[發明專利]通過加速的寫入后讀取來管理錯誤的非易失性存儲器和方法

有效

• 申請號: 201080049014.2
• 申請日: 2010-10-22
• 公開（公告）號: CN102667943A
• 公開（公告）日: 2012-09-12
• 發明（設計）人: 陳健;L.M.加文斯
• 申請（專利權）人: 桑迪士克科技股份有限公司
• 主分類號: G11C11/56
• 分類號: G11C11/56;G11C16/34
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 黃小臨

技術領域

本申請涉及諸如半導體閃存的可重編程的非易失性存儲器系統的操作，且更具體地，涉及處理和有效管理存儲器操作中的錯誤。

背景技術

能夠非易失性地存儲電荷的固態存儲器、尤其是以被包裝為小形狀因子卡的EEPROM和快閃EEPROM的形式的固態存儲器，近來已經變為在各種移動和手持設備、特別是信息用品和消費者電子產品中的存儲的選擇。不像也是固態存儲器的RAM(隨機存取存儲器)，閃存是非易失性的，且即使在掉電之后也維持其存儲的數據。而且，不像ROM(只讀存儲器)，閃存類似于盤存儲設備而可重寫。盡管有較高的成本，但閃存仍然逐漸用于大容量存儲應用中。基于諸如硬盤和軟盤的旋轉磁介質的傳統大容量存儲器不適用于移動和手持環境。這是因為磁盤趨于大容量，易于產生機械故障，且具有高延遲時間和高功率需求。這些不期望的屬性使得基于盤的存儲器在大多數移動和便攜式應用中不實際。另一方面，嵌入式和以可移除卡的形式的閃存由于其小尺寸、低功耗、高速度和高可靠性特性而理想地適用于移動和手持環境。

快閃EEPROM類似于EPROM(電可擦除可編程只讀存儲器)之處在于其是可以被擦除且使得新數據被寫入或″編程″到其存儲器單元中的非易失性存儲器。在場效應晶體管結構中，兩者利用在源極和漏極區域之間的、位于半導體襯底中的溝道區之上的浮置(未連接)導電柵極。然后，控制柵極被提供在浮置柵極上。晶體管的閾值電壓特性受浮置柵極上保留的電荷量控制。也就是說，對于在浮置柵極上的給定水平的電荷，存在必須在晶體管″導通″以允許在其源極和漏極區域之間導電之前施加到該控制柵極的對應電壓(閾值)。具體地，諸如快閃EEPROM的閃存允許同時擦除存儲器單元的各整個塊。

浮置柵極可以保持一范圍的電荷，且因此可以被編程到閾值電壓窗內的任意閾值電壓電平。由器件的最小和最大閾值電平來界定(delimit)閾值電壓窗的尺寸，該最小和最大閾值電平又對應于可以被編程到浮置柵極上的電荷的范圍。該閾值窗通常取決于存儲器器件的特征、操作條件和歷史。在該窗內的每個不同的、可分辨的閾值電壓電平范圍原則上可以用于指定單元的明確的存儲器狀態。

在當前商業產品中快閃EEPROM陣列的每個存儲元件普遍地通過以二進制模式操作來存儲單個位的數據，其中，存儲元件晶體管的兩個范圍的閾值電平被定義為存儲電平。晶體管的閾值電平對應于其存儲元件上存儲的電荷電平的范圍。除了縮小存儲器陣列的尺寸以外，趨勢是通過在每個存儲元件晶體管中存儲多于一位數據來進一步增加這種存儲器陣列的數據存儲的密度。這通過將多于兩個閾值電平定義為每個存儲元件晶體管的存儲狀態來實現，現在在商業產品中包括四個這種狀態(每個存儲元件2位數據)。也正實現每個存儲元件的更多存儲狀態，比如16個狀態。每個存儲元件存儲器晶體管具有其可以實際被操作的閾值電壓的特定總范圍(窗)，且該范圍被劃分為為其定義的多個狀態加上在這些狀態之間的、允許它們彼此清楚地區分的余量。顯然，存儲器單元被配置以存儲的位越多，其必須在其中操作的錯誤余量越小。

用作存儲器單元的晶體管通常通過兩個機制之一編程到″已編程″狀態。在″熱電子注入″中，施加到漏極的高電壓加速電子穿過襯底溝道區域。同時，在施加到控制柵極的高電壓拉動熱電子經過薄柵極電介質到浮置柵極上。在″遂穿注入″中，相對于襯底，高電壓被施加到控制柵極。以此方式，將電子從襯底拉到中間的(intervening)浮置柵極。雖然已經在歷史上使用術語“編程”來描述通過向存儲器單元的初始擦除的電荷存儲單元注入電子以便改變存儲器狀態而向存儲器的寫入，但是現在與諸如″寫入″或″記錄″的更通用的術語可互換地使用。

可以通過多種機制來擦除存儲器器件。對于EEPROM，可通過相對于控制柵極向襯底施加高電壓以便誘導浮置柵極中的電子遂穿過薄氧化物到襯底溝道區(即，Fowler-Nordheim隧穿)而電擦除存儲器單元。通常，EEPROM可逐字節擦除。對于快閃EEPROM，該存儲器可一次全部或一次一個或多個最小可擦除塊地被電擦除，其中，最小可擦除塊可以由一個或多個扇區構成，且每個扇區可以存儲512字節或更多的數據。

存儲器器件通常包括可以被安裝到卡上的一個或多個存儲器芯片。每個存儲器芯片包括由諸如解碼器和擦除、寫和讀電路的外圍電路支持的存儲器單元的陣列。更復雜的存儲器器件還與進行智能且較高級存儲器操作和接口(interfacing)的控制器一起出現。