非易失性存储器(nvm)系统的自适应擦除恢复的制作方法
【专利摘要】公开了NVM系统(100)内的非易失性存储器NVM单元(210)的自适应擦除恢复的方法和系统。所述自适应擦除恢复实施例基于要擦除的一个或多个NVM块尺寸和操作温度，自适应地调整所述擦除恢复放电速率(112)和/或放电时间(114)。在一个示例实施例中，通过调整所述放电电路(150)内的开启的放电晶体管(502/532)的数量调整所述擦除恢复放电速率(112)，从而调整了擦除恢复的放电电流。使用查找表(116)存储与要恢复的NVM块尺寸和/或操作温度关联的擦除恢复放电速率和/或放电时间。通过自适应地控制擦除恢复放电速率和/或时间，所公开的实施例改进了宽范围NVM块尺寸的总体擦除性能，同时避免了可能对所述NVM系统内高电压电路的损坏。
【专利说明】非易失性存储器（NVM)系统的自适应擦除恢复
【技术领域】
[0001] 本【技术领域】涉及非易失性存储器（NVM)系统，并且，更具体地，涉及NVM系统内的 NVM单元的擦除和擦除恢复操作。
【背景技术】
[0002] 非易失性存储器（NVM)系统被用于各种各样的电子系统和装置。在NVM系统的擦 除操作期间，向在所选择的一个或多个块中的全部NVM比特单元施加擦除脉冲，其中比特 单元的体（例如，阱或衬底）被偏置到高的正电压（例如，8.5伏特），并且比特单元的栅 极被偏置到高的负电压（例如，-8.5伏特）。每一个擦除脉冲完成之后，执行擦除恢复操作 以将比特单元的体和栅极放电至目标电压电平（例如，分别是3. 3伏特和接地），以允许随 后的NVM操作（例如读取和验证操作）稳定进行。
[0003] 对于擦除恢复，被擦除的一个或多个NVM块的尺寸在NVM位单元的栅节点和体之 间形成了等效电容器，从而影响了放电节点至目标电压的速度。NVM系统的操作温度通过 影响NVM系统内偏置泵电路的强度和装置泄露，也影响擦除恢复速率。如果擦除恢复发生 的过快，两个正在放电的高电压节点之间的稱合可以潜在地引起一个高电压节点的过冲， 从而对NVM电路中的晶体管器件造成损坏。如果擦除恢复发生的过慢，高于预期的电压可 能被留在NVM单元的体或栅节点上，从而在随后的NVM操作中引起高电压电平位移器电路 的热切换，该操作可以损坏NVM电路中的装置。然而，如果给整个擦除恢复过程分配大量时 间以适应过慢的擦除恢复速率，导致的时间延迟可能对NVM系统的擦除性能产生不利的影 响。
【专利附图】
【附图说明】
[0004] 应注意附图仅示出了示例实施例，并且因此不被认为限定了本发明的范围。为了 简便以及清晰示出了附图中的元素，其不一定按比例绘制。
[0005] 图1是包括了自适应擦除恢复的非易失性存储器（NVM)系统的示例实施例的方框 图。
[0006] 图2是用于连接到非易失性存储器（NVM)单元的示例实施例的电路图。
[0007] 图3是NVM系统内的NVM单元的擦除恢复的自适应控制的示例实施例的信号图。
[0008] 图4是NVM系统内的NVM单元的擦除恢复的自适应控制的示例实施例的流程图。
[0009] 图5是自适应擦除恢复放电电路的示例实施例的电路图。
[0010] 图6是放电速率过慢或放电时间太短的一个实施例的时序图。
[0011] 图7是由于正电压放电速率过快导致的负电压过冲的一个实施例的时序图。
[0012] 图8是由于负电压放电速率过快导致的正电压过冲的一个实施例的时序图。
【具体实施方式】
[0013] 公开了 NVM系统内的非易失性存储器（NVM)单元的自适应擦除恢复的方法和系 统。此处描述的自适应擦除恢复实施例基于被擦除的一个或多个NVM块尺寸和/或NVM系 统的操作温度，自适应地调整擦除恢复放电速率和/或擦除恢复放电时间。在一个示例实 施例中，通过调整放电电路内启用的放电晶体管的数量调整擦除恢复放电速率，从而调整 擦除恢复的放电电流。使用查找表来存储与被恢复的NVM块尺寸和操作温度的相关联的擦 除恢复放电速率和/或放电时间。通过自适应地控制擦除恢复放电速率和/或放电时间，所 公开的实施例解决了由于过快擦除恢复速率造成的过冲问题并且还改进了宽范围NVM块 尺寸的总体擦除性能，同时避免了可能对所述NVM系统内高电压电路的损坏。根据需要，可 以实现不同的特征和变化，并且还可以使用相关的或修改的系统和方法。
[0014] 图1是非易失性存储器（NVM)系统100的示例实施例的方框图，其中该系统带有 在NVM系统内的NVM单元的自适应擦除恢复。对于所描述的实施例，NVM系统100包括NVM 单元阵列102、行译码器104、列译码器和读出放大器（amps) 106、NVM控制器108、电荷泵电 路109、温度传感器114和擦除恢复查找表116。还应注意，NVM单元通常被集合在NVM块 中，并且NVM块经常是擦除操作的最小单元。NVM擦除操作通常是批量操作，其中所选的块 的所有NVM单元将接收擦除脉冲并且同时进行擦除恢复。而且，通常可以平行地选择和擦 除多个NVM块。电荷泵电路109包括擦除恢复放电电路150,并且NVM控制器108包括擦除 恢复速率控制块112和擦除恢复时间控制块114。正如此处更加详细描述的，使用擦除恢复 放电电路150、擦除恢复速率控制块112和擦除恢复时间控制块114向NVM系统100提供自 适应擦除恢复。根据需要,NVM系统100内的块可以集成到一个或多个集成电路内，并且还 可以使用外部电路。
[0015] 为了在操作期间访问NVM单元，NVM控制器108向行译码器104提供行地址103并 且向列译码器和读出放大器106提供列地址105。行译码器108通过将栅极偏压（V e) 120 施加至所选行内的NVM单元，基于行地址103驱动NVM单元阵列102内的行。列译码器和 读出放大器106通过施加漏极偏压（V D) 126至所选列内的NVM单元，基于列地址105驱动 NVM单元阵列102内的所选列。对于读取操作，通过连接128向列译码器和读出放大器106 提供来自NVM单元阵列102的数据，并且这些读取数据可以作为通过连接130的数据输出 以进一步使用和/或处理。对于程序操作，可以通过连接128向NVM单元阵列102提供由 列译码器和读出放大器106通过连接130接收的数据。还可以执行其它NVM操作，例如读 取验证操作、程序验证操作、擦除操作、擦除恢复操作和/或其它所需的NVM操作。在NVM 操作期间，除了栅极偏压（Ve) 120和漏极偏压（VD) 126,体偏压（VB) 122和源极偏压（Vs) 124 还施加至NVM单元阵列102。
[0016] 应注意，电荷泵电路109被配置为生成不同的偏压，其中该偏压在NVM操作期间施 加至NVM单元阵列102内的NVM单元。例如，对于所描述的实施例，电荷泵电路109生成体 偏压（V B) 122和源极偏压（Vs) 124。电荷泵电路109还生成行偏压119,其中行译码器104 使用该偏压将栅极偏压（\) 120施加至NVM单元阵列102。电荷泵电路109还生成了列偏 压125,其中列译码器和读出放大器106使用该偏压将漏极偏压（V D) 126施加至NVM单元 阵列102。电荷泵电路109从NVM控制器108接收控制信号（CTRL) 111，其中该控制器控制 由电荷泵电路109生成的偏压。而且，正如此处所描述的，电荷泵电路109还接收速率控制 (RATE CTRL)信号154和擦除恢复启动信号152,其中该信号控制擦除恢复放电电路150的 速率和允许的放电时间。
[0017] 基于NVM系统执行的NVM操作调整或控制由电荷泵电路109生成的偏压。如上所 示，NVM操作可以包括读取操作、读取验证操作、程序操作、程序验证操作、擦除操作、擦除恢 复操作和/或其它所需的NVM操作。根据需要，电荷泵电路109可以根据执行的NVM操作 为每一个偏压生成多个不同的电压电平。而且，根据需要，电荷泵电路109可以实现为单一 电路块或实现为分布在NVM系统100的不同位置的电路块。
[0018] 如此处所描述的，为了在NVM系统100的擦除恢复操作期间避免电压过冲并达到 所需的目标电压，自适应地控制擦除恢复放电速率和/或擦除恢复放电时间。使用擦除恢 复速率控制块112控制擦除恢复放电电路150,使得在NVM系统100的擦除恢复操作期间实 现所选的放电速率。使用擦除恢复时间控制块114确定和控制擦除恢复操作的放电时间， 使得擦除恢复操作具有所选的持续时间。由于NVM系统的操作温度和要恢复的块尺寸（例 如，在块中的单元的数量）可以影响放电速率，擦除恢复查找表116被配置为存储根据操作 温度和要恢复的NVM单元的数量表示要用于擦除恢复的放电速率的数据。擦除恢复查找表 116还可以被配置为存储根据操作温度和要恢复的NVM单元的数量表示要用于擦除恢复的 放电时间的数据。通过擦除恢复速率控制块112和擦除恢复时间控制块114选择和使用这 些放电速率和/或放电时间以自适应地调整擦除恢复放电电路150,以实现所选的擦除恢 复操作的放电速率和放电时间。应注意，擦除恢复放电时间是指完成擦除恢复的最大允许 时间，并且当偏压放电至目标电压电平时，擦除恢复成功完成。一旦偏压达到目标放电电 平，它们会将停留在那些电平。
[0019] 当将要在NVM单元阵列102内的NVM单元上执行擦除恢复操作时，NVM控制器108 访问擦除恢复操作查找表116,并且基于要恢复的NVM单元的数量和NVM系统100的操作温 度选择放电速率/时间。可以从温度传感器114或从另一个指示与NVM系统关联的操作温 度的所需源中获得操作温度。擦除恢复速率控制块112利用所选的放电速率提供速率控制 信号154,以调整由擦除恢复放电电路150提供的放电速率。擦除恢复时间控制块114利用 所选的放电时间以调整擦除恢复操作最大允许的放电时间。如果需要，可以通过在生产之 前的设计仿真确定查找表内存储的数据，并且随后基于生产之后的特性做进一步调整。还 可以使用其它技术生成查找表内存储的放电速率/时间。而且，查找表可以实现为NVM系 统内的可编程电路，可以在生产包括NVM系统的集成电路之后编程该电路。查找表还可以 实现为在生产集成电路期间形成的只读存储器。而且，可以基于硅特征调整查找表并且在 生成测试期间在NVM单元的专用块中存储查找表。可以实现其它变化。
[0020] 图2是NVM单元阵列102内的NVM单元210的一个示例实施例200的连接图。在 操作期间，NVM单元210将其体（B) 206连接到体偏压（VB)，并且将其源极（S) 208连接到源 极偏压（Vs)。NVM单元210通过比特线连接222使其漏极（D) 204耦合于列译码器106以接 收漏极偏压（VD)。NVM单元210通过行连接220使其栅极（G) 202耦合于行译码器118以 接收栅极偏压（\)。根据NVM单元210将要执行的操作，基于电荷泵电路109生成的偏压 将不同的体、源极、漏极和栅极偏压（V B、Vs、VD、Ve)施加至NVM单元210。应注意，对于浮动 栅NVM单元，介电层、浮动栅和隧道介电层通常将位于栅（G)节点202之下（例如，NVM单元 210的栅电极）和在其上制作浮动栅NVM单元的半导体衬底内的沟道区域之上。应注意，如 果需要，还可以使用其它类型的NVM单元，例如，分离栅NVM单元、多电平NVM单元和/或其 它类型的NVM单元。
[0021] 在NVM系统的擦除脉冲期间，设置栅极偏压（Ve)为大的负电压（例如，-8. 5伏 特），并且设置体偏压（VB)为大的正电压（例如，8.5伏特）。允许漏极偏压（VD)和源极偏 压（V s)浮动。在擦除脉冲操作完成之后，可以将擦除恢复操作应用至被擦除的NVM单元。 在这些擦除恢复操作期间，栅极偏压（V e)以放电速率从大的负电压放电至较小幅值的目标 电压，并且体偏压（VB)以放电速率从大的正电压放电至较小幅值的目标电压。栅极偏压 (V e)、体偏压（VB)的放电速率和放电所允许的时间段影响擦除恢复操作是否在所需的参数 内操作。根据需要，放电速率也可以是相同的，或它们可以是不同的。
[0022] 图3是NVM系统100内的NVM单元的擦除恢复的自适应控制的示例实施例300的 信号图。X-轴302代表时间，而y-轴304代表电压。正电压（V PQS) 301和体偏压（VB)相关 联，而负电压（VNEe) 321和栅极偏压（Ve)相关联。首先参看正电压301，电压（Vrasi) 310代表 了擦除恢复操作的初始启动电压（例如，8. 5伏特）。电压（Vros2)312代表了擦除恢复操作结 束的目标电压（例如，3. 3伏特）。时间（tSTAKT)330代表了初始大的正电压电平的放电的开 始。电压放电斜坡314、316和318代表了正电压（V P()S)的三个不同的电压放电速率。接下 来参看负电压321，电压（VNEei)320代表擦除恢复操作的初始启动电压（例如，-8. 5伏特）。 电压（U 322代表了擦除恢复操作结束的目标电压（例如，接地）。时间（tSTAKT) 330代表 了初始大的负电压电平的放电的开始。电压放电斜坡324、326和328代表了负电压（VNEe) 的三个不同的电压放电速率。第一结束时间（t END1) 332和第一放电斜坡314和324相关联。 第二结束时间（tEND2) 334和第二放电斜坡316和326相关联。第三结束时间（tEND3) 336和 第三放电斜坡318和328相关联。结束时间332、334和336分别允许电压电平达到它们的 目标电压电平312和322。应注意，如果需要，负和正电压可能在不同的时间和/或以不同 的速率放电至目标电压，但是为了简便，实施例300所示的是负和正电压在相同的时间并 以相似的速率恢复到目标电压。
[0023] 对于此处所描述的实施例，基于NVM系统100的操作条件自适应地选择放电速率。 此外，还可以基于NVM系统100的操作条件自被适应地选择放电时间。由于在擦除恢复期 间要恢复的所选的一个或多个块中的NVM单元的数量影响在擦除恢复期间的NVM单元的放 电速率，可以使用在要恢复的所选的一个或多个块中的NVM单元的数量来选择和调整放电 速率。而且，由于温度影响在擦除恢复期间NVM单元的放电速率，可以使用与NVM系统的操 作温度关联的温度测量来选择和调整放电速率。而且，由于对放电速率的调整将影响达到 目标电压电平所需的放电时间，还可以基于所选的放电速率、要恢复的NVM单元的数量和/ 或操作温度调整擦除恢复操作的放电时间。
[0024] 下面的表1提供了擦除恢复查找表的代表性示例实施例，其中该查找表包括与在 擦除恢复操作期间的操作温度和要恢复的NVM单元的数量关联的放电速率和放电时间。
[0025] 表1-示例擦除恢复查找表
[0026]
【权利要求】
1. 一种非易失性存储器NVM单元的自适应擦除恢复的方法，包括： 向NVM系统内的非易失性存储器NVM单元施加一个或多个擦除脉冲； 基于要恢复的NVM单元的数量选择擦除恢复操作的放电速率； 基于所选择的放电速率调整放电电路；以及 使用所调整的放电电路对所要恢复的NVM单元执行擦除恢复操作。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中所述执行步骤包括使用所调整的放电电路放电所 要恢复的NVM单元的栅节点和体节点。
3. 根据权利要求2所述的方法，其中将所述栅节点从第一电压电平放电至具有较小幅 值的第二电压电平，并且其中将所述体节点从第三电压电平放电至具有较小幅值的第四电 压电平。
4. 根据权利要求2所述的方法，其中使用单一放电速率放电所述栅节点和所述体节 点。
5. 根据权利要求1所述的方法，还包括基于要恢复的NVM单元的数量选择最大允许的 放电时间，并且其中基于所选择的放电时间在一定时间段内执行所述擦除恢复操作。
6. 根据权利要求5所述的方法，其中所述选择步骤还包括还基于与所述NVM系统关联 的操作温度选择所述放电速率和所述放电时间。
7. 根据权利要求5述的方法，其中所述选择步骤还包括访问存储与要恢复的NVM单元 的数量和操作温度关联的放电速率和放电时间的查找表。
8. 根据权利要求5所述的方法，其中所述选择步骤包括随着要恢复的NVM单元的数量 的增加选择较小的放电速率和较长的放电时间。
9. 根据权利要求1所述的方法，其中要擦除一个NVM块，并且其中向所述要擦除的NVM 块中的全部NVM单元应用执行步骤。
10. 根据权利要求1所述的方法，其中所述调整步骤包括向所述放电电路施加多比特 控制信号以调整所述放电速率。
11. 一种非易失性存储器NVM系统，包括： NVM系统内的多个非易失性存储器NVM单元； 放电电路，耦合于所述NVM单元； 擦除恢复查找表，配置为存储与要恢复的NVM单元的数量关联的放电速率；以及 控制器电路，配置为向所述NVM单元施加一个或多个擦除脉冲，基于要恢复的NVM单 元的数量从所述擦除恢复查找表中选择放电速率，基于所选择的放电速率调整所述放电电 路，以及使用所调整的放电电路对所要恢复的NVM单元执行擦除恢复操作。
12. 根据权利要求11所述的NVM系统，其中所述放电电路被配置为放电要恢复的NVM 单元的栅节点和体节点。
13. 根据权利要求12所述的NVM系统，其中所述擦除恢复操作被配置为将所述栅节点 从第一电压电平放电至具有较小幅值的第二电压电平，以及将所述体节点从第三电压电平 放电至具有较小幅值的第四电压电平。
14. 根据权利要求12所述的NVM系统，其中控制器电路被配置为选择单一放电速率放 电所述栅节点和所述体节点。
15. 根据权利要求11所述的NVM系统，其中所述擦除恢复查找表还被配置为存储与要 恢复的NVM单元的数量关联的放电时间，并且其中所述控制器电路还被配置为基于要恢复 的NVM单元的数量从所述擦除恢复查找表中选择放电时间以及基于所选择的放电时间在 一定时间段内执行所述擦除恢复操作。
16. 根据权利要求15所述的NVM系统，其中所述擦除恢复查找表内的所述放电速率和 所述放电时间还与操作温度关联，并且其中所述控制器电路还被配置为还基于与所述NVM 系统关联的操作温度选择所述放电速率和所述放电时间。
17. 根据权利要求11所述的NVM系统，其中所述查找表存储在所述NVM系统内的NVM 单元的专用块内。
18. 根据权利要求11所述的NVM系统，其中所述控制器电路被配置为向所述放电电路 施加一个或多个多比特控制信号以调整所述放电速率。
19. 根据权利要求18所述的NVM系统，其中第一多比特控制信号被配置为确定在所述 放电电路内使用多个第一放电晶体管中的哪些晶体管控制正电压放电，以及第二多比特控 制信号被配置为确定在所述放电电路内使用多个第二放电晶体管中的哪些晶体管控制负 电压放电。
20. 根据权利要求19所述的NVM系统，其中所述多个第一放电晶体管相对于彼此加权， 并且其中所述多个第二放电晶体管相对于彼此加权。
【文档编号】G11C16/14GK104299649SQ201410319221
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年7月7日 优先权日:2013年7月16日
【发明者】何晨, 王艳卓, 穆甫臣 申请人:飞思卡尔半导体公司