非易失性存儲器件及其操作方法
2023-09-12 20:24:10 1
專利名稱：非易失性存儲器件及其操作方法
技術領域：
本發明的示例性實施例涉及用於提高非易失性存儲器件的可靠性的技術。
背景技術：
根據斷電時數據是否被保留，存儲器件劃分為易失性存儲器件和非易失性存儲器件。易失性存儲器件是一種斷電時數據就丟失的存儲器件。易失性存儲器件的例子包括 DRAM和SRAM。非易失性存儲器件是一種即使斷電也維持儲存的數據的存儲器件。非易失性存儲器件的例子包括快閃記憶體件。非易失性存儲器件的主要操作是擦除操作、讀取操作和編程操作。當對非易失性存儲器件上反覆地執行擦除操作和編程操作時，非易失性存儲器件的物理特性退化，並且存儲器單元的可靠性降低。因此，這樣的一種技術是有用的，即從非易失性存儲器件的存儲器單元中選擇被反覆執行擦除操作和編程操作的存儲器單元，並對退化的存儲器單元進行管理使其不被使用。
發明內容
本發明的一個實施例涉及一種非易失性存儲器件，所述非易失性存儲器件檢測每個存儲塊中的擦除操作的次數，擦除操作是以存儲塊為單位進行的，當存儲塊的擦除操作的次數超過基準值時，將所述存儲塊視為壞的存儲塊，從而提高了非易失性存儲器件的可靠性。根據本發明的一個實施例，提供了一種非易失性存儲器件，包括多個存儲塊；多個擦除檢測單元，所述多個擦除檢測單元分別設置在所述多個存儲塊處，並被配置為各自檢測相應的存儲塊的擦除；以及控制單元，所述控制單元被配置為當在所述多個存儲塊中的存儲塊上執行的擦除操作的次數大於基準值時，確定所述存儲塊是壞的存儲塊，其中在所述存儲塊上執行的擦除操作的次數是由相應的擦除檢測單元檢測的。擦除檢測單元可以各自檢測相應存儲塊的字線上的擦除電壓的施加。根據本發明的另一個實施例，提供了一種操作非易失性存儲器件的方法，包括以下步驟在從多個存儲塊中選出的存儲塊上執行擦除操作；確定在所述存儲塊上執行的擦除操作的次數；以及當在所述存儲塊上執行的擦除操作的次數大於基準值時，確定所述存儲塊是壞的存儲塊。所述確定擦除操作次數的步驟包括以下步驟當在所述存儲塊的字線上施加擦除電壓並在所述存儲塊的阱區上施加擦除偏壓時，將檢測信號激活；儲存所述檢測信號；以及對所述儲存的檢測信號的邏輯值的改變的次數進行計數。
圖1是根據本發明的一個實施例的非易失性存儲器件的結構圖。圖2是根據本發明的一個實施例的圖1所示的擦除檢測單元的結構圖。圖3是描述根據本發明的一個實施例的用於操作非易失性存儲器件的方法的流程圖。
具體實施例方式下面將參照附圖來更加詳細地描述本發明的示例性實施例。然而，本發明可以用不同的方式來實施，不應當理解為限於本文所描述的實施例。確切地說，提供這些實施例使得本說明書對於本領域技術人員而言將是清楚且完整的，並且將充分傳達本發明的範圍。 在本說明書中，在本發明的各幅附圖和各個實施例中，相同的附圖標記表示相同的部件。圖1是根據本發明的一個實施例的非易失性存儲器件的結構圖。參見圖1，非易失性存儲器件包括存儲塊110和120、擦除檢測單元111和121、控制單元130、行電路112和122、以及列電路113和123。在非易失性存儲器件中設置多個存儲塊110和120(圖1中僅示例性地示出了兩個塊)。存儲塊110和120每個包括多個頁，每個頁具有多個存儲器單元。在NAND快閃記憶體中，以存儲塊為單位進行擦除操作，並且以頁為單位進行讀取或編程操作。與此同時，存儲塊110和120每個包括多個存儲串STl至ST4。圖1示例性地示出了每個存儲塊的四個串。存儲串STl至ST4包括源極選擇電晶體、多個存儲器單元和漏極選擇電晶體，所述源極選擇電晶體具有與公共源極線CSL耦合的源極，所述漏極選擇電晶體分別具有與位線BLl至BL4耦合的漏極。源極選擇電晶體的柵極與源極選擇線SSL耦合。存儲器單元的柵極分別與字線Wi)至WLN耦合。漏極選擇電晶體的柵極與漏極選擇線 DSL耦合。存儲串STl至ST4耦合在相應的位線BLl至BL4與公共源極線CSL之間。分別在存儲塊110和120處設置行電路112和122 ；並且行電路112和122在控制單元130的控制下，將適用於擦除/讀取/編程操作的電壓施加至字線mi)至WLN、漏極選擇線DSL和源極選擇線SSL。分別在存儲塊110和120處設置列電路113和123 ；並且列電路113和123在控制單元130的控制下，根據擦除/讀取/編程操作對位線BLO至BL4進行控制。在列電路 113和123內設置多個頁緩衝器。控制單元130接收從存儲器件的外部輸入的命令CMD和地址ADD ；並且控制單元 130控制行電路112和122以及列電路113和123，使得存儲塊110和120可以被擦除/讀
取/編程。在存儲塊110和120處分別設置擦除檢測單元111和121，並且擦除檢測單元111 和121分別檢測存儲塊110和120上執行的擦除操作。當在存儲塊110上執行擦除操作時， 擦除檢測單元111向控制單元130通知擦除操作。當在存儲塊120上執行擦除操作時，擦除檢測單元121向控制單元130通知擦除操作。控制單元130儲存存儲塊110和120的擦除操作的次數。當存儲塊110和120的擦除操作的次數超過基準值(例如，標準技術規範中指定的值)時，相應的塊可以被視為壞塊並且不再被使用。例如，當存儲塊110和120的擦除操作次數的基準值是10000時，在存儲塊110上執行的擦除操作的次數是5000、存儲塊120上執行的擦除操作的次數是10000的情況下，控制單元130確定存儲塊120是壞塊，使得存儲塊120不再被使用。由於存儲塊110上執行的擦除操作的次數未超過基準值，因此存儲塊110不被確定為是壞塊，從而存儲塊110可以被正常使用。根據本發明的一個示例性實施例，每個存儲塊的擦除操作的次數是分開儲存的， 並且當擦除操作的次數超過基準次數時，存儲塊被確定為是壞塊。因此，相應的存儲塊不被用來儲存數據。如此，通過考慮存儲塊的不同退化狀態，可以有效地使用非易失性存儲器件內的存儲塊。圖2是根據本發明的一個實施例的圖1所示的擦除檢測單元111的結構圖。擦除檢測單元111檢測在存儲塊110上執行的擦除操作。為了在存儲塊110上執行擦除操作，向存儲塊的存儲器單元的阱區施加擦除偏壓(也稱為體區偏壓或背板偏壓) (例如為18V或更高)，並向存儲塊110的字線mi)至WLN施加擦除電壓(例如，0V)。因此， 擦除檢測單元111檢測擦除檢測單元111所屬的存儲塊110的字線mi)至WLN上的擦除電壓(OV)的施加，以及檢測所述存儲器單元的阱區上的擦除偏壓(18V)的施加，並且激活檢測信號DETECT0，以通知檢測到擦除電壓和擦除偏壓的施加。擦除檢測單元111包括檢測器210和鎖存器220。當擦除電壓施加至存儲塊110 的字線WL15並且擦除偏壓TOLL_BIAS施加至存儲塊110的阱區時，檢測器210將檢測信號 DETECT0激活。鎖存器220儲存檢測信號DETECT0並將儲存的檢測信號DETECT0傳送給控制單元130。雖然圖2中示出了在存儲塊110的字線Wi)至WLN之中，字線札15的電壓被施加至檢測器210，但是檢測器210可以用於檢測存儲塊110的字線WLO至WLN的電壓中的任一個電壓。檢測器210包括匪OS電晶體211和213以及PMOS電晶體212。匪OS電晶體211 被設計為當IV或更高的電壓施加至NMOS電晶體211的柵極時，NMOS電晶體211導通，而 NMOS電晶體213被設計為當17V或更高的電壓施加至NMOS電晶體213的柵極時，NMOS電晶體213導通。此外，PMOS電晶體212被設計為當0. 3V或更低的電壓施加至PMOS電晶體 212的柵極時，PMOS電晶體212導通。在擦除操作中，OV的電壓被施加至存儲塊110的字線 W15，並且施加18V或更高的電壓作為擦除偏壓TOLL_BIAS。因此，在擦除操作中，PMOS電晶體212和匪OS電晶體213導通，並且檢測信號DETECT0變為高電平。根據一個例子，在除了擦除操作之外的所有操作中，PMOS電晶體212和NMOS電晶體213不同時導通。在一些操作中，可以只使NMOS電晶體211導通。更具體地，例如，檢測器210隻在擦除操作中將檢測信號DETECT0激活為高電平，而在其他操作中將檢測信號DETECT0去激活為低電平。鎖存器220包括兩個反相器221和222並儲存檢測信號DETECT0的電平。因此， 鎖存器220中儲存的檢測信號DETECT0的激活的次數與在存儲塊110上執行的擦除操作的次數相一致。控制單元130對鎖存器220中儲存的反相的檢測信號DETECTB0的邏輯電平的改變次數進行計數，由此確定在存儲塊110上執行的擦除操作的次數，並儲存確定結果。雖然圖2示出了擦除檢測單元111是利用三個電晶體211、212和213以及鎖存器220設計而成的，但是對於本領域技術人員而言明顯的是，也可以用其他方式來設計用於檢測存儲塊110上執行的擦除操作的電路。可以採用與上述參照圖2描述的擦除檢測單元111相同的方式來設計用於檢測存儲塊120上執行的擦除操作的擦除檢測單元121。圖3是描述根據本發明的一個實施例的用於操作非易失性存儲器件的方法的流程圖。參見圖3，用於操作非易失性存儲器件的方法包括以下步驟在從多個存儲塊中選擇出的存儲塊上執行擦除操作(S310)；記錄存儲塊的擦除次數(S320)；以及當記錄的相應存儲塊的擦除次數大於基準值時，將多個存儲塊之中的所述相應存儲塊視為壞塊(S330、 S340 和 S350)。在步驟S310，在從多個存儲塊之中選擇出的存儲塊上執行擦除操作。在步驟 S320,記錄在步驟S310中被執行了擦除操作的存儲塊的擦除次數。如上參照圖1和圖2所描述的，可以通過控制單元130的操作和在存儲塊110和120處分別設置的擦除檢測單元 111和121的操作來實施步驟S320。在非易失性存儲器件的操作期間，可以反覆地實施步驟 S310 和 S320。在步驟S330，確定存儲塊的擦除次數是否超過基準值。在步驟S340，當在步驟 S330中確定相應的存儲塊的擦除次數超過基準值時，相應的存儲塊被視為壞塊並且不再被用來儲存數據。在步驟S350，當在步驟S330中確定相應的存儲塊的擦除次數未超過基準值時，相應的存儲塊被正常使用。只要輸入了擦除命令或者編程命令，就可以執行步驟S330，或者可以以恆定的周期(例如，以某個周期而不是在每次輸入擦除命令或編程命令的期間)周期性地執行步驟 S330。根據本發明的此實施例，針對每個存儲塊檢查擦除操作的次數，並且當擦除操作的次數超過基準值時，相應的存儲塊被確定為是壞塊，從而提高了非易失性存儲器件的可靠性。另外，已被使用太多次的晶片內的存儲塊被確定為是壞塊，而其他較少使用的存儲塊被正常使用，從而提高了非易失性存儲器件的使用效率。雖然已經參照具體實施例描述了本發明，但是對於本領域技術人員而言明顯的是，在不脫離所附權利要求書所限定的本發明的精神和範圍的前提下，可以進行各種變化和修改。
權利要求
1.一種非易失性存儲器件，包括多個存儲塊；多個擦除檢測單元，所述多個擦除檢測單元分別設置在所述多個存儲塊處，並被配置為各自檢測相應的存儲塊的擦除；以及控制單元，所述控制單元被配置為當在所述多個存儲塊之中的存儲塊上執行的擦除操作的次數大於基準值時，確定所述存儲塊是壞決，其中在所述存儲塊上執行的擦除操作的次數是由相應的擦除檢測單元檢測的。
2.如權利要求1所述的非易失性存儲器件，其中，所述擦除檢測單元的每個被配置為檢測在相應的存儲塊的字線上的擦除電壓的施加。
3.如權利要求1所述的非易失性存儲器件，其中，所述擦除檢測單元的每個包括檢測器，所述檢測器被配置為當在相應的存儲塊的字線上施加擦除電壓並且在相應的存儲塊的阱區上施加擦除偏壓時將檢測信號激活；以及鎖存器，所述鎖存器被配置為儲存所述檢測信號並將所儲存的檢測信號傳送至所述控制單元。
4.如權利要求1所述的非易失性存儲器件，其中，以存儲塊為單位來進行所述非易失性存儲器件的擦除操作。
5.如權利要求2所述的非易失性存儲器件，還包括多個行電路，所述多個行電路被配置為將適用於擦除/讀取/編程操作的電壓施加至字線；以及多個列電路，所述多個列電路被配置為各自根據所述多個存儲塊中的一個相應的存儲塊的擦除/讀取/編程操作來對位線進行控制。
6.如權利要求5所述的非易失性存儲器件，其中，所述控制單元接收從所述存儲器件的外部輸入的命令和地址，並控制所述多個行電路和所述多個列電路使得所述多個存儲塊被擦除/讀取/編程。
7.如權利要求3所述的非易失性存儲器件，其中，所述檢測器包括第一 NMOS電晶體，所述第一 NMOS電晶體被配置為當在柵極上施加IV或更高的電壓時導通；第二 NMOS電晶體，所述第二 NMOS電晶體被配置為當在柵極上施加17V或更高的電壓時導通；以及第一 PMOS電晶體，所述第一 PMOS電晶體被配置為當在柵極上施加0. 3V或更低的電壓導通。
8.如權利要求7所述的非易失性存儲器件，其中，所述控制單元通過對所述檢測信號的邏輯電平的改變的次數進行計數來獲得在存儲塊上執行的擦除操作的次數。
9.一種用於操作非易失性存儲器件的方法，包括以下步驟在從多個存儲塊中選出的存儲塊上執行擦除操作；確定在所述存儲塊上執行的擦除操作的次數；以及當所述存儲塊上執行的擦除操作的次數大於基準值時，確定所述存儲塊是壞的存儲塊。
10.如權利要求9所述的方法，其中，所述確定擦除操作次數的步驟包括以下步驟當在所述存儲塊的字線上施加擦除電壓並在所述存儲塊的阱區上施加且擦除偏壓時， 將檢測信號激活；儲存所述檢測信號；以及對所儲存的檢測信號的邏輯值的改變的次數進行計數。
11.如權利要求9所述的方法，其中，反覆執行所述執行擦除操作的步驟和所述確定擦除操作次數的步驟。
12.如權利要求9所述的方法，其中，所述確定擦除操作次數的步驟包括如下步驟當在所述存儲塊的字線上施加擦除電壓時，利用擦除檢測單元將檢測信號激活，其中，所述擦除檢測單元包括串聯連接的第一 PMOS電晶體、第一 NMOS電晶體和第二 NMOS電晶體。
13.如權利要求12所述的方法，其中，在擦除操作中，當所述第一PMOS電晶體和所述第二 NMOS電晶體導通時，所述檢測信號變為邏輯高電平。
14.如權利要求12所述的方法，其中，當所述第一PMOS電晶體和所述第二NMOS電晶體不同時導通且所述第一 NMOS電晶體導通時，所述檢測信號變為邏輯低電平。
全文摘要
本發明公開了一種非易失性存儲器件，包括多個存儲塊；多個擦除檢測單元，分別設置在所述多個存儲塊處，並被配置為各自檢測相應的存儲塊的擦除；以及控制單元，被配置為當在存儲塊上執行的擦除操作的次數大於基準值時，確定所述存儲塊是壞塊，其中在存儲塊上執行的擦除操作的次數是由相應的擦除檢測單元檢測的。
文檔編號G11C16/02GK102314948SQ20101028476
公開日2012年1月11日 申請日期2010年9月17日 優先權日2010年7月7日
發明者崔正旻, 金南經 申請人:海力士半導體有限公司