非易失性存储器件及读取存储单元的方法

专利名称：非易失性存储器件及读取存储单元的方法
技术领域：
本申请总体上涉及非易失性存储器("NVM")单元。更具体地说，本 申请涉及读取NVM单元的方法以及利用这些方法的NVM器件。
背景技术：
这样的存储单元是图1所示的NROM (氮化物只读存储器)单元10，现在 参考该NROM单元10，其在基于氮化物的层16中存储两个比特12和14， 所述层16夹在导^层18和沟道20之间。在很多专利中都对NROM单元 进行了描述，例如，在转让给本发明的共同受让人的美国专利No.6649972 中对其进行了描述，在此将该专利的公开内容并入本文。
比特12和14是可以单独访问的，因此，可以单独地进行编程(常规 上表示为"0")、擦除(常规上表示为"1")和读取。比特(12和14)的 读取涉及到确定如在读取特定比特时所看到的阈值电压Vt是高于(编程) 读取参考电压电平RD还是低于(擦除)该参考电压电平。
现在参考图2A，其示出了作为阈值电压Vt的函数的存储器芯片(通 常具有大量的形成为存储器阵列的NROM单元)的编程和擦除状态分布。 被擦除的比特是其阈值电压已经降低到擦除阈值电压EV以下的比特。因 此，通常擦除分布30的最右点在擦除阈值电压EV附近(优选在该电压或 以下)。类似地，被编程的比特是其阈值电压已经上升到编程阈值电压PV 以上的比特。因此，通常编程分布32的最左点在编程阈值电压PV附近(优 选在该电压或以上)。
两个阈值电压PV和EV之间的差异为工作窗口 W0。通常将读取参考 电压电平RD置于窗口 W0之内，并且例如从读取参考单元中产生该参考电 压电平。读取参考单元通常，但未必一定处于非自然状态，如转让给本发 明的共同受让人的美国专利No.64卯204所述，在此将其公开内容并入本文
中作为参考。在这种情况下，读取参考单元的阈值电压可以在图2A中的 RD电平处。
然后利用比较电路(例如差分读出放大器)将来自被读取的比特的信 号与读取基准电平产生的信号进行比较，结果应当确定阵列单元是处于编 程状态还是处于擦除状态。或者，不使用参考单元，读取参考信号可以是 独立产生的电压或电流信号。在现有技术中已知还有其他产生读取参考信 号的方法。
由于感测方案电路可能不完善，其特征可能会在不同的工作和环境条 件下变化，因此通常需要容限M0和Ml来分别正确地读取"0"和"1"。 只要编程和擦除分布超过这些容限，就可以实现可靠的读取。然而，在处 理多电平单元("MLC")时维持恰当的容限和读取存储单元的问题变得更 加复杂。
在MLC中，同一单元上可以共存两个或更多的编程电平，如图2B所 示。在读取MLC单元以确定单元处于多个逻辑状态中的哪一个时，必须使 用至少两个读取参考单元。在读取操作期间，必须确定MLC单元的阈值处 于由读取参考单元定义的两个或更多阈值电压界定的三个或更多区域中的 一个。如图2B所示，限定MILC中的给定状态的电压阈值边界通常要比双 态NYM单元的电压阈值边界小得多。现在参考图2B，其示出了MILC的 四个不同的阈值电压区域，其中每个区域与MLC的编程状态之一或MLC 的擦除状态相关联。由于在MLC中需要将潜在阈值电压(例如3伏到9伏) 的相当固定的范围分成若干子范围或区域，因此MLC中的每个子范围或区 域的大小通常小于双态NVM单元的区域，该双态单元仅需要两个电压阈值 区域，如图2A所示。
NVM单元的电压阈值很少保持固定。阈值电压漂移是可能导致存储单 元的阈值电压变化较大的现象。这些变化可能由于来自单元的电荷存储区 的电荷泄漏、温度变化以及由于来自相邻NVM单元的工作干扰而产生。现 在参考图2C，其针对10次循环和1000次循环示出了作为时间的函数、由 于漂移引起的与示例性MLC的两种编程状态相关的阈值电压(Vt)变化的 曲线图。如该曲线图所示，电压漂移可能会在很多个单元上发生，并且可 能会在这些单元上以相关的方式发生。还知道漂移的大小和方向取决于 NVM经历编程和擦除循环的次数和MLC的编程电平。还知道单元的(Vt) 的偏移可以沿向上或向下的方向。
存储单元的阈值电压的变化可能会导致错误的状态读取，并可能进一 步导致存储器阵列中的数据的破坏。在MLC单元中电压偏移尤其是个问 题，在所述MLC单元中与每一编程状态相关的Vt区域或子范围与典型的 双态单元相比相对较小。
为了减少由于NVM阵列中的单元的阈值电压的漂移而导致的数据损 失和数据破坏，应该对NVM阵列中的单元的阈值电压漂移进行补偿。对于 给定的NVM阵列，希望提供一个或一组参考单元，其参考阈值电压偏离规 定的验证阈值电平的一些值与要读取的NVM单元所经历的实际电压漂移 有关。转让给本申请的共同受让人并且并入本文中作为参考的美国专利No. 6992932对于解决上述问题的一些方案给出了启示。然而，对确定一组参考
电压电平以及利用所确定的参考电压确立参考单元的更高效更可靠的方法 有明确而持续的需求，该组参考电压电平可以适应NVM阵列中的单元的阈
值电压的变化。

发明内容
本发明是一种用于确定参考电压的方法、电路和系统。本发明的一些 实施例涉及一种用于确立一组将要在操作(例如读取)NVM块或阵列中的 单元时使用的操作参考单元。作为本发明的一部分，可以利用与两组或更 多组测试参考单元或结构相关的一个或多个参考电压来读取NVM块或阵 列的至少一个单元子集，其中每组测试参考单元或结构可以产生或以其他 方式提供与其他每一测试参考单元或结构组至少稍微偏离的参考电压。对 于用于读取NVM块的至少一个子集的每组测试参考单元/结构，可以计算 或以其他方式确定读取误码率。可以将与较低读取误码率相关的一个或一 组测试参考单元/结构选作将要在操作(例如读取)NVM块或阵列中所述单 元子集之外的其他单元时使用的操作参考单元组。在另一实施例中，可以
用选定的测试参考单元组来选择或确立参考电压基本等于选定的测试组的 参考单元/结构的操作组。 .
根据本发明的一些实施例，在对NVM阵列中的一组单元进行编程之前 或期间，可以计算要被编程为与该阻单元相关的一个或多个逻辑或编程状 态中的每一个的单元的数量，并可以将逻辑状态分布存储在例如校验和表 中。作为本发明的一些实施例的一部分，可以计算要被编程为达到和/或低 于每一逻辑或编程状态的单元的数量和/或将其存储在表格中，该表格位于
与NVM单元组相同的阵列上或位于与NVM阵列相同的芯片上的存储器 中。根据本发明的一些实施例，可以仅计算并存储与阵列的块或扇区或与 整个阵列相关的历史单元的逻辑状态分布。
根据本发明的一些实施例，在读取已编程单元组时，可以将发现处于 给定逻辑或编程状态的单元的数量与编程期间存储的相应值(例如被编程 为给定状态的单元的数量)进行比较或与从编程期间存储的值导出的值(例 如被编程为处于给定状态或以上的单元的数量减去被编程为相邻的更高逻 辑状态或以上的单元的数量)进行比较。如果在给定状态下读取的单元的 数量与基于编程期间确定/计算/存储的值的预期数量之间存在差异，则可以 向上或向下调整与给定编程状态相关的读取验证参考阈值以补偿检测出的 错误。根据本发明的一些实施例，也可以向上或向下移动相邻逻辑状态的 读取验证电平，以便补偿检测出的给定状态下的读取错误。
例如，根据本发明的一些实施例，如果在给定编程状态中发现(例如 读取)的单元的数量低于预期值，要么可以降低与该给定状态相关的读取 验证参考电压，要么如果发现在给定状态以上读取的单元的数量超过期望 数，则可以升高与高于且邻近给定状态的逻辑状态相关的读取验证参考电 压。相反，如果在给定编程状态中发现(例如读取)的单元的数量高于预 期值，要么可以提高与给定状态相关的读取验证参考电压，要么如果发现 在给定状态以上读取的单元的数量低于期望数，则可以降低与高于且邻近 给定状态的逻辑状态相关的读取验证参考电压。因此，可以选择用于单元 组的读取验证参考电压，使得在与该组相关的每一状态下发现/读取的单元 的数量基本等于从单元组编程期间计算的值读取或导出的数量，所述值可 以已被存储在校验和表中。
根据本发明的一些实施例，校验和表可以驻留在与NVM单元组相同的 芯片上，并且根据本发明的另一实施例，可以调整控制器以执行上述错误 检测和读取验证参考值的调整。校验和表可以存储在与NVM单元组相同的
NVM阵列中，或者存储在驻留在与NVM阵列相同的芯片上的一些其他存 储单元上，例如存储在编程和/或读取期间控制器使用的寄存器或缓冲器中。 根据本发明的其他实施例，可以包括专用错误编码(error coding)和检测 电路，且控制器位于同一芯片和将要操作的NVM阵列上。
可以结合其他方法，例如使用一个或多个历史单元，来执行作为上述 步骤的一部分而选择的读取参考电平。根据本发明的一些实施例，如下所 述，NVM器件的控制逻辑可以利用初始的从一个或多个历史单元导出的一 个或一组参考电平(即测试参考电平/单元/结构)对感测到的逻辑状态分布 和存储的逻辑状态分布进行比较。


在本申请的结尾部分中特别指出了视为本发明的主题并明确要求对其 进行保护。然而，在结合附图阅读以下详细说明时，可以最好地理解本发 明(作为操作的组织和方法)与其目的、特征和优点，在附图中
图1为现有技术NROM单元的示意图2A为作为阈值电压Vt的函数的NROM单元的存储器芯片的编程和 擦除状态分布的示意图2B为不同阈值电压的曲线图，每一个阈值电压与多电平单元(MLC) 的不同编程状态的边界相关联；
图2C为曲线图，其针对10次循环和1000次循环示出作为时间函数、 测量到的由于Vt漂移引起的与示例性多电平单元(MLC)的每一编程状态 相关的阈值电压(Vt)的变化；
图3为示例性存储器阵列工作开始之后某些点处的擦除和编程分布的 示意图4为由于图3所示的擦除分布漂移而发生的设计裕量减小的示意图5A、 5B和5C为利用移动读取参考电平读取根据本发明构造和操作的存储单元的方法的示意图，所述移动读参考电平可以作为工作窗口变化的函数而移动；
图6A、 6B、 6C和6D为在实施图5A、 5B和5C的方法时有用的历史 单元和存储单元的可选位置的示意图7为确定用于图6A、 6B、 6C和6D的历史单元和存储单元的历史读 取参考电平和存储器读取参考电平的方法的示意图8为NROM阵列中各种大小的存储单元子组的编程阈值分布的示意
图9示意性示出平滑的编程阈值分布与在统计上具有锯齿边缘的编程 阈值分布之间的比较，其对于示出根据本发明的确定读取参考电平的可选 方法是有用的；以及
图IOA和IOB为示出根据本发明的降低编程验证电平的方法的编程和 擦除阈值分布的示意图。
应当理解，为了图示的简洁和清楚，附图中所示的元件未必是按比例 绘制的。例如，为了清楚起见，可以相对于其他元件放大某些元件的尺寸。 此外，在认为适当的情况下，在附图中可以重复使用附图标记来表示相应 或类似的元件。
具体实施例方式
在以下详细说明中，给出了很多具体细节以便对本发明有透彻的理解。 然而，本领域的技术人员将会理解，可以在没有这些具体细节的情况下实 施本发明。在其他情况下，没有详细地说明公知的方法、过程和部件，以 免使本发明含糊不清。
除非另行明确指出，从以下讨论中可以明显看出，可以认识到在整个 申请的讨论中，使用诸如"处理"、"导出"、"计算"、"推算"、"确定" 等术语是指计算机或计算系统，或类似的电子计算装置或逻辑电路(例如 控制器)的动作和/或处理，它们将被表示为计算系统的寄存器和/或存储器 中的物理量(例如电子量)的数据处理和/或转换为被类似地表示为计算系 统的存储器、寄存器或其他这种信息存储、传输或显示装置中的物理量的 其他数据。
本发明的实施例可以包括用于执行本文中的操作的设备。该设备可以 是为预期目的特别构造的，或者其可以包括由存储在计算机中的计算机程 序选择性地激活或重新配置的通用计算机。这种计算机程序可以存储在计 算机可读存储介质中，例如但不限于任何类型的盘片，包括软盘、光盘、
CD-ROM、磁光盘、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、电可 编程只读存储器(EPROM)、电可擦可编程只读存储器(EEPROM)、磁卡 或光卡、或任何其他类型的适于存储电子指令并能够耦合到计算机系统总 线的介质。
本文给出的处理和显示并非内在地与任何特定的计算机或其他设备相 关。可以将各种通用系统与根据本文教导的程序一起使用，或者可以证明， 便于构造更为专用的设备来执行所期望的方法。这些各种系统的期望结构 将通过以下说明而将显而易见。此外，不参考任何特定的编程语言来对本 发明的实施例进行说明。将会认识到，可以使用各种编程语言来实现如本 文所述的本发明的教导。
申请人已经认识到，随着单元经历了多次擦除和编程循环，工作窗口 可能会随着时间而变化。工作窗口可以縮短和/或可以漂移，两者都可以影 响到读取操作的精确性。
本发明是一种用于确定参考电压的方法、电路和系统。本发明的一些 实施例涉及用于确立一组将要在操作(例如读取)NVM块或阵列中的单元 时使用的操作参考单元的系统、方法和电路。作为本发明的一部分，可以 利用与两组或更多组测试参考单元或结构相关的一个或多个参考电压来读 取NVM块或阵列的至少一个单元子集，其中每组测试参考单元或结构可以 产生或以其他方式提供与其他每一测试参考单元或结构组至少稍微偏离的 参考电压。对于用于读取NVM块的至少一个子集的每组测试参考单元/结 构，可以计算或以其他方式确定读取误码率。可以将与较低读取误码率相 关的一个或一组测试参考单元/结构选作将要在操作(例如读取)NVM块或 阵列中所述单元子集之外的其他单元时使用的操作参考单元组。在另一实 施例中，可以用选定的测试参考单元组来选择或确立参考电压基本等于选 定的测试组的参考单元/结构的操作组。
根据本发明的一些实施例，在对NVM阵列中的一组单元进行编程之前 或期间，可以计算要被编程为与该阻单元相关的一个或多个逻辑或编程状 态中的每一个的单元的数量，并可以将逻辑状态分布存储在例如校验和表 中。作为本发明的一些实施例的一部分，可以计算要被编程为达到和/或低 于每一逻辑或编程状态的单元的数量和/或将其存储在表格中，该表格位于
与NVM单元组相同的阵列上或位于与NVM阵列相同的芯片上的存储器 中。根据本发明的一些实施例，可以仅计算并存储与阵列的块或扇区或与 整个阵列相关的历史单元的逻辑状态分布。
根据本发明的一些实施例，在读取已编程单元组时，可以将发现处于 给定逻辑或编程状态的单元的数量与编程期间存储的相应值(例如被编程 为给定状态的单元的数量)进行比较或与从编程期间存储的值导出的值(例 如被编程为处于给定状态或以上的单元的数量减去被编程为相邻的更高逻 辑状态或以上的单元的数量)进行比较。如果在给定状态下读取的单元的 数量与基于编程期间确定/计算/存储的值的预期数量之间存在差异，则可以 向上或向下调整与给定编程状态相关的读取验证参考阈值以补偿检测出的 错误。根据本发明的一些实施例，也可以向上或向下移动相邻逻辑状态的 读取验证电平，以便补偿检测出的给定状态下的读取错误。
例如，根据本发明的一些实施例，如果在给定编程状态中发现(例如 读取)的单元的数量低于预期值，要么可以降低与该给定状态相关的读取 验证参考电压，要么如果发现在给定状态以上读取的单元的数量超过期望 数，则可以升高与高于且邻近给定状态的逻辑状态相关的读取验证参考电 压。相反，如果在给定编程状态中发现(例如读取)的单元的数量高于预 期值，要么可以提高与给定状态相关的读取验证参考电压，要么如果发现 在给定状态以上读取的单元的数量低于期望数，则可以降低与高于且邻近 给定状态的逻辑状态相关的读取验证参考电压。因此，可以选择用于单元 组的读取验证参考电压，使得在与该组相关的每一状态下发现/读取的单元 的数量基本等于从单元组编程期间计算的值读取或导出的数量，所述值可 以已被存储在校验和表中。
根据本发明的一些实施例，校验和表可以驻留在与NVM单元组相同的 芯片上，并且根据本发明的另一实施例，可以调整控制器以执行上述错误 检测和读取验证参考值的调整。校验和表可以存储在与NVM单元组相同的 NVM阵列中，或者存储在驻留在与NVM阵列相同的芯片上的一些其他存 储单元上，例如存储在编程和域读取期间控制器使用的寄存器或缓冲器中。 根据本发明的其他实施例，对于同一芯片和将要操作的NVM阵列上的控制 器，可以包括专用错误编码(errorcoding)和检测电路。
可以结合其他方法，例如使用一个或多个历史单元，来执行作为上述 步骤的一部分而选择的读取参考电平。根据本发明的一些实施例，如下所
述，NVM器件的控制逻辑可以利用初始的从一个或多个历史单元导出的一 个或一组参考电平(即测试参考电平/单元/结构)对感测到的逻辑状态分布 和存储的逻辑状态分布进行比较。
现在参考图3，其分别示出了在示例性存储器阵列开始工作之后的一些 点处的擦除和编程分布40和42。
虽然可以将每个比特擦除为擦除电压EV之下的阈值电压，但是擦除分 布40看起来可以漂移到稍微在擦除电压EV之上。申请人己经认识到这可 能是因为单元的两个比特彼此具有一些影响而造成的。如果两个比特都被 擦除，则每个比特的阈值电压可以低于擦除电压EV (如擦除分布40内的 较小分布44所示)。然而，如果对一个比特进行编程而擦除另一个比特， 则由于另一个比特的编程状态，而使被擦除的比特的阈值电压可能看起来 更高。这由擦除分布40内的第二个小分布46所示，其比特中的一些可以 具有看起来在擦除电压EV之上的阈值电压。通常这被称为"第二比特效 应"。此外，由于捕获层内的电荷再分配和电荷偶然注入到捕获层中，而使 被擦除的比特看起来可以漂移到稍微在擦除电压EV之上。
另外，申请人已经认识到，在重复的编程和擦除循环之后，编程分布 42可以漂移到低于编程电压PV。这可能是由于擦除/编程循环之后单元的 保持特性造成的。编程分布42的这种向下的漂移取决于时间和温度，漂移 的速率也取决于单元在过去经历过的编程/擦除循环的次数。
这些漂移分布的结果可以将工作窗口縮短成不同的工作窗口 Wm。申 请人已经认识到不同的窗口 Wm可以与原始窗口 WO对准或不对准。图3 示出了示例性窗口 Wm，其中心从原始窗口 WO的中心漂移。申请人已经 认识到这些变化中的一个或两个可以对读取操作的质量产生影响。在图4 中示出了这一点，现在参考图4。
图4类似于图3，不过增加了读取参考电平RD及其相关的设计裕量 Ml 。现有技术要求根据预期的编程和擦除裕量损失定位读取参考电平RD。 通常，编程裕量损失较大，因此在图4中，将读取参考电平RD设置得更靠 近擦除验证电平EV，以保证发生保持损失之后能正确读取编程状态比特。
读取参考电平RD和擦除验证电平EV之间的距离是为确保正确读取擦除状 态比特而提供的总擦除裕量。除了总擦除裕量之外，可能需要裕量M1来补 偿电路的不足并确保正确读取擦除比特。 一开始将被擦除的比特放置在EV 电平之下(通常在擦除操作之后)提供了比M1大的裕量，从而可以可靠地 读取"1"比特。令人遗憾的是，如图4所示，由于擦除分布40已经漂移 到擦除阈值电压EV以上，因此可以不再保持裕量Ml。在擦除分布46内 可能有一些比特(由实线标记表示)被错误读取(即被读为已编程)，因为 它们的阈值电压不在裕量M1之下。
现在参考图5A、 5B和5C，它们共同示出了利用移动读取参考电平 MRL读取根据本发明构造和操作的存储单元的方法，所述移动读取参考电 平可以作为工作窗口变化的函数而移动。
根据本发明的优选实施例，在擦除和编程操作之后不久(图5A),可 以在擦除分布50A和编程分布52A之间的读取电平RD1处放置移动读取电 平MRL，其中擦除分布50A现在稍微在擦除阈值电压EV之上(由于第二 比特效应)，并且编程分布52A现在完全或几乎完全处于编程阈值电压PV 以上。可以从读取电平RD1限定适当的裕量M1和M0，以克服电路和感测 方案的不足并保证正确检测比特状态。在图5A中，擦除和编程分布分别超 出了裕量Ml和MO。因此，此时读取电平RD1可以成功而可靠地读取1 和O这两者。
如果单元已经经过多次编程和擦除循环，则经过一段时间以后分布可 能会漂移。在图5B中，现在被标为52B的编程分布已经移动得更低，因此 其很大一部分低于编程阈值电压PV。然而，这里被标为50B的擦除分布通 常也移动得更低。即使工作窗口 Wb接近固5A中的工作窗口 (标为WA) 或与其宽度相等，其中心也已经变化。结果，具有裕量MO的读取参考电平 RD1可能不再正确地将编程分布52B中的所有比特读取为"0"。
根据本发明的优选实施例，对于图5B的情形，移动读取电平MRL可 以移动到第二读取电平RD2。在这种情况下，在参考读取电平RD2读取比 特时，保持裕量M0和M1，但是是相对于漂移的RD2读取电平，因此可 以将两个分布(50B和52B)中的所有比特正确地读取为擦除("1")或编 程("0")。
图5C示出了第三种情况，其中分布可以进一步漂移，造成工作窗口 We进一步縮短和/或漂移。根据本发明的优选实施例，移动读取电平MRL 可以移动到第三读取电平RD3 (连同裕量M0和M1)，以适应变化的工作 窗口，并确保可靠地读取分布50C和52C中的所有比特。
要理解的是，读取电平RD1和RD2不会成功地读取图5C的分布。两 个读取电平RD1和RD2都会错误地读取至少一些"0"(因为编程分布52C 的左侧到读取电平的距离小于所需的裕量M0)。类似地，第三读取电平RD3 会错误地读取一些"l"，如果其用于图5A和图5B的分布的话，因为分布 50A和50B的右侧相对于读取电平RD3未保持所需的裕量Ml 。
可以用任何适当的方式选择在任何给定的时间使用哪个读取电平，并 且所有这种方法都包括在本发明中。在图6A中示出了实例，现在参考图 6A。在该实例中，被标为60的存储器阵列可以包括要读取的存储单元62 和历史单元64。至少一个历史单元64可以与存储单元62的子集相关，并 可以经历基本相同的事件，并且优选与相应的存储单元62的子集基本同时 且条件相同。
在图6B中示出了具体实例，现在参考图6B。在该实例中，历史单元 64可以与存储单元62的行A相关，并可以与单元62同时编程和擦除，总 是使其返回到其已知的预定状态。例如，该预定状态可以是这样的，即单 元的两个比特(即两个存储区域)都处于编程状态，或在不同的情况下， 仅一个比特处于编程状态，而另一个比特保持被擦除。
在图6C中示出了另一个实例，现在参考图6C。在该实例中，历史单 元64的组H'可以与阵列60中的存储单元62的部分G'相关。历史单元64 的组H'可以在存储器阵列中的任何地方，只要其中的单元以与其相关的部 分G'的存储单元62基本相同的条件经历基本相同的事件即可。总是使历史 单元64返回到预定状态。 一些历史单元64可以有两个比特(即两个存储 区域)都处于编程状态，而其他历史单元可以在其比特中仅有一个比特处 于编程状态。
在图6D中，历史单元64的组H可以是与阵列60的部分G相邻的一 行单元。通常，每一这样的行可以具有512—1K的单元，而部分G中可以 具有256-512行。
可以利用历史单元64确定用于读取它们与之相关的存储单元62的子 集的最合适的参考读取电平。可以在具有或不具有附加裕量的情况下，利 用可以产生历史单元64的正确读取("0"读取，因为历史单元64通常处 于编程状态)的参考读取电平，或更优选的最高参考读取电平来读取其相 关的存储单元62的子集。
用于正确读取历史单元64的参考读取电平可以被称为"历史读取参考 电平"。可以利用"存储器读取参考电平"来读取相关的存储单元62的子 集，所述存储器读取参考电平可以与历史读取参考电平相同或其可以具有 加到其上的裕量。
现在参考图7，其示出了两个编程分布61和63以及擦除分布65。编 程分布61可以是用于图6D所示的历史单元64的编程分布，编程分布63
编程分布。因为较少数量的历^史单元64可以代表较大数量的阵列单元62: 所以图7将分布61示为小于分布63。因此，编程分布61的边缘EPH可以 位于比编程分布63的边缘EPG更高的电压处。
图7示出了用于限定历史读取参考电平的两个历史读取电平RD1'和 RD2'和三个相关的存储器读取电平RD1、 RD2和RD3，其中RD1'〉RD2'且 RD1>RD2>RD3。
可以首先用历史读取电平RD1'检査历史编程分布61。如图7所示，如 果在使用读取电平RD1'时将历史单元64的一部分读作擦除，则可以用历史 读取电平RD2'来读取历史单元64。在该实例中，历史读取电平RD2'可以在 读取历史单元64方面是成功的，因此，它们相关的存储单元62的子集G 可以利用其相关的存储器读取参考电平RD2来读取。在图7的实施例中， 最低历史读取参考电平(在该实例中为RD2')可以与读取电平RD2相关(当 利用历史读取电平RD2'将所有历史单元都读作编程时)或与读取电平RD3 相关(当利用RD2'将历史单元的一部分读作擦除时)。
图7示出了每个历史读取电平RDi'与其相关的存储器读取电平RDi之 间的裕量MHRDi。在图7的实例中，可以将裕量MHRDi定义为与分布61和 63中的不同比特数相关的投影差EPH-EPG。将会认识到，可以用任何其他 适当的方式定义裕量MHRDi。
因此，为了归纳，如果利用历史读取电平RD (j)'不正确地读取了被 编程的历史单元64的集合H的一部分(即它们被读作擦除)，但利用历史 读取电平RD (j+l)'进行了正确的读取，则优选地可以利用RD (j+l)存 储器读取参考电平读取存储单元的相关子集G。为此，可以有与存储器读 取参考电平相同数量的历史读取参考电平。
或者如以上参考图7所述，历史读取参考电平可以比存储器读取参考 电平少一个。在该实施例中，最低电平RD (j)'可以提供两个电平。正确 地读取最低电平RD (j)'可以与RD (j)电平相关，而不正确的读取可以 与RD (j+l)电平相关。
可以用若干方式中的任何一种来确定用于读取存储单元62的子集G中 的每一个的最适当的参考读取电平，以下描述了其中的四种。
A) 读取所有或部分的历史单元64对读取所有或部分的具有读取参考 电平RD (j)的现有读取参考单元。
B) 读取所有或部分的历史单元64对读取设置在读取参考电平RD (j) 加一些裕量MH处的特定参考单元，其中MH可以是投影差EPH-EPG或任 何其他适当的裕量。或者，对于每个读取电平RD (j)可以有独立的裕量 MH (j)。
C) 读取所有或部分的历史单元64对读取所有或部分的具有读取参考 电平RD (j)的现有读取参考单元，但在与读取参考单元的字线不同的电 平处激活历史单元64的字线以便引入一些裕量。
D) 读取所有或部分的历史单元64对读取所有或部分的具有读取参考 电平RD (j)的现有读取参考单元，但例如通过对历史或读取参考单元中 的至少一个的信号增加或减去电流或电压信号而在这些读取操作中的每一 个上引入一些裕量MH (j)。
可以在如下应用中"在不工作时(onthefly)"(在读取存储单元62的 相关子集G之前)执行这些操作允许有足够的时间来相对于不同的历史 读取参考电平读取历史单元64并确定用于读取存储单元62的相关子集G 的最佳存储器读取参考电平。或者，可以在预定的时间读取历史单元64， 并在分析读出数据和选择适当的历史读取参考电平之后，可以存储结果， 以在以后在可能需要读取存储单元62时使用。这种预定的时间可以是在器件启动时、长时间工作(例如编程或擦除)之前或之后或在空闲时间。可
以串行、并行和以混合的串行/并行形式读取历史单元64。
历史单元64可以是与阵列存储单元62相同类型的多比特NROM单元。 可以以每单元一比特的模式、以每单元两比特的模式或以多电平模式操作 它们。可以通过在它们的单元中仅编程一个或两个比特来实现历史单元64 的编程状态。可以接近、连同或在擦除历史单元64的相关存储单元62的 同时擦除历史单元64。可以在擦除历史单元和历史单元的相关存储单元62 之后不久，或者在接近在历史单元的相关存储单元62中编程比特子集时执 行历史单元的编程。
申请人认识到，本发明所述的移动读取电平方法的有效性可以取决于 存储器读取参考电平的恰当设置，从而不会发生由于读取电平与编程和擦 除阈值电压之间的裕量减小而导致的单元的不正确读取。如上所述，可以 基于作为历史单元64的函数的历史读取参考电平定位存储器读取参考电 平。
申请人已经认识到，由于图8所示的统计现象， 一组历史单元64可能 会在忠实代表其相关的存储单元62的组的能力方面受到限制。图8示出了 子组例如历史单元64的组H忠实代表该子组是其一部分的较大组(即组G 或G')的能力本质上是不完善的。在图8中，针对NROM阵列中的各种大 小的存储单元子组示出编程阈值分布66、 67、 68和69。曲线66表示800 个存储单元的组的编程阈值分布，曲线67、 68和69表示的组中的单元数 分别为7千、6万和3百万个存储单元。根据支配正态分布如阵列60中的 存储单元62的组G的编程阈值分布的统计定律，存储单元的子组越大，其 编程阈值的范围越宽。在图8中示出了这一点，最大的单元组(曲线69) 跨越1.3V的范围，最小的单元组(曲线66)跨越0.9V的范围。如图8所 示，由曲线67和68表示的中等大小的子组分别跨越IV和1.1V的范围。
因此，申请人已经认识到，在本发明的优选实施例中，子集H中的历 史单元64的数量越接近它们旨在表示的阵列组G中的单元数量，采样就越 有代表性，并且通过其确定的读取电平会越有效。
现在参考图9，其出了 NROM阵列的单元子组中电压分布的额外统计 特性，可以对其进行寻址以改善移动读取电平的有效性，其中基于历史单
元64的组H确定所述移动读取电平的位置。图9示出了来者同一阵列的具 有相同历史的两个被编程的NROM单元的子组的两个阈值电压分布70和 72。用三角形表示分布70，用点表示分布72。如从图9中可以看到的那样， 分布表现出非常高的重叠度，然而，点分布72在边缘处展现出一些"噪声"， 即，落在点分布的常规图案之外的错误数据点。在阈值电压为5.45V的点 分布72的噪声左边缘处，有表示一个比特的点DE。然而，在左边缘处没 表现出噪声的三角形分布70中，被标为TE的左侧上的最小点处于5.65V 并表示3个比特。
图9示出在错误数据点的统计事件中，使用一组历史单元的最低阈值 电压值Vtp来确立历史读取电平可能引入显著的不确定性，如同一阵列的 两个子组的编程分布上的相似边缘点之间的200mV差异所证明的那样。因 此，申请人已经认识到，优选在超出可能发生统计噪声的分布边缘的点处 确定历史读取参考电平。
在图9中示出了超出点分布72的噪声边缘的示例性点DR。 DR位于 5.65V处，表示10个比特。如果在该点设置编程阈值电压，则它是点分布 72中会将八个或更多的编程单元不正确地感测成擦除的第一个点。三角形 分布70中的类似点TR表示24个比特，且位于5.7V处。通过比较非边缘 点DR和TR的阈值电压值之间的50mV差异和边缘点DE和TE的阈值电 压值之间的200mV差异可以看出，非边缘点可以为属于单个较大组(例如 与阵列组G相关的历史组H)的更大数量的子组提供更有意义的参考点。
因此，根据本发明的优选实施例，可以如下基于历史单元64的阈值电 压分布确定历史读取参考电平和存储器读取参考电平
a) 可以将历史读取参考电平设置成作为分布中第X低的阈值电压的编 程阈值电压，其中X可以在1和N之间，其中N为分布中的单元(对于单 比特单元)或比特(对于多比特单元)的数量。X的作用是通过避免分布 的噪声边缘来减小统计的不确定性。
b) 可以将用于感测阵列中的相关单元组的存储器读取参考电平设置为 基于具有加到其上的额外裕量的历史读取参考电平的值。
申请人进一步认识到还可以根据本发明的优选实施例执行对历史单元 64的历史组H及其相关的存储单元62的阵列组G进行编程的方法、以及
可以擦除这种历史单元64和阵列单元62的方法，以便使历史组H和它们 表示的阵列组G之间的匹配最大化。
根据本发明的另一优选实施例，可以在历史组H擦除后引入的有意识 的等待周期之后对历史组H进行编程，使得历史组H的擦除和编程之间的 时延可以匹配它们相关的阵列组G的檫除和编程之间的时延，从而使历史 组H成为阵列单元G的更好的代表性样本。
根据本发明的另一实施例，可以将阵列组G的擦除操作分成子组，如 在与本申请同一天提交、且包括在本文中作为参考的申请人的题为"A Method of Erasing Non-Volatile Memory Cells"的共同未决申请(代理文档号 P-9014-US)中所描述的那样。申请人已经认识到，以小组擦除存储单元可 以通过防止单元的过擦除而提高这些小存储单元组的一致性和它们与它们 相关的历史单元的行为匹配。以小组檫除单元可以通过防止使很多存储单 元暴露在为了仅擦除几个难处理的单元而需要的重复擦除操作之下来防止 单元的过擦除，其中可以在若干擦除操作之后成功地擦除所述很多存储单 元中的大部分。由于通常可以用非常少的擦除脉冲来擦除阵列的一行，因 此可以通过从阵列60的行形成小组来实施该实施例。
还可以通过提出可以对阵列组G进行编程的方法来提高移动读取电平 方法的有效性。现在参考图IOA和10B，其示出了根据本发明的优选实施 例对阵列组G进行编程如何可以支持本发明的移动读取电平方法。
图10A示出了循环之后的擦除分布80A和编程分布82A，而图10B示 出了循环之后的保持焙烧后的擦除分布80B和编程分布82B。
图10A中示出编程分布82A完全位于编程验证电平PVO之上，所述 验证电平PVO位于编程分布82A的最左侧边缘。另一方面，擦除分布80A 延伸通过擦除验证电平EV。申请人已经认识到，这种重叠可能是因为"第 二比特效应"，其中当对一个比特进行编程并对一个比特进行擦除时，在双 比特单元中的两个比特之间有一些电串扰。由于其相邻的被编程比特的影 响，这种串扰导致被擦除比特的阈值电压的明显增加。与被编程比特相邻 的被擦除比特的累积的阈值电压增加导致擦除分布80A与擦除验证电平 EV的重叠。
在图10A中，为了适应第二比特效应并提供对所有被擦除比特的精确读取，向右移动移动读取电平RDO，以在分布80A的边缘86和读取电平 RDO之间建立裕量。
图10B分别示出了在"循环后保持"操作之后的编程分布82B和擦除 分布80B的相对位置。可以执行循环后保持操作以模拟芯片在执行大量编 程和擦除循环之后长时间存储正确数据的能力。这涉及使比特在编程和擦 除状态之间循环很多次(例如100000次循环)并将芯片焙烧一段预定的时 间。图10B中示出编程分布82B和擦除分布80B都己经向下漂移，并且编 程分布82B更极端的漂移导致了擦除分布80B的最右侧边缘和编程分布 82B的最左侧边缘之间的感测窗口的严重减小。
根据本发明的优选实施例，为了通过提供更宽的可以在其中对移动读 取电平进行定位的感测窗口来增强该移动读取电平的有效性，可以降低编 程验证电平PV1以便降低第二比特效应并控制擦除分布80B的最右侧边缘 对陷入困境的感测窗口的侵蚀，其中可以在所述编程验证电平PV1处执行 额外编程(在不执行擦除操作的情况下)。这可以意味着擦除分布与EV电 平的重叠可以减小，使得最左侧边缘84B可以小于最左侧边缘84A。因此， 移动读取电平RD1可以仍然位于分布80B和82B之间并允许单元的连续功 能性。
根据本发明的优选实施例，在可以对利用较低的编程验证电平PV1的 阵列或阵列的一部分执行擦除操作之后，可以将编程验证电平返回到其初 始电平PVO。这可能是因为在擦除之后可以将单元返回到更接近其自然状 态的状态。
此外，还可以在擦除操作之后将历史读取参考电平和存储器读取参考 电平返回到它们的初始电平。
尽管己经在本文中示出和描述了本发明的某些特征，但本领域的普通 技术人员现在将会想到很多修改、替换、变化和等价物。因此，应该理解 的是所附的权利要求旨在涵盖所有这种落在本发明的真实精神内的修改和 变化。
权利要求
1、一种选择与用于一组非易失性存储器(“NVM”)单元的给定逻辑状态相关的读取参考电平的方法，所述方法包括从与该组NVM单元相关的历史单元导出初始读取参考电平；以及将利用所述初始读取参考电平感测的该组NVM单元的逻辑状态分布与存储的该组NVM单元的逻辑状态分布进行比较。
2、 根据权利要求1所述的方法，其中导出初始读取参考电平包括确定 用于所述历史单元的参考电平。
3、 根据权利要求2所述的方法，其中与用于一组NVM单元的给定逻 辑状态相关的所述初始读取参考电平处于不等于所述历史单元的所述参考 电平的电平，所述初始读取参考电平是从所述历史单元导出。
4、 根据权利要求3所述的方法，其中与用于一组NVM单元的给定逻 辑状态相关的所述初始读取参考电平和所述历史单元的所述参考电平之间 的差异是基于要维持的预定裕量，所述初始读取参考电平是从所述历史单 元导出。
5、 根据权利要求2所述的方法，其中与用于一组NVM单元的给定逻 辑状态相关的所述初始读取参考电平处于基本等于所述历史单元的读取参 考电平的电平，所述初始读取参考电平是从所述历史单元导出。
6、 根据权利要求1所述的方法，还包括基于逻辑状态分布的比较结果 调整所述初始读取参考电平。
7、 根据权利要求2所述的方法，其中如果在给定逻辑状态感测的NVM 单元的数量高于存储值，则向上调整所述初始读取参考电平。
8、 根据权利要求2所述的方法，其中如果在给定逻辑状态感测的单元 的数量低于存储值，则向下调整所述初始读取参考电平。
9、 一种非易失性存储器("NVM")器件，包括 包括一组非易失性存储器("NVM")单元的NVM阵列；以及 控制逻辑，其适于从与该组NVM单元相关的历史单元导出初始读取参考电平并将利用所述初始读取参考电平感测的该组NVM单元的逻辑状态 分布与存储的该组NVM单元的逻辑状态分布进行比较。
10、 根据权利要求9所述的器件，其中所述控制逻辑适于通过确定用 于所述历史单元的参考电平来导出初始读取参考电平。
11、 根据权利要求10所述的器件，其中与用于一组NVM单元的给定 逻辑状态相关的所述初始读取参考电平处于不等于所述历史单元的所述参 考电平的电平，所述初始读取参考电平是从所述历史单元导出。
12、 根据权利要求11所述的器件，其中与用于一组NVM单元的给定 逻辑状态相关的所述初始读取参考电平和所述历史单元的所述参考电平之 间的差异是基于要维持的预定裕量，所述初始读取参考电平是从所述历史 单元导出。
13、 根据权利要求10所述的器件，其中与用于一组NVM单元的给定 逻辑状态相关的所述初始读取参考电平处于基本等于所述历史单元的所述 参考电平的电平，所述初始读取参考电平是从所述历史单元导出。
14、 根据权利要求9所述的器件，其中所述控制逻辑进一步适于基于 逻辑状态分布的比较结果调整所述初始读取参考电平。
15、 根据权利要求10所述的器件，其中如果在给定逻辑状态感测的 NVM单元的数量高于存储值，则向上调整所述初始读取参考电平。
16、根据权利要求10所述的器件，其中如果在给定逻辑状态感测的单元的数量低于存储值，则向下调整所述初始读取参考电平。
全文摘要
一种非易失性器件和操作该器件的方法，其包括根据不同存储单元组的阈值电压分布的变化改变用于读取一组存储单元的读取参考电平。该改变步骤可以包括确定与非易失性存储器单元阵列的一组存储单元相关的历史单元的历史读取参考电平以及将感测到的逻辑状态分布与存储的逻辑状态分布进行比较。
文档编号G11C16/06GK101345087SQ200810135688
公开日2009年1月14日 申请日期2008年7月9日 优先权日2007年7月10日
发明者博阿兹·埃坦, 爱德华多·马彦, 盖伊·科亨 申请人:赛芬半导体有限公司