[发明专利]通过写入后读取和适应性重写来管理错误的非易失性存储器和方法

说明书

技术领域

本申请涉及诸如半导体闪存的可重编程的非易失性存储器系统的操作，且更具体地，涉及处理和有效管理存储器操作中的错误。 

背景技术

能够非易失性地存储电荷的固态存储器、尤其是以被包装为小形状因子卡的EEPROM和快闪EEPROM的形式的固态存储器，近来已经变为在各种移动和手持设备、特别是信息用品和消费者电子产品中的存储的选择。不像也是固态存储器的RAM(随机存取存储器)，闪存是非易失性的，且即使在掉电之后也维持其存储的数据。而且，不像ROM(只读存储器)，闪存类似于盘存储设备而可重写。尽管有较高的成本，但闪存仍然逐渐用于大容量存储应用中。基于诸如硬盘和软盘的旋转磁介质的传统大容量存储器不适用于移动和手持环境。这是因为磁盘趋于大容量，易于产生机械故障，且具有高延迟时间和高功率需求。这些不期望的属性使得基于盘的存储器在大多数移动和便携式应用中不实际。另一方面，嵌入式和以可移除卡的形式的闪存由于其小尺寸、低功耗、高速度和高可靠性特性而理想地适用于移动和手持环境。 

快闪EEPROM类似于EPROM(电可擦除可编程只读存储器)之处在于其是可以被擦除且使得新数据被写入或″编程″到其存储器单元中的非易失性存储器。在场效应晶体管结构中，两者利用在源极和漏极区域之间的、位于半导体衬底中的沟道区之上的浮置(未连接)导电栅极。然后，控制栅极被提供在浮置栅极上。晶体管的阈值电压特性受浮置栅极上保留的电荷量控制。也就是说，对于在浮置栅极上的给定水平的电荷，存在必须在晶体管″导通″以允许在其源极和漏极区域之间导电之前施加到该控制栅极的对应电压(阈值)。具体地，诸如快闪EEPROM的闪存允许同时擦除存储器单元的各整个块。 

浮置栅极可以保持一范围的电荷，且因此可以被编程到阈值电压窗内的任意阈值电压电平。由器件的最小和最大阈值电平来界定(delimit)阈值电压窗的尺寸，该最小和最大阈值电平又对应于可以被编程到浮置栅极上的电荷的范围。该阈值窗通常取决于存储器器件的特征、操作条件和历史。在该窗内的每个不同的、可分辨的阈值电压电平范围原则上可以用于指定单元的明确的存储器状态。 

在当前商业产品中快闪EEPROM阵列的每个存储元件普遍地通过以二进制模式操作来存储单个位的数据，其中，存储元件晶体管的两个范围的阈值电平被定义为存储电平。晶体管的阈值电平对应于其存储元件上存储的电荷电平的范围。除了缩小存储器阵列的尺寸以外，趋势是通过在每个存储元件晶体管中存储多于一位数据来进一步增加这种存储器阵列的数据存储的密度。这通过将多于两个阈值电平定义为每个存储元件晶体管的存储状态来实现，现在在商业产品中包括四个这种状态(每个存储元件2位数据)。也正实现每个存储元件的更多存储状态，比如16个状态。每个存储元件存储器晶体管具有其可以实际被操作的阈值电压的特定总范围(窗)，且该范围被划分为为其定义的多个状态加上在这些状态之间的、允许它们彼此清楚地区分的余量。显然，存储器单元被配置以存储的位越多，其必须在其中操作的错误余量越小。 

用作存储器单元的晶体管通常通过两个机制之一编程到″已编程″状态。在″热电子注入″中，施加到漏极的高电压加速电子穿过衬底沟道区域。同时，在施加到控制栅极的高电压拉动热电子经过薄栅极电介质到浮置栅极上。在″遂穿注入″中，相对于衬底，高电压被施加到控制栅极。以此方式，将电子从衬底拉到中间的(intervening)浮置栅极。虽然已经在历史上使用术语“编程”来描述通过向存储器单元的初始擦除的电荷存储单元注入电子以便改变存储器状态而向存储器的写入，但是现在与诸如″写入″或″记录″的更通用的术语可互换地使用。 

可以通过多种机制来擦除存储器器件。对于EEPROM，可通过相对于控制栅极向衬底施加高电压以便诱导浮置栅极中的电子遂穿过薄氧化物到衬底沟道区(即，Fowler-Nordheim隧穿)而电擦除存储器单元。通常，EEPROM可逐字节擦除。对于快闪EEPROM，该存储器可一次全部或一次一个或多个最小可擦除块地被电擦除，其中，最小可擦除块可以由一个或多个扇区构成， 且每个扇区可以存储512字节或更多的数据。 

存储器器件通常包括可以被安装到卡上的一个或多个存储器芯片。每个存储器芯片包括由诸如解码器和擦除、写和读电路的外围电路支持的存储器单元的阵列。更复杂的存储器器件还与进行智能且较高级存储器操作和接口(interfacing)的控制器一起出现。