一种对多层非易失性存储器设备编程的方法

专利名称：一种对多层非易失性存储器设备编程的方法
技术领域：
本发明涉及一种非易失性存储器设备，更特别地，涉及一种对多层非易 失性存储器设备编程的方法。
背景技术：
闪存是一种形式的计算机存储器，其能够不需要消耗电源而保留数据， 因此被称作非易失的。闪存可以被以块进行编程和擦除。
闪存将数据存储在被称作单元的浮栅晶体管的阵列中。在单层的闪存 中，在每个单元中存储一位数据。在多层闪存中，通过在电荷的数个层之间 进行区分在每个单元中可以存储超过一位的数据，所述电荷被存储在单元的 浮栅中。
图1是表示闪存单个单元10的原理图。闪存由例如用硼离子掺杂的p 型半导体衬底ll组成。n型源区12和n型漏区13可以通过例如用磷、砷或 锑离子被掺杂在衬底11中形成。浮栅14可以被形成在衬底11的上方，并且 与村底绝缘。控制栅15可以被形成在浮栅14的上方，并且与浮栅14绝缘。 因为浮栅14被完全绝缘，被存储在浮栅中的电荷被俘获，因而不需要消耗电 力就可以将数据保留在浮栅中。
闪存可以是NOR型存储器或NAND型存储器。每一种形式的闪存具有 其自身的特点。例如，NOR型闪存利用被称作热电子注入的过程来俘获浮栅 中的电荷，并依赖量子隧道效应来使浮栅放电。NAND型闪存利用量子隧道 效应来进行俘获电荷和放电。
NAND型闪存设备可以被组织成串。图2表示了 一串NAND型闪存的 示例。所示串被200A物理地描绘，而200B描绘了其类似的电子原理图。每
个串是一组串行连接的单元。每个串可以包括例如16或32个单元。每个串
可以具有带有位线接触210的位线和一个或多个用于控制所述串的栅。例如， 每个串可以具有选择栅220和控制栅230。所述串还可以具有浮栅240和单 元源线250。
多个串可以被连接以形成页面。字线可以连接页面的每个串中的类似单 元。多个页面可以被组织成块。图3表示了闪存的块的示例。闪存100具有 控制字线(WL)、串选择线(SSL)和地选择线(GSL)的电压的X-解码器 130。闪存IOO还具有用于控制位线(BL)的页面緩冲电路150。闪存100被 组织成由串组成的块110。在图3中，表示了串110—1、 110—2和110—M,然 而可以理解在110_2和110_M之间可以存在任何数目的串。这里串110—1具 有位线"BLe",串110—2具有位线"BLo"。闪存100也被组织成页面。页面的 示例被表示为110p。
每个串可以被连接到串选择线(SSL)、地选择线(GSL)、 一连串标号 WL〈N-1〉到WLO的字线(WL)、和普通的源线(CSL),并且每个串可以 具有串选择晶体管(SST)、地选择晶体奮(GST)和一连串标号MCKN-1〉 到MCTO的存储单元晶体管(MCT )。 ..
在闪存设备中，浮栅中电荷的存在和程度影响着该单元的阈值电压。单 元的阈值电压可以被理解为在电流开始从源流到漏之前施加到控制栅上所需 的最小电压。因此，所述单元可以通过施加预定电压到控制栅并确定电流是 否可在源极和漏极之间流动而被读取。在实际应用中，；故大器可以被用来枱r 测并放大所观测的电 流。
在多层闪存中，多个分离层的电荷可以被存储在单元的浮栅中。例如， 在2位多层闪存中，可以有四个分离层的电荷，所述电荷可以被存储在单元 的浮栅中。在该情况中，单元可以依赖于在浮栅中俘获的电荷的层来展示四 个独立阈值电压中的一个阈值电压。存储在单元中的电荷的层、和存储的数 据值可以通过施加测试电压到控制栅和确定是否有电流通过来确定。对于2 位多层闪存，需要测试电流是否处于多达3个分离的读电压来确定单元的状 态。
多层闪存可以具有超过2位。例如，多层闪存可以具有3或更多位。3 位闪存每个单元将具有8 (23 )个状态，4位闪存每个单元将具有16 (24 ) 个状态，5位闪存每个单元将具有32 (25 )个状态等。这样的多层闪存的操
作性阈值电压级别将被设定为超过可能值的范围，并且相邻的阈值范围可以 通过余量被分离。因此，具有更高位数的闪存必须能够设定更窄范围内的电 荷电平并具有更窄的余量。为了容纳这些更窄的范围和余量，电荷必须被以 更高的精度加到单元上。将电荷加到单元的过程被称作"编程"。因此，用于 多层闪存的编程需要更高的精度。

发明内容
提出 一种对多层非易失性存储器编程的方法。多个多位存储单元能够存
储不同层的用于表示数据的电荷，所述由最低有效位(LSB)和最高有效位 (MSB )表示的数据被首先以LSB然后以MSB编程。当期望存储单元存储 第一值时，每一个编程过的存储单元具有小于电压VR1的阈值电压。当期望 存储单元存储第二值时，每一个单元具有大于电压VR1并小于电压VR2的 阈值电压。当期望存储单元存储第三值时，每一个单元具有大于电压VR2并 小于电压VR3的阔值电压。当期望存储单元存储第四值时，每一个单元具有 大于电压VR3的阈值电压。电压VR1小于电压VR2,电压VR2小于电压 VR3。标识单元被编程为具有大于电压VR3的阈值电压以指示MSB数据已 经-波编程。
一种用于依据所述对多层非易失性存储器编程的方法来控制存储器的 控制器，该存储器包括至少一个标识单元和多个多位存储单元。多个多位存 储单元的每一个能够存储不同层的用于表示数据的电荷，所述数据由最低有 效位(LSB)和最高有效位(MSB)表示。所述方法包括首先以存储单元的 LSB然后以MSB数据编程。当期望存储单元存储第一值时，每一个编程过的 存储单元具有小于电压VR1的阈值电压。当期望存储单元存储第二值时，每 一个单元具有大于电压VR1并小于电压VR2的阈值电压。当期望存储单元 存储第三值时，每一个单元具有大于电压VR2并小于电压VR3的阈值电压。 当期望存储单元存储第四值时，每一个单元具有大于电压VR3的阔值电压。 电压VR1小于电压VR2,电压VR2小于电压VR3。标识单元被编程为具有 大于电压VR3的阈值电压以指示MSB数据已经被编程。
一种对多层非易失性存储器编程的方法，该存储器包括至少一个标识单 元和多个多位存储单元。多个多位存储单元的每一个能够存储不同层的用于 表示数据的电荷。所述数据被通过多个数据页面表示。所述方法包括顺序地对多个数据页面的一个或更多个编程以使得每一个编程过的存储单元具有在 多个阈值电压范围中 一个内的阈值电压，该阈值电压范围包括第 一范围和多 个后续范围。多个后续范围的每一个被定义为等于或大于对应的校验电压。 多个后续范围的每一个在对应的读取电压被读取。对于每一个给定的后续范 围，对应的读取电压比对应的校验电压小余量M。至少一个标识单元被编程 为阈值电压范围内的 一个阈值电压，该阈值电压范围指示了已经被编程过的 页面的数量。标识单元阈值电压范围被定义为等于或大于标识单元校验电压。 标识单元在标识单元读取电压被读取。标识单元读取电压比标识单元校3t电
压小增强余量MCTtoW,该增强余量w大于余量M。
一种用于依据所述对多层非易失性存储器编程的方法来控制存储器的 控制器，该存储器包括至少一个标识单元和多个多位存储单元。多个多位存 储单元的每一个能够存储不同层的用于表示数据的电荷。所述数据被通过多 个数据页面表示。所述方法包括顺序地对多个数据页面的 一个或更多个编程 以使得每一个编程过的存储单元具有在多个阈值电压范围中 一个内的阈值电 压，该阈值电压范围包括第一范围和多个后续范围。多个后续范围的每一个 被定义为等于或大于对应的校验电压。多个后续范围的每一个在对应的读取 电压被读取。对于每一个给定的后续范围，对应的读取电压比对应的校验电 压小余量M。至少一个标识单元被编程为阈值单元范围内的一个阈值电压， 该阈值电压范围指示了已经被编程过的页面的数量。标识单元阈值电压范围 被定义为等于或大于标识单元校验电压。标识单元在标识单元读取电压上被 读取。通过增强余量M^。^标识单元读取电压比标识单元校验电压小，该增 强余量M^^大于余量M。


本发明的更完整的解释和附带的优点将随着通过考虑结合附图参考下 述说明书更好地理解而被更容易的掌握，其中
图1是表示闪存单个单元的原理图2表示了 一串NAND型闪存的示例；
图3表示了闪存块的示例；
图4示例了依据本发明的 一个示意实施例的2位多层闪存的四个状态；
图5示例了作为ISPP方法的一部分使用的示意性电信号；
图6示例了依据本发明的另一个示意实施例的作为ISPP方法的一部分
使用的电信号；
图7示例了依据本发明的 一个示意实施例的2位存储器的四个可能的状
态；
图8示例了依据本发明的一个示意实施例的用于在单元中编程数据的
方法；
图9示例了依据本发明的一个示意实施例的对多层非易失性存储器设 备编禾呈的方法；
图10示例了依据本发明的一个示意实施例的对多层非易失性存储器设 备编程的方法；
图11示例了依据本发明的一个示意实施例的对多层非易失性存储器设 备编程的方法；
图12A-12B表示了依据本发明的一个示意实施例的3位存储器设备；
图12C-12D表示了依据本发明的一个示意实施例的3位存储器设备；
图13是表示依据本发明的一个示意实施例的用于控制2位多层非易失 性存储器设备的偏置条件的表；
图14是依据本发明的一个示意实施例的存储器页面的示意图；和 图15表示了包括依据本发明的一个示意实施例的闪存的存储器系统。
具体实施例方式
在描述附图中所示本发明的优选实施例中，为了清楚而采用特定的术 语。然而，本发明不是要局限于所选的特定术语，并且可以理解每一个特定 元件包括所有的可以类似方式操作的技术等效物。
本发明的实施例可以允许在多层非易失性存储器设备中对单元高精度 的编程，例如，闪存具有两个或更多位。
图4示例了 2位多层闪存的四个状态。在该图表400中，x轴代表阈值 电压，y轴代表对于特定的编程过的单元的阈值电压的概率分布。单元的阈 值电压被表示成概率分布，并且由此单元的电荷状态被表示成曲线，该曲线 表示了依据特定状态编程过的单元将具有特定的阈值的可能性。
给定的单元可以具有四个可能的阔值电压概率曲线410、 420、 430、 440 中的一个，这些概率曲线分别代表第一状态、第二状态、第三状态和第四状态。在理想情况下，具有阈值电压概率曲线410的单元将不在任何测试电压
VR1、 VR2和VR3记录电流。具有阈值电压概率曲线420的单元将在VR1 记录电流，但不在VR2或VR3记录电流。具有阈值电压曲线430的单元将 在VR1和VR2而不在VR3记录电流。具有阈值电压概率曲线440的单元将 在所有测试电压VR1、 VR2和VR3记录电流。因此，在理想情况下，通过在 3个电压VR1、 VR2和VR3的每一个读取单元来在四个状态之间区分是可能 的。
还期望在阈值电压范围420、 430和440和对应的测量电压VR1、 VR2 和VR3之间留有余量。这些余量将表示为距离M和从测量电压和相邻校验 电压VF1、 VF2和VF3延伸，该相邻校验电压指示了阈值电压范围420、 430 和440的开始。
当根据设计和制造约束，确切的阈值电压范围被选择时，作为示例可以
例如，第一状态410可以由具有小于大约-2伏特的阈值电压的单元代表。第 二状态420可以由具有范围在0.3到0.7伏特的阈值电压的单元代表。第三状 态430可以由具有范围在1.3到1.7伏特的阈值电压的单元代表。第四状态 440可以由具有范围在2.3到2.7伏特的阈值电压的单元代表。
如上所述，随着单元的可能的存储状态的数目增加，与给定状态对应的 阈值电压的范围变得更加窄，而从测量电压分离阈值电压的余量也更加窄。 因此，以高程度的精度对每个单元编程日益重要。
用于增加编程精度的一个方法是增量步进脉冲编程(ISPP)。图5表示 了可用于ISPP的示意波形。
图6表示了依据本发明的一个示意实施例的用于ISPP的波形。图6中 所示的波形的使用利于使单元阈值电压变化比图5中所示的波形的使用更 小。这里，电信号600 (Vpgm )包括每个脉冲为了建立程序周期620的时间 长度扩展的一连串脉冲。每个脉冲可以通过建立校验周期640的时间长度被 分离。每个连续的脉冲的电压可以增加例如电压630 ( AVpgm ),该电压值可 以是例如0.5V。例如，第一脉冲610的电压是15V。每个连续的脉冲可以增 加到并包括最大电压650,该电压值可以是例如19V。单元的阈值电压可以 在例如每个脉沖或周期性地例如每3个脉冲之间被测试，以查看是否已经获 得正确的阈值电压。如果没有获得，可以施加附加的脉冲。
在单元已经被编程后，单元可以被读取以校验该单元是否被正确地编 程。例如，阈值电压可以被测试以查看其是否设定的足够高。如果不是，则 施加附加的脉冲直到阈值电压足够高。
一组校验测试电压可以被用于校验编程过的阈值电压。校验电压(VF)
可以与用于读取单元的测试电压(VR)不同。例如，校验电压VF1、 VF2、 VF3可以分别比对应的读耳又电压VR1、 VR2、 VR3大上述的余量M的数量。 多位存储器设备的每个单元状态可以由一个数代表。例如，当2位闪存 被使用时，四个可能的状态的每一个可以由2位二进制数表示。例如，第一
个未编程状态可以被表示为"ir，，第二个状态可以被表示为"or，，第三个状
态可以被表示为"10"，第四个状态可以被表示为"00"。图7示例了依据本发 明的一个实施例的2位存储器的四个可能的状态。可以理解命名可以是任意 的，所提供的当前的命名只是一个示例。这里，表示了用于四个状态的每一 个的阈值电压概率分布700。可以理解给定的单元在一个时间只具有一个阈 值电压，并且阈值电压可以在四个状态中的一个内，依据概率曲线的该状态 的确切的阈值电压落在分布中。
每个2位二进制数可以被称作包括最高有效位(MSB)和最低有效位 (LSB)。在第一未编程状态710中，MSB712是"1", LSB718是'T，。在第 二状态720中,MSB 722是"0"， LSB 728是"1"。在第三状态730中，MSB 732 是"1"， LSB 738是"0"。在第四状态740中，MSB 742是"O，，， LSB 748是"0"。
如上所述，可以通过在需要获得在期望范围内的阈值电压的浮栅中俘获 一层电荷，数据被存储在每个单元中，每个范围代表一个状态。因此，数据 可以通过对单元编程被存储在单元中，在2位存储器的情况下，2位数据可 以被存储在每个单元中。当期望时，2位存储单元可以只对单个位数据编程。 相似地，只以数据的第一位编程的单元可以在其后对数据的第二位编程。当 只有数据的单个位被在单元中编程时，单元被称作只包含LSB数据。当数据 的两位被在单元中编程时，单元被称作包含LSB数据和MSB数据。可期望 的并且在一些情况下是必需的，在单元中首先编程(和校验)LSB数据然后 在单元中编程(和校验)MSB数据。可以理解在NAND型闪存中，单元可 以同时在一页面中^皮编程。因此，物理页面的LSB单元可以被认为成LSB逻 辑页面，物理页面的MSB单元可以被认为成MSB逻辑页面，其中对物理页 面的编程过程包括首先编程(和校验)LSB逻辑页面和下一个编程(和校验) MSB逻辑页面。
图8示例了依据本发明的一个示意实施例的用于在单元中编程数据的 方法。线800A代表只有LSB数据被编程的单元。LSB数据的未编程状态是 "1"。当期望"O"被存储时，单元被编程直到阈值电压被校验处于"O"状态(大 于VF2')的正确范围内。这个编程步骤被示例为Pl。
当只有LSB数据被存储在单元中时，单元可以在单个电压被读取，这 里所示为VR1。如果在电压VR1，可以观测到电流，则单元被确定处于未编 程的'T，状态。如果在电压VR1,没有观测到电流，则单元被确定处于"O"状 态。
至少部分地因为相邻单元的靠近，相邻单元的编程可能影响给定单元的 阔值电压，该现象被称为"耦合效应"。因为在受影响的单元的阈值电压中的 这个潜在的改变，概率曲线可能加宽。线800B代表只有LSB数据被编程的 单元，阈值电压概率曲线被数量Dl加宽。
当在LSB页面被编程后，MSB页面被编程时，作为本发明的一些示意 实施例的情况下，线800B的'T，LSB数据状态可以保持作为线800C的"ll" 数据状态，或者可以被编程直到阈值电压被通过表示为P2的编程步骤校验处 于线800C的"01"状态(大于VF1)的适当范围内。相似地，线800B的"0" 数据状态可以被编程直到阈值电压被通过表示为P3的编程步骤校验处于线 800C的"10，，状态(大于VF2)的适当范围内，或者可以被编程直到阈值电压 被通过表示为P4的编程步骤校验处于线800C的"OO，，数据状态(大于VF3 ) 的适当范围内。每个编程步骤可以利用ISPP过程，例如上述的ISPP过程。
当从存储器设备读取数据时，需要知道是否只有LSB数据已经被存储， 或者是否LSB数据和MSB数据都已经被存储。应当知道这个信息的许多原 因。例如，只读取LSB数据只需要在一个电压(VR1)读取，而读取LSB和 MSB数据需要在上述的三个电压(VR1、 VR2和VR3)读取。附加地，如线 800B中所示，LSB数据的"O，，状态可以包括在电压VR2任何一侧的阈值电压。
VF1比VR1大余量M。相似地，VF2比VR2大余量M, VF3比VR3 大余量M。所有的余量M可以相等；然而，不是必须的。允许余量可以提高 读取正确度。
本发明的实施例可以利用作为MSB标识的单元指示MSB数据是否已 经被存储。当存储设备的一个单元被指定为MSB标识单元，其余单元可以作 为数据存储单元。再稍后的点当期望读取存储的数据时，MSB标识单元可以
被读取以允许存储数据的正确解释，而不管是否只有LSB数据被存储或是否 LSB和MSB数据都一皮存储。对于每个页面存在至少一个MSB标识单元指示 MSB数据是否已经-陂存储到该页面。
线800D示例了处于未编程的"l，，状态的MSB标识单元。该状态可以被 用来指示MSB数据没有被编程。线800E示例了处于"O"状态的MSB标识单 元。该状态可以被用来指示MSB数据已经被编程。MSB标识可以在'T，状态 中开始，并且可以被编程直到阈值电压通过指示MSB数据已经被编程的编程 步骤P5被校验处于"O"状态(大于VF3 )。
如上所述，MSB标识的"O，，状态可以被编程直到MSB标识单元的阈值 电压大于VF3。当该状态的阈值电压比VR3大余量M时，从VR2读取MSB 标识以提供增强的余量。该增强的余量示例为MEnJ,_d。
随着电荷无意识地从单元的浮栅逃离，被称作电荷损失的现象可能发 生。电荷可以由于绝缘层中的缺陷或一些其他原因而无意识地逃离。电荷的 损失可能导致阈值电压变得比期望的更低的可能性。该可能性可以由在更低 电压方向中的概率曲线的传播表示。
虽然电荷损失可能发生在任何单元，存储单元需要比MSB标识单元具 有更多的误差校正措施。附加地，在一个存储单元中的电荷损失可以导致仅 该受影响的单元不可读，而在MSB标识单元中的电荷损失可以导致整个页面 不可读。因此在MSB标识单元中的电荷损失可能带来更特殊的问题。
为了至少这个原因，增强的余量MEnhaneed可以足够大以允许对MSB标识 单元的正确读取，即使电荷是从MSB标识单元的浮栅逃离的。依据本发明的 一个实施例，距离M^，d可以足够将MSB标识的"0"状态放置在与存储单元 的"OO"状态(如线800C上"OO"所示)相同的分布曲线。因此，通过定义MSB 标识单元的"O，，状态，即使在低于理想的状态下MSB标识单元也可以被正确 的读取。
图9示例了依据本发明的一个示意实施例的对多层非易失性存储器设 备编程的方法。首先，存储单元的LSB数据可以被编程(步骤S910)。如上 所述，LSB逻辑页面可以通过使用ISPP过程被编程直到当期望'O，状态时阈 值电压被校验为大于VF2*。如果期望T状态，则在此步骤不需要编程。然后， MSB数据可以通过使用ISPP过程(步骤S920A)被用于在期望处编程"OO"
状态直到阈值电压被校验为大于VF3。该编程步骤可以包括实施ISPP过程以 增加附加的电荷到"O，，LSB状态。MSB标识单元可以从非编程的状态"l"被编 程到编程的状态"O"(步骤S920B)以指示MSB数据已经被编程了。该编程 步骤可以包括实现ISPP过程以增加附加的电荷到"1 ，，状态以获得"O"状态。如 上所述，用于MSB标识单元的"O，，状态可以被编程直到阈值电压被校验为大 于VR3。步骤S920A和S920B可以被同时执行因为它们可以共同使用同样的 VR3校验电压。然后，MSB数据可以被用于在期望处编程"01"和"10"状态(步 骤S930 )。该编程步骤可以包括实现ISPP过程以增加附加的电荷到"1"和"0" 状态以获得被分别编程的"01"和"10"状态直到阈值电压被校验为分别大于
vfi和VF2。 "ir状态可以通过将单元留在其未编程的"r，状态而获得。
然而，如果上述写入过程过早结束将带来问题；例如，如果在对MSB 数据进行"00，，状态编程(步骤S920A )和对MSB标识单元编程(步骤S920B ) 期间电源被中断。在这样的情况下，当LSB数据是潜在可读的时，MSB数据 将不可读，并且MSB标识单元的状态是不能被清楚地确认的。由于MSB标 识单元的不明确的状态，LSB数据将被表示为不可读的。
下述的本发明的示意实施例同时关注对主存储单元编程的方式和当编 程主存储单元时对标识单元编程的方式。可以理解下述的对主存储单元编程 的方式和下述的对标识单元编程的方式不是相互依赖的，并且不需要将特定 的方式以所示的形式结合。特别是下述对主存储单元编程的方式可以与其他 没有在下面描述但是本领域公知的对标识单元编程的方式结合，而下述对标 识单元编程的方法可以与其他没有在下面描述但是本领域公知的对主存储单 元编程的方式结合。
因此，图10和11示例了依据本发明的另一个示意实施例的对多层非易 失性存储器设备编程的替代方法。首先，LSB数据以上述方式被编程(步骤 S1010)(线1100A)。然后，'0，状态可以通过编程该单元被提前到提前状态"A" 直到阈值电压被校验为大于VF2 (步骤S1020 )(线1100B )。通过编程到VF2 定义的状态还被定义为'10，状态，然而，该步骤可以被执行当期望'10，状态或 'OO，状态时。MSB标识单元可以在该步骤(1110B )保持未编程。然后如果期 望，'OO，状态可以通过编程A状态被编程直到阈值电压被校验为大于VF3, 或者当期望'10，状态时，没有附加的编程需要发生(步骤S1030A)(线 1100C )。 MSB标识可以在该点通过编程MSB标识单元:f皮编程直到阈值电压被校验为大于VF3 (步骤S1030B )(线1110C )。步骤S1030A和S1030B可
以被同时或接近同时执行，因为它们都包括编程到VF3校验电压。最后，当
期望时"or，状态可以通过编程"r，状态被编程直到阈值电压被校验为大于vfi
(步骤S1040)(线1100D)。
虽然上述示意实施例描述了 2位多层非易失性存储器设备，可以理解本 发明的示意实施例可以被应用到任意位数的多层非易失性存储器设备。例如， 可以使用3位多层非易失性存储器设备。3位设备将对每个单元具有8个可 用的存储器状态。这些存储器状态可以分别被称作"lll", "011", "101", "001", "110"， "010"， "100，，和"000"。 3位存储器设备将不再具有LSB页面和MSB 页面，而将具有第一逻辑页面、第二逻辑页面和第三逻辑页面。还可以存在 第一标识单元指示第二页面何时被编程，和第二标识单元指示第三页面何时 被编程。可替代地，可以使用具有多存储状态的单个标识单元指示第二页面 何时被编程和第三页面何时被编程。例如，标识单元可以被初始设定为未编
程的'11r状态指示第二数据页面和第三数据页面都没有被编程过，标识单元 可以被编程到'oio，状态以指示第二数据页面已经被载入，并且标识单元可以 被编程到'ooo，状态以指示第三数据页面已经被载入。对于使用两个标识单元 的实施例，第一标识单元可以被编程到'o，状态以指示第二数据页面已经被编 程，并且第二标识单元可以被编程到'o，状态以指示第三数据页面已经被编程。 虽然本发明的实施例可以利用任一方式，但是为了简单本发明讨论的示意实 施例只涉及第一种方式。
对于超过3位的实施例，存在超过8个可用的存储状态和超过3个标识 单元或在单个标识单元上超过3个状态。
图12A-12D展示了依据本发明的示意实施例的3位存储器设备。可以 理解许多细节诸如如何对不同的单元编程与这里讨论的示意实施例是类似
的。应当理解这些示例的特征可以被推导到提供超过3位的多位存储器设备。 依据本发明的一些示意实施例，存储单元没有被提前到第二页面和第三 页面编程之前。图12A和12B示例了这样一个实施例。关于图12A和12B, 第一页面可以被编程(线1417,步骤S1423 )。标识单元可以从未写的'lll， 状态(线1418 )起始。然后，第二页面数据可以被编程(线1419,步骤S1424), 并且标识单元可以被编程到指示第二数据页面已经^^编程的电平(线1420, 步骤S1425 )。例如，标识单元可以被编程到'010，状态。两个步骤S1424和
S1425可以同时或接近同时发生。然后第三页面数据可以4皮编程(线1421， 步骤S1426 ),并且标识单元可以被编程到指示第三数据页面已经被编程的电 平(线1422,步骤S1427)。例如，标识单元可以-故编程到'000，状态。两个 步骤S1426和S1427可以同时或接近同时发生。
关于图12C和12D，第一页面可以被编程(线1430,步骤S1440)。标 识单元可以从未写的'lll，状态(线1431)起始。然后'O，位可以被提前(线 1432,步骤S1441)以使得在意外中断的情况下第一页面数据可以被保护以 免数据损坏。标识单元可以保持在'lll，状态(线1433 )。然后，第二页面数 据可以被编程(线1434，步骤S1442 ),并且标识单元可以:帔编程到指示第二 数据页面已经被编程过的电平(线1435,步骤S1443 )。例如，标识单元可以 被编程到'OOO，状态。两个步骤S1442和S1443可以同时或接近同时发生。然 后提前第二页面数据状态'Or、 'IO，和'OO，(线1446,步骤S1444)以使得在 意外中断的情况下第二页面数据可以被保护以免数据损坏。标识单元还可以 被从'000，状态提前到'100，状态(线1437,步骤S1445 )。然后第三页面数据 被编程(线1438,步骤S1446),并且标识单元可以^t编程到指示第三数据页 面已经被编程过的电平(线1439,步骤S1447)。例如，标识单元可以被编程 到'OOO，状态。两个步骤S1446和S1447可以同时或接近同时发生。
虽然多层非易失性存储器设备可以使用任何可想到的用于对数据单元 编程的原理，图D是展示依据本发明的一个示意实施例的用于控制2位多层 非易失性存储器设备的偏置条件的表。该表展示了依据本发明的示意实施例 的可以用来擦除、编程、禁止、读取和校验存储单元和标识单元的信号的示 例。
图13中的表总结了依据本发明的示意实施例的可用于操作存储器单元 阵列的电压。该表的顶行定义了一组可被执行的可能的存储器功能。这些功 能包括擦除存储器、编程存储器、禁止存储器编程、和读取LSB、 MSB和标 识单元数据。对于每个期望的功能，第一栏标注了在执行期望的功能时可以 接收电压的每一线。该表的其余行和栏定义了一组被应用于在第一栏中列出 的每一线的电压，以执行在顶行列出的期望的功能。电压可以被指定为特定 电压诸如0V或20V。可替代地，电压可以被指定为上面详细描述的信号诸如 Vcc或Vpgm。术语"浮动"指示该线没有被设定特定的电压。"H或L"指示该 线可以被发送高信号或低信号。当读取数据时Vread被用于未选择的WLs,
当编程时Vpass被用于未选择的WLs。
图14是依据本发明的一个示意实施例的存储器页面的示意图。存储器 页面1600展示了多数据存储位线上的多数据存储单元。数据存储位线通过一 组数据存储电路1620、 1630和1640被控制，所述数据存储电路包括与标识 存储数据电路1650 —起的页面緩冲电路，该标识存储数据电路1650控制与 标识单元1605相关的位线。数据存储单元和标识单元包括数据块1610。
图15展示了包括依据本发明的一个示意实施例的闪存的存储器系统。 存储器系统可以包括闪存1500和存储器控制器1510。存储器控制器1510可 以控制闪存1500的操作。
可以理解虽然许多图形展示了具有多个阈值电压曲线的单元，这些多个 阈值电压曲线被展示用来示例所有可能的状态的目的，并且可以理解任何一 个给定的单元在给定时间将仅具有一个阈值电压范围。此外，当本发明讨论 编程一个状态时，可以理解编程仅被执行到期望的程度。因此，例如当过程 步骤表述将单元编程到'OO，状态时，该编程步骤仅在当期望这个状态时被执 行。可以理解一旦期望的状态已经达到，该单元将不再被编程到另一个状态。
上述特定的实施例是示意性的，并且在不背离本发明的精神或所附权利 要求的范围的情况下，许多变形可以导入这些实施例中。例如在本发明和所 附权利要求的范围内，不同的示意实施例的元件和/或特征可以彼此结合和/ 或彼此替换。
权利要求
1.一种对多层非易失性存储器编程的方法，该存储器包括至少一个标识单元和多个多位存储单元，多个多位存储单元的每一个能够存储不同层的用于表示数据的电荷，所述数据由最低有效位(LSB)和最高有效位(MSB)表示，所述方法包括对存储单元首先以LSB然后以MSB编程以使得每一个编程过的存储单元当期望存储单元存储第一值时，具有小于电压VR1的阈值电压；当期望存储单元存储第二值时，具有大于电压VR1并小于电压VR2的阈值电压；当期望存储单元存储第三值时，具有大于电压VR2并小于电压VR3的阈值电压；当期望存储单元存储第四值时，具有大于电压VR3的阈值电压；其中VR1＜VR2＜VR3；并且标识单元被编程为具有大于电压VR3的阈值电压以指示MSB已经被编程。
2. 如权利要求1所述的方法，其中多层非易失性存储器是闪存。
3. 如权利要求2所述的方法，其中多层非易失性存储器是NAND型 存储器。
4. 如权利要求1所述的方法，其中对LSB的编程和对MSB的编程都 包括实现增量步进脉冲编程。
5. 如权利要求1所述的方法，还包括选择一个或多个参考电压用来依 据标识单元的状态读取数据。
6. 如权利要求1所述的方法，还包括在参考电压VR2读取标识单元。
7. 如权利要求l所述的方法，其中 VR1大约等于0伏特；VR2在大约1到2伏特的范围内；并且 VR3在大约2.5到3.5伏特的范围内。
8. —种用于依据对多层非易失性存储器编程的方法来控制存储器的 控制器，该存储器包括至少一个标识单元和多个多位存储单元，多个多位存储单元的每一个能够存储不同层的用于表示数据的电荷，所述数据由最低有效位(LSB)和最高有效位(MSB)表示，所述方法包括对存储单元首先以LSB然后以MSB数据编程以使得每一个编程过的存 储单元当期望存储单元存储第一值时，具有小于电压VR1的阈值电压； 当期望存储单元存储第二值时，具有大于电压VR1并小于电压VR2 的阈值电压；当期望存储单元存储第三值时，具有大于电压VR2并小于电压VR3 的阈值电压；当期望存储单元存储第四值时，具有大于电压VR3的阈值电压； 其中VR1<VR2<VR3;并且 标识单元被编程为具有大于电压VR3的阈值电压以指示MSB数据已经 被编程。
9. 如权利要求8所述的控制器，其中多层非易失性存储器是闪存。
10. 如权利要求9所述的控制器，其中多层非易失性存储器是NAND 型存储器。
11. 如权利要求8所述的控制器，其中对LSB数据的编程和对MSB数 据的编程都包括实现增量步进脉沖编程。
12. 如权利要求8所述的控制器，还包括选择一个或多个参考电压用来 依据标识单元的状态读取数据。
13. 如权利要求8所述的控制器，还包括在参考电压VR2读取标识单元。
14. 如权利要求8所述的控制器，其中 VR1大约等于0伏特；VR2在大约1到2伏特的范围内；并且 VR3在大约2.5到3.5伏特的范围内。
15. —种对多层非易失性存储器编程的方法，该存储器包括至少一个标 识单元和多个多位存储单元，多个多位存储单元的每一个能够存储不同层的 用于表示数据的电荷，所述数据由多个数据页面表示，所述方法包括顺序地对多个数据页面的一个或更多个编程以使得每一个编程过的存 储单元具有在多个阈值电压范围中 一个内的阈值电压，该阈值电压范围包括第一范围和多个后续范围，其中多个后续范围的每一个被定义为等于或大于 对应的校验电压，其中多个后续范围的每一个在对应的读取电压被读取，并 且其中对于每一个给定的后续范围，对应的读取电压比对应的校验电压小余量M;并且至少一个标识单元被编程为阈值电压范围内的一个阈值电压，该阈值电 压范围指示已经被编程过的数据页面的数量，其中标识单元阈值电压范围被 定义为等于或大于标识单元校验电压，其中标识单元在标识单元读耳又电压被读取，并且标识单元读取电压比标识单元校验电压小增强余量M—一，该增 强余量M—"大于余量M。
16. 如权利要求15所述的方法，其中至少一个标识单元是单个标识单 元，并且其中单个标识单元被编程到多个阈值电压范围中的一个以指示已被 编程过的数据页面的数量。
17. 如权利要求15所述的方法，其中至少一个标识单元是多个标识单 元，并且其中多个标识单元的被编程的那个指示已被编程过的数据页面的数 量。
18. 如权利要求15所述的方法，其中多层非易失性存储器是闪存。
19. 如权利要求15所述的方法，其中多层非易失性存储器是NAND型 存储器。
20. 如权利要求15所述的方法，其中对多个数据页面的编程都包括实 现增量步进脉冲编程。
21. 如权利要求15所述的方法，还包括选择一个或多个参考电压用来 依据一个或多个标识单元的状态读取数据。
22. —种用于依据对多层非易失性存储器编程的方法来控制存储器的 控制器，该存储器包括至少一个标识单元和多个多位存储单元，多个多位存 储单元的每一个能够存储不同层的用于表示数据的电荷，所述数据由多个数 据页面表示，所述方法包括顺序地对多个数据页面的一个或更多个编程以使得每一个编程过的存 储单元具有在多个阈值电压范围中 一 个内的阈值电压，该阈值电压范围包括 第一范围和多个后续范围，其中多个后续范围的每一个被定义为等于或大于 对应的校验电压，其中多个后续范围的每一个在对应的读耳又电压被读取，并 且其中对于每一个给定的后续范围，对应的读取电压比对应的校验电压小余 量M;并且至少一个标识单元被编程为阈值电压范围内的一个阈值电压，该阈值电 压范围指示已经被编程过的数据页面的数量，其中标识单元阈值电压范围被 定义为等于或大于标识单元校验电压，其中标识单元在标识单元读取电压被 读取，并且标识单元读取电压比标识单元校验电压小增强余量M—",该增 强余量M—^大于余量M。
23. 如权利要求22所述的控制器，其中至少一个标识单元是单个标识 单元，并且其中单个标识单元被编程到多个阈值电压范围中的一个以指示已 被编程过的数据页面的数量。
24. 如权利要求22所述的控制器，其中至少一个标识单元是多个标识 单元，并且其中多个标识单元的被编程的那个指示已被编程过的数据页面的
25. 如权利要求22所述的控制器，其中多层非易失性存储器是闪存。
26. 如权利要求22所述的控制器，其中多层非易失性存储器是NAND 型存储器。
27. 如权利要求22所述的控制器，其中对多个数据页面的编程都包括 实现增量步进脉冲编程。
28. 如权利要求22所述的控制器，其中所述方法还包括选择一个或多 个参考电压用来依据一个或多个标识单元的状态读取数据。
全文摘要
一种对多层非易失性存储器编程的方法。多个多位存储单元能够存储不同层的可用于表示数据的电荷，所述由最低有效位(LSB)和最高有效位(MSB)表示的数据被首先以LSB然后以MSB编程。当编程过的存储单元具有小于电压VR1的阈值电压时存储第一值，当具有大于电压VR1并小于电压VR2的阈值电压时存储第二值，当具有大于电压VR2并小于电压VR3的阈值电压时存储第三值。当期望存储单元存储第四值时，每一个单元具有大于电压VR3的阈值电压。VR1小于VR2，VR2小于VR3。标识单元被编程为具有大于VR3的阈值电压以指示MSB数据已经被编程。
文档编号G11C16/10GK101197190SQ20071030619
公开日2008年6月11日 申请日期2007年9月6日 优先权日2006年9月6日
发明者蔡东赫, 边大锡 申请人:三星电子株式会社