一種閃存的擦除方法與流程

本發明涉及半導體技術領域，具體涉及一種閃存的擦除方法。

背景技術：

在多種非易失性存儲器中，快閃存儲器(Flash Memory)，也被稱為閃存，由于其具有高速、高密度、斷電后仍然能夠保持數據等特點，在各種電子設備中獲得了廣泛使用。

在閃存的使用中，經常需要對存儲單元上的信息進行擦除，所述擦除操作為在控制柵極施加擦除電壓以從浮柵移除電子。

在現有技術中，為了保證擦除操作的成功率，通常采用逐次增大的擦除電壓進行重復擦除。具體而言，每次擦除操作完成之后，將檢驗擦除狀態以確認是否擦除成功，如果擦除不成功，則調節施加到控制柵極上的擦除電壓，采用逐次增大的擦除電壓進行重復擦除操作，直至擦除成功。

但是，與擦除操作的步驟和檢驗擦除狀態的步驟消耗的時間相比，調節擦除電壓的步驟耗時非常長(相差2至3個數量級)，采用逐次增大的擦除電壓會延長擦除操作的耗時。

技術實現要素：

本發明解決的技術問題是提供一種閃存的擦除方法，可以在獲得相近的擦除操作成功率的基礎上，減少擦除操作的耗時。

為解決上述技術問題，本發明實施例提供一種閃存的擦除方法，包括以下步驟：設置擦除電壓為第一預設擦除電壓，并且采用所述第一預設擦除電壓對所述閃存的存儲單元進行擦除操作；在每次完成所述擦除操作后，檢驗所述存儲單元的擦除結果，如果所述擦除結果為擦除失敗，則重復采用所述第一預設擦除電壓對所述閃存的存儲單元進行擦除操作；如果擦除失敗的次數達到第一預設次數，則調節所述擦除電壓至第二預設擦除電壓，所述第二預設擦除電壓高于所述第一預設擦除電壓，所述第一預設次數大于等于2；采用所述第二預設擦除電壓對所述存儲單元進行一次或多次高壓擦除。

可選的，所述設置擦除電壓為第一預設擦除電壓，并且采用所述第一預設擦除電壓對存儲單元進行擦除操作包括：采用所述存儲單元的內置修調電路將所述擦除電壓調節為所述第一預設擦除電壓，并且向所述存儲單元的控制柵極施加所述第一預設擦除電壓以完成擦除操作。

可選的，所述檢驗所述存儲單元的擦除狀態包括：向所述存儲單元的漏極施加讀取電壓，并測量所述存儲單元從源極至漏極的電流值；如果所述電流值大于預設電流閾值，則所述存儲單元的擦除狀態為擦除成功；如果所述電流值小于預設電流閾值，則所述存儲單元的擦除狀態為擦除失敗。

可選的，調節所述擦除電壓至第二預設擦除電壓包括：采用所述存儲單元的內置修調電路將所述擦除電壓調節至第二預設擦除電壓。

可選的，采用所述第二預設擦除電壓對所述存儲單元進行一次或多次高壓擦除包括：采用所述第二預設擦除電壓對所述存儲單元進行一次或多次高壓擦除時，擦除時長等于標準擦除時長，所述標準擦除時長為采用所述第一預設擦除電壓進行擦除操作時的擦除時長。

可選的，采用所述第二預設擦除電壓對所述存儲單元進行一次或多次高壓擦除包括：采用所述第二預設擦除電壓對所述存儲單元進行一次或多次高壓擦除時，擦除時長大于標準擦除時長，所述標準擦除時長為采用所述第一預設擦除電壓進行擦除操作時的擦除時長。

可選的，所述閃存的擦除方法還包括：在每次高壓擦除操作完成后，檢驗所述存儲單元的高壓擦除狀態；如果高壓擦除失敗的次數達到第二預設次數，則停止擦除。

可選的，后一次的高壓擦除的擦除時長大于等于前一次高壓擦除的擦除時長。

與現有技術相比，本發明實施例的技術方案具有以下有益效果：

本發明實施例提供一種閃存的擦除方法，包括以下步驟：設置擦除電壓為第一預設擦除電壓，并且采用所述第一預設擦除電壓對所述閃存的存儲單元進行擦除操作；在每次完成所述擦除操作后，檢驗所述存儲單元的擦除結果，如果所述擦除結果為擦除失敗，則重復采用所述第一預設擦除電壓對所述閃存的存儲單元進行擦除操作；如果擦除失敗的次數達到第一預設次數，則調節所述擦除電壓至第二預設擦除電壓，所述第二預設擦除電壓高于所述第一預設擦除電壓，所述第一預設次數大于等于2；采用所述第二預設擦除電壓對所述存儲單元進行一次或多次高壓擦除。在本發明實施例中，采用相同的擦除電壓對閃存的存儲單元進行擦除操作，在擦除失敗多次時，才對擦除電壓進行調節，與現有技術相比，可以減少調節擦除電壓的次數，從而減少擦除操作的耗時，并且通過高壓擦除獲得與逐次增大擦除電壓的方法相近的擦除成功率。

進一步，當對閃存的存儲單元進行高壓擦除時，可以采用標準擦除時長作為高壓擦除時長，還可以采用大于標準擦除時長的擦除時長作為高壓擦除時長，還可以采用后一次的高壓擦除的擦除時長大于等于前一次高壓擦除的擦除時長，從而通過采用不同的高壓擦除時間獲得不同程度的擦除操作成功率；更進一步地，當延長高壓擦除的擦除時間時，由于延長的擦除時間遠短于調節擦除電壓的耗時，本發明實施例可以通過更短的耗時獲得與逐次增大擦除電壓的方法相近的擦除效果。

附圖說明

圖1是本發明實施例中的一種閃存的擦除方法的流程圖；

圖2是本發明實施例中一種閃存在擦除過程中的剖面結構示意圖；

圖3是本發明實施例中一種閃存在讀取過程中的剖面結構示意圖；

圖4是本發明實施例中的另一種閃存的擦除方法的流程圖。

具體實施方式

如前所述，在現有技術中，對閃存的存儲單元上的信息進行擦除時，為了保證擦除操作的成功率，通常采用逐次增大的擦除電壓進行重復擦除。但是，與擦除操作的步驟和檢驗擦除狀態的步驟消耗的時間相比，調節擦除電壓的步驟耗時非常長(相差2至3個數量級)，采用逐次增大的擦除電壓會延長擦除操作的耗時。

具體而言，閃存以塊為單位進行擦除操作，對每個扇區存儲單元進行擦除需要4ms左右，計算至每個存儲單元，則擦除耗時更少。進一步地，對每個存儲單元檢驗擦除狀態僅需要200ns左右，但是調節一次擦除電壓通常需要2s左右，在時間單位的數量級上存在明顯差別。

本發明的發明人經過研究發現，問題的關鍵在于提高擦除操作的成功率的方法不僅僅是增大擦除電壓，采用相同的擦除電壓對閃存的存儲單元進行多次擦除操作也可以提高擦除操作的成功率，而與調節擦除電壓的耗時相比，在保持擦除電壓不變的情況下進行多次擦除操作，耗時明顯減少。

本發明實施例提供一種閃存的擦除方法，包括以下步驟：設置擦除電壓為第一預設擦除電壓，并且采用所述第一預設擦除電壓對所述閃存的存儲單元進行擦除操作；在每次完成所述擦除操作后，檢驗所述存儲單元的擦除結果，如果所述擦除結果為擦除失敗，則重復采用所述第一預設擦除電壓對所述閃存的存儲單元進行擦除操作；如果擦除失敗的次數達到第一預設次數，則調節所述擦除電壓至第二預設擦除電壓，所述第二預設擦除電壓高于所述第一預設擦除電壓，所述第一預設次數大于等于2；采用所述第二預設擦除電壓對所述存儲單元進行一次或多次高壓擦除。在本發明實施例中，采用相同的擦除電壓對閃存的存儲單元進行擦除操作，如果擦除失敗多次，才對擦除電壓進行調節，與現有技術相比，可以減少調節擦除電壓的次數，從而減少擦除操作的耗時，并且通過高壓擦除獲得與逐次增大擦除電壓的方法相近的擦除成功率。

為使本發明的上述目的、特征和有益效果能夠更為明顯易懂，下面結合附圖對本發明的具體實施例做詳細的說明。

參照圖1，圖1是本發明實施例中的一種閃存的擦除方法的流程圖。所述閃存的擦除方法可以包括步驟S11至步驟S14：

步驟S11：設置擦除電壓為第一預設擦除電壓，并且采用所述第一預設擦除電壓對所述閃存的存儲單元進行擦除操作。

步驟S12：在每次完成所述擦除操作后，檢驗所述存儲單元的擦除結果，如果所述擦除結果為擦除失敗，則重復采用所述第一預設擦除電壓對所述閃存的存儲單元進行擦除操作。

步驟S13：如果擦除失敗的次數達到第一預設次數，則調節所述擦除電壓至第二預設擦除電壓，所述第二預設擦除電壓高于所述第一預設擦除電壓，所述第一預設次數大于等于2。

步驟S14：采用所述第二預設擦除電壓對所述存儲單元進行一次或多次高壓擦除。

在步驟S11的具體實施中，通常采用所述存儲單元的內置修調電路將所述擦除電壓調節為所述第一預設擦除電壓。

具體地，通常采用金屬熔絲或多晶硅熔絲或齊納二極管構成所述修調電路，以根據實際需要調節輸出電壓。

進一步地，向所述存儲單元的控制柵極施加所述第一預設擦除電壓以完成擦除操作。

參照圖2，圖2是本發明實施例中一種閃存在擦除過程中的剖面結構示意圖。

閃存的存儲單元可以視為一個金屬氧化物半導體場效晶體管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)，可以包括控制柵極(Control Gate，CG)211、浮柵(Floating Gate，FG)212、氧化層(Tunnel OX)220、源極(Source)231、漏極(Drain)230和半導體襯底(Substrate)232。其中，控制柵極211為存儲單元的字線(Word Line，WL)241，漏極230連接至存儲單元的位線(Bit Line，BL)242。

以一種或非閃存(NOR Flash)的存儲單元的擦除過程為例，電子電荷的運動方向如箭頭方向。具體而言，對所述存儲單元進行擦除操作時，可以控制漏極230、源極231和半導體襯底232接地，在控制柵極211上施加正電壓，以作為擦除電壓。基于所述擦除電壓，可以在控制柵極211和浮柵212之間生成較強的電場，特別是在浮柵212的尖端處，由于尖端效應而使所述電場強度更強，產生隧穿(Fowler-Nordheim Tunneling)電流，使電子電荷沿圖2示出的箭頭方向從浮柵212運動至控制柵極211，從而使浮柵212變成正電位，實現對所述存儲單元的擦除。

可以理解的是，加至所述控制柵極211上的擦除電壓不能過低，否則在控制柵極211和浮柵212之間產生的電場過弱，無法促使足夠的電子電荷運動至控制柵極211，達到擦除成功的目的；加至所述控制柵極211上的擦除電壓不能過高，否則容易導致閃存及其存儲單元產生損傷。作為一個非限制性的例子，加至所述控制柵極211上的電壓可以為11V～13V，優選為11.8V～12.4V。

其中，所述半導體襯底232可以是P型阱，以形成NMOS管，也可以是N型阱，以形成PMOS管。

通過上述對擦除過程的分析可知，提高擦除操作的成功率的方法不僅僅是增大擦除電壓，采用相同的擦除電壓對所述存儲單元進行多次擦除操作也可以通過多次產生的隧穿電流，使更多的電子電荷從浮柵212運動至控制柵極211，從而提高擦除操作的成功率。與調節擦除電壓的耗時相比，在保持擦除電壓不變的情況下進行多次擦除操作，耗時明顯減少。

進一步地，通過上述對擦除過程的分析可知，延長擦除操作的時間也可以使更多的電子電荷從浮柵212運動至控制柵極211，提高擦除操作的成功率，作為非限制性的例子，延長擦除操作的時間可以以毫秒(ms)為單位進行延長，例如從1ms的擦除時間延長至2ms或3ms，與調節擦除電壓的耗時相比，可以通過較短的耗時獲得相近的擦除效果。

繼續參照圖1，在步驟S12的具體實施中，在每次完成所述擦除操作后，檢驗所述存儲單元的擦除結果。

具體地，可以通過向所述存儲單元的漏極施加讀取電壓，并測量所述存儲單元從源極至漏極的電流值，以檢驗所述存儲單元的擦除結果。

圖3是本發明實施例中一種閃存在讀取過程中的剖面結構示意圖，在讀取過程中，讀取電流的運動方向如箭頭方向。

如圖3所示，所述閃存的存儲單元可以包括控制柵極311、浮柵312、氧化層320、源極331、漏極330和半導體襯底332。其中，控制柵極311為存儲單元的字線341，漏極330連接至存儲單元的位線342。

進一步地，以一種NOR Flash的存儲單元的讀取過程為例，對閃存的存儲單元進行讀取操作時，可以控制源極331和半導體襯底332接地，在控制柵極311施加正電壓，在漏極330施加正電壓，作為讀取電壓。基于所述讀取電壓，可以在漏極330和源極331之間產生如圖2示出的箭頭方向的電流，進而基于所述讀取電流的大小，判斷擦除狀態為擦除成功或擦除失敗。

具體而言，如果讀取電流較大，例如大于預設電流閾值，則可以判斷為擦除成功；如果讀取電流較小，例如小于預設電流閾值，則可以判斷為擦除失敗。這是因為，當浮柵312中無電子電荷時，則對控制柵極311施加較低的正電壓，就能使襯底332中氧化層320界面處感應出大量電子，以形成導電溝道，使得在同樣讀取電壓下測得的讀取電流較大；當浮柵312中有電子電荷時，由于電子電荷與控制柵極311上的正電壓有抵消作用，導致襯底332中氧化層320界面處感應出的電子較少，無法形成導電溝道，使得在同樣讀取電壓下測得的讀取電流較小。

在具體實施中，可以將讀取電流大于預設電流閾值的情況，判斷為讀1，將讀取電流小于預設電流閾值的情況，判斷為讀0。

可以理解的是，加至所述控制柵極311上的電壓不能過低，否則無法使襯底332中氧化層320界面處感應出電子，達到讀取較大電流值的目的；加至所述控制柵極311上的電壓不能過高，否則即使浮柵312中有電子電荷，也將使襯底332中氧化層320界面處感應出大量電子，導致無法正確判斷讀取電流的大小。作為一個非限制性的例子，加至所述控制柵極311上的電壓可以為電源電壓(Vdd)，例如2V～3V，優選為2.6V～2.7V。

在漏極330施加的讀取電壓不能過低，否則無法生成可以測得的讀取電流；在漏極330施加的讀取電壓不能過高，否則無論浮柵312中有無電子電荷，都將因讀取電流過大而影響判斷。作為一個非限制性的例子，在漏極330施加的讀取電壓可以為0.5V～2V，優選為1V。

繼續參照圖1，在步驟S12的具體實施中，如果所述擦除結果為擦除失敗，則重復采用所述第一預設擦除電壓對所述閃存的存儲單元進行擦除操作。

在步驟S13的具體實施中，如果擦除失敗的次數達到第一預設次數，則調節所述擦除電壓至第二預設擦除電壓，所述第二預設擦除電壓高于所述第一預設擦除電壓，所述第一預設次數大于等于2。

具體地，可以采用所述存儲單元的內置修調電路將所述擦除電壓調節至第二預設擦除電壓。例如采用金屬熔絲或多晶硅熔絲或齊納二極管構成所述修調電路，以根據實際需要調節輸出電壓。

當擦除失敗多次時，本發明實施例將對擦除電壓進行調節，

可以理解的是，擦除失敗的次數不能設置的過少，否則會由于嘗試次數過少而導致過多閃存的存儲單元被無效，擦除失敗的次數不能設置的過多，否則會占用過多擦除操作的時間。作為一個非限制性的例子，所述擦除失敗的次數可以設置為5次。

第二預設擦除電壓不能設置的過高，否則容易導致閃存及其存儲單元產生損傷，第二預設擦除電壓不能設置的過低，否則在采用第一預設擦除電壓擦除失敗的情況下，采用較低的第二預設電壓仍然容易發生擦除失敗。作為一個非限制性的例子，所述第二預設擦除電壓可以設置為比第一預設擦除電壓高0.6V。

在步驟S14的具體實施中，采用所述第二預設擦除電壓對所述存儲單元進行一次或多次高壓擦除。

具體地，采用所述第二預設擦除電壓對所述存儲單元進行一次或多次高壓擦除時，擦除時長等于標準擦除時長，所述標準擦除時長為采用所述第一預設擦除電壓進行擦除操作時的擦除時長。

其中，擦除時長可以以毫秒為單位，例如采用所述第一預設擦除電壓進行擦除操作時的擦除時長可以設置為1ms、2ms或更長，則可以設置采用所述第二預設擦除電壓進行擦除操作時的擦除時長與其相同。

進一步地，采用所述第二預設擦除電壓對所述存儲單元進行一次或多次高壓擦除時，擦除時長大于標準擦除時長，所述標準擦除時長為采用所述第一預設擦除電壓進行擦除操作時的擦除時長

其中，擦除時長可以以毫秒為單位，例如采用所述第一預設擦除電壓進行擦除操作時的擦除時長可以設置為1ms，則可以設置采用所述第二預設擦除電壓進行擦除操作時的擦除時長大于1ms，例如設置為2ms或更長時間。

在本發明實施例中，采用相同的擦除電壓對閃存的存儲單元進行擦除操作，如果擦除失敗多次，才對擦除電壓進行調節，與現有技術相比，可以減少調節擦除電壓的次數，從而減少擦除操作的耗時，并且通過高壓擦除獲得與逐次增大擦除電壓的方法相近的擦除成功率。

參照圖4，圖4是本發明實施例中的另一種閃存的擦除方法的流程圖。所述另一種閃存的擦除方法可以包括步驟S401至S410。

步驟S401：采用第一預設擦除電壓對所述閃存的存儲單元進行擦除操作。

步驟S402：檢驗所述存儲單元的擦除結果。

步驟S403：判斷是否擦除結果為擦除成功。當判斷結果為是時，可以結束擦除；反之，執行步驟S404。

步驟S404：判斷是否擦除失敗的次數達到第一預設次數。當判斷結果為是時，可以執行步驟S405；反之，則返回執行步驟S401。

步驟S405：調節所述擦除電壓至第二預設擦除電壓。

有關步驟S401至步驟S405的其它描述，請參照圖1中的步驟S11至步驟S13的描述進行執行，此處不再贅述。

步驟S406：采用第二預設擦除電壓對存儲單元進行高壓擦除。

在具體實施中，可以在每次完成所述高壓擦除操作后，檢驗所述存儲單元的擦除結果，如果所述擦除結果為擦除失敗，則重復采用所述第二預設擦除電壓對所述閃存的存儲單元進行高壓擦除操作。

進一步地，在重復采用所述第二預設擦除電壓對所述閃存的存儲單元進行高壓擦除操作的過程中，后一次的高壓擦除的擦除時長可以大于或者等于前一次高壓擦除的擦除時長。當后一次的高壓擦除的擦除時長大于前一次高壓擦除的擦除時長時，可以通過延長擦除操作的時間使更多的電子電荷從浮柵運動至控制柵極，提高擦除操作的成功率。

步驟S407：檢驗所述存儲單元的高壓擦除狀態。

步驟S408：判斷是否高壓擦除結果為擦除成功。當判斷結果為是時，可以結束擦除；反之，執行步驟S409。

有關步驟S407至步驟S408的減壓存儲單元的高壓擦除狀態的其它描述，請參照圖1示出的檢驗存儲單元的擦除狀態的方法描述進行執行，此處不再贅述。

步驟S409：判斷是否高壓擦除失敗的次數達到第二預設次數。當判斷結果為是時，可以執行步驟S410；反之，則返回執行步驟S406。

步驟S410：停止擦除。

當高壓擦除失敗的次數達到第二預設次數時，可以停止擦除，以避免消耗過多資源。

可以理解的是，高壓擦除失敗的次數不能設置的過少，否則會由于嘗試次數過少而導致過多閃存的存儲單元被無效，高壓擦除失敗的次數不能設置的過多，否則會占用過多高壓擦除操作的時間。作為一個非限制性的例子，所述高壓擦除失敗的次數可以設置為1次或2次。

雖然本發明披露如上，但本發明并非限定于此。任何本領域技術人員，在不脫離本發明的精神和范圍內，均可作各種更動與修改，因此本發明的保護范圍應當以權利要求所限定的范圍為準。