[发明专利]非易失性存储装置及其操作方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2011年2月28日提交的韩国专利申请No.10-2011-0017930的优先权，其全部内容通过引用合并在本文中。

技术领域

本发明的示例性实施例涉及一种半导体设计技术，更具体而言，涉及一种非易失性存储装置及其操作方法。

背景技术

非易失性存储装置因其是电编程和擦除的且不需要用于在恒定的时间间隔重新写入数据的刷新功能而被广泛应用。

非易失性存储器单元的编程和擦除操作是通过改变单元的阈值电压来执行的，其中阈值电压的改变是由于由施加给薄氧化物层的强电场而移动的电子所导致的。在非易失性存储器单元的编程操作中，执行验证操作以验证编程目标单元是否被编程了等于或高于验证电压的电压。在单电平单元(SLC)编程方法的情形中，只存在具有两种不同状态的单元，因而使用单个验证电压。另一方面，在多电平单元(MLC)编程方法中，一个页中存在具有若干状态的单元，因而使用多个验证电压。根据一个实例，在用2比特的多电平单元编程方法执行MSB编程操作的情况下，可以基于三个验证电压来执行验证操作。

根据增量步进脉冲编程(incremental step pulse program，ISPP)方法，可以在每次施加脉冲之后执行三次验证操作。此时，考虑到单元的编程速度，可以使用盲验证方法(blindverify method)，盲验证方法不同时执行每个验证操作，而是仅执行验证操作中的一些。然而，随着非易失性存储装置的编程/擦除操作的次数增加，编程速度趋于增加。因此，考虑这种在编程速度上增加的编程方法是有用的。

图1是说明非易失性存储装置的现有多电平单元编程方法的图。

在LSB编程操作中，通过编程操作展现出两种不同的单元分布。更具体而言，把单元被编程了等于或高于验证电压LPV1的电压的单元分布称为第二状态，而把单元被编程了低于验证电压LPV1的电压的单元分布称为第一状态。

在执行LSB编程操作之后，执行MSB编程操作。由于MSB编程操作的缘故，展现出了具有不同阈值电压的四种单元分布(第三至第六状态)。此时，每种分布的验证电压是不同的。如果按照升序排列，验证电压包括第一验证电压MPV1、第二验证电压MPV2和第三验证电压MPV3。更具体而言，被编程了等于或高于第三验证电压MPV3的电压的状态被称为第六状态。被编程了低于第三验证电压MPV3且等于或高于第二验证电压MPV2的电压的状态被称为第五状态。被编程了低于第二验证电压MPV2且等于或高于第一验证电压MPV1的电压的状态被称为第四状态。被编程了低于第一验证电压MPV1的电压的状态被称为第三状态。这里，要编程到第四状态的单元被定义为第一验证目标单元，要编程到第五状态的单元被定义为第二验证目标单元。要编程到第六状态的单元被定义为第三验证目标单元。

在MSB编程操作中，要基于比LSB编程操作中的验证电压更多的验证电压来执行验证操作。

图2是说明非易失性存储装置的现有ISPP编程方法的概念的图。

根据ISPP编程方法，重复地施加编程脉冲，并在每次重复时执行验证操作。施加在每次重复时增加了步进电压Vstep的编程脉冲。

如图2所示，初始地施加编程起始电压Vstart，随后施加增加了步进电压Vstep的编程电压。每当施加编程脉冲时执行验证操作。因此，施加一次编程脉冲所花费的总时间等于脉冲施加时间tPULSE和验证时间tVFY之和。

同时，将在对已擦除的单元初始地施加编程起始电压Vstart之后的单元分布(即，单元的阈值分布)定义为固有分布ΔVthi。图2图示了固有分布跨度约为4V(伏特)。当利用编程起始电压、步进电压Vstep和第一验证电压PV1执行编程操作时，形成了这样的单元的分布：每个单元都具有比第一验证电压PV1高但比固有分布ΔVthi的最大电压值低的阈值电压。此时，已编程的单元在电压上的分布可以与步进电压Vstep的幅度(即，步进电压增量)相等。

根据一个实例，用于完成编程操作的脉冲施加次数Npgm由固有分布ΔVthi与步进电压Vstep的比值来确定。例如，当固有分布ΔVthi为4V且步进电压Vstep为1V时，要施加四次脉冲。

用于完成整个编程操作的时间tPROG等于脉冲施加次数Npgm与施加一次编程脉冲的时间(tPULSE+tVFY)的乘积。