一种应用于NORflash存储器的高效擦除方法、装置及其应用与流程

一种应用于nor flash存储器的高效擦除方法、装置及其应用
技术领域
1.本发明涉及存储器术领域，具体涉及一种应用于nor flash存储器的高效擦除方法、装置及其应用。


背景技术：

2.目前现有技术中nor flash存储器是采用fn隧穿方式进行擦除操作，参照图1所示的nor flash存储单元的结构示意图。在执行擦除操作时，存储单元控制栅极需要施加负高压，p型衬底需要施加正高压，漏极和源极悬空，这样使得浮栅层中的电子在内电场的作用下通过隧道氧化层穿到衬底中，导致存储单元阈值电压降低,从而实现“0”(program cell)转变成“1”(erase cell)的过程，称为擦除，反之为编程。
3.nor flash存储器中的存储单元的擦除次数是有限的，通用寿命最高要求达到一百万次。实验结果表明，随着擦除操作达到一定次数后，存储单元的老化程度增加，擦除的效率衰退，导致擦除时浮栅层中的电子难以在内电场的作用下通过隧道氧化层穿入衬底，从而导致擦除时间增长。
4.同时受生产工艺的影响，相同晶片上不同的nor flash存储器的存储单元的性能会出现较大范围的变化，这就会导致这些nor flash存储器之间擦除性能出现较大的变化，擦除性能不稳定。
5.目前传统的nor flash存储器的擦除操作大都通过多次擦除方式来解决。然而，随着无意义的擦除次数的增加，存储单元的老化程度增加迅速，擦除成功的概率下降，同时导致擦除操作所执行的循环周期会增加，完成整个擦除操作所需要的时间会增长。


技术实现要素：

6.针对现有技术的不足，本发明提供一种应用于nor flash存储器的高效擦除方法、装置及应用，能够自动记录存储区域中存储单元老化程度数据并根据不同区域的老化程度情况增对施加擦除强度，同时动态调整整个擦除操作中的擦除强度，大大缩短擦除操作所需要的时间，提高了擦除成功率。
7.本发明解决技术问题采用如下技术方案：
8.本发明提供一种应用于nor flash存储器的高效擦除方法，包括：
9.设置老化程度数据与初始擦除电压强度映射关系，对nor flash存储器的存储阵列进行区域划分，匹配各区域进行老化程度数据初始赋值，预设最大擦除次数n、单次加压强度
△
v和加压次数m；
10.读取地址，定位待擦除目标区域，获取初始擦除电压强度；
11.对待擦除目标区域交替执行擦除验证操作和擦除加压操作，所述擦除加压操作具体包括：
12.基于初始擦除电压强度，按照擦除次数每增加次，擦除电压强度递增
△
v顺次
执行擦除加压操作，直至擦除验证通过或者达到最大擦除次数；
13.根据退出擦除加压操作时的擦除电压强度，更新该目标区域老化程度数据。
14.优选地，所述最大擦除次数n与加压次数m比值为整数，所述单次加压强度
△
v与加压次数m呈负相关关系。
15.优选地，所述擦除验证操作具体为：
16.判断被擦除的目标区域的阈值电压是否小于预设的电压值；若大于预设电压值则验证不通过，否则验证通过。
17.优选地，在获取初始擦除电压强度后，首先对待擦除目标区域执行擦除验证操作；
18.所述擦除加压操作为对擦除目标区域的衬底施加电压。
19.优选地，所述区域划分具体为按照擦除操作时的最小擦除单位划分；
20.所述匹配各区域进行老化程度数据初始赋值，具体包括：
21.基于预设电压强度对全部存储阵列执行初次擦除加压操作，执行擦除验证操作，记录验证通过的区域地址以及预设电压强度；
22.对验证未通过区域按照预设递增幅度执行增压后的擦除加压操作，执行擦除验证操作，记录验证通过的区域地址以及本次擦除电压强度；
23.重复执行上一步骤，直至所有区域均通过验证；
24.根据老化程度数据与初始擦除电压强度映射关系，反向得到各区域的老化程度数据进行初始赋值。
25.本发明还提供一种应用于nor flash存储器的高效擦除装置，包括：
26.测控模块，配置成用于发送包括待擦除目标区域地址在内的擦除操作指令；
27.译码电路模块，配置成用于接收擦除操作指令并译码为可执行操作命令；
28.地址缓存器，配置成用于存储nor flash存储器的存储阵列中各区域地址；
29.擦除数据存储单元，配置成用于存储老化程度数据与初始擦除电压强度的映射关系、各区域老化程度数据以及最大擦除次数n、单次加压强度
△
v和加压次数m；
30.擦除计数器，配置成用于实时进行对应区域擦除操作次数计数；
31.擦除加压操作单元；
32.擦除验证操作单元；
33.编程擦除状态机，配置成接收可执行操作命令，获取初始擦除电压强度，控制擦除加压操作单元和擦除验证操作单元对待擦除目标区域交替执行擦除验证操作和擦除加压操作，其中擦除加压操作具体为：基于初始擦除电压强度，按照擦除次数每增加次，擦除电压强度递增
△
v顺次执行擦除加压操作，直至擦除验证通过或者达到最大擦除次数；
34.所述测控模块将退出擦除加压操作时的擦除电压强度根据所述擦除数据存储单元中的映射关系转化为老化程度数据，并更新该目标区域老化程度数据。
35.优选地，所述擦除验证操作单元配置成根据编程擦除状态机的控制指令执行：
36.判断被擦除的目标区域的阈值电压是否小于预设的电压值；若大于预设电压值则验证不通过，否则验证通过。
37.优选地，所述测控模块还配置成配合其他模块完成各区域老化程度数据的初始赋值，包括：
38.擦除加压操作单元基于测控模块设置的预设电压强度对全部存储阵列执行初次擦除加压操作；
39.擦除验证操作单元执行擦除验证操作，记录验证通过的区域地址以及预设电压强度；
40.擦除加压操作单元对验证未通过区域按照测控模块预设的递增幅度执行增压后的擦除加压操作；
41.擦除验证操作单元执行擦除验证操作，记录验证通过的区域地址以及本次擦除电压强度；
42.编程擦除状态机配合擦除验证操作单元和擦除加压操作单元重复执行上一步骤，直至所有区域均通过验证；
43.测控模块根据擦除数据存储单元中老化程度数据与初始擦除电压强度映射关系，反向得到各区域的老化程度数据进行初始赋值。
44.优选地，所述最大擦除次数n与加压次数m比值为整数，所述单次加压强度
△
v与加压次数m呈负相关关系；
45.在获取初始擦除电压强度后，首先对待擦除目标区域执行擦除验证操作；
46.所述存储阵列中各区域按照擦除操作时的最小擦除单位划分。
47.本发明还提供一种nor flash存储器，包含如前述的高效擦除装置。
48.与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
49.本发明的应用于nor flash存储器的高效擦除方法，预先通过对nor flash存储器存储阵列划分不同的区域，并自动记录存储区域中存储区域老化程度数据，并根据不同区域的老化程度情况针对性的施加对应擦除强度，同时在擦除操作过程中动态的调整了擦除强度，提高了擦除成功率，与此同时在下一次对该区域执行擦除时以该区域老化程度对应的的擦除强度数据进行擦除，无需按照第一次擦除操作的擦除强度进行擦除操作，极大程度上缩短擦除操作所需要的时间，很好的考虑到了存储单元的老化问题，提高擦除效率；
50.关于本发明相对于现有技术，其他突出的实质性特点和显著的进步在实施例部分进一步详细介绍。
附图说明
51.通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
52.图1为nor flash存储单元的结构示意图；
53.图2为实施例1中一种应用于nor flash存储器的高效擦除方法的流程示意图；
54.图3为实施例1中老化程度数据初始赋值流程示意图；
55.图4为实施例2中一种应用于nor flash存储器的高效擦除装置与存储阵列连接结构示意图。
具体实施方式
56.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于
本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
57.需要说明的是，在说明书及权利要求书当中使用了某些名称来指称特定组件。应当理解，本领域普通技术人员可能会用不同名称来指称同一个组件。本技术说明书及权利要求书并不以名称的差异作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的实质性差异作为区分组件的准则。如在本技术说明书和权利要求书中所使用的“包含”或“包括”为一开放式用语，其应解释为“包含但不限定于”或“包括但不限定于”。具体实施方式部分所描述的实施例为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围。
58.实施例1
59.请参照图2
‑
3，本实施例的一种应用于nor flash存储器的高效擦除方法，包括：
60.设置老化程度数据与初始擦除电压强度映射关系，对nor flash存储器的存储阵列进行区域划分，匹配各区域进行老化程度数据初始赋值，预设最大擦除次数n、单次加压强度
△
v和加压次数m；
61.读取地址，定位待擦除目标区域，获取初始擦除电压强度；
62.对待擦除目标区域交替执行擦除验证操作和擦除加压操作，所述擦除加压操作具体包括：
63.基于初始擦除电压强度，按照擦除次数每增加次，擦除电压强度递增
△
v顺次执行擦除加压操作，直至擦除验证通过或者达到最大擦除次数；
64.其中本实施例中的所最大擦除次数n与加压次数m比值为整数，所述单次加压强度
△
v与加压次数m呈负相关关系，这里的负相关关系即随着预设的加压次数减少，单次加压强度
△
v增加，详细说明如下：
65.若擦除次数未达到其计数值持续使用初始擦除电压强度执行所述擦除加压操作；
66.若擦除次数达到其计数值未达到在初始擦除电压强度基础上加上
△
v电压值，再使用调整后的电压强度持续执行所述擦除加压操作；
67.若擦除次数达到其计数值未达到在初始擦除电压强度基础上加上2*
△
v电压值，再使用调整后的电压强度持续执行所述擦除加压操作；
68.若所述擦除次数达到其计数值未达到其最大值n，在初始擦除电压强度基础上加上(m
‑
1)*
△
v电压值，再使用调整后的电压强度持续执行所述擦除加压操作；
69.若所述计数器达到其最大值n，结束当前擦除加压操作；
70.其中，擦除验证操作具体包括：
71.判断被擦除的目标区域的阈值电压是否小于预设的电压值；若大于预设电压值则验证不通过，若小于预设电压则验证通过；
72.若验证不通过，则继续执行下一次擦除加压操作；
73.若验证通过，则结束执行擦除加压操作；
74.进一步举例说明：
75.假设最大擦除次数n为300，加压次数m为10，则把最大擦除次数300平均划分10份，每份擦除次数为30次，擦除计数器每隔30次在初始擦除电压强度的基础上抬高固定比例系数值的电压，也即单次加压强度
△
v，假设
△
v为0.3v，初始擦除电压强度为7v，假设擦除次数值处在1到30之间，就以初始擦除电压强度7v进行擦除加压操作30次；假设擦除次数值处在31到60之间，就以初始擦除电压强度7v加上固定比例系数值0.3v擦除加压操作30次；以此类推，直到达到擦除验证通过或者擦除加压操作次数达到最大擦除次数300次；
76.在每次擦除操作后对待擦除目标区域进行擦除验证操作，若验证通过则终止擦除加压操作，若验证未通过则继续进行下一次擦除加压操作，或者擦除加压操作次数达到最大擦除次数后也终止本次擦除加压操作，由于在nor flash存储器中发生擦除加压操作次数达到最大擦除次数概率非常之小，若在小概率达到最大擦除次数时我们默认其擦除操作通过，若没有擦除循环上限限制，则nor flash就会出现擦除加压操作的死循环，无法处理其他任何工作，而且此时一般存储器已经达到存储上限了，没有继续进行存储擦除操作的必要。
77.特别的要注意的是，在获取初始擦除电压强度后，首先对待擦除目标区域执行擦除验证操作，这是擦除验证操作为判定待擦除目标区域的阈值电压是否小于预设阈值电压值，预设阈值电压值为擦除验证操作的验证电压，nor flash存储器规定存储单元的阈值电压小于预设阈值电压值则判定擦除验证通过则擦除操作成功，大于阈值电压值则判定擦除验证不通过，则擦除操作失败。而预先执行擦除验证的目的：所需待擦除目标区域的阈值电压可能已小于预设阈值电压值，若已经小于预设阈值电压值的待擦除目标区域继续执行擦除加压操作，这就会导致待擦除目标区域的过擦除操作，待擦除目标区域的阈值电压被擦除的过低，甚至导致待擦除目标区域漏电，因而擦除验证通过的待擦除目标区域就不需要在被执行擦除操作，因此在执行擦除加压操作之前，需要判定待擦除目标区域的阈值电压是否大于等于预设阈值电压值，若大于等于预设阈值电压值则擦除验证失败，需要执行擦除加压操作。
78.根据退出擦除加压操作时的擦除电压强度，更新该目标区域老化程度数据，在本实施例中把该擦除电压强度按照内部映射关系转化成对应目标区域的可存储的老化程度数据，并进行存储。如果下一次继续对本次擦除目标继续执行擦除操作，就以本次写入的老化程度数据对应的擦除电压强度作为初始擦除电压强度执行擦除加压操作，基于前述举的例子继续说明：
79.例如假设擦除验证通过时擦除次数值为95，其擦除次数处于91～120区间之间，通过计算其所抬高的电压强度值为4乘以固定比例系数值0.3v等于1.2v，相当于当验证通过擦除次数为95时，执行擦除操作所施加于擦除存储单元上的电压强度为7v加上1.2v，总的电压强度值为8.2v，把擦除电压为8.2v的电压强度值按内部映射关系转化成当前擦除目标区域的老化程度数据，然后进行存储，在下一次对目标区域进行擦除加压操作时，读取该老化程度数据，并得到对应的加压强度，以该加压强度作为初始擦除电压强度执行本目标区域的擦除加压操作，避免了重新从7v开始执行擦除加压操作，大大提高了擦除效率。
80.本实施例总的擦除加压操作为对擦除目标区域的衬底施加电压，具体如何进行单
次的擦除加压操作为本领域人员知晓的方法和结构，在这里不做赘述。
81.在本实施例中对nor flash存储器的存储阵列进行区域划分具体为按照擦除操作时的最小擦除单位划分，一般按扇区划分所述nor flash存储器的存储阵列，每个扇区区域为擦除加压操作的最小擦除单位；因此本实施例中各区域也就是不同扇区区域；
82.由于nor flash存储器在晶片制造时受生产工艺的影响，相同晶片上不同的nor flash存储器的存储单元的性能会出现较大范围的变化，以及随着nor flash存储器中不同扇区存储单元擦除次数的增加存储单元的性能也会出现较大范围的变化，这些都将导致nor flash存储器之间擦除性能出现较大的变化，不同扇区的老化程度数据就会不一样，假设nor flash存储器有100个扇区，扇区1到扇区10的老化程度数据为a，扇区11
‑
扇区20的老化程度数据为b，扇区21
‑
扇区30的老化程度数据为c，扇区31
‑
扇区40的老化程度数据为d,扇区41
‑
扇区50的老化程度数据为e，扇区51
‑
扇区60的老化程度数据为f，扇区61
‑
扇区70的老化程度数据为g，扇区71
‑
扇区80的老化程度数据为h，扇区81
‑
扇区90的老化程度数据为i,扇区91
‑
扇区100的老化程度数据为j，nor flash存储器执行擦除加压操作前需读取对应于擦除区域地址所对应的目标区域，以及该目标区域中的老化程度数据，并根据设置老化程度数据与初始擦除电压强度映射关系得到初始擦除电压强度，基于上述例子继续说明：
83.扇区1到扇区10的老化程度数据为a，按内部映射关系转化成电压强度值为7v，扇区11
‑
扇区20的老化程度数据为b，按内部映射关系转化成电压强度值为7.3v，扇区21
‑
扇区30的老化程度数据为c，按内部映射关系转化成电压强度值为7.6v，扇区31
‑
扇区40的老化程度数据为d，按内部映射关系转化成电压强度值为7.9v，扇区41
‑
扇区50的老化程度数据为e，按内部映射关系转化成电压强度值为8.2v，扇区51
‑
扇区60的老化程度数据为f，按内部映射关系转化成电压强度值为8.5v，扇区61
‑
扇区70的老化程度数据为g，按内部映射关系转化成电压强度值为8.8v，扇区71
‑
扇区80的老化程度数据为h，按内部映射关系转化成电压强度值为9.1v，扇区81
‑
扇区90的老化程度数据为i，按内部映射关系转化成电压强度值为9.4v，扇区91
‑
扇区100的老化程度数据为j,按内部映射关系转化成电压强度值为9.7v，这样在执行擦除加压操作的电压值就以老化程度数据转化的电压强度值作为初始擦除电压强度，需要注意的是，以上数字只是为了举例说明更好的解释本实施例，并不代表运用于具体的实际情况。
84.在本实施例中一开始各区域进行老化程度数据需要进行初始赋值，具体包括：
85.基于预设电压强度对全部存储阵列执行初次擦除加压操作，执行擦除验证操作，记录验证通过的区域地址以及预设电压强度；
86.对验证未通过区域按照预设递增幅度执行增压后的擦除加压操作，执行擦除验证操作，记录验证通过的区域地址以及本次擦除电压强度；
87.重复执行上一步骤，直至所有区域均通过验证；
88.根据老化程度数据与初始擦除电压强度映射关系，反向得到各区域的老化程度数据进行初始赋值。
89.实施例2
90.请参照图4，本实施例一种应用于nor flash存储器的高效擦除装置，包括测控模块、译码电路模块、地址缓存器、擦除数据存储单元、擦除计数器、擦除加压操作单元、擦除验证操作单元和编程擦除状态机，其中，
91.测控模块，配置成用于发送包括待擦除目标区域地址在内的擦除操作指令；
92.译码电路模块，配置成用于接收擦除操作指令并译码为可执行操作命令；
93.地址缓存器，配置成用于存储nor flash存储器的存储阵列中各区域地址；
94.擦除数据存储单元，配置成用于存储老化程度数据与初始擦除电压强度的映射关系、各区域老化程度数据以及最大擦除次数n、单次加压强度
△
v和加压次数m；本实施例中最大擦除次数n与加压次数m比值为整数，所述单次加压强度
△
v与加压次数m呈负相关关系；
95.在本实施例中的存储阵列中各区域按照擦除操作时的最小擦除单位划分，一般按扇区划分所述nor flash存储器的存储阵列，每个扇区区域为擦除加压操作的最小擦除单位；
96.擦除计数器，配置成用于实时进行对应区域擦除操作次数计数；
97.擦除加压操作单元；
98.擦除验证操作单元，本实施例中的擦除验证操作单元配置成根据编程擦除状态机的控制指令执行：
99.判断被擦除的目标区域的阈值电压是否小于预设的电压值；若大于预设电压值则验证不通过，否则验证通过；
100.编程擦除状态机，配置成接收可执行操作命令，获取初始擦除电压强度，控制擦除加压操作单元和擦除验证操作单元对待擦除目标区域交替执行擦除验证操作和擦除加压操作，其中擦除加压操作具体为：基于初始擦除电压强度，按照擦除次数每增加次，擦除电压强度递增
△
v顺次执行擦除加压操作，直至擦除验证通过或者达到最大擦除次数；
101.在本实施例中在获取初始擦除电压强度后，首先对待擦除目标区域执行擦除验证操作；
102.所述测控模块将退出擦除加压操作时的擦除电压强度根据所述擦除数据存储单元中的映射关系转化为老化程度数据，并更新该目标区域老化程度数据。
103.本实施例中的测控模块还配置成配合其他模块完成各区域老化程度数据的初始赋值，包括：
104.擦除加压操作单元基于测控模块设置的预设电压强度对全部存储阵列执行初次擦除加压操作；
105.擦除验证操作单元执行擦除验证操作，记录验证通过的区域地址以及预设电压强度；
106.擦除加压操作单元对验证未通过区域按照测控模块预设的递增幅度执行增压后的擦除加压操作；
107.擦除验证操作单元执行擦除验证操作，记录验证通过的区域地址以及本次擦除电压强度；
108.编程擦除状态机配合擦除验证操作单元和擦除加压操作单元重复执行上一步骤，直至所有区域均通过验证；
109.测控模块根据擦除数据存储单元中老化程度数据与初始擦除电压强度映射关系，反向得到各区域的老化程度数据进行初始赋值。
110.具体工作过程为：
111.译码电路模块通过接收测控模块发送擦除操作指令，所述擦除操作指令包括：所需擦除目标区域的地址，并译码为可执行操作命令；
112.根据可执行操作命令，调用擦除数据存储单元存储的老化强度数据与初始擦除电压强度映射关系表编程擦除状态机获取初始擦除电压强度，控制擦除加压操作单元和擦除验证操作单元对待擦除目标区域交替执行擦除验证操作和擦除加压操作；包括：
113.通过所述编程擦除状态机判断擦除计数器的计数值：
114.若擦除计数器的计数值未达到其计数值编程擦除状态机控制擦除加压操作单元持续使用初始擦除电压强度执行所述擦除加压操作；
115.若擦除计数器的计数值达到其计数值未达到编程擦除状态机控制擦除加压操作单元在初始擦除电压强度基础上加上
△
v电压值，再使用调整后的电压强度持续执行所述擦除加压操作；
116.若擦除计数器的计数值达到其计数值未达到编程擦除状态机控制擦除加压操作单元在初始擦除电压强度基础上加上2*
△
v电压值，再使用调整后的电压强度持续执行所述擦除加压操作；
117.若擦除计数器的计数值达到其计数值未达到其最大值n，编程擦除状态机控制擦除加压操作单元，在初始擦除电压强度基础上加上(m
‑
1)*
△
v电压值，再使用调整后的电压强度持续执行所述擦除加压操作；
118.若所述计数器达到其最大值n或者通过擦除验证，结束当前擦除加压操作,此时计数器数值归零；
119.或者计数器达到其最大值n，通过所述编程擦除状态机结束当前擦除加压操作；
120.编程擦除状态机控制擦除验证操作单元依次执行擦除验证操作，判断被擦除的目标区域的阈值电压是否小于预设的电压值；若大于预设电压值则验证不通过，若小于预设电压则验证通过；
121.若验证不通过，则编程擦除状态机控制擦除验证操作单元继续执行下一次擦除加压操作；
122.若验证通过，通过所述编程擦除状态机结束执行下一次所述擦除加压操作，通过所述编程擦除状态机记录当前施加的电压强度数据，将该电压强度数据转化成老化程度数据；通过所述编程擦除状态机把针对该目标区域的老化程度数据写入其对应的擦除数据存储单元中，如果下一次继续对本次擦除目标区域继续执行擦除操作，就以本次写入的老化程度数据对应的电压强度作为初始擦除电压强度执行所述擦除加压操作。
123.实施例3
124.本实施例提供一种nor flash存储器，包含如实施例2所述的高效擦除装置。
125.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论
从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
126.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。