專利名稱：非易失性存儲(chǔ)器和用于預(yù)測(cè)編程的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及諸如電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器(EEPR0M)和快閃EEPROM之類的 非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，特別涉及其中最小化編程驗(yàn)證操作的次數(shù)的存儲(chǔ)器和編程操作。
背景技術(shù)：
能夠非易失地存儲(chǔ)電荷的、特別是以被封裝為小形狀因素卡(form factorcard) 的EEPROM和快閃EEPROM形式的固態(tài)存儲(chǔ)器近來已經(jīng)變成各種移動(dòng)和手持設(shè)備、新穎的信 息裝置和消費(fèi)者電子產(chǎn)品中選擇的存儲(chǔ)器。不像也是固態(tài)存儲(chǔ)器的RAM(隨機(jī)存取存儲(chǔ)器) 那樣，閃存(flash memory)是非易失性的，并且即使在斷電后也保存其存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。盡管 成本更高，但是閃存被越來越多地用于海量存儲(chǔ)應(yīng)用中?；谥T如硬盤驅(qū)動(dòng)器和軟盤之類 的旋轉(zhuǎn)磁介質(zhì)的傳統(tǒng)海量存儲(chǔ)器不適合于移動(dòng)和手持環(huán)境。這是因?yàn)橼呌诖笕萘康挠脖P驅(qū) 動(dòng)器易出現(xiàn)機(jī)械故障，并具有高等待時(shí)間和高功率需求。這些所不期望的屬性使得基于盤 的存儲(chǔ)器在大多數(shù)移動(dòng)和便攜應(yīng)用中不實(shí)用。另一方面，嵌入式且以可移除卡的形式的閃 存由于其小尺寸、低功耗、高速度和高可靠性的特征，在理想地適合于移動(dòng)和手持環(huán)境。
EEPROM和電可編程只讀存儲(chǔ)器(EPR0M)是可以被擦除的并將新的數(shù)據(jù)寫到或"編 程"到其存儲(chǔ)器單元中的非易失性存儲(chǔ)器。兩者都利用在源極區(qū)和漏極區(qū)之間的、位于半導(dǎo) 體襯底的溝道區(qū)上方的場(chǎng)效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)的浮置(未連接的)導(dǎo)電柵極。然后在該浮置柵 極上方提供控制柵極。通過在浮置柵極上保持的電荷量來控制晶體管的閾值電壓特性。即， 對(duì)于浮置柵極上的給定水平的電荷，存在在晶體管被導(dǎo)通以允許在其源極區(qū)和漏極區(qū)之間 的導(dǎo)電之前必需施加到控制柵極的相應(yīng)電壓(閾值)。 浮置柵極可以保持一定范圍的電荷，因此可以被編程為在閾值電壓窗口內(nèi)的任意 閾值電壓電平。閾值電壓窗口的大小由器件的最小和最大閾值電平界定，該器件的最小和 最大閾值電平又對(duì)應(yīng)于可以被編程到浮置柵極上的電荷的范圍。閾值窗口一般取決于存儲(chǔ) 器器件的特性、操作條件和歷史。窗口內(nèi)的每個(gè)不同的、可分辨的(resolvable)閾值電壓 電平范圍原則上可以用于指定該單元的明確存儲(chǔ)器狀態(tài)。當(dāng)該閾值電壓被劃分成兩個(gè)不同 的區(qū)域時(shí)，每個(gè)存儲(chǔ)器單元將能夠存儲(chǔ)一位數(shù)據(jù)。類似地，當(dāng)閾值電壓窗口被劃分成多于兩 個(gè)不同的區(qū)域時(shí)，每個(gè)存儲(chǔ)器單元將能夠存儲(chǔ)多于一位的數(shù)據(jù)。 在通常的兩狀態(tài)EEPR0M單元中，建立至少一個(gè)電流斷點(diǎn)(breakpoint)水平以便 將導(dǎo)電窗口分成兩個(gè)區(qū)域。當(dāng)通過施加預(yù)定的固定電壓來讀取單元時(shí)，通過與斷點(diǎn)水平 (或參考電流IREF)比較，其源極/漏極電流被分辨為存儲(chǔ)器狀態(tài)。如果讀取的電流高于斷 點(diǎn)水平的電流，則確定該單元處于一個(gè)邏輯狀態(tài)(例如"0"狀態(tài))。另一方面，如果該電流 小于斷點(diǎn)水平的電流，則確定該單元處于另一邏輯狀態(tài)(例如"l"狀態(tài))。因此，這種兩狀 態(tài)單元存儲(chǔ)一位的數(shù)字信息。通常提供可外部編程的參考電流源作為用于產(chǎn)生斷點(diǎn)水平電 流的存儲(chǔ)器系統(tǒng)的部分。 為了增加存儲(chǔ)器容量，隨著半導(dǎo)體技術(shù)的狀態(tài)的發(fā)展，密度越來越高地制造快閃 EEPR0M器件。用于增加存儲(chǔ)器容量的另一方法是使每個(gè)存儲(chǔ)器單元存儲(chǔ)多于兩個(gè)狀態(tài)。
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對(duì)于多狀態(tài)或多電平EEPR0M存儲(chǔ)器單元，通過多于一個(gè)斷點(diǎn)將導(dǎo)電窗口劃分成 多于兩個(gè)區(qū)域，使得每個(gè)單元能夠存儲(chǔ)多于一位的數(shù)據(jù)。因此給定的EEPROM陣列可以存儲(chǔ) 的信息隨著每個(gè)單元可以存儲(chǔ)的狀態(tài)的數(shù)量增加。在美國專利No. 5172338中描述了具有 多狀態(tài)或多電平存儲(chǔ)器單元的EEPROM或快閃EEPROM。 通過兩種機(jī)制之一典型地將用作存儲(chǔ)器單元的晶體管編程為"被編程的"狀態(tài)。 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(qū)。同時(shí)，施加到控制柵 極的高電壓拉動(dòng)熱電子經(jīng)過薄柵極電介質(zhì)到達(dá)浮置柵極。在"隧道效應(yīng)注入(tunneling injection)"中，高電壓被施加到相對(duì)于該襯底的控制柵極。以此方式，將電子從襯底拉到 居間的浮置柵極。 可以通過許多機(jī)制擦除該存儲(chǔ)器器件。對(duì)于EPROM，通過紫外照射從浮置柵極移除 電荷可體(bulk)擦除該存儲(chǔ)器。對(duì)于EEPROM，通過相對(duì)于控制柵極將高電壓施加到襯底 以便誘導(dǎo)浮置柵極中的電子隧道穿過薄氧化物到襯底溝道區(qū)(即Fowler-Nordheim隧道效 應(yīng))，存儲(chǔ)器單元是電可擦除的。典型地，可以逐字節(jié)擦除EEPROM。對(duì)于快閃EEPROM，可以 一次全部或一次一個(gè)或多個(gè)塊地電擦除該存儲(chǔ)器，其中塊可以由存儲(chǔ)器的512字節(jié)或更多 構(gòu)成。 存儲(chǔ)器器件典型地包括可以安裝在卡上的一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)器芯片。每個(gè)存儲(chǔ)器芯 片包括由諸如解碼器和擦除、寫入和讀取電路之類的外圍電路支持的存儲(chǔ)器單元的陣列。 更復(fù)雜的存儲(chǔ)器器件利用執(zhí)行智能的更高級(jí)別的存儲(chǔ)器操作和接口對(duì)接(interfacing) 的外部存儲(chǔ)器控制器來操作。 存在許多如今正在使用的商業(yè)上成功的非易失性固態(tài)存儲(chǔ)器器件。這些存儲(chǔ) 器器件可以是快閃EEPROM或者可以采用其他類型的非易失性存儲(chǔ)器單元。在美國專利 No. 5070032、5095344、5315541、5343063和5661053、5313421和6222762中給出了閃存和制 造閃存的系統(tǒng)和方法的例子。具體地，在美國專利No. 5570315、5903495、6046935中描述了 具有NAND串結(jié)構(gòu)的閃存器件。而且還從具有用于存儲(chǔ)電荷的介電層的存儲(chǔ)器單元制造非 易失性存儲(chǔ)器器件。代替之前描述的導(dǎo)電浮置柵極元件，使用介電層(dielectric)。利用 電介質(zhì)存儲(chǔ)元件的這種存儲(chǔ)器器件已經(jīng)由Eitan等人在IEEE ElectronDevice Letters, 第21巻，2000年11月第11號(hào)，543-545頁"NROM:A NovelLocalized Tr即ping， 2_Bit Nonvolatile Memory Cell"中描述。0N0介電層延伸穿過源極和漏極擴(kuò)散區(qū)(diffusion) 之間的溝道。用于一個(gè)數(shù)據(jù)位的電荷位于與漏極相鄰的介電層中，并且用于另一數(shù)據(jù)位的 電荷位于與源極相鄰的介電層中。例如，美國專利No. 5768192和6011725公開了具有夾在 兩個(gè)二氧化硅層之間的俘獲(trapping)電介質(zhì)的非易失性存儲(chǔ)器單元。通過分別讀取在 電介質(zhì)內(nèi)的空間分離的電荷存儲(chǔ)區(qū)的二進(jìn)制狀態(tài)來實(shí)現(xiàn)多狀態(tài)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。
為了改善讀取和編程性能，并行讀取或編程在陣列中的多個(gè)電荷存儲(chǔ)元件或存儲(chǔ) 器晶體管。因此一起讀取或編程一"頁"存儲(chǔ)器元件。在現(xiàn)有的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)中，一行典型地 包含幾個(gè)交織(interleaved)的頁或它可以構(gòu)成一頁。將一起讀取或編程一頁的所有存儲(chǔ) 器元件。 使用一系列交替編程/驗(yàn)證循環(huán)的傳統(tǒng)編程技術(shù)用于應(yīng)對(duì)編程處理中的不確定 性，在該編程處理中，響應(yīng)于V皿中相對(duì)較大的變化，該單元的閾值電壓最初迅速增長。然 而，隨著被編程到浮置柵極中的電荷起屏蔽作用，減小了用于進(jìn)一步將電子隧道進(jìn)入浮置柵極的有效電場(chǎng)，該增長放慢并最終停止。該過程看起來是高度非線性的，因此采用了反復(fù) 試驗(yàn)(trial-and-error)方式。 該編程/驗(yàn)證編程技術(shù)的缺點(diǎn)是，驗(yàn)證循環(huán)花費(fèi)時(shí)間并影響性能。通過實(shí)現(xiàn)能夠 存儲(chǔ)多個(gè)位的存儲(chǔ)器單元，加劇了該問題。本質(zhì)上，需要對(duì)存儲(chǔ)器單元的多個(gè)可能狀態(tài)的每 個(gè)執(zhí)行驗(yàn)證。對(duì)于具有16個(gè)可能的存儲(chǔ)器狀態(tài)的存儲(chǔ)器，這意味著每個(gè)驗(yàn)證步驟將引起 至少16個(gè)感測(cè)操作。在一些其他方案中，甚至是幾倍更多。因此，隨著多電平存儲(chǔ)器單元 ("MLC")中的可區(qū)分的狀態(tài)電平的數(shù)量增加，編程/驗(yàn)證方案的驗(yàn)證循環(huán)變得越來越耗時(shí)。
由Loc Tu等人在2006年9月12日提交的題為"Method for Non-volatileMemory with Linear Estimation of Initial Programming Voltage"的美國專禾U申請(qǐng)序歹lj號(hào) 11/531227公開了通過線性估計(jì)來估計(jì)初始編程電壓的方法。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)于非易失性存儲(chǔ) 器的良好編程性能，必須在出廠時(shí)最優(yōu)地選擇初始編程電壓V皿。和步長(st印)大小。這通 過測(cè)試每頁存儲(chǔ)器單元實(shí)現(xiàn)。通過具有在脈沖之間的驗(yàn)證的階梯波形的一系列電壓脈沖來 對(duì)耦接到所選頁的字線連續(xù)編程，直到驗(yàn)證該頁為指定的樣式(pattern)。在該頁被編程驗(yàn) 證時(shí)的編程電壓將用于通過線性縮放(scaling)回到對(duì)于該頁的開始編程電壓的初始值 來估計(jì)。通過在第二遍(pass)時(shí)使用來自第一遍的估計(jì)，進(jìn)一步精確估計(jì)。因此，傳統(tǒng)的 交替編程和驗(yàn)證用于建立用于成功編程一頁的最終編程電壓。然后，將最終編程電壓線性 地縮放回到對(duì)于該頁的估計(jì)的初始編程電壓。這種類型的縮放是在頁級(jí)上的粗略尺度上， 并且沒有解決傳統(tǒng)的基于逐單元編程和驗(yàn)證在該場(chǎng)中的存儲(chǔ)器的缺點(diǎn)。
因此，存在對(duì)于高容量和高性能非易失性存儲(chǔ)器的普遍需要。具體地，存在對(duì)于最 小化了前述缺點(diǎn)的具有改善的編程性能的高容量非易失性存儲(chǔ)器的普遍需要。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)一般方面，在具有存儲(chǔ)器單元的陣列的非易失性存儲(chǔ)器中， 其中可將存儲(chǔ)器單元分別編程到閾值電壓電平的范圍之一，提供了預(yù)測(cè)需要施加多大 的編程電壓電平以便將給定的存儲(chǔ)器單元編程到給定的目標(biāo)閾值電壓電平的預(yù)定函數(shù) (function)。以此方式，不需要執(zhí)行驗(yàn)證操作，由此極大地改善了編程操作的性能。
在一個(gè)實(shí)施例中，通過對(duì)于給定的目標(biāo)閾值電壓電平成比例地產(chǎn)生編程電壓電 平的線性函數(shù)來近似該預(yù)定函數(shù)。該線性函數(shù)具有由可施加到存儲(chǔ)器陣列的全體單元 (population of cells)的預(yù)定平均值所給定的斜率。通過對(duì)于給定的存儲(chǔ)器單元預(yù)定在 線性函數(shù)上的檢查點(diǎn)(checkpoint)，來對(duì)于給定的存儲(chǔ)器單元唯一地確定該線性函數(shù)。該 檢查點(diǎn)是基于將存儲(chǔ)器單元編程到指定的閾值電壓電平的實(shí)際編程電壓。優(yōu)選地，該檢查 點(diǎn)對(duì)應(yīng)于存儲(chǔ)器單元的最低編程狀態(tài)之一。通過例如傳統(tǒng)的編程/驗(yàn)證編程技術(shù)來將存儲(chǔ) 器單元初始地編程到該檢查點(diǎn)并進(jìn)行驗(yàn)證。以此方式，確定將存儲(chǔ)器單元編程到指定的存 儲(chǔ)器狀態(tài)所需的實(shí)際編程電壓的檢查點(diǎn)值。因此在預(yù)定函數(shù)被用于確定用于將存儲(chǔ)器單元 編程到目標(biāo)閾值電壓電平的編程電壓值之前，當(dāng)在檢查點(diǎn)閾值電壓電平處被估計(jì)時(shí)，該預(yù) 定函數(shù)被校準(zhǔn)以產(chǎn)生檢查點(diǎn)編程電壓值。 在另一實(shí)施例中，可以在存儲(chǔ)器單元所支持的可能的閾值電壓電平的范圍內(nèi)指定 多個(gè)檢查點(diǎn)。每個(gè)檢查點(diǎn)將被用于校準(zhǔn)在每個(gè)檢查點(diǎn)附近的局部預(yù)定函數(shù)。該局部預(yù)定函 數(shù)被用于預(yù)測(cè)用于編程到在相關(guān)的檢查點(diǎn)附近的目標(biāo)閾值電壓電平的編程電壓電平。
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預(yù)測(cè)編程技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于，編程到目標(biāo)狀態(tài)不需要驗(yàn)證操作。僅需要驗(yàn)證操作用 于確定檢查點(diǎn)，這在數(shù)量上通常比可能的存儲(chǔ)器狀態(tài)的數(shù)量少得多。 將存在致使預(yù)測(cè)編程產(chǎn)生錯(cuò)誤結(jié)果的偏差，不過這些將是在統(tǒng)計(jì)上可預(yù)測(cè)的誤 差，其可通過適當(dāng)?shù)恼`差校正碼("ECC")來處理。 從以下本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的描述中，將理解本發(fā)明的另外的特征和優(yōu)點(diǎn)，其中 該描述應(yīng)該與附圖相結(jié)合。


圖1示意性地圖示了可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的非易失性存儲(chǔ)器芯片的功能塊。
圖2示意性地圖示了非易失性存儲(chǔ)器單元。 圖3圖示了對(duì)于浮置柵極可以在任意一個(gè)時(shí)刻選擇性地存儲(chǔ)的四個(gè)不同的電荷
Ql-Q4的、在源極_漏極電流ID和控制柵極電壓Vra之間的關(guān)系。 圖4圖示了存儲(chǔ)器單元的NOR陣列的例子。 圖5A示意性地圖示了被組織成NAND串的存儲(chǔ)器單元的串。 圖5B圖示了由諸如圖5A所示的串之類的NAND串50構(gòu)成的存儲(chǔ)器單元的NAND 陣列200的例子。 圖6圖示了用于將存儲(chǔ)器單元編程到目標(biāo)存儲(chǔ)器狀態(tài)的傳統(tǒng)技術(shù)。 圖7圖示了對(duì)在給定的存儲(chǔ)器器件中的各個(gè)存儲(chǔ)器單元進(jìn)行編程的實(shí)例
(sample)和在被施加的編程電壓和閾值電壓電平之間的觀測(cè)到的關(guān)系。 圖8示意性地圖示了對(duì)于在給定的存儲(chǔ)器器件中的存儲(chǔ)器單元的實(shí)例的如圖7所
示的斜率的分布。 圖9圖示了用于提供將存儲(chǔ)器單元編程到目標(biāo)閾值電壓電平所需的編程電壓的 預(yù)定函數(shù)的優(yōu)選實(shí)施例。 圖10是圖示了根據(jù)本發(fā)明的一般實(shí)施例的預(yù)測(cè)編程的流程圖。 圖11圖示了在校準(zhǔn)圖9所示的預(yù)定函數(shù)之后在預(yù)測(cè)編程模式中應(yīng)用該預(yù)定函數(shù)
的情況下的時(shí)序上的編程電壓。 圖12示意性地圖示了在圖ll所示的編程處理期間一頁存儲(chǔ)器單元的各個(gè)存儲(chǔ)器 狀態(tài)的分布。 圖13是圖示了包括使用檢查點(diǎn)來校準(zhǔn)用于存儲(chǔ)器單元的預(yù)定函數(shù)的如圖10所示 的步驟300的流程圖。 圖14圖示了使用多于一個(gè)檢查點(diǎn)的預(yù)測(cè)編程的實(shí)施例的第一例子。 圖15圖示了圖14所示的檢查點(diǎn)被用于校準(zhǔn)這些檢查點(diǎn)局部的各種相關(guān)預(yù)定函數(shù)
的方式。 圖16圖示了使用多于一個(gè)檢查點(diǎn)的預(yù)測(cè)編程的實(shí)施例的第二例子。
具體實(shí)施方式

存儲(chǔ)器系統(tǒng) 圖1到圖5圖示了可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的各個(gè)方面的示例存儲(chǔ)器系統(tǒng)。
圖6圖示了傳統(tǒng)的編程技術(shù)。
圖7到圖16圖示了本發(fā)明的各個(gè)方面和實(shí)施例。 圖i示意性地圖示了可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的非易失性存儲(chǔ)器芯片的功能塊。該存儲(chǔ)器 芯片100包括存儲(chǔ)器單元的二維陣列200、控制電路210和諸如解碼器、讀/寫電路和多路 復(fù)用器的外圍電路。 存儲(chǔ)器陣列200可由字線經(jīng)由行解碼器230(分裂成230A、230B)以及由位線經(jīng)由 列解碼器260 (分成260A、260B)尋址(還參見圖4和圖5)。讀/寫電路270 (分裂成270A、 270B)允許并行地讀取或編程一頁存儲(chǔ)器單元。數(shù)據(jù)I/O總線231被耦接到讀/寫電路 270。 在優(yōu)選實(shí)施例中，頁由共享相同字線的相鄰行的存儲(chǔ)器單元構(gòu)成。在另一實(shí)施例 中，在一行存儲(chǔ)器單元被劃分成多個(gè)頁的情況下，提供塊多路復(fù)用器250 (分裂成250A和 250B)以將讀/寫電路270多路復(fù)用到各個(gè)頁。例如，分別由奇數(shù)列和偶數(shù)列的存儲(chǔ)器單元 形成的兩個(gè)頁被復(fù)用到讀/寫電路。 圖1圖示了如下優(yōu)選布置，其中以對(duì)稱方式在存儲(chǔ)器陣列200的相對(duì)側(cè)上實(shí)現(xiàn)由 各種外圍電路對(duì)該存儲(chǔ)器陣列200的訪問，使得在每側(cè)上的訪問線(access line)和電路 的密度減少一半。因此，行解碼器被分為行解碼器230A和230B，列解碼器被分為列解碼器 260A和260B。在一行存儲(chǔ)器單元被劃分成多個(gè)頁的實(shí)施例中，頁多路復(fù)用器250被分裂成 頁多路復(fù)用器250A和250B。類似地，讀/寫電路270被分裂成從陣列200的底部連接到位 線的讀/寫電路270A和從陣列200的頂部連接到位線的讀/寫電路270B。以此方式，讀/ 寫模塊的密度以及由此的感測(cè)模塊380的密度實(shí)質(zhì)上減少了一半。 控制電路110是與讀/寫電路270合作以對(duì)存儲(chǔ)器陣列200執(zhí)行存儲(chǔ)器操作的芯 片上(on-chip)控制器?？刂齐娐?10典型地包括狀態(tài)機(jī)112和諸如芯片上地址解碼器和 功率控制模塊之類的其他電路(未明確示出)。狀態(tài)機(jī)112提供對(duì)存儲(chǔ)器操作的芯片級(jí)控 制?？刂齐娐方?jīng)由外部存儲(chǔ)器控制器與主機(jī)通信。 存儲(chǔ)器陣列200典型地被組織為以行和列排列的并且可由字線和位線尋址的存
儲(chǔ)器單元的二維陣列。可以根據(jù)NOR型或NAND型體系結(jié)構(gòu)來形成該陣列。 圖2示意性地圖示了非易失性存儲(chǔ)器單元?？梢酝ㄟ^具有諸如浮置柵極或介電層
之類的電荷存儲(chǔ)單元20的場(chǎng)效應(yīng)晶體管來實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)器單元10。存儲(chǔ)器單元10還包括源極
14、漏極16和控制柵極30。 存在許多如今正在使用的商業(yè)上成功的非易失性固態(tài)存儲(chǔ)器器件。這些存儲(chǔ)器器 件可以采用不同類型的存儲(chǔ)器單元，每種類型具有一個(gè)或多個(gè)電荷存儲(chǔ)元件。
典型的非易失性存儲(chǔ)器單元包括EEPROM和快閃EEPROM。 EEPROM單元的例子以 及制造該單元的方法在美國專利No. 5595024中給出?？扉WEEPROM單元的例子、其在存儲(chǔ) 器系統(tǒng)中的使用以及制造其的方法在美國專利No. 5070032、5095344、5315541、5343063、 5661053、5313421和6222762中給出。具體地，具有NAND單元結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器器件的例子在 美國專利No. 5570315、5903495、6046953中描述。而且，利用電介質(zhì)存儲(chǔ)元件的存儲(chǔ)器器件 的例子已經(jīng)由Eitan等人在IEEE Electron Device Letters,第21巻，2000年11月第11 期，543-545頁"N匪A Novel Localized Trapping, 2-BitNonvolatile Memory Cell，，中 以及在美國專利No. 5768192和No. 6011725中描述。 實(shí)踐中，通常通過當(dāng)參考電壓被施加到控制柵極時(shí)感測(cè)經(jīng)過單元的源極和漏極的導(dǎo)電電流來讀取該單元的存儲(chǔ)器狀態(tài)。因此，對(duì)于在單元的浮置柵極上的每個(gè)給定的電荷， 可以檢測(cè)到相對(duì)于固定的參考控制柵極電壓的相應(yīng)的導(dǎo)電電流。類似地，可編程到浮置柵 極上的電荷的范圍定義了相應(yīng)的閾值電壓窗口或相應(yīng)的導(dǎo)電電流窗口。 可替換地，代替檢測(cè)在劃分的電流窗口之中的導(dǎo)電電流，能夠在控制柵極處對(duì)于 在測(cè)試下的給定存儲(chǔ)器狀態(tài)設(shè)置閾值電壓，并檢測(cè)導(dǎo)電電流低于還是高于閾值電流。在一 個(gè)實(shí)施方式中，通過檢查導(dǎo)電電流通過位線的電容而放電的速率來完成導(dǎo)電電流相對(duì)于閾 值電流的檢測(cè)。 圖3圖示了對(duì)于在浮置柵極可以在任意一個(gè)時(shí)刻選擇性地存儲(chǔ)的四個(gè)不同的電 荷Ql到Q4的源極_漏極電流ID和控制柵極電壓Vra之間的關(guān)系。四個(gè)實(shí)線的ID相對(duì)Vra 曲線代表了可以被編程到存儲(chǔ)器單元的浮置柵極上的四個(gè)可能的電荷水平，分別對(duì)應(yīng)于四 個(gè)可能的存儲(chǔ)器狀態(tài)。作為例子，全體單元的閾值電壓窗口可以從O. 5V到3.5V。可以通過 以每個(gè)0. 5V的間隔將閾值窗口劃分成5個(gè)區(qū)域來對(duì)分別代表一個(gè)可擦除的和六個(gè)編程的 狀態(tài)的七個(gè)可能的存儲(chǔ)器狀態(tài)"0"、"1"、"2"、"3"、"4"、"5"、"6"劃界。例如，如果如所示地 使用2 A的參考電流IREF，則可以認(rèn)為用Ql編程的單元處于存儲(chǔ)器狀態(tài)"l"，因?yàn)槠淝€ 與I，相交在由VCG = 0.5V和l.OV劃界的閾值窗口的區(qū)域中的。類似地，Q4處于存儲(chǔ)器 狀態(tài)"5"。 如從以上描述可見，使得存儲(chǔ)器單元存儲(chǔ)的狀態(tài)越多，其閾值窗口劃分得越精細(xì)。 例如，存儲(chǔ)器器件可以具有如下存儲(chǔ)器單元，該存儲(chǔ)器單元具有范圍從-1. 5V到5V的閾值 窗口。這提供了6.5V的最大寬度。如果存儲(chǔ)器單元要存儲(chǔ)16個(gè)狀態(tài)，則每個(gè)狀態(tài)可能占 據(jù)閾值窗口中的200mV到300mV。這將要求編程和讀取操作中的更高精度，以便能夠?qū)崿F(xiàn)要 求的分辨率。 圖4圖示了存儲(chǔ)器單元的NOR陣列的例子。在存儲(chǔ)器陣列200中，每行存儲(chǔ)器單 元通過其源極14和漏極16以菊花鏈(daisy-chain)方式連接。該設(shè)計(jì)有時(shí)稱作虛擬接地 設(shè)計(jì)。 一行中的單元10具有連接到諸如字線42之類的字線的其控制柵極30。 一列中的單 元具有分別連接到諸如位線34和36之類的所選位線的其源極和漏極。
圖5A示意性地圖示了被組織成NAND串的存儲(chǔ)器單元的串。NAND串50包括通過
其源極和漏極而菊花鏈連接的一系列存儲(chǔ)器晶體管Ml、 M2.......Mn (例如n = 4、8、 16或
更高)。 一對(duì)選擇晶體管S1、S2控制存儲(chǔ)器晶體管鏈分別經(jīng)由NAND串的源極端54和漏極 端56與外部的連接。在存儲(chǔ)器陣列中，當(dāng)源極選擇晶體管Sl導(dǎo)通時(shí)，源極端被耦接到源極 線(見圖5B)。類似地，當(dāng)漏極選擇晶體管S2導(dǎo)通時(shí)，NAND串的漏極端被耦接到存儲(chǔ)器陣 列的位線。該鏈中的每個(gè)存儲(chǔ)器晶體管10用作存儲(chǔ)器單元。其具有用于存儲(chǔ)給定量的電 荷以便表示意圖的存儲(chǔ)器狀態(tài)的電荷存儲(chǔ)元件20。每個(gè)存儲(chǔ)器晶體管的控制柵極30允許 對(duì)讀和寫操作的控制。如將從圖5B中看到的，一行NAND串的相應(yīng)存儲(chǔ)器晶體管的控制柵 極30全部被連接到相同的字線。類似地，每個(gè)選擇晶體管Sl、 S2的控制柵極32提供了分 別經(jīng)由其源極端54和56對(duì)NAND串的控制訪問。同樣， 一行NAND串的相應(yīng)的選擇晶體管 的控制柵極32全部被連接到相同的選擇線。 當(dāng)在編程期間讀取或驗(yàn)證NAND串內(nèi)的被尋址的存儲(chǔ)器晶體管10時(shí)，向其控制柵 極30供應(yīng)適當(dāng)?shù)碾妷骸Ｍ瑫r(shí)，NAND串50中的剩余未被尋址的存儲(chǔ)器晶體管通過在其控制 柵極上施加足夠的電壓而完全導(dǎo)通。以此方式，有效地建立從各個(gè)存儲(chǔ)器晶體管的源極到NAND串的源極端54以及同樣對(duì)于各個(gè)存儲(chǔ)器晶體管的漏極到該單元的漏極端56的導(dǎo)電通 路。在美國專利No. 5570315 、5903495 、6046935中描述了具有這種NAND串結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器器 件。 圖5B圖示了由諸如圖5A所示的NAND串的NAND串50構(gòu)成的存儲(chǔ)器單元的NAND 陣列200的例子。沿著NAND串的每列，諸如位線36的位線耦接到每個(gè)NAND串的漏極端 56。沿著NAND串的每排(bank)，諸如源極線34的源極線被耦接到每個(gè)NAND串的源極端 54。而且，沿著NAND串的排中的一行存儲(chǔ)器單元的控制柵極被連接到諸如字線42的字線。 沿著NAND串的排中的一行選擇晶體管的控制柵極被連接到諸如選擇線44的選擇線?？梢?通過對(duì)NAND串的排的字線和選擇線上的適當(dāng)?shù)碾妷簛韺?duì)NAND串的排中的整個(gè)行的存儲(chǔ)器 單元尋址。當(dāng)NAND串內(nèi)的存儲(chǔ)器晶體管正被讀取時(shí)，該串中剩余的存儲(chǔ)器晶體管經(jīng)由其關(guān) 聯(lián)的字線而艱難地導(dǎo)通，使得流經(jīng)該串的電流基本上取決于正被讀取的單元中存儲(chǔ)的電荷 的水平。 圖6圖示了用于將存儲(chǔ)器單元編程到目標(biāo)存儲(chǔ)器狀態(tài)的傳統(tǒng)技術(shù)。經(jīng)由耦接的字 線將編程電壓VreM施加到存儲(chǔ)器單元的控制柵極。VreM是以從初始電壓電平VreM。開始的階 梯形波形的形式的一系列編程電壓脈沖。正在被編程的單元經(jīng)歷該一系列編程電壓脈沖， 每次試圖將增量的電荷添加到該浮置柵極。在編程脈沖之間，回讀(read back)或驗(yàn)證該 單元以確定相對(duì)于斷點(diǎn)水平的其源極-漏極電流。該回讀處理可以包含一個(gè)或多個(gè)感測(cè)操 作。當(dāng)已經(jīng)驗(yàn)證了達(dá)到目標(biāo)狀態(tài)時(shí)，對(duì)于單元停止編程。使用的編程脈沖串可以具有增加 的周期或幅值，以便抵消被編程到存儲(chǔ)器單元的電荷存儲(chǔ)單元中的累積的電子。編程電路 通常將一系列編程脈沖施加到所選擇的字線。以此方式，可以對(duì)其控制柵極被耦接到該字 線的一頁存儲(chǔ)器單元一起編程。無論何時(shí)已經(jīng)將該頁的存儲(chǔ)器單元編程到其目標(biāo)狀態(tài)，則 其被禁止編程，同時(shí)其他單元繼續(xù)經(jīng)歷編程，直到該頁的所有單元都已經(jīng)被編程驗(yàn)證。
使用一系列交替的編程/驗(yàn)證循環(huán)的傳統(tǒng)編程技術(shù)用于應(yīng)對(duì)如下編程處理中的 不確定性，在該編程處理中響應(yīng)于VreM的相對(duì)較大的變化，該單元的閾值電壓初始地迅速增 長。然而，隨著被編程到浮置柵極中電荷用作用于減小使得電子進(jìn)一步穿越進(jìn)入浮置柵極 的有效電場(chǎng)的屏蔽，該增長放慢并最終停止。該過程看起來是高度非線性的，因此采用了反 復(fù)試驗(yàn)(trial-and-error)方式。 該編程/驗(yàn)證編程技術(shù)的缺點(diǎn)是，驗(yàn)證循環(huán)花費(fèi)時(shí)間并影響性能。通過實(shí)現(xiàn)能夠 存儲(chǔ)多個(gè)位的存儲(chǔ)器單元，加劇了該問題。本質(zhì)上，需要對(duì)存儲(chǔ)器單元的多個(gè)可能狀態(tài)的每 個(gè)執(zhí)行驗(yàn)證。對(duì)于具有16個(gè)可能的存儲(chǔ)器狀態(tài)的存儲(chǔ)器，這意味著每個(gè)驗(yàn)證步驟將引起 至少16個(gè)感測(cè)操作。在一些其他方案中，其甚至是幾倍多。因此，隨著多電平存儲(chǔ)器單元 ("MLC")中的狀態(tài)電平的數(shù)量增加，編程/驗(yàn)證方案的驗(yàn)證循環(huán)變得越來越耗時(shí)。
因此，存在對(duì)于最小化前述缺點(diǎn)的、具有改善的編程性能的存儲(chǔ)器器件的需要。
預(yù)測(cè)編程技術(shù) 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)一般方面，在具有存儲(chǔ)器單元的陣列的非易失性存儲(chǔ)器中，其 中可將存儲(chǔ)器單元分別編程到閾值電壓電平的范圍之一，提供了預(yù)測(cè)需要施加多大的編程 電壓電平以便將給定的存儲(chǔ)器單元編程到給定的目標(biāo)閾值電壓電平的預(yù)定函數(shù)。以此方 式，不需要執(zhí)行驗(yàn)證操作，由此極大地改善了編程操作的性能。 在一個(gè)實(shí)施例中，通過對(duì)于給定的目標(biāo)閾值電壓電平按比例地產(chǎn)生編程電壓電平
11的線性函數(shù)來近似該預(yù)定函數(shù)。線性函數(shù)具有由可施加到存儲(chǔ)器陣列的全體單元的預(yù)定平 均值給定的斜率。通過對(duì)于給定的存儲(chǔ)器單元預(yù)定在線性函數(shù)上的檢查點(diǎn)，對(duì)于給定的存 儲(chǔ)器單元唯一地確定該線性函數(shù)。該檢查點(diǎn)是基于將存儲(chǔ)器單元編程到指定的閾值電壓電 平的實(shí)際編程電壓。優(yōu)選地，該檢查點(diǎn)對(duì)應(yīng)于存儲(chǔ)器單元的最低編程狀態(tài)之一。通過例如傳 統(tǒng)的編程/驗(yàn)證編程技術(shù)來將存儲(chǔ)器單元初始地編程到該檢查點(diǎn)并進(jìn)行驗(yàn)證。以此方式， 確定將存儲(chǔ)器單元編程到指定的存儲(chǔ)器狀態(tài)所需的實(shí)際編程電壓的檢查點(diǎn)值。因此在預(yù)定 函數(shù)被用于確定用于將存儲(chǔ)器單元編程到目標(biāo)閾值電壓電平的編程電壓值之前，當(dāng)在檢查 點(diǎn)閾值電壓電平處被估計(jì)時(shí)，該預(yù)定函數(shù)被校準(zhǔn)以產(chǎn)生檢查點(diǎn)編程電壓值。
在另一實(shí)施例中，可以在存儲(chǔ)器單元所支持的可能的閾值電壓電平的范圍內(nèi)指定 多個(gè)檢查點(diǎn)。每個(gè)檢查點(diǎn)將被用于校準(zhǔn)在每個(gè)檢查點(diǎn)附近的局部預(yù)定函數(shù)。該局部預(yù)定函 數(shù)被用于預(yù)測(cè)用于編程到在相關(guān)的檢查點(diǎn)附近的目標(biāo)閾值電壓電平的編程電壓電平。
預(yù)測(cè)編程技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于，編程到目標(biāo)狀態(tài)不需要驗(yàn)證操作。僅需要驗(yàn)證操作用 于確定檢查點(diǎn)，這在數(shù)量上通常比可能的存儲(chǔ)器狀態(tài)的數(shù)量少得多。 將存在致使預(yù)測(cè)編程產(chǎn)生錯(cuò)誤結(jié)果的偏差，不過這些將是在統(tǒng)計(jì)上可預(yù)測(cè)的誤 差，其可通過適當(dāng)?shù)恼`差校正碼("ECC")來處理。 圖7圖示了對(duì)給定的存儲(chǔ)器器件中的各種存儲(chǔ)器單元編程的實(shí)例以及在施加的 編程電壓和閾值電壓電平之間的觀測(cè)到的關(guān)系?？梢钥闯?，即使跨越閾值窗口的實(shí)際范圍， 各個(gè)存儲(chǔ)器單元的編程行為不可思議地是線性的。在陣列內(nèi)的各個(gè)單元或多或少表現(xiàn)如 下相同的方式，其中被編程的閾值電壓的變化與編程電壓電平的變化基本成比例。由于各 個(gè)單元被擦除得有多深以及其他因素，各個(gè)單元可能相差幾個(gè)編程脈沖以到達(dá)指定的檢查 點(diǎn)，但是各個(gè)單元的每個(gè)的預(yù)定函數(shù)具有基本類似的斜率。圖7示出了慢編程單元、快編程 單元的每個(gè)的例子以及中間速率編程單元的一些例子(實(shí)線)?？梢钥闯?，不同例子間的斜 率的變化很小。 圖8示意性地圖示了對(duì)于在給定的存儲(chǔ)器器件中的存儲(chǔ)器單元的實(shí)例的、如圖7 所示的斜率的分布。該分布基本呈現(xiàn)出平均斜率在0.9左右并且標(biāo)準(zhǔn)偏差接近0. 1的正態(tài) 分布。實(shí)際的編程采用了兩個(gè)不同的編程電壓步幅大小。已經(jīng)觀測(cè)到，這兩個(gè)步幅大小產(chǎn) 生了類似的分布和平均的斜率。 圖9圖示了用于提供將存儲(chǔ)器單元編程到目標(biāo)閾值電壓電平所需的編程電壓的
預(yù)定函數(shù)的優(yōu)選實(shí)施例。通過如下關(guān)系來用其中給定目標(biāo)閾值電平VT為編程電壓VreM的函
數(shù)的線性函數(shù)來近似預(yù)定函數(shù)<formula>formula see original document page 12</formula> 式(1) (其中〈slope〉 = AVT/AVPGM) 相反， <formula>formula see original document page 12</formula> 在優(yōu)選實(shí)施例中，平均〈slope (斜率) > 可以通過在從類似產(chǎn)品批次中的工廠抽樣 時(shí)測(cè)試來預(yù)定。例如，該測(cè)試可以得到〈slope〉是0.9。 VT(0)是取決于單元的并且在每個(gè) 單元的預(yù)測(cè)編程之前通過來自每個(gè)存儲(chǔ)器單元的檢查點(diǎn)來預(yù)定。 一旦〈slope〉和VT(0)已 知，就定義了用于該存儲(chǔ)器單元的預(yù)定函數(shù)，并且等式(2)可以用于獲得編程到目標(biāo)閾值 電壓電平所需的編程電壓電平。
圖10是圖示了根據(jù)本發(fā)明的一般實(shí)施例的預(yù)測(cè)編程的流程圖。 步驟300 :提供用于編程下的存儲(chǔ)器單元的預(yù)定函數(shù)，該函數(shù)產(chǎn)生編程電壓值作 為存儲(chǔ)器單元將被作為目標(biāo)編程到的閾值電壓電平的函數(shù)。 步驟310 :利用具有增加的幅值的編程電壓將存儲(chǔ)器單元編程到目標(biāo)閾值電壓電 平。編程電壓經(jīng)由耦接的字線被施加到存儲(chǔ)器單元的控制柵極。 步驟320 :在編程電壓基本達(dá)到如由在目標(biāo)閾值電壓電平處所估計(jì)的預(yù)定函數(shù)所 確定的值后，停止存儲(chǔ)器單元的編程。典型地，耦接到相同字線的一頁存儲(chǔ)器單元同時(shí)被編 程。當(dāng)正討論的存儲(chǔ)器單元已經(jīng)接收到由在目標(biāo)閾值電壓電平處所估計(jì)的預(yù)定函數(shù)所確定 的值時(shí)，不管對(duì)于該頁的其他存儲(chǔ)器單元的在字線上的可能的另外的編程脈沖，仍禁止進(jìn) 一步的編程。 通常，不需要通過線性函數(shù)來近似預(yù)定函數(shù)。如果該預(yù)定函數(shù)要準(zhǔn)確地覆蓋寬范 圍的閾值電壓電平，則它可以通過在工廠時(shí)測(cè)試產(chǎn)品批次以及通過某種適當(dāng)?shù)暮瘮?shù)建模來 確定。 通常，正被編程的存儲(chǔ)器單元是同時(shí)處于編程下的一頁類似的存儲(chǔ)器單元之一。 將存在為該頁的每個(gè)存儲(chǔ)器單元而提供的預(yù)定函數(shù)。由于該頁的所有存儲(chǔ)器單元共享相同 的字線，因此一旦已經(jīng)通過預(yù)測(cè)編程電壓將該頁的存儲(chǔ)器單元編程，則禁止對(duì)其進(jìn)一步編 程。 優(yōu)選地在控制存儲(chǔ)器陣列200的存儲(chǔ)器操作的控制電路110中的狀態(tài)機(jī)112中
(見圖1)實(shí)現(xiàn)圖io所示的預(yù)測(cè)編程模式。 圖11圖示了在校準(zhǔn)圖9所示的預(yù)定函數(shù)之后在預(yù)測(cè)編程模式中應(yīng)用該預(yù)測(cè)函數(shù) 的情況下的時(shí)序上的編程電壓。 在初始階段中，對(duì)于存儲(chǔ)器單元的檢查點(diǎn)(0) (checkpoint (O))被指定為處于稍 微高于被認(rèn)為與擦除狀態(tài)相關(guān)聯(lián)的電壓電平的閾值電壓電平(檢查點(diǎn)閾值電壓電平)處。 施加一系列增加的編程電壓脈沖以將該存儲(chǔ)器單元朝檢查點(diǎn)閾值電壓電平編程。該編程模 式可以是交替地編程和驗(yàn)證直到檢查點(diǎn)閾值電壓電平被編程驗(yàn)證的傳統(tǒng)編程模式。 一旦已 知用于checkpoint (0)的坐標(biāo)集[VreM， VT]chedtp。int(。)，則可以對(duì)于VT (0)來求解以等式(2)為 形式的預(yù)定函數(shù)(見圖9)并將其完整地表示。 在表示了以等式(2)為形式的預(yù)定函數(shù)后，隨后可以使用該預(yù)定函數(shù)在編程模式 中對(duì)存儲(chǔ)器單元編程，以對(duì)于目標(biāo)閾值電壓電平或者對(duì)于目標(biāo)存儲(chǔ)器狀態(tài)提供估計(jì)的編程 電壓電平。在優(yōu)選實(shí)施例中，調(diào)整編程電壓步幅大小，使得每個(gè)增加脈沖(addition pulse) 將把存儲(chǔ)器單元編程到下一存儲(chǔ)器狀態(tài)。對(duì)于具有16個(gè)可能的存儲(chǔ)器狀態(tài)的存儲(chǔ)器單元 的例子，脈沖大小可以是300mV。以此方式，一個(gè)增加的脈沖將把存儲(chǔ)器編程到狀態(tài)(l)，另 一增加的脈沖將把存儲(chǔ)器編程到狀態(tài)(2)等等。因此，可以將編程到給定的存儲(chǔ)器狀態(tài)的 步驟減少為從狀態(tài)(0)起對(duì)狀態(tài)的數(shù)量計(jì)數(shù)并供應(yīng)相同數(shù)量的脈沖。例如，可以每次在狀 態(tài)(0)中設(shè)置標(biāo)記，其后，可以通過與目標(biāo)狀態(tài)距狀態(tài)(0)的狀態(tài)數(shù)量相同的數(shù)量的脈沖對(duì) 存儲(chǔ)器單元編程。 其他編程脈沖大小也是可能的。例如，對(duì)于具有16個(gè)可能的存儲(chǔ)器狀態(tài)的存儲(chǔ)器 單元，脈沖大小可以是150mV。在該情況下，將用兩個(gè)脈沖來從一個(gè)存儲(chǔ)器狀態(tài)編程到下一 相鄰的存儲(chǔ)器狀態(tài)。這將在編程中提供更精細(xì)的分辨率，這在采用了距目標(biāo)閾值的余量的
13某些實(shí)施方式中是有用的。 圖12示意性地圖示了在圖ll所示的編程處理期間一頁存儲(chǔ)器單元的各種存儲(chǔ)器狀態(tài)的分布。該頁存儲(chǔ)器單元以所有存儲(chǔ)器單元處于被擦除狀態(tài)開始，其可能處于任何一個(gè)低閾值電壓電平。在初始的編程階段期間，一系列編程/驗(yàn)證循環(huán)(例如總共x個(gè)編程脈沖加上n朽個(gè)驗(yàn)證步驟(st印))將把存儲(chǔ)器單元從擦除狀態(tài)編程到狀態(tài)(0)。通常，對(duì)于每個(gè)存儲(chǔ)器單元的x彼此獨(dú)立。 一旦存儲(chǔ)器單元處于狀態(tài)(O)，預(yù)測(cè)編程模式開始，并且每個(gè)增加的脈沖將把存儲(chǔ)器單元編程到下一存儲(chǔ)器狀態(tài)。 圖13是圖示了包括使用檢查點(diǎn)校準(zhǔn)用于存儲(chǔ)器單元的預(yù)定函數(shù)的圖10中所示的步驟300的流程圖。 步驟302 :指定所述函數(shù)的檢查點(diǎn)作為可由相應(yīng)的檢查點(diǎn)編程電壓值編程的、指定的檢查點(diǎn)閾值電壓電平。 步驟304 :通過交替地編程和驗(yàn)證直到該檢查點(diǎn)閾值電壓電平被編程驗(yàn)證，確定相應(yīng)的檢查點(diǎn)編程電壓值。 步驟306 :在預(yù)定函數(shù)被用于確定將存儲(chǔ)器單元編程到目標(biāo)閾值電壓電平的編程電壓值之前，當(dāng)在檢查點(diǎn)閾值電壓電平處被估計(jì)時(shí)，校準(zhǔn)該預(yù)定函數(shù)以產(chǎn)生檢查點(diǎn)編程電壓值。 圖14圖示了使用多于一個(gè)檢查點(diǎn)的預(yù)測(cè)編程的實(shí)施例的第一例子。在第一例子中，在檢查點(diǎn)模式下被編程的存儲(chǔ)器狀態(tài)在要通過預(yù)測(cè)模式編程的每個(gè)存儲(chǔ)器狀態(tài)之前。在圖13中在步驟302和步驟304中描述了檢查點(diǎn)模式。如果存儲(chǔ)器單元可以逐步地被編
程為狀態(tài)(0)、狀態(tài)(1)、狀態(tài)(2)，......，則可以指定偶數(shù)狀態(tài)，狀態(tài)(0)、狀態(tài)(2)、狀態(tài)
(4)，......為檢查點(diǎn)。通過編程/驗(yàn)證編程模式(見圖6)從前一狀態(tài)到達(dá)這些狀態(tài)。從
每個(gè)檢查點(diǎn)，可以校準(zhǔn)預(yù)測(cè)函數(shù)，并將其用于預(yù)測(cè)性地編程下一存儲(chǔ)器狀態(tài)，例如奇數(shù)狀態(tài)(D、狀態(tài)(3)、狀態(tài)(5)，...... 圖14所示的實(shí)施例允許預(yù)測(cè)模式下的編程最準(zhǔn)確，這是因?yàn)槊扛粢粋€(gè)存儲(chǔ)器狀態(tài)來重新校準(zhǔn)該預(yù)定函數(shù)，并且在這種短間隔中，單元編程行為呈現(xiàn)出良好的線性。由于僅每隔一個(gè)存儲(chǔ)器狀態(tài)在檢查點(diǎn)模式下被編程，因此避免了傳統(tǒng)編程(見圖6)中的至少一半的驗(yàn)證操作。 圖15圖示了圖14所示的檢查點(diǎn)用于校正在這些檢查點(diǎn)局部的各種相關(guān)的預(yù)定函數(shù)的方式。將看出，所有的局部預(yù)定函數(shù)都是線性的，且具有相同的預(yù)定平均斜率。檢查點(diǎn)(0)被用于設(shè)置用于局部預(yù)定函數(shù)400的邊界條件。類似地，檢查點(diǎn)(2)被用于設(shè)置用于局
部預(yù)定函數(shù)420的邊界條件，且檢查點(diǎn)(4)被用于設(shè)置用于局部預(yù)定函數(shù)440的邊界條件，
坐坐寸寸。 —旦設(shè)置了局部預(yù)定函數(shù)，其可以被用于產(chǎn)生用于下一存儲(chǔ)器狀態(tài)的編程電壓電平。因此，局部預(yù)定函數(shù)400被用于產(chǎn)生將該單元編程到狀態(tài)(1)的編程電壓電平，局部預(yù)定函數(shù)420被用于產(chǎn)生將該單元編程到狀態(tài)(3)的編程電壓電平，且局部預(yù)定函數(shù)440被用于產(chǎn)生將該單元編程到狀態(tài)(5)的編程電壓電平，等等。 圖16圖示了使用多于一個(gè)檢查點(diǎn)的預(yù)測(cè)編程的實(shí)施例的第二例子。與圖14和圖15中所示的第一例子相反，第二例子每四個(gè)(every four)存儲(chǔ)器狀態(tài)指定一個(gè)檢查點(diǎn)。因此，在狀態(tài)(0)、在狀態(tài)(4)、在狀態(tài)(8)等處指定檢查點(diǎn)(0)。由檢查點(diǎn)(0)設(shè)置的局部預(yù)定函數(shù)將被用于預(yù)測(cè)分別用于下三個(gè)存儲(chǔ)器狀態(tài)、即狀態(tài)a)、狀態(tài)(2)和狀態(tài)(3)的編程
電壓。類似地，由檢查點(diǎn)(4)設(shè)置的局部預(yù)定函數(shù)將被用于預(yù)測(cè)分別用于下三個(gè)狀態(tài)、即狀 態(tài)(5)、狀態(tài)(6)、狀態(tài)(7)等等的編程電壓。從第二例子得到的預(yù)測(cè)的編程電壓將不如第 一例子那樣準(zhǔn)確，但是在很多應(yīng)用中也可能是足夠的。其具有進(jìn)一步減少編程驗(yàn)證操作的 次數(shù)的優(yōu)點(diǎn)。 在存儲(chǔ)器單元的閾值窗口中的閾值的范圍內(nèi)的指定的檢查點(diǎn)的其他變化是可能 的。可以根據(jù)性能和準(zhǔn)確性之間的平衡做出選擇。 例如，在某些編程算法中，第一遍將該頁存儲(chǔ)器單元都編程為靠近其各自的目標(biāo) 狀態(tài)。然后，第二遍編程將完成到各自目標(biāo)狀態(tài)的編程。兩遍的方法被用于減輕在相鄰存儲(chǔ) 器單元的浮置柵極之間的編程干擾。由于第一遍編程沒有要求像第二遍那樣高的精確度， 因此可以使用預(yù)測(cè)編程模式進(jìn)行這第一遍以節(jié)省時(shí)間。在一些實(shí)施方式中，也將第二遍編 程也構(gòu)思為優(yōu)選地適當(dāng)?shù)乩枚鄠€(gè)檢查點(diǎn)來采用預(yù)測(cè)編程模式。 預(yù)測(cè)編程模式不排除越過(overshoot)目標(biāo)閾值電壓電平的極小的可能性(估計(jì) 為小于O. 1% )。在目標(biāo)存儲(chǔ)器狀態(tài)被越過的情況下，可以通過實(shí)施的誤差校正碼來校正誤差。 當(dāng)可用兩個(gè)檢查點(diǎn)時(shí)，能夠獨(dú)立地設(shè)置預(yù)定函數(shù)的斜率。 一旦如此規(guī)定了預(yù)定函 數(shù)，就可以將其用于產(chǎn)生用于隨后的存儲(chǔ)器狀態(tài)的編程電壓電平。 為了所有目的，將在此參考的所有專利、專利申請(qǐng)、文章、書目、規(guī)范、其他公開、文 件和事物通過對(duì)其全部的此引用而合并于此。對(duì)于在并入的任何出版物、文件或事物與本 發(fā)明的文本之間的術(shù)語的定義和使用不一致或相矛盾的地方，將以本文中的術(shù)語的定義或 使用為準(zhǔn)。 盡管已經(jīng)針對(duì)某些實(shí)施例描述了本發(fā)明的各個(gè)方面，應(yīng)理解，本發(fā)明的權(quán)利在于 在所附權(quán)利要求的完全范圍內(nèi)的保護(hù)。
權(quán)利要求
一種在具有存儲(chǔ)器單元的陣列的非易失性存儲(chǔ)器中，其中存儲(chǔ)器單元各自可被編程到閾值電壓電平的范圍之一，將存儲(chǔ)器單元編程到目標(biāo)閾值電壓電平的方法包括為處在編程下的存儲(chǔ)器單元提供預(yù)定函數(shù)，該函數(shù)產(chǎn)生編程電壓值作為存儲(chǔ)器單元被作為目標(biāo)編程到的閾值電壓電平的函數(shù)；利用具有增加的幅值的編程電壓，將存儲(chǔ)器單元編程到目標(biāo)閾值電壓電平；以及在所述編程電壓基本達(dá)到由在所述目標(biāo)閾值電壓電平處估計(jì)的預(yù)定函數(shù)所確定的值后，停止存儲(chǔ)器單元的編程。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述具有增加的幅值的編程電壓是一系列電壓脈沖。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述預(yù)定函數(shù)基本上是線性函數(shù)。
4. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述提供預(yù)定函數(shù)包括指定所述函數(shù)的檢查點(diǎn)作為可由相應(yīng)的檢查點(diǎn)編程電壓值編程的指定的檢查點(diǎn)閾值 電壓電平；通過交替地編程和驗(yàn)證直到該檢查點(diǎn)閾值電壓電平被編程驗(yàn)證，來確定該相應(yīng)的檢查 點(diǎn)編程電壓值；以及在預(yù)定函數(shù)被用于確定將存儲(chǔ)器單元編程到目標(biāo)閾值電壓電平的編程電壓值之前，當(dāng) 在檢查點(diǎn)閾值電壓電平處估計(jì)時(shí)，校準(zhǔn)所述預(yù)定函數(shù)以產(chǎn)生檢查點(diǎn)編程電壓值。
5. 如權(quán)利要求4所述的方法，其中目標(biāo)閾值電壓電平小于來自檢查點(diǎn)閾值電壓電平的 預(yù)定電壓。
6. 如權(quán)利要求4所述的方法，其中在閾值電壓電平的范圍內(nèi)指定一個(gè)或多個(gè)檢查點(diǎn)閾 值電壓電平。
7. 如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述預(yù)定函數(shù)是線性的，并由估計(jì)的斜率和檢查點(diǎn) 來定義。
8. 如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述預(yù)定函數(shù)基本是線性的，并由至少兩個(gè)檢查點(diǎn) 來定義。
9. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述非易失性存儲(chǔ)器具有各自存儲(chǔ)多于一位的數(shù)據(jù) 的存儲(chǔ)器單元。
10. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述非易失性存儲(chǔ)器具有各自存儲(chǔ)作為被編程到 電荷存儲(chǔ)元件中的電荷量的數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器單元。
11. 如權(quán)利要求10所述的方法，其中所述電荷存儲(chǔ)元件是場(chǎng)效應(yīng)晶體管的浮置柵極。
12. 如權(quán)利要求10所述的方法，其中所述電荷存儲(chǔ)元件是場(chǎng)效應(yīng)晶體管中的介電層。
13. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述非易失性存儲(chǔ)器具有NAND結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器單元。
14. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述非易失性存儲(chǔ)器是快閃EEPR0M。
15. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述非易失性存儲(chǔ)器被實(shí)現(xiàn)在存儲(chǔ)卡中。
16. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述非易失性存儲(chǔ)器被嵌入在計(jì)算設(shè)備中。
17. 如權(quán)利要求l-16任意一項(xiàng)所述的方法，其中所述存儲(chǔ)器單元是被一起編程的一組 存儲(chǔ)器單元中的一個(gè)。
18. —種非易失性存儲(chǔ)器，包括存儲(chǔ)器單元的陣列，其中所述存儲(chǔ)器單元各自可被編程到閾值電壓電平的范圍之一；讀/寫電路，用于并行讀取并編程一頁存儲(chǔ)器單元；狀態(tài)機(jī)，用于控制包括所述讀/寫電路的所述非易失性存儲(chǔ)器的操作，所述狀態(tài)機(jī) 為處在編程下的存儲(chǔ)器單元提供預(yù)定函數(shù)，該函數(shù)產(chǎn)生編程電壓值作為存儲(chǔ)器單元被 作為目標(biāo)編程到的閾值電壓電平的函數(shù)；利用具有增加的幅值的編程電壓，控制將存儲(chǔ)器單元編程到所述目標(biāo)閾值電壓電平；以及在所述編程電壓基本達(dá)到由在所述目標(biāo)閾值電壓電平處估計(jì)的預(yù)定函數(shù)所確定的值 后，停止存儲(chǔ)器單元的編程。
19. 如權(quán)利要求18所述的非易失性存儲(chǔ)器，其中所述具有增加的幅值的編程電壓是一 系列電壓脈沖。
20. 如權(quán)利要求18所述的非易失性存儲(chǔ)器，其中所述預(yù)定函數(shù)基本上是線性函數(shù)。
21. 如權(quán)利要求18的非易失性存儲(chǔ)器，其中提供預(yù)定函數(shù)的所述狀態(tài)機(jī)還包括 指定所述函數(shù)的檢查點(diǎn)作為可由相應(yīng)的檢查點(diǎn)編程電壓值編程的指定的檢查點(diǎn)閾值電壓電平；通過交替地編程和驗(yàn)證直到檢查點(diǎn)閾值電壓電平被編程驗(yàn)證，確定相應(yīng)的檢查點(diǎn)編程 電壓值；以及在預(yù)定函數(shù)被用于確定將存儲(chǔ)器單元編程到目標(biāo)閾值電壓電平的編程電壓值之前，當(dāng) 在檢查點(diǎn)閾值電壓電平處估計(jì)時(shí)，校準(zhǔn)預(yù)定函數(shù)以產(chǎn)生檢查點(diǎn)編程電壓值。
22. 如權(quán)利要求21所述的非易失性存儲(chǔ)器，其中所述目標(biāo)閾值電壓電平小于來自檢查 點(diǎn)閾值電壓電平的預(yù)定電壓。
23. 如權(quán)利要求21所述的非易失性存儲(chǔ)器，其中在閾值電壓電平的范圍內(nèi)指定一個(gè)或 多個(gè)檢查點(diǎn)閾值電壓電平。
24. 如權(quán)利要求21所述的非易失性存儲(chǔ)器，其中所述預(yù)定函數(shù)是線性的，并且由估計(jì) 的斜率和檢查點(diǎn)來定義。
25. 如權(quán)利要求21所述的非易失性存儲(chǔ)器，其中所述預(yù)定函數(shù)基本是線性的，并且由 至少兩個(gè)檢查點(diǎn)來定義。
26. 如權(quán)利要求18所述的非易失性存儲(chǔ)器，其中所述非易失性存儲(chǔ)器具有各自存儲(chǔ)多 于一位的數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器單元。
27. 如權(quán)利要求18所述的非易失性存儲(chǔ)器，其中所述非易失性存儲(chǔ)器具有各自存儲(chǔ)作 為被編程到電荷存儲(chǔ)元件中的電荷量的數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器單元。
28. 如權(quán)利要求27所述的非易失性存儲(chǔ)器，其中所述電荷存儲(chǔ)元件是場(chǎng)效應(yīng)晶體管的 浮置柵極。
29. 如權(quán)利要求27所述的非易失性存儲(chǔ)器，其中所述電荷存儲(chǔ)元件是場(chǎng)效應(yīng)晶體管中 的介電層。
30. 如權(quán)利要求18所述的非易失性存儲(chǔ)器，其中所述非易失性存儲(chǔ)器具有NAND結(jié)構(gòu)的 存儲(chǔ)器單元。
31. 如權(quán)利要求18所述的非易失性存儲(chǔ)器，其中所述非易失性存儲(chǔ)器是快閃EEPR0M。
32. 如權(quán)利要求18所述的非易失性存儲(chǔ)器，其中所述非易失性存儲(chǔ)器被實(shí)現(xiàn)在存儲(chǔ)卡中。
33. 如權(quán)利要求18所述的非易失性存儲(chǔ)器，其中所述非易失性存儲(chǔ)器被嵌入在計(jì)算設(shè) 備中。
34. —種非易失性存儲(chǔ)器，包括存儲(chǔ)器單元的陣列，其中所述存儲(chǔ)器單元各自可被編程到閾值電壓電平的范圍之一； 用于為處在編程下的存儲(chǔ)器單元提供預(yù)定函數(shù)的部件，該函數(shù)產(chǎn)生編程電壓值作為存儲(chǔ)器單元被作為目標(biāo)編程到的閾值電壓電平的函數(shù)；用于利用具有增加的幅值的編程電壓來控制將存儲(chǔ)器單元編程到所述目標(biāo)閾值電壓電平的部件；以及用于在所述編程電壓基本達(dá)到由在所述目標(biāo)閾值電壓電平處估計(jì)的預(yù)定函數(shù)所確定 的值后，停止存儲(chǔ)器單元的編程的部件。
35. 如權(quán)利要求34所述的非易失性存儲(chǔ)器，還包括用于指定所述函數(shù)的檢查點(diǎn)作為可由相應(yīng)的檢查點(diǎn)編程電壓值編程的指定的檢查點(diǎn) 閾值電壓電平的部件；用于通過交替地編程和驗(yàn)證直到檢查點(diǎn)閾值電壓電平被編程驗(yàn)證來確定相應(yīng)的檢查 點(diǎn)編程電壓值的部件；以及用于在預(yù)定函數(shù)被用于確定將存儲(chǔ)器單元編程到目標(biāo)閾值電壓電平的編程電壓值之 前，當(dāng)在檢查點(diǎn)閾值電壓電平處估計(jì)時(shí)，校準(zhǔn)預(yù)定函數(shù)以產(chǎn)生檢查點(diǎn)編程電壓值的部件。
36. 如權(quán)利要求18-36中的任意一項(xiàng)所述的非易失性存儲(chǔ)器，其中所述存儲(chǔ)器單元是 被一起編程的一組存儲(chǔ)器單元中的一個(gè)。
全文摘要
在具有存儲(chǔ)器單元的陣列的非易失性存儲(chǔ)器中，其中這些存儲(chǔ)器單元各自可編程到閾值電壓電平的范圍之一，提供了一種預(yù)測(cè)編程模式，其中預(yù)定函數(shù)預(yù)測(cè)需要施加什么編程電壓電平以便將給定的存儲(chǔ)器單元編程到給定的目標(biāo)閾值電壓電平。以此方式，不需要進(jìn)行驗(yàn)證操作，由此極大地改善了編程操作的性能。在優(yōu)選實(shí)施例中，該預(yù)定函數(shù)是線性的，并且通過一個(gè)或多個(gè)檢查點(diǎn)對(duì)于處在編程下的每個(gè)存儲(chǔ)器單元校準(zhǔn)該預(yù)定函數(shù)。該檢查點(diǎn)是將討論的存儲(chǔ)器單元編程到被驗(yàn)證的指定閾值電壓電平的實(shí)際編程電壓。
文檔編號(hào)G11C16/10GK101711414SQ200880019574
公開日2010年5月19日 申請(qǐng)日期2008年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月10日
發(fā)明者勞爾-阿德里安·塞爾尼亞 申請(qǐng)人:桑迪士克公司