[发明专利]非易失性存储系统及其相应的编程方法

说明书

技术领域

本发明的实施例通常涉及非易失性半导体存储系统。更具体地，本发明的实施例涉及包括多级非易失性存储单元的非易失性半导体存储系统和编程该多级非易失性存储单元的方法。

背景技术

非易失性存储系统普遍用于广泛的消费和工业电子应用中。这些应用的普通例子包括蜂窝电话、个人数字助理(PDAs)、MP3播放器、数字相机、便携磁盘驱动器、便携媒体播放器(PMPs)，和例如用于个人计算机中的基本输入/输出系统(BIOS)的辅助存储器等。

由于非易失性存储系统的广泛应用，具有更高数据存储容量和更高总体性能的非易失性存储系统的需求持续增加。因而，研究者不断的努力寻求非易失性存储系统中每存储芯片单位面积存储更多数据的新方法。

使用多级非易失性存储单元是被接受的一种用于在非易失性存储系统中增加每单位存储芯片面积存储数据量的技术。一个多级非易失性存储单元可以储存多于一位的数据。因而，多级非易失性存储单元也经常互换的被称为多位非易失性存储单元。

多级非易失性存储单元的一个典型例子是多级闪存单元。一般地，闪存单元依靠不同的阈值电压分布来存储数据。也就是说，当在闪存单元中编程一个不同的数据值时，闪存单元的阈值电压从在一种阈值电压分布中变化到在另一种阈值电压分布中。

例如，图1显示了在一单级闪存单元中用于存储数据的两种不同的阈值电压分布。在图1的例子中，当单级闪存单元具有的阈值电压在标有“1”的阈值电压分布中时，该单级闪存单元存储逻辑“1”。相反，当单级闪存单元具有的阈值电压在标有“0”的阈值电压分布中时，该单级闪存单元存储逻辑“0”。因此，储存在单级闪存单元中的单一位的逻辑状态可通过施加在单级闪存单元的控制栅极上的读取电压Vread来确定并判定得到该单级闪存单元的阈值电压是高于还是低于读取电压Vread。

类似的，图2显示了在多级闪存单元中用于存储数据的四种不同的阈值电压分布。特别的，图2的多级闪存单元可以储存两位数据，如四种阈值电压分布上的标记所表示的。也就是说，当图2的多级闪存单元具有的阈值电压在标有“11”的阈值电压分布中时，该多级闪存单元存储逻辑“11”(即，最高有效位(MSB)“1”和最低有效位(LSB)“1”)，当多级闪存单元具有的阈值电压在标有“10”的阈值电压分布中时，该多级闪存单元存储逻辑“10”，当多级闪存单元具有的阈值电压在标有“01”的阈值电压分布中时，该多级闪存单元存储逻辑“01”，和当多级闪存单元具有的阈值电压在标有“00”的阈值电压分布中时，该多级闪存单元存储逻辑“00”。

图3示出了一个示例的包括具有多级闪存单元的闪存的非易失性存储系统。

如图3所示，一个示例的非易失性存储系统100包括一主机110，一存储控制器120，和一闪存130。其中，存储控制器120包括缓冲存储器121并且闪存130包括存储单元阵列131和页缓冲器132。

在存储控制器120中，缓冲存储器121临时存储在编程操作中将被编程入闪存130中的数据。缓冲存储器121还临时储存在读操作中从闪存130中读出的数据。缓冲存储器121在存储控制器120的控制下工作，它在编程操作中将数据从主机110转移到闪存130中，在读操作中将数据从闪存130转移到主机110中。

在闪存130中，存储单元阵列131储存编程后的数据。页缓冲器132临时储存在编程操作中将要编程入存储单元阵列131中的数据和在读操作中从存储单元阵列131中读出的数据。存储单元阵列131包括多个以行、列设置的多位非易失性存储单元。例如，单元阵列131可以包括一具有配置成多条NAND串的NAND闪存单元的NAND闪存阵列。典型的，存储单元阵列131的列与相应的位线连接而且行与相应的字线连接。

与存储单元阵列131中的同一字线连接的多位非易失性存储单元的每行对应于数据存储的一页或多页。典型而虽非必要地，编程和读取操作在存储单元阵列131上一次进行一页。例如，将被编程入存储单元阵列131的页数据首先转移到页缓冲器132。然后，基于存储在页缓冲器132中的页数据向相应于将在存储单元阵列131中编程的行存储单元的字线和位线施加合适的电压。