專利名稱：多級閃存的部分頁編程的制作方法
技術領域：
本發明的具體實施例關于快閃電可擦除可編程只讀存儲器半導體裝置。更具體地說，本發明的具體實施例提供一方法和裝置，以用于多級閃存裝置的部分頁編程編程。
背景技術：
閃存是一種具有許多理想特性的半導體計算裝置內存。就像只讀存儲器(ROM)，它是非易失性的，也就是說內存的內容是穩定的，并且在沒有施加電源時仍能保持。
閃存優于ROM之處在于閃存的內存內容可在裝置制造之后改變。不過，閃存一般無法以比得上隨機存取內存(RAM)的速率來寫入或編程。再者，閃存一般在改變其內容之前，必須整體性地或者以稱為頁的大塊來擦除。
閃存已類型被多種類型的計算裝置廣泛接受，包括臺式機、移動電話以及手提電腦。閃存同樣廣泛地使用于數碼相機以及便攜式數字音樂播放器，例如“MP3”播放器。
除了例如在攝影機中的直接閃存應用之外，基于閃存的儲存裝置在許多應用中取代稱為硬盤驅動器的旋轉式磁盤。相較于硬盤驅動器，閃存則明顯地更具有保護性、更安靜、更低功耗，而就某些密度來說，這種以閃存為基礎的裝置則可能更小于同等的硬盤驅動器。
如先前所討論的，閃存頁一般必須在可能將新數據儲存于該頁之前予以擦除。擦除一頁時間較長，通常以數百毫秒來測量。這是比較RAM與硬式磁盤驅動器而言的一個缺點，它們可以不用擦除就直接地寫入。
為了緩和此缺點，一些閃存裝置能夠進行部分頁編程。部分頁編程是一種技術，藉此一頁閃存的某些內容可能無需擦除即可更新。通常，閃存的一單元被描述為處于擦除狀態或編程狀態。編程或擦除狀態可賦予二進制值0，而另一個狀態則賦予二進制值1。
假定擦除狀態賦予二進制值1的話，部分頁編程一般允許編程頁中1的情形改變成0的值，而無需中間擦除過程。一般來說，編程成0值的單元不能改變成1值。從0到1的單元的改變通常需要頁或塊的擦除過程。
上述應用以及其它，不論在裝置的總數量上或總位數上均促使閃存裝置的需求大增。目前由許多閃存制造商所開發的先進技術是在閃存裝置的每個單元中存儲多個位。例如，假如閃存裝置的電路可分辨出每個單元用的三個儲存級，那么每兩個單元可儲存三位的信息，這樣使得相同內存單元區域增加50％的儲存空間。假如該單元可儲存四級的話，那么將使該裝置的存儲密度加倍。此技術與能力一般稱為多級單元或MLC。
由于MLC所提供的高階密度增加，這些設計對制造商與消費者極具吸引力。由于不增加成本開銷而能制造許多更多位的閃存使得制造商從中受益，而消費者則享受到較小的產品物理尺寸以及明顯的位成本降低。
不幸地，部分頁編程在現有的MLC裝置中已經無效，使得MLC閃存在許多應用中不太具吸引力。
因此，需要一種用于多級單元閃存裝置的部分頁編程的方法與裝置。部分頁編程將帶給多級單元閃存裝置許多優點。
發明內容
因此，非常需要提供一種用于多級單元閃存的部分頁編程的方法與系統。進一步需要一種將新信息與先前儲存在多級閃存裝置的信息合并的方法。
本發明揭示了一種用于多級單元閃存的部分頁編程的方法與裝置。在一多級單元閃存中，可以存取新的部分頁編程信息。可以存取先前儲存在內存中的信息。新的與先前的信息可以結合在閃存裝置的頁緩沖器中。新與先前的信息可視需要結合在閃存裝置外部的存儲器中。所結合的信息可用于編程閃存單元。標準的編程與確認方法可以用來將合并的信息編程到閃存單元中。以此新方法，部分頁編程的優點得以實施，以用于多級單元閃存裝置。
圖1為根據本發明一具體實施例，一多級單元閃存單元的顯示圖。
圖2為根據本發明一具體實施例，一多級單元閃存單元的穩定閾值電壓分布圖。
圖3顯示了各級映射到二位二進制值的表格。
圖4A、4B與4C顯示根據本發明具體實施例可進行的部分頁編程轉變。
圖5為根據本發明一具體實施例，用于多級單元閃存的部分頁編程的方法的流程圖。
圖6為一計算機系統的方塊圖，它可以用作一平臺，以實施本發明的具體實施例。
具體實施例方式
在本發明多級閃存的部分頁編程的以下詳細說明中，將提出各種具體的細節，以提供本發明的徹底了解。不過，對于本領域技術人員來說，本發明可不需要這些具體細節或其等同物而實施。在其它的情形中，公知方法、步驟、組件與電路未作詳細說明，以免使本發明的各方面不明顯。
多級閃存的部分頁編程本發明的具體實施例以半導體閃存為背景來說明。不過，令人理解的是，本發明可以應用于其它類型的內存裝置，在此它可根據需要更新一中間狀態的內容。
圖1顯示根據本發明一具體實施例而設計的多級單元閃存單元100。多級單元閃存裝置可由許多這種單元，連同除了讀取、擦除以及編程電路之外的地址電路所組成。
多級單元閃存單元100可由柵極130、源極120與漏極110組成。絕緣體140與160可由氧化物材料組成。浮動柵極150可用于儲存電荷。
浮動柵極150的閾值電壓可由來自浮動柵極150的電子的注入或移除所調整。假如柵極電壓大于閾值電壓的話，該單元可能傳導大于1微安的電流，并且稱為處于擦除狀態。假如柵極電壓小于臨界電壓的話，該單元可能傳導小于1微安的電流，并稱為處于編程狀態。
單元100的結構特征在于四個相對窄范圍的閾值電壓可被儲存，更重要的是，可在稍后決定。這種能力使得一個單元內可存儲多個位值。因為單元100可儲存四個范圍，所以這些范圍可以代表兩個位，或者四個狀態。
圖2為根據本發明一具體實施例而設計的多級單元閃存單元的穩定閾值電壓的分布圖200。垂直軸是電荷載體的數目，水平軸是電荷載體的電壓。
分布240可代表電壓閾值大于1.6伏特的電荷分布。分布230可代表電壓閾值大于0.8伏特但卻小于1.6伏特的電荷分布。分布220可代表電壓閾值大于0.0伏特，但卻小于0.8伏特的電荷分布。分布210可代表電壓臨界值小于0伏特的電荷分布。
在多級單元閃存單元100上的讀取操作期間內，檢測出浮動柵極1 50上大于1.6伏特的閾值電壓，被解釋為二進制值“00.”。在0.8伏特與1.6伏特之間的電壓閾值則被解釋為“01.”。在0伏特與0.8伏特之間的電壓閾值則被解釋為“10.”。小于0伏特的電壓則被解釋為“擦除”，并且被指定二進制值“11.”。應該理解的是，將特定二進制值賦給特定電荷分布狀態是可選擇的，而且其它可能的關系能極好地適用于本發明具體實施例。
圖3顯示各級映射到二位二進制值的表格300。根據本發明一具體實施例，Q2與Q1代表位值。例如，將該擦除狀態賦二進制值“11”。應該理解的是，將特定二進制值賦給特定級是可選擇的，而且Q1與Q2可能交換，而且其它可能的關系能極好地適用于本發明的具體實施例。
圖4A顯示根據本發明一具體實施例，擦除狀態的可允許編程轉變。轉變405代表將二進制值“10”儲存到單元100。參考圖2，轉變405代表在浮動柵極150的電荷分布從區域210到區域220的改變，或者電壓閾值的增加。相同地，轉變410代表將二進制值“01”儲存到單元100。再度參考圖2，轉變410代表在浮動柵極150的電荷分布從區域210到區域230的改變，或者電壓閾值的增加。最后，轉變420代表將二進制值“00”儲存到單元100。再度參考圖2，轉變420代表在浮動柵極150的電荷分布從區域210到區域240的改變，或者電壓閾值的增加。重要的是，這三種描述出來的轉變405、410以及420，都增加電壓閾值。
多級單元閃存裝置的特征在于使用者一般注意不到這種編碼。一般將數據以常用數據寬度的并行方式，典型地為8或16位寬，傳送給一閃存裝置。重要地，使用者基本上不會具體說明那個位被指定為“Q1”或“Q2”。因此，就多級單元閃存裝置的部分頁編程來說，對使用者限制類似于對公知部分頁編程閃存裝置的使用者限制，也就是每單元儲存單一位的閃存裝置。
該限制一般描述為“一數據位可能僅在一方向中改變。”。為了在此的實例，該方向已經選擇出來以允許由“1”到“0”的位轉變。應該理解的是，其它公知的轉變能很好地適用于本發明的具體實施例。
圖4B顯示根據本發明一具體實施例，零級狀態的可允許轉變。轉變430代表將單元100的值從“10”改變到“00”。參考圖2，轉變430可代表在浮動柵極150的電荷分布從區域220至區域240的改變，或者電壓閾值的增加。重要的是，該轉變符合僅在一方向中改變位的規則。重要的是，轉變430增加電壓臨界值。
圖4C顯示根據本發明一具體實施例而設計的來自第一層狀態的可允許轉變。轉變440代表將單元100的值從“01”改變到“00”。更加參考圖2，可能見到的是，轉變440得代表在浮動柵極150的電荷分布中，從區域230到區域240的改變，或者電壓臨界值的增加。重要的是，此轉變符合一位僅于一方向改變的規則。重要的是，轉變440增加了電壓閾值。
另一轉變(未顯示)有可能在單元級上，對應于將單元100值從“10”改變到“01”。此一轉變將對應將電荷分布從區域220改變到區域230。這一轉變確實對應電壓閾值的增加。不過，可能看到，因為兩個位都發生改變，而且一個在不允許方向上改變，所以這一轉變將破壞“一位，一方向”規則。因此，為了保護使用者免于將哪個位模式映射到哪個級的管理復雜性，在裝置級上不允許這種轉變。
重要的是，該轉變的不允許維持與單一位每單元部分頁編程閃存裝置的向后兼容。此外，而且同樣重要地，此轉變的不允許能夠前向兼容每單元可能儲存超過兩位的閃存裝置。任何給定的多位轉變可能在具有每單元較高位數或甚至具有不同編碼的未來多級單元裝置中不再有效。例如，假如將該編碼反向，以致使“00”代表最高閾值電壓的話，那么“10”至“01”的轉變將不可能。
再次參考圖2，單元100的編程過程可以看作添加電荷到浮動柵極150。公知的編程添加足夠的電荷到擦除狀態，以產生希望的閾值電壓。換句話說，參考圖4A，各轉變405、410或者420表示添加固定數量的電荷到單元100。即使兩轉變產生相同的電荷狀態(級2)，轉變440(圖4C)很大程度上不同于轉變420(圖4A)。
往回參考圖2，轉變420必須添加足夠的電荷到浮動柵極150，以將閾值電壓從區域210移動到240。不過，為了完成轉變440，必須將實質上較少的電荷加入，只有從區域230移動到區域240所必須的電荷量。結果，即使所希望的終端狀態可能相同，多級單元閃存單元的部分頁編程必須區分這兩種編程。
圖5顯示根據本發明一具體實施例，在一多級單元閃存裝置中，用于編程一部分頁的方法500的流程圖。
在步驟510中，新的部分頁信息可被存取。基本上，該信息被發送到閃存裝置上的數據引腳。應該理解的是，包括例如串行比特流的其它公知的數據發送方法可很好地適用于本發明的具體實施例。
在選擇式步驟520的步驟中，一頁閃存的現有編程狀態可被存取。根據本發明的具體實施例，這可以是閃存裝置內部的讀取操作，而且該頁內容可從一頁的閃存單元讀入一頁緩沖器，該頁緩沖器可為隨機存取存儲器。應該理解的是，讀取一頁內存內容的其它公知方法，包括來自外部微處理器的明確讀取指令，能很好地適用于本發明的具體在選擇式步驟530中，新部分頁信息可與一頁閃存的現有編程狀態相結合，以產生新的編程信息。
在步驟540中，新的編程信息編程入一頁閃存單元。應該理解的是，公知的閃存編程方法，包括確認步驟，可很好地適用于本發明的具體實施例。
以此新方法，一頁多級單元閃存可以部分地編程，而無需一介于其間的擦除步驟。
根據本發明的具體實施例，以下的表1說明新的部分頁編程信息與已有的編程信息相結合以在多級單元閃存單元中產生編程與確認用的新信息。
表1
表1的最左行代表要被編程的可能數據位。此“新數據”一般發送到閃存裝置的數據總線上。表1的中間行代表先前已經存入諸如單元100的閃存單元的一可能的數據位。
應該理解的是，就諸如單元100的一多級單元而言，表1中的位并不代表先前所描述的級，例如圖3相關的，但卻代表個別位。例如，一般將數據以位的并行集合從閃存讀出以及寫入，通常為8或16位寬。表1的列對應該并行集合的單一位。
表1根據本發明的具體實施例，說明新的部分頁編程信息與已有的編程信息相結合以在多級單元閃存單元中產生編程與確認用的新信息。如上所述(見圖2與圖4所討論的)，只允許某些部分頁編程轉變。表1說明了這些轉變。
表1的第一行代表新數據，例如并行位集合的位7，作為部分頁編程操作的一部分被編程。在這種情況下，如第1行的第1列所示，位7是0。如第1行的第2列所示，對應到位7的多級單元的儲存內容為0。應該理解的是，如圖2以及圖4A到圖4C所示，該單元的這些儲存內容可能代表Q1或Q2。
第1行的第3列顯示新數據與先前儲存數據的結合將造成該特定位的值為0。根據本發明一具體實施例，該新數值可被編程及/或確認為Q1或Q2，Q1或Q2在多級單元中定義一儲存級。應該理解的是，例如位7對應于一特定位的Q1的習慣應符合表1的使用。
此新數據可能結合以類似方式而決定的另一數據位，例如并行位集合的數據位6，以形成對應儲存級的多位字段。
再次參考表1，新部分頁數據位與先前儲存的位的所有結合相結合以形成新編程/確認位值0，除了最后行所有位均為1之外。也就是說，假如新部分編程位是1，而且儲存的位是1的話，那么該新編程位同樣是1。
做為一實例，參考圖4B以及表1，令一并行位集合的位6對應Q1，一并行位集合的位7對應Q2。假定該值10(Q2，Q1)事先已儲存到多級單元內，例如單元100。進一步假定部分頁編程單元100為數值00是可行的。
從表1的第2行可以看到，就位7，Q2而言，新部分頁位0與儲存值1的結合應產生新的編程/確認值0。同樣地，從表1的第1行可以看到，就位7，Q1而言，新部分頁位0與儲存值0的結合應產生新的編程/確認值0。結合Q2以及Q1，這對應圖4B的從10至00的轉變430。
應該理解的是，根據本發明具體實施例，表1可能以邏輯AND(和)電路或產生這種對應(例如查找表)的其它公知方法來實施。
表1的優選實施例可能以半導體閃存裝置內的預先充電頁緩沖寄存器來實施。當預先充電到“1”時，此一電路可能僅在估算或讀取期間內放電，直到下一讀取周期才能復位到“1”。
圖6為計算系統600的方框圖，該系統可作為實施本發明的具體實施例的平臺。計算系統600包括用于通信的一地址/數據總線650，與該總線相連以處理信息和指令的一中央處理器605，與總線650相連以儲存中央處理器605用的信息與指令的一易失性內存615(例如，隨機存取存儲器RAM)，以及可選擇地與總線650相連以儲存處理器605用的靜態信息與指令的一非易失性內存610(例如，只讀存儲器ROM)。計算系統600同樣可選擇地包括一可改變的非易失性內存620(例如，閃存)，用來儲存在系統600制造之后更新的中央處理器605用的信息與指令。
圖6的計算系統600同樣包括可選擇的文字數字輸入裝置630。裝置630可將信息與指令選擇傳達到中央處理器600。裝置630可能采取數字觸控板的形式。
應用計算系統600的可選擇的顯示單元625可為一液晶顯示(LCD)裝置、陰極射線管(CRT)、場發射裝置(FED，同樣稱為平板CRT)、發光二極管(LED)、等離子顯示裝置(Plasma display device)、電致發光顯示(electro-luminescent display)、電子紙或者適合產生用戶可辨識的圖像與文字數字符號的其它顯示裝置。
計算系統600同樣可選擇地包括與總線650相連的一擴充接口635。擴充接口635可實施許多公知的標準擴充接口，包括但不限于安全數字卡接口(secure digital card interface)、通用串行總線(USB)接口、CompactFlash存儲卡、個人計算機(PC)卡接口、CardBus總線、外圍設備互連(PCI)接口、迷你PCI接口、IEEE1394、小型計算機系統接口(SCSI)、個人計算機存儲卡國際協會(PCMCIA)接口、工業標準結構(ISA)接口或者RS-232接口。應該理解的是，外部接口635還可與其它公知或私有的接口相接口，譬如在商業上可獲的索尼公司的記憶棒(Memory Stick interface)。
在本發明的一具體實施例中，擴充接口635可能由實質兼容總線650的信號的信號組成。
多種公知擴展裝置可通過擴展接口635連接到計算系統600。此裝置的實例包括，但不限于旋轉式磁性存儲裝置、閃存裝置、數字照相機、無線通信模塊、數字音頻播放器以及全球定位系統裝置。
系統600同樣可選擇地包括通信端口640。通信端口640可能用以作為部分的擴展接口635。當它用作單獨接口時，通信端口640一般通過面向通信的數據傳輸協議用于與其它裝置交換信息。通信端口的實例包括，但不受限于RS-232端口、通用異步收發器(UARTs)、通用串行總線(USB)端口、紅外光收發器、以太網端口、IEEE1394以及同步端口。
系統600可選擇地包括射頻模塊660，該射頻模塊可能實現行動電話、尋呼機或數字數據連接。射頻模塊660可通過通信端口640或擴展接口635與總線650直接相連。
在此揭示了用于多級閃存的部分頁編程的系統與方法的發明的優選具體實施例。雖然本發明已經說明于特定的具體實施例中，但是應該理解的是，本發明不應受限于這些具體實施例，而應根據以下的權力要求書范圍來理解。
權利要求
1.一種半導體裝置，包含多個閃存單元(100)，其中所述單元(100)具有超過兩個的儲存狀態；以及其中所述單元(100)可從第一非擦除狀態直接地編程到第二編程狀態。
2.如權力要求1所述的半導體裝置，進一步包含一頁緩沖器，其中該頁緩沖器將現有單元儲存狀態與新的部分頁信息相結合。
3.如權力要求2所述的半導體裝置，其中該頁緩沖器包含預先充電的寄存器。
4.如權力要求2所述的半導體裝置，進一步包含將該現有單元儲存狀態與新部分頁信息相結合的邏輯。
5.如權力要求4所述的半導體裝置，其中該邏輯可操作以產生可允許的部分頁編程轉變。
全文摘要
本發明揭露出一種用于多級單元閃存裝置的部分頁編程的方法與裝置。在一多級單元閃存中，新部分頁編程信息可被存取(510)。先前儲存在存儲器中的信息可被存取(520)。新的與先前的信息可結合于一閃存裝置的一頁緩沖器中(530)。可選擇地，新的與先前的信息可結合于閃存裝置外部的存儲器中(530)。所結合的信息可用于編程閃存的單元(540)。標準的編程與確認方法可用于將結合的信息編程寫入閃存的單元(540)。以此新的方式，部分頁編程的優點可被實現，以用于多級單元閃存裝置。
文檔編號G11C11/56GK1630911SQ03803612
公開日2005年6月22日 申請日期2003年2月5日 優先權日2002年2月11日
發明者A·帕克, G·拉姆 申請人:先進微裝置公司