存儲器編程方法以及數據存取方法

2023-05-15 16:23:21 5

專利名稱：存儲器編程方法以及數據存取方法
技術領域：
本發明涉及一種存儲器編程方法，特別是涉及一種與非快閃記憶體(NAND flash)的編程方法。
背景技術：
MND快閃記憶體是由日本東芝(Toshiba)公司在1989年所發表。NAND快閃記憶體為 非揮發性存儲器，因此不需電力來維持數據的存儲。此外，NAND快閃記憶體具有較 快的編程(program)與清除(erase)時間。在NAND快閃記憶體內，每個存^t單元
(cell)所佔的晶片面積較小，因此具有較高的存儲密度。
一般而言，NAND快閃記憶體可分為單電平存儲單元(Single Level Cell, SLC ) 以及多電平存儲單元(multi level cell, MLC),其中，多電平存儲單元至 少可存儲兩位的數據(例如"00" 、 "01" 、 "10"或是"11"),因此 多電平存儲單元具有較高的存儲密度。
圖1A-圖1C是顯示傳統上對多電平存儲單元進行編程時的臨界電壓
(threshold voltage, Vu，)的分布示意圖，其中，多電平存儲單元可存儲兩 位的數據，以及兩位數據的最高有效位(most significant bit, MSB)以及 最4氐有效4立(least significant bit, LSB )分別對應於不同的頁面(page ), 即不同的地址。舉例來說，最低有效位對應於第一頁面，而最高有效位對應 於第二頁面，其中，第一頁面(例如較低頁面(lower page))在NAND快閃記憶體 內的地址低於第二頁面(例如較高頁面(叩per page))。此外，兩位數據 的邏輯狀態為'11，對應於多電平存儲單元的清除狀態(erased state)， 以及多電平存儲單元的清除狀態亦為進行編程操作時的初始狀態。
圖1A是顯示傳統上對多電平存儲單元進行第一頁面(即較低頁面)編 程時臨界電壓的分布示意圖。在執行第一頁面編程操作之後，多電平存儲單 元所存儲的兩位數據可以是邏輯狀態'11，或是'10'。參考圖1A,箭頭A 是顯示將多電平存儲單元從邏輯狀態'11，編程為邏輯狀態'10，，其中，
邏輯狀態'10，以及'11，分別對應於不同的臨界電壓範圍。接著，可繼續
5對其他相鄰位線(bit line, BL )的多電平存儲單元執行第 一頁面的編程操 作。圖1B是顯示傳統上對圖1A所述的多電平存儲單元進行第二頁面(較高 頁面)編程時的臨界電壓分布。如圖1B所顯示，在執行第二頁面編程操作之 後，多電平存儲單元所存儲的兩位數據可以是邏輯狀態'11， 、 '01， 、 '10， 或是'00，。參考圖1B，箭頭B是顯示將多電平存儲單元從邏輯狀態'11， 編程為邏輯狀態'01，，而箭頭C是顯示將多電平存儲單元從邏輯狀態'10， 編程為邏輯狀態'00，。接著，可繼續對其他相鄰位線的多電平存儲單元執 行第二頁面的編程操作。圖IC是顯示圖IB中多電平存儲單元受到耦合效應 (co叩ling effect)影響所產生的臨界電壓的偏移示意圖。如圖IC所顯示， 當兩位數據為邏輯狀態'01，與'00，時，多電平存儲單元容易受到其它相 鄰多電平存儲單元的第二頁面的編程#:作以及浮動4冊極(floating gate, FG ) 的耦合效應的幹擾而導致實際臨界電壓範圍與理想臨界電壓範圍具有位移 V,",i的誤差存在。此外，當兩位數據為邏輯狀態'10，時，多電平存儲單元 容易受到其它相鄰多電平存儲單元的第一頁面與第二頁面的編程操作以及浮 動柵極的耦合效應的幹擾而導致實際臨界電壓範圍與理想臨界電壓範圍具有 位移V。^t2的誤差存在。當臨界電壓的位移量越大，執行編程所需要的臨界電 壓範圍(介於最大臨界電壓V^以及最小臨界電壓V^之間)也會跟著增加。 因此，需要一種存儲器編程方法能降低臨界電壓的誤差。

發明內容
本發明提供一種存儲器編程方法，適用於具有多個多電平存儲器單元的 一與非快閃記憶體。上述存儲器編程方法包括執行一第一編程操作，將上述多電 平存儲器單元從一初始狀態編程至一第一目標狀態，其中，上述第一目標狀 態對應於一第一存儲數據並且具有一第一臨界電壓範圍，其中，上述第一臨 界電壓範圍介於一第一電壓以及一第二電壓之間，以及上述第二電壓大於上 述第一電壓；在上述與非快閃記憶體設定一標記位為一第一狀態以指示對應的上述 多電平存儲器單元已執行上述第一編程操作；執行一第二編程操作，將上述 多電平存儲器單元從上述第一目標狀態編程至一第二目標狀態，其中，上述 第二目標狀態對應於上述第一存儲數據並且具有一第二臨界電壓範圍，其中，
上述第二臨界電壓範圍介於上述第二電壓以及一第三電壓之間，以及上述第 三電壓大於上述第二電壓；以及設定上述標記位為一第二狀態以指示對應的上述多電平存儲器單元已執行上述第二編程操作。
再者，本發明提供一種數據存取方法，適用於具有多個多電平存儲器單
元的一與非快閃記憶體。上述數據存取方法包括執行一第一編程操作，將上述多
電平存儲器單元從一初始狀態編程至一第一目標狀態，其中，上述第一目標 狀態對應於一兩位數據的一第一邏輯狀態並且具有一第一臨界電壓範圍，其 中，上述第一臨界電壓範圍介於一第一電壓以及一第二電壓之間，以及上述
第二電壓大於上述第一電壓；在上述與非快閃記憶體設定一標記位為一第一狀態以 指示對應的上述多電平存儲器單元已執行上述第一編程操作；執行一第二編 程操作，將上述多電平存儲器單元從上述第一目標狀態編程至一第二目標狀 態，其中，上述第二目標狀態對應於上述第一邏輯狀態並且具有一第二臨界 電壓範圍，其中，上述第二臨界電壓範圍介於上述第二電壓以及一第三電壓 之間，以及上述第三電壓大於上述第二電壓；設定上述標記位為一第二狀態 以指示對應的上述多電平存儲器單元已執行上述第二編程操作；執行一讀取 操作以獲得上述多電平存儲器單元的一讀取臨界電壓；以及根據上述讀取臨 界電壓以及上述標記位判斷存儲在上述多電平存儲器單元的一兩位數據的邏 輯狀態。


圖1A是顯示傳統上對多電平存儲單元進行第一頁面編程時臨界電壓的 分布示意圖1B是顯示對圖1A所述的多電平存儲單元進行第二頁面編程時的臨界 電壓分布；
圖1C是顯示圖1B中多電平存儲單元受到耦合效應影響所產生的臨界電 壓的偏移示意圖2A是顯示根據本發明一實施例所述對多電平存儲單元進行第一頁面 編程時臨界電壓的分布示意圖2B是顯示根據本發明實施例所述對多電平存儲單元進行第二頁面編 程時臨界電壓的分布示意圖、C是顯示圖M中多電平存儲單元受到耦合效應影響所產生的臨界電 壓的偏移示意圖3是顯示根據本發明一實施例所述的存儲器編程方法；以及圖4是顯示根據本發明一實施例所述的讀取方法。
附圖符號說明
300、 400 -方法
S310-S340、 S410-S430 -步驟
Vi-V廣電壓
V,-最大臨界電壓
Ln 最小臨界電壓
Voffseu、Voffset廣位移 Vth 臨界電壓。
具體實施例方式
為讓本發明的上述和其它目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉 出較佳實施例，並配合附圖，作詳細說明如下。
實施例
圖2A是顯示根據本發明一實施例所述對多電平存儲單元進行第一頁面 (即較低頁面)編程時臨界電壓的分布示意圖。在執行第一頁面編程操作之
後，多電平存儲單元所存儲的兩位數據可以是邏輯狀態'ir或是'io，。
相較於傳統邏輯狀態'10，的臨界電壓範圍(如圖1A所顯示，臨界電壓範圍 分布於電壓V,以及電壓V3之間)，圖2A中邏輯狀態'10，的臨界電壓範圍 是分布於電壓V,以及電壓V2之間，並且具有較寬的臨界電壓範圍。此外，還 輯狀態'11，的臨界電壓範圍是分布於最小臨界電壓V^以及電壓V,之間， 即小於電壓V,。接著，在完成第一頁面的編程操作之後，將對應於該多電平 存儲單元的標記位(flag bit)設定為高邏輯電平(即'1，)。在NAND閃 存內，標記位為存儲器數組的附屬數據或註記數據。接著，可繼續對其他相 鄰的多電平存儲單元執行第一頁面的編程操作。
圖2B是顯示根據本發明實施例所述對多電平存儲單元進行第二頁面(即 較高頁面)編程時臨界電壓的分布示意圖。在執行第二頁面的編程操作之後， 多電平存儲單元所存儲的兩位數據可以是邏輯狀態'11， 、 '01， 、 '10， 或是'00'。如圖2B中箭頭E所顯示，在執行第二頁面編程操作之後，邏輯 狀態'10'的臨界電壓範圍會由分布於電壓V,以及電壓V,之間被編程為分布 於電壓V2以及電壓V3之間，其中，電壓V,〈電壓V,電壓V3。此外，箭頭F是
8顯示將多電平存儲單元從邏輯狀態'ir編程為邏輯狀態'or ，而箭頭g 是顯示將多電平存儲單元從邏輯狀態'io，編程為邏輯狀態'oo，。其中， 邏輯狀態'or的臨界電壓範圍是分布於電壓v，以及電壓V2之間，而邏輯狀 態'oo，的臨界電壓範圍是分布於電壓V3以及最大臨界電壓v,之間，即大 於電壓v3。接著，在完成第二頁面的編程操作之後，將對應於該多電平存儲 單元的標記位設定為低邏輯電平(即'o，)。接著，可繼續對其他相鄰的多 電平存儲單元執行第二頁面的編程操作。
圖2C是顯示圖2B中多電平存儲單元受到耦合效應影響所產生的臨界電 壓的偏移示意圖。當兩位數據為邏輯狀態'10，時，由於執行第二頁面編程 操作(如圖2B的箭頭e所顯示)，使得該多電平存儲單元不會受到先前其它 相鄰多電平存儲單元的第一頁面的編程搡作的幹擾而產生臨界電壓位移。因 此，由圖2C可知，當兩位數據為邏輯狀態'01， 、 '10，與'00，時，多電 平存儲單元容易受到其它相鄰多電平存儲單元的第二頁面的編程操作以及浮 動柵極的耦合效應的幹擾而導致實際臨界電壓範圍與理想臨界電壓範圍具有 位移v,,「tol的誤差存在。根據本發明實施例，兩位數據被編程為邏輯狀態'10， 的臨界電壓位移v。^t,小於傳統的臨界電壓位移v。rfset2 (如圖1C所顯示)。本 發明實施例具有較小的臨界電壓位移量，因此能準確控制各邏輯狀態的臨界 電壓範圍並提高可靠度。
此外，在圖2A中，執行第一頁面的編程操作可將兩位數據的最低有效位 存儲至多電平存儲單元內。在圖M中，執行第二頁面的編程操作可將兩位數 據的最高有效位存儲至多電平存儲單元內。因此，存儲在多電平存儲單元的 兩位數據是分別屬於不同位置(頁面)的數據。
另一方面，在執行第一頁面或是第二頁面的編程操作之後，可對多電平 存儲單元執行讀取操作以獲得多電平存儲器單元的讀取臨界電壓，並根據所 獲得的讀取臨界電壓判斷存儲在多電平存儲單元的數據。參考圖2C，當讀取 臨界電壓小於電壓v,時，存儲在多電平存儲器單元內的兩位數據為邏輯狀態
'ir 。當讀取臨界電壓介於電壓v,以及電壓V3之間時，存儲在多電平存儲 器單元內的兩位數據為邏輯狀態'10，。此外，當讀取臨界電壓大於電壓v3 時，存儲在多電平存儲器單元內的兩位數據為邏輯狀態'00，。值得注意的 是，當讀取臨界電壓介於電壓v,以及電壓v,之間時，可根據標記位來判斷兩位數據為邏輯狀態'io，或是'or 。舉例來說，當讀取臨界電壓介於電壓 v，以及電壓V2之間且標記位為高邏輯電平時，存儲在多電平存儲器單元內的 兩位數據為邏輯狀態'10，，如圖2A所示。反之，當讀取臨界電壓介於電壓 V,以及電壓V2之間且標記位為低邏輯電平時，存儲在多電平存儲器單元內的 兩位數據為邏輯狀態'01，，如圖2B所示。
圖3是顯示根據本發明一實施例所述的存儲器編程方法300，其中存儲 器編程方法300適用於具有多個多電平存儲器單元的與非快閃記憶體。首先，在步 驟S310,執行第一編程操作以將多電平存儲器單元從初始狀態(即清除狀態) 編程至第一目標狀態。舉例來說，如圖2A的箭頭D所顯示，初始狀態為邏輯 狀態'11，，而第一目標狀態為邏輯狀態'10，，其中第一目標狀態的臨界 電壓範圍分布在電壓V,以及電壓Vz之間。接著，在步驟S320,將標記位設定 為第一狀態(例如高邏輯電平)以指示對應的多電平存儲器單元已執行第一 編程搡作。接著，在步驟S330,執行第二編程操作以將該多電平存儲器單元 從第一目標狀態編程至第二目標狀態。舉例來說，如圖2B的箭頭E所顯示， 第一目標狀態(如虛線範圍所顯示)的臨界電壓範圍分布在電壓V,以及電壓 V2之間，而第二目標狀態的臨界電壓範圍分布在電壓V2以及電壓V3之間，其 中第一 目標狀態以及第二目標狀態皆對應於相同的存儲數據，即邏輯狀態為 '10，的兩位數據。之後，在步驟S340,將標記位設定為第二狀態(例如低 邏輯電平)以指示對應的多電平存儲器單元已執行第二編程操作。如先前所 描述，第一編程操作以及第二編程操作分別對應於不同的地址(頁面)。
圖4是顯示根據本發明 一 實施例所述的讀取方法4 00。首先，在步驟S410 ， 執行讀取操作以獲得多電平存儲器單元的讀取臨界電壓。接著，在步驟S420, 讀取對應於多電平存儲器單元的標記位，其中，標記位指示該多電平存儲器 單元是否已執行圖3中步驟S330的第二編程操作。接著，在步驟S430，根 據所獲得的讀取臨界電壓以及標記位而判斷該多電平存儲器單元的兩位數據 的邏輯狀態。舉例來說，參考圖2C，當讀取臨界電壓大於電壓V3時，存儲在 多電平存儲器單元內的兩位數據為邏輯狀態'00，。另外，參考圖2A,當讀 取臨界電壓介於電壓v,以及電壓V2之間且標記位為高邏輯電平時，存儲在多
10電平存儲器單元內的兩位數據為邏輯狀態'10，。
本發明雖以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明的範圍，任 何熟習此項技藝者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可做些許的更動與 潤飾，因此本發明的保護範圍當視本發明的申請專利範圍所界定者為準。
權利要求
1. 一種存儲器編程方法，適用於具有多個多電平存儲器單元的一與非快閃記憶體，包括執行一第一編程操作，將上述多電平存儲器單元從一初始狀態編程至一第一目標狀態，其中，上述第一目標狀態對應於一第一存儲數據並且具有一第一臨界電壓範圍，其中，上述第一臨界電壓範圍介於一第一電壓以及一第二電壓之間，以及上述第二電壓大於上述第一電壓；在上述與非快閃記憶體設定一標記位為一第一狀態以指示對應的上述多電平存儲器單元已執行上述第一編程操作；執行一第二編程操作，將上述多電平存儲器單元從上述第一目標狀態編程至一第二目標狀態，其中，上述第二目標狀態對應於上述第一存儲數據並且具有一第二臨界電壓範圍，其中，上述第二臨界電壓範圍介於上述第二電壓以及一第三電壓之間，以及上述第三電壓大於上述第二電壓；以及設定上述標記位為一第二狀態以指示對應的上述多電平存儲器單元已執行上述第二編程操作。
2. 如權利要求1所述的存儲器編程方法，其中，執行上述第二編程操作 還包括將上述多電平存儲器單元從上述第二目標狀態編程至一第三目標狀 態，其中，上述第三目標狀態對應於一第二存儲數據並且具有一第三臨界電 壓範圍，以及上述第三臨界電壓範圍介於上述第三電壓以及一最大臨界電壓 之間，其中，上述最大臨界電壓大於上述第三電壓。
3. 如權利要求2所述的存儲器編程方法，其中，執行上述第二編程操作 還包括將上述多電平存儲器單元從上述初始狀態編程至一第四目標狀態，其 中，上述第四目標狀態對應於一第三存儲數據並且具有一第四臨界電壓範圍， 以及上述第四臨界電壓範圍介於上述第一電壓以及上述第二電壓之間。
4. 如權利要求3所述的存儲器編程方法，其中，上述初始狀態對應於一 第四存儲數據，並且具有一第五臨界電壓範圍，其中，上述第一、第二、第三與第四存儲數據分別是邏輯狀態為'10， 、 '00， 、 '01，與'11，的一 兩位數據，以及上述第五臨界電壓範圍介於一最小臨界電壓以及上述第一電 壓之間，其中，上述第一電壓大於上述最小臨界電壓。
5. 如權利要求4所述的存儲器編程方法，其中，上述第一編程操作用於將上述兩位數據的一最低有效位存儲至上述多電平存儲器單元內，其中'上 述最低有效位對應於上述多電平存儲器單元的一第一位置。
6. 如權利要求5所述的存儲器編程方法，其中，上述第二編程操作用於將上述兩位數據的一最高有效位存儲至上述多電平存儲器單元內，其中，上 述最高有效位對應於上述多電平存儲器單元的一第二位置，以及上述第一位 置以及上述第二位置分別位於上述多電平存儲器單元的不同頁面。
7. —種數據存取方法，適用於具有多個多電平存儲器單元的一與非快閃記憶體， 包括執行一第一編程操作，將上述多電平存儲器單元從一初始狀態編程至一 第一目標狀態，其中，上述第一目標狀態對應於一兩位數據的一第一邏輯狀 態並且具有一第一臨界電壓範圍，其中，上述第一臨界電壓範圍介於一第一 電壓以及一第二電壓之間，以及上述第二電壓大於上述第一電壓；在上述與非快閃記憶體設定一標記位為一第一狀態以指示對應的上述多電平存 儲器單元已執行上述第 一編程操作；執行一 第二編程操作，將上述多電平存儲器單元從上述第一目標狀態編 程至一第二目標狀態，其中，上述第二目標狀態對應於上述第一邏輯狀態並 且具有一第二臨界電壓範圍，其中，上述第二臨界電壓範圍介於上述第二電 壓以及一第三電壓之間，以及上述第三電壓大於上述第二電壓；設定上述標記位為一第二狀態以指示對應的上述多電平存儲器單元已執 行上述第二編程操作；執行一讀取操作以獲得上述多電平存儲器單元的一讀取臨界電壓；以及元的 一 兩位數據的邏輯狀態。
8. 如權利要求7所述的數據存取方法，其中，執行上述第二編程搡作還 包括將上述多電平存儲器單元從上述第二目標狀態編程至一第三目標狀態， 其中，上述第三目標狀態對應於一第二邏輯狀態並且具有一第三臨界電壓範 圍，以及上述第三臨界電壓範圍介於上述第三電壓以及一最大臨界電壓之間， 其中，上述最大臨界電壓大於上述第三電壓。
9. 如權利要求8所述的數據存取方法，其中，執行上述第二編程操作還 包括將上述多電平存儲器單元從上述初始狀態編程至一第四目標狀態，其中， 上述第四目標狀態對應於 一 第三邏輯狀態並且具有 一 第四臨界電壓範圍，以及上迷第四臨界電壓範圍介於上述第一電壓以及上述第二電壓之間。
10. 如權利要求9所述的數據存取方法，其中，上述初始狀態對應於一第 四邏輯狀態並且具有一第五臨界電壓範圍，其中，上述第一、第二、第三與第四邏輯狀態分別為'10， 、 '00， 、 '01，與'11，，以及上述第五臨界 電壓範圍介於一最小臨界電壓以及上述第一電壓之間，其中，上述第一電壓 大於上述最小臨界電壓。
11. 如權利要求10所述的數據存取方法，其中，上述第一編程操作用於 將上述兩位數據的一最低有效位存儲至上述多電平存儲器單元內，其中，上 述最低有效位對應於上述多電平存儲器單元的一第一位置。
12. 如權利要求10所述的數據存取方法，其中，上述第二編程操作用於 將上述兩位數據的一最高有效位存儲至上述多電平存儲器單元內，其中，上 述最高有效位對應於上述多電平存儲器單元的一第二位置，以及上述第一位 置以及上述第二位置分別位於上述多電平存儲器單元的不同頁面。
13. 如權利要求IO所述的數據存取方法，還包括當上述讀取臨界電壓小 於上述第一電壓時，判斷上述兩位數據的邏輯狀態為'11，。
14. 如權利要求IO所述的數據存取方法，還包括當上述讀取臨界電壓介 於上述第二電壓以及上述第三電壓之間時，判斷上述兩位數據的邏輯狀態為'10，。
15. 如權利要求10所述的數據存取方法，還包括當上述讀取臨界電壓大 於上述第三電壓時，判斷上述兩位數據的邏輯狀態為'00，。
16. 如權利要求10所述的數據存取方法，還包括當上述讀取臨界電壓介 於上述第一電壓以及上述第二電壓之間且上述標記位為上述第一狀態時，判 斷上述兩位數據的邏輯狀態為'10，，以及當上述讀取臨界電壓介於上述第 一電壓以及上述第二電壓之間且上述標記位為上述第二狀態時，判斷上述兩位數據的邏輯狀態為'or 。
全文摘要
一種存儲器編程方法，適用於具有多個多電平存儲器單元的與非快閃記憶體。存儲器編程方法包括執行第一編程操作以將多電平存儲器單元從初始狀態編程至第一目標狀態；設定標記位為第一狀態以指示對應的多電平存儲器單元已執行第一編程操作；執行第二編程操作以將多電平存儲器單元從第一目標狀態編程至第二目標狀態；以及設定標記位為第二狀態以指示對應的多電平存儲器單元已執行第二編程操作。第一目標狀態對應於第一存儲數據並且具有第一臨界電壓範圍，而第二目標狀態對應於第一存儲數據並且具有第二臨界電壓範圍。
文檔編號G11C16/10GK101499318SQ200810009298
公開日2009年8月5日 申請日期2008年2月3日 優先權日2008年2月3日
發明者中山武志, 曾德彰, 杜君毅, 荒川秀貴 申請人:力晶半導體股份有限公司