[发明专利]用于模拟每单元单个位的NAND闪存的每单元多个位的NAND闪存的控制器

说明书

技术领域

本公开一般涉及闪存器件，并更具体地涉及通过一种类型的NAND闪存器件(例如每单元多个位(Multiple Bit per Cell)(“MBC”)闪存器件)来模拟另一类型的NAND闪存器件(例如每单元单个位(Single Bit per Cell)(“SBC”)闪存器件)。

背景技术

多年来已知闪存器件、一种非易失存储器器件。闪存器件包括存储器单元的阵列，其中每个存储器单元由通常具有浮置栅极区、漏极区和源极区的半导体晶体管来实现。存储器单元可以具有通过控制在浮置栅极内存储的电荷量来实现的两个或更多不同的状态。即，每个状态与存储在浮置栅极内的不同电荷量相关。为了实际使用存储器单元，其每个状态与二进制值相关。

一种闪存器件是基于公知为“每单元单个位”(SBC)的技术的，其意味着SBC存储器器件中的每个存储器单元存储一位。每单元存储一位意味着该单元被配置为处于(即存储)两种可能状态之一。通常，该单元的一个状态与存储在该单元的浮置栅极中的零电荷相关。该状态是该单元的“未写入”状态，并且通常这表示二进制数字“1”。该单元的另一状态通常与浮置栅极中的某些负电荷量相关。该状态是该单元的“已写入”状态，并且通常这表示二进制数字“0”。浮置栅极中的负电荷的存在导致该单元的晶体管的阈值电压增加，以及由此，必须被施加到晶体管的控制栅极以便致使晶体管导电的电压增加。

闪存器件能够执行三种操作：向存储器单元中写(由于历史原因，经常称作“编程”)数据、从存储器单元读数据、以及从存储器单元擦除数据。这些操作由外部主机设备发起，但是由控制器本地处理。向存储器单元中写二进制数字(即“0”或“1”)涉及改变晶体管的浮置栅极中的电荷以由此改变该单元的阈值电压。读取存储在存储器单元中的二进制数字涉及检查该单元的阈值电压的电平-如果阈值电压处于较高状态，则将位值译为逻辑值“0”。但是，如果阈值电压处于较低状态，则将位值译为逻辑值“1”。实际上，不需要准确地读取该单元的阈值电压。而是，正确地标识该单元当前处于两个状态中的哪一个状态就足够了。为了实现这点，必须将单元的阈值电压与其值在两个状态之间的参考电压相比较，并确定该单元的阈值电压是在参考值以下还是以上。

对于许多种闪存，例如NAND闪存，不能在各个存储器单元上进行写和擦除操作，而是，在各组存储器单元上进行这些操作。在“页”上进行写操作，“页”相对小(对于NAND闪存器件来说，通常是512字节、2K字节或者4K字节)，而在“块”上进行擦除操作，“块”大于页(对于NAND闪存器件来说，通常是32K字节或128K字节)。

另一种闪存器件是基于公知为“每单元多个位”(MBC)的技术。在MBC存储器器件中，每个存储器单元存储N位(N≥2)，这意味着MBC存储器单元被配置为存储2^N个状态。例如，存储2位的存储器单元存储四个状态，其每个与四个二进制值“00”、“01”、“10”、“11”之一相关。

由于单元的状态由该单元的阈值电压表示，因此存储两位的MBC单元支持该单元的阈值电压的四个不同范围。对于SBC单元，MBC单元的每个状态实际上是一个电压范围而不是单个电压。当读取单元的内容(即所存储的二进制值)时，该单元的阈值电压必须与校正电压范围正确地相关。例如在Harari的美国专利No.5434825中讨论了MBC快闪器件。

当最初构思闪存技术的概念时，MBC NAND快闪器件相对不成熟，而SBC器件很普遍。因此，利用闪存技术的主机的传统设计是面向SBC的，这导致其与MBC器件不兼容。因此，即使MBC NAND技术已经成熟、比SBC器件更具成本效率(至少在每美元的兆字节方面)并已经在市场上可获得，但是基于MBC的NAND器件也不能由符合SBC的主机设备使用，这阻止了MBC技术的进一步发展，即使MBC器件比SBC器件提供了每个相同物理区域的更多存储容量。即使包含使用每单元的相同数量的位来存储数据的存储器单元，如果存储器件是由不同的存储器厂商供应的，因为不存在对于NAND接口的标准，并且不同的厂商可以并且确实使用不同种类的NAND接口，因此也可能存在其他的技术不匹配。