CN101989461B

CN101989461B - 半导体nrom存储装置

Info

Publication number: CN101989461B
Application number: CN200910056018.2A
Authority: CN
Inventors: 权彛振; 柯罗特; 董智刚; 邱雷
Original assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp; Semiconductor Manufacturing International Beijing Corp
Current assignee: Semiconductor Manufacturing International Beijing Corp
Priority date: 2009-08-06
Filing date: 2009-08-06
Publication date: 2014-04-02
Anticipated expiration: 2029-08-06
Also published as: CN101989461A

Abstract

一种半导体NROM存储装置，包括：存储单元阵列，用于存储数据和指令，包括多个存储单元和设置在预定数目个存储单元之间的连接单元；寄存器，用于缓存接收的数据信息；操作单元，用于对所述存储单元阵列中的存储单元进行操作；控制单元，用于控制所述操作单元，按照预定的访问顺序并根据存储单元与所述连接单元的距离，对所述存储单元阵列的每个存储单元进行操作。本发明按照存储单元与连接单元的距离或者偏置电压，在每次对存储单元进行操作时，选择不同的存储单元作为初始单元，从而避免了以固定的存储单元作为初始单元导致其相较于其它存储单元更容易损坏，有利于保证存储装置的稳定性和寿命的延长。

Description

半导体NROM存储装置

技术领域

本发明涉及半导体存储技术，尤其是涉及半导体NROM存储装置。

背景技术

氮化物可编程只读存储装置(NROM)是一种具有堆栈式栅极结构的闪存。

然而，与常规闪存不同的是，NROM存储单元阵列采用氧化硅/氮化硅/氧化硅(ONO)复合层作为其存储单元只读式内存的浮栅。由于氮化硅能捕获电荷，因此射入氮化硅浮栅之中的电子并不会均匀分布于整个浮栅之中，而是以高斯分布的方式集中于其浮栅的局部区域上，可以减少常规闪存中存在的漏电流，并且，利用这种结构还可实现同一个存储单元的多位数据存储。

此外，相较于常规闪存中源极选择单元和漏极选择单元之间仅包括32条或者64条字线以构成一页存储单元阵列，NROM存储装置的存储单元阵列在源极选择单元和漏极选择单元之间，通常包括更多的存储单元，并且在每页存储单元阵列之间通过连接单元进行连接。例如，在NROM存储装置中，以32条字线构成一页，每一个源极选择单元和与其相对应的漏极选择单元之间共具有19页存储单元阵列，其中页与页之间通过连接单元相连。

参考图1，NROM存储装置100包括:存储单元阵列101，用于实现存储功能；控制单元102，用于控制对存储单元阵列101的读写操作；地址寄存器103和数据寄存器104，分别用于保存地址和数据；译码单元105，用于将从地址寄存器103所获得的地址进行解码后发送至控制单元102；读写单元106，用于对存储单元阵列101进行读写操作。

由于NROM的每一单元列中包含众多依靠连接单元所连接的存储单元，控制单元102在对存储装置单元阵列101进行读写操作的过程中，需要依照其固有的操作顺序，即按照存储单元的物理排布顺序依次对每一个存储单元逐个进行访问和操作，并且对于每一页的存储单元阵列，总是先从与该页连接的一个连接单元相邻近的存储单元开始，依次直到该页中距离该连接单元较远的存储单元为止。

参考图2，在一个存储单元阵列中，每页具有64个存储单元，分别为存储单元WL0、存储单元WL1、存储单元WL2、存储单元WL3、……、存储单元WL63，其中，每32个存储单元的头尾两个存储单元与连接单元邻近，例如存储单元WL0和存储单元WL31、存储WL单元32和存储单元WL63，其中存储单元WL31与存储单元WL32之间通过连接单元201相连。当对该NROM存储装置的存储单元阵列进行访问或写入等操作时，例如访问第1、5、7页，则首先分别对1、5、7页中的存储单元WL0开始操作，然后处理存储单元WL1，接着是存储单元WL2，依次类推，直至将存储单元WL63处理完毕。

然而，在实际操作中，由于存在电阻损耗，邻近连接单元的存储单元所获得的位线电压往往高于远离连接单元的存储单元所获得的位线电压。采用NROM固有的操作顺序，使得与连接单元邻近的存储单元较远离的存储单元而言，需要承受更大的电压，因而更容易出现损坏，进而影响存储装置的稳定性和寿命。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种半导体NROM存储装置，其与连接单元邻近的存储单元具有较小损坏几率。

为解决上述问题，本发明提供了一种半导体NROM存储装置，包括：存储单元阵列，用于存储数据和指令，包括多个存储单元和设置在预定数目个存储单元之间的连接单元；寄存器，用于缓存接收的数据信息；操作单元，用于对所述存储单元阵列中的存储单元进行操作；控制单元，用于控制所述操作单元，按照预定的访问顺序并根据存储单元与所述连接单元的距离，对所述存储单元阵列的每个存储单元进行操作。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：通过比较存储单元与连接单元的距离，或者再辅以与存储单元的偏置电压进行比较，用以确定一个或多个初始单元及其操作顺序，以及确定后续存储单元的操作顺序，从而使得每次进行读取或写入操作时，初始单元为不同的存储单元，从而避免了采用固定的初始单元导致其相较于其它存储单元更容易损坏，进而保证了存储装置的稳定性以及延长了存储装置的使用寿命。

附图说明

图1是常规NROM存储装置的结构示意图；

图2是现有技术中NROM存储装置单元阵列的数据流向示意图；

图3是本发明半导体NROM存储装置实施方式的结构示意图；

图4是本发明半导体NROM存储装置一种具体实施方式的结构示意图；

图5是半导体NROM存储装置中存储单元阵列的结构示意图；

图6是本发明半导体NROM存储装置一种具体实施例中的数据流向示意图；

图7是本发明半导体NROM存储装置另一种具体实施例中的数据流向示意图；

图8是本发明半导体NROM存储装置又一种具体实施例中的数据流向示意图；

图9是本发明半导体NROM存储装置另一种具体实施方式的结构示意图。

具体实施方式

本发明实施方式提供了一种半导体NROM存储装置，通过初始单元的选择以及读写顺序的设定，改变了现有技术中按存储单元实际物理排布顺序进行访问和操作的固有顺序，避免了现有技术中邻近连接单元的存储单元相较于其它存储单元更容易损坏，从而有利于维持存储装置的稳定性以及延长存储装置的使用寿命。

参考图3，本发明提供一种半导体NROM存储装置300，包括：存储单元阵列301，用于存储数据和指令，包括多个存储单元和设置在预定数目个存储单元之间的连接单元；寄存器302，用于缓存接收的数据信息；操作单元303，用于对存储单元阵列301中的存储单元进行操作；还包括：控制单元304，用于控制操作单元304，按照预定的访问顺序并根据存储单元与所述连接单元的距离，对存储单元阵列301的每个存储单元进行操作。

具体来说，在对所述半导体NROM存储装置操作的过程中，首先，寄存器302对从外界接收到的数据进行缓存；接着，控制单元304根据存储单元与存储单元阵列301中连接单元的距离或者偏置电压的大小，确定存储单元阵列301中首批进行操作的一个或多个初始单元，并通过操作单元303对所述初始单元进行操作，例如，向所述初始单元中写入数据，或从所述初始单元中读出数据；接着，类似地，控制单元304根据预定的访问顺序，确定存储单元阵列301中接下来进行操作的存储单元，并通过操作单元303对其进行操作；重复上述步骤，直到完成对存储单元阵列301中所有存储单元的操作。

在一种实施方式中，所述初始单元可为与连接单元邻近的存储单元。此时，参考图4，控制单元304可包括：初始选择单元401，用于根据与连接单元距离的远近，确定最初开始进行操作的一个或多个存储单元，即初始单元，以及对多个初始单元的操作顺序；排序单元402，用于根据预定的访问顺序，确定对继初始单元之后的各存储单元的操作顺序。

下面结合本发明半导体NROM存储装置一种具体实施例中存储单元阵列的结构，对控制单元304作进一步说明。参考图5，图中为所述半导体NROM存储装置存储单元阵列500的结构示意图，其中，所述存储单元阵列500包括多个可擦除块（ES）510，每个可擦除块可包含16384条位线。其中，每个可擦除块包括64条字线。

例如，参考图6，可擦除块510中包括分别为存储单元WL0、存储单元WL1、……、存储单元WL63，存储单元WL0和存储单元WL31以及存储单元WL32和存储单元WL63为与连接单元501、连接单元502和连接单元503最邻近的存储单元；具体来说，存储单元WL1为仅次于WL0、与连接单元501邻近的存储单元，存储单元WL30和存储单元WL33分别为仅次于WL31和WL32、与连接单元502邻近的存储单元，存储单元WL62为仅次于存储单元WL63、与连接单元503邻近的存储单元；存储单元WL2为仅次于存储单元WL1、与连接单元501邻近的存储单元，存储单元WL29和存储单元WL34分别为仅次于存储单元WL30和存储单元WL33、与连接单元502邻近的存储单元，存储单元WL61为仅次于存储单元WL62、与连接单元503邻近的存储单元。

例如，结合图4、图5和图6，在对可擦除块500进行写入操作时，初始选择单元401通过比较存储单元距离连接单元501的距离、与连接单元502的距离以及与连接单元503的距离，先依次选取存储单元WL0、存储单元WL31、存储单元WL32和存储单元WL63，接着再选取存储单元WL1、存储单元WL30、存储单元WL33和存储单元WL62，以作为第一批开始操作的初始单元，接着，操作单元303将寄存器302中所保存的首八个数据依次写入存储单元WL0、存储单元WL31、存储单元WL32、存储单元WL63、存储单元WL1、存储单元WL30、存储单元WL33和存储单元WL62。

然后，排序单元402根据与连接单元501、连接单元502以及连接单元503的距离，按照所述距离从小到大的顺序，依次确定接下来待操作的存储单元，并直至遍历存储单元阵列500中的每一个存储单元，例如，继存储单元WL1、存储单元WL30、存储单元WL33和存储单元WL62后，后续待操作的存储单元依次为存储单元WL2、存储单元WL29、存储单元WL34和存储单元WL61；接着，操作单元303将寄存器302中所保存的数据依次写入排序单元402所确定的每一个存储单元中。

在其它实施例中，参考图7，一并参考图4和图5，初始选择单元401还可比较与连接单元501、连接单元502以及连接单元503的距离，先依次选取存储单元WL1、存储单元WL30、存储单元WL33和存储单元WL62，再依次选取存储单元WL0、存储单元WL31、存储单元WL32和存储单元WL63，作为第一批开始操作的初始单元；接着，排序单元402再根据与连接单元501、连接单元502以及连接单元503的距离，按照所述距离从小到大的顺序，依次确定接下来待操作的存储单元，例如接下来为存储单元WL2、存储单元WL29、存储单元WL34和存储单元WL61，直至遍历存储单元阵列500中的每一个存储单元并；然后，操作单元303将寄存器302中所保存的数据依次写入这些存储单元。

在其它的实施方式中，初始选择单元401还可从存储单元WL0、存储单元WL1、存储单元WL31、存储单元WL30、存储单元WL32、存储单元WL33、存储单元WL62和存储单元WL63中随机进行排序和选取，以获得初始单元以及初始单元的写入顺序。

上述实施方式中，通过首先对与连接单元邻近的所有存储单元进行操作，然后再根据操作内容，选择与连接单元距离较远的存储单元进行读或写的操作，使得每次读取或写入数据时，可先对连接单元邻近的所有的存储单元进行操作，且每次的初始单元可为不同的存储单元，而非现有技术中固定的一个或几个存储单元，从而减少了初始单元的损坏几率，有利于维持存储装置的稳定性和延长存储装置的使用寿命。

在另一种实施方式中，初始选择单元401可根据每个存储单元与所述连接单元的距离以及每个存储单元的偏置电压，选择初始单元，以及对多个初始单元的操作顺序。

由于电阻损耗的存在，邻近连接单元的存储单元所获得的位线电压往往高于远离连接单元的存储单元所获得的位线电压，也就是说，参考图4和图8，首先，初始选择单元401选择距离连接单元501较远的存储单元作为初始单元，操作单元303向这些初始单元施加较小的偏置电压；接着，排序单元402根据预定的访问顺序，确定继初始单元后各存储单元的操作顺序，操作单元303再依次向待操作的存储单元施加较大的偏置电压。

具体来说，首先，初始选择单元401选择离连接单元501较远且具有最小偏置电压的存储单元WL15作为初始单元，接着，操作单元303通过向存储单元WL15施加较小的偏置电压，使其打开，并向存储单元WL15写入保存于寄存器302中的数据。

然后，按照与连接单元501的距离，依次选择存储单元WL14、存储单元WL13、存储单元WL12、……、存储单元WL0，从而使后续开启的存储单元的较大的偏置电压不会对先打开的存储单元的造成影响；接着，操作单元303分别向存储单元WL14、存储单元WL13、存储单元WL12、……、存储单元WL0中写入保存于寄存器302中的数据。

此外，在本发明半导体NROM存储装置的其它实施方式中，控制单元可与存储单元阵列封装于同一个芯片，也可封装于不同的芯片中。此时，参考图9，所述半导体NROM存储装置600包括多片含存储单元阵列601、寄存器602和操作单元603的存储芯片，以及含控制单元604的控制芯片620，还可包括：选片单元605，用于对在控制芯片620控制下进行读写操作的存储芯片进行选择。

在一种实施方式中，选片单元605可位于控制芯片620中。具体来说，选片单元605选择待操作的存储芯片610，存储芯片610中的寄存器602对从外界接收到的数据进行缓存，接着，控制芯片620中的控制单元604根据存储单元与存储单元阵列601中连接单元的距离或者偏置电压的大小，确定存储单元阵列601中的初始单元，并控制操作单元603对所述初始单元进行操作，例如，向所述初始单元中写入数据，或从所述初始单元中读出数据；接着，控制芯片620中的控制单元604根据预定的访问顺序，确定存储单元阵列601中接下来待操作的存储单元，并通过操作单元603对这些存储单元进行操作；重复上述步骤，直到控制单元604完成对存储芯片610的存储单元阵列601中所有存储单元的操作。接下来，选片单元605再选择下一个待操作的存储芯片。

相较于现有技术，本发明各实施方式提供了半导体NROM存储装置，通过根据与存储单元阵列中连接单元的距离或者偏置电压的大小，选择不同的存储单元作为初始单元，使得每次进行读写操作时，初始单元可为不同的存储单元，从而避免了每次总是从同一个存储单元开始进行读写操作，导致该存储单元相较于其它存储单元而言更容易损坏，进而有利于保证存储装置的稳定性和寿命的延长。

虽然本发明已通过较佳实施例说明如上，但这些较佳实施例并非用以限定本发明。本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，应有能力对该较佳实施例做出各种改正和补充，因此，本发明的保护范围以权利要求书的范围为准。

Claims

1.一种半导体NROM存储装置，其特征在于，包括：

存储单元阵列，用于存储数据和指令，包括多个存储单元和设置在预定数目个存储单元之间的连接单元；

寄存器，用于缓存接收的数据信息；

操作单元，用于对所述存储单元阵列中的存储单元进行操作；

控制单元，用于控制所述操作单元，按照预定的访问顺序并根据存储单元与所述连接单元的距离，对所述存储单元阵列的每个存储单元进行操作；

其中，所述控制单元包括：

初始选择单元，用于根据存储单元与所述连接单元的距离以及存储单元的偏置电压，确定至少一个初始单元，以及对所述初始单元的操作顺序；

排序单元，用于根据预定的访问顺序，确定对继初始单元之后的各存储单元的操作顺序；

所述初始选择单元选择远离所述连接单元的存储单元作为初始单元，并按照偏置电压从小到大的顺序，确定初始单元的操作顺序；所述排序单元按照其余存储单元偏置电压从小到大的顺序，依次确定接下来待操作的存储单元，并直至遍历所述存储单元阵列中的每一个存储单元。

2.如权利要求1所述的半导体NROM存储装置，其特征在于，所述存储单元阵列、所述寄存器与所述操作单元位于存储芯片中；所述控制单元位于控制芯片中。

3.如权利要求2所述的半导体NROM存储装置，其特征在于，所述半导体NROM存储装置还包括：选片单元，用于对在所述控制芯片控制下进行读取或写入操作的存储芯片进行选择。

4.如权利要求3所述的半导体NROM存储装置，其特征在于，所述选片单元位于所述控制芯片中。