擦除非易失性存儲器單元的方法
2023-12-11 16:52:07
專利名稱：擦除非易失性存儲器單元的方法
技術領域：
本發明通常涉及非易失性存儲器單元陣列，尤其涉及他們的擦除。
背景技術：
非易失性存儲器單元陣列通常被設計用於經受100000次編程(programming)和擦除周期以及在每個單元中將存儲的數據保留一段有效期，例如十年。存儲器單元承受編程和擦除周期的次數的能力以及長時間保留數據的能力主要依賴於擦除操作。
在圖1中示意性地說明了擦除過程，現在參考其。在擦除之前，被編程的單元可以具有高於程序校驗(program verify，PV)電平的閾值電壓的分布，由10標記。在擦除過程中，每次在一個脈衝內就立刻將整個陣列擦除。在第一個脈衝之後，程序分布10已經向較低的方向移動，變為分布12。在每個脈衝之後，「校驗」陣列以確定是否全部單元已經被擦除為低於擦除校驗(erase verify，EV)電平。重複該過程直到所有單元都被校驗通過。在圖1中，陣列需要3個產生分布12、14和16的脈衝，直到所有單元具有低於EV電平的閾值電壓。最終的分布16還被稱作「擦除分布」16。
然而，一些單元被快速的擦除(在圖1中的2個脈衝內)，而其他單元需要更長時間來擦除(全部3個脈衝)，從而導致較寬的分布，由箭頭18指示。經受額外的擦除脈衝的單元可能被過度擦除，這不是理想狀態。
過度擦除可以有多種原因，其中包括在陣列中的單元的尺寸的不一致、陣列單元的程序分布的寬度、擦除算法、單元的電特性和物理特性等等。
過度擦除會影響產品可靠性和產品性能。其中的一個方面是「裕度損失」(margin loss)，在圖2中顯示，現在參考其。
陣列可以開始於高於程序校驗(PV)電平的程序分布10和低於擦除校驗(EV)電平的擦除分布16。讀電平RD被定義在二個校驗電平之間。如果單元具有高於讀電平RD的閾值電壓，則單元被定義為已編程的。否則，單元被定義為已擦除的。
裕度M也可以被定義，在這種情況下，只有其閾值電壓在電平RD+M0以上時，單元才被認為是已編程的，只有在其閾值電壓在電平RD-M1以下時，單元才被認為是已擦除的。
隨著時間的流逝，二個分布都可以向較低的方向移動並展開，分別變成分布10』和16』。但是，分布10和16會移動到一定程度以致淨裕度(net margin)NM不再保證正確的讀操作，NM定義為最高擦除電平E1和最低程序電平P1之間的差。這在申請人於2004年12月9日提交的另一個待審未決申請USSN 11/007,332中有更詳細的討論，通過參考將其包含在此。
現在參考圖3，圖3說明了典型陣列在升高的溫度(150℃)下經過100000次周期之後，淨裕度NM隨時間的變化。如在本技術領域中所知的，圖3的例子是產品壽命的模型。淨裕度NM可以從1200mV減少到300mV，改變了900mV。在100分鐘處，較小的淨裕度NM對於讀操作可能是不夠的。
在本說明書的結論部分特別地指出並且清楚地聲明了看作本發明的主題。然而，通過結合附圖閱讀以下的詳細描述，可以更好地在組織和操作的方法，及其目的、特徵和優點等方面了解本發明，其中圖1示意性地說明在現有技術的擦除過程期間，陣列單元的閾值電壓的分布；圖2示意性地說明在陣列操作期間的閾值電壓的分布；圖3以圖形的方式說明在升高的溫度下，現有技術的陣列經過100000次周期之後的隨時間變化的裕度損失；圖4A以圖形的方式說明陣列的操作的不同模式的裕度損失；
圖4B以圖形的方式說明圖4A中的操作模式的擦除分布；圖5示意性地說明根據本發明而構造和操作的非易失性存儲器晶片的多個部分；圖6示意性地說明在圖5的晶片的存儲器陣列中的擦除分布。
應當了解，為了說明的簡潔和清楚，附圖中所示的元件不必按比例繪製。例如，為了清楚，一些元件的尺寸可以被相對於其他元件而誇大。此外，在適當的情況下，在各圖中可以重複使用參考標記以指示對應的或類似的元件。
具體實施例方式
在以下詳細描述中，為了提供對本發明的透徹理解，描述了大量具體細節。但是，本領域的技術人員應該理解，即使沒有這些具體細節，仍然可以實施本發明。在其他例子中，為了不使本發明變得模糊，沒有詳細描述已知的方法、過程和組件。
申請人已經意識到，在同一時間擦除更多位會增加過度擦除和其附帶的裕度損失。在圖4A和圖4B中對其進行說明，現在參考圖4A和圖4B。二個圖都比較了三種操作模式的數據，在「扇區模式」中，0.5M位被一起擦除，在「頁模式」中，2K位被一起擦除，在「字節模式」中，八(8)位被一起擦除。
圖4A與圖3相似，並且顯示了在扇區模式(曲線20)、頁模式(曲線22)和字節模式(曲線24)中，隨時間而變化的淨裕度。可以看出淨裕度變化在扇區模式(曲線20)中更加劇烈，並且在字節模式(曲線24)中最不劇烈。
在圖4B中，比較了三個擦除分布30(扇區模式)、32(頁模式)和34(字節模式)。如圖所示，分布30比分布32更寬並且分布34最窄。分布的寬度顯示隨著一次被擦除的位的數量而減少。
圖4A和圖4B可以指示當更多位在同一時間被擦除時，在循環之後隨著時間過去會增加過度擦除和裕度損失。
申請人已經意識到可以通過將擦除操作分割成不同的組來使擦除分布變窄。分割會使得每個擦除分組有更少位，其可以在擦除分組中提供改進的同質性(homogeneity)。由於與更少的將被一次擦除的單元相關聯的改進的同質性，對於每個片斷或每個分組的擦除分布可以有更小的展開，並且得到的陣列的擦除分布將會更窄。在這種方法中，可以部分克服導致較寬的擦除分布的原因，例如單元的不一致性、擦除算法和程序分布。
申請人還意識到可以使用一組行或字線WLs來決定擦除操作的終止。根據本發明的優先實施例，可以在某個時間同時向全部字線分組提供擦除脈衝。當一個分組被擦除校驗過後，擦除操作可以為該擦除分組停止。其他擦除分組可以繼續擦除操作直到他們通過擦除校驗。
現在參考圖5，圖5說明了根據本發明構造和操作的存儲器晶片40，其中多組行被一起擦除。存儲器晶片40可以包括存儲器陣列42，其由字線WL(i)(「行」)和位線BL(j)(「列」)構成。單元44可以是任何合適的非易失性存儲器，例如單位或雙位NROM(氮化物只讀存儲器)單元，可以在字線WL與位線BL的交叉點找到單元44。
根據本發明的優選實施例，存儲器晶片40還可以包括X解碼器46，其具有用於存儲字線WL的分組的擦除標誌寄存器48。應當知到寄存器48的物理位置可以在任何合適的位置而不是必須在如圖指示的位置。
在常規操作期間，X解碼器46可以解碼輸入地址以確定激活哪些字線WL(i)以訪問所期望的單元。Y-解碼器(未顯示)可以選擇合適的位線BL(j)以訪問所期望的單元。
在擦除期間，X解碼器46可以存儲在擦除標誌寄存器48中的信息按照字線WL(i)的分組來激活字線WL(i)。可以按照任何合適的方法對字線WL(i)進行分組，例如，M個連續的字線WL(i)，其中M可以大於等於1。通常M可以是4-16。
在另一個實施例中，可以以按照陣列的不一致性而排列的模型對字線WL(i)進行分組。例如，一些字線WL(i)可以更接近於到位線觸點(即電流到達位線BL的點)的金屬，其他可以更遠。在具有128-512個字線的擦除扇區的陣列中，每16或32個字線WLs設置到位線接觸點的金屬。在本實施例中，可以按照字線WL(i)與到位線觸點的金屬的距離來對字線WL(i)進行分組。
在本發明中，可以向整個陣列提供第一擦除脈衝，在這之後可以一組接一組地對陣列進行擦除校驗。當一組通過擦除校驗時，可以為該組停止擦除操作(這可以通過改變該組的字線的標誌來實現)。那些未通過擦除校驗的組可以接收下一個擦除脈衝，直到沒有未通過擦除校驗的組。
因此，可以按照每個所選擇的組的擦除的速度來分割擦除操作。那些在N個脈衝之後可以被擦除校驗通過的字線分組可以與那些在N+m個脈衝之後被擦除校驗通過的分組區分開，其中m大於等於1。
由於在本發明中，被一起擦除的單元的數量可以較小和/或分組可以更同質，所以對於大多數組，中止擦除的決定可以更早出現，從而導致更少的過度擦除單元。這可以導致更窄的擦除分布，如圖6所示，現在簡要參考其。
圖6顯示了標準扇區擦除操作的擦除分布50和本發明的擦除分布52。如圖所示，扇區擦除分布50具有1000mV的寬度，而擦除分布52僅具有700mV的寬度。
雖然在此說明和描述了本發明的某些特徵，但是本領域的普通技術人員可以想到許多變形、替換、改變和等價物。因此，應該理解所附加的權利要求用於包括所有符合本發明的精神的變形和改變。
權利要求
1.一種非易失性存儲器晶片，包括非易失性存儲器單元的存儲器陣列，該陣列形成為行和列；激活所述存儲器陣列的行的X解碼器；以及擦除標誌寄存器，用於識別將一起擦除的所述行的分組。
2.如權利要求1所述的晶片，其中，每個所述分組是M個連續行的集合。
3.如權利要求1所述的晶片，其中，每個所述分組是根據所述陣列中的不一致性而排列的N個行的集合。
4.如權利要求1所述的晶片，其中，每個所述分組是根據程序操作期間的陣列單元的編程電平和速度的不一致性而排列的A個行的集合。
5.如權利要求1所述的晶片，其中，每個所述分組是根據擦除操作期間的陣列單元的擦除速度的不一致性而排列的B個行的集合。
6.如權利要求1所述的晶片，其中，每個所述分組是根據行與該行的捷聯位置(strapping location)的距離的不一致性而排列的C個行的集合。
7.如權利要求1所述的晶片，其中，每個所述分組是在之前的擦除操作期間，在相同數量的脈衝內被擦除的D個行的集合。
8.一種方法，包括確定將一起擦除的行的分組，以最小化得到的擦除閾值電壓分布的寬度；一起擦除所述分組；當分組被擦除校驗過時，停止所述分組的擦除；以及對之前未被擦除校驗過的分組執行所述擦除步驟。
9.如權利要求8所述的晶片，其中，每個所述分組是M個連續行的集合。
10.如權利要求8所述的晶片，其中，每個所述分組是根據陣列不一致性而排列的N個行的集合。
11.如權利要求8所述的晶片，其中，每個所述分組是根據程序操作期間的陣列單元的編程電平和速度的不一致性而排列的A個行的集合。
12.如權利要求8所述的晶片，其中，每個所述分組是根據擦除操作期間的陣列單元的擦除速度的不一致性而排列的B個行的集合。
13.如權利要求8所述的晶片，其中，每個所述分組是根據行與該行的捷聯位置的距離而定義的C個行的集合。
14.如權利要求8所述的晶片，其中，每個所述分組是在之前的擦除操作期間，在相同數量的脈衝內被擦除的D個行的集合。
15.一種方法，包括確定將一起擦除的行的分組，以便在大量編程和擦除周期之後，最小化與烘焙(bake)相關聯的裕度損失。
16.如權利要求15所述的晶片，其中，每個所述分組是M個連續行的集合。
17.如權利要求15所述的晶片，其中，每個所述分組是根據陣列不一致性而排列的N個行的集合。
18.如權利要求15所述的晶片，其中，每個所述分組是根據程序操作期間的陣列單元的編程電平和速度的不一致性而排列的A個行的集合。
19.如權利要求15所述的晶片，其中，每個所述分組是根據擦除操作期間的陣列單元的擦除速度的不一致性而排列的B個行的集合。
20.如權利要求15所述的晶片，其中，每個所述分組是根據行與該行的捷聯位置的距離而定義的C個行的集合。
21.如權利要求15所述的晶片，其中，每個所述分組是在之前的擦除操作期間，在相同數量的脈衝內被擦除的D個行的集合。
全文摘要
一種方法包括確定一起擦除的行的分組，以在大量程序和擦除周期之後最小化與烘焙相關聯的裕度損失。或者，所述方法包括確定一起擦除的行的分組，以最小化得到的擦除閾值電壓分布的寬度，將所述分組一起擦除，當分組被擦除校驗通過時，中止組的擦除並對之前未通過擦除校驗的分組執行所述擦除步驟。
文檔編號G11C16/16GK1941205SQ20061011504
公開日2007年4月4日 申請日期2006年8月17日 優先權日2005年8月17日
發明者埃利·盧斯基, 博阿茲·埃坦 申請人:賽芬半導體有限公司