[发明专利]用于多阶单元存储阵列的动态编程与读取调整

说明书

技术领域

本发明涉及基于多阶单元(multi-level cell，MLC)的一种存储元件，更确切地说，本发明涉及一种用以编程与读取基于MLC的存储元件的技术。

背景技术

公知闪速存储单元在浮栅上储存电荷，该已储存的电荷改变存储单元的临界电压(Vth)。在一读取操作中，施加读取电压至存储单元的栅极，流过单元的电压指示该存储单元的编程状态，举例来说，在一读取操作期间流过一第一电流值的存储单元可设定为“1”的数位值，在一读取操作期间流过一第二电流值的存储单元可设定为“0”的数位值。自该浮栅加入或移除电荷，可以编程或擦除该存储单元，亦即将该已储存值自1改变至0。通过将该电荷保留于该浮栅直到擦除该存储单元为止，可以不必持续施加电能而保留该数据状态。

图1A示出了用于公知存储阵列的存储单元分布与临界电压Vth的关系，在低Vt状态的存储单元具有在一第一范围102内的临界电压，并且在高Vt状态的存储单元具有在一第二范围100内的临界电压。通过量测单元的临界是否低于该范围的最大临界，可判断一单元位于一低临界范围中，其中可定义该最大临界为擦除验证EV阶。通过量测单元的临界是否高于该范围的最低临界，可判断一单元位于一高临界范围中，其中可定义该最小临界为编程验证PV阶。实际上，该擦除验证电压可能稍高于该范围的最大值，且该编程验证电压可稍低于该范围的最小值，在公知的单阶单元(Single-level cell，SLC)存储器中，用以分辨在范围102中的低Vt单元与在范围100中的高Vt单元的读取窗WL为介于一编程验证PV阶与一消除验证EV阶之间的差值。显示为虚线的此非编程、非擦除的SLCs VtINIT的分布可不同于编程或擦除分布。

MLCs已发展为可通过在浮栅上提供选择不同数量的电荷来指示(或储存)多重数据值。MLC相较于SLC增加了可储存在IC的相同区域的数据数量，即存储密度。基本上，少量的负电荷些微地增加MLC的Vth，且更多的负电荷进一步增加Vth。使用一读取操作可以决定该存储单元已充电(或编程)至何种状态。

图1B示出了用于一MLC存储阵列的存储单元分布与Vth的关系。该MLC具有四个阶级，L0为该擦除情况，且编程阶级L1、L2与L3分别为增加储存在此MLCs的电荷捕捉结构的负电荷的增加数量，即已转换为对每一接序的编程阶级增加Vth的MLCs的电荷捕捉结构的值。阶级之间的该读取窗WLO-1、WL1-2、WL2-3依据每一编程阶级的Vth分布。在该MLC应用中，关于该四个阶的每一阶的该数据值为设计选择，也就是说，L0到阶L3阶级可映对至(11，01，10，00)、(11，01，00，10)、(11，10，00，01)或其它。当然，为改善位错误数目，通常优选地形成类似“在读取转换一阶时仅一位错误”的(11，01，00，10)的映对。

通常在读取包含MLCs的存储阵列时利用众所周知的方式，先施加一读取电压(Vt)至选定字线中，且在由字线启动的一组MLCs中的这些位线上的一电压或电流与一参考值相比较。该参考值通常使用具有介于第一编程阶的最大Vth与第二编程阶的最小Vth间的选定的临界电压的参考单元而产生。举例来说，参考单元提供一参考电流(IREF)至比较来自MLC(IMLC)的电流与来自该参考单元的电流的一感测放大器。假使IMLC高于IREF，则该感测放大器提供第一输出，且假使IMLC低于IREF，该感测放大器提供一第二输出。

一典型的读取操作为以页为主的(page-based)，举例来说，一个二十亿位(gaga-bit，“Gb”)存储元件(或在IC中的存储阵列)可配置于128,000个两个千位组(kilobyte，KB)页中。整页可能包括太多的MLCs而因为元件的电流限制而无法同时地编程。因此，可将一页次分(subdivide)为区块来加以用于编程、擦除与读取。一区块对页的一部份进行编程与其它操作较为便利。举例来说，可次分一个2KB页为16个区块，每一区块具有128位组。