專利名稱：使用指針來更新非揮發(fā)性內(nèi)存的系統(tǒng)與方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于非揮發(fā)性、可重寫的內(nèi)存，且特別是有關(guān)于用來更新(refresh)非揮發(fā)性、可重寫內(nèi)存數(shù)組的系統(tǒng)與方法。
典型的閃存整塊(bulk)、存儲區(qū)(sector)或存儲頁(page)方式來程序化(program)、讀取或擦除，此外，有些閃存可以操作于EEPROM模式，也就是從使用者的觀點來看，存儲單元可以字節(jié)為單位地程序化、讀取或擦除。公知存儲單元的程序化方法是將所選擇連接存儲單元晶體管漏極的位線驅(qū)動于第一電壓，且將連接所選擇字組線的存儲單元晶體管的漏極驅(qū)動于較高的第二電壓，以執(zhí)行注入熱電子。
快閃存儲單元數(shù)據(jù)的擦除方法則將快閃存儲單元晶體管的漏極驅(qū)動于遠較位線上的電壓為小的電壓來執(zhí)行，如此做時，電子將穿遂離開存儲單元晶體管的浮柵，以此為例，則擦除操作可以是擦除整個快閃存儲數(shù)組的整塊擦除、擦除一快閃存儲數(shù)組存儲區(qū)的存儲區(qū)擦除、或擦除單一存儲區(qū)的存儲頁擦除來執(zhí)行。如果閃存可以操作于EEPROM模式，那從使用者的觀點來看，也可以字節(jié)為單位來執(zhí)行擦除。
然而，閃存于擦除和程序化操作期間卻受制于干擾現(xiàn)象，因為存儲單元在存儲區(qū)可能共享相同的位線，位線上的電壓會產(chǎn)生共享位線存儲區(qū)的電場效應。此外，不同存儲區(qū)中的存儲單元也可能共享字組線，而這些共享字組線上的電壓會在共享的存儲區(qū)中造成場效應。
共享位線和字組線上產(chǎn)生的電場可能會有偶然地擦除已程序化的位或程序化已擦除位的結(jié)果，例如升高字組線的電壓來程序化擦除的位可能會將相同字組線上先前程序化的位的浮置柵極上的一些電子移至控制柵極上，而干擾了先前程序化的位。因此，在每一次擦除或程序化操作之后、或在預設(shè)次數(shù)的擦除或程序化周期之后，存儲區(qū)存儲單元便需要更新。
一種更新操作的公知技術(shù)為在每一次擦除/程序化操作之后執(zhí)行整個存儲區(qū)的更新，其中需將要更新的存儲區(qū)的內(nèi)容緩沖起來再重寫入。然而，用來儲存存儲區(qū)內(nèi)容的緩沖區(qū)會使用大量的區(qū)域，以致必須限制存儲區(qū)規(guī)模來降低緩沖區(qū)大小。另一種決定何時執(zhí)行更新操作的公知技術(shù)為使用計數(shù)器計算擦除或程序化周期的數(shù)目，并于預設(shè)定周期數(shù)之后執(zhí)行更新。但此種計數(shù)器經(jīng)常并不可靠，因此這些公知的更新技術(shù)無法提供有效且可靠的更新程序。
使用本發(fā)明的實施例，如果與指定字組線相關(guān)的存儲單元能維持多于N個周期而不需要更新，那就可以在每一次擦除或程序化操作之后，循序更新1/N存儲區(qū)，這與公知在每一次擦除或程序化操作之后，更新整個存儲區(qū)的技術(shù)大不相同。有益地，本發(fā)明減少了更新緩沖區(qū)所需的大小，且可將存儲區(qū)規(guī)模放大N倍而無須使用更新周期計數(shù)器。
使用與字組線相關(guān)的稱為“指針”或“更新指針”的非揮發(fā)性位，以記錄更新指示器或信號，來確認耦接字組線要檢查的存儲單元，以便決定存儲單元是否需更新，如果指針被設(shè)定了，將測量對應存儲單元的存儲單元電流。
如果存儲單元電流符合預設(shè)標準，就更新存儲單元，因此，更新操作是對那些存儲單元電流落入預設(shè)范圍的存儲單元而執(zhí)行，而非執(zhí)行更新操作時，更新存儲區(qū)的每一存儲單元。
更新操作可以內(nèi)含于寫入操作中，在每一次寫入操作之后，指針將于字組線驅(qū)動器間循序轉(zhuǎn)移，而不論字組線是否為寫入操作的擦除或程序化所選擇的部分。特別地，寫入操作包括3個內(nèi)含操作擦除操作、程序化操作與更新操作，在更新操作期間，經(jīng)由在柵極提供一高偏壓及漏極提供一升高偏壓，以使用信道熱電子注入法(CHE)對快閃存儲單元浮置柵極注入電荷。
為讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征、和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特以較佳實施例，并配合所附圖，作詳細說明。
202存儲單元204位線300～414B方法步驟500于高準位的指針傳送程序702指針位線存儲單元數(shù)組為了概述本發(fā)明的目的，此處描述了本發(fā)明的某些特征、優(yōu)點與新特性，然應了解根據(jù)本發(fā)明的特定實施例并無須達成所有的優(yōu)點。因此，可以達成或最佳化此處所述之一優(yōu)點或一群優(yōu)點的方式來具體化或?qū)嵤┍景l(fā)明，而無須達成如此處所述或所建議所的其它優(yōu)點。
本發(fā)明的較佳實施例是有關(guān)于使用更新指針(refresh token)來更新可重寫的非揮發(fā)性固態(tài)內(nèi)存的方法與系統(tǒng)。特別地，使用與內(nèi)存數(shù)組之列有關(guān)的更新信號來決定要更新哪一個存儲單元，如下述的更詳細描述。在實施例中，更新信號也稱為“指針”記錄于一非揮發(fā)性位，其使用“旗標”或字組線位的狀態(tài)來指示是否要評估指定的部分內(nèi)存以決定要不要更新。
有益地，更新操作是在指定存儲單元的存儲單元電流落入預定范圍時執(zhí)行，而非更新操作執(zhí)行時，更新存儲區(qū)中的每一存儲單元。因此，更新程序較公知方法更快且使用較少的緩沖空間，更新程序選擇性地內(nèi)含于包括擦除與程序化操作的寫入或重寫入操作中，指針依序地在字組線間轉(zhuǎn)移，即使是在擦除與程序化期間沒有選擇的字組線也一樣。
須知下述的電路、電壓、電流之類的只是為了說明方便，實際上本發(fā)明可以使用其它電路、電壓及/或電流來具體化或?qū)崿F(xiàn)。


圖1是顯示根據(jù)本發(fā)明較佳實施例的非揮發(fā)性存儲電路100部分范例方框圖。有益地，此存儲電路架構(gòu)在EEPROM與快閃存儲模式下操作，在EEPROM模式時，數(shù)據(jù)可以一次一字節(jié)的寫入，而在快閃模式時，數(shù)據(jù)可以一次一存儲區(qū)或一存儲頁的寫入。此存儲電路100包括存儲單元耦接行譯碼器134與字組線解碼器130的復數(shù)個存儲區(qū)102、104、106、108、110、112，存儲區(qū)102、104、106共享來自行譯碼器134的共同位線120，而存儲區(qū)108、110、112共享來自行譯碼器134的共同位線122，存儲區(qū)102與108共享來自字組線譯碼器130的共同字組線124，存儲區(qū)104與110共享來自字組線譯碼器130的共同字組線126，存儲區(qū)106與112共享來自字組線譯碼器130的共同字組線128。更一般地，每一字組線代表M列之一，其中每一M列有N個字組，位線的數(shù)目等于一列中N字組的數(shù)目乘以每一字組中的位數(shù)。
擦除/程序化/讀取電路114耦接行譯碼器134與字組線譯碼器130，更新電路118耦接擦除/程序化/讀取電路114、行譯碼器134與字組線解碼器130。如下的詳細描述，更新電路118是用來適時地更新存儲單元以保護干擾情況改變了數(shù)據(jù)，干擾情況可能是因為存儲單元在存儲區(qū)共享相同的位線而產(chǎn)生，以致位線上的電壓會在共享位線的存儲區(qū)產(chǎn)生電場效應，干擾情況也可能是因為不同存儲區(qū)中的存儲單元有可能共享字組線，而這些共享字組線上的電壓會在共享字組線的存儲區(qū)中造成場效應。因此，擦除一存儲區(qū)可能偶然地導致其它存儲區(qū)的位值改變，以致需執(zhí)行更新操作來防止偶然地改變。
圖2是顯示快閃存儲電路存儲區(qū)，例如是圖1的存儲區(qū)102的范例部分200線路圖，此范例存儲區(qū)包括每一位線32個存儲單元而有32條字組線(WL)，其有256字節(jié)連接相同字組線驅(qū)動器，每一存儲單元耦接一字組線與一位線，每一存儲單元配置在字組線與位線的交叉點，存儲單元的漏極連接到位線，存儲單元的源極經(jīng)由數(shù)組源極線連接至數(shù)組源極電壓，而存儲單元的柵極則連接至字組線。例如，存儲單元202具有一控制閘耦接至字組線WL0、漏極耦接位線204，而源極連接數(shù)組源極線(S)，在范例實施例中，特定存儲區(qū)中的存儲單元的源極共同連接至數(shù)組源極線(S)，圖1中的感測放大器132讀取選擇的位。
圖7是顯示包括用來儲存更新指針的指針位線存儲單元數(shù)組702的范例電路，在此范例中，此指針位線存儲單元數(shù)組702是外加于主存儲單元數(shù)組，指針位線存儲單元數(shù)組702的源極可以與主數(shù)組的源極共接，在存儲電路100第一次程序化前，更新指針是由將對應的指針位線存儲單元值設(shè)為“0”，也就是高Vt狀態(tài)來與第一字組線WL0關(guān)聯(lián)，然后可以執(zhí)行寫入或重寫入程序，如下的詳細描述，重寫入包括3個操作擦除操作、程序化操作與更新操作。在更新操作期間，存儲單元浮柵經(jīng)由提供高偏壓于柵極與升高的偏壓于漏極而使用信道熱電子注入法(CHE)來注入電荷。
圖3是顯示當非揮發(fā)性固態(tài)內(nèi)存100操作于字節(jié)可擦除模式使用的重寫入程序范例，程序300以圖4A來更詳細說明如下述的討論，以狀態(tài)302為啟始，擦除第一存儲區(qū)中的一尋址字節(jié)，繼續(xù)至狀態(tài)304，然后以希望的數(shù)據(jù)來程序化尋址字節(jié)，繼續(xù)至狀態(tài)306，更新第一存儲區(qū)的一列，狀態(tài)306執(zhí)行的程序詳細說明在圖4B中如下的討論，然后程序300結(jié)束在狀態(tài)308，狀態(tài)306執(zhí)行的更新程序詳細說明在圖5中如下的討論。
請參考圖4A，程序400A開始于狀態(tài)402A并繼續(xù)至狀態(tài)404A以擦除數(shù)組存儲單元字節(jié)，然后于狀態(tài)406A以希望的數(shù)據(jù)來程序化存儲單元字節(jié)，在狀態(tài)408A中，搜尋、定位或其它確認目前已設(shè)定更新位指針的字組線，在范例中，邏輯準位“0”代表字組線具有更新指針，在另一實施例中，可以使用邏輯準位“1”來代表字組線具有更新指針，于狀態(tài)410A，如圖4B的相關(guān)詳細說明，更新與定位字組線相關(guān)的存儲單元，在狀態(tài)412A，擦除電流更新指針位，狀態(tài)414A則設(shè)定依序的下一字組線更新指針位，因此在一實施例中，即使并未選擇下一字組為下一重寫入操作的一部份，指針也傳送至下一字組線。
請參考圖4B，其說明更新程序400B，正如將討論的，自動更新操作決定是否存儲單元具有一特性，例如是電流達到設(shè)定的范圍值，而如果是便執(zhí)行更新存儲單元。因此，更新操作是當存儲單元電流落入預設(shè)范圍內(nèi)時執(zhí)行，而不是更新存儲區(qū)的每個存儲單元，程序400B開始在狀態(tài)402B并繼續(xù)至狀態(tài)404B，其將存儲單元柵極設(shè)定至程序化確認電壓準位(program verify voltage level)(Vg)并讀取存儲單元，例如可以將Vg設(shè)定為7伏特。
在狀態(tài)406B，測量存儲單元電流Icell以決定Icell是否大于預設(shè)臨界值I1，例如可以是20μA，如果Icell的值小于或等于I1，那便不執(zhí)行更新而程序400B繼續(xù)至狀態(tài)412B，如果Icell的值大于I1，那程序400B繼續(xù)至狀態(tài)408B，在狀態(tài)408B，測量存儲單元電流Icell以決定Icell是否小于預設(shè)臨界值I2，例如可以是40μA，如果Icell的值大于或等于I2，那便不執(zhí)行更新而程序400B繼續(xù)至狀態(tài)412B，如果Icell的值小于I2，那程序400B繼續(xù)至狀態(tài)410B，在狀態(tài)410B執(zhí)行更新操作。
在狀態(tài)412B，決定是否已經(jīng)重寫入最后字節(jié)，如果是最后字節(jié)，程序400B結(jié)束于狀態(tài)414B，否則程序400B回至狀態(tài)404B的循環(huán)，以重復執(zhí)行下一字節(jié)，因為并非所有與具有更新指針的字組線相關(guān)的存儲單元都被更新，分配給更新操作的時間乃大幅縮短，例如在某些數(shù)組實施例，在指定時間只有約1％的存儲單元需要更新。
圖5是顯示于高準位的指針傳送程序500，由字組線WL0開始，更新指針位存儲單元依序地自一字組線列傳送至下一個或鄰近的字組線列而不論更新操作執(zhí)行與否，在指定存儲區(qū)中，指針的轉(zhuǎn)移與重寫入字節(jié)位置無關(guān)，因此，例如具有更新指針的字組線，其存儲單元要被更新者可能與重寫入字節(jié)有關(guān)或無關(guān)，但是，更新操作在重寫入字節(jié)有關(guān)的存儲區(qū)中執(zhí)行。
例如本發(fā)明使用的實施例，如果存儲數(shù)組單元在需要更新前，在-6.5V之Vg具有100次的忍受度，且如果如圖2中的說明般地數(shù)組的每一位線具有32個存儲單元，那更新指針將在32字組線間轉(zhuǎn)移。要更新的字節(jié)包括與選擇的位線及更新指針位已設(shè)定的選擇的字組線有關(guān)的存儲單元，如果每字節(jié)的一般安定時間為1.5μs，每字節(jié)的更新時間即為1.5μs，那么兩字組線連接至一字組線驅(qū)動器，且128個字節(jié)共享相同字組線時，更新時間有益地低于1ms。

表一上面的表一包括范例EEPROM操作情形與對應存儲單元的影響，有興趣且有意義的部分為存儲單元狀態(tài)由高的Vt至低的Vt的范圍，在程序化電壓設(shè)定為5V而擦除端點浮置的情況，VD(漏極電壓)在程序化時會干擾存儲單元狀態(tài)從高的Vt至低的Vt，在程序化電壓設(shè)定為11V而擦除端點設(shè)定為-7V的情況，VG(柵極電壓)在擦除時會干擾存儲單元狀態(tài)從高的Vt至低的Vt，在程序化電壓設(shè)定為0V而擦除端點設(shè)定為6V的情況，VS(源極電壓)在擦除時會干擾存儲單元狀態(tài)從高的Vt至低的Vt，而在程序化電壓設(shè)定為0V而擦除端點設(shè)定為0V之情況，則沒有影響。
圖6是顯示在圖4B中說明的更新決定程序期間，特別是狀態(tài)406B與408B時定義存儲單元電流的范例快閃存儲單元I-V曲線圖，此例的讀取電壓為7V，存儲單元電流Icell的低限I1為20μA，存儲單元電流Icell的高限I2為40μA，如果I1＜Icell＜I2，則更新存儲單元，如果Icell≤I1，則不執(zhí)行更新，同樣地，如果Icell≥I2，則也不執(zhí)行更新。
下面的表二描述范例存儲數(shù)組操作模式。


表二當在快閃模式程序化整個存儲區(qū)時，首先程序化存儲區(qū)，然后程序化第一字組線指針位，在EEPROM字節(jié)模式，當字節(jié)要重寫入時，首先擦除對應的字節(jié)，然后程序化字節(jié)，定位出更新指針位并更新對應的字組線存儲單元，指針位能與連接對應字節(jié)的字組線有關(guān)，或可能與不同的字組線有關(guān)，因此，指針位與選擇作為字節(jié)寫入操作部分的字組線并無關(guān)連，然后擦除或清除更新指針位，且程序化下一字組線指針位。
當操作于快閃模式時，會選擇性地執(zhí)行存儲區(qū)擦除如下，首先擦除整個存儲區(qū)，定位更新指針位，然后擦除更新指針位，在其它實施例中，快閃模式并未使用更新指針。
當操作于快閃模式時，經(jīng)由先執(zhí)行存儲區(qū)擦除操作，然后再執(zhí)行存儲區(qū)程序化操作，來執(zhí)行存儲區(qū)擦除與存儲區(qū)程序化操作如下首先擦除整個存儲區(qū)，定位更新指針位，擦除更新指針位然后程序化存儲區(qū)，存儲區(qū)的第一字組線與更新指針位相關(guān)聯(lián)，在其它實施例中，快閃模式并未使用更新指針。
因此如上述，本發(fā)明提供使用更新指針來更新非揮發(fā)性內(nèi)存的可靠而有效的方法，特別地，更新程序內(nèi)含于寫入操作中，而更新指針可確認要評估哪一個存儲單元，以決定存儲單元是否需要更新。
雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當可作各種更動與潤飾，因為本發(fā)明的保護范圍是以權(quán)利要求書所界定的范圍為準。
權(quán)利要求
1.一種更新非揮發(fā)性存儲單元的方法，該方法包括定位關(guān)連于一第一字組線的一更新指針；決定耦接該第一字組線的一第一存儲單元的第一存儲單元電流是否在一第一范圍內(nèi)；以及響應該第一存儲單元電流在該第一范圍內(nèi)的決定，以至少部分地更新該第一存儲單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的更新非揮發(fā)性存儲單元的方法，其特征在于，其中更新該第一存儲單元的動作內(nèi)包括一寫入操作。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的更新非揮發(fā)性存儲單元的方法，其特征在于，其中該更新指針儲存在耦接該第一字組線的一指針存儲單元中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的更新非揮發(fā)性存儲單元的方法，其特征在于，其中將該第一存儲單元的一柵極設(shè)定為一程序化確認電壓來讀取該第一存儲單元電流。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的更新非揮發(fā)性存儲單元的方法，其特征在于，更包括自該第一字組線解除與該更新指針的關(guān)連，并將該更新指針儲存在相關(guān)的第二字組線中。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的更新非揮發(fā)性存儲單元的方法，其特征在于，其中該第二字組線鄰接該第一字組線。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的更新非揮發(fā)性存儲單元的方法，其特征在于，更包括決定該更新指針儲存的相關(guān)的該第二字組線；決定耦接該第二字組線的第二存儲單元的第二存儲單元電流是否在該第一范圍內(nèi)；以及響應該第二存儲單元電流在該第一范圍內(nèi)的決定，以至少部分地更新該第二存儲單元。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的更新非揮發(fā)性存儲單元的方法，其特征在于，更包括決定該更新指針儲存的相關(guān)的該第二字組線；決定耦接該第二字組線的第二存儲單元的第二存儲單元電流是否在該第一范圍外；禁止執(zhí)行對該第二存儲單元的更新；以及傳送該更新指針至一第三字組線。
9.一種非揮發(fā)性存儲電路，包括一第一字組線，耦接內(nèi)存數(shù)據(jù)存儲單元的一第一列；一第一更新指針存儲單元，耦接該第一字組線；一第二字組線，耦接內(nèi)存數(shù)據(jù)存儲單元之一第二列；一第二更新指針存儲單元，耦接該第二字組線；以及一更新電路，用以在一第一存儲器操作之后，將一更新指針位自該第一更新指針存儲單元傳送至該第二更新指針存儲單元。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的非揮發(fā)性存儲電路，其特征在于，其中該更新電路用以量測耦接該第一字組線的至少一第一存儲單元相關(guān)的至少一第一電流，并根據(jù)部分測量的至少該第一電流，以決定是否需更新該第一存儲單元。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的非揮發(fā)性存儲電路，其特征在于，其中該存儲電路在將該更新指針傳送至該第二更新指針存儲單元之前，會擦除該第一更新指針存儲單元。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的非揮發(fā)性存儲電路，其特征在于，其中該第一更新指針存儲單元的源極端、該第二更新指針存儲單元的源極端及內(nèi)存數(shù)據(jù)存儲單元之列中的至少一第一內(nèi)存數(shù)據(jù)存儲單元的源極端連接在一起。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的非揮發(fā)性存儲電路，其特征在于，其中該第一內(nèi)存操作為一字節(jié)程序化操作。
14.一種操作非揮發(fā)性內(nèi)存的方法，該方法包括執(zhí)行一擦除與程序化操作在耦接一第一字組線的一第一字節(jié)上；執(zhí)行耦接一第二字組線的至少一第一存儲單元的更新，該更新包括定位關(guān)連于該第二字組線的一更新位；更新一第二存儲單元，該第二存儲單元耦接該第二字組線；擦除該更新位；以及連結(jié)該更新位與一第三字組線的關(guān)連。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的操作非揮發(fā)性內(nèi)存的方法，其特征在于，更包括更新耦接該第三字組線的存儲單元列。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的操作非揮發(fā)性內(nèi)存的方法，其特征在于，更包括在更新該第二存儲單元前，測量與該第二存儲單元相關(guān)的一存儲單元電流。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的操作非揮發(fā)性內(nèi)存的方法，其特征在于，更包括決定該第二存儲單元是否已受到干擾。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的操作非揮發(fā)性內(nèi)存的方法，其特征在于，其中該非揮發(fā)性內(nèi)存為操作于EEPROM模式的一閃存。
19.根據(jù)權(quán)利要求14所述的操作非揮發(fā)性內(nèi)存的方法，其特征在于，其中連結(jié)該更新位與該第三字組線的關(guān)連的動作包括將該更新位儲存在耦接該字組線的一儲存組件。
20.一種非揮發(fā)性內(nèi)存電路，包括一第一導線，耦接一內(nèi)存數(shù)據(jù)存儲單元第一列；一第一更新指針儲存組件，關(guān)連于該內(nèi)存數(shù)據(jù)存儲單元第一列；一第二導線，耦接一內(nèi)存數(shù)據(jù)存儲單元第二列；一第二更新指針儲存組件，關(guān)連于該內(nèi)存數(shù)據(jù)存儲單元第二列；以及一更新電路，用以在一第一存儲器操作之后，自該第一更新指針儲存組件傳送一更新指針位至該第二更新指針儲存組件。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的非揮發(fā)性內(nèi)存電路，其特征在于，其中該第一導線為一字符線。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的非揮發(fā)性內(nèi)存電路，其特征在于，其中該第一更新指針儲存組件耦接該第一導線。
全文摘要
本發(fā)明是一種有關(guān)于更新非揮發(fā)性內(nèi)存的方法與系統(tǒng)，定位與第一字組線相關(guān)連的更新指針，決定耦接第一字組線的第一存儲單元的第一存儲單元電流是否在第一范圍內(nèi)，響應第一存儲單元電流在第一范圍的決定，以至少部分地更新第一存儲單元。
文檔編號G11C16/34GK1453795SQ03122320
公開日2003年11月5日 申請日期2003年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月26日
發(fā)明者周銘宏, 陳家興 申請人:旺宏電子股份有限公司