CN1862705B - 非易失性半导体存储器及将数据写入该存储器的方法 - Google Patents

Abstract

将数据写入非易失性半导体存储器的方法。如果第一位和第二位的最终态与其各自初始态相符，执行第一步，包括保持第一位和第二位的初始态。如果第一和第二位具有擦除的最终态且第一和第二位的初始态不是擦除，执行第二步，包括擦除第一和第二位。如果第一和第二位都不将从编程的初始态改变为擦除的最终态，执行第三步，包括如果第一位将从擦除的初始态变为编程的最终态则编程第一位，和/或如果第二位将从擦除的初始态变为编程的最终态则编程第二位。如果第一和第二位只有一个将从编程的初始态变为擦除的最终态，执行第四步，包括首先擦除第一和第二位，然后如果第一位在最终态为编程则编程第一位，或如果第二位在最终态为编程则编程第二位。

Description

非易失性半导体存储器及将数据写入该存储器的方法

技术领域

本发明涉及非易失性半导体存储器及用于将数据写入到这种存储器中的方法。

背景技术

快闪存储器是高密度非易失性存储器且可被分为数据快闪存储器和代码快闪存储器。数据快闪存储器通常用于存储大量数据并在每个区段中具有大量的存储单元。代码快闪存储器通常用于存储程序代码且需要较小存储器部分可被存取以进行读、写和擦除操作。可通过增加每单元存储的位数来增加快闪存储器的存储容量。

氮化物可编程只读存储器(NROM)单元每单元可存储两位。图1示出了穿过现有技术中所公知的NROM单元的截面图。该单元的栅G连接到字线，两个源区/漏区S/D连接到位线。在栅G下方是所谓的ONO层，其由顶氧化层TO、底氧化层BO和夹入顶氧化层TO和底氧化层BO之间的氮化层NL构成。电荷可被存储在接近第一源区/漏区S/D的第一位置处和接近第二源区/漏区S/D的第二位置处的氮化层NL中。NROM单元的沟道形成于第一源区/漏区S/D和第二源区/漏区S/D之间，并位于半导体衬底SB中ONO层的下方。

可以与存储在其它位置中的电荷无关地调整存储在每个位置中的电荷量，从而可以在单个单元中存储第一位B1和第二位B2。对于每个位置，存储的电荷数量确定了单元该部分的阈电压值VTH。高阈值VTH对应于编程的状态，低阈值VTH对应于擦除的状态。

读取第一位B1包括施加高和低阈值电压之间的栅电压并读出流过单元的电流，同时将例如OV的电势施加到第一源区/漏区S/D和将1.5V的电势施加到第二源区/漏区S/D。

编程第一位B1包括例如将4.5V的电压施加到接近第一位B1的第一源极/漏极S/D，将OV的电压施加到第二源极/漏极S/D，和将9V电压施加到栅G，以使热电子从单元的沟道隧穿到氮化层NL中。

擦除第一位B1包括通过例如将8V的电压施加到与第一位B1接近的第一源极/漏极S/D、浮接其它的源极/漏极S/D并将负电压施加到栅G的热空穴注入。

对于读取、编程和擦除第二位B2，交换施加到第一和第二源区/漏区S/D的电压。

为了本发明的目的，图2中示出的符号用于表示具有栅极接点G、两个源极/漏极接点S/D的NROM单元，并表示第一位B1和第二位B2可存储在单元中。将接近第一位B1的源极/漏极接点S/D称作第一源极/漏极接点，而将接近第二位B2的源极/漏极接点S/D称作第二源极/漏极接点。相同的参考标记S/D用于第一源极/漏极接点和第二源极/漏极接点，以表示该单元关于这些接点对称。

为了小型化布局面积，通常使用所谓的“虚接地阵列”连接NROM单元，如图3中所示.沿着行和列设置一组存储单元MC，并将其连接至字线WL和位线BL.沿着行设置的存储单元MC的栅极接点G通过字线WL连接.沿着列设置的存储单元MC的源极/漏极接点S/D连接至位线BL，在沿着行相邻的两个存储单元MC之间共用每个位线BL.通过在两个单元之间共用位线BL来代替每个单元具有两个位线，可降低存储器M所需的面积.借助于对应于其中存储单元MC所在的行和列的字线WL和位线BL可以寻址在阵列M中的存储单元MC中的每个第一位B1和第二位B2.

当每次改变在标准快闪存储器中的存储单元MC的内容时，在还没有擦除将被编程的存储单元MC的情况下，进行区段对编程之前的块擦除或区段擦除。从其中存储单元共享共同的衬底和源的第一代快闪存储器即ETOX或浮置栅快闪存储器，就留下了该方法。结果，无论何时将擦除电压施加到源和/或衬底，擦除脉冲都并行地施加到共用相同衬底和源端子的所有单元。

虽然提供了兼容性，但是该擦除和编程机理对于现代的快闪存储器还具有显著的缺点。由于每次要改变任一存储单元的内容时进行擦除操作，存储器的功耗高。而且，即使它们的内容不需要变化，也对所有单元进行擦除和编程周期。这不必要的周期降低了存储单元的寿命和存储器整体的可靠性。而且，由于每次将数据写入到存储器时至少进行擦除操作，因此降低了数据吞吐量。

发明内容

因此，在一方面，本发明提供了一种在较高的数据吞吐量、降低的功耗和提高的可靠性方面具有改善的存储性能的非易失性半导体存储器。

本发明的实施例提供了一种用于将数据写入到非易失性半导体存储器中的方法。该半导体存储器包括多个存储单元、多条位线和多条字线。每个存储单元具有栅极接点、第一源极/漏极接点和第二源极/漏极接点，并提供第一位和第二位的存储。在第一位和第二位中的每一个中，可存储编程的或擦除的状态。可沿着第一方向的行和沿着第二方向的列排置多个存储单元。在每行中，存储单元的栅极接点耦合到多条字线的相应同一字线。在每行中，每个存储单元通过其源极/漏极接点中相应的那个耦合至相邻存储单元。在每列中，每个存储单元的源极/漏极接点耦合至多条位线的相应同一位线。第一存储单元和第二存储单元是沿着行相互相邻的存储单元，其中，通过执行步骤a)、b)、c)和d)的组中的一个步骤，将存储在第二存储单元的第一位中的初始状态和相应的第一存储单元的第二位中的初始状态改变成最终状态。如果第一位和第二位的最终状态与它们各自的初始状态相符则执行步骤a)，且该步骤包括保持第一位和第二位的初始状态。如果第一位和第二位都具有擦除的最终状态而第一位和第二位的初始状态不是被擦除则执行步骤b)，且该步骤包括擦除第一位和第二位。如果第一位和第二位都不从编程的初始状态改变为擦除的最终状态则执行步骤c)，且该步骤包括如果第一位将从擦除的初始状态改变为编程的最终状态则编程第一位，和如果第二位被从擦除的初始状态改变为编程的最终状态则编程第二位。最后，如果只有第一位或第二位中的一个将从编程的初始状态改变为擦除的最终状态则执行步骤d)，且该步骤包括首先擦除第一位和第二位，且然后，如果第一位在最终状态为编程则编程第一位，或如果第二位在最终状态为编程则编程第二位。

代替必须擦除存储单元的整个区段以编程存储单元，将数据写入到存储器中的该方法具有人们可以寻址或将数据写入到只有两位那样小的存储器的一部分中的优点.而且，如果不需要改变存储单元的内容，则不需要对该单元进行擦除或编程操作.在不需要擦除操作以达到最终状态的情况下，可直接编程该单元而不需要首先对其进行擦除操作.而且，只在将被改变的位上进行编程操作，而在现有技术中，如果它们的初始状态被编程的话，则必需重编程与将改变的位一起擦除的所有位.

优选地，在步骤b)和d)中，关于存储在半导体存储器中的所有其它位选择性地擦除第二存储单元的第一位和第一存储单元的第二位。

优选地，在步骤b)和d)中选择性地擦除第一位和第二位包括：将字线电势施加到连接第一存储单元的栅极接点和第二存储单元的栅极接点的字线；将高于字线电势的第二位线电势施加到耦合第一存储单元的第二源极/漏极接点和第二存储单元的第一源极/漏极接点的位线；和使连接第一存储单元的第一源极/漏极接点的位线的电势和连接第二存储单元的第二源极/漏极接点的位线的电势浮置。

字线电势通常为负，而第二位线电势通常为正。

优选地，在步骤b)和d)中擦除第一位和第二位包括：如果第一位和第二位为擦除则进行测试，和重复擦除步骤直到第一位和第二位为擦除。以这种方式，可以证实，所述位确实存储了擦除状态。

优选地，在步骤c)和d)中分别编程第一位和第二位，包括：将字线电势施加到耦合第一存储单元的栅极接点和第二存储单元的栅极接点的字线，将比字线电势低的第二位线电势施加到耦合第一存储单元的第二源极/漏极接点和第二存储单元的第一源极/漏极接点的位线；如果第二存储单元中的第一位将被编程为最终状态，则将比第二位线电势低的第三位线电势施加到耦合第二存储单元的第二源极/漏极接点的位线并使耦合第一存储单元的第一源极/漏极接点的位线的电势浮置，和如果第一存储单元的第二位将被编程为最终状态，则将比第二位线电势低的第一位线电势施加到耦合到第一存储单元的第一源极/漏极接点的位线并使耦合第二存储单元的第二源极/漏极接点的位线的电势浮置。

通常，字线电势和第二位线电势是正的，而第一和第三位线电势为地电势。

优选地，在步骤c)和d)中分别编程第一位和第二位包括：如果所需的编程的最终状态分别存储于第一位和第二位中，则在编程之后进行测试，且如果所需的编程的最终状态没有分别存储在第一位和第二位中，则重复编程第一位和第二位中的每一个直到所需的编程的状态分别存储在第一位和第二位中。以这种方式，可证实该位确实存储了编程的状态。

优选地，在步骤d)中，在擦除第一位和第二位的步骤之前存储第一位和第二位的初始状态，且该存储的值用于将第一位或第二位编程为相应的初始值。以这种方式，当一起擦除两位时不会丢失初始值。

优选地，在执行步骤a)至d)中的任一个之前确定将被写入到半导体存储器中的位数。这可以确定在时间方面擦除单元的整个区段还是选择性地擦除第一和第二位更有效。

优选地，将存储单元分成区段，每个区段含有预定数目的存储单元，其中，将数据写入到一个区段的存储单元中包括：如果将被写入到半导体存储器中的数据的位数超出区段中的存储单元的预定数的预定部分，则擦除在该区段中的所有存储单元，并然后编程所需的存储单元，并省掉了执行步骤a)至d)。该预定部分取决于参数如电流损耗、所需的数据吞吐量和区段大小。

优选地，存储单元是氮化物可编程只读存储单元.这些单元具有每单元能够存储两位同时当设置成虚接地阵列时需要非常少的空间的优点.同时，可以用标准工艺制造这种存储单元.

进一步提供的是用于将数据写入到非易失性半导体存储器中的方法。该半导体存储器可包括多个存储单元，每个存储单元提供用于第一位和第二位的存储。第一位和第二位中的每一个都能够存储编程的或擦除的状态。多个存储单元中的第一存储单元和相应的第二存储单元通过同一位线和同一字线耦合。通过执行步骤a)、b)、c)和d)的组中的一个步骤来将存储在第二存储单元的第一位中的初始状态和相应的第一存储单元的第二位中的初始状态改变成最终状态。如果第一位和第二位的最终状态与它们各自的初始状态相符则执行步骤a)，且该步骤包括保持第一位和第二位的初始状态。如果第一位和第二位都具有擦除的最终状态而第一位和第二位的初始状态不是被擦除，则执行步骤b)，且该步骤包括擦除第一位和第二位。如果第一位和第二位都不从编程的初始状态改变为擦除的最终状态则执行步骤c)，且该步骤包括如果第一位将从擦除的初始状态变为编程的最终状态则编程第一位，和/或如果第二位将从擦除的初始状态改变为编程的最终状态则编程第二位。如果只有第一位和第二位中的一个将从编程的初始状态改变为擦除的最终状态，则执行步骤d)，且该步骤包括首先擦除第一位和第二位，和然后，如果第一位在最终状态为编程则编程第一位，或如果第二位在最终状态为编程则编程第二位。

使用该方法，存储单元只在需要时被编程且只在需要时被擦除，由此节约了功率并增加了数据吞吐量，而同时使单元进行更少的循环，这导致提高的可靠性和耐用性。

进一步提供一种非易失性半导体存储器，其包括被分组成区段且耦合至多条字线和多条位线的多个存储单元。字线译码器和位线译码器耦合至寻址单元。每个存储单元存储第一位和第二位。字线和位线耦合存储单元以形成虚接地阵列。控制单元控制寻址单元以在寻址存储单元的整个区段和寻址第二存储单元的第一位和第一存储单元的第二位之间转换，其中第一存储单元和第二存储单元通过同一字线和同一位线耦合。

本发明的这一方面可提供代表将数据写入到快闪存储器中的常规方法和在两个不同的存储单元中选择性地寻址两位的新方法的组合的半导体存储器。在两种方法之间转换的这种能力具有高的相关性，尤其对于其中即使仅需要改变一位或两位擦除和重编程大的区段的数据快闪存储器。

优选地，根据将被写入到存储器中的数据位数，控制单元在寻址整个区段和寻址第一位和第二位之间转换。将被写的位数确定了哪种方法更适合于将数据写入存储器。

优选地，根据用于将数据写入到存储器中的命令，控制单元在寻址整个区段和寻址第一位和第二位之间转换。该命令通常包含数据量或数据将被写入其中的地址面积，并因此提供了确定哪种方法用于将数据写入存储器中所需的信息。

优选地，该存储单元是氮化物可编程只读存储单元。

附图说明

以下将借助于非限制性的实例并参考附图更详细地描述本发明，其中：

图1示出了穿过NROM单元的截面；

图2示出了NROM单元的电符号；

图3示出了虚接地阵列；

图4示出了虚接地阵列内部的双位；

图5示出了双位的概念；

图6示出了双位的擦除；

图7示出了双位中一位的编程；

图8示出了用于编程存储器的方法流程图；

图9示出了延伸的擦除步骤的流程图；

图10示出了延伸的编程步骤的流程图；

图11示出了具有用于在常规方法和根据本发明的方法之间转换的控制单元的存储器；

图12示出了根据常规方法写入数据所需的操作的表格；和

图13示出了根据本发明的方法写入数据所需的操作的表格。

可结合附图使用以下列表的参考符号：

A地址单元                MC1第一存储单元

AD地址                   MC2第二存储单元

A1至A7动作               NL氮化物(nitrate)层

B1第一位                 ONO氧化物-氮化物-氧化物层

B2第二位                 Q0至Q5询问

BL位线                   R寄存器

BL1第一位线              S/D源极/漏极

BL2第二位线              SB半导体衬底

BL3第三位线              SC区段

BLD位线译码器            S0至S5状态

BO底氧化物               TO顶氧化物

C命令                    VWL字线电势

CU控制单元               VBL1第一位线电势

DA数据                   VBL2第二位线电势

DB双位                   VBL3第三位线电势

FS最终状态               WL字线

G栅                      WLD字线译码器

IS初始状态               X第一方向

M存储阵列                Y第二方向

MC存储单元

具体实施方式

现在参考图4，图4示出了虚接地阵列的部分电路。分别沿着第一方向X和第二方向Y将存储单元MC排置成行和列。设置在行中的存储单元MC的栅极接点通过字线WL耦合。位线BL耦合设置在列中的存储单元MC的源极/漏极接点S/D。行中的相邻单元MC共用位线BL。每个存储单元MC可存储第一位B1和第二位B2。存储单元MC的第二位B2和沿X方向的相邻存储单元MC的第一位B1形成所谓的“双位”DB。双位DB通过共用位线BL和字线WL的存储单元MC形成。

双位DB的概念进一步在图5中示出，图5示出了两个相邻单元，即第一存储单元MC1和第二存储单元MC2。第一存储单元MC1和第二存储单元MC2的栅极接点G通过字线WL耦合。第一存储单元MC1的第一源极/漏极接点S/D通过位线BL1耦合，而第二存储单元MC2的第二源极/漏极接点S/D通过位线BL3耦合。第一存储单元MC1的第二源极/漏极S/D和第二存储单元MC2的第一源极/漏极接点S/D都通过位线BL2耦合。

圆圈用于表示第一位B1和第二位B2。空圆圈表示值“0”，已填满的圆圈用于值“1”。为了说明的目的，值“0”存储在第一存储单元MC1的第二位B2中，值“1”存储在第二存储单元MC2的第一位B1中。作为用于存储在双位DB中的值的符号，使用“(m，n)”，“m”表示存储在第一存储单元MC1的第二位B2中的值，“n”表示存储在第二存储单元MC2的第一位B1中的值。该值“1”表示擦除的状态，而值“0”表示该位的编程的状态。

为了说明的目的，包括在从初始状态(0，1)至最终状态(1，0)编程双位DB中的步骤在图5、6和7中示出。从一个状态向另一个状态的转换可由箭头“→”表示，所以将上述转换表示成：(0，1)→(1，0)。

可单独编程双位DB中的各位。然而，它们只能被一起擦除。这是共用字线WL和共用第二位线BL2的结果，这会引起第一存储单元MC1的第二位B2和第二存储单元MC2的第一位B1总是被同时擦除。结果，为了达到某一所需最终状态，必需其中双位DB具有值(1，1)且其中双位DB的第一位B1和第二位B2都被擦除的中间步骤。

图6示出了该中间步骤。第二存储单元MC2的第一位B1和第一存储单元MC1的第二位B2示出为已填满的圆圈，其表示擦除的状态存储在两位中。为了擦除该双位DB，将负电压VWL施加到字线WL。同时，将正电压VBL2施加到第二位线BL2，同时第一位线BL1和第三位线BL3的电势VBL1和VBL3留在浮置。例如，施加的电压可选择为VWL＝-7V和VBL2＝6V。施加电压的结果是，热空穴注入到ONO层中，该层中，热空穴中和了局部存储的电子，以减少有效电荷。

图7示出了获得双位DB(1，0)所需的编程步骤。编程第二存储单元MC2的第一位B1，同时保持第一存储单元MC1的第二位B2处于擦除状态。可通过将正电压VWL施加到字线WL来实现第一位B1的该编程，其中存储单元MC1和MC2的栅极接点G耦合到字线WL。同时，必须将较低的正电压VBL2施加到第二位线BL2，同时将更低的电压VBL3施加到第三位线BL3。第一位线BL1的电势VBL1留为浮置。作为实例，将施加的电压选择为VWL＝9V，VBL2＝5V，和VBL3＝0V。如果将编程第一存储单元MC1的第二位B2，则可交换第一位线BL1和第三位线BL3上的电势VBL1和VBL3。

图8示出了用于将数据写入到存储器中的根据本发明的方法流程图。椭圆形S0、S1、…、S5表示状态，菱形Q0、Q1、…、Q3表示询问，矩形A0、A1、…、A5表示动作。

第一询问Q0确定是否将与区段大小相比较大的数据量写入到存储器中。如果是肯定的，则动作A0，将使用现有技术状态公知的方法用于将数据写入到存储器中。在完成动作A0之后，到达最终状态S0。如果仅需要写入小数目的位，则流程进入到状态S1，该状态表示使用双位间隔尺寸将数据写入到存储器中的第一步骤。

接下来，询问Q1确定在双位DB中的各位的所需最终状态是否不同于在双位DB中的初始状态.如果该最终和初始状态相同，则流程在状态S2退出，而不需要擦除或编程双位DB中各位中的任一个.答案肯定时的转换是(0，0)→(0，0)，(0，1)→(0，1)，(1，0)→(1，0)和(1，1)→(1，1).如果初始状态与最终状态不同，则流程进入询问Q2.

在询问Q2中，确定是否仅需要编程双位中一个或多个位。换句话说，由于双位的任一位都不从编程改变至擦除状态，因此不需要擦除。如果仅需要编程，则流程进入到动作A1，该动作A1中，编程双位中所需的一位或两位。这是转换(0，1)→(0，0)，(1，0)→(0，0)，(1，1)→(0，0)、(1，1)→(0，1)和(1，1)→(1，0)的情况。在这些情况下，所有的转换都只是从“1”至“0”，且该流程停止于状态S3。与图7一起描述编程所需的步骤。

如果需要擦除双位DB以达到最后状态，则继续进行动作A2。然而，如果仅擦除双位中的一位，则由于擦除了双位中的两位，因此需要双位中另一位的重编程。为了该目的，在动作A2中，不被擦除的位的地址或状态存储于寄存器中。在动作A3中，通过将电势施加到相应位线和字线来擦除双位DB，如图6中所示。

该流程进入询问Q3，该询问中确定是否需要双位中的一位的重编程。由于所有以最终状态(1，1)结束的转换，不需要这种编程。这些是转换(0，0)→(1，1)，(0，1)→(1，1)和(1，0)→(1，1)。对于这些转换该方法在状态S4退出。

如果需要重编程位中的一位的话，则流程进入到动作A4，该动作中，恢复不应被擦除的位的地址或状态。然后，动作A5由双位DB中在动作A3中不应被擦除的位的重编程或双位DB中从擦除状态改变至编程状态的位的编程构成。编程各个位所需的电势与图7一起描述。状态S5是对于转换(0，0)→(0，1)、(0，0)→(1，0)、(0，1)→(1，0)和(1，0)→(0，1)的方法的结束，其中已经通过了中间状态(1，1)。

清楚地是，如果可以取消步骤或以不同的方式或时机实施各步骤，则可以对流程图进行改变，如，在动作A2中不存储地址或状态，和在动作A4中不恢复地址。

图9示出了动作A1和A5的变形，其中编程了双位中的两个位。动作A6是编程动作，而询问Q4测试是否已经编程了必须被编程的位。如果是的话，则该流程继续。反之，重复编程该位的步骤直到达到所需的最终值。如果仅测试在最终状态将被编程的位则是有利的，以节约时间。编程证实操作(program verify operation)通过将最小电压施加到存储单元的栅极接点来确定编程的电压阈值范围在最小电压水平之上。如果存储单元保持非导通的话，则编程操作是成功的。

相似地，图10示出了擦除动作A3的变形。动作A7擦除双位DB，且在询问Q5中，测试将被擦除的位是否真的被擦除了。如果是的话，则流程继续。如果不是的话，则重复擦除操作。如果只测试在最终状态将被擦除的位则是有利的，以节约时间。该擦除证实操作通过将最大电压施加到存储单元的栅极接点G来确定擦除电压阈值范围在最大电压水平之下。如果所有存储单元都是接通的，则擦除是成功的。

图11示出了半导体存储器的框图。包括也被公知为段或块的区段SC的存储阵列M连接到字线WL和位线BL。位线译码器BLD和字线译码器WLD用于选择存储单元(未示出)用于读出、擦除和编程操作的。可通过位线译码器BLD输入和输出数据DA。在地址单元A中译码地址AD。根据现有技术，公知与此类似的存储器。

根据本发明的实施例，将控制单元CU和寄存器R加到地址单元A.控制单元CU接收存储器编码命令C和地址AD作为输入.借助于控制单元CU，可在其中擦除区段SC中的所有存储单元并然后对其编程的本领域状态中的常见模式或其中可通过如上所述的双位间隔编程存储单元的第二模式之间转换存储器编程模式.控制单元CU根据接收的命令C在这两个模式之间转换.如果，根据命令C，将编程相对于区段SC的大小为大的数据块，则选择由现有技术所公知的操作模式.如果仅有小量的位将被编程，则使用根据本发明实施例的编程方法.

如果命令C没有指定将被写入的数据量，则控制单元CU比较将被写入存储器M中的数据和已经存储在存储器M中的数据。这样做，控制单元CU确定在每个区段中有多少位将需要被擦除和这些位中有多少位穿过区段。根据这个信息，控制单元CU确定擦除整个区段还是擦除双位更有效。除了编程和擦除周期的数目之外，效率标准还取决于其它因素如功耗和所需的编程速度。

寄存器R用于存储数值如在双位编程模式中将不被擦除的位的地址或初始状态。

图12和13示出了使用分别根据现有技术和本发明的方法写入数据所需的操作的对比。字目“E”用于表示双位的擦除，字目“P”用于表示位中的一位的编程，“/”用于表示不执行操作。

图12示出了在现有技术存储器中初始状态IS至最终状态FS的所有16种可能转换。可看出，在所有16种可能转换中双位被擦除。然后单独地编程各位以达到所希望的最终状态。由于一列中的所有最终状态相同，因此每一列中的所有动作相同。假使所有16种可能转换具有相同的几率，则平均需要总共16次擦除操作“E”和16次编程操作“P”。

图13示出了根据本发明实施例所需的操作。当双位中的一位必须从状态“0”改变至“1”时，只进行擦除操作“E”。如果初始状态和最终状态是相同的，则完全不进行操作。如果不需要擦除，则只编程将被编程的位。如果在仅擦除之后达到了最终状态，则不再进行编程。擦除之后的重编程仅在尚未达到最终状态时进行。

与现有技术相比，平均需要仅10次编程操作“P”代替16次，且擦除操作“E”的数目已从16次降低到仅7次。假设擦除和编程次数成比例于将被擦除的双位的数目和将被编程的位的数目，则功耗将以相同的比例改善。而且，由于执行较少的擦除和编程步骤，因此存储器将更快速，而同时降低了每个存储单元进行的周期数目。以这种方式，可提高存储器的可靠性及由此可增加其寿命。

如果人们考虑到在已知快闪存储器中每个擦除周期实际上由三个分开的步骤构成的话，则本发明的优点将更加显而易见。在实际的擦除步骤之前执行的第一步骤中，预编程存储单元以确保所有存储单元都具有大致相同的阈值。这样做是为了降低存储单元在第二步骤中被过擦除或消耗的可能性，第二步骤中存储单元被擦除。在第三步骤中，在擦除步骤之后进行该步骤，且被称作软编程，用低于正常编程电压的电压编程擦除了的存储单元，以确保存储单元具有大致相同的阈值。可在三个步骤的每一个中使用本发明，以倍增其优点效果。

对本领域技术人员显而易见的是，由提出的存储器和操作这种存储器的方法可作出各种改进和变化，而不脱离本发明的范围和精神。考虑到前述内容，意指本发明覆盖本发明提供的改进和变化，只要它们落入以下权利要求以及其等价物的范围之内。

Claims (20)

1.一种用于将数据写入非易失性半导体存储器的方法，该半导体存储器包括同时擦除的第一位和第二位，其中，通过执行步骤a)、b)、c)和d)的组中的一个步骤将存储在第一位中和第二位中的初始状态改变为最终状态，其中该方法包括：

a)如果第一位和第二位的最终状态都与它们各自的初始状态相符，则保持第一位和第二位的初始状态；

b)如果第一位和第二位都具有擦除的最终状态而第一位或第二位的初始状态不是擦除，则擦除第一位和第二位；

c)如果第一位和第二位都不将从编程的初始状态改变为擦除的最终状态，则如果第一位将从擦除的初始状态改变为编程的最终状态，编程第一位，和/或如果第二位将从擦除的初始状态改变为编程的最终状态，编程第二位；和

d)如果第一位和第二位中仅一位将从编程的初始状态改变为擦除的最终状态，则首先擦除第一位和第二位，然后如果第一位在最终状态为编程，编程第一位，或如果第二位在最终状态为编程，编程第二位。

2.根据权利要求1的方法，其中在步骤b)和d)中，关于存储在半导体存储器中的所有其它位选择性地擦除第一位和第二位。

3.根据权利要求1的方法，其中半导体存储器包括：

多个存储单元：

多条位线；和

多条字线；

其中

每个存储单元包括栅极接点、第一源极/漏极接点和第二源极/漏极接点，并提供用于第一位和第二位的存储，第一位和第二位每个可处于编程状态或擦除状态；

以沿着第一方向的行和以沿着第二方向的列排置该多个存储单元；

在每一行中，存储单元的栅极接点耦合至该多条字线的相应同一字线；

在每一行中，每个存储单元通过其源极/漏极接点中相应的一个接点耦合至相邻存储单元；

在每一列中，每个存储单元的源极/漏极接点耦合至该多条位线的相应同一位线；

第一存储单元和第二存储单元是沿着行相互相邻的存储单元，以使第一存储单元的第一源极/漏极耦合至第二存储单元的第一源极/漏极，并以使第一存储单元的栅极接点通过字线之一耦合至第二存储单元的栅极接点；并且

第一位存储在第一存储单元中与第一源极/漏极相邻，和第二位存储在第二存储单元中与第二源极/漏极相邻。

4.根据权利要求3的方法，其中存储单元包括氮化物可编程只读存储单元。

5.根据权利要求3的方法，其中在步骤b)和d)中，相对于存储在半导体存储器中的所有其它位选择性地擦除第一位和第二位。

6.根据权利要求5的方法，其中选择性地擦除第一位和第二位包括：

将字线电势施加到字线，该字线耦合第一存储单元的栅极接点和第二存储单元的栅极接点；

将高于字线电势的第二位线电势施加到位线，该位线耦合第一存储单元的第一源极/漏极接点和第二存储单元的第一源极/漏极接点；和

使耦合第一存储单元的第二源极/漏极接点的位线的电势和连接第二存储单元的第二源极/漏极接点的位线的电势浮置。

7.根据权利要求6的方法，其中在步骤b)和d)中擦除第一位和第二位包括：

i)擦除第一位和第二位；

ii)测试第一位和第二位是否为擦除；和

iii)如果需要的话，重复步骤i)和ii)，直到第一位和第二位为擦除。

8.根据权利要求3的方法，其中在步骤c)和d)中编程第一位和/或第二位包括：

将字线电势施加到字线，该字线耦合第一存储单元的栅极接点和第二存储单元的栅极接点；

将低于字线电势的第二位线电势施加到位线，该位线耦合第一存储单元的第一源极/漏极和第二存储单元的第一源极/漏极；

如果第二位将在最终状态为编程，则将低于第二位线电势的第三位线电势施加到耦合至第二存储单元的第二源极/漏极的位线，并使耦合至第一存储单元的第二源极/漏极的位线的电势浮置；和

如果第一位将在最终状态为编程，则将低于第二位线电势的第一位线电势施加到耦合至第一存储单元的第二源极/漏极接点的位线，并使耦合至第二存储单元的第二源极/漏极的位线的电势浮置。

9.根据权利要求8的方法，其中编程第一位和/或第二位包括：

i)编程第一位和/或第二位；

ii)在编程之后，测试所需的编程最终状态是否存储在第一位和/或第二位中；和

iii)如果需要，则重复步骤i)和ii)，直到所需的最终编程状态存储在第一位和第二位中。

10.根据权利要求3的方法，其中将存储单元分组成区段，每个区段含有预定数目的存储单元，其中将数据写入到区段的存储单元中包括：

如果将被写入到半导体存储器中的数据的位数超过区段中预定的存储单元数目预定部分，则擦除该区段中的所有存储单元，并然后编程所需的存储单元；和

省略执行步骤a)至d)。

11.根据权利要求1的方法，其中步骤d)还包括：

在擦除第一位和第二位之前存储第一位或第二位中至少一个的初始状态；和

将存储的值用于将第一位或第二位中的一个编程为其各自的初始值。

12.根据权利要求1的方法，还包括在执行步骤a)、b)、c)或d)中的任一个之前确定将被写入到半导体存储器中的数据位数。

13.根据权利要求1的方法，其中存储单元包括氮化物可编程只读存储单元。

14.一种用于将数据写入到非易失性半导体存储器的方法，其中半导体存储器包括多个存储单元，每个存储单元提供用于第一位和第二位的存储，第一位和第二位中的每一个能够存储编程的或擦除的状态，其中该多个存储单元中的第一存储单元和相应的第二存储单元通过同一位线和同一字线耦合，其中，通过执行步骤a)、b)、c)、d)和e)的组中的一个步骤，将存储在第二存储单元的第一位中和存储在相应的第一存储单元的第二位中的初始状态改变成最终状态，其中：

如果将被改变的位数超过预定数目，且如果第一位和第二位的最终状态与其各自的初始状态相符，则执行步骤a)，步骤a)包括保持第一位和第二位的初始状态；

如果将被改变的位数超过预定数目，且如果第一位和第二位都具有擦除的最终状态，且第一位和第二位的初始状态不是擦除，则执行步骤b)，该步骤包括擦除第一位和第二位；

如果将被改变的位数超过预定数目，且如果第一位和第二位都不将从编程的初始状态改变为擦除的最终状态，则执行步骤c)，该步骤包括：如果第一位将从擦除的初始状态改变为编程的最终状态，则编程第一位，和如果第二位将被从擦除的初始状态改变为编程的最终状态，则编程第二位；

如果将被改变的位数超过预定数目，且如果第一位和第二位中只有一个将从编程的初始状态改变为擦除的最终状态，则执行步骤d)，该步骤包括首先擦除第一位和第二位，然后如果第一位在最终状态为编程则编程第一位，或如果第二位在最终状态为编程则编程第二位；和

如果将被改变的位数没有超过预定数目，则执行步骤e)，该步骤包括擦除在区段中的所有存储单元和然后编程所需的存储单元。

15.根据权利要求14的方法，其中在步骤b)和d)中，关于存储在半导体存储器中的所有其它位选择性地擦除第一位和第二位。

16.根据权利要求14的方法，其中存储单元包括氮化物可编程只读存储单元。

17.一种非易失性半导体存储器，包括：

多条字线；

多条位线；

多个存储单元，被分成区段并耦合到该多条字线和该多条位线，以形成虚接地阵列，其中每个存储单元都存储第一位和第二位；

地址单元；

耦合到地址单元的字线译码器；

耦合到地址单元的位线译码器；

控制单元，耦合到地址单元，该控制单元使地址单元在寻址存储单元的整个区段和寻址第二存储单元的第一位和第一存储单元的第二位之间转换，其中第一存储单元和第二存储单元通过同一字线和同一位线耦合。

18.根据权利要求17的半导体存储器，其中控制单元根据将被写入到存储器中的数据位数，使地址单元在寻址整个区段与寻址第一位和第二位之间转换。

19.根据权利要求17的半导体存储器，其中控制单元根据用于将数据写入到存储器中的命令，使地址单元在寻址整个区段与寻址第一位和第二位之间转换。

20.根据权利要求17的半导体存储器，其中存储单元包括氮化物可编程只读存储单元。

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