(1295)。因此，空白存儲塊i(1295)可以包括頁區(qū)域0至3(1222-1至1238-1)，其分別對應于存儲塊1(1220)的頁區(qū)域0(1222)、存儲塊3(1240)的頁區(qū)域1(1244)、存儲塊0(1210)的頁區(qū)域1216以及存儲塊2(1230)的頁區(qū)域3(1238)。此后，空白存儲塊i(1295)可以響應于從主機102提供的寫入命令來儲存數(shù)據(jù)。另外，控制器130可以通過對整個存儲塊或者對存儲塊中的除被確定為充滿無效頁的存儲塊0(1210)的頁區(qū)域1216、存儲塊1(1220)的頁區(qū)域0(1222)、存儲塊2(1230)的頁區(qū)域3(1238)以及存儲塊3(1240)的頁區(qū)域1(1244)之外的頁區(qū)域執(zhí)行垃圾收集，來產(chǎn)生另一個空白存儲塊。

圖13是根據(jù)本發(fā)明的實施例的與存儲系統(tǒng)110相關的數(shù)據(jù)處理操作的流程圖。

假設存儲器件1200的存儲塊0至3(1210至1240)是封閉存儲塊，即，它們充滿編程的數(shù)據(jù)。

參照圖12和圖13，在步驟1310，當從主機接收針對存儲器件1200的封閉存儲塊0至3(1210至1240)的寫入命令時，存儲系統(tǒng)110可以通過將與寫入命令相對應的數(shù)據(jù)編程到存儲器件1200的存儲塊之中的任意存儲塊中來更新封閉存儲塊0至3(1210至1240)，然后基于封閉存儲塊0至3(1210至1240)的更新結果來更新映射列表1250的有效頁存在信息。如圖12中所例舉的，此時，存儲塊0(1210)的頁1、4、5、8、9和20可以保持有效頁以及可以被標記為有效頁，而存儲塊0(1210)的其余頁可以成為無效頁。例如，當封閉存儲塊0(1210)的多個頁區(qū)域0至3(1212至1218)之中的頁區(qū)域2(1216)充滿無效頁時，控制器130可以將映射列表1250的第一行1260的第三位區(qū)域1266設置為“1”，以用于表示封閉存儲塊0(1210)的頁區(qū)域2(1216)充滿無效頁。

在步驟1320，存儲系統(tǒng)110可以基于映射列表1250檢查充滿無效頁的封閉存儲塊0至3(1210至1240)的頁區(qū)域。如圖12中所例舉的，控制器130可以分別基于映射列表1250中的第一行的第三位區(qū)域1266、第二行的第一位區(qū)域1272、第三行的第四位區(qū)域1288以及第四行的第二位區(qū)域1294，來確定存儲塊0(1210)的頁區(qū)域2(1216)、存儲塊1(1220)的頁區(qū)域0(1222)、存儲塊2(1230)的頁區(qū)域3(1238)以及存儲塊3(1240)的頁區(qū)域1(1244)充滿無效頁。

在步驟1330，存儲系統(tǒng)110可以從不同的存儲塊收集充滿無效頁的存儲塊的頁區(qū)域。如圖12中所例舉的，控制器130可以收集被確定為充滿無效頁的存儲塊0(1210)的頁區(qū)域1216、存儲塊1(1220)的頁區(qū)域0(1222)、存儲塊2(1230)的頁區(qū)域3(1238)以及存儲塊3(1240)的頁區(qū)域1(1244)。在步驟1340，存儲系統(tǒng)110可以利用收集的充滿無效頁的存儲塊的頁區(qū)域或區(qū)段來產(chǎn)生空白存儲塊。如圖12中所例舉的，控制器130可以通過收集被確定為充滿無效頁的存儲塊0(1210)的頁區(qū)域1216、存儲塊1(1220)的頁區(qū)域0(1222)、存儲塊2(1230)的頁區(qū)域3(1238)以及存儲塊3(1240)的頁區(qū)域1(1244)，來產(chǎn)生空白存儲塊i(1295)。因此，空白存儲塊i(1295)可以包括分別對應于存儲塊1(1220)的頁區(qū)域0(1222)、存儲塊3(1240)的頁區(qū)域1(1244)、存儲塊0(1210)的頁區(qū)域1216以及存儲塊2(1230)的頁區(qū)域3(1238)的頁區(qū)域0至3(1222-1至1238-1)。此后，空白存儲塊i(1295)可以響應于從主機102提供的寫入命令來儲存數(shù)據(jù)。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，存儲系統(tǒng)及其操作方法可以減少垃圾收集操作的利用。進而，這可以改善存儲器件的使用效率，由此更加快速和更加穩(wěn)定地處理數(shù)據(jù)。本發(fā)明還可以減少存儲系統(tǒng)的性能退化。

盡管已經(jīng)出于說明的目的描述了各個實施例，但是對于本技術人員而言將明顯的是，在不脫離所附權利要求所限定的本發(fā)明的精神和/或范圍的情況下，可以進行各種變化和修改。