CN100369157C - 使用指针来更新非挥发性内存的系统与方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种有关于更新非挥发性内存的方法与系统，定位与第一字组线相关连的更新指针，决定耦接第一字组线的第一存储单元的第一存储单元电流是否在第一范围内，响应第一存储单元电流在第一范围的决定，以至少部分地更新第一存储单元。

Description

使用指针来更新非挥发性内存的系统与方法

技术领域

本发明是有关于非挥发性、可重写的内存，且特别是有关于用来更新(refresh)非挥发性、可重写内存数组的系统与方法。

背景技术

典型的快闪(FLASH)内存数组中，存储单元是安排在由列与行所形成的长方形数组中，并在列与行所形成的交叉点配置存储单元晶体管。每一晶体管的漏极连接到对应的位线，源极经由数组源极线连接至数组源极电压，而栅极则连接至字组线(wordline)。

典型的闪存整块(bulk)、存储区(sector)或存储页(page)方式来程序化(program)、读取或擦除，此外，有些闪存可以操作于EEPROM模式，也就是从使用者的观点来看，存储单元可以字节为单位地程序化、读取或擦除。公知存储单元的程序化方法是将所选择连接存储单元晶体管漏极的位线驱动于第一电压，且将连接所选择字组线的存储单元晶体管的漏极驱动于较高的第二电压，以执行注入热电子。

快闪存储单元数据的擦除方法则将快闪存储单元晶体管的漏极驱动于远较位线上的电压为小的电压来执行，如此做时，电子将穿遂离开存储单元晶体管的浮栅，以此为例，则擦除操作可以是擦除整个快闪存储数组的整块擦除、擦除一快闪存储数组存储区的存储区擦除、或擦除单一存储区的存储页擦除来执行。如果闪存可以操作于EEPROM模式，那从使用者的观点来看，也可以字节为单位来执行擦除。

然而，闪存于擦除和程序化操作期间却受制于干扰现象，因为存储单元在存储区可能共享相同的位线，位线上的电压会产生共享位线存储区的电场效应。此外，不同存储区中的存储单元也可能共享字组线，而这些共享字组线上的电压会在共享的存储区中造成场效应。

共享位线和字组线上产生的电场可能会有偶然地擦除已程序化的位或程序化已擦除位的结果，例如升高字组线的电压来程序化擦除的位可能会将相同字组线上先前程序化的位的浮置栅极上的一些电子移至控制栅极上，而干扰了先前程序化的位。因此，在每一次擦除或程序化操作之后、或在预设次数的擦除或程序化周期之后，存储区存储单元便需要更新。

一种更新操作的公知技术为在每一次擦除/程序化操作之后执行整个存储区的更新，其中需将要更新的存储区的内容缓冲起来再重写入。然而，用来储存存储区内容的缓冲区会使用大量的区域，以致必须限制存储区规模来降低缓冲区大小。另一种决定何时执行更新操作的公知技术为使用计数器计算擦除或程序化周期的数目，并于预设定周期数之后执行更新。但此种计数器经常并不可靠，因此这些公知的更新技术无法提供有效且可靠的更新程序。

发明内容

本发明是针对例如是可以操作于EEPROM模式的闪存的非挥发性内存的更新方法与系统，特别地，本发明之一实施例将更新程序内含于写入操作，其使用更新指针，来确认要评估哪一个存储单元，以决定存储单元是否要更新。

使用本发明的实施例，如果与指定字组线相关的存储单元能维持多于N个周期而不需要更新，那就可以在每一次擦除或程序化操作之后，循序更新1/N存储区，这与公知在每一次擦除或程序化操作之后，更新整个存储区的技术大不相同。有益地，本发明减少了更新缓冲区所需的大小，且可将存储区规模放大N倍而无须使用更新周期计数器。

使用与字组线相关的称为“指针”或“更新指针”的非挥发性位，以记录更新指示器或信号，来确认耦接字组线要检查的存储单元，以便决定存储单元是否需更新，如果指针被设定了，将测量对应存储单元的存储单元电流。

如果存储单元电流符合预设标准，就更新存储单元，因此，更新操作是对那些存储单元电流落入预设范围的存储单元而执行，而非执行更新操作时，更新存储区的每一存储单元。

更新操作可以内含于写入操作中，在每一次写入操作之后，指针将于字组线驱动器间循序转移，而不论字组线是否为写入操作的擦除或程序化所选择的部分。特别地，写入操作包括3个内含操作：擦除操作、程序化操作与更新操作，在更新操作期间，经由在栅极提供一高偏压及漏极提供一升高偏压，以使用信道热电子注入法(CHE)对快闪存储单元浮置栅极注入电荷。

为让本发明的上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特以较佳实施例，并配合所附图，作详细说明。

图式简单说明：

图1是显示根据本发明较佳实施例的快闪存储电路范例方块图；

图2是显示快闪存储电路范例部分线路图；

图3是显示更新快闪存储电路的一范例方法流程图；

图4A、4B是显示图3中更新快闪存储电路的范例方法的更详细流程图；

图5是显示指针传送程序的范例图标；

图6是显示范例I-V曲线图标；以及

图7是显示快闪存储电路包括指针储存电路的范例部分线路图。图式标示说明：

100非挥发性存储电路

102、104、106、108、110、112存储区

114擦除/程序化/读取

118更新

120、122共同位线

124、126、128共同字组线

130字组线译码器

132感测放大器

134行译码器

200范例部分线路

202存储单元

204位线

300～414B方法步骤

500于高准位的指针传送程序

702指针位线存储单元数组

具体实施方式

所有图式中，类似的参考号码是用以参考相同或功能类似的项目。

为了概述本发明的目的，此处描述了本发明的某些特征、优点与新特性，然应了解根据本发明的特定实施例并无须达成所有的优点。因此，可以达成或最佳化此处所述之一优点或一群优点的方式来具体化或实施本发明，而无须达成如此处所述或所建议所的其它优点。

本发明的较佳实施例是有关于使用更新指针(refresh token)来更新可重写的非挥发性固态内存的方法与系统。特别地，使用与内存数组之列有关的更新信号来决定要更新哪一个存储单元，如下述的更详细描述。在实施例中，更新信号也称为“指针”记录于一非挥发性位，其使用“旗标”或字组线位的状态来指示是否要评估指定的部分内存以决定要不要更新。

有益地，更新操作是在指定存储单元的存储单元电流落入预定范围时执行，而非更新操作执行时，更新存储区中的每一存储单元。因此，更新程序较公知方法更快且使用较少的缓冲空间，更新程序选择性地内含于包括擦除与程序化操作的写入或重写入操作中，指针依序地在字组线间转移，即使是在擦除与程序化期间没有选择的字组线也一样。

须知下述的电路、电压、电流之类的只是为了说明方便，实际上本发明可以使用其它电路、电压及/或电流来具体化或实现。

图1是显示根据本发明较佳实施例的非挥发性存储电路100部分范例方框图。有益地，此存储电路架构在EEPROM与快闪存储模式下操作，在EEPROM模式时，数据可以一次一字节的写入，而在快闪模式时，数据可以一次一存储区或一存储页的写入。此存储电路100包括存储单元耦接行译码器134与字组线解码器130的复数个存储区102、104、106、108、110、112，存储区102、104、106共享来自行译码器134的共同位线120，而存储区108、110、112共享来自行译码器134的共同位线122，存储区102与108共享来自字组线译码器130的共同字组线124，存储区104与110共享来自字组线译码器130的共同字组线126，存储区106与112共享来自字组线译码器130的共同字组线128。更一般地，每一字组线代表M列之一，其中每一M列有N个字组，位线的数目等于一列中N字组的数目乘以每一字组中的位数。

擦除/程序化/读取电路114耦接行译码器134与字组线译码器130，更新电路118耦接擦除/程序化/读取电路114、行译码器134与字组线解码器130。如下的详细描述，更新电路118是用来适时地更新存储单元以保护干扰情况改变了数据，干扰情况可能是因为存储单元在存储区共享相同的位线而产生，以致位线上的电压会在共享位线的存储区产生电场效应，干扰情况也可能是因为不同存储区中的存储单元有可能共享字组线，而这些共享字组线上的电压会在共享字组线的存储区中造成场效应。因此，擦除一存储区可能偶然地导致其它存储区的位值改变，以致需执行更新操作来防止偶然地改变。

图2是显示快闪存储电路存储区，例如是图1的存储区102的范例部分200线路图，此范例存储区包括每一位线32个存储单元而有32条字组线(WL)，其有256字节连接相同字组线驱动器，每一存储单元耦接一字组线与一位线，每一存储单元配置在字组线与位线的交叉点，存储单元的漏极连接到位线，存储单元的源极经由数组源极线连接至数组源极电压，而存储单元的栅极则连接至字组线。例如，存储单元202具有一控制闸耦接至字组线WL0、漏极耦接位线204，而源极连接数组源极线(S)，在范例实施例中，特定存储区中的存储单元的源极共同连接至数组源极线(S)，图1中的感测放大器132读取选择的位。

图7是显示包括用来储存更新指针的指针位线存储单元数组702的范例电路，在此范例中，此指针位线存储单元数组702是外加于主存储单元数组，指针位线存储单元数组702的源极可以与主数组的源极共接，在存储电路100第一次程序化前，更新指针是由将对应的指针位线存储单元值设为“0”，也就是高Vt状态来与第一字组线WL0关联，然后可以执行写入或重写入程序，如下的详细描述，重写入包括3个操作：擦除操作、程序化操作与更新操作。在更新操作期间，存储单元浮栅经由提供高偏压于栅极与升高的偏压于漏极而使用信道热电子注入法(CHE)来注入电荷。

图3是显示当非挥发性固态内存100操作于字节可擦除模式使用的重写入程序范例，程序300以图4A来更详细说明如下述的讨论，以状态302为启始，擦除第一存储区中的一寻址字节，继续至状态304，然后以希望的数据来程序化寻址字节，继续至状态306，更新第一存储区的一列，状态306执行的程序详细说明在图4B中如下的讨论，然后程序300结束在状态308，状态306执行的更新程序详细说明在图5中如下的讨论。

请参考图4A，程序400A开始于状态402A并继续至状态404A以擦除数组存储单元字节，然后于状态406A以希望的数据来程序化存储单元字节，在状态408A中，搜寻、定位或其它确认目前已设定更新位指针的字组线，在范例中，逻辑准位“0”代表字组线具有更新指针，在另一实施例中，可以使用逻辑准位“1”来代表字组线具有更新指针，于状态410A，如图4B的相关详细说明，更新与定位字组线相关的存储单元，在状态412A，擦除电流更新指针位，状态414A则设定依序的下一字组线更新指针位，因此在一实施例中，即使并未选择下一字组为下一重写入操作的一部份，指针也传送至下一字组线。

请参考图4B，其说明更新程序400B，正如将讨论的，自动更新操作决定是否存储单元具有一特性，例如是电流达到设定的范围值，而如果是便执行更新存储单元。因此，更新操作是当存储单元电流落入预设范围内时执行，而不是更新存储区的每个存储单元，程序400B开始在状态402B并继续至状态404B，其将存储单元栅极设定至程序化确认电压准位(program verify voltage level)(Vg)并读取存储单元，例如可以将Vg设定为7伏特。

在状态406B，测量存储单元电流Icell以决定Icell是否大于预设临界值I1，例如可以是20μA，如果Icell的值小于或等于I1，那便不执行更新而程序400B继续至状态412B，如果Icell的值大于I1，那程序400B继续至状态408B，在状态408B，测量存储单元电流Icell以决定Icell是否小于预设临界值I2，例如可以是40μA，如果Icell的值大于或等于I2，那便不执行更新而程序400B继续至状态412B，如果Icell的值小于I2，那程序400B继续至状态410B，在状态410B执行更新操作。

在状态412B，决定是否已经重写入最后字节，如果是最后字节，程序400B结束于状态414B，否则程序400B回至状态404B的循环，以重复执行下一字节，因为并非所有与具有更新指针的字组线相关的存储单元都被更新，分配给更新操作的时间乃大幅缩短，例如在某些数组实施例，在指定时间只有约1％的存储单元需要更新。

图5是显示于高准位的指针传送程序500，由字组线WL0开始，更新指针位存储单元依序地自一字组线列传送至下一个或邻近的字组线列而不论更新操作执行与否，在指定存储区中，指针的转移与重写入字节位置无关，因此，例如具有更新指针的字组线，其存储单元要被更新者可能与重写入字节有关或无关，但是，更新操作在重写入字节有关的存储区中执行。

例如本发明使用的实施例，如果存储数组单元在需要更新前，在-6.5V之Vg具有100次的忍受度，且如果如图2中的说明般地数组的每一位线具有32个存储单元，那更新指针将在32字组线间转移。要更新的字节包括与选择的位线及更新指针位已设定的选择的字组线有关的存储单元，如果每字节的一般安定时间为1.5μs，每字节的更新时间即为1.5μs，那么两字组线连接至一字组线驱动器，且128个字节共享相同字组线时，更新时间有益地低于1ms。

	程序化	擦除	说明
				VD	5V	浮置	VD在程序化时会干扰存储单元状态从高的Vt至低的Vt
VG	11V	-7V	VG在擦除时会干扰存储单元状态从高的Vt至低的Vt，VG在程序化时影响很小
				VS	0V	6V	VS在擦除时会干扰存储单元状态从高的Vt至低的Vt
VB	0V	0V	没有影响

表一

上面的表一包括范例EEPROM操作情形与对应存储单元的影响，有兴趣且有意义的部分为存储单元状态由高的Vt至低的Vt的范围，在程序化电压设定为5V而擦除端点浮置的情况，VD(漏极电压)在程序化时会干扰存储单元状态从高的Vt至低的Vt，在程序化电压设定为11V而擦除端点设定为-7V的情况，VG(栅极电压)在擦除时会干扰存储单元状态从高的Vt至低的Vt，在程序化电压设定为0V而擦除端点设定为6V的情况，VS(源极电压)在擦除时会干扰存储单元状态从高的Vt至低的Vt，而在程序化电压设定为0V而擦除端点设定为0V之情况，则没有影响。

图6是显示在图4B中说明的更新决定程序期间，特别是状态406B与408B时定义存储单元电流的范例快闪存储单元I-V曲线图，此例的读取电压为7V，存储单元电流Icell的低限I1为20μA，存储单元电流Icell的高限I2为40μA，如果I1＜Icell＜I2，则更新存储单元，如果Icell≤I1，则不执行更新，同样地，如果Icell≥I2，则也不执行更新。

下面的表二描述范例存储数组操作模式。

操作	存储数组操作模式	流程
			1	程序化整个存储区(快闪功能)	程序化整个存储区→程序化第一字组线指针位
2	重写入一字节(EEPROM功能)	数组存储单元字节擦除→以字节方式程序化数组存储单元→搜寻设定的指针位(“0”)→更新指针位数组字组线存储单元→擦除设定的指针位→程序化下一字组线指针位
			3	只擦除存储区(以快闪功能擦除)	擦除整个存储区→搜寻指针位→擦除这个指针位
4	存储区擦除和程序化整个存储区(快闪功	擦除整个存储区→搜寻指针位→擦除这个指针位→程序化整个存储区→程序化第一

能＝操作3+操作1)

字组线指针位

表二

当在快闪模式程序化整个存储区时，首先程序化存储区，然后程序化第一字组线指针位，在EEPROM字节模式，当字节要重写入时，首先擦除对应的字节，然后程序化字节，定位出更新指针位并更新对应的字组线存储单元，指针位能与连接对应字节的字组线有关，或可能与不同的字组线有关，因此，指针位与选择作为字节写入操作部分的字组线并无关连，然后擦除或清除更新指针位，且程序化下一字组线指针位。

当操作于快闪模式时，会选择性地执行存储区擦除如下，首先擦除整个存储区，定位更新指针位，然后擦除更新指针位，在其它实施例中，快闪模式并未使用更新指针。

当操作于快闪模式时，经由先执行存储区擦除操作，然后再执行存储区程序化操作，来执行存储区擦除与存储区程序化操作如下：首先擦除整个存储区，定位更新指针位，擦除更新指针位然后程序化存储区，存储区的第一字组线与更新指针位相关联，在其它实施例中，快闪模式并未使用更新指针。

因此如上述，本发明提供使用更新指针来更新非挥发性内存的可靠而有效的方法，特别地，更新程序内含于写入操作中，而更新指针可确认要评估哪一个存储单元，以决定存储单元是否需要更新。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种更动与润饰，因为本发明的保护范围是以权利要求书所界定的范围为准。

Claims (21)

1.一种更新非挥发性存储单元的方法，该方法包括：

定位已设定一更新指针的一第一字组线；

决定耦接该第一字组线的一第一存储单元的一第一存储单元电流是否在一第一范围内，其中，将第一存储单元栅极设定至程序化确认电压准位并读取第一存储单元电流；以及

响应该第一存储单元电流在该第一范围内的决定，以更新该第一存储单元。

2.根据权利要求1所述的更新非挥发性存储单元的方法，其特征在于，其中更新该第一存储单元的动作内包括一写入操作。

3.根据权利要求1所述的更新非挥发性存储单元的方法，其特征在于，其中该更新指针储存在耦接该第一字组线的一指针存储单元中。

4.根据权利要求1所述的更新非挥发性存储单元的方法，其特征在于，其中将该第一存储单元的一栅极设定为一程序化确认电压来读取该第一存储单元电流。

5.根据权利要求1所述的更新非挥发性存储单元的方法，更包括自该第一字组线解除与该更新指针的关连，并将该更新指针储存在耦接于一第二字组线的指针位存储单元中。

6.根据权利要求5所述的更新非挥发性存储单元的方法，其特征在于，其中该第二字组线邻接该第一字组线。

7.根据权利要求5所述的更新非挥发性存储单元的方法，其特征在于，更包括：

决定该更新指针储存的相关的该第二字组线；

决定耦接该第二字组线的一第二存储单元的一第二存储单元电流是否在该第一范围内；以及

响应该第二存储单元电流在该第一范围内的决定，以更新该第二存储单元。

8.根据权利要求5所述的更新非挥发性存储单元的方法，其特征在于，更包括：

决定该更新指针储存的相关的该第二字组线；

决定耦接该第二字组线的一第二存储单元的一第二存储单元电流是否在该第一范围外；

禁止执行对该第二存储单元的更新；以及

传送该更新指针至一第三字组线。

9.一种非挥发性存储电路，包括：

一第一字组线，耦接内存数据存储单元的一第一列；

一第一更新指针存储单元，耦接该第一字组线；

一第二字组线，耦接内存数据存储单元的一第二列；

一第二更新指针存储单元，耦接该第二字组线；以及

一更新电路，用以确定与更新指针对应的第一字组线，测量耦接该第一字组线的一第一存储单元相关的一第一电流，并根据测量的该第一电流，以决定是否需要更新该第一存储单元，更新第一字组线对应的存储单元之后，将一更新指针位自该第一更新指针存储单元传送至该第二更新指针存储单元。

10.根据权利要求9所述的非挥发性存储电路，其特征在于，其中该存储电路在将该更新指针传送至该第二更新指针存储单元之前，会擦除该第一更新指针存储单元。

11.根据权利要求9所述的非挥发性存储电路，其特征在于，其中该第一更新指针存储单元的源极端、该第二更新指针存储单元的源极端及内存数据存储单元之列中的至少一第一内存数据存储单元的源极端连接在一起。

12.根据权利要求9所述的非挥发性存储电路，其特征在于，其中该第一内存操作为一字节程序化操作。

13.一种操作非挥发性内存的方法，该方法包括：

执行一擦除与程序化操作在耦接一第一字组线的一第一字节上；

执行耦接一第二字组线的至少一存储单元的更新，该更新包括：

定位已设定一更新位指针的该第二字组线；

更新该存储单元，该存储单元耦接该第二字组线；

擦除该更新位指针；以及

连结该更新位指针与一第三字组线的关连。

14.根据权利要求13所述的操作非挥发性内存的方法，更包括更新耦接该第三字组线的存储单元列。

15.根据权利要求13所述的操作非挥发性内存的方法，更包括在更新该存储单元前，测量与该存储单元相关的一存储单元电流。

16.根据权利要求13所述的操作非挥发性内存的方法，更包括决定该存储单元是否已受到干扰。

17.根据权利要求13所述的操作非挥发性内存的方法，其特征在于，其中该非挥发性内存为操作于EEPROM模式的一闪存。

18.根据权利要求13所述的操作非挥发性内存的方法，其特征在于，其中连结该更新位与该第三字组线的关连的动作包括将该更新位储存在耦接该字组线的一更新指针存储单元。

19.一种非挥发性内存电路，包括：

一第一导线，耦接一内存数据存储单元第一列；

一第一更新指针储存组件，关连于该内存数据存储单元第一列；

一第二导线，耦接一内存数据存储单元第二列；

一第二更新指针储存组件，关连于该内存数据存储单元第二列；以及

一更新电路，用以确定与更新指针对应的第一导线，测量耦接该第一导线的一第一存储单元相关的一第一电流，并根据测量的该第一电流，以决定是否需要更新该第一存储单元，更新第一导线对应的存储单元之后，自该第一更新指针储存组件传送一更新指针位至该第二更新指针储存组件。

20.根据权利要求19所述的非挥发性内存电路，其特征在于，其中该第一导线为一字符线。

21.根据权利要求19所述的非挥发性内存电路，其特征在于，其中该第一更新指针储存组件耦接该第一导线。

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