[发明专利]一种快闪存储器件及控制方法

说明书

简介

本发明涉及一种提高快闪存储器件和使用快闪存储器件的电子单元的操作效率的方法和设备。 

过去几年中，固态硬盘（SSD）在许多电子单元中变得越来越普遍。这些SSD大部分使用快闪存储器件来存储数据。 

快闪存储器件典型地包括浮栅场效应晶体管（FET）作为它们的存储元素，该存储元素可实现NOR快闪存储和/或NAND快闪存储。浮栅FET除包括FET发现中的普通栅极外还包括一个第二、浮置的栅极。通过在FET的浮置栅极上放置电荷，可改变FET的阈值电压（V_T）以反映单层快闪单元的二进制“1”或二进制“0”或多层快闪单元（MLC）中更复杂的二进制值。 

快闪存储器件依块来排列，每块包括多个页，并且每页包括多个字节。通常，一页包括512、2048或4096个字节。在某些情况下，该页甚至可包括更多的字节。 

一种为快闪存储器件的操作参数而设置的激励用于快闪存储器件以设置该快闪存储器件中的二进制值。 

快闪存储器件的操作参数可包括读取电压电平、写入电压电平、擦除电压电平、读取电流电平、写入电流电平、擦除电流电平、读取电压持续时间、写入电压持续时间、擦除电压持续时间、阈值电流、阈值电压、电流和电压的增长率、单程序操作或擦除操作的电流和电压应用的若干重复周期、重复周期内电流和电压的变化率、重复周期内采取步骤的数目和/或导通电压中的一个或多个。 

用于快闪存储器件的电压在近似0V至35V范围内变化。用于快闪存储器件的电流在几微安至小于100毫安范围内变化。重复周期数典型地从1个周期至20个周期变化。 

每个操作参数由控制寄存器值或控制寄存器值的一部分来实例化。控制寄存器是存储器的一个物理部件，典型地包含8个比特，用来对操作参数进行编码。 

因此，贯穿本说明书以下部分，对操作参数的任意提及都应当理解为指的是存储在控制寄存器中的值。对电激励的提及应当理解为指的是用于快闪存储器件的实际电信号。 

快闪存储驱动器或快闪存储单元可包含一个或多个快闪存储器件。 

快闪存储器件的问题之一是浮栅FET由于每次程序操作（如读取操作或写入操作）以及每次对快闪存储器件执行的擦除操作而随时间退化。每次操作之后，浮栅FET中的存储元素的结构会受到损坏，这降低了浮栅FET在二进制“1”和二进制“0”之间转换状态的效率。 

每种情况下对浮栅FET造成的退化量与电流电平、电压电平及浮栅FET上电流和电压的曝光时间成正比。浮栅FET上的电激励、浮栅FET上的电激励的重复次数和浮栅FET上的电激励的变化率是用于执行用在快闪存储器件中的浮栅FET上的写入和/或擦除操作的所有因素，并因而是浮栅FET的退化级别的所有因素。 

当前影响快闪存储器件的另一个问题是电荷以注入电子的形式残留在快闪存储器件的浮栅FET的绝缘氧化部分中。该电荷阻碍了电子流入和流出浮栅FET的绝缘氧化部分，因此使得浮栅FET在二进制“1”和二进制“0”间转换状态逐渐更加困难。该电荷提高了快闪存储器件无法可靠地编程或擦除的时间。 

然而，快闪存储器件的一个更深层的问题是电荷会随着时间而从浮栅FET的浮置栅极泄漏。重要的是确保在浮置栅极上有充足的电荷，使得浮栅FET将在规定时段内（称为保存期）保持设置在相同的逻辑状态。根据快闪存储器件的预期应用，该保存期典型地在3个月至10年之间。随着时间的流逝，浮置栅极上的电荷将从电绝缘栅极泄漏，并且电荷从浮置栅极泄漏的速率将部分地决定快闪存储器件的操作寿命。 

上面所提问题降低了快闪存储器件的操作效率，而且早已有试图解决 这些问题的方法。由于这些问题，使得快闪存储器件具有有限的操作寿命，并且典型地，对于单层单元而言，该操作寿命可达到100,000次的编程和/或擦除操作，或对于MLC而言可达到10,000次的编程和/或擦除操作。 

因此，为了提供操作上尽可能有效率的快闪存储器件，电激励以及与电激励（用于向快闪存储器件的浮置栅极放置和提取大量电荷）相关的氧化层退化量必须与快闪存储器件的性能相均衡以在上面提到的保存期内保存那些电子。 

如果长时间使用特别高的操作参数，与使用具有更低电激励级别的操作参数的快闪存储器件相比，注入发生地相对迅速，并且因此快闪存储器件的退化也将发生地相对迅速。