專(zhuān)利名稱(chēng)：使用索引編程和減少的驗(yàn)證的非易失性存儲(chǔ)器和方法
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(EEPROM)和快閃EEPROM之類(lèi)的 非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，并且具體地，涉及其中編程-驗(yàn)證操作的數(shù)量被最小化的存儲(chǔ)器 和編程操作。
背景技術(shù)：
能夠非易失性存儲(chǔ)電荷的固態(tài)存儲(chǔ)器、特別是被封裝為小型規(guī)格卡的EEPROM和 快閃EEPROM形式的固態(tài)存儲(chǔ)器最近成為各種移動(dòng)和手持設(shè)備、特別是信息裝置和消費(fèi)電 子產(chǎn)品中存儲(chǔ)選擇。不同于也是固態(tài)存儲(chǔ)器的RAM(隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)，閃存是非易失性存 儲(chǔ)器，并且即使在切斷電源之后仍保持它所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。盡管成本更高，但是閃存正被更多 地用于海量存儲(chǔ)應(yīng)用中?；谥T如硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)或軟盤(pán)之類(lèi)的旋轉(zhuǎn)磁介質(zhì)的傳統(tǒng)海量存儲(chǔ)不適 合于移動(dòng)和手持環(huán)境。這是因?yàn)楸P(pán)驅(qū)動(dòng)傾向于體積大，易出現(xiàn)機(jī)械故障，并且具有高等待時(shí) 間和高功率要求。這些不希望的屬性使得基于盤(pán)的存儲(chǔ)在大部分移動(dòng)和便攜式應(yīng)用中不實(shí) 用。另一方面，嵌入式和可移動(dòng)卡形式這兩種的閃存由于其小尺寸、低功耗、高速和高可靠 性特征而理想地適合于移動(dòng)和手持環(huán)境。EEPROM和電可編程只讀存儲(chǔ)器(EPROM)是可以被擦除、并使新數(shù)據(jù)寫(xiě)入或“被編 程”到其存儲(chǔ)器單元中的非易失性存儲(chǔ)器。在場(chǎng)效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)中，兩者利用在源極和漏極 區(qū)域之間的、位于半導(dǎo)體襯底中的溝道區(qū)之上的浮置(未連接)導(dǎo)電柵極。然后在浮置柵 極之上提供控制柵極。由被保留在浮置柵極上的電荷量來(lái)控制晶體管的閾值電壓特性。也 就是，對(duì)于浮置柵極上給定水平的電荷，存在必須在“導(dǎo)通”晶體管之前施加到控制柵極以 允許在其源極和漏極區(qū)之間導(dǎo)電的相應(yīng)電壓(閾值)。浮置柵極可以保持一個(gè)范圍的電荷，因此可以被編程到在閾值電壓窗內(nèi)的任何閾 值電壓電平。由器件的最小和最大閾值電平來(lái)界定(delimit)閾值電壓窗的大小，該最小 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。閾值窗通常取決于存儲(chǔ) 器器件的特性、工作條件和歷史。在該窗內(nèi)的每個(gè)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(chǔ)器狀態(tài)。當(dāng)將閾值電壓劃分為兩個(gè)不同區(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(lèi)似地，當(dāng)將閾值電壓窗劃分為多于兩個(gè)不同區(qū)域時(shí)，每個(gè) 存儲(chǔ)器單元將能夠存儲(chǔ)多于一位數(shù)據(jù)。在通常的兩狀態(tài)EEPROM單元中，建立至少一個(gè)電流分界點(diǎn)水平以將導(dǎo)電窗劃分 為兩個(gè)區(qū)域。當(dāng)通過(guò)施加預(yù)定的固定電壓來(lái)讀取單元時(shí)，其源極/漏極電流通過(guò)與分界點(diǎn) 水平(或參考電流IREF)相比較而被解析為存儲(chǔ)器狀態(tài)。如果讀取的電流高于分界點(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 分界點(diǎn)水平的電流，則確定該單元處于另一邏輯狀態(tài)(例如“1”狀態(tài))。從而，這樣的兩狀 態(tài)單元存儲(chǔ)一位數(shù)字信息。通常將可以從外部編程的參考電流源提供為存儲(chǔ)器系統(tǒng)的一部 分，以生成分界點(diǎn)水平電流。為了增大存儲(chǔ)器容量，隨著半導(dǎo)體技術(shù)的狀態(tài)進(jìn)步，正用越來(lái)越高的密度來(lái)制造快閃EEPROM器件。增大存儲(chǔ)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)。對(duì)于多狀態(tài)或多級(jí)EEPROM存儲(chǔ)器單元，導(dǎo)電窗被通過(guò)多于一個(gè)分界點(diǎn)劃分為多 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)。給定的EEPROM陣列可以存儲(chǔ)的信息 因此隨著每個(gè)單元可以存儲(chǔ)的狀態(tài)的數(shù)量而增加。在美國(guó)專(zhuān)利No. 5172338中描述了具有 多狀態(tài)或多級(jí)存儲(chǔ)器單元的EEPROM或快閃EEPR0M。通常通過(guò)兩種機(jī)制之一來(lái)將充當(dāng)存儲(chǔ)器單元的晶體管編程到“已編程”狀態(tài)。在 “熱電子注入”中，施加到漏極的高電壓加速了穿過(guò)襯底溝道區(qū)的電子。同時(shí)，施加到控制柵 極的高電壓拉動(dòng)熱電子經(jīng)過(guò)薄柵極電介質(zhì)到浮置柵極上。在“隧穿注入”中，相對(duì)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?？梢酝ㄟ^(guò)多種機(jī)制來(lái)擦除存儲(chǔ)器器件。對(duì)于EPR0M，可通過(guò)紫外線輻射從浮置柵極 移除電荷而大量擦除該存儲(chǔ)器。對(duì)于EEPR0M，可通過(guò)相對(duì)于控制柵極向襯底施加高電壓以 便誘導(dǎo)浮置柵極中的電子遂穿過(guò)薄氧化物到襯底溝道區(qū)(即，i^owler-Nordheim隧穿)而電 擦除存儲(chǔ)器單元。通常，EEPROM可逐字節(jié)擦除。對(duì)于快閃EEPR0M，在塊可由存儲(chǔ)器的512 字節(jié)或更多組成的情況下，該存儲(chǔ)器可一次性電擦除或一次一個(gè)或多個(gè)塊地電擦除。存儲(chǔ)器器件通常包括可以被安裝在卡上的一個(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(xiě)和讀電路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)器器件利用進(jìn)行智能和更高級(jí)的存儲(chǔ)器操作和接口的外部存儲(chǔ)器控制器而工作。存在現(xiàn)今正使用的許多商業(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EEPR0M，或可以使用其他類(lèi)型的非易失性存儲(chǔ)器單元。在美國(guó)專(zhuān)利 No. 5070032、5095344、5315541、5343063 和 5661053,5313421 和 6222762 中給出 了 閃存和系 統(tǒng)及其制造方法的例子。具體地，在美國(guó)專(zhuān)利No. 5570315,5903495,6046935中描述了具有 NAND串結(jié)構(gòu)的閃存器件。而且還由具有用于存儲(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。取代先前描述的導(dǎo)電浮置柵極元件，使用介電層。由Eitan等人的“NR0M: A Novel Localized Trapping,2-Bit Nonvolatile Memory Cell，，， IEEE ElectronDevice Letters, Vol. 21, No. 11，2000年11月，543-545頁(yè)描述了利用介電存儲(chǔ)元件的這種存儲(chǔ)器 器件。0N0介電層延伸穿過(guò)在源極和漏極擴(kuò)散之間的溝道。用于一個(gè)數(shù)據(jù)位的電荷被局限在 與漏極相鄰的介電層中，且用于另一數(shù)據(jù)位的電荷被局限在與源極相鄰的介電層中。例如， 美國(guó)專(zhuān)利No. 5768192和6011725公開(kāi)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(guò)分別讀取該電介質(zhì)中的空間分離的電荷存儲(chǔ)區(qū)域的二 進(jìn)制狀態(tài)來(lái)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，并行地讀取或編程陣列中的多個(gè)電荷存儲(chǔ)元件或存儲(chǔ) 器晶體管。從而，一起讀取或編程一“頁(yè)”的存儲(chǔ)器元件。在現(xiàn)有存儲(chǔ)器架構(gòu)中，一行通常 包含幾個(gè)交織的頁(yè)，或者它可能構(gòu)成一頁(yè)。一頁(yè)的所有存儲(chǔ)器元件將被一起讀取或編程。使用一系列交替的編程/驗(yàn)證周期的傳統(tǒng)編程技術(shù)用于處理編程過(guò)程中的不確 定性，其中響應(yīng)于VreM相對(duì)大的改變，單元的閾值電壓起初增長(zhǎng)很快。但是，隨著被編程到 浮置柵極中的電荷起屏蔽作用而減小了用于使電子進(jìn)一步隧穿到浮置柵極中的有效電場(chǎng)， 增長(zhǎng)變慢并最終停止。該過(guò)程表現(xiàn)出高度非線性，因此利用了試錯(cuò)(trial-and-error)方 法。編程/驗(yàn)證編程技術(shù)的缺點(diǎn)是，驗(yàn)證周期占用時(shí)間并影響性能。能夠存儲(chǔ)多位的
7存儲(chǔ)器單元的實(shí)現(xiàn)加劇了該問(wèn)題?；旧闲枰獙?duì)于存儲(chǔ)器單元的可能的多個(gè)狀態(tài)中的每個(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)證周期可能導(dǎo)致高 達(dá)16個(gè)感測(cè)操作。從而，隨著在多級(jí)存儲(chǔ)器單元(“MLC”)中可區(qū)分的狀態(tài)級(jí)數(shù)量的增加， 編程/驗(yàn)證方案的驗(yàn)證周期變得越來(lái)越耗時(shí)。由 Loc Tu等人于 2006年9 月 12 日提交的題為"Method for Non-voIatiIeMemory with Linear Estimation of Initial Programming Voltage，，的美國(guó)專(zhuān)禾丨J 申請(qǐng)序列號(hào) 11/531227公開(kāi)了通過(guò)線性估算來(lái)估算初始編程電壓的方法。為了實(shí)現(xiàn)非易失性存儲(chǔ)器的 良好編程性能，必須在工廠時(shí)最優(yōu)地選擇初始編程電壓Vreffil和步長(zhǎng)大小。這通過(guò)測(cè)試每頁(yè) 的存儲(chǔ)器單元來(lái)完成。通過(guò)在脈沖之間具有驗(yàn)證的一系列階梯波形的電壓脈沖來(lái)連續(xù)編程 與所選擇的頁(yè)耦接的字線，直到該頁(yè)被驗(yàn)證為指定樣式(pattern)。通過(guò)線性縮放(scale) 回到該頁(yè)的起始編程電壓的初始值，編程驗(yàn)證該頁(yè)時(shí)的編程電壓將被用于估算。通過(guò)將來(lái) 自第一遍(pass)的估算用在第二遍中來(lái)進(jìn)一步細(xì)化估算。從而，傳統(tǒng)的交替編程和驗(yàn)證被 用于建立最終編程電壓，用于成功對(duì)頁(yè)編程。然后，將最終編程電壓線性縮放回為達(dá)到該頁(yè) 的所估算的初始編程電壓。這種類(lèi)型的縮放在總規(guī)模上是頁(yè)級(jí)別的，并且沒(méi)有克服在基于 逐單元的領(lǐng)域中的傳統(tǒng)編程和驗(yàn)證存儲(chǔ)器的缺點(diǎn)。具體地，傳統(tǒng)編程要求在每個(gè)脈沖之間的驗(yàn)證操作。當(dāng)將存儲(chǔ)器劃分為許多存儲(chǔ) 器狀態(tài)時(shí)，驗(yàn)證操作必須在每個(gè)脈沖之間檢查許多狀態(tài)。驗(yàn)證操作的數(shù)量隨狀態(tài)劃分?jǐn)?shù)量 的平方增加。從而，對(duì)于每單元保存3位或更多位數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器，驗(yàn)證操作的數(shù)量變得極其 大。為了改善編程分辨率，傳統(tǒng)方法是使編程脈沖步長(zhǎng)大小更精細(xì)。但是，這具有成比 例增加編程所需的脈沖數(shù)量、從而增加編程時(shí)間的效果。此外，編程脈沖的增加將增加傳統(tǒng) 方法中交叉驗(yàn)證的數(shù)量。因此，存在對(duì)高容量和高性能非易失性存儲(chǔ)器的普遍需要。特別地，存在對(duì)具有使 前述缺點(diǎn)最小化的改善編程性能的高容量非易失性存儲(chǔ)器的需要。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)一般方面，在一組存儲(chǔ)器單元上并行工作的多遍索引編程方法 包括為每個(gè)單元維持編程索引，以便提供諸如該單元接收的最后的編程電壓電平之類(lèi)的信 息，使得在隨后遍的編程中，可以相對(duì)于編程索引對(duì)該單元編程或禁止編程。優(yōu)選地，在每遍編程，將作為階梯脈沖串形式的一系列遞增的脈沖的編程電壓施 加到該組存儲(chǔ)器單元，使得隨著脈沖計(jì)數(shù)的增加，存儲(chǔ)器單元被暴露于增加的編程電壓。在 優(yōu)選實(shí)施例中，每個(gè)離散編程電壓電平被方便地表達(dá)為脈沖計(jì)數(shù)或脈沖數(shù)。類(lèi)似地，根據(jù)脈 沖數(shù)來(lái)表達(dá)編程索引。在該組存儲(chǔ)器單元組的一遍編程中，該組中的單元的編程索引用于控制相對(duì)于每 個(gè)遞增脈沖允許還是禁止編程。在第一實(shí)現(xiàn)方式中，從存儲(chǔ)器單元的初始編程經(jīng)歷獲取單元的編程索引。編程索 引存儲(chǔ)在一遍編程期間在單元被禁止編程之前施加到該單元的最后的編程電壓電平或脈 沖數(shù)。通過(guò)如傳統(tǒng)的交織編程/驗(yàn)證方法中那樣交織編程和驗(yàn)證步驟來(lái)建立每個(gè)單元的編 程索引。在該組中的單元已被編程驗(yàn)證之后禁止該單元的編程，并將最后的脈沖數(shù)記錄為它的編程索引。雖然該實(shí)現(xiàn)方式可能導(dǎo)致更多的驗(yàn)證步驟，但是這更不太可能過(guò)度編程任 何單元。然后，可以在隨后遍的編程中有利地使用為每個(gè)單元建立的編程索引來(lái)節(jié)省驗(yàn)證步驟。在第二實(shí)現(xiàn)方式中，將單元的編程索引初始設(shè)置為用于將該單元編程到接近但不 超過(guò)其目標(biāo)狀態(tài)的估算的最大編程電壓電平。隨著階梯脈沖串被施加到該組中的每個(gè)單 元，單元在達(dá)到由它的編程索引指示的期望最大編程電壓電平之后被禁止進(jìn)一步編程。階 梯脈沖串的后續(xù)脈沖對(duì)所禁止的單元將沒(méi)有影響。在該遍編程的最后，該組中的每個(gè)單元 將被編程到接近每個(gè)各自的目標(biāo)狀態(tài)，并且每個(gè)編程索引將反映每個(gè)單元接收到的最后的 編程電壓電平。在第三實(shí)現(xiàn)方式中，從存儲(chǔ)器單元的初始編程經(jīng)歷估算單元的編程索引。具體地， 通過(guò)每個(gè)脈沖之后跟有驗(yàn)證的一系列編程脈沖來(lái)將存儲(chǔ)器單元從被擦除狀態(tài)編程到給定 閾值電壓電平，該給定閾值電壓電平用作校驗(yàn)點(diǎn)并校準(zhǔn)預(yù)測(cè)函數(shù)，從該預(yù)測(cè)函數(shù)獲取對(duì)于 給定目標(biāo)閾值電壓電平的編程索引或編程電壓電平。通過(guò)由一個(gè)或多個(gè)校驗(yàn)點(diǎn)校準(zhǔn)的預(yù)測(cè) 方法來(lái)獲取編程索引。在一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)線性函數(shù)來(lái)近似預(yù)定函數(shù)，該線性函數(shù)成比例地產(chǎn)生給 定目標(biāo)閾值電壓電平的編程電壓電平。該線性函數(shù)具有由可施加到存儲(chǔ)器陣列的全體 (population)單元的預(yù)定平均值給出的斜率。通過(guò)預(yù)定對(duì)于給定存儲(chǔ)器單元的線性函數(shù) 上的校驗(yàn)點(diǎn)來(lái)唯一地確定對(duì)于給定存儲(chǔ)器單元的線性函數(shù)。校驗(yàn)點(diǎn)基于將存儲(chǔ)器單元編程 到指定閾值電壓電平的實(shí)際編程電壓。校驗(yàn)點(diǎn)優(yōu)選地對(duì)應(yīng)于存儲(chǔ)器單元的最低編程狀態(tài)之 一。通過(guò)利用例如傳統(tǒng)編程/驗(yàn)證編程技術(shù)，將存儲(chǔ)器單元初始編程到校驗(yàn)點(diǎn)。以此方式， 確定將存儲(chǔ)器單元編程到指定存儲(chǔ)器狀態(tài)所需的實(shí)際編程電壓的校驗(yàn)點(diǎn)值。從而，在被用 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)在校驗(yàn)點(diǎn)閾值電壓電 平處評(píng)估時(shí)，校準(zhǔn)預(yù)定函數(shù)以產(chǎn)生校驗(yàn)點(diǎn)編程電壓值。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。驗(yàn)證操作僅需要驗(yàn) 證校驗(yàn)點(diǎn)狀態(tài)而不是存儲(chǔ)器的所有可能狀態(tài)。執(zhí)行另外的各遍編程以改善編程準(zhǔn)確度并收緊多狀態(tài)存儲(chǔ)器中的每個(gè)存儲(chǔ)器狀 態(tài)的分布。索引編程的優(yōu)點(diǎn)是，可以編程單元組而在該遍編程的每個(gè)編程脈沖之間無(wú)需驗(yàn)證 步驟。這將極大改善編程操作的性能。根據(jù)本發(fā)明的另一一般方面，在一組存儲(chǔ)器單元上并行工作的多遍索引編程方法 包括初始遍編程和對(duì)每個(gè)單元的編程索引的構(gòu)建。初始遍編程之后跟有驗(yàn)證步驟和另外的 各遍編程以修整(trim)初始遍的任何差量(short-fall)。通過(guò)使用索引編程，執(zhí)行多遍編 程并且驗(yàn)證操作的數(shù)量降低很多。在下一遍編程期間，驗(yàn)證過(guò)的單元被禁止進(jìn)一步編程。使得能夠通過(guò)超過(guò)上一遍 編程中的脈沖的一個(gè)脈沖來(lái)編程未驗(yàn)證的單元。重復(fù)驗(yàn)證步驟和編程遍，直到該組中所有 單元被驗(yàn)證到它們各自的目標(biāo)狀態(tài)。以此方式，能夠通過(guò)在執(zhí)行驗(yàn)證步驟之前施加整個(gè)一 連串的脈沖串來(lái)將一頁(yè)的存儲(chǔ)器單元準(zhǔn)確地并行編程到它們各自的目標(biāo)狀態(tài)。索引編程的優(yōu)點(diǎn)是，可以編程單元組而該遍編程的每個(gè)編程脈沖之間無(wú)需驗(yàn)證步 驟。索引編程將極大地改善編程操作的性能。
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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圖示了針對(duì)浮置柵極可以在任何一個(gè)時(shí)刻選擇性存儲(chǔ)的四個(gè)不同電荷 Q1-Q4、在源極-漏極電流k和控制柵極電壓Vee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)器單元串。圖5B圖示了由諸如圖5A所示的NAND串50構(gòu)成的存儲(chǔ)器單元的NAND陣列200 的例子。圖6圖示了圖1所示的讀/寫(xiě)電路270A和270B，其包含跨過(guò)存儲(chǔ)器單元陣列的一 排(bank) ρ個(gè)感測(cè)模塊。圖7示意性地圖示了圖6所示的感測(cè)模塊的優(yōu)選組織。圖8更詳細(xì)地圖示了圖7所示的讀/寫(xiě)堆疊。圖9(0)-9 )圖示了編程4狀態(tài)存儲(chǔ)器單元的全體(population)的例子。圖10(0)-10 )圖示了編程8狀態(tài)存儲(chǔ)器單元的全體的例子。圖11圖示了用于將4狀態(tài)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12是圖示使用傳統(tǒng)交替編程/驗(yàn)證算法來(lái)編程一頁(yè)的編程脈沖和驗(yàn)證周期的 估算數(shù)量的表格。圖13是圖示索引編程方法的一般方案的流程圖。圖14Α是圖示根據(jù)第一實(shí)現(xiàn)方式提供存儲(chǔ)器單元的編程索引的流程圖。圖14Β是圖示獲取存儲(chǔ)器單元的編程索引的第二實(shí)現(xiàn)方式的流程圖。圖14C是圖示使用通過(guò)一個(gè)或多個(gè)校驗(yàn)點(diǎn)校準(zhǔn)的預(yù)測(cè)函數(shù)來(lái)獲取存儲(chǔ)器單元的 編程索引的第三實(shí)現(xiàn)方式的流程圖。圖14D是圖示根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的獲取存儲(chǔ)器單元的編程索引的第三實(shí)現(xiàn)方式的 流程圖。圖14Ε是圖示根據(jù)另一實(shí)施例的獲取存儲(chǔ)器單元的編程索引的第三實(shí)現(xiàn)方式的 流程圖。圖15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16圖示了對(duì)于與在擦除狀態(tài)之上的第一編程狀態(tài)對(duì)應(yīng)的校驗(yàn)點(diǎn)的優(yōu)選指定。圖17圖示了在第一遍編程中利用的并用于建立每個(gè)單元的編程索引的預(yù)測(cè)編程。圖18Α是圖示用步長(zhǎng)大小設(shè)備編程電壓、使得每個(gè)另外的脈沖將把存儲(chǔ)器單元編 程到下一存儲(chǔ)器狀態(tài)的流程圖。圖18Β示意性地圖示了經(jīng)歷第一遍編程的存儲(chǔ)器單元的閾值電壓。圖19是圖示建立存儲(chǔ)器單元的編程索引的優(yōu)選實(shí)現(xiàn)方式的流程圖。圖20㈧>20 (B)和20(C)分別圖示了對(duì)于圖18Β所示的“常規(guī)”單元、“慢”單元和 “非常慢”單元的圖19的鎖存操作。
圖21是圖示索引編程方法的優(yōu)選實(shí)施例的流程圖。圖22圖示了用于修整(trimming)第一遍之后的編程結(jié)果的圖21的步驟820所 示的另外的驗(yàn)證和各遍編程。圖23示意性地圖示了用于存儲(chǔ)驗(yàn)證狀態(tài)標(biāo)記的鎖存器。圖24A是圖示通過(guò)使用驗(yàn)證狀態(tài)標(biāo)記而使得未驗(yàn)證的存儲(chǔ)器單元能夠進(jìn)一步編 程的方法的流程圖。圖24B是圖示通過(guò)偏移存儲(chǔ)器單元的編程索引而使得未驗(yàn)證的存儲(chǔ)器單元能夠 進(jìn)一步編程的方法的流程圖。圖24C是圖示通過(guò)偏移脈沖計(jì)數(shù)而使得未驗(yàn)證的存儲(chǔ)器單元能夠進(jìn)一步編程的 方法的流程圖。圖25是圖示使用索引編程技術(shù)來(lái)編程頁(yè)的編程脈沖和驗(yàn)證周期的估算數(shù)量的表 格。圖沈圖示了相關(guān)多遍編程應(yīng)用到圖21所示的各遍索引編程。圖27圖示了通過(guò)使用多遍編程收緊(tighten)存儲(chǔ)器狀態(tài)的閾值電壓分布。圖28A是示出對(duì)于存儲(chǔ)器狀態(tài)的各種劃分、在傳統(tǒng)多遍編程中使用的編程脈沖數(shù) 量的表格。圖28B是示出對(duì)于存儲(chǔ)器狀態(tài)的各種劃分、在相關(guān)多遍編程中使用的編程脈沖數(shù) 量的表格。圖四是圖示在各遍之間利用相關(guān)編程電平的多遍編程方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式存儲(chǔ)器系統(tǒng)圖1至圖10圖示了其中可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的各個(gè)方面的示例存儲(chǔ)器系統(tǒng)。圖11和圖12圖示了傳統(tǒng)編程技術(shù)。圖13至圖四圖示了本發(fā)明的各個(gè)方面和各實(shí)施例。圖1示意性地圖示了其中可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的非易失性存儲(chǔ)器芯片的功能塊。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以及諸如解碼器、讀/寫(xiě)電路和 復(fù)用器之類(lèi)的外圍電路。存儲(chǔ)器陣列200可經(jīng)由行解碼器230(被分為230A、230B)由字線來(lái)尋址，以及經(jīng) 由列解碼器260(被分為^0A、260B)由位線來(lái)尋址(還見(jiàn)圖4和5)。讀/寫(xiě)電路270(被 分為270A、270B)允許并行地讀取或編程一頁(yè)存儲(chǔ)器單元。數(shù)據(jù)I/O總線231耦接到讀/ 寫(xiě)電路270。在優(yōu)選實(shí)施例中，一頁(yè)由共享同一字線的一連續(xù)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)器單元被劃分為多頁(yè)的情況下，提供塊復(fù)用器250 (被分離為250A和 250B)來(lái)將讀/寫(xiě)電路270復(fù)用到各個(gè)頁(yè)。例如，分別由奇數(shù)和偶數(shù)列存儲(chǔ)器單元形成的兩 頁(yè)被復(fù)用到讀/寫(xiě)電路。圖1圖示了其中在該陣列的相對(duì)側(cè)上以對(duì)稱(chēng)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)由各種外圍電路對(duì)存 儲(chǔ)器陣列200的訪問(wèn)、使得在每側(cè)的訪問(wèn)線和電路的密度減少一半的優(yōu)選布置。因此，行解 碼器被分為行解碼器230A和230B，且列解碼器被分為列解碼器^OA和^0B。在其中一行
11存儲(chǔ)器單元被劃分為多頁(yè)的實(shí)施例中，頁(yè)復(fù)用器250被分為頁(yè)復(fù)用器250A和250B。類(lèi)似 地，讀/寫(xiě)電路270被分為連接到來(lái)自陣列200的底部的位線的讀/寫(xiě)電路270A和連接到 來(lái)自陣列200的頂部的位線的讀/寫(xiě)電路270B。以此方式，讀/寫(xiě)模塊的密度以及因此的 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(xiě)電路270協(xié)作以對(duì)存儲(chǔ)器陣列200進(jìn)行存儲(chǔ)器操作的芯 片上控制器?？刂齐娐?10通常包括狀態(tài)機(jī)112和諸如芯片上地址解碼器和功率控制模塊 (未明確示出)的其他電路。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通常被組織為按行和列排列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類(lèi)型或NAND類(lèi)型架構(gòu)來(lái)形成該陣列。圖2示意性圖示了非易失性存儲(chǔ)器單元?？梢杂删哂兄T如浮置柵極或介電層的電 荷存儲(chǔ)單元20的場(chǎng)效應(yīng)晶體管來(lái)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。存在現(xiàn)今正使用的許多商業(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 可以使用不同類(lèi)型存儲(chǔ)器單元，每個(gè)類(lèi)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EEPR0M。在美國(guó)專(zhuān)利No. 5595924 中給出了 EEPROM單元及其制造方法的例子。在美國(guó)專(zhuān)利No. 5070032,5095344,5315541, 5343063,5661053,5313421和6222762中給出了快閃EEPROM單元、其在存儲(chǔ)器系統(tǒng)中的 使用及其制造方法的例子。具體地，在美國(guó)專(zhuān)利No. 5570315,5903495和6046935中描述 了具有NAND單元結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器器件的例子。而且，已經(jīng)在Eitan等人的“NORM =ANovel Localized Trapping,2-Bit Nonvolatile Memory CellIEEE ElectronDevice Letters, Vol. 21, No. 11，2000年11月，543-545頁(yè)中以及在美國(guó)專(zhuān)利No. 5768192和6011725中描述 了利用介電存儲(chǔ)元件的存儲(chǔ)器器件的例子。實(shí)際上，通常通過(guò)在向控制柵極施加參考電壓時(shí)感測(cè)穿過(guò)單元的源極和漏極電極 的導(dǎo)電電流來(lái)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)給定電荷， 可以檢測(cè)關(guān)于固定的參考控制柵極電壓的相應(yīng)導(dǎo)電電流。類(lèi)似地，可編程到浮置柵極上的 電荷的范圍定義了相應(yīng)的閾值電壓窗或相應(yīng)的導(dǎo)電電流窗。或者，取代檢測(cè)在劃分的電流窗之間的導(dǎo)電電流，能夠在控制柵極處為在測(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)電電流是低于還是高于閾值電流。在一個(gè)實(shí)施 方式中，通過(guò)檢查導(dǎo)電電流經(jīng)過(guò)位線的電容而放電的速率來(lái)實(shí)現(xiàn)相對(duì)于閾值電流對(duì)導(dǎo)電電 流的檢測(cè)。圖3圖示了對(duì)于浮置柵極可以在任何一個(gè)時(shí)間選擇性地存儲(chǔ)的四個(gè)不同的電荷 Q1-Q4的源極-漏極電流Id和控制柵極電壓Vra之間的關(guān)系。四條實(shí)線Id對(duì)VCG曲線表示 分別對(duì)應(yīng)于四個(gè)不同的存儲(chǔ)器狀態(tài)的、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。作為例子，全體(population)單元的閾值電壓窗可以是從0. 5V到3. 5V的范 圍?？梢酝ㄟ^(guò)將閾值窗劃分為每個(gè)以大約0. 5V為間隔的五個(gè)區(qū)域來(lái)界定分別表示一個(gè)擦 除狀態(tài)和六個(gè)編程狀態(tài)的七個(gè)可能的存儲(chǔ)器狀態(tài)“0”、“1”、“2”、“3”、“4”、“5”、“6”。例如， 如果如所示地使用2 μ A的參考電流Ikef，則用Ql編程的單元可以被認(rèn)為是處于存儲(chǔ)器狀態(tài) “1”，因?yàn)槠淝€與Ikef在由VCG = 0. 5V和1. OV界定的閾值窗的區(qū)域中相交。類(lèi)似地，Q4
12處于存儲(chǔ)器狀態(tài)“5”。如從上述描述中可看出，使得存儲(chǔ)器單元存儲(chǔ)的狀態(tài)越多，則其閾值窗劃分得越 精細(xì)。例如，存儲(chǔ)器器件可以具有擁有范圍從-1.5V到5V的閾值窗的存儲(chǔ)器單元。這提供 了 6. 5V的最大寬度。如果該存儲(chǔ)器單元要存儲(chǔ)16個(gè)狀態(tài)，每個(gè)狀態(tài)可以占據(jù)閾值窗中的 200mv到300mv。這將需要在編程和讀取操作中更高的精度，以便能夠?qū)崿F(xiàn)所需的分辨率。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(guò)其源極14和漏極16以菊鏈方式連接。該設(shè)計(jì)有時(shí)被稱(chēng)為虛擬接地設(shè)計(jì)。一行中的 單元10使得其控制柵極30連接到諸如字線42的字線。一列中的單元使得其源極和漏極 分別連接到諸如位線34和36的所選位線。圖5A示意性地圖示了被組織為NAND串的一串存儲(chǔ)器單元。NAND串50由通過(guò)其
源極和漏極菊鏈連接的一系列存儲(chǔ)器晶體管M1、M2......Mn(例如，n = 4、8、16或更高)組
成。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串的源極端討和漏極端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)，源極端耦接到源極線(見(jiàn) 圖5B)。類(lèi)似地，當(dāng)漏極選擇晶體管S2導(dǎo)通時(shí)，NAND串的漏極端耦接到該存儲(chǔ)器陣列的位 線。在該鏈中的每個(gè)存儲(chǔ)器晶體管10用作存儲(chǔ)器單元。其具有電荷存儲(chǔ)元件20來(lái)存儲(chǔ)給 定量的電荷，以便表示想要的存儲(chǔ)器狀態(tài)。每個(gè)存儲(chǔ)器晶體管的控制柵極30允許對(duì)讀和寫(xiě) 操作的控制。如將在圖5B中看到，一行NAND串的相應(yīng)存儲(chǔ)器晶體管的控制柵極30全部連 接到同一字線。類(lèi)似地，每個(gè)選擇晶體管Si、S2的控制柵極32提供分別經(jīng)由其源極端M 和漏極端56對(duì)NAND串的控制訪問(wèn)。同樣，一行NAND串的相應(yīng)選擇晶體管的控制柵極32 全部連接到同一選擇線。當(dāng)在編程期間讀取或驗(yàn)證NAND串中的被尋址的存儲(chǔ)器晶體管10時(shí)，其控制柵極 30被供應(yīng)了適當(dāng)?shù)碾妷骸Ｍ瑫r(shí)，NAND串50中的其余未被尋址的存儲(chǔ)器晶體管通過(guò)在其控 制柵極上施加足夠的電壓而完全導(dǎo)通。以此方式，從各個(gè)存儲(chǔ)器晶體管的源極到NAND串的 源極端M有效地建立了導(dǎo)電路徑，且對(duì)各個(gè)存儲(chǔ)器晶體管的漏極到該單元的漏極端56類(lèi) 似。在美國(guó)專(zhuān)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50組成的存儲(chǔ)器單元的NAND陣列200 的例子。沿著每列NAND串，諸如位線36的位線耦接到每個(gè)NAND串的漏極端56。沿著每 排(bank) NAND串，諸如源極線34的源極線耦接到每個(gè)NAND串的源極端M。而且沿著一 排NAND串中的一行存儲(chǔ)器單元的控制柵極被連接到諸如字線42的字線。沿著一排NAND 串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。在一排NAND串中 的整行存儲(chǔ)器單元可以通過(guò)該排NAND串的字線和選擇線上的適當(dāng)電壓而被尋址。當(dāng)NAND 串內(nèi)的存儲(chǔ)器晶體管正被讀取時(shí)，該串中的剩余存儲(chǔ)器晶體管經(jīng)由其相關(guān)的字線而硬導(dǎo) 通(turned on hard)，使得流過(guò)該串的電流主要取決于被讀取的單元中所存儲(chǔ)的電荷的水 平。感測(cè)電路和技術(shù)圖6圖示了圖1所示的讀/寫(xiě)電路270A和270B，其包含跨過(guò)存儲(chǔ)器單元陣列的一 排P個(gè)感測(cè)模塊。并行工作的整排P個(gè)感測(cè)模塊480允許沿著一行P個(gè)單元10的塊(或 頁(yè))被并行讀取或編程。實(shí)質(zhì)上，感測(cè)模塊1將感測(cè)單元1中的電流I1，感測(cè)模塊2將感測(cè)單元2中的電流12，......，感測(cè)模塊ρ將感測(cè)單元ρ中的電流Ip，等等。從源極線34流
出到集合節(jié)點(diǎn)CLSRC并從那里到地的對(duì)于頁(yè)的總單元電流iTOT將是ρ個(gè)單元中所有電流之 和。在傳統(tǒng)存儲(chǔ)器架構(gòu)中，具有公共字線的一行存儲(chǔ)器單元形成兩頁(yè)或多頁(yè)，其中一頁(yè)中的 存儲(chǔ)器單元被并行讀取和編程。在一行具有兩頁(yè)的情況下，由偶數(shù)位線存取一頁(yè)，并由奇數(shù) 位線存取另一頁(yè)。一頁(yè)的感測(cè)電路在任何一個(gè)時(shí)間與偶數(shù)位線或奇數(shù)位線相耦接。在該情 況下，提供頁(yè)復(fù)用器250A和250B以將讀/寫(xiě)電路270A和270B分別復(fù)用到各個(gè)頁(yè)。在基于56nm技術(shù)的當(dāng)前生產(chǎn)的芯片中，ρ > 64000，并且在43nm 32G位X 4芯片 中，ρ > 150000。在優(yōu)選實(shí)施例中，塊是一連串(rim)的整行單元。這是所謂的“全位線 (all bit-line)”架構(gòu)，其中頁(yè)由分別與鄰近位線耦接的一行鄰近的存儲(chǔ)器單元構(gòu)成。在另 一實(shí)施例中，塊是行中單元的子集。例如，單元的子集可以是整行的一半或者整行的四分之 一。單元的子集可以是一連串的臨近單元或者每隔一個(gè)的單元、或者每隔一定數(shù)量的單元。 每個(gè)感測(cè)模塊經(jīng)由位線與存儲(chǔ)器單元耦接，并包括用于感測(cè)存儲(chǔ)器單元的導(dǎo)電電流的感測(cè) 放大器。通常，如果讀/寫(xiě)電路分布在存儲(chǔ)器陣列的相對(duì)側(cè)上，則該排的P個(gè)感測(cè)模塊將分 布在讀/寫(xiě)電路270A和270B的兩個(gè)集合之間。圖7示意性地圖示了圖6所示的感測(cè)模塊的優(yōu)選組織。將包含ρ個(gè)感測(cè)模塊的讀 /寫(xiě)電路270A和270B分組為一排讀/寫(xiě)堆疊400。圖8更詳細(xì)地圖示了圖7所示的讀/寫(xiě)堆疊。每個(gè)讀/寫(xiě)堆疊400在一組k條位
線上并行工作。如果頁(yè)具有P = r*k條位線，則將有r個(gè)讀/寫(xiě)堆疊400-1.....400-r。實(shí)
質(zhì)上，該架構(gòu)使得由公共處理器500服務(wù)于k個(gè)感測(cè)模塊的每個(gè)堆疊以節(jié)省空間。公共處 理器500基于位于感測(cè)模塊480的鎖存器中和位于數(shù)據(jù)鎖存器430處的鎖存器中的電流值 和來(lái)自狀態(tài)機(jī)112的控制，計(jì)算將被存儲(chǔ)在那些鎖存器中的被更新的數(shù)據(jù)。在2006年6月 29日的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)號(hào)US-2006-0140007-A1中公開(kāi)了公共處理器的詳細(xì)描述，其全 部公開(kāi)內(nèi)容通過(guò)引用合并于此。并行工作的整排被劃分的讀/寫(xiě)堆疊400允許沿著一行的ρ個(gè)單元的塊(或頁(yè)) 被并行讀取或編程。從而，對(duì)于整行單元將有P個(gè)讀/寫(xiě)模塊。因?yàn)槊總€(gè)堆疊服務(wù)于k個(gè) 存儲(chǔ)器單元，因此該排中讀/寫(xiě)堆疊的總數(shù)由r = p/k給出。例如，如果r是該排中堆疊的 數(shù)量，則P = r*k。一個(gè)示例存儲(chǔ)器陣列可以具有ρ = 150000，k = 8，因此r = 18750。諸如400-1之類(lèi)的每個(gè)讀/寫(xiě)堆疊實(shí)際上包含并行服務(wù)于一段(segment) k個(gè)存 儲(chǔ)器單元的感測(cè)模塊480-1至480-k的堆疊。頁(yè)控制器410將控制和定時(shí)信號(hào)經(jīng)由線路411 提供給讀/寫(xiě)電路370。頁(yè)控制器本身經(jīng)由線路311而依賴(lài)于存儲(chǔ)器控制器310。每個(gè)讀 /寫(xiě)堆疊400中的通信受互連堆疊總線431影響并被頁(yè)控制器410控制。控制線411將控 制和時(shí)鐘信號(hào)從頁(yè)控制器410提供給讀/寫(xiě)堆疊400-1的組件。在優(yōu)選布置中，將堆疊總線劃分為用于在公共處理器500和感測(cè)模塊480的堆疊 之間通信的SABus(SA總線)422以及用于在處理器和數(shù)據(jù)鎖存器430的堆疊之間通信的 DBus (D 總線)423。數(shù)據(jù)鎖存器430的堆疊由數(shù)據(jù)鎖存器430-1至430_k組成，對(duì)于與堆疊相關(guān)聯(lián)的 每個(gè)存儲(chǔ)器單元存在一個(gè)數(shù)據(jù)鎖存器。I/O模塊440使得數(shù)據(jù)鎖存器能夠經(jīng)由I/O總線231 與外部交換數(shù)據(jù)。公共處理器還包括輸出507，用于輸出指示諸如錯(cuò)誤情況之類(lèi)的存儲(chǔ)器操作狀態(tài)的狀態(tài)信號(hào)。該狀態(tài)信號(hào)用于驅(qū)動(dòng)在線或(Wired-Or)配置中與標(biāo)記總線(FLAG BUS) 509 相聯(lián)系的η晶體管550的柵極。標(biāo)記總線優(yōu)選地由控制器310預(yù)充電，并在任何讀/寫(xiě)堆 疊對(duì)狀態(tài)信號(hào)賦值(asserted)時(shí)將被拉低。多狀杰存儲(chǔ)器劃分的例子已經(jīng)結(jié)合圖3描述了其中每個(gè)存儲(chǔ)器單元存儲(chǔ)多位數(shù)據(jù)的非易失性存儲(chǔ)器。具體 例子是由場(chǎng)效應(yīng)晶體管的陣列形成的存儲(chǔ)器，每個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管具有在其溝道區(qū)和其控制 柵極之間的電荷存儲(chǔ)層。電荷存儲(chǔ)層或單元可以存儲(chǔ)一個(gè)范圍的電荷，引起對(duì)于每個(gè)場(chǎng)效 應(yīng)晶體管的一個(gè)范圍的閾值電壓?？赡荛撝惦妷旱姆秶缍仁情撝荡?。當(dāng)將閾值窗劃分為 閾值電壓的多個(gè)子范圍或區(qū)帶(zone)時(shí)，每個(gè)可分辨的區(qū)帶用于代表存儲(chǔ)器單元的不同 存儲(chǔ)器狀態(tài)?？梢酝ㄟ^(guò)一個(gè)或多個(gè)二進(jìn)制位來(lái)編碼多個(gè)存儲(chǔ)器狀態(tài)。例如，被劃分為四個(gè) 區(qū)帶的存儲(chǔ)器單元可以支持可以被編碼為2位數(shù)據(jù)的四個(gè)狀態(tài)。類(lèi)似地，被劃分為八個(gè)區(qū) 帶的存儲(chǔ)器單元可以支持可以被編碼為3位數(shù)據(jù)的八個(gè)存儲(chǔ)器狀態(tài)，等等。圖9(0)-9 )圖示了編程4狀態(tài)存儲(chǔ)器單元全體的例子。圖9(0)圖示了可編程 到分別代表存儲(chǔ)器狀態(tài)“0”、“1”、“2”和“3”的閾值電壓的四個(gè)不同分布中的存儲(chǔ)器單元 的全體。圖9(1)圖示了被擦除的存儲(chǔ)器的“被擦除的”閾值電壓的初始分布。圖9 )圖 示了在編程了許多存儲(chǔ)器單元之后的存儲(chǔ)器的例子。實(shí)質(zhì)上，單元初始地具有“被擦除的” 閾值電壓，并且編程將把它移動(dòng)到更高的值而進(jìn)入由DVp DV2, DV3劃界的三個(gè)區(qū)帶之一中。 以此方式，每個(gè)存儲(chǔ)器單元可以被編程到三個(gè)編程狀態(tài)“ 1 ”、“ 2 ”和“ 3 ”之一，或者在“被擦 除”狀態(tài)中保持未被編程。隨著存儲(chǔ)器得到更多的編程，如圖9(1)所示的“被擦除”狀態(tài)的 初始分布將變得更窄，并且由“ 0 ”狀態(tài)代表被擦除狀態(tài)。具有較低位和較高位的2位代碼可以用于代表四個(gè)存儲(chǔ)器狀態(tài)中的每個(gè)。例如， “ 0，，、“ 1，，、“ 2，，和“ 3，，狀態(tài)分別由“ 11 ”、“ 01，，、“ 00，，和“ 10 ”表示。通過(guò)在“全序列，，模式下感
測(cè)，可以從存儲(chǔ)器中讀取2位數(shù)據(jù)，在該全序列模式下，通過(guò)分別在三個(gè)子過(guò)程(sub-pass) 中相對(duì)于讀取界定閾值DVp DV2和DV3感測(cè)而一起感測(cè)兩位。圖10(0)-10 )圖示了編程8狀態(tài)存儲(chǔ)器單元的全體的例子。圖10(0)圖示了可 編程到分別代表存儲(chǔ)器狀態(tài)“0”至“7”的閾值電壓的八個(gè)不同分布中的存儲(chǔ)器單元的全 體。圖10(1)圖示了被擦除的存儲(chǔ)器的“被擦除”閾值電壓的初始分布。圖10⑵圖示了在 編程了許多存儲(chǔ)器單元之后的存儲(chǔ)器的例子。實(shí)質(zhì)上，單元初始具有“被擦除”閾值電壓， 并且編程將把它移動(dòng)到更高的值而進(jìn)入由DV1-DV7界定的三個(gè)區(qū)帶之一中。以此方式，每個(gè) 存儲(chǔ)器單元可以被編程到七個(gè)編程狀態(tài)“ 1” - “7”之一，或者在“被擦除”狀態(tài)中保持未被 編程。當(dāng)存儲(chǔ)器得到更多的編程時(shí)，如圖10(1)所示的“被擦除”狀態(tài)的初始分布將變得更 窄，并且由“ 0 ”代表被擦除狀態(tài)。具有較低位和較高位的3位代碼可以用于表示八個(gè)存儲(chǔ)器狀態(tài)的每個(gè)。例如， “ 0 ”、“ 1 ”、“ 2 ”、“ 3 ”、“ 4 ”、“ 5 ”、“ 6 ” 和 “ 7 ” 狀態(tài)分別由 “ 111 ”、“011 ”、“ 001”、“ 101 ”、“ 100 ”、 “000”、“010”和“110”表示。通過(guò)在“全序列”模式下感測(cè)，可以從存儲(chǔ)器中讀取3位數(shù)據(jù)， 在該全序列模式下，通過(guò)分別在七個(gè)子過(guò)程中相對(duì)于讀取界定閾值DV1-DV7進(jìn)行感測(cè)而一 起感測(cè)三位。頁(yè)或字線編程和驗(yàn)證對(duì)頁(yè)編程的一種方法是全序列編程。頁(yè)的所有單元最初處于被擦除狀態(tài)。從而，將
15該頁(yè)的所有單元從被擦除狀態(tài)朝向它們的目標(biāo)狀態(tài)并行編程。一旦具有“1”狀態(tài)作為目標(biāo) 狀態(tài)的那些存儲(chǔ)器單元被編程到“ 1”狀態(tài)，就將禁止其被進(jìn)一步編程，而具有目標(biāo)狀態(tài)“2，， 或更高的其他存儲(chǔ)器單元將經(jīng)受進(jìn)一步編程。最終，具有“2”作為目標(biāo)狀態(tài)的存儲(chǔ)器單元 也將被鎖定不被進(jìn)一步編程。類(lèi)似地，隨著逐漸的編程脈沖，具有目標(biāo)狀態(tài)“3”_ “7”的單 元也到達(dá)并被鎖定。圖11圖示了用于將4狀態(tài)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)。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，控制柵極與字線耦接的一頁(yè)存 儲(chǔ)器單元可以一起被編程。所使用的編程脈沖串(train)可以具有增加的時(shí)段或幅度以抵 消被編程到存儲(chǔ)器單元的電荷存儲(chǔ)單元中的累積電子。將編程電壓VreM施加到處于編程的 頁(yè)的字線。編程電壓VreM是從初始電壓電平Vreffil開(kāi)始的階梯波形形式的一系列編程電壓脈 沖。處于編程的頁(yè)的每個(gè)單元經(jīng)受該序列的編程電壓脈沖，在每個(gè)脈沖處試圖將增加的電 荷添加到該單元的電荷存儲(chǔ)元件。在編程脈沖之間，單元被讀回以確定它的閾值電壓。讀 回過(guò)程可能涉及一個(gè)或多個(gè)感測(cè)操作。當(dāng)單元的閾值電壓已被驗(yàn)證為落入與目標(biāo)狀態(tài)相對(duì) 應(yīng)的閾值電壓區(qū)帶內(nèi)時(shí)，對(duì)于該單元停止編程。無(wú)論何時(shí)該頁(yè)的存儲(chǔ)器單元被編程到其目 標(biāo)狀態(tài)時(shí)，其被禁止編程，同時(shí)其他單元繼續(xù)經(jīng)受編程，直到該頁(yè)的所有單元已經(jīng)被編程驗(yàn) 證。使用一系列交替編程/驗(yàn)證周期的傳統(tǒng)編程技術(shù)用于處理編程過(guò)程中的不確定 性，編程過(guò)程中起初響應(yīng)于vreM相對(duì)大的改變，單元的閾值電壓增長(zhǎng)很快。但是，隨著被編 程到浮置柵極中的電荷起屏蔽的作用而減小了用于使電子進(jìn)一步隧穿到浮置柵極中的有 效電場(chǎng)，增長(zhǎng)變慢并最終停止。編程/驗(yàn)證編程技術(shù)的缺點(diǎn)是，驗(yàn)證周期占用時(shí)間并影響性能。能夠存儲(chǔ)多位的 存儲(chǔ)器單元的實(shí)現(xiàn)加劇了該問(wèn)題。基本需要對(duì)于存儲(chǔ)器單元的可能的多個(gè)狀態(tài)中的每個(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)證周期可能導(dǎo)致高達(dá) 16個(gè)感測(cè)操作。在一些其他方案中這可能甚至是幾倍更多。從而，隨著將存儲(chǔ)器中劃分成 增加數(shù)量的狀態(tài)，編程/驗(yàn)證方案的驗(yàn)證周期變得越來(lái)越耗時(shí)。圖12是圖示使用傳統(tǒng)交替編程/驗(yàn)證算法來(lái)編程頁(yè)的編程脈沖和驗(yàn)證周期的估 算數(shù)量的表格。例如，對(duì)于N位存儲(chǔ)器，劃分成Ns = 狀態(tài)。編程脈沖數(shù)量至少與狀態(tài) 數(shù)量Ns相同。一些算法可能需要k遍編程(其中k可以是1至4)。對(duì)于多狀態(tài)存儲(chǔ)器，每 個(gè)驗(yàn)證操作進(jìn)一步乘以2N-1，對(duì)于每個(gè)編程狀態(tài)有一個(gè)驗(yàn)證操作。從而，所估算的驗(yàn)證數(shù)量 與2 成比例，這是狀態(tài)數(shù)量的平方。如可以從表格中看到的，對(duì)于3位單元，驗(yàn)證周期的標(biāo) 定數(shù)量已經(jīng)極高，并且那不包括其他方案中所需的另外的感測(cè)。對(duì)于4位單元，驗(yàn)證周期數(shù) 量是驚人的。從而，存在對(duì)于具有其中驗(yàn)證周期數(shù)量降低的改善編程性能的存儲(chǔ)器器件的需要。索引編程技術(shù)根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)一般方面，并行工作在一組存儲(chǔ)器單元上的多遍索引編程方法 包括對(duì)于每個(gè)單元維持編程索引以便提供諸如該單元接收到的最后的編程電壓平壓之類(lèi) 的信息，使得在隨后遍的編程中，可以相對(duì)于編程索引進(jìn)行單元的編程或禁止編程。優(yōu)選地，在每遍編程，如階梯脈沖串形式的一系列遞增脈沖中的編程電壓被施加
16到存儲(chǔ)器單元組，使得隨著脈沖計(jì)數(shù)的增加，各存儲(chǔ)器單元被暴露給增加的編程電壓。在優(yōu) 選實(shí)施例中，每個(gè)離散編程電壓電平被方便地表達(dá)為脈沖計(jì)數(shù)或脈沖數(shù)量。類(lèi)似地，按照脈 沖數(shù)量表達(dá)編程索引。在存儲(chǔ)器單元組的一遍編程中，該組中的單元的編程索引用于控制相對(duì)于每個(gè)遞 增脈沖允許還是禁止編程。圖13是圖示索引編程方法的一般方案的流程圖。步驟700 提供將被并行編程的一組存儲(chǔ)器單元，每個(gè)存儲(chǔ)器單元可被編程到獨(dú) 立的目標(biāo)閾值電壓電平。步驟710是進(jìn)一步包括步驟720、步驟730和步驟732的索引編程。步驟720 為處于編程的該組的每個(gè)存儲(chǔ)器單元提供編程索引，存儲(chǔ)器單元的編 程索引指示最后用于編程該存儲(chǔ)器單元的編程電壓電平、或者在隨后編程中允許該存儲(chǔ)器 單元接收的最大編程電壓電平。優(yōu)選地通過(guò)與讀/寫(xiě)電路協(xié)作的另外的鎖存電路來(lái)實(shí)現(xiàn)編 程索引。步驟730 將遞增編程電壓作為一遍編程中的一系列遞增電壓脈沖施加到該組存 儲(chǔ)器單元。步驟740 相對(duì)于存儲(chǔ)器單元的編程索引，基于遞增的編程電壓電平，在該遍編程 期間禁止或允許處于編程的存儲(chǔ)器單元的編程。將看到隨著編程電壓增加，在編程電壓已達(dá)到由正被并行編程的該組的每個(gè)存儲(chǔ) 器單元的編程索引指示的電平之后，阻止該單元被過(guò)度編程。以此方式，不同于傳統(tǒng)編程方 法，在每個(gè)編程脈沖之間不需要具有驗(yàn)證步驟。在第一實(shí)現(xiàn)方式中，從存儲(chǔ)器單元的初始編程經(jīng)歷來(lái)獲取單元的編程索引。編程 索引存儲(chǔ)在一遍編程期間對(duì)單元禁止編程之前施加到該單元的最后的編程電壓電平或脈 沖數(shù)。通過(guò)如傳統(tǒng)交織編程/驗(yàn)證方法中那樣交織編程和驗(yàn)證步驟來(lái)建立每個(gè)單元的編程 索引。在該組中的單元被編程驗(yàn)證之后，禁止對(duì)該單元的編程，并將最后的脈沖數(shù)記錄為其 編程索引。盡管該實(shí)現(xiàn)方式可能導(dǎo)致更多的驗(yàn)證步驟，但是其較不可能過(guò)度編程任何單元。 然后，可以在隨后遍的編程中有利地使用為每個(gè)單元建立的編程索引以節(jié)省驗(yàn)證步驟。在為存儲(chǔ)器單元提供編程索引的第一實(shí)現(xiàn)方式中，通過(guò)一系列編程脈沖編程存儲(chǔ) 器單元，每個(gè)脈沖之后跟有驗(yàn)證，直到存儲(chǔ)器單元被編程驗(yàn)證為目標(biāo)閾值電壓電平。當(dāng)存儲(chǔ) 器單元被編程驗(yàn)證時(shí)，存儲(chǔ)器單元的編程索引被設(shè)置為與最終編程電壓相稱(chēng)。圖14A是圖示根據(jù)第一實(shí)現(xiàn)方式的提供存儲(chǔ)器單元的編程索引的流程圖。從而， 與圖13所示的步驟720對(duì)應(yīng)的步驟720”進(jìn)一步包括步驟721和步驟722 步驟721 交替地編程和驗(yàn)證存儲(chǔ)器單元，直到編程驗(yàn)證了目標(biāo)閾值電壓電平。步驟722 將編程索引設(shè)置為與在其處存儲(chǔ)器單元被編程驗(yàn)證為目標(biāo)閾值電壓電 平的編程電壓電平相稱(chēng)的值。將看到，第一實(shí)現(xiàn)方式是通過(guò)在每個(gè)編程脈沖之后驗(yàn)證存儲(chǔ)器單元的傳統(tǒng)編程技 術(shù)來(lái)獲取編程索引。該方法提供了單元的接近其目標(biāo)的最準(zhǔn)確的編程，但是以更多的驗(yàn)證 操作為代價(jià)。在第二實(shí)現(xiàn)方式中，將單元的編程索引初始設(shè)置為用于將單元編程到接近但不超 過(guò)其目標(biāo)狀態(tài)、比如在距離目標(biāo)狀態(tài)預(yù)定差量(short-fall)內(nèi)的估算最大編程電壓電平。當(dāng)階梯脈沖串被施加到組中的每個(gè)單元時(shí)，單元在達(dá)到由其編程索引指示的期望最大編程 電壓電平之后被禁止進(jìn)一步編程。階梯脈沖串的隨后的脈沖對(duì)被禁止的單元將沒(méi)有影響。 在該遍編程的末尾，組中的每個(gè)單元將被編程為接近每個(gè)各自的目標(biāo)狀態(tài)，并且每個(gè)編程 索引將反映每個(gè)單元已接收的最后的編程電壓電平。圖14B是圖示獲取存儲(chǔ)器單元的編程索引的第二實(shí)現(xiàn)方式的流程圖。從而與圖13 所示的步驟720對(duì)應(yīng)的步驟720”包括步驟720” 將存儲(chǔ)器單元的編程索引設(shè)置為將該單元編程到接近但不超過(guò)其目標(biāo) 狀態(tài)的估算的編程電壓電平或等效脈沖數(shù)。在第三實(shí)現(xiàn)方式中，從存儲(chǔ)器單元的初始編程經(jīng)歷來(lái)估算該單元的編程索引。具 體地，由每個(gè)脈沖后跟有驗(yàn)證的一系列編程脈沖將存儲(chǔ)器單元從被擦除狀態(tài)編程到給定閾 值電壓電平，該給定閾值電壓電平用作校驗(yàn)點(diǎn)并校準(zhǔn)預(yù)測(cè)函數(shù)，其中從該預(yù)測(cè)函數(shù)獲取對(duì) 于給定目標(biāo)閾值電壓電平的編程索引或編程電壓電平。圖14C是圖示使用通過(guò)一個(gè)或多個(gè)校驗(yàn)點(diǎn)校準(zhǔn)的預(yù)測(cè)函數(shù)來(lái)獲取存儲(chǔ)器單元的 編程索引的第三實(shí)現(xiàn)方式的流程圖。從而，與圖13所示的步驟720對(duì)應(yīng)的步驟720’，，包 括步驟720’，，通過(guò)由一個(gè)或多個(gè)校驗(yàn)點(diǎn)校準(zhǔn)的預(yù)測(cè)函數(shù)來(lái)設(shè)置存儲(chǔ)器單元的編程 索引。結(jié)合圖14D至圖21來(lái)更詳細(xì)描述通過(guò)預(yù)測(cè)技術(shù)獲取單元的編程索引的第三實(shí)現(xiàn) 方式。圖14D是圖示根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的獲取存儲(chǔ)器單元的編程索引的第三實(shí)現(xiàn)方式的 流程圖。從而，與圖13所示的步驟720對(duì)應(yīng)的步驟720’”進(jìn)一步包括步驟723至步驟727。步驟723 為存儲(chǔ)器單元提供預(yù)定的預(yù)測(cè)函數(shù)，產(chǎn)生將存儲(chǔ)器單元編程到目標(biāo)閾 值電壓電平所期望的編程電壓電平。步驟724 使用可由相應(yīng)的校驗(yàn)點(diǎn)編程電壓電平而編程的指定校驗(yàn)點(diǎn)閾值電壓電 平來(lái)為存儲(chǔ)器單元指定預(yù)定函數(shù)的校驗(yàn)點(diǎn)。步驟725 通過(guò)交替地編程和驗(yàn)證存儲(chǔ)器單元直到校驗(yàn)點(diǎn)閾值電壓電平被編程驗(yàn) 證，來(lái)確定相應(yīng)的校驗(yàn)點(diǎn)編程電壓值。步驟726 當(dāng)在校驗(yàn)點(diǎn)閾值電壓電平處評(píng)估(evaluate)時(shí)，校準(zhǔn)預(yù)定函數(shù)以產(chǎn)生 所確定的相應(yīng)校驗(yàn)點(diǎn)編程電壓電平。步驟727 通過(guò)在存儲(chǔ)器單元的目標(biāo)閾值電壓電平處評(píng)估該預(yù)定函數(shù)來(lái)估算編程 索引。在為存儲(chǔ)器單元提供編程索引的第二實(shí)施例中，利用多個(gè)校驗(yàn)點(diǎn)來(lái)改善編程索引 的準(zhǔn)確度。圖14E是圖示根據(jù)另一實(shí)施例的獲取存儲(chǔ)器單元的編程索引的第三實(shí)現(xiàn)方式的 流程圖。從而，與圖13所示的步驟720對(duì)應(yīng)的步驟720’ ”進(jìn)一步包括步驟728。步驟728 除了使用更多的校驗(yàn)點(diǎn)來(lái)獲取更準(zhǔn)確的編程外，類(lèi)似于圖14D的步驟 723-727。根據(jù)校驗(yàn)點(diǎn)的預(yù)測(cè)編稈
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圖15、圖16和圖17更詳細(xì)地描述了圖14A的步驟720’ ”所示的預(yù)測(cè)編程。在具有存儲(chǔ)器單元陣列的非易失性存儲(chǔ)器中，其中各存儲(chǔ)器單元可單獨(dú)編程到一 個(gè)范圍的閾值電壓電平之一，提供了預(yù)測(cè)將需要施加什么編程電壓電平以便將給定存儲(chǔ)器 單元編程到給定目標(biāo)閾值電壓電平的預(yù)測(cè)函數(shù)。以此方式，不需要執(zhí)行驗(yàn)證操作，從而極大 改善編程操作的性能。在一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)線性函數(shù)來(lái)近似預(yù)測(cè)函數(shù)，該線性函數(shù)對(duì)于給定目標(biāo)閾值 電壓電平成比例地產(chǎn)生編程電壓電平。該線性函數(shù)具有由可應(yīng)用于存儲(chǔ)器陣列的單元全體 的預(yù)定平均值給出的斜率。通過(guò)預(yù)定義給定存儲(chǔ)器單元的線性函數(shù)上的校驗(yàn)點(diǎn)來(lái)對(duì)給定存 儲(chǔ)器單元唯一地確定線性函數(shù)。校驗(yàn)點(diǎn)基于將存儲(chǔ)器單元編程到指定閾值電壓電平的實(shí)際 編程電壓。校驗(yàn)點(diǎn)優(yōu)選對(duì)應(yīng)于存儲(chǔ)器單元的各最低編程狀態(tài)之一。通過(guò)利用例如傳統(tǒng)編程 /驗(yàn)證編程技術(shù)來(lái)將存儲(chǔ)器單元最初編程到校驗(yàn)點(diǎn)。以此方式，確定將存儲(chǔ)器單元編程到指 定存儲(chǔ)器狀態(tài)所需的實(shí)際編程電壓的各校驗(yàn)點(diǎn)值。從而，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之前，校準(zhǔn)該預(yù)定函數(shù)以在校驗(yàn)點(diǎn)閾值電壓電平 處評(píng)估時(shí)產(chǎn)生校驗(yàn)點(diǎn)編程電壓值。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。驗(yàn)證操作僅需要驗(yàn) 證校驗(yàn)點(diǎn)狀態(tài)而不是存儲(chǔ)器的所有可能狀態(tài)。圖15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(guò)線性函數(shù)來(lái)近似預(yù)定函數(shù)，其中通過(guò)如下關(guān)系給出目標(biāo)閾值 電平Vt作為編程電壓VreM的函數(shù)Vt(Vpgm) = <Slope>VPGM+VT(0) 式(1)(其中〈Slope〉=AVt/AVpgm)相反，Vpgm(Vt) = l/<Slope> [Vt-Vt (0)]；式(2)在優(yōu)選實(shí)施例中，可以通過(guò)在工廠時(shí)測(cè)試來(lái)自類(lèi)似生產(chǎn)批次的樣品來(lái)預(yù)定平均 〈Slope〉(<斜率 >)。例如，測(cè)試可以產(chǎn)生平均為0. 9、具有大約0. 1的標(biāo)準(zhǔn)偏差的〈Slope〉。 Vt(O)是依賴(lài)于單元的，并在每個(gè)單元的預(yù)測(cè)編程前由來(lái)自每個(gè)存儲(chǔ)器單元的校驗(yàn)點(diǎn)來(lái)預(yù) 定。一旦〈slope〉和Vt(O)已知，就定義了存儲(chǔ)器單元的預(yù)定函數(shù)，并且式(2)可以用于獲 取編程到目標(biāo)閾值電壓電平所需的編程電壓電平。通常，不需要通過(guò)線性函數(shù)來(lái)近似預(yù)定函數(shù)。如果預(yù)定函數(shù)要準(zhǔn)確地覆蓋寬范圍 的閾值電壓電平，則可以通過(guò)在工廠時(shí)測(cè)試生產(chǎn)批次來(lái)確定，并通過(guò)某個(gè)合適的函數(shù)來(lái)建 模。諸器單元的予頁(yè)測(cè)「函數(shù)的校驗(yàn)點(diǎn)校準(zhǔn)式⑴或⑵中的Vt(O)是依賴(lài)于單元的，并通過(guò)指定稍微高于被擦除狀態(tài)的校 驗(yàn)點(diǎn)閾值電壓、并在脈沖之間實(shí)際交替地編程和驗(yàn)證給定單元到檢驗(yàn)點(diǎn)來(lái)預(yù)定。以此方式， 將給定單元編程到校驗(yàn)點(diǎn)閾值電壓所需的實(shí)際編程電壓是已知的。然后，將該實(shí)際坐標(biāo)用 于求解式(2)中的Vt(O)。圖14A、步驟722、步驟723和步驟724圖示了使用存儲(chǔ)器單元的預(yù)定函數(shù)的校驗(yàn) 點(diǎn)來(lái)校準(zhǔn)該函數(shù)的一般原理。圖16圖示了將校驗(yàn)點(diǎn)指定為對(duì)應(yīng)于在被擦除狀態(tài)之上的第一編程狀態(tài)的優(yōu)選指定。如在下一部分的描述中將看到的，當(dāng)編程脈沖串具有使得每個(gè)脈沖能夠?qū)卧幊痰?下一存儲(chǔ)器狀態(tài)的步長(zhǎng)大小時(shí)，校驗(yàn)點(diǎn)將用作校準(zhǔn)基準(zhǔn)狀態(tài)。顯然，如果單元的編程數(shù)據(jù)要 求單元保持在被擦除狀態(tài)，則將不需要校驗(yàn)點(diǎn)。步驟724’ 指定第一編程的存儲(chǔ)器狀態(tài)的閾值電壓電平作為存儲(chǔ)器單元的預(yù)定函 數(shù)的校驗(yàn)點(diǎn)。從而，存儲(chǔ)器單元的校驗(yàn)點(diǎn)(0)被指定為處于比被認(rèn)為與被擦除狀態(tài)相關(guān)聯(lián)的閾 值電壓電平稍高的閾值電壓電平(校驗(yàn)點(diǎn)閾值電壓電平)。在第一遍編程的第一階段中， 施加一系列增加的編程電壓脈沖以朝向該校驗(yàn)點(diǎn)閾值電壓電平編程存儲(chǔ)器單元。編程模 式可以是交替編程和驗(yàn)證的傳統(tǒng)模式，直到校驗(yàn)點(diǎn)閾值電壓電平被編程驗(yàn)證。一旦校驗(yàn)點(diǎn) (0)的坐標(biāo)集[vreM，vT]。he。kp。int(cl)已知，就可以對(duì)\(0)求解式⑵形式的預(yù)定函數(shù)(參見(jiàn)圖 15)，并完全規(guī)定該預(yù)定函數(shù)。在規(guī)定了式( 形式的預(yù)定函數(shù)之后，隨后可以使用該預(yù)定函數(shù)在預(yù)測(cè)模式的第 二階段中編程存儲(chǔ)器單元，以提供對(duì)于目標(biāo)閾值電壓電平或目標(biāo)存儲(chǔ)器狀態(tài)的估算編程電 壓電平。還在與本申請(qǐng)相同發(fā)明人的、于2007年4月10日提交的共同未決美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng) 號(hào) 11/733694 "PREDICTIVE PROGRAMMING IN NON-VOLATILEMEMORY”中、以及與本申請(qǐng)相同 發(fā)明人的、于2007年4月10日提交的共同未決美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?1/733706‘‘N0N-V0LATILE MEMORY WITHPREDICTIVE PROGRAMMING”中公開(kāi)了通過(guò)一個(gè)或多個(gè)校驗(yàn)點(diǎn)校準(zhǔn)的預(yù)測(cè)編程。 上述兩申請(qǐng)的全部公開(kāi)內(nèi)容通過(guò)引用合并于此。圖17圖示了在第一遍編程中采用的并用于每個(gè)單元構(gòu)建編程索引的預(yù)測(cè)編程。 第一遍編程是以?xún)蓚€(gè)階段的。在所示例子中，第一階段使用第三實(shí)現(xiàn)方式的預(yù)測(cè)編程方法 (參見(jiàn)圖14C)來(lái)編程存儲(chǔ)器單元并維持編程索引。預(yù)測(cè)編程利用每個(gè)單元的預(yù)測(cè)函數(shù)，該 預(yù)測(cè)函數(shù)提供將給定單元編程到給定目標(biāo)狀態(tài)所需的估算編程電壓。第一遍編程的第一階段是根據(jù)每個(gè)單元的編程特性來(lái)校準(zhǔn)每個(gè)單元的預(yù)定函數(shù)。 這通過(guò)將每個(gè)單元交替編程/驗(yàn)證到指定的閾值電壓或校驗(yàn)點(diǎn)來(lái)完成。優(yōu)選地，校驗(yàn)點(diǎn)處 于與被擦除狀態(tài)的閾值電壓相鄰的閾值電壓處，所以交替編程和驗(yàn)證通常涉及相對(duì)少的脈 沖。脈沖之間的每個(gè)驗(yàn)證步驟僅需要感測(cè)對(duì)于該校驗(yàn)點(diǎn)的一個(gè)劃界值。在階段二中，從處于來(lái)自下一存儲(chǔ)器狀態(tài)的已知位置處的校驗(yàn)點(diǎn)開(kāi)始，每個(gè)單元 將繼續(xù)被編程。因此預(yù)定函數(shù)將能夠預(yù)測(cè)將單元編程到給定目標(biāo)狀態(tài)所需的編程電壓，而 不用如在傳統(tǒng)試錯(cuò)方法中那樣在脈沖之間進(jìn)行驗(yàn)證。每個(gè)單元的編程索引將是用于在第一 遍編程中編程單元的最后的編程電壓電平或脈沖數(shù)。 在優(yōu)選實(shí)施例中，調(diào)整編程電壓步長(zhǎng)，使得每個(gè)另外的脈沖將把存儲(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)另外的脈沖將把存儲(chǔ)器編程到狀態(tài)(1)，另一另外的脈沖將把存儲(chǔ) 器編程到狀態(tài)0)，等等。從而，編程到給定存儲(chǔ)器狀態(tài)可以被具體化(reduced)為對(duì)從狀 態(tài)(0)開(kāi)始的狀態(tài)數(shù)計(jì)數(shù)并提供相同數(shù)量的脈沖。例如，可以將標(biāo)記設(shè)置在狀態(tài)(0)中一 次，其后可以通過(guò)與目標(biāo)狀態(tài)距離狀態(tài)(0)的狀態(tài)的數(shù)量相同數(shù)量的多個(gè)脈沖來(lái)編程存儲(chǔ) 器單元。
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其他編程脈沖大小是可能的。例如，對(duì)于具有16個(gè)可能存儲(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，將采用兩個(gè)脈沖來(lái)從一個(gè)存儲(chǔ)器狀態(tài)編程到下一 相鄰存儲(chǔ)器狀態(tài)。這將在編程中提供更精細(xì)的分辨率，這在利用距離目標(biāo)閾值的余量的一 些實(shí)現(xiàn)方式中是有用的。圖18A是圖示設(shè)置具有使得每個(gè)另外的脈沖將把存儲(chǔ)器單元編程到另一存儲(chǔ)器 狀態(tài)的步長(zhǎng)大小的編程電壓的流程圖。圖13所示的步驟710進(jìn)一步包括步驟712 以具有遞增幅度的脈沖串的形式提供具有幅度隨時(shí)間遞增的編程電壓。步驟714 調(diào)整在脈沖之間的幅度增量，使得通過(guò)相繼的脈沖將存儲(chǔ)器單元從一 個(gè)編程的存儲(chǔ)器狀態(tài)編程到下一編程的存儲(chǔ)器狀態(tài)。圖18B示意性地圖示了經(jīng)受第一遍編程的存儲(chǔ)器單元的閾值電壓。存儲(chǔ)器單元開(kāi) 始于可以處于各個(gè)低的(low-lying)閾值電壓電平的任何一個(gè)的被擦除狀態(tài)。在初始編程 階段期間，一系列編程/驗(yàn)證周期(例如，總共χ個(gè)編程脈沖加上n*x個(gè)驗(yàn)證步驟)將把存 儲(chǔ)器單元從被擦除狀態(tài)編程到狀態(tài)(0)。通常，每個(gè)存儲(chǔ)器單元的χ相互獨(dú)立。歸因于各個(gè) 單元被擦除了多深和其他因素，各個(gè)單元可能在用于到達(dá)指定校驗(yàn)點(diǎn)的編程脈沖數(shù)方面不 同。例如，具有較低閾值電壓的“慢”單元將采用比具有較高閾值電壓的“常規(guī)”單元更多 的脈沖來(lái)到達(dá)狀態(tài)(0)。被深度擦除的“非常慢”的單元將具有甚至更低的閾值電壓，并將 采用更多的編程脈沖以使它達(dá)到狀態(tài)(0)。一旦存儲(chǔ)器單元處于狀態(tài)(0)，預(yù)測(cè)編程模式就 開(kāi)始，并且每個(gè)另外的脈沖將把存儲(chǔ)器單元編程到下一存儲(chǔ)器狀態(tài)。圖19是圖示為存儲(chǔ)器單元建立編程索引的優(yōu)選實(shí)現(xiàn)方式的流程圖。編程索引被 維持如圖8所示的與存儲(chǔ)器單元相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)鎖存器430之一中。圖13所示的步驟720 進(jìn)一步包括步驟752 提供鎖存器來(lái)存儲(chǔ)存儲(chǔ)器單元的編程索引。步驟754 按將存儲(chǔ)器單元從校驗(yàn)點(diǎn)狀態(tài)編程到目標(biāo)狀態(tài)所期望的脈沖數(shù)的形 式，將目標(biāo)狀態(tài)初始存儲(chǔ)在鎖存器中。例如，如果目標(biāo)狀態(tài)是狀態(tài)(5)，則值“5”將被存儲(chǔ)在 鎖存器中(二進(jìn)制值0101)。步驟756 通過(guò)在鎖存器中累計(jì)將存儲(chǔ)器單元從被擦除狀態(tài)編程到校驗(yàn)點(diǎn)狀態(tài)所 需的脈沖數(shù)來(lái)計(jì)算存儲(chǔ)器單元的編程索引，該編程索引指示將存儲(chǔ)器單元編程到目標(biāo)狀態(tài) 所期望的脈沖數(shù)。例如，每次在將存儲(chǔ)器單元從被擦除狀態(tài)編程到校驗(yàn)點(diǎn)中將脈沖施加到 該存儲(chǔ)器單元時(shí)，鎖存器中的編程索引遞增一。圖20(A)、20⑶和20(C)分別圖示了針對(duì)圖18B所示的“常規(guī)”單元、“慢”單元和 “非常慢”單元的圖19的鎖存操作。圖20(A)圖示了用于計(jì)算圖18B所示的示例“常規(guī)”存儲(chǔ)器單元的編程索引的鎖 存操作。“常規(guī)”存儲(chǔ)器單元已經(jīng)被擦除到位于在被擦除全體的閾值電壓范圍的中間附近的 閾值電壓。存儲(chǔ)器單元將被編程到由目標(biāo)狀態(tài)鎖存器中的數(shù)據(jù)指示的狀態(tài)C3)。從而，將用 于維持編程索引的數(shù)據(jù)鎖存器初始被設(shè)置為“3”。隨著使存儲(chǔ)器單元從被擦除狀態(tài)到達(dá)校 驗(yàn)點(diǎn)狀態(tài)(0)的每個(gè)編程脈沖，數(shù)據(jù)鎖存器中的值遞增一。當(dāng)校驗(yàn)點(diǎn)被編程驗(yàn)證時(shí)，遞增停 止。在該例子中，這發(fā)生在一個(gè)脈沖之后，并且鎖存器中的編程索引已遞增到“4”。這意味 著預(yù)期該單元需要四個(gè)脈沖以編程到狀態(tài)(3)。為了將該單元從校驗(yàn)點(diǎn)編程到狀態(tài)(3)，施加使總數(shù)為四個(gè)脈沖的另外的三個(gè)脈沖。在單元經(jīng)受了與編程索引相等的脈沖數(shù)后，該單 元被禁止編程，而該頁(yè)中的其他單元可以繼續(xù)被編程。這由從“P”到“I”的編程/禁止?fàn)?態(tài)表不。圖20⑶圖示了用于計(jì)算圖18B所示的示例“慢”存儲(chǔ)器單元的編程索引的鎖存操 作?！奥贝鎯?chǔ)器單元已被擦除到位于比被擦除全體的閾值電壓范圍的中間低的閾值電壓。 該存儲(chǔ)器單元也將被編程到由目標(biāo)狀態(tài)鎖存器中的數(shù)據(jù)指示的狀態(tài)(3)。從而，將用于維持 編程索引的數(shù)據(jù)鎖存器初始設(shè)置為“3”。隨著使存儲(chǔ)器單元從被擦除狀態(tài)到達(dá)校驗(yàn)點(diǎn)狀態(tài) (0)的每個(gè)編程脈沖，數(shù)據(jù)鎖存器中的值遞增一。當(dāng)校驗(yàn)點(diǎn)被編程驗(yàn)證時(shí)，遞增停止。在該 例子中，這發(fā)生在兩個(gè)脈沖之后，并且鎖存器中的編程索引遞增到了 “5”。這意味著預(yù)期該 單元需要五個(gè)脈沖以編程到狀態(tài)(3)。為了將該單元從校驗(yàn)點(diǎn)編程到狀態(tài)(3)，施加使總數(shù) 為五個(gè)脈沖的另外的三個(gè)脈沖。在單元經(jīng)受了與編程索引相等的脈沖數(shù)后，該單元被禁止 編程，而該頁(yè)中的其他單元可以繼續(xù)被編程。這由從“P”到“I”的編程/禁止?fàn)顟B(tài)表示。圖20(C)圖示了用于計(jì)算圖18B所示的示例“非常慢”的存儲(chǔ)器單元的編程索引的 鎖存操作。“非常慢”的存儲(chǔ)器單元已被擦除到位于被擦除全體的閾值電壓范圍的較低尾部 的閾值電壓。該存儲(chǔ)器單元也將被編程到由目標(biāo)狀態(tài)鎖存器中的數(shù)據(jù)指示的狀態(tài)(3)。從 而，將用于維持編程索引的數(shù)據(jù)鎖存器初始設(shè)置為“3”。隨著使存儲(chǔ)器單元從被擦除狀態(tài)到 達(dá)校驗(yàn)點(diǎn)狀態(tài)(0)的每個(gè)編程脈沖，數(shù)據(jù)鎖存器中的值遞增一。當(dāng)校驗(yàn)點(diǎn)被編程驗(yàn)證時(shí)，遞 增停止。在該例子中，這發(fā)生在四個(gè)脈沖之后，并且鎖存器中的編程索引遞增到了“7”。這意 味著預(yù)期該單元需要七個(gè)脈沖以編程到狀態(tài)(3)。為了將該單元從校驗(yàn)點(diǎn)編程到狀態(tài)(3)， 施加使總數(shù)為五個(gè)脈沖的另外的三個(gè)脈沖。在單元經(jīng)受了與編程索引相等的脈沖數(shù)后，該 單元禁止編程，而該頁(yè)中的其他單元可以繼續(xù)被編程。用于改善編稈準(zhǔn)確度并收緊閾倌分布的利用索引編稈的隨后遍的編稈根據(jù)本發(fā)明的另一一般方面，在一組存儲(chǔ)器單元上并行工作的多遍索引編程方法 包括初始遍的編程和每個(gè)單元的編程索引的構(gòu)建。初始遍的編程之后跟有驗(yàn)證步驟和另外 遍的編程以修整初始遍的任何差量。通過(guò)使用索引編程，用數(shù)量降低得多的驗(yàn)證操作來(lái)執(zhí) 行多遍編程。當(dāng)構(gòu)建每個(gè)單元的編程索引時(shí)，優(yōu)選地，第一遍編程還將該組的每個(gè)單元編程到 接近其各自目標(biāo)狀態(tài)的差量(short-fall)內(nèi)。然后在一遍或多遍隨后的編程中，將每個(gè)單 元從其差量進(jìn)一步編程到其目標(biāo)狀態(tài)。這優(yōu)選通過(guò)在每個(gè)隨后遍的編程之前而不是在一遍 中的每個(gè)脈沖之間的驗(yàn)證步驟來(lái)完成。如果單元還沒(méi)被驗(yàn)證，則在下一遍編程中使能另外 的編程。在一遍編程的結(jié)束處的單元的編程索引指示該單元已接收到的最后的編程電壓電 平。如果驗(yàn)證步驟顯示單元沒(méi)被驗(yàn)證到其目標(biāo)狀態(tài)，則編程索引遞增預(yù)定量以提供在下一 遍編程中允許的期望最大編程電壓，以便將單元朝向其目標(biāo)狀態(tài)編程。在優(yōu)選實(shí)施例中，編 程索引以脈沖數(shù)表達(dá)，并遞增一。在下一遍編程中，存儲(chǔ)器單元然后將經(jīng)歷基于其被更新的 編程索引的下一脈沖。在下一遍編程期間，驗(yàn)證過(guò)的單元被禁止進(jìn)一步編程。使得未驗(yàn)證的單元能夠通 過(guò)超過(guò)上一遍編程中的脈沖的一個(gè)脈沖而被編程。重復(fù)驗(yàn)證步驟和編程遍，直到該組中的 所有單元被驗(yàn)證到它們各自的目標(biāo)狀態(tài)。以此方式，能夠通過(guò)在執(zhí)行驗(yàn)證步驟之前施加整 個(gè)一連串脈沖串來(lái)將一頁(yè)的存儲(chǔ)器單元并行地準(zhǔn)確編程到它們各自的目標(biāo)狀態(tài)。
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索引編程的優(yōu)點(diǎn)是，可以編程單元組而不需要在編程遍的每個(gè)編程脈沖之間的驗(yàn) 證步驟。索引編程將極大地改善編程操作的性能。圖21是圖示索引編程方法的優(yōu)選實(shí)施例的流程圖。該方法包括用于建立每個(gè)單 元的編程索引的第一遍編程步驟810，之后跟有將各單元編程到它們各自的目標(biāo)狀態(tài)的驗(yàn) 證和索引編程的各另外遍的步驟820。步驟800 提供將被并行編程的一組存儲(chǔ)器單元，每個(gè)存儲(chǔ)器單元可通過(guò)一系列 遞增編程電壓脈沖而被編程到各自的目標(biāo)狀態(tài)。步驟810 在初始遍編程期間為該組的每個(gè)單元構(gòu)建編程索引，該編程索引以脈 沖數(shù)來(lái)存儲(chǔ)由每個(gè)單元經(jīng)歷的最后的編程電壓電平。步驟820是在一遍編程之后驗(yàn)證并更新下一遍編程的編程索引。它進(jìn)一步包括步 驟822、步驟824、步驟擬6和步驟828 步驟830 驗(yàn)證該組中的存儲(chǔ)器單元。步驟840 該組中的每個(gè)存儲(chǔ)器單元被驗(yàn)證到其各自的目標(biāo)狀態(tài)？如果已驗(yàn)證， 則前進(jìn)到步驟870 ；反之，前進(jìn)到步驟850。步驟850 將每個(gè)未驗(yàn)證的存儲(chǔ)器單元的編程索引遞增一。步驟860 用由每個(gè)編程索引選擇的編程脈沖編程每個(gè)未驗(yàn)證的存儲(chǔ)器單元。在 優(yōu)選實(shí)施例中，所選擇的編程脈沖具有與由編程索引指示的脈沖數(shù)相同的脈沖數(shù)。前進(jìn)到 步驟830，用于另一遍編程。步驟870 該組的所有存儲(chǔ)器單元被驗(yàn)證為已被編程到它們各自的目標(biāo)狀態(tài)。優(yōu)選在控制存儲(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(參見(jiàn) 圖1)中實(shí)現(xiàn)圖13和圖21所示的索引編程方法。圖22圖示了用于修整第一遍之后的編程結(jié)果的、在圖21的步驟820中所示的各 遍另外的驗(yàn)證和編程。在第一遍編程中的指向目標(biāo)狀態(tài)處的第一次嘗試(shot)之后，通過(guò) 驗(yàn)證來(lái)校驗(yàn)每個(gè)存儲(chǔ)器單元。第一遍編程趨向于沒(méi)有達(dá)到(under shoot)目標(biāo)狀態(tài)。如果 任何單元被驗(yàn)證沒(méi)到它的目標(biāo)狀態(tài)，則使得能在第二遍編程中的遞增編程。重復(fù)該驗(yàn)證和 編程過(guò)程，直到該頁(yè)中的所有單元被驗(yàn)證到它們各自的目標(biāo)狀態(tài)。以此方式，通過(guò)修正之前 遍的編程結(jié)果，單元可能夠準(zhǔn)確地收斂于其目標(biāo)狀態(tài)。通常，需要一遍或兩遍修整。圖23示意性地圖示了用于存儲(chǔ)驗(yàn)證狀態(tài)標(biāo)記的鎖存器。在優(yōu)選實(shí)施例中，作為圖 8所示的數(shù)據(jù)鎖存器430的一部分的鎖存器432用于存儲(chǔ)驗(yàn)證狀態(tài)位。例如，當(dāng)單元被驗(yàn) 證時(shí)，將鎖存器432中的驗(yàn)證狀態(tài)位設(shè)置為“0”。該標(biāo)記將導(dǎo)致控制邏輯禁止對(duì)該單元的 進(jìn)一步編程和/驗(yàn)證操作。另一方面，如果單元驗(yàn)證失敗，則該標(biāo)記將導(dǎo)致控制邏輯允許在 下一遍編程中對(duì)該單元進(jìn)行另外的編程。驗(yàn)證狀態(tài)標(biāo)記的傳統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方式是通過(guò)目標(biāo)改變指 示編程-禁止。在該情況下，當(dāng)單元驗(yàn)證時(shí)，目標(biāo)數(shù)據(jù)被編程到單元中，并且不再需要該目 標(biāo)數(shù)據(jù)。從而，指示目標(biāo)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)鎖存器中的數(shù)據(jù)值被從“目標(biāo)代碼”復(fù)位到“擦除代碼” 以指示該單元被驗(yàn)證的狀態(tài)。在本發(fā)明中，因?yàn)樵陔S后遍的編程中需要目標(biāo)數(shù)據(jù)，所以其被 保留在數(shù)據(jù)鎖存器中。替代地，驗(yàn)證狀態(tài)被存儲(chǔ)在驗(yàn)證狀態(tài)標(biāo)記中。圖24A是圖示通過(guò)使用驗(yàn)證狀態(tài)標(biāo)記來(lái)使得未驗(yàn)證的存儲(chǔ)器單元能夠進(jìn)一步編 程的方法的流程圖。當(dāng)執(zhí)行圖21中的步驟840時(shí)，發(fā)生如下步驟842和步驟844。步驟842 根據(jù)驗(yàn)證的結(jié)果來(lái)設(shè)置鎖存器中的驗(yàn)證狀態(tài)標(biāo)記。
步驟844 響應(yīng)于指示存儲(chǔ)器單元未被驗(yàn)證的驗(yàn)證狀態(tài)標(biāo)記，前進(jìn)到步驟850，否 則前進(jìn)到圖21的步驟870。在第二優(yōu)選實(shí)施例中，通過(guò)將存儲(chǔ)器單元的編程索引向更高處偏移預(yù)定數(shù)量，使 得未驗(yàn)證的存儲(chǔ)器單元能夠進(jìn)一步修整編程。在大多數(shù)情況下，偏移的預(yù)定數(shù)量是一。以 此方式，在下一遍編程中，將通過(guò)另外預(yù)定數(shù)量的脈沖來(lái)編程存儲(chǔ)器單元。圖24B是圖示通過(guò)偏移存儲(chǔ)器單元的編程索引來(lái)使得未驗(yàn)證的存儲(chǔ)器單元能夠 進(jìn)一步編程的方法的流程圖。圖21的步驟850被步驟850’代替。步驟850’當(dāng)存儲(chǔ)器單元未被驗(yàn)證時(shí)，將存儲(chǔ)器單元的編程索引遞增預(yù)定數(shù)量，使 得在隨后遍的編程中，使得該存儲(chǔ)器單元能夠經(jīng)受另外的預(yù)定數(shù)量的脈沖。在第三優(yōu)選實(shí)施例中，通過(guò)在下一遍編程中將脈沖計(jì)數(shù)向更低處偏移預(yù)定數(shù)量， 使得未驗(yàn)證的存儲(chǔ)器單元能夠進(jìn)一步修整編程。以此方式，將通過(guò)另外的預(yù)定數(shù)量的脈沖 來(lái)編程存儲(chǔ)器單元。圖24C是圖示通過(guò)偏移脈沖計(jì)數(shù)來(lái)使得未驗(yàn)證的存儲(chǔ)器單元能夠進(jìn)一步編程的 方法的流程圖。圖21的步驟850被步驟852代替。步驟852 當(dāng)存儲(chǔ)器單元未被驗(yàn)證時(shí)，將編程脈沖計(jì)數(shù)遞減預(yù)定數(shù)量，使得在隨后 遍的編程中，使得存儲(chǔ)器單元能夠經(jīng)受另外的預(yù)定數(shù)量的脈沖。圖25是圖示用于使用索引編程技術(shù)對(duì)頁(yè)編程的編程脈沖和驗(yàn)證周期的估算數(shù)量 的表格。例如，對(duì)于N位存儲(chǔ)器，劃分成Ns = 狀態(tài)。編程脈沖數(shù)至少與狀態(tài)數(shù)Ns相 同。針對(duì)以下給出了脈沖和驗(yàn)證數(shù)的估算1. 1)被編程-驗(yàn)證到校驗(yàn)點(diǎn)，1.2)從校驗(yàn)點(diǎn)到 目標(biāo)狀態(tài)的預(yù)測(cè)編程，以及幻一遍或多遍修整。圖12中的最后一列示出了對(duì)于驗(yàn)證總數(shù)的 估算?？梢钥吹剑瑢?shí)質(zhì)上，它與存儲(chǔ)器狀態(tài)數(shù)成比例?？梢詫⒃搶傩耘c從使用圖12所示的 傳統(tǒng)方法的得到的屬性相比較，在該傳統(tǒng)方法中，驗(yàn)證總數(shù)與狀態(tài)數(shù)的平方成比例。例如， 對(duì)于具有3位存儲(chǔ)器單元的存儲(chǔ)器，相比于傳統(tǒng)的56次，估算驗(yàn)證總數(shù)是大約18次。對(duì)于 4位存儲(chǔ)器，節(jié)省甚至更加顯著，其中相比于M0，驗(yàn)證總數(shù)是34。關(guān)聯(lián)的多遍編程圖13所示的索引編程方法需要多遍編程。用于索引和預(yù)測(cè)編程的第一遍很可能 在之后跟有用于將編程的閾值修整得到更接近于目標(biāo)狀態(tài)的一遍或兩遍索引編程。每遍編 程中的脈沖數(shù)至少等于存儲(chǔ)器狀態(tài)數(shù)。這將給出粗略的粒度(granularity)，每個(gè)脈沖將 單元的閾值電壓增加與兩個(gè)狀態(tài)之間的間隔等效的量。結(jié)果，每個(gè)存儲(chǔ)器狀態(tài)的閾值分布 (例如參見(jiàn)圖10)將擴(kuò)展(spread out)。使用當(dāng)前算法，為了對(duì)每個(gè)存儲(chǔ)器狀態(tài)獲取更收緊的閾值電壓分布，能夠隨每遍 使用越來(lái)越精細(xì)的步長(zhǎng)大小。例如，在第一次修整中，脈沖步長(zhǎng)大小可以比在預(yù)測(cè)編程中使 用的脈沖步長(zhǎng)大小精細(xì)兩倍。類(lèi)似地，在第二次修整中，脈沖步長(zhǎng)大小可以比在第一次修整 中使用的脈沖步長(zhǎng)大小精細(xì)兩倍，等等。然而，每次步長(zhǎng)大小降低一半時(shí)，脈沖數(shù)以及由此 的編程時(shí)間將加倍。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，在多遍編程中并行編程一組存儲(chǔ)器單元，其中在該多遍 中的編程電壓是相關(guān)的。每遍編程利用具有公共步長(zhǎng)大小的階梯脈沖串形式的脈沖電壓， 并且每個(gè)相繼遍具有比前一遍的階梯脈沖串偏移了預(yù)定偏移量水平的階梯脈沖串。該預(yù)定 偏移量水平小于公共步長(zhǎng)大小，并且可以小于或等于前一遍的預(yù)定偏移量水平。
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在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，預(yù)定偏移是前一遍的預(yù)定偏移的一半。例如，第二遍的階梯 脈沖串比第一遍偏移了步長(zhǎng)大小的一半，以及第三遍的階梯脈沖串比第二遍偏移了步長(zhǎng)大 小的四分之一。以此方式，使用比使用多遍而每個(gè)遍使用具有更精細(xì)的步長(zhǎng)大小的編程階 梯脈沖串的傳統(tǒng)方法更少的編程脈沖，可以對(duì)多遍實(shí)現(xiàn)相同的編程分辨率。圖沈圖示了將關(guān)聯(lián)的多遍編程應(yīng)用到圖21所示的各遍索引編程。在該方面，圖 沈還示出了根據(jù)諸如圖17和圖22所示的第一遍編程得出的各遍修整編程幻和幻。在這 三遍中使用的階梯脈沖串都具有相同的步長(zhǎng)大小。在第一遍編程1)中使用的階梯脈沖串 具有Vreffil的初始編程電壓。另一方面，在第二遍編程2、中使用的階梯脈沖串具有Vrem的 初始編程電壓，其中Vrem與Vraci相關(guān)聯(lián)，使得VreM1 = VreM(1+AVreM1。在優(yōu)選實(shí)施例中，AVpgmi =步長(zhǎng)大小的一半。類(lèi)似地，在第三遍編程幻中使用的階梯脈沖串具有VreM2的初始編程電壓，其中 Vpgm2 與 Vrem 和 Vreffil 相關(guān)，使得 VreM2 = Vpgmo+ Δ Vpgm2 = Vpgmi+ Δ Vpgm120 在優(yōu)選實(shí)施例中，Δ Vpgm2 =步長(zhǎng)大小的3/4，或者AVrem2 =步長(zhǎng)大小的1/4。從而，除了每個(gè)遍中整個(gè)階梯脈沖的DC電平向更高處移動(dòng)了預(yù)定量之外，關(guān)聯(lián)的 多遍編程利用相同的階梯脈沖串來(lái)編程每遍。在優(yōu)選實(shí)施例中，相對(duì)于前一遍，第二遍移動(dòng) 了步長(zhǎng)大小的一半，以及第三遍移動(dòng)了步長(zhǎng)大小的四分之一。利用這三個(gè)相關(guān)編程電壓波 形的編程產(chǎn)生與三個(gè)傳統(tǒng)的單遍編程相同的分辨率，在該三個(gè)傳統(tǒng)的單遍編程中，每遍使 用離之前一遍的階梯波形一半步長(zhǎng)大小的階梯波形。圖27圖示了通過(guò)使用多遍編程收緊存儲(chǔ)器狀態(tài)的閾值電壓分布。每遍收緊每個(gè) 分布的下沿。圖28Α是示出對(duì)于存儲(chǔ)器狀態(tài)的各種劃分在傳統(tǒng)多遍編程中使用的編程脈沖數(shù) 的表格。將看到，脈沖數(shù)是Ο0+〗1+...〗1"1) X 2Ν，其中P是編程遍數(shù)。例如，對(duì)于3遍編程，3 位單元將需要56個(gè)脈沖，以及4位單元將需要112個(gè)脈沖。圖28Β是示出對(duì)于存儲(chǔ)器狀態(tài)的各種劃分在相關(guān)多遍編程中使用的編程脈沖數(shù) 的表格。將看到，脈沖數(shù)僅是ΡΧ2Ν。例如，對(duì)于3遍編程，3位單元將需要M個(gè)脈沖，以及 4位單元將需要48個(gè)脈沖，這比圖28Α所示的傳統(tǒng)多遍編程所需要的少得多。圖四是圖示在各遍之間利用相關(guān)編程電平的多遍編程方法的流程圖。步驟960 以具有給定步長(zhǎng)大小的階梯脈沖串的形式提供對(duì)于有限時(shí)段隨著時(shí)間 遞增的編程電壓。步驟970 在預(yù)定遍數(shù)的多遍編程中編程一組存儲(chǔ)器單元，每個(gè)相繼遍的編程具 有被施加以編程該組存儲(chǔ)器單元的階梯脈沖串，以及其中每個(gè)相繼遍的編程具有比前一遍 編程的階梯脈沖串偏移了預(yù)定偏移量水平的階梯脈沖串。步驟980 對(duì)該組完成編程。多遍索引編程技術(shù)允許極大地節(jié)省驗(yàn)證操作的數(shù)量。類(lèi)似地，多遍相關(guān)編程技術(shù) 允許極大地節(jié)省所需的編程脈沖的數(shù)量。可以將這兩種技術(shù)一起結(jié)合成高性能的多遍索引 和相關(guān)編程。對(duì)于被配置為每單元存儲(chǔ)三位或更多數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器，益處甚至更多。在此參考的所有專(zhuān)利、專(zhuān)利申請(qǐng)、論文、書(shū)本、規(guī)范、其他出版物、文檔和事物，為了 所有目的通過(guò)該參考將其全部?jī)?nèi)容合并于此。至于在任何所合并的出版物、文檔或事物與 本文檔的文本之間的術(shù)語(yǔ)的定義或使用方面的任何不一致或沖突，應(yīng)以本文檔中術(shù)語(yǔ)的定義或使用為準(zhǔn)。 雖然已經(jīng)關(guān)于某些實(shí)施例描述了本發(fā)明的各個(gè)方面，要理解的是，本發(fā)明有權(quán)在 所附權(quán)利要求的整個(gè)范圍內(nèi)進(jìn)行保護(hù)。
權(quán)利要求
1.在具有存儲(chǔ)器單元的陣列的非易失性存儲(chǔ)器中，其中每個(gè)存儲(chǔ)器單元可編程到各自 的目標(biāo)狀態(tài)，一種并行編程一組存儲(chǔ)器單元的方法，包括(a)為處于編程的該組的每個(gè)存儲(chǔ)器單元提供編程索引，存儲(chǔ)器單元的編程索引指示 用于對(duì)該存儲(chǔ)器單元編程的最后的編程電壓電平；(b)將編程電壓作為一遍編程中的一系列遞增的電壓脈沖施加到該組存儲(chǔ)器單元；以及(c)根據(jù)存儲(chǔ)器單元的編程索引，在該遍編程期間對(duì)該單元允許編程或禁止編程。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述將編程電壓作為一系列遞增的電壓脈沖施加被執(zhí)行，而在該遍編程期間沒(méi)有在電 壓脈沖之間的對(duì)該組存儲(chǔ)器單元的驗(yàn)證步驟。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括(d)相對(duì)于該組存儲(chǔ)器單元的各自目標(biāo)狀態(tài)來(lái)驗(yàn)證該組存儲(chǔ)器單元；(e)將未被驗(yàn)證的存儲(chǔ)器單元的編程索引更新預(yù)定增量，以反映將在下一遍編程中使 用的最后的編程電壓電平，并使得未被驗(yàn)證的存儲(chǔ)器單元能夠在該下一遍編程中進(jìn)一步編 程；以及(f)重復(fù)(b)至(e)，直到該組的存儲(chǔ)器單元已經(jīng)相對(duì)于它們各自的目標(biāo)閾值電壓電平 而被驗(yàn)證。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中所述將編程電壓作為一系列遞增的電壓脈沖施加被執(zhí)行，而在該遍編程期間沒(méi)有在電 壓脈沖之間的對(duì)該組存儲(chǔ)器單元組的驗(yàn)證步驟。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中由編程索引指示的所述最后的編程電壓電平由標(biāo)識(shí)用于編程存儲(chǔ)器單元的最后的電 壓脈沖的脈沖數(shù)來(lái)表示。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在初始遍編程期間，在每個(gè)編程電壓脈沖之后跟有驗(yàn)證步驟；以及 通過(guò)用每個(gè)編程電壓脈沖的電壓電平來(lái)更新直到單元被驗(yàn)證為目標(biāo)狀態(tài)，來(lái)獲取該單 元的編程索引。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在初始遍編程期間，單元的編程索引被初始設(shè)置為用于將該單元編程到距離該單元的 目標(biāo)狀態(tài)在預(yù)定差量?jī)?nèi)的估算的編程電壓電平。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中在初始遍編程期間，通過(guò)預(yù)定函數(shù)來(lái)初始設(shè)置單元的編程索引； 所述預(yù)定函數(shù)產(chǎn)生作為該單元的目標(biāo)狀態(tài)的函數(shù)的所計(jì)算的編程電壓值。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述預(yù)定函數(shù)基本上是線性函數(shù)。
10.如權(quán)利要求6所述的方法，其中所述預(yù)定函數(shù)是線性的，并由所估算的斜率和校驗(yàn) 點(diǎn)來(lái)定義。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，還包括指定在指定的閾值電壓電平處的所述預(yù)定函數(shù)的校驗(yàn)點(diǎn)；通過(guò)交替編程和驗(yàn)證存儲(chǔ)器單元直到該單元被編程驗(yàn)證在所述指定的閾值電壓電平處，來(lái)確定相應(yīng)的校驗(yàn)點(diǎn)編程電壓值；以及 根據(jù)所述校驗(yàn)點(diǎn)來(lái)校準(zhǔn)所述預(yù)定函數(shù)。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括提供數(shù)據(jù)鎖存器的集合來(lái)存儲(chǔ)將被編程到存儲(chǔ)器單元的編程數(shù)據(jù)；以及 提供除了所述數(shù)據(jù)鎖存器的集合之外的鎖存器，用于存儲(chǔ)指示存儲(chǔ)器單元是否被編程 驗(yàn)證的狀態(tài)。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，其中每個(gè)遞增的電壓脈沖具有將存儲(chǔ)器單元從一個(gè)存 儲(chǔ)器狀態(tài)基本上編程到相鄰存儲(chǔ)器狀態(tài)的電壓電平。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，其中每個(gè)存儲(chǔ)器單元具有作為場(chǎng)效應(yīng)晶體管的浮置柵 極的電荷存儲(chǔ)元件。
15.如權(quán)利要求1所述的方法，其中每個(gè)存儲(chǔ)器單元具有作為場(chǎng)效應(yīng)晶體管中的介電 層的電荷存儲(chǔ)元件。
16.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述非易失性存儲(chǔ)器具有NAND結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器單元。
17.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。
18.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。
19.如權(quán)利要求1所述的方法，其中處于編程的每個(gè)存儲(chǔ)器單元存儲(chǔ)多于一位的數(shù)據(jù)。
20.一種非易失性存儲(chǔ)器，包括存儲(chǔ)器單元的陣列，其中每個(gè)存儲(chǔ)器單元可編程到各自的目標(biāo)狀態(tài)； 讀/寫(xiě)電路，用于并行讀取和編程一組存儲(chǔ)器單元；處于編程的該組的每個(gè)存儲(chǔ)器單元的編程索引，存儲(chǔ)器單元的該編程索引指示用于編 程該存儲(chǔ)器單元的最后的編程電壓電平； 所述讀/寫(xiě)電路執(zhí)行包括以下的編程(a)將編程電壓作為一遍編程中的一系列遞增的電壓脈沖施加到該組存儲(chǔ)器單元；以及(b)根據(jù)存儲(chǔ)器單元的編程索引在該遍編程期間對(duì)該單元允許編程或禁止編程。
21.如權(quán)利要求1所述的非易失性存儲(chǔ)器，其中所述讀/寫(xiě)電路將編程電壓作為一系列遞增的電壓脈沖施加被執(zhí)行，而在該遍編程期 間沒(méi)有在電壓脈沖之間的對(duì)該組存儲(chǔ)器單元的驗(yàn)證步驟。
22.如權(quán)利要求20所述的非易失性存儲(chǔ)器，其中所述讀/寫(xiě)電路還執(zhí)行包括以下的編程(c)相對(duì)于該組存儲(chǔ)器單元各自的目標(biāo)狀態(tài)來(lái)驗(yàn)證該組存儲(chǔ)器單元；(d)將未被驗(yàn)證的存儲(chǔ)器單元的編程索引更新預(yù)定增量，以反映將在下一遍編程中使 用的最后的編程電壓電平，并使得未被驗(yàn)證的存儲(chǔ)器單元能夠在該下一遍編程中進(jìn)一步編 程；以及(e)重復(fù)(a)至(d)，直到該組的存儲(chǔ)器單元已經(jīng)相對(duì)于它們各自的目標(biāo)閾值電壓電平 而被驗(yàn)證。
23.如權(quán)利要求22所述的非易失性存儲(chǔ)器，其中所述讀/寫(xiě)電路將編程電壓作為一系列遞增的電壓脈沖施加被執(zhí)行，而在該遍編程期 間沒(méi)有在電壓脈沖之間的對(duì)該組存儲(chǔ)器單元的驗(yàn)證步驟。
24.如權(quán)利要求20所述的非易失性存儲(chǔ)器，其中由編程索引指示的所述最后的編程電壓電平由標(biāo)識(shí)用于編程存儲(chǔ)器單元的最后的電 壓脈沖的脈沖數(shù)來(lái)表示。
25.如權(quán)利要求20所述的非易失性存儲(chǔ)器，其中在初始遍編程遍期間，所述讀/寫(xiě)電路執(zhí)行在每個(gè)編程電壓脈沖之后跟隨的驗(yàn)證步 驟·’以及通過(guò)用每個(gè)編程電壓脈沖的電壓電平來(lái)更新直到單元被驗(yàn)證為目標(biāo)狀態(tài)，來(lái)獲取該單 元的編程索引。
26.如權(quán)利要求20所述的非易失性存儲(chǔ)器，其中在初始遍編程期間，單元的編程索引被初始設(shè)置為用于將該單元編程到距離該單元的 目標(biāo)狀態(tài)在預(yù)定差量?jī)?nèi)的估算的編程電壓電平。
27.如權(quán)利要求沈所述的非易失性存儲(chǔ)器，其中在初始遍編程期間，通過(guò)預(yù)定函數(shù)來(lái)初始設(shè)置單元的編程索引； 所述預(yù)定函數(shù)產(chǎn)生作為該單元的目標(biāo)狀態(tài)的函數(shù)的所計(jì)算的編程電壓值。
28.如權(quán)利要求27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)。
29.如權(quán)利要求25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，并由所估算 的斜率和校驗(yàn)點(diǎn)來(lái)定義。
30.如權(quán)利要求四所述的非易失性存儲(chǔ)器，其中所述讀/寫(xiě)電路校準(zhǔn)所述預(yù)定函數(shù)，包括指定在指定的閾值電壓電平處的所述預(yù)定函數(shù)的校驗(yàn)點(diǎn)；通過(guò)交替編程和驗(yàn)證存儲(chǔ)器單元直到該單元被編程驗(yàn)證在所述指定的閾值電壓電平 處，來(lái)確定相應(yīng)的校驗(yàn)點(diǎn)編程電壓值；以及 根據(jù)所述校驗(yàn)點(diǎn)來(lái)校準(zhǔn)所述預(yù)定函數(shù)。
31.如權(quán)利要求20所述的非易失性存儲(chǔ)器，還包括數(shù)據(jù)鎖存器的集合，用于存儲(chǔ)將被編程到存儲(chǔ)器單元的編程數(shù)據(jù)；以及 除了所述數(shù)據(jù)鎖存器的集合之外的鎖存器，用于存儲(chǔ)指示存儲(chǔ)器單元是否被編程驗(yàn)證 的狀態(tài)。
32.如權(quán)利要求20所述的非易失性存儲(chǔ)器，其中每個(gè)遞增的電壓脈沖具有將存儲(chǔ)器單 元從一個(gè)存儲(chǔ)器狀態(tài)基本上編程到相鄰存儲(chǔ)器狀態(tài)的電壓電平。
33.如權(quán)利要求20所述的非易失性存儲(chǔ)器，其中每個(gè)存儲(chǔ)器單元具有作為場(chǎng)效應(yīng)晶體 管的浮置柵極的電荷存儲(chǔ)元件。
34.如權(quán)利要求20所述的非易失性存儲(chǔ)器，其中每個(gè)存儲(chǔ)器單元具有作為場(chǎng)效應(yīng)晶體 管中的介電層的電荷存儲(chǔ)元件。
35.如權(quán)利要求20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。
36.如權(quán)利要求20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。
37.如權(quán)利要求20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。
38.如權(quán)利要求20所述的非易失性存儲(chǔ)器，其中處于編程的每個(gè)存儲(chǔ)器單元存儲(chǔ)多于一位的數(shù)據(jù)。
全文摘要
在非易失性存儲(chǔ)器中，使用減少驗(yàn)證步驟數(shù)量的多遍索引編程方法分別將一組存儲(chǔ)器單元并行編程到它們的目標(biāo)狀態(tài)。對(duì)于每個(gè)單元，維持編程索引來(lái)存儲(chǔ)施加到該單元的最后的編程電壓。在施加一系列遞增的編程脈沖的第一遍編程期間索引每個(gè)單元。在第一遍編程之后跟有驗(yàn)證和一遍或多遍隨后的編程以修整到各自目標(biāo)狀態(tài)的任何差量。如果單元未被驗(yàn)證到它的目標(biāo)狀態(tài)，則它的編程索引遞增，并允許通過(guò)從最后接收的脈沖開(kāi)始的下一脈沖來(lái)編程該單元。重復(fù)驗(yàn)證和編程遍，直到該組中所有單元被驗(yàn)證到它們各自的目標(biāo)狀態(tài)。在脈沖之間不需要驗(yàn)證操作。
文檔編號(hào)G11C16/34GK102067233SQ200980122199
公開(kāi)日2011年5月18日 申請(qǐng)日期2009年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月12日
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