專利名稱：非易失性半導體存儲器及將數據寫入該存儲器的方法
技術領域：
本發明涉及非易失性半導體存儲器及用于將數據寫入到這種存儲器中的方法。
背景技術：
快閃存儲器是高密度非易失性存儲器且可被分為數據快閃存儲器和代碼快閃存儲器。數據快閃存儲器通常用于存儲大量數據并在每個區段中具有大量的存儲單元。代碼快閃存儲器通常用于存儲程序代碼且需要較小存儲器部分可被存取以進行讀、寫和擦除操作。可通過增加每單元存儲的位數來增加快閃存儲器的存儲容量。
氮化物可編程只讀存儲器(NROM)單元每單元可存儲兩位。圖1示出了穿過現有技術中所公知的NROM單元的截面圖。該單元的柵G連接到字線，兩個源/漏區S/D連接到位線。在柵G下方是所謂的ONO層，其由頂氧化層TO、底氧化層BO和夾入頂氧化層TO和底氧化層BO之間的氮化層NL構成。電荷可被存儲在接近第一源/漏區S/D的第一位置處和接近第二源/漏區S/D的第二位置處的氮化層NL中。NROM單元的溝道形成于第一源/漏區S/D和第二源/漏區S/D之間，并位于半導體襯底SB中ONO層的下方。
可以與存儲在其它位置中的電荷無關地調整存儲在每個位置中的電荷量，從而可以在單個單元中存儲第一位B1和第二位B2。對于每個位置，存儲的電荷數量確定了單元該部分的閾電壓值VTH。高閾值VTH對應于編程的狀態，低閾值VTH對應于擦除的狀態。
讀取第一位B1包括施加高和低閾值電壓之間的柵電壓并讀出流過單元的電流，同時將例如0V的電勢施加到第一源/漏區S/D和將1.5V的電勢施加到第二源/漏區S/D。
編程第一位B1包括例如將4.5V的電壓施加到接近第一位B1的第一源/漏S/D，將0V的電壓施加到第二源/漏S/D，和將9V電壓施加到柵G，以使熱電子從單元的溝道隧穿到氮化層NL中。
擦除第一位B1包括通過例如將8V的電壓施加到與第一位B1接近的第一源/漏S/D、浮接其它的源/漏S/D并將負電壓施加到柵G的熱空穴注入。
對于讀取、編程和擦除第二位B2，交換施加到第一和第二源/漏區S/D的電壓。
為了本發明的目的，圖2中示出的符號用于表示具有柵接觸G、兩個源/漏接觸S/D的NROM單元，并表示第一位B1和第二位B2可存儲在單元中。將接近第一位B1的源/漏接觸S/D稱作第一源/漏接觸，而將接近第二位B2的源/漏接觸S/D稱作第二源/漏接觸。相同的參考標記S/D用于第一源/漏接觸和第二源/漏接觸，以表示該單元關于這些接觸對稱。
為了小型化布局面積，通常使用所謂的“虛接地陣列”連接NROM單元，如圖3中所示。沿著行和列設置一組存儲單元MC，并將其連接至字線WL和位線BL。沿著行設置的存儲單元MC的柵接觸G通過字線WL連接。沿著列設置的存儲單元MC的源/漏接觸S/D連接至位線BL，在沿著行相鄰的兩個存儲單元MC之間共用每個位線BL。通過在兩個單元之間共用位線BL來代替每個單元具有兩個位線，可降低存儲器M所需的面積。借助于對應于其中存儲單元MC所在的行和列的字線WL和位線BL可以尋址在陣列M中的存儲單元MC中的每個第一位B1和第二位B2。
當每次改變在標準快閃存儲器中的存儲單元MC的內容時，在還沒有擦除將被編程的存儲單元MC的情況下，進行區段對編程之前的塊擦除或區段擦除。從其中存儲單元共享共同的襯底和源的第一代快閃存儲器即ETOX或浮置柵快閃存儲器，就留下了該方法。結果，無論何時將擦除電壓施加到源和/或襯底，擦除脈沖都并行地施加到共用相同襯底和源端子的所有單元。
雖然提供了兼容性，但是該擦除和編程機理對于現代的快閃存儲器還具有顯著的缺點。由于每次要改變任一存儲單元的內容時進行擦除操作，存儲器的功耗高。而且，即使它們的內容不需要變化，也對所有單元進行擦除和編程周期。這不必要的周期降低了存儲單元的壽命和存儲器整體的可靠性。而且，由于每次將數據寫入到存儲器時至少進行擦除操作，因此降低了數據吞吐量。
發明內容
因此，在一方面，本發明提供了一種在較高的數據吞吐量、降低的功耗和提高的可靠性方面具有改善的存儲性能的非易失性半導體存儲器。
本發明的實施例提供了一種用于將數據寫入到非易失性半導體存儲器中的方法。該半導體存儲器包括多個存儲單元、多條位線和多條字線。每個存儲單元具有柵接觸、第一源/漏接觸和第二源/漏接觸，并提供第一位和第二位的存儲。在第一位和第二位中的每一個中，可存儲編程的或擦除的狀態。可沿著第一方向的行和沿著第二方向的列排置多個存儲單元。在每行中，存儲單元的柵接觸耦合到多條字線的相應同一字線。在每行中，每個存儲單元通過其源/漏接觸中相應的那個耦合至相鄰存儲單元。在每列中，每個存儲單元的源/漏接觸耦合至多條位線的相應同一位線。第一存儲單元和第二存儲單元是沿著行相互相鄰的存儲單元，其中，通過執行步驟a)、b)、c)和d)的組中的一個步驟，將存儲在第二存儲單元的第一位中的初始狀態和相應的第一存儲單元的第二位中的初始狀態改變成最終狀態。如果第一位和第二位的最終狀態與它們各自的初始狀態相符則執行步驟a)，且該步驟包括保持第一位和第二位的初始狀態。如果第一位和第二位都具有擦除的最終狀態而第一位和第二位的初始狀態不是被擦除則執行步驟b)，且該步驟包括擦除第一位和第二位。如果第一位和第二位都不從編程的初始狀態改變為擦除的最終狀態則執行步驟c)，且該步驟包括如果第一位將從擦除的初始狀態改變為編程的最終狀態則編程第一位，和如果第二位被從擦除的初始狀態改變為編程的最終狀態則編程第二位。最后，如果只有第一位或第二位中的一個將從編程的初始狀態改變為擦除的最終狀態則執行步驟d)，且該步驟包括首先擦除第一位和第二位，且然后，如果第一位在最終狀態為編程則編程第一位，或如果第二位在最終狀態為編程則編程第二位。
代替必須擦除存儲單元的整個區段以編程存儲單元，將數據寫入到存儲器中的該方法具有人們可以尋址或將數據寫入到只有兩位那樣小的存儲器的一部分中的優點。而且，如果不需要改變存儲單元的內容，則不需要對該單元進行擦除或編程操作。在不需要擦除操作以達到最終狀態的情況下，可直接編程該單元而不需要首先對其進行擦除操作。而且，只在將被改變的位上進行編程操作，而在現有技術中，如果它們的初始狀態被編程的話，則必需重編程與將改變的位一起擦除的所有位。
優選地，在步驟b)和d)中，關于存儲在半導體存儲器中的所有其它位選擇性地擦除第二存儲單元的第一位和第一存儲單元的第二位。
優選地，在步驟b)和d)中選擇性地擦除第一位和第二位包括將字線電勢施加到連接第一存儲單元的柵接觸和第二存儲單元的柵接觸的字線；將高于字線電勢的第二位線電勢施加到耦合第一存儲單元的第二源/漏接觸和第二存儲單元的第一源/漏接觸的位線；和使連接第一存儲單元的第一源/漏接觸的位線的電勢和連接第二存儲單元的第二源/漏接觸的位線的電勢浮置。
字線電勢通常為負，而第二位線電勢通常為正。
優選地，在步驟b)和d)中擦除第一位和第二位包括如果第一位和第二位為擦除則進行測試，和重復擦除步驟直到第一位和第二位為擦除。以這種方式，可以證實，所述位確實存儲了擦除狀態。
優選地，在步驟c)和d)中分別編程第一位和第二位，包括將字線電勢施加到耦合第一存儲單元的柵接觸和第二存儲單元的柵接觸的字線，將比字線電勢低的第二位線電勢施加到耦合第一存儲單元的第二源/漏接觸和第二存儲單元的第一源/漏接觸的位線；如果第二存儲單元中的第一位將被編程為最終狀態，則將比第二位線電勢低的第三位線電勢施加到耦合第二存儲單元的第二源/漏接觸的位線并使耦合第一存儲單元的第一源/漏接觸的位線的電勢浮置，和如果第一存儲單元的第二位將被編程為最終狀態，則將比第二位線電勢低的第一位線電勢施加到耦合到第一存儲單元的第一源/漏接觸的位線并使耦合第二存儲單元的第二源/漏接觸的位線的電勢浮置。
通常，字線電勢和第二位線電勢是正的，而第一和第三位線電勢為地電勢。
優選地，在步驟c)和d)中分別編程第一位和第二位包括如果所需的編程的最終狀態分別存儲于第一位和第二位中，則在編程之后進行測試，且如果所需的編程的最終狀態沒有分別存儲在第一位和第二位中，則重復編程第一位和第二位中的每一個直到所需的編程的狀態分別存儲在第一位和第二位中。以這種方式，可證實該位確實存儲了編程的狀態。
優選地，在步驟d)中，在擦除第一位和第二位的步驟之前存儲第一位和第二位的初始狀態，且該存儲的值用于將第一位或第二位編程為相應的初始值。以這種方式，當一起擦除兩位時不會丟失初始值。
優選地，在執行步驟a)至d)中的任一個之前確定將被寫入到半導體存儲器中的位數。這可以確定在時間方面擦除單元的整個區段還是選擇性地擦除第一和第二位更有效。
優選地，將存儲單元分成區段，每個區段含有預定數目的存儲單元，其中，將數據寫入到一個區段的存儲單元中包括如果將被寫入到半導體存儲器中的數據的位數超出區段中的存儲單元的預定數的預定部分，則擦除在該區段中的所有存儲單元，并然后編程所需的存儲單元，并省掉了執行步驟a)至d)。該預定部分取決于參數如電流損耗、所需的數據吞吐量和區段大小。
優選地，存儲單元是氮化物可編程只讀存儲單元。這些單元具有每單元能夠存儲兩位同時當設置成虛接地陣列時需要非常少的空間的優點。同時，可以用標準工藝制造這種存儲單元。
進一步提供的是用于將數據寫入到非易失性半導體存儲器中的方法。該半導體存儲器可包括多個存儲單元，每個存儲單元提供用于第一位和第二位的存儲。第一位和第二位中的每一個都能夠存儲編程的或擦除的狀態。多個存儲單元中的第一存儲單元和相應的第二存儲單元通過同一位線和同一字線耦合。通過執行步驟a)、b)、c)和d)的組中的一個步驟來將存儲在第二存儲單元的第一位中的初始狀態和相應的第一存儲單元的第二位中的初始狀態改變成最終狀態。如果第一位和第二位的最終狀態與它們各自的初始狀態相符則執行步驟a)，且該步驟包括保持第一位和第二位的初始狀態。如果第一位和第二位都具有擦除的最終狀態而第一位和第二位的初始狀態不是被擦除，則執行步驟b)，且該步驟包括擦除第一位和第二位。如果第一位和第二位都不從編程的初始狀態改變為擦除的最終狀態則執行步驟c)，且該步驟包括如果第一位將從擦除的初始狀態變為編程的最終狀態則編程第一位，和/或如果第二位將從擦除的初始狀態改變為編程的最終狀態則編程第二位。如果只有第一位和第二位中的一個將從編程的初始狀態改變為擦除的最終狀態，則執行步驟d)，且該步驟包括首先擦除第一位和第二位，和然后，如果第一位在最終狀態為編程則編程第一位，或如果第二位在最終狀態為編程則編程第二位。
使用該方法，存儲單元只在需要時被編程且只在需要時被擦除，由此節約了功率并增加了數據吞吐量，而同時使單元進行更少的循環，這導致提高的可靠性和耐用性。
進一步提供一種非易失性半導體存儲器，其包括被分組成區段且耦合至多條字線和多條位線的多個存儲單元。字線譯碼器和位線譯碼器耦合至尋址單元。每個存儲單元存儲第一位和第二位。字線和位線耦合存儲單元以形成虛接地陣列。控制單元控制尋址單元以在尋址存儲單元的整個區段和尋址第二存儲單元的第一位和第一存儲單元的第二位之間轉換，其中第一存儲單元和第二存儲單元通過同一字線和同一位線耦合。
本發明的這一方面可提供代表將數據寫入到快閃存儲器中的常規方法和在兩個不同的存儲單元中選擇性地尋址兩位的新方法的組合的半導體存儲器。在兩種方法之間轉換的這種能力具有高的相關性，尤其對于其中即使僅需要改變一位或兩位擦除和重編程大的區段的數據快閃存儲器。
優選地，根據將被寫入到存儲器中的數據位數，控制單元在尋址整個區段和尋址第一位和第二位之間轉換。將被寫的位數確定了哪種方法更適合于將數據寫入存儲器。
優選地，根據用于將數據寫入到存儲器中的命令，控制單元在尋址整個區段和尋址第一位和第二位之間轉換。該命令通常包含數據量或數據將被寫入其中的地址面積，并因此提供了確定哪種方法用于將數據寫入存儲器中所需的信息。
優選地，該存儲單元是氮化物可編程只讀存儲單元。
以下將借助于非限制性的實例并參考附圖更詳細地描述本發明，其中圖1示出了穿過NROM單元的截面；圖2示出了NROM單元的電符號；圖3示出了虛接地陣列；
圖4示出了虛接地陣列內部的雙位；圖5示出了雙位的概念；圖6示出了雙位的擦除；圖7示出了雙位中一位的編程；圖8示出了用于編程存儲器的方法流程圖；圖9示出了延伸的擦除步驟的流程圖；圖10示出了延伸的編程步驟的流程圖；圖11示出了具有用于在常規方法和根據本發明的方法之間轉換的控制單元的存儲器；圖12示出了根據常規方法寫入數據所需的操作的表格；和圖13示出了根據本發明的方法寫入數據所需的操作的表格。
可結合附圖使用以下列表的參考符號A地址單元 MC1第一存儲單元AD地址MC2第二存儲單元A1至A7動作NL氮化物(nitrate)層B1第一位 ONO氧化物-氮化物-氧化物層B2第二位 Q0至Q5詢問BL位線R寄存器BL1第一位線 S/D源/漏BL2第二位線 SB半導體襯底BL3第三位線 SC區段BLD位線譯碼器 S0至S5狀態BO底氧化物T0頂氧化物C命令 VWL字線電勢CU控制單元VBL1第一位線電勢DA數據VBL2第二位線電勢DB雙位VBL3第三位線電勢FS最終狀態WL字線G柵 WLD字線譯碼器IS初始狀態X第一方向M存儲陣列 Y第二方向
MC存儲單元具體實施方式
現在參考圖4，圖4示出了虛接地陣列的部分電路。分別沿著第一方向x和第二方向Y將存儲單元MC排置成行和列。設置在行中的存儲單元MC的柵接觸通過字線WL耦合。位線BL耦合設置在列中的存儲單元MC的源/漏接觸S/D。行中的相鄰單元MC共用位線BL。每個存儲單元MC可存儲第一位B1和第二位B2。存儲單元MC的第二位B2和沿X方向的相鄰存儲單元MC的第一位B1形成所謂的“雙位”DB。雙位DB通過共用位線BL和字線WL的存儲單元MC形成。
雙位DB的概念進一步在圖5中示出，圖5示出了兩個相鄰單元，即第一存儲單元MC1和第二存儲單元MC2。第一存儲單元MC1和第二存儲單元MC2的柵接觸G通過字線WL耦合。第一存儲單元MC1的第一源/漏接觸S/D通過位線BL1耦合，而第二存儲單元MC2的第二源/漏接觸S/D通過位線BL3耦合。第一存儲單元MC1的第二源/漏S/D和第二存儲單元MC2的第一源/漏接觸S/D都通過位線BL2耦合。
圓圈用于表示第一位B1和第二位B2。空圓圈表示值“0”，已填滿的圓圈用于值“1”。為了說明的目的，值“0”存儲在第一存儲單元MC1的第二位B2中，值“1”存儲在第二存儲單元MC2的第一位B1中。作為用于存儲在雙位DB中的值的符號，使用“(m，n)”，“m”表示存儲在第一存儲單元MC1的第二位B2中的值，“n”表示存儲在第二存儲單元MC2的第一位B1中的值。該值“1”表示擦除的狀態，而值“0”表示該位的編程的狀態。
為了說明的目的，包括在從初始狀態(0，1)至最終狀態(1，0)編程雙位DB中的步驟在圖5、6和7中示出。從一個狀態向另一個狀態的轉換可由箭頭“→”表示，所以將上述轉換表示成(0，1)→(1，0)。
可單獨編程雙位DB中的各位。然而，它們只能被一起擦除。這是共用字線WL和共用第二位線BL2的結果，這會引起第一存儲單元MC1的第二位B2和第二存儲單元MC2的第一位B1總是被同時擦除。結果，為了達到某一所需最終狀態，必需其中雙位DB具有值(1，1)且其中雙位DB的第一位B1和第二位B2都被擦除的中間步驟。
圖6示出了該中間步驟。第二存儲單元MC2的第一位B1和第一存儲單元MC1的第二位B2示出為已填滿的圓圈，其表示擦除的狀態存儲在兩位中。為了擦除該雙位DB，將負電壓VWL施加到字線WL。同時，將正電壓VBL2施加到第二位線BL2，同時第一位線BL1和第三位線BL3的電勢VBL1和VBL3留在浮置。例如，施加的電壓可選擇為VWL＝-7V和VBL2＝6V。施加電壓的結果是，熱空穴注入到ONO層中，該層中，熱空穴中和了局部存儲的電子，以減少有效電荷。
圖7示出了獲得雙位DB(1，0)所需的編程步驟。編程第二存儲單元MC2的第一位B1，同時保持第一存儲單元MC1的第二位B2處于擦除狀態。可通過將正電壓VWL施加到字線WL來實現第一位B1的該編程，其中存儲單元MC1和MC2的柵接觸G耦合到字線WL。同時，必須將較低的正電壓VBL2施加到第二位線BL2，同時將更低的電壓VBL3施加到第三位線BL3。第一位線BL1的電勢VBL1留為浮置。作為實例，將施加的電壓選擇為VWL＝9V，VBL2＝5V，和VBL3＝0V。如果將編程第一存儲單元MC1的第二位B2，則可交換第一位線BL1和第三位線BL3上的電勢VBL1和VBL3。
圖8示出了用于將數據寫入到存儲器中的根據本發明的方法流程圖。橢圓形S0、S1、…、S5表示狀態，菱形Q0、Q1、…、Q3表示詢問，矩形A0、A1、…、A5表示動作。
第一詢問Q0確定是否將與區段大小相比較大的數據量寫入到存儲器中。如果是肯定的，則動作A0，將使用現有技術狀態公知的方法用于將數據寫入到存儲器中。在完成動作A0之后，到達最終狀態S0。如果僅需要寫入小數目的位，則流程進入到狀態S1，該狀態表示使用雙位間隔尺寸將數據寫入到存儲器中的第一步驟。
接下來，詢問Q1確定在雙位DB中的各位的所需最終狀態是否不同于在雙位DB中的初始狀態。如果該最終和初始狀態相同，則流程在狀態S2退出，而不需要擦除或編程雙位DB中各位中的任一個。答案肯定時的轉換是(0，0)→(0，0)，(0，1)→(0，1)，(1，0)→(1，0)和(1，1)→(1，1)。如果初始狀態與最終狀態不同，則流程進入詢問Q2。
在詢問Q2中，確定是否僅需要編程雙位中一個或多個位。換句話說，由于雙位的任一位都不從編程改變至擦除狀態，因此不需要擦除。如果僅需要編程，則流程進入到動作A1，該動作A1中，編程雙位中所需的一位或兩位。這是轉換(0，1)→(0，0)，(1，0)→(0，0)，(1，1)→(0，0)、(1，1)→(0，1)和(1，1)→(1，0)的情況。在這些情況下，所有的轉換都只是從“1”至“0”，且該流程停止于狀態S3。與圖7一起描述編程所需的步驟。
如果需要擦除雙位DB以達到最后狀態，則繼續進行動作A2。然而，如果僅擦除雙位中的一位，則由于擦除了雙位中的兩位，因此需要雙位中另一位的重編程。為了該目的，在動作A2中，不被擦除的位的地址或狀態存儲于寄存器中。在動作A3中，通過將電勢施加到相應位線和字線來擦除雙位DB，如圖6中所示。
該流程進入詢問Q3，該詢問中確定是否需要雙位中的一位的重編程。由于所有以最終狀態(1，1)結束的轉換，不需要這種編程。這些是轉換(0，0)→(1，1)，(0，1)→(1，1)和(1，0)→(1，1)。對于這些轉換該方法在狀態S4退出。
如果需要重編程位中的一位的話，則流程進入到動作A4，該動作中，恢復不應被擦除的位的地址或狀態。然后，動作A5由雙位DB中在動作A3中不應被擦除的位的重編程或雙位DB中從擦除狀態改變至編程狀態的位的編程構成。編程各個位所需的電勢與圖7一起描述。狀態S5是對于轉換(0，0)→(0，1)、(0，0)→(1，0)、(0，1)→(1，0)和(1，0)→(0，1)的方法的結束，其中已經通過了中間狀態(1，1)。
清楚地是，如果可以取消步驟或以不同的方式或時機實施各步驟，則可以對流程圖進行改變，如，在動作A2中不存儲地址或狀態，和在動作A4中不恢復地址。
圖9示出了動作A1和A5的變形，其中編程了雙位中的兩個位。動作A6是編程動作，而詢問Q4測試是否已經編程了必須被編程的位。如果是的話，則該流程繼續。反之，重復編程該位的步驟直到達到所需的最終值。如果僅測試在最終狀態將被編程的位則是有利的，以節約時間。編程證實操作(program verify operation)通過將最小電壓施加到存儲單元的柵接觸來確定編程的電壓閾值范圍在最小電壓水平之上。如果存儲單元保持非導通的話，則編程操作是成功的。
相似地，圖10示出了擦除動作A3的變形。動作A7擦除雙位DB，且在詢問Q5中，測試將被擦除的位是否真的被擦除了。如果是的話，則流程繼續。如果不是的話，則重復擦除操作。如果只測試在最終狀態將被擦除的位則是有利的，以節約時間。該擦除證實操作通過將最大電壓施加到存儲單元的柵接觸G來確定擦除電壓閾值范圍在最大電壓水平之下。如果所有存儲單元都是接通的，則擦除是成功的。
圖11示出了半導體存儲器的框圖。包括也被公知為段或塊的區段SC的存儲陣列M連接到字線WL和位線BL。位線譯碼器BLD和字線譯碼器WLD用于選擇存儲單元(未示出)用于讀出、擦除和編程操作的。可通過位線譯碼器BLD輸入和輸出數據DA。在地址單元A中譯碼地址AD。根據現有技術，公知與此類似的存儲器。
根據本發明的實施例，將控制單元CU和寄存器R加到地址單元A。控制單元CU接收存儲器編碼命令C和地址AD作為輸入。借助于控制單元CU，可在其中擦除區段SC中的所有存儲單元并然后對其編程的本領域狀態中的常見模式或其中可通過如上所述的雙位間隔編程存儲單元的第二模式之間轉換存儲器編程模式。控制單元CU根據接收的命令C在這兩個模式之間轉換。如果，根據命令C，將編程相對于區段SC的大小為大的數據塊，則選擇由現有技術所公知的操作模式。如果僅有小量的位將被編程，則使用根據本發明實施例的編程方法。
如果命令C沒有指定將被寫入的數據量，則控制單元CU比較將被寫入存儲器M中的數據和已經存儲在存儲器M中的數據。這樣做，控制單元CU確定在每個區段中有多少位將需要被擦除和這些位中有多少位穿過區段。根據這個信息，控制單元CU確定擦除整個區段還是擦除雙位更有效。除了編程和擦除周期的數目之外，效率標準還取決于其它因素如功耗和所需的編程速度。
寄存器R用于存儲數值如在雙位編程模式中將不被擦除的位的地址或初始狀態。
圖12和13示出了使用分別根據現有技術和本發明的方法寫入數據所需的操作的對比。字目“E”用于表示雙位的擦除，字目“P”用于表示位中的一位的編程，“/”用于表示不執行操作。
圖12示出了在現有技術存儲器中初始狀態IS至最終狀態FS的所有16種可能轉換。可看出，在所有16種可能轉換中雙位被擦除。然后單獨地編程各位以達到所希望的最終狀態。由于一列中的所有最終狀態相同，因此每一列中的所有動作相同。假使所有16種可能轉換具有相同的幾率，則平均需要總共16次擦除操作“E”和16次編程操作“P”。
圖13示出了根據本發明實施例所需的操作。當雙位中的一位必須從狀態“0”改變至“1”時，只進行擦除操作“E”。如果初始狀態和最終狀態是相同的，則完全不進行操作。如果不需要擦除，則只編程將被編程的位。如果在僅擦除之后達到了最終狀態，則不再進行編程。擦除之后的重編程僅在尚未達到最終狀態時進行。
與現有技術相比，平均需要僅10次編程操作“P”代替16次，且擦除操作“E”的數目已從16次降低到僅7次。假設擦除和編程次數成比例于將被擦除的雙位的數目和將被編程的位的數目，則功耗將以相同的比例改善。而且，由于執行較少的擦除和編程步驟，因此存儲器將更快速，而同時降低了每個存儲單元進行的周期數目。以這種方式，可提高存儲器的可靠性及由此可增加其壽命。
如果人們考慮到在已知快閃存儲器中每個擦除周期實際上由三個分開的步驟構成的話，則本發明的優點將更加顯而易見。在實際的擦除步驟之前執行的第一步驟中，預編程存儲單元以確保所有存儲單元都具有大致相同的閾值。這樣做是為了降低存儲單元在第二步驟中被過擦除或消耗的可能性，第二步驟中存儲單元被擦除。在第三步驟中，在擦除步驟之后進行該步驟，且被稱作軟編程，用低于正常編程電壓的電壓編程擦除了的存儲單元，以確保存儲單元具有大致相同的閾值。可在三個步驟的每一個中使用本發明，以倍增其優點效果。
對本領域技術人員顯而易見的是，由提出的存儲器和操作這種存儲器的方法可作出各種改進和變化，而不脫離本發明的范圍和精神。考慮到前述內容，意指本發明覆蓋本發明提供的改進和變化，只要它們落入以下權利要求以及其等價物的范圍之內。
權利要求
1.一種用于將數據寫入非易失性半導體存儲器的方法，該半導體存儲器包括同時擦除的第一位和第二位，其中，通過執行步驟a)、b)、c)和d)的組中的一個步驟將存儲在第一位中和第二位中的初始狀態改變為最終狀態，其中該方法包括a)如果第一位和第二位的最終狀態都與它們各自的初始狀態相符，則保持第一位和第二位的初始狀態；b)如果第一位和第二位都具有擦除的最終狀態而第一位或第二位的初始狀態不是擦除，則擦除第一位和第二位；c)如果第一位和第二位都不將從編程的初始狀態改變為擦除的最終狀態，則如果第一位將從擦除的初始狀態改變為編程的最終狀態，編程第一位，和/或如果第二位將從擦除的初始狀態改變為編程的最終狀態，編程第二位；和d)如果第一位和第二位中僅一位將從編程的初始狀態改變為擦除的最終狀態，則首先擦除第一位和第二位，然后如果第一位在最終狀態為編程，編程第一位，或如果第二位在最終狀態為編程，編程第二位。
2.根據權利要求1的方法，其中在步驟b)和d)中，關于存儲在半導體存儲器中的所有其它位選擇性地擦除第一位和第二位。
3.根據權利要求1的方法，其中半導體存儲器包括多個存儲單元多條位線；和多條字線；其中每個存儲單元包括柵接觸、第一源/漏接觸和第二源/漏接觸，并提供用于第一位和第二位的存儲，第一位和第二位每個可處于編程狀態或擦除狀態；以沿著第一方向的行和以沿著第二方向的列排置該多個存儲單元；在每一行中，存儲單元的柵接觸耦合至該多條字線的相應同一字線；在每一行中，每個存儲單元通過其源/漏接觸中相應的一個接觸耦合至相鄰存儲單元；在每一列中，每個存儲單元的源/漏接觸耦合至該多條位線的相應同一位線；第一存儲單元和第二存儲單元是沿著行相互相鄰的存儲單元，以使第一存儲單元的第一源/漏耦合至第二存儲單元的第一源/漏，并以使第一存儲單元的柵接觸通過字線之一耦合至第二存儲單元的柵接觸；并且第一位存儲在第一存儲單元中與第一源/漏相鄰，和第二位存儲在第二存儲單元中與第二源/漏相鄰。
4.根據權利要求3的方法，其中存儲單元包括氮化物可編程只讀存儲單元。
5.根據權利要求3的方法，其中在步驟b)和d)中，相對于存儲在半導體存儲器中的所有其它位選擇性地擦除第一位和第二位。
6.根據權利要求5的方法，其中選擇性地擦除第一位和第二位包括將字線電勢施加到字線，該字線耦合第一存儲單元的柵接觸和第二存儲單元的柵接觸；將高于字線電勢的第二位線電勢施加到位線，該位線耦合第一存儲單元的第一源/漏接觸和第二存儲單元的第一源/漏接觸；和使耦合第一存儲單元的第二源/漏接觸的位線的電勢和連接第二存儲單元的第二源/漏接觸的位線的電勢浮置。
7.根據權利要求6的方法，其中在步驟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)測試第一位和第二位是否為擦除；和iii)如果需要的話，重復步驟i)和ii)，直到第一位和第二位為擦除。
8.根據權利要求3的方法，其中在步驟c)和d)中編程第一位和/或第二位包括將字線電勢施加到字線，該字線耦合第一存儲單元的柵接觸和第二存儲單元的柵接觸；將低于字線電勢的第二位線電勢施加到位線，該位線耦合第一存儲單元的第一源/漏和第二存儲單元的第一源/漏；如果第二位將在最終狀態為編程，則將低于第二位線電勢的第三位線電勢施加到耦合至第二存儲單元的第二源/漏的位線，并使耦合至第一存儲單元的第二源/漏的位線的電勢浮置；和如果第一位將在最終狀態為編程，則將低于第二位線電勢的第一位線電勢施加到耦合至第一存儲單元的第二源/漏接觸的位線，并使耦合至第二存儲單元的第二源/漏的位線的電勢浮置。
9.根據權利要求8的方法，其中編程第一位和/或第二位包括i)編程第一位和/或第二位；ii)在編程之后，測試所需的編程最終狀態是否存儲在第一位和/或第二位中；和iii)如果需要，則重復步驟i)和ii)，直到所需的最終編程狀態存儲在第一位和第二位中。
10.根據權利要求3的方法，其中將存儲單元分組成區段，每個區段含有預定數目的存儲單元，其中將數據寫入到區段的存儲單元中包括如果將被寫入到半導體存儲器中的數據的位數超過區段中預定的存儲單元數目預定部分，則擦除該區段中的所有存儲單元，并然后編程所需的存儲單元；和省略執行步驟a)至d)。
11.根據權利要求1的方法，其中步驟d)還包括在擦除第一位和第二位之前存儲第一位或第二位中至少一個的初始狀態；和將存儲的值用于將第一位或第二位中的一個編程為其各自的初始值。
12.根據權利要求1的方法，還包括在執行步驟a)、b)、c)或d)中的任一個之前確定將被寫入到半導體存儲器中的數據位數。
13.根據權利要求1的方法，其中存儲單元包括氮化物可編程只讀存儲單元。
14.一種用于將數據寫入到非易失性半導體存儲器的方法，其中半導體存儲器包括多個存儲單元，每個存儲單元提供用于第一位和第二位的存儲，第一位和第二位中的每一個能夠存儲編程的或擦除的狀態，其中該多個存儲單元中的第一存儲單元和相應的第二存儲單元通過同一位線和同一字線耦合，其中，通過執行步驟a)、b)、c)、d)和e)的組中的一個步驟，將存儲在第二存儲單元的第一位中和存儲在相應的第一存儲單元的第二位中的初始狀態改變成最終狀態，其中如果將被改變的位數超過預定數目，且如果第一位和第二位的最終狀態與其各自的初始狀態相符，則執行步驟a)，步驟a)包括保持第一位和第二位的初始狀態；如果將被改變的位數超過預定數目，且如果第一位和第二位都具有擦除的最終狀態，且第一位和第二位的初始狀態不是擦除，則執行步驟b)，該步驟包括擦除第一位和第二位；如果將被改變的位數超過預定數目，且如果第一位和第二位都不將從編程的初始狀態改變為擦除的最終狀態，則執行步驟c)，該步驟包括如果第一位將從擦除的初始狀態改變為編程的最終狀態，則編程第一位，和如果第二位將被從擦除的初始狀態改變為編程的最終狀態，則編程第二位；如果將被改變的位數超過預定數目，且如果第一位和第二位中只有一個將從編程的初始狀態改變為擦除的最終狀態，則執行步驟d)，該步驟包括首先擦除第一位和第二位，然后如果第一位在最終狀態為編程則編程第一位，或如果第二位在最終狀態為編程則編程第二位；和如果將被改變的位數沒有超過預定數目，則執行步驟e)，該步驟包括擦除在區段中的所有存儲單元和然后編程所需的存儲單元。
15.根據權利要求14的方法，其中在步驟b)和d)中，關于存儲在半導體存儲器中的所有其它位選擇性地擦除第一位和第二位。
16.根據權利要求14的方法，其中存儲單元包括氮化物可編程只讀存儲單元。
17.一種非易失性半導體存儲器，包括多條字線；多條位線；多個存儲單元，被分成區段并耦合到該多條字線和該多條位線，以形成虛接地陣列，其中每個存儲單元都存儲第一位和第二位；地址單元；耦合到地址單元的字線譯碼器；耦合到地址單元的位線譯碼器；控制單元，耦合到地址單元，該控制單元使地址單元在尋址存儲單元的整個區段和尋址第二存儲單元的第一位和第一存儲單元的第二位之間轉換，其中第一存儲單元和第二存儲單元通過同一字線和同一位線耦合。
18.根據權利要求17的半導體存儲器，其中控制單元根據將被寫入到存儲器中的數據位數，使地址單元在尋址整個區段與尋址第一位和第二位之間轉換。
19.根據權利要求17的半導體存儲器，其中控制單元根據用于將數據寫入到存儲器中的命令，使地址單元在尋址整個區段與尋址第一位和第二位之間轉換。
20.根據權利要求17的半導體存儲器，其中存儲單元包括氮化物可編程只讀存儲單元。
全文摘要
將數據寫入非易失性半導體存儲器的方法。如果第一位和第二位的最終態與其各自初始態相符，執行第一步，包括保持第一位和第二位的初始態。如果第一和第二位具有擦除的最終態且第一和第二位的初始態不是擦除，執行第二步，包括擦除第一和第二位。如果第一和第二位都不將從編程的初始態改變為擦除的最終態，執行第三步，包括如果第一位將從擦除的初始態變為編程的最終態則編程第一位，和/或如果第二位將從擦除的初始態變為編程的最終態則編程第二位。如果第一和第二位只有一個將從編程的初始態變為擦除的最終態，執行第四步，包括首先擦除第一和第二位，然后如果第一位在最終態為編程則編程第一位，或如果第二位在最終態為編程則編程第二位。
文檔編號G11C11/56GK1862705SQ20061007984
公開日2006年11月15日 申請日期2006年5月11日 優先權日2005年5月11日
發明者F·M·布拉尼, L·德安布羅吉 申請人:英飛凌科技弗拉斯有限責任兩合公司