[发明专利]用于减少编程错误的多位闪存设备的编程方法

说明书

技术领域

本发明的各实施例涉及一种半导体存储器设备，尤其涉及一种可由多位闪存设备使用的编程方法。

背景技术

半导体存储器设备通常分类为易失性半导体存储器设备和非易失性半导体存储器设备。易失性半导体存储器设备具有相对快的读/写速度，但是当外部电源中断时丢失存储的数据。非易失性半导体存储器设备即使没有外部电源也保留存储的数据。因此，非易失性半导体存储器设备用来存储那些不管是否有电源都必须保留的数据。非易失性半导体存储器设备的示例包括掩模只读存储器(MROM)、可编程只读存储器(PROM)、可擦可编程只读存储器(EPROM)、以及电可擦可编程只读存储器(EEPROM)。

通常，因为MROM、PROM和EPROM的擦除和写操作相对困难，所以普通用户不能更新存储器数据。擦除和写操作可以使用EEPROM电实现。因此，EEPROM通常更广泛地用在系统编程或辅助存储器设备中，它们需要持续更新。闪速EEPROM通常具有比其他类型的EEPROM更高的集成度。因此，闪速EEPROM可能对于大容量辅助存储器设备是有利的。更具体地，NAND型闪速EEPROM(在下文中，称为NAND闪存)通常可以实现比其他类型的闪速EEPROM更高的集成度。

当1位数据被存储在存储器单元中时，存储器单元具有对应于数据“1”和数据“0”的两个阈值电压分布之一。另一方面，当2位数据被存储在存储器单元中时，存储器单元被编程为包括在四个阈值电压分布之一中的阈值电压。同样地，当3位数据被存储在存储器单元中时，存储器单元编程为包括在八个阈值电压分布之一中的阈值电压。用于在一个存储器单元中存储4位数据的多种技术正在被开发。

通常，存储多位数据的存储器单元具有多个阈值电压状态之一。因此，在使用一般编程方案和一般电路技术的多位闪存设备中，难以在各阈值电压状态之间提供足够的读取余量(margin)。多位闪存单元可以具有对应于在有限的阈值电压范围内存储的k位的2^k个阈值电压状态。就是说，多位闪存单元可以被密集地编程，以便包括对应于在有限的阈值电压范围内存储的k位的2^k个阈值电压状态。因此，必须减少多位闪存单元的各阈值电压状态之间的间隔(即，读取余量)。

例如，为了存储4位数据，多位存储器单元中的每个编程操作的阈值电压分布可以具有16个阈值电压状态。为了编程4位数据，数据可以基于4页顺序地输入存储器单元。更具体地，例如在第三页数据被编程后，存储器单元可以具有八个阈值电压分布0到7之一。通过从第三页数据的编程产生的阈值电压分布0到7，第四页数据可以编程为对应于第四页数据的各位值的阈值电压分布。在第三页数据的编程后，如果第四页数据对应于逻辑“1”，则存储器单元可以被设置为编程禁止。设置为编程禁止的存储器单元的阈值电压在第四页数据的编程后不可以改变。另一方面，如果第四页数据是逻辑“0”，则存储器单元的阈值电压可以被编程为状态8。这样，当第四页数据是逻辑“0”时，在编程第三页数据后分别属于阈值电压状态0到7的存储器单元的各阈值电压，通过编程操作分别变成阈值电压状态8到15。

在编程操作后，编程为阈值电压状态8到15的存储器单元可以被编程验证。编程验证操作可以按照阈值电压状态8到15的排列顺序执行。例如，验证读取操作可以顺序地执行来检测存储器单元是否被编程为状态10到15。通过对每个状态的验证读取操作确定为编程通过的存储器单元可以被设置为编程禁止。通过验证读取操作确定为编程失败的存储器单元可以被设置为重新编程。

图1图示在多位存储器单元编程操作期间可能出现的电荷损失问题的图。

图1图示由第三页数据的编程创建的阈值电压分布30和35、以及由第四页数据的编程创建的阈值电压分布40和60。在正常情况下，阈值电压分布55应该以阈值电压分布50的形式创建。然而，闪存设备可能包括在沟道和浮动栅极之间的绝缘层中具有缺陷的存储器单元。此外，由于通过劣化或热温压(HTS)的浮动栅极的电荷损耗，存储器单元的阈值电压可以被减少。

因此，可以通过第三页数据的编程创建异常的阈值电压分布55，而不是正常阈值电压分布50。特别地，由于电荷损耗，可能存在其阈值电压减少低于对应于状态9的第一验证电压Vpre2的存储器单元。这样的存储器单元具有包括在分布70内的阈值电压。第三页数据被编程为对应于分布70的阈值电压的存储器单元在第四页数据编程之后可能具有2位误差。也就是说，对应于分布70的存储器单元包括根据第四页数据的编程应该编程为数据