[发明专利]具有监视存储器单元的非易失性存储器设备及其驱动方法

说明书

对相关申请的交叉引用

本申请要求享有在2007年2月13日提交的申请序列号为10-2007-0015085的 韩国专利申请的权益，该韩国专利申请的主题在此全部引入作为参考。

技术领域

本发明涉及非易失性存储器设备和驱动该设备的方法。更具体地，本发明涉及 非易失性存储器设备，该设备响应存储器单元阈值电压分布的变化而改变读取电压 的电平，以及驱动非易失性存储器单设备的相关方法。

背景技术

伴随着移动消费电子产品和各种相关应用程序的发展，对闪存的需求不断增加， 闪存是一种常见的非易失性存储器。闪存是电可擦除和可编程的非易失性存储器设 备，其在电源被中断时也可以保留所存储的数据。可以使用比将同样数量的数据存 储到其他常规存储介质中更少的能量将给定数量的数据存储到闪存中，常规存储介 质例如是磁盘存储器(即硬盘驱动器或HDD)。闪存对已存储数据的访问也比基于HHD 的存储器系统更快。

可以根据组成存储器单元和位线之间的逻辑连接关系将常规闪存分为NOR类型 和NAND类型。通过将至少两个单元晶体管并联到每条位线而组成NOR闪存，并且使 用沟道热电子方法存储数据以及使用福勒-诺德海姆(F-N)隧道方法擦除数据。通 过将至少两个单元晶体管串联到每条位线来构成NAND闪存，并且使用F-N隧道方法 存储和擦除数据。通常，NOR闪存支持高密度集成的能力稍差并且消耗较多的电流， 但也提供了相对较高的工作速度。另一方面，NAND闪存可以被高密度集成并且比NOR 闪存消耗相对更少的单元电流。

提出了各种多电平单元(MLC)体系结构和相关操作方法来增加闪存的整体数据 存储容量。MLC的使用允许根据预定阈值电压对单个存储器单元进行编程，这样存储 器单元可以存储至少两位数据。相反地，使用了单电平存储单元(SLC)的闪存，每 个存储单元仅存储一位。

图1A是示出用于SLC的示例性阈值电压分布的图表。由于SLC只存储一位数据， 因此限定的阈值电压只需要指示两种数据状态[0]和[1]。为了读取由SLC类型闪存 的存储器单元存储的数据值，可以向与存储器单元关联的字线提供单独的读取电压。 读取电压具有一数值，该数值在两个阈值电压分布之间的某处，并且足以用于区分 所存储的数据值。

图1B是示出用于MLC的示例性阈值电压分布的图表。更具体地，图1B示出了 在单独存储器单元中存储两位数据的情况。由于MLC存储两位数据，因此限定的阈 值电压必须指示四种数据状态，[00]、[01]、[10]和[11]。因此，为了从MLC类型 的闪存的存储器单元中读取数据，需要三个读取电压。

在SLC类型的闪存中，可以使用阈值电压分布将每个存储器单元编程为两个状 态中的一个，该阈值电压分布保证了在数据状态之间的较大区分(或者读取)余量。 相反地，用于MLC类型闪存中的存储器单元的各个数据状态之间的读取余量大大减 少。也就是说，指示不同数据状态的各个邻近阈值电压分布相对彼此靠近。

一般而言，闪存单元的阈值电压根据在其浮栅上存储的电荷(也就是电子)数 量进行变化。不幸的是，在浮栅上存储的电子趋于在经过一段时间后消散或者“泄 漏”。在极端情况中，电荷泄漏可以实际上改变已编程存储器单元的阈值电压，从而 改变已存储的数据值。由于前面提到的减少的读取余量，MLC存储器系统特别容易受 到与电荷泄漏相关的问题的影响。特定存储器单元在一段时间保持电荷的能力被称 为其记忆特性。存储器单元的记忆特性是一种可靠的分类指标。

图2是示出作为电荷泄漏的结果的、对图1B的示例性阈值电压分布进行可能改 变的图表。在随着时间的推移已存储的电子从浮栅消散时，阈值电压分布趋于移动 或者拓宽。在某些点，这样的阈值电压分布移动或者拓宽充分地增加了错误数据区 分的可能性。例如，如果旨在区分数据值[10]和[01]的固定读取电压Vread[1]被提 供给图2的MLC，由于电荷泄漏，用于数据[01]的拓宽的阈值电压分布的低端可以落 到读取电压Vread[1]之下。以移动或拓宽的阈值电压为特征的存储器单元更可能造 成错误的数据解释。在常规闪存中，即使当用于存储器单元的一个或多个阈值电压 的分布由于电荷泄漏而改变时，也例行地使用固定读取电压来区分存储的数据值。 该方法有可能引起错误的数据读取。

发明内容