专利名称：非挥发内存的程序化方法
技术领域：
本发明涉及是一种内存组件(memory device)的操作方法，且特别是有关一种非挥发内存(non-volatile memory)的程序化方法。
背景技术：
由于可程序化的非挥发内存可用以提高电路设计的弹性，且具有轻巧及无电源时仍可保存数据的优点，所以其相关应用愈来愈广。在公知非挥发内存的程序化方法中，都是使用固定的参考位准(reference level)来区别内存单元的数据储存状态(后文简称储存态)，此参考位准可能为电流或启始电压(threshold voltage，VT)的参考位准。
公知在程序化每内存单元储存1位(1-bit per cell)的一次程序化(one-time programmable，OTP)非挥发内存时，是使用一个固定的参考位准；而在程序化多级单元(multi-level cell，MLC)内存或可多次程序化(multi-time programmable，MTP)内存时，则会使用数个固定的参考位准，如图1～2所示，其中图1(A)显示在理想状态下，每内存单元2位(2-bit percell)的MLC内存中各储存态的内存单元位准分布与各固定参考位准之间的关系。图2(A)则是理想状态下，MTP内存在第1次及第2次程序化之后，各储存态的内存单元位准分布与各固定参考位准之间的关系。
然而，在程序化非挥发内存时使用固定的参考位准，却有程序化速率难以提升的问题。这是因为提高程序化速率时，内存单元的写入程度不易稳定控制，而容易产生过度程序化(over-programming)的问题，致使内存单元的位准分布变宽。如图1(B)或2(B)所示，此时MLC或MTP内存的储存态间裕度(inter-state window，代号w)即会变窄，而容易造成数据值误判的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明目的的为提出一种非挥发内存的程序化方法，其可避免过度程序化及储存态间裕度变窄的问题。
本发明的另一目的为提出一种非挥发内存的程序化方法，以解决公知程序化方法的速率难以提升的问题。
本发明的又一目的为提出一种多级单元(MLC)非挥发内存的程序化方法，其是应用本发明的非挥发内存程序化方法而得。
本发明的再一目的为提出一种可多次程序化(MTP)非挥发内存的程序化方法，其是应用本发明的非挥发内存程序化方法而得。
本发明的非挥发内存的程序化方法，是先依照储存态的内存单元的位准分布情形选定一参考位准，再依照此参考位准，将预定的内存单元程序化至下一储存态。其中，参考位准是在储存态的内存单元位准分布范围与下一储存态的内存单元的位准分布范围之间。此处所谓的“位准”可以是电流的位准，也可以是启始电压的位准，根据非挥发内存的种类而定。
在本发明的较佳实施例中，下一储存态的内存单元位准高于该储存态的内存单元位准，且参考位准介于储存态的内存单元的最高位准与下一储存态的内存单元的最低位准之间。另外，上述非挥发内存可以是一次程序化(OTP)内存、可多次程序化(MTP)内存、多级单元(MLC)内存，或是可程序电阻不需擦除内存(Programmable Resistor with Erase-lessMemory，PREM)等等。
本发明的多级单元(MLC)非挥发内存的程序化方法即是应用上述本发明的程序化方法，而从位准最低的储存态开始程序化。对每一内存单元可具有位准由低至高的第1至第N储存态的MLC非挥发内存而言，此方法是令储存态指针i的起始值为1，然后重复步骤(a)-依照第i储存态的内存单元位准分布选定第i参考位准，以及步骤(b)-依照第i参考位准将预定的内存单元程序化至第i+1储存态，直至第N储存态的程序化完成为止，其中每次重复前皆将i值加1，且第i参考位准是介于第i储存态的内存单元的最高位准与第i+1储存态的内存单元的最低位准之间。
本发明的可多次程序化(MTP)非挥发内存的程序化方法也是上述本发明的程序化方法的应用。首先，依照所有内存单元的位准分布选定一参考位准，然后重设各内存单元的储存态为第一储存态。接着，依照此参考位准将部分内存单元程序化为第二储存态。其中，参考位准是介于第一储存态的内存单元的最高位准与第二储存态的内存单元的最低位准之间。
由于本发明的非挥发内存的程序化方法并不使用固定的参考位准，而是依照一储存态的内存单元位准分布情形来选择参考位准，再依此参考位准将预定内存单元程序化至下一储存态，所以参考位准可以配合内存单元位准的实际分布情形来调整，而不会产生储存态间裕度变窄的问题。因此，本发明可以解决数据值误判的问题。同时，由于参考位准可以配合内存单元位准的实际分布情形作调整，所以使用本发明的方法即可容许较宽的内存单元位准分布范围，也就是说可容许使用较高的程序化速率。
为让本发明的上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明
图1(A)是在理想状态下，每内存单元2位的MLC内存中内存单元的位准分布与各固定参考位准之间的关系；图1(B)是过度程序化时的情形。
图2(A)是在理想状态下，一个MTP内存在第一次及第二次程序化之后，其中内存单元的位准分布与各固定参考位准之间的关系；图2(B)是过度程序化时的情形。
图3是本发明较佳实施例的程序化多级单元(MLC)非挥发内存的方法的流程图。
图4是本发明较佳实施例的可多次程序化(MTP)非挥发内存的程序化方法的流程图。
图5是本发明较佳实施例的程序化多级单元(MLC)非挥发内存的方法，其是以每一内存单元可储存2位的情形为例。
图6是本发明的较佳实施例中，使用本发明的方法对MTP非挥发内存进行多次程序化的过程的范例。
图号说明310～350、410～440步骤标号
具体实施例方式
在下文中，本发明的非挥发内存的程序化方法虽是以多级单元(MLC)非挥发内存及可多次程序化(MTP)非挥发内存的程序化方法为例，但依照本发明的精神，本发明当可应用于较简单的一次程序化(OTP)非挥发内存，以及更复杂的多位准、多次可程序化非挥发内存上。
图3所示为本发明较佳实施例的多级单元(MLC)非挥发内存的程序化方法的流程图。在程序化开始时(步骤310)，是先令储存态指针i的起始值为1。接着依照第i储存态的内存单元的位准分布选定第i参考位准(步骤320)，其值高于第i储存态的内存单元的最高位准。然后，依照第i参考位准将预定内存单元程序化至第i+1储存态(步骤330)，此第i+1储存态的内存单元的最低位准高于第i参考位准。接着，判断程序化是否已完成(步骤340)，也就是最高位准的储存态的程序化是否已进行过。如未完成，即回到步骤320重新循环，直至最高位准的储存态的程序化完成为止(步骤350)，其中每次重复前都将i值加1。
图4所示为本发明较佳实施例的可多次程序化(MTP)非挥发内存的程序化方法的流程图。在程序化操作开始(步骤410)之后，先依此MTP非挥发内存的内存单元的位准分布选定参考位准，其值是高于各内存单元的最高位准，然后重设各内存单元的储存态为某一储存态(步骤420)。接着，依照此参考位准将部分内存单元程序化为另一储存态(步骤430)，此程序化操作即结束(步骤440)，其中另一储存态的内存单元的最低位准是高于参考位准。
图5所示为本发明较佳实施例的多级单元(MLC)非挥发内存的程序化方法，其是以每一内存单元可储存2位，而具有位准由低至高的00、01、10及11四种储存态的情形为例。如图5所示，首先决定出所有内存单元都未经程序化时的位准分布，其即第1储存态(00)的内存单元位准分布，然后选择一个在00储存态的最高位准以上的位准作为第1参考位准。接着依照第1参考位准将预定的内存单元程序化至第2储存态(01)，并使01储存态的最低位准高于第1参考位准。后续第2参考位准的决定及第3储存态(10)的程序化，以及第3参考位准的决定及第4储存态(11)的程序化，即可依照前述方法先后进行。
另外，上述各参考位准可自程序化前预设的多个候选参考位准中选出。请参照图5，此例是先预设多个候选参考位准A～K。在决定出00储存态的内存单元位准分布之后，即可自高于00储存态的内存单元的最高位准的各候选参考位准A～K中，选择能配合预定的储存态间裕度的候选参考位准A作为第1参考位准。在依照第1参考位准完成01储存态的程序化之后，即可自高于01储存态的内存单元的最高位准的各候选参考位准D～K中，选择能配合预定的储存态间裕度的候选参考位准D作为第2参考位准。依此类推，在依照第2参考位准完成10储存态的程序化之后，即可自高于10储存态的内存单元的最高位准的各候选参考位准G～K中，选择能配合预定的储存态间裕度的候选参考位准G作为第3参考位准，然后再依此第3参考位准进行最后11储存态的程序化操作。
再者，上述的MLC非挥发内存例如为一可程序电阻不需擦除内存(PREM)，其内存单元结构包括以极薄介电层分隔的P型半导体层与N型半导体层，并是利用施加电压所造成的介电层累进崩溃现象来改变内存单元的电流位准，以进行程序化，而其中所设的参考位准为电流的位准。PREM的特色在于内存单元电流可随程序化的电压或时间增加而增加，故可程序化至多个不同的位准，而可用作MLC非挥发内存。同时，由于累进崩溃现象是不可逆的过程，所以在程序化用作MLC非挥发内存的PREM时，必须从位准最低的储存态开始程序化。
此外，虽然上述说明是以每一内存单元可储存2位的情形为例，但由本发明的原理可知，本发明并不以此为限，而当可应用于每内存单元可储存3或更多位的可程序非挥发内存上。
图6所示本发明的较佳实施例中，使用本发明的方法对MTP非挥发内存进行多次程序化的过程，其是以每一内存单元储存1位，且1储存态的内存单元位准高于0储存态的情形为例。如图6所示，在第1次程序化时，首先决定出所有内存单元未经程序化时的位准分布，再依此选定参考位准，其值高于各内存单元的最高位准。接着，将各内存单元的储存态重设为0，再依照选定的参考位准，将预定的内存单元程序化至1储存态，其最低位准是高于此参考位准。往后如有需要进行第2次程序化，则先决定出1储存态的内存单元位准分布，再依此选定新的参考位准，其值高于1储存态的内存单元的最高位准。接着，将各内存单元的储存态重设为0，再依照新选定的参考位准，将预定的内存单元程序化至1储存态，其最低位准是高于新选定的参考位准。至于第3次及其后的程序化方法，当可依此类推。
同样地，上述各参考位准可自第一次程序化前即预设的多个候选参考位准中选出。请参照图6，此例是先预设多个候选参考位准A～K。在决定出所有未经程序化的内存单元的位准分布之后，即可自高于内存单元的最高位准的各候选参考位准A～K中，选择能配合所需的储存态间裕度的候选参考位准A作为参考位准。之后在第2次程序化中，当1储存态的内存单元的位准分布决定之后，即可自高于1储存态的内存单元的最高位准的各候选参考位准D～K中，选择能配合所需的储存态间裕度的候选参考位准D作为参考位准。
此外，上述的可多次程序化(MTP)非挥发内存也例如为前述的PREM。如前所述，由于PREM的内存单元电流可随程序化时间的累积而增加，故可在使用范围内多次提高内存单元的电流位准，如图6所示，而可用作MTP非挥发内存。同时，由于累进崩溃现象是不可逆的过程，所以每一次程序化时内存单元的电流位准只能提高，不能降低。
如上所述，由于本发明的程序化非挥发内存的方法是依照内存单元的实际位准分布情形来机动调整参考位准，所以不致产生储存态间裕度缩减的问题，而可以解决数据值误判的问题。同时，由于参考位准可以配合内存单元位准的分布情形作调整，所以如使用本发明的方法，即可允许较宽的内存单元位准分布范围，也就是说可容许使用较高的程序化速率。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟习此技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与修饰，因此本发明的保护范围当根据权利要求中所界定的为准。
权利要求
1.一种非挥发内存的程序化方法，其特征在于包括依照该非挥发内存中储存态的内存单元的位准分布情形，选定一参考位准；以及依照该参考位准，将预定的内存单元程序化至该储存态的下一储存态，其中该参考位准是在储存态的内存单元位准分布范围及该下一储存态的内存单元位准分布范围之间。
2.如权利要求1所述的非挥发内存的程序化方法，其特征在于下一储存态的内存单元位准高于该储存态的内存单元位准，且该参考位准介于该储存态的内存单元的最高位准与下一储存态的内存单元的最低位准之间。
3.如权利要求2所述的非挥发内存的程序化方法，其特征在于选定该参考位准的方法包括预设多个侯选参考位准；以及由该储存态的内存单元的最高位准以上的各侯选参考位准中选择一个作为该参考位准。
4.如权利要求1所述的非挥发内存的程序化方法，其特征在于非挥发内存是选自一次程序化内存、可多次程序化内存、多级单元内存及可程序电阻不需擦除内存。
5.如权利要求1所述的非挥发内存的程序化方法，其特征在于这些内存单元的储存态是依其内存单元电流而定，且参考位准为一电流参考位准。
6.如权利要求1所述的非挥发内存的程序化方法，其特征在于这些内存单元的储存态是依其内存单元启始电压而定，且参考位准为一启始电压参考位准。
7.一种多级单元非挥发内存的程序化方法，其特征在于该多级单元非挥发内存的内存单元具有位准由低至高的第1至第N储存态，且该方法包括(a)依照第i储存态的内存单元的位准分布，选定第i参考位准；(b)依照该第i参考位准，将多个内存单元程序化至第i+1储存态；以及依序重复步骤(a)与(b)，直至第N储存态的程序化完成为止，其中i的起始值为1，且每次重复前都将i值加1，而第i参考位准是介于第i储存态的内存单元的最高位准与第i+1储存态的内存单元的最低位准之间。
8.如权利要求7所述的MLC非挥发内存的程序化方法，其特征在于还包括在进行步骤(a)与(b)的前预设多个侯选参考位准；且步骤(a)包括由第i储存态的内存单元的最高位准以上的各侯选参考位准中选择一个作为第i参考位准。
9.如权利要求7所述的MLC非挥发内存的程序化方法，其特征在于这些内存单元的储存态是依其启始电压而定，且这些参考位准为启始电压参考位准。
10.如权利要求7所述的MLC非挥发内存的程序化方法，其特征在于这些内存单元的储存态是依其内存单元电流而定，且这些参考位准为电流参考位准。
11.如权利要求10所述的MLC非挥发内存的程序化方法，其特征在于该MLC非挥发内存包括可程序电阻不需擦除内存。
12.一种可多次程序化非挥发内存的程序化方法，其特征在于包括依照可多次程序化非挥发内存的内存单元的位准分布选定一个参考位准；重设各内存单元的储存态为第一储存态；以及依照该参考位准，将预定的内存单元程序化为第二储存态，其中，该参考位准介于第一储存态的内存单元的最高位准与第二储存态的内存单元的最低位准之间。
13.如权利要求12所述的MTP非挥发内存的程序化方法，其特征在于选定参考位准的方法包括预设多个候选参考位准；以及由这些内存单元的最高位准以上的各候选参考位准中选择一个作为参考位准。
14.如权利要求12所述的MTP非挥发内存的程序化方法，其特征在于这些内存单元的储存态是依其启始电压而定，且参考位准为一启始电压参考位准。
15.如权利要求12所述的MTP非挥发内存的程序化方法，其特征在于该些内存单元的储存态是依其内存单元电流而定，且参考位准为一电流参考位准。
16.如权利要求15所述的MTP非挥发内存的程序化方法，其特征在于该MTP非挥发内存包括可程序电阻不需擦除内存。
全文摘要
一种非挥发内存的程序化方法，其是依照储存态的内存单元的位准分布情形选定一参考位准，再依照此参考位准将预定的内存单元程序化至下一储存态。其中，参考位准是在该储存态的内存单元位准分布范围及下一储存态的内存单元位准分布范围之间。
文档编号G11C11/56GK1744231SQ20041007416
公开日2006年3月8日 申请日期2004年9月1日 优先权日2004年9月1日
发明者叶致锴, 蔡文哲 申请人:旺宏电子股份有限公司