CN101809672A - 电荷损失补偿方法和设备 - Google Patents

Abstract

用于补偿存储器中的电荷损失的方法和设备包括：追踪主存储器阵列的特定块，且通过比较所述追踪块的循环前与循环后的平均阈值电压来确定电荷损失补偿；或追踪主存储器的每一块，且在逐块基础上确定电荷损失和补偿。

Description

电荷损失补偿方法和设备

技术领域

本发明大体上涉及半导体存储器装置，且具体来说，本发明涉及半导体存储器中的电荷损失。

背景技术

通常将存储器装置提供为计算机或其它电子装置中的内部半导体集成电路。存在许多不同类型的存储器，包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、动态随机存取存储器(DRAM)、同步动态随机存取存储器(SDRAM)和快闪存储器。

快闪存储器装置已发展为用于大范围电子应用的非易失性存储器的风行来源。快闪存储器装置通常使用允许高存储器密度、高可靠性和低功率消耗的一晶体管存储器单元。单元的阈值电压经由电荷存储或捕集层的编程或其它物理现象的改变确定每一单元的数据值。快闪存储器的常见使用包括个人计算机、个人数字助理(PDA)、数码相机、数字媒体播放器、数字记录器、游戏、家电、交通工具、无线装置、蜂窝式电话和可装卸存储器模块，且快闪存储器的使用继续扩展。

随着采用快闪存储器装置的电子系统的性能增进，快闪存储器装置性能也增进。性能增进包括减小功率消耗、增加速度和增大存储器密度。完成这些任务的一种方式为通过减小存储器阵列和其个别装置的大小。

在快闪存储器中，使电子进入浮动栅极上以编程存储器，且从浮动栅极移除电子以擦除存储器。此过程是众所周知的。电子在无擦除功能的情况下以若干方式迁离栅极。将此称为电荷损失。若干类型的电荷损失发生，包括本征电荷损失、单个位电荷损失和相对较新的现象，快速电荷损失。本征电荷损失为电子以缓慢速率(通常每月以毫伏的数量级)离开浮动栅极的迁移。单个单元电荷损失为阵列中非常少量的单元的较大电荷损失。快速电荷损失为电子在较小有限量的时间中(即，在对测试器上的一部分加电，将电子置放于浮动栅极上与完成第一次读取的时间之间，即约半秒到一秒)来自浮动栅极的显著但可测量的电荷损失。另外，一些存储器对块使用所谓的损耗均衡的过程。损耗均衡为确保所有块被同样地(即，相同次数)编程和擦除的基本算法。编程和擦除循环分布于存储器的所有块上以使得其均大约相同地受到应力，此与一个块过度受到应力相对。在损耗均衡中，一旦使例如块0的一块循环，即在使块0再次循环之前使存储器中的所有其它块循环。

出于上文陈述的原因且出于下文所陈述的所属领域的技术人员在阅读并理解本说明书后将更加明白的其它原因，在此项技术中存在对存储器中改进的电荷损失补偿的需要。

附图说明

图1为根据本发明的一个实施例的方法的流程图；

图2为根据本发明的另一实施例的方法的流程图；

图3为根据本发明的一个实施例的具有带存储器阵列配置的至少一个存储器装置的电子系统的功能框图；以及

图4为根据本发明的一实施例的具有至少一个存储器装置的存储器模块的功能框图。

具体实施方式

在对实施例的以下详细描述中，参考形成其一部分的附图。在所述图式中，相同数字在整个若干视图中描述大体上类似的组件。充分详细地描述这些实施例，以使得所属领域的技术人员能够实践本发明。可利用其它实施例且可在不脱离本发明的范围的情况下进行结构、逻辑和电气改变。

因此，不以限制意义理解以下详细描述，且本发明的范围仅由所附权利要求书连同赋予所述权利要求书权利的等效物的全部范围界定。

快闪存储器的已知现象是当将电子置放于浮动栅极上时，其通过如上文所述的本征电荷损失而随时间泄漏。另一方面，快速电荷损失在约半秒到一秒的较短有限时间内发生。在先前快闪存储器中对本征电荷损失的补偿已使用简单循环计数器来确定存储器已经历的循环的数目。循环计数器不虑及个别块上的不均匀损耗，且不特定地虑及电荷损失和移位阈值电压。而是，循环计数器在预定数目的循环后仅调整整个存储器的验证字线上的电压。在存储器中，紧接在初始编程后，将单元视为未循环或处于循环前，且其具有特定阈值电压。一旦使单元循环(尤其是一定数目的次数)，单元上的阈值电压即可归因于如上文描述的许多因素而改变。已经历循环的单元被视为处于循环后或经循环。

在快速电荷损失时帧中，在“快速电荷损失”情形中泄漏的电子的部分可通过使用本文中所描述的各种实施例而得到补偿。

在图1所示的一个实施例中，展示用于补偿存储器中的快速电荷损失的方法100。方法100包含：在方框102中使存储器中的所有编程块损耗均衡；在方框104中使存储器中的冗余块与存储器中的编程块中的一者相关联；以及在方框106中根据特定模式编程冗余块。在方框108中确定冗余块的平均未循环阈值电压。在方框110中，在擦除与冗余块相关联的编程块时，擦除冗余块，且在方框112中，在其相关联块被编程时，以特定模式重新编程。在方框114中，确定冗余块的循环后平均阈值电压，且(例如)为了补偿快速电荷损失，在方框116中，将存储器的字线电压电平调整等于未循环平均阈值电压与当前循环后平均阈值电压之间的差的量。所述过程继续损耗均衡且擦除并重新编程冗余块。

确定平均阈值电压，因为平均为所使用的最可感测的点，即“平均”单元。当分布的中值移动时，随后对字线电压的任何调整施加到最高百分比的单元。丢失较多电荷的个别单元(例如，具有单个位电荷损失的单元)无法在不妨碍未丢失如此多电荷的单元的情况下得到补偿。确定平均的一种方式为经由对存储器的块、页或待确定平均的部分的所有阈值电压的折半搜索或边际搜索。由于存储器的块、页或区段中的单元中的阈值电压的分布曲线一般接近于对称(高斯)，因此平均阈值电压值非常接近于中值阈值电压，且所述术语可互换地使用。

在实施例100中，一个块专用为追踪块。所述追踪块为冗余块。在测试时，以设定的阈值电压电平编程一页或多个页，且接着执行折半搜索以确定页、块或分布的平均阈值电压。当根据特定数据模式编程一单元或单元群组时，单元群组中的平均未循环单元应具有得自制造过程的特定阈值电压。对于所有0，0编程单元的分布的情况，确定(例如)2.5伏特的平均阈值电压。在执行编程和擦除循环时，块的平均阈值电压由于快速电荷损失而随时间泄漏或由于本征电荷损失而随时间泄漏。在测试时，测量并存储初始的未循环阈值电压平均值，因此每次擦除与冗余追踪块相关联的块时，还擦除所述冗余块，且当编程相关联的主阵列块时，还使用已知的未循环平均阈值电压根据同一特定模式编程追踪块或追踪块上的页。随后，比较追踪块的当前循环后阈值电压平均值与未循环阈值电压平均值之间的差，且应用由未循环阈值平均值与当前循环后阈值电压平均值中的差所确定的校正因数来补偿快速电荷损失。

在图2所示的另一实施例200中，展示用于补偿电荷损失的另一方法。方法200不仅补偿快速电荷损失而且还补偿本征电荷损失。此实施例使用为小型阵列的追踪块。在此实施例中，小型阵列为小于例如在方法100中所使用的整个块的单元群组，其可较易于分段，且可比整个块更快速地存取。较快的存取允许在逐块层级上进行补偿，此与对所有块的损耗均衡相对。使用小型阵列的电荷损失和检测应用不需要对所有块的损耗均衡，因此在本发明的小型阵列实施例中不需要用于损耗均衡所必需的逻辑或其它控制器功能。较小的小型阵列能够进行快速读取且因此能够在不使用损耗均衡的情况下进行电荷损失检测和调整应用，且其可不仅针对快速电荷损失而且还针对本征电荷损失进行调整。

方法200采用向每一块分配一页或一页的一部分的小型阵列。每一编程块具有其自身的轮廓，此与如在方法100中用于存储器的每一块的单一追踪块相对。此方法较独立于用户和控制器，即，其更为硅上解决方案。将补偿建立到阵列中。因此存在对消费者或用户创建或编程控制器来处置电荷损失问题的较少要求。

在操作中，当擦除主阵列块时，还擦除与主阵列块相关联的小型阵列的页。当编程主阵列块时，在小型阵列内编程特定模式(即用于每一编程块的小型阵列的整个页或页的一部分)。当读取与特定小型阵列或其部分相关联的主阵列块时，对相关联的小型阵列进行小型阵列边际搜索以寻找其当前循环后阈值电压平均值与其循环前阈值电压平均值之间的差。在一个实施例中，在存储器离开测试线时测量循环前阈值电压平均值。

方法200包含在方框202中使存储器中的每一编程块与小型阵列或小型阵列的页或页的一部分相关联，以及在方框204中以特定模式编程每一相应小型阵列或其部分。在方框206中，确定每一小型阵列或其部分的平均未循环阈值电压。在读取主阵列块后，在方框208中，在其相关联小型阵列页或页的一部分上完成小型阵列边际搜索，以确定其当前循环后阈值电压平均值与其未循环阈值平均值之间的差。在方框210中，在编程小型阵列的相关联块时，以特定模式重新编程小型阵列或其一部分，且通过将字线电压电平调整等于追踪块的未循环平均阈值电压与当前循环后平均阈值电压之间的差的量来补偿电荷损失。

小型阵列的当前循环后阈值电压平均值与未循环阈值电压平均值之间的差允许确定如上文所描述的校正因数。基于所述差，调整在读取操作期间使用的字线电压以补偿电荷损失。由于由与块同一时期编程的相关联的小型阵列或其一部分表示每一块，因此在方法200的实施例中补偿快速电荷损失和本征电荷损失两者。本征电荷损失对于每一块很具时间相依性，但由于实质上同时编程小型阵列和相关联的主阵列块，因此自动补偿本征电荷损失。由于对于每一块存在专用的小型阵列或其部分，因此每一块和其相关联的小型阵列以相同速率有效丢失平均电荷。因此，快速读取允许数据的测量，同时计算并调整快速电荷损失和本征电荷损失两者。在读取数据时，补偿读取字线。

方法200的小型阵列实施例与方法100的冗余追踪块实施例相比占据存储器上的较多不动产(real estate)，约比使用冗余追踪块的情况大多达32倍。即，小型阵列实施例对于4096个主阵列块使用多达32个小型阵列的块，而不是每4096个主阵列块一个冗余块。然而，小型阵列的使用允许相对于损耗个别地处理主阵列的每一块。此逐块追踪允许在逐块基础上进行较佳调整。

在另一实施例中，在编程验证操作中应用方法200以调整编程验证字线值来补偿快速电荷损失。在此实施例中，编程操作后几乎紧跟着验证操作，因此可执行快速电荷损失补偿。举例来说，甚至当编程并擦除块100次时，其快速电荷损失在半秒后可为100mV，但其本征电荷损失可小得多。

上文描述的方法中的每一者还可在系统层级上采用。在此实施例中，由控制器或处理器而非在芯片层级上执行所述方法。在这些实施例中，芯片输出例如循环前平均阈值电压和当前循环后平均阈值电压等适当信息，且控制器或处理器计算适当的调整且应用那个调整。功能是相同的但通过控制器或处理器来运行，而不使用芯片上的电路。

图3和图4中更详细地展示采用上文描述的实施例的存储器装置和系统。

图3为本发明的一个实施例的例如快闪存储器装置的存储器装置300的功能框图，存储器装置300耦合到处理器310。存储器装置300和处理器310可形成电子系统320的一部分。存储器装置300已被简化以集中在有助于理解本发明的存储器的特征上。存储器装置包括存储器单元的阵列330，其具有执行上文所描述且在图1和图2中所示的功能的冗余追踪块或一系列小型阵列332。将存储器阵列330布置在行和列的组中。

提供地址缓冲器电路340以锁存提供于地址输入连接A0-Ax 342上的地址信号。由行解码器344和列解码器346接收并解码地址信号以存取存储器阵列330。受益于本描述的所属领域的技术人员将了解，地址输入连接的数目取决于存储器阵列的密度和架构。即，地址的数目随增加的存储器单元计数和增加的组和块计数而增加。

存储器装置通过使用感测/锁存电路350感测存储器阵列的列中的电压或电流改变来读取阵列330中的数据。在一个实施例中，感测/锁存电路经耦合以读取并锁存来自存储器阵列的一行数据。数据输入和输出缓冲器电路360经包括以用于经由与处理器310的多个数据(DQ)连接362进行双向数据通信，且连接到写入电路355和读取/锁存电路350以用于对存储器300执行读取和写入(还称为编程)操作。

命令控制电路370解码从处理器310提供于控制连接372上的信号。这些信号用以控制存储器阵列330上的操作，包括数据读取、数据写入和擦除操作。芯片上逻辑374用以控制冗余块或小型阵列332的编程和读取。或者，通过芯片外控制器或处理器(例如，处理器310)控制冗余追踪块或小型阵列。

已简化快闪存储器装置以促进对存储器的特征的基本理解。所属领域的技术人员已知快闪存储器的内部电路和功能的更详细的理解。

图4为示范性存储器模块400的说明。将存储器模块400说明为存储卡，但参考存储器模块400而论述的概念适用于其它类型的可装卸或便携式存储器(例如，USB快闪驱动器)，且意在处于本文中所用的“存储器模块”的范围内。另外，虽然在图4中描绘一个实例形态因素，但这些概念同样适用于其它形态因素。

在一些实施例中，存储器模块400将包括外壳405(如所描绘)以封闭一个或一个以上存储器装置410，但所述外壳对于所有装置或装置应用并非必需的。至少一个存储器装置410为包括根据本发明的各种实施例的冗余追踪块或小型阵列425的非易失性存储器，冗余追踪块或小型阵列425在逻辑430处于模块上的情况下由逻辑控制，或替代地如上文所描述由模块外的控制器或处理器控制。在存在的情况下，外壳405包括用于与主机装置通信的一个或一个以上触点415。主机装置的实例包括数码相机、数字记录和回放装置、PDA、个人计算机、存储卡读取器、接口集线器等。对于一些实施例，触点415采取标准化接口的形式。举例来说，对于USB快闪驱动器，触点415可具有USB类型A公连接器的形式。对于一些实施例，触点415具有半专属接口的形式。然而，一般来说，触点415提供用于在存储器模块400与具有触点415的兼容接受器的主机之间传递控制、地址和/或数据信号的接口。

存储器模块400可视情况包括可为一个或一个以上集成电路和/或离散组件的额外电路420。对于一些实施例，额外电路420可包括用于控制跨越多个存储器装置410的存取且/或用于在外部主机与存储器装置410之间提供翻译层的存储器控制器。举例来说，在触点415的数目与到一个或一个以上存储器装置410的I/O连接的数目之间可能不存在一对一的对应。因此，存储器控制器可选择性地耦合存储器装置410的I/O连接(图4中未图示)以在适当时间在适当I/O连接处接收适当信号或在适当时间在适当触点415处提供适当信号。类似地，主机与存储器模块400之间的通信协议可不同于存储器装置410的存取所需的协议。存储器控制器随后可将从主机接收到的命令序列翻译为适当命令序列以实现对存储器装置410的所要存取。所述翻译除命令序列之外可进一步包括信号电压电平的改变。

额外电路420可进一步包括不与存储器装置410的控制相关的功能性，例如可由专用集成电路(ASIC)执行的逻辑功能。而且，额外电路420可包括用以限制对存储器模块400的读取或写入存取的电路，例如密码保护、生物计量等等。额外电路420可包括用以指示存储器模块400的状态的电路。举例来说，额外电路420可包括用以确定是否正向存储器模块400供应功率和当前是否正存取存储器模块400且用以显示其状态的指示(例如在通电时的固态光和在正被存取时的闪动光)的功能性。额外电路420可进一步包括用以帮助调节存储器模块400内的功率需求的无源装置，例如去耦电容器。

结论

已描述用于存储器中的电荷损失补偿的方法和设备，例如包括单独的冗余或追踪块或者小型阵列(或其部分)的方法和设备，所述单独的冗余或追踪块或者小型阵列(或其部分)与存储器的编程块相关联且其允许在以同一模式编程未循环与循环后追踪块或小型阵列时经由比较追踪块或小型阵列的未循环平均阈值电压与追踪块或小型阵列的当前循环后平均阈值电压来确定电荷损失补偿。

虽然已在本文中说明并描述了特定实施例，但所属领域的技术人员应了解，经计算以实现同一目的的任何布置可取代所示的特定实施例。本申请案意在涵盖本发明的任何改编或变化。因此，明确希望本发明仅由权利要求书及其等效物限制。

Claims (19)

1.一种操作存储器的方法(100)，其包含：

确定所述存储器的至少一个块的快速电荷损失补偿(102-114)；以及根据所述快速电荷损失补偿，调整(116)所述存储器的字线电压。

2.根据权利要求1所述的方法，其中确定快速电荷损失补偿包含：

使所述存储器中的编程块损耗均衡(102)；

根据特定模式，编程(106)所述存储器中的与所述存储器的所述至少一个块相关联的追踪块；

确定(108)所述追踪块的平均阈值电压；

在擦除所述追踪块的相关联编程块时，擦除(110)所述追踪块；以及

在编程所述追踪块的相关联块时，根据所述特定模式重新编程(112)所述追踪块。

3.根据权利要求2所述的方法，其中调整字线电压包含将所述字线电压电平调整等于所述平均阈值电压与所述重新编程后所述追踪块的平均阈值电压之间的差(116)。

4.根据权利要求2所述的方法，其中编程所述追踪块以作为用于所述存储器的一个块的单一冗余存储器块。

5.根据权利要求2所述的方法，其中所述追踪块为多个小型阵列(202)，所述存储器的每一块具有与其相关联的单独小型阵列或其一部分。

6.根据权利要求1所述的方法，其中确定快速电荷损失补偿包含：

根据特定模式，针对所述存储器的所述块中的每一者编程(204)所述存储器中的小型阵列的至少一部分；

确定(206)每一小型阵列的所述至少一部分的平均阈值电压；

在读取所述小型阵列块的所述至少一部分的相关联主阵列块时，在所述小型阵列块的所述至少一部分上完成(208)小型阵列边际搜索；

确定读取与所述小型阵列的所述至少一部分相关联的编程块后所述小型阵列的所述至少一部分的平均阈值电压与所述小型阵列的所述至少一部分的所述平均阈值电压之间的差。

在编程所述小型阵列的所述至少一部分的相关联块时，根据所述特定模式重新编程(210)所述小型阵列的所述至少一部分；以及

将字线电压电平调整(116)所述差。

7.根据权利要求6所述的方法，其中小型阵列的所述至少一部分的编程与其相关联编程块的编程同时进行。

8.根据权利要求1所述的方法，其中确定快速电荷损失补偿进一步包含：

使所述存储器中的编程块损耗均衡(102)；

使所述存储器中的冗余块与所述存储器中的多个编程块中的一者相关联(104)；

根据特定模式编程(106)所述冗余块；

确定(108)所述冗余块的平均未循环阈值电压；

在擦除所述冗余块的相关联编程块时，擦除(110)所述冗余块；

在编程所述冗余块的相关联块时，根据所述特定模式重新编程(112)所述冗余块；

确定(114)所述冗余块的当前循环后平均阈值电压；以及

调整(116)字线电压电平。

9.根据权利要求8所述的方法，其中调整进一步包含使所述字线电压电平上升一等于所述冗余块的所述未循环平均阈值电压与所述当前循环后平均阈值电压之间的差的量。

10.根据权利要求1所述的方法，其中确定快速电荷损失补偿进一步包含：

使所述存储器中的每一编程块与小型阵列的至少一部分相关联(202)；

根据特定模式，编程(204)小型阵列的每一相应至少一部分；

确定(206)小型阵列的每一至少一部分的平均未循环阈值电压；

在读取小型阵列块的所述至少一部分的相关联编程块时，在所述小型阵列块的所述至少一部分上完成(208)小型阵列边际搜索，以确定其当前循环后阈值电压平均值与所述小型阵列的所述至少一部分的所述平均未循环阈值电压之间的差；

在编程所述小型阵列的所述至少一部分的相关联块时，根据所述特定模式重新编程(210)所述小型阵列的所述至少一部分；以及

将字线电压电平调整(116)一等于所述差的量。

11.根据权利要求10所述的方法，其中使与小型阵列的至少一部分相关联包含向每一编程块分配小型阵列的一页或一页的一部分。

12.根据权利要求1所述的方法，其中确定快速电荷损失补偿进一步包含：

确定根据特定模式编程的所述存储器的追踪块的未循环平均阈值电压；

存储所述追踪块的所述平均阈值电压；

监视所述存储器中的多个存储器块中的一者的擦除；

在每次擦除所述多个存储器块中的所述所监视的一者时，擦除所述追踪块；

根据所述特定模式重新编程所述追踪块；

确定所述追踪块的当前循环后平均阈值电压电平；

基于所述当前循环后平均阈值电压电平确定校正电压；以及

将所述校正电压添加到用于验证的编程验证电平。

13.根据权利要求12所述的方法，其中确定所述校正电压包含从所述所存储的未循环平均阈值电压中减去所述当前循环后平均阈值电压。

14.一种存储器装置(300)，其包含：

非易失性存储器单元的阵列(330)，其具有多个编程块；以及

至少一个追踪块(332)，其与所述编程块中的至少一者相关联，所述至少一个追踪块用以存储平均阈值电压以允许确定所述相关联编程块的快速电荷损失补偿。

15.根据权利要求14所述的存储器装置，且进一步包含：

所述存储器上的逻辑电路，其用以存储所述追踪块的原始平均阈值电压，且用以比较所述原始平均阈值电压与所述平均阈值电压以确定所述快速电荷损失补偿。

16.根据权利要求14所述的存储器装置，其中所述至少一个追踪块为多个小型阵列，小型阵列或其一部分与主编程阵列块中的一者相关联，每一小型阵列或其部分用以存储其相关联主编程阵列块的当前循环后平均阈值电压，以允许确定其主编程阵列块的电荷损失补偿。

17.根据权利要求16所述的存储器装置，其中每一小型阵列包含多个块。

18.根据权利要求16所述的存储器装置，且进一步包含：

所述存储器上的逻辑电路，其用以存储每一小型阵列或其部分的未循环平均阈值电压，且用以比较所述未循环平均阈值电压与所述当前循环后平均阈值电压，以确定其主编程阵列块的所述电荷损失补偿。

19.根据权利要求14到18中任一权利要求所述的存储器装置，其中所述存储器装置在操作上耦合到系统中的处理器(310)。

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