专利名称：非易失性存储器存储单元读取方法
技术领域：
本发明涉及一种非易失性存储器存储单元，尤其是一种非易失性存储器存储单元的读取方法。
背景技术：
目前，双位存储器存储单元是众所周知的技术。图1所示的NROM(氮化物只读存储器)10就是这类存储器存储单元的一种。如图1所示，在一导电层18和一通道20之间夹有一氮化物基片层16，其上储存有2个位区，位区12和位区14。关于NROM，在许多专利中都有描述，例如，美国专利号6,649,972，该专利已转让给本发明的共同受让人，其公开的内容结合于此申请中。
位区12和位区14可单独存取，因此，可以被编程(通常记录为“0”)，也可被擦除(通常记录为“1”)或者分别被读取，读取一个位(位区12或位区14)，就像读取一个特殊的位所见的过程，包括确定阈值电压Vt是否高于(编程的)或低于(擦除的)一个读取参考电压电平RD。
图2所示的是一个存储器芯片在编程和擦除状态时的电压分布，该电压分布作为阈值电压Vt的函数(该存储器芯片通常具有大型的多重NROM存储单元，组成为一个存储器阵列)。阈值电压被减少到低于擦除阈值电压EV，就是一个被擦除的位。因此，擦除电压分布30通常具有邻近(更确切地说是等于或小于)擦除阈值电压EV的最右边点。同样地，阈值电压被升高超过编程阈值电压PV，就是一个被编程的位。因此，编程电压分布32通常具有邻近(更确切地说是等于或大于)编程阈值电压PV的最左边点。
两个阈值电压PV和EV之间的相差部分为操作窗口WO，读取参考电压电平RD通常设置于窗口WO中，作为一个实例，读取参考电压电平RD可以从一个读取参考单元产生。如美国专利号6,490,204所描述的(该专利已转让给本发明的共同受让人，其公开的内容结合与此作为参考)，通常在一种非固有的状态读取参考存储单元，但这不是必须的。在这种情况下，读取参考单元的阈值电压可能为图2中的RD电平。
位区的信号被读取后，再用一个比较电路(例如一个微分检测放大电路)同读取参考电平产生的信号进行比较，比较的结果将确定阵列存储单元是否处于编程状态或擦除状态。换句话说，读取参考信号能够独立地产生电压或电流信号，而不是用一个参考存储单元。其它还有一些公知的能产生一个读取参考信号的方法。
由于用于检测方案的电路可能不够完善，在不同的操作条件和使用环境会产生差异，通常需要附加界限电压M0和M1才能分别正确地读取“0”和“1”。当编程和擦除的电压分布超出这些界限电压的范围时才能达到可靠读取。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种非易失性存储器存储单元的读取方法，利用本发明的方法解决由于操作条件、使用环境，以及器件本身的反复使用所造成的操作窗口漂移，造成不能正确读取的问题。
本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种非易失性存储器存储单元读取方法，该方法包括如下步骤确定一个历史读取参考电平用于正确读取至少一个历史存储单元；根据所述的历史读取参考电平选择存储器读取参考电平；以及，读取同所述至少一个使用所述存储器读取参考电平的历史存储单元相关的非易失性存储器阵列存储单元。
本发明为解决其技术问题所采用的另一个技术方案是提供一种非易失性存储器存储单元读取方法，该方法包括如下步骤改变读取参考电平用于读取一组存储器存储单元作为不同组存储器存储单元的阈值电压分布中变量的函数。
本发明非易失性存储器存储单元读取方法由于采用上述方案，用移动的读取参考电平解决了由于各种原因造成存储器存储单元操作窗口压缩和/或漂移造成不能正确读取的问题，达到了在各种操作条件下对非易失性存储器存储单元精确读取的有益效果。
图1为现有技术NROM存储单元的示意图；图2是NROM存储单元被编程和被擦除状态的电压分布示意图，该电压分布作为阈值电压Vt的函数；图3是在一个典型的存储器阵列操作开始时，某些点被擦除和编程时的电压分布示意图；图4是一旦电压分布从图3所示的范围移位后，擦除和编程电压分布示意图；图5A、5B、5C是一种根据本发明主题和操作读取存储器存储单元的方法示意图，采用一个移动的读取参考电平，该读取参考电平可以移动作为操作窗口中变量的函数；图6A、6B和6C是历史存储单元和存储器存储单元互换位置的示意图，对实施图5A、5B和5C所示的方法有用。
需要理解的是，为了附图的简单、清楚，图中所示的元件没有必要按照比例绘制。例如，某些元件为了表示清楚，相对于其他元件夸大了尺寸。此外，为了指示对应或类似的元件，适当时考虑在一些附图中重复一些参考数字。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。本发明的主题内容在本申请文件权利要求书中已清楚指明。本发明的构成和操作方法，以及本发明的目的、特征和有益效果等通过下面的附图及其详细描述可得到充分的理解。
本发明中申请人发现，操作窗口可能随着存储单元经过多次擦除和编程周期时间的推移而发生改变。操作窗口可能会压缩和/或可能漂移，两者都会影响到读取操作的精确性。
图3所示的是一个典型的存储器阵列操作开始之后的某些点，分别为擦除和编程电压分布40和42。
虽然每一个位可能被擦除为低于擦除电压EV的阈值电压，但是擦除电压分布40可能出现稍移位超过擦除电压EV的现象。申请人认为，这可能由于实质上一个存储单元的2个位区具有某些相互作用的缘故。如果两个位都被擦除，那么，每个位的阈值电压可能会低于擦除电压EV，如图中擦除电压分布40中较小的电压分布44所示。然而，如果当其中的一个位被编程，另一个位被擦除，由于其他位处于编程状态，被擦除位的阈值电压可能出现偏高。这个现象用擦除电压分布40中第二个小的电压分布46来表示，即某些位可能出现具有高于擦除电压EV的阈值电压。这通常称为“第二位效应”。
申请人还发现，反复进行编程和擦除周期之后，编程电压分布42可能移位低于编程电压PV，这可能是存储单元在许多次擦除/编程周期之后，由于阻止层中电荷重新分布、老化特性或者记忆特性的原因。编程电压分布42的这种向下漂移同时间和温度相关，其漂移率也依赖于该存储单元之前经历的编程/擦除周期的次数。
这些漂移的电压分布的结果可能造成操作窗口压缩至一个不同的窗口，即操作窗口Wm。申请人发现，这一不同的窗口Wm可能、也不可能对准原始的窗口WO。图3所示的是一个典型的窗口Wm，其中心漂移离开了原始窗口WO的中心。申请人发现，这两种变化中的一个或全部都可能影响到读取操作的质量。其现象如图4所示。
图4是一旦电压分布从图3所示的范围移位后，擦除和编程电压分布示意图，现对图4加以说明，如前面背景技术中所述，为了弥补电路的缺陷，需要一个界限电压M1来保证正确引导一个被擦除的位。被擦除的一些位的原始位置低于EV电平(通常在擦除操作之后)，提供了一个大于M1的界限电压，就能可靠读取“1”的一些位。可是，如图4所示的，由于擦除电压分布40可能已经漂移超过了擦除阈值电压EV，界限电压M1可能不再被保持。可能有一些位(用密实线表示)处于擦除电压分布46中，由于它们的阈值电压没有低于界限电压M1，因此可能被错误读取(即读取成被编程)。
图5A、5B、5C表示根据本发明的主题和操作步骤读取存储器存储单元的一种方法，采用一个移动的读取参考电平MRL，该参考电平可以移动，作为操作窗口中变量的函数。
根据本发明的一个优先实施例，紧接着一个擦除和一个编程操作之后(图5A)，移动的读取电平MRL可以设置在一个读取电平RD1上，该读取电平RD1位于一个擦除电压分布50A和一个编程电压分布52A之间，该处的擦除电压分布50A现在稍稍高于擦除阈值电压EV(由于第二位效应的原因)，编程电压分布52A现在完全或几乎完全超出了编程阈值电压PV。适当的界限电压M1和M0可以从读取电平RD1定义，以克服电路和检测方案的缺陷，保证正确地检测位的状态。在图5A中，擦除和编程电压分布分别超过了界限电压M1和M0，因此，在这一点上，读取电平RD1可以顺利可靠地读取1’s和0’s。
如果一些存储单元已经通过多次编程和擦除周期，那么，在一段时间之后，电压分布会发生漂移。图5B中，编程电压分布(现标示为52B)，已经移动得较低，从而，其有效部分低于编程阈值电压PV。然而，擦除电压分布(这里标示为50B)也已经典型地移动到较低的位置。即使操作窗口WB接近或等于图5A(标示为WA)的宽度，其中心也发生了变化。结果，具有界限电压M0的读取电平RD1可能不再正确地读取所有在编程电压分布52B范围中的位为“0”。
根据本发明的优先实施例，如图5B所示，移动的读取电平MRL可能移动到一个第二读取电平RD2，这种情况下，当用参考读取电平RD2去读取一些位时，界限电压M0和M1被保持，但只相对于漂移的RD2读取电平来说被保持，因此，在两种电压分布(50B和52B)中所有的位可以被正确读取为被擦除(‘1’)或被编程(‘0’)。
图5C表示第三种情况，电压分布可能已进一步漂移，形成了一个操作窗口Wc，该窗口进一步压缩和/或漂移。根据本发明的优先实施例，移动的读取电平MRL可以移动至一个第三读取电平RD3(和界限电压M0和M1一起移动)，以调整变化了的操作窗口，保证对电压分布50C和52C中所有的位的可靠读取。
应该估计到读取电平RD1和RD2可能不会成功地读取图5C中的电压分布。两种读取电平RD1和RD2可能会错误地读取至少在0’s中的某些位(由于编程电压分布52C的左侧到读取电平之间的距离小于所需的界限电压M0)。同样地，第三读取电平RD3可能会错误地读取在1’s中某些曾用作图5A和5B中的电压分布的位，因为电压分布50A和50B的右侧不保持一个来自读取电平RD3的所需界限电压M1。
在任何特定的时间，选择哪一种读取电平以作应用，可以采取任何适当的方式进行，所有这样的方法都包括在本发明中。图6A所示的是一个实例，图6A中，存储器阵列标示为60，其中可能包括要被读取的存储器存储单元62和历史存储单元64，至少一个历史存储单元64会同存储器存储单元62的一个子集(subset)相关，并可能实质上通过同样的事件，更确当地说，像它相对应的存储器存储单元62的子集一样，在实质上相同的条件下，通过了实质上相同的事件。
图6B表示一个特殊的例子，现加以说明，这一特例中，一个历史存储单元64A可能同ROW A(列A)的存储器存储单元62相关，从而可能同ROW A中存储单元62一起同时被编程或被擦除，并总是被恢复到一种其熟知的预定状态。这种预定状态可能是，例如，存储单元的2个位(即2个存储区)都处于被编程状态，或者，在不同的场合，两个位区中只有一个位处于被编程状态，而另一个位保持被擦除状态。
图6C所示的是另一个例子，现加以说明，这一例子中，一组历史存储单元64G可能同存储器存储单元阵列60中区域G相关。历史存储单元64G可位于存储器阵列的任一处，只要它们同与它们相关的存储器存储单元子集一样，在实质上相同条件下，通过了实质上相同的事件。该历史存储单元64G总是被恢复到预定的状态。某些历史存储单元的2个位(即2个存储区域)同时处于被编程状态，而其他的历史存储单元可能只有其中一个位处于被编程状态。
历史存储单元64可以用来确定最为适当的参考读取电平，用于读取与它们相关的存储器存储单元62的子集。参考读取电平，更确切地说，最高的参考读取电平，可以产生一个历史存储单元64的正确读出(‘0’读出，因为历史存储单元64通常处于被编程状态)，因而可以用作读取其相关的存储器存储单元62的子集。
用作正确地读取历史存储单元64的参考读取电平称为“历史读取参考电平”。相关的存储器存储单元62的子集可以用“存储器读取参考电平”读取，该“存储器读取参考电平”可以跟历史读取参考电平相同或者附加有界限电压。换句话说，两种读取参考电平之间可能会有一些其它固定的差异(YES？)。
举一例子，可能会有三个可利用的参考读取电平RD1＞RD2＞RD3，如果运用RD(j)不能正确读取一个被编程的历史存储单元64(即，它被读作被擦除)，但是运用RD(j+1)能正确地读取，那么，存储器存储单元62相关的子集可以优先地用RD(j+1)参考读取电平来读取，该RD(j+1)参考读取电平可附加或不附加有界限电平。
或者，如果以足够的界限电压(Mh)，用RD(j)不能读取被编程的历史存储单元64(即用RD(j)+Mh读出为被擦除)，但是，以足够的界限电压(Mil)，用RD(j+1)能够读出(即用RD(j+1)+Mh读出为被编程)，那么，存储器存储单元62相关的子集可以优先用RD(j+1)参考读取电平读取，该参考读取电平可附加或不附加界限电压Mh。界限电压Mil可以定义为历史存储单元可靠读取和与之相关的存储器存储单元62可靠读取范围之间所需的界限电压值。
用作读取存储器存储单元62的每一个子集的最为优先选择的参考读取电平可在许多方式中确定任何一个，下述为其中的四种方式1)读取历史存储单元64的全部或部分及与之相对应的、具有读取参考电平RD(j)的现有读取参考存储单元的全部或部分；2)读取历史存储单元64的全部或部分及与之相对应的、位于读取参考电平RD(j)加上一些界限电压Mh的特殊参考存储单元，可以有单独的界限电压Mh(j)用于每一个读取电平RD(j)；3)读取历史存储单元64的全部或部分及与之相对应的、具有读取参考电平RD(j)的现有读取参考存储单元的全部或部分，但是，为了引入某个界限电压，不包括采用读取参考存储单元字行(word lines)不同的电平启动历史存储单元64的字行的参考电平RD(j)；4)读取历史存储单元64的全部或部分及与之相对应的具有读取参考电平RD(j)的现有读取参考存储单元的全部或部分，但是不包括在每次进行这些读取操作中引入某个界限电压Mh(j)的读取参考电平RD(j)，例如，以向至少一个历史或读取参考存储单元的信号中加上或减去电流或电压信号的方式。
这些操作可以在等待时间(on the fly)执行(在读取存储器存储单元62相关的子集之前)，在应用中，允许充分的时间去读取历史存储单元64及与之相对的不同的读取参考电平，去确定最理想的存储器读取参考电平用作读取存储器存储单元62相关的子集。或者，历史存储单元64可在一个预定的时间被读取，在分析了读出内容和选择适当的读取参考电平用作每一组历史存储单元之后，其结果可存储起来以备后用，当对存储器存储单元62进行一次读取时可能需要使用。这样的预定时间可以在装置通电启动时、在长时间的操作之前或之后(例如，编程或擦除)，或者在等待时间进行。
历史存储单元64的读取，可以串行、并行，以及以串行/并行混合的模式进行。历史存储单元64可以是阵列存储器存储单元62那样同一型号的多位NROM存储单元。它们可能以每个存储单元一位的模式，以每个存储单元双位的模式，或者以多层的模式进行操作。历史存储单元64的编程状态可以采用只对它们单元中的一个位或者同时两个位进行编程来完成。历史存储单元64的擦除，可在它们相关的存储器存储单元62擦除的接近时间、或一起、或者正在擦除时同时进行。历史存储单元的编程可以紧接着擦除它们和它们的相关存储器存储单元62后执行，或者它们相关的存储器存储单元62中某些位的子集编程时相接近的时间进行。
虽然本发明确定的特征已按照附图详细描述于此，肯定将会出现同行业普通技术人员的许多修改、取代、变化，以及等同的做法，因此，必须指出，本申请的权利要求旨在覆盖所有这类落在本发明实质性内容中的修改和变更。
权利要求
1.一种非易失性存储器存储单元读取方法，其特征是，该方法包括如下步骤确定一个历史读取参考电平用于正确读取至少一个历史存储单元；根据所述的历史读取参考电平选择存储器读取参考电平；以及，读取同所述至少一个使用所述存储器读取参考电平的历史存储单元相关的非易失性存储器阵列存储单元。
2.根据权利要求1所述的非易失性存储器存储单元读取方法，其特征是，所述的步骤确定包括具有多个历史读取参考电平；并且，以所述的多个历史读取参考电平的至少一个读取至少一个历史存储单元。
3.根据权利要求2所述的非易失性存储器存储单元读取方法，其特征是所述的步骤读取以如下方式的一种完成对所述的多个历史读取参考电平的读取串行、并行，以及串行/并行混合的形式。
4.根据权利要求1所述的非易失性存储器存储单元读取方法，其特征是所述的历史读取参考电平相等于所述的存储器读取参考电平。
5.根据权利要求1所述的非易失性存储器存储单元读取方法，其特征是所述的历史读取参考电平不相等于所述的存储器读取参考电平。
6.根据权利要求5所述的非易失性存储器存储单元读取方法，其特征是所述的不相等于取决于预定的、在所述至少一个历史存储单元的读出和它的相关所述的存储器阵列存储单元的读出期间保持的界限电压。
7.根据权利要求1所述的非易失性存储器存储单元读取方法，其特征是，该方法还包括如下步骤已读取参考存储单元，并且以所述读取参考存储单元字行(word lines)不同的电平启动(activating)所述历史存储单元的字行。
8.根据权利要求1所述的非易失性存储器存储单元读取方法，其特征是每一个所述的至少一个历史存储单元都和它的所述相关的存储器存储单元一样，在实质上相同的条件下，通过了实质上相同的事件。
9.根据权利要求1所述的非易失性存储器存储单元读取方法，其特征是所述的步骤确定发生在如下之一的时间段在装置通电启动执行该方法时、在长时间操作之前或之后，以及在等待状态。
10.根据权利要求1所述的非易失性存储器存储单元读取方法，其特征是所述的历史存储单元和所述的存储器存储单元为NROM(氮化物只读存储器)存储单元。
11.根据权利要求1所述的非易失性存储器存储单元读取方法，其特征是所述的历史存储单元和所述的存储器存储单元为以如下模式之一进行操作的NROM存储单元以每个存储单元一位的模式、以每个存储单元双位的模式，以及以多层的模式。
12.根据权利要求1所述的非易失性存储器存储单元读取方法，其特征是，该方法还包括如下步骤擦除每一个所述的历史存储单元以及它的所述的相关存储器存储单元，在相互的短时间间隔内完成。
13.根据权利要求1所述的非易失性存储器存储单元读取方法，其特征是，该方法还包括如下步骤对至少一个所述的历史存储单元编程，以及对至少一个它的所述相关的存储器存储单元编程，在相互的短时间间隔内完成。
14.一种非易失性存储器存储单元读取方法，其特征是，该方法包括如下步骤改变读取参考电平用于读取一组存储器存储单元作为不同组存储器存储单元的阈值电压分布中变量的函数。
15.根据权利要求14所述的非易失性存储器存储单元读取方法，其特征是所述的步骤改变包括确定历史读取参考电平用于正确读取至少一个历史存储单元；根据所述的历史读取参考电平选择存储器读取参考电平；以及，读取同所述至少一个使用所述存储器读取参考电平的历史存储单元相关的非易失性存储器阵列存储单元。
16.根据权利要求15所述的非易失性存储器存储单元读取方法，其特征是，所述的步骤确定包括具有多个读取参考电平；并且，以所述的多个历史读取参考电平的至少一个读取至少一个历史存储单元。
17.根据权利要求16所述的非易失性存储器存储单元读取方法，其特征是所述的步骤读取以如下方式的一种完成对所述的多个历史读取参考电平的读取串行、并行，以及串行/并行混合的形式。
18.根据权利要求15所述的非易失性存储器存储单元读取方法，其特征是所述的历史读取参考电平相等于所述的存储器读取参考电平。
19.根据权利要求15所述的非易失性存储器存储单元读取方法，其特征是所述的历史读取参考电平不相等于所述的存储器读取参考电平。
20.根据权利要求19所述的非易失性存储器存储单元读取方法，其特征是所述的不相等于取决于预定的、在所述至少一个历史存储单元的读出和它的相关所述的存储器阵列存储单元的读出期间保持的界限电压。
21.根据权利要求15所述的非易失性存储器存储单元读取方法，其特征是，该方法还包括如下步骤已读取参考存储单元，并且以所述读取参考存储单元字行(word lines)不同的电平启动(activating)所述历史存储单元的字行。
22.根据权利要求15所述的非易失性存储器存储单元读取方法，其特征是每一个所述的至少一个历史存储单元都和它的所述相关的存储器存储单元一样，在实质上相同的条件下，通过了实质上相同的事件。
23.根据权利要求15所述的非易失性存储器存储单元读取方法，其特征是，所述的步骤确定发生在如下之一的时间段在装置通电启动执行该方法时、在长时间操作之前或之后，以及在等待时间。
24.根据权利要求15所述的非易失性存储器存储单元读取方法，其特征是所述的历史存储单元和所述的存储器存储单元为NROM存储单元。
25.根据权利要求15所述的非易失性存储器存储单元读取方法，其特征是所述的历史存储单元和所述的存储器存储单元为以如下模式之一操作的NROM存储单元以每个存储单元一位的模式、以每个存储单元双位的模式，以及以多层的模式。
26.根据权利要求15所述的非易失性存储器存储单元读取方法，其特征是，该方法还包括如下步骤擦除每一个所述的历史存储单元以及它的所述的相关存储器存储单元，在相互的短时间间隔内完成。
27.根据权利要求15所述的非易失性存储器存储单元读取方法，其特征是，该方法还包括如下步骤对至少一个所述的历史存储单元编程，以及对至少一个它的所述相关的存储器存储单元编程，在相互的短时间间隔内完成。
全文摘要
本发明公开了一种非易失性存储器存储单元的读取方法，包括改变读取参考电平，用于读取一组存储器存储单元，作为不同组存储器存储单元的阈值电压分布中的变量函数。其步骤改变包括确定一个历史读取参考电平用于至少一个历史存储单元的正确读取，根据第一个读取参考电平，选择一个存储器读取参考电平，然后读取至少一个正在使用存储器读取参考电平的历史存储单元相关的非易失性存储器阵列单元。本发明达到了在各种操作条件下对非易失性存储器存储单元精确读取的有益效果。
文档编号G11C7/00GK1819055SQ200510129390
公开日2006年8月16日 申请日期2005年12月7日 优先权日2004年12月9日
发明者爱德华多·马彦, 盖伊·科恩, 博阿兹·艾坦 申请人:赛芬半导体有限公司