具有存储有循环计数值的大擦除块的非易失性半导体存储器制造技术

一种操作一具有一组织成单元块的存储单元阵列的非易失性存储器的方法，所述单元块可作为一单位一同擦除并分别存储复数个用户数据页面，所述方法包括：　　　　（ａ）将开销数据存储在与其中存储有所述开销数据的所述块的操作相关的各个信息块内，　　　　（ｂ）一擦除作业，其包括，　　　　对所述块中的一个或多个块进行寻址以便擦除，　　　　自所述一个或多个块读取所述开销数据并临时存储所述所读取的开销数据，　　　　擦除所述一个或多个块内的所述存储单元，　　　　更新所述所读取的开销数据，及　　　　将所述更新后的开销数据编程回至所述一个或多个块中的相应块内，由此使所述一个或多个块内的所述页面可供用于在其中编程用户数据，及　　　　（ｃ）此后将用户数据编程入所述一个或多个块的页面内。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术大体而言涉及非易失性存储器及其作业，具体而言涉及存储单元块擦除/写入循环计数值的使用。
技术介绍
目前人们正在应用许多种在商业上很成功的非易失性存储器产品，尤其是那些使用闪速EEPROM(电可擦可编程只读存储器)单元阵列的小形状因数插件形式的非易失性存储器产品。NOR阵列在一典型的NOR阵列中，各记忆胞连接于在列方向上延伸的相邻位线源极与漏极扩散区之间，且控制栅极连接至沿存储单元行延伸的字线。一种典型的存储单元在源极与漏极扩散区之间具有一“分裂式沟道”。存储单元的一电荷存储元件位于该沟道的一部分上，而字线(也称作控制栅极)位于另一沟道部分上以及该电荷存储元件上。由此会有效地构成一具有两个串联晶体管的单元，其中一个晶体管(存储晶体管)使用所述电荷存储元件上的电荷量与所述字线上的电压的组合来控制可流经其沟道部分的电流量，另一晶体管(选择晶体管)则仅以字线作为其栅极。字线在一行电荷存储元件上延伸。该类单元的实例、其在存储系统中的应用及其制造方法在第5,070,032号、第5,095,344号、第5,315,541号、第5,343,063号、及第5,661,053号美国专利中及在1999年1月27日提出申请且同在申请中的第09/239,073号美国专利申请案中给出。此种分裂沟道式闪速EEPROM单元的一修改是增加了一位于电荷存储元件与字线之间的引导栅极。阵列中的每一引导栅极均垂直于字线在一列电荷存储元件上延伸。其作用是在读取或编程一选定单元时无需使字线同时执行两种功能。这两种功能是(1)用作选择晶体管的栅极，因此需要一适当的电压使选择晶体管导通或关断，及(2)通过一耦合于字线与电荷存储元件之间的电场(容性)将电荷存储元件的电压驱动至一所期望的电平。通常难以使用一单一电压以最佳方式同时执行该等两种功能。在增加了引导栅极后，字线仅需要执行功能(1)，而由所增加的引导栅极来执行功能(2)。举例而言，在第5,313,421号及第6,222,762号美国专利中对在闪速EEPROM阵列中使用引导栅极进行了说明。目前有不同的编程技术可用于将电子自衬底通过栅极介电层注入至浮动栅极存储元件上。最常见的编程机理阐述于一本由Brown及Brewer编辑的书“非易失性半导体存储器技术(Nonvolatile Semiconductor Memory Technology)”(IEEE出版社，第1.2部分，第9-25页(1998年))中。其中一种称作沟道“热电子注入”的技术(第1.2.3部分)将电子自单元沟道注入至浮动栅极的一邻近单元漏极的区域内。另一种称作“源极侧注入”的技术(第1.2.4部分)则以一种方式沿存储单元沟道的长度控制衬底表面的电位，该方式可在沟道的一远离漏极的区域中为电子注入创造条件。源极侧注入还阐述于一篇由Kamiya等人所著的文章“具有高的栅极注入效率的EPROM单元(EPROM Cell with High Gate InjectionEfficiency)”(IEDM Technical Digest，1982年，第741-744页)及第4,622,656号和第5,313,421号美国专利中。在上文所述的两种类型的NOR存储单元阵列中均使用两种自电荷存储元件移除电荷以擦除存储单元的技术。其中一种技术是通过向源极、漏极及其他栅极施加适当的电压以使电子隧穿存储元件与衬底之间的介电层的一部分，来擦除至衬底。另一种擦除技术是通过一位于存储元件与另一栅极之间的隧道介电层将电子自存储元件转移至所述另一栅极。在上文所述的第一种类型的单元中，出于该目的而设置一第三擦除栅极。在上文所述的因使用一引导栅极而已具有三个栅极的第二种类型的单元中，是将电荷存储元件擦除至字线，而无需增加一第四栅极。尽管该后一种技术又重新增加了一由字线执行的第二功能，然而，这些功能是在不同的时刻执行，因而无需因这两种功能而进行折衷。当使用这两种擦除技术之一时，将大量的存储单元划归在一起，以便以“闪速”方式同时擦除。在一种方法中，所述群组包含足够的存储单元，以存储在一磁盘扇区中所存储的用户数据量(即512个字节)加上某些开销数据。在另一种方法中，每一群组包含足够的单元，以保存数千个字节的用户数据，这等于许多个扇区的数据。在第5,297,148号美国专利中对多块擦除、缺陷管理及其他闪速EEPROM系统特征进行了说明。如在大多数集成电路应用中一般，对于闪速EEPROM系统，也存在缩小为构建某些集成电路功能所需的硅衬底区域的压力。人们不断地期望增加在一硅衬底的既定区域中可存储的数字数据的量，以增大一既定尺寸的存储插件及其他类型封装件的存储容量，或者既增大容量又减小尺寸。另一种增大数据存储密度的方法是每一存储单元存储多于一位数据。这通过将一存储元件电荷电平电压范围窗口划分成多于两种状态来实现。使用四个此种状态能够使每一单元存储两位数据，使用八种状态能够使每一单元存储三位数据，依此类推。一多状态闪速EEPROM结构及作业阐述于美国专利第5,043,940号及第5,172,338号中。另一种类型的存储单元包括两个存储元件，在每一存储元件上也可以多种状态工作。在此种类型的单元中，在源极扩散区与漏极扩散区之间的其沟道中包含两个存储元件，且其中间具有一选择晶体管。沿每一列存储元件包含有一引导栅极，且沿每一行存储元件均有一字线设置于该引导栅极上。当访问一既定存储元件以进行读取或编程时，含有所涉及存储元件的单元中另一存储元件上方的引导栅极升至足够高，以导通所述另一存储元件下方的沟道，而无论其上面所存在的电荷电平如何。在对所涉及的存储元件进行读取或编程时，此可有效地消除同一存储单元中另一存储元件的因素。例如，此时，流经该单元的电流(可用于读取其状态)的大小是所涉及存储元件上电荷量的函数，而非同一单元中另一存储元件上的电荷量的函数。此种单元阵列架构及操作技术的实例阐述于第5,712,180号、第6,103,573号及第6,151,248号美国专利中。NAND阵列另一种闪速EEPROM架构则利用一NAND阵列，其中由多于两个存储单元(例如16个或32个)构成的串联串连同一或多个选择晶体管连接于各单独的位线与一参考电位之间，从而构成存储单元列。各字线延伸穿过大量的这种列内的存储单元。在编程期间，通过如下方式来读取及验证一列中的一单独存储单元使该串中的其余单元均强导通，以使流经一串的电流取决于该所寻址的单元中所存储电荷的电平。在第5,570,315号、第5,774,397号及第6,046,935号美国专利中可找到一NAND架构阵列及其作为存储系统一部分的作业的实例。电荷存储元件上文所提及专利及文章中所述的现有闪速EEPROM阵列的电荷存储元件是最常用的导电性浮动栅极，其通常由经掺杂的多晶硅材料制成。适用于闪速EEPROM系统的另一种类型的存储单元利用一非导电性介电材料取代导电性浮动栅极以非易失性方式存储电荷。这样一种单元阐述于一篇由Chan等人所著的文章“一种真正的单晶体管氧化物-氮化物-氧化物EEPROM器件(A True Single-Transistor Oxide-Nitride-OxideEEPROM Device)”(IEEE Electron De本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种操作一具有一组织成单元块的存储单元阵列的非易失性存储器的方法，所述单元块可作为一单位一同擦除并分别存储复数个用户数据页面，所述方法包括(a)将开销数据存储在与其中存储有所述开销数据的所述块的操作相关的各个信息块内，(b)一擦除作业，其包括，对所述块中的一个或多个块进行寻址以便擦除，自所述一个或多个块读取所述开销数据并临时存储所述所读取的开销数据，擦除所述一个或多个块内的所述存储单元，更新所述所读取的开销数据，及将所述更新后的开销数据编程回至所述一个或多个块中的相应块内，由此使所述一个或多个块内的所述页面可供用于在其中编程用户数据，及(c)此后将用户数据编程入所述一个或多个块的页面内。2.如权利要求1所述的方法，其中将所述更新后的开销数据编程入所述一个或多个块中所述相应块的一单一页面的备用单元内。3.如权利要求1所述的方法，其中对用户数据进行编程包括将所述各个页面的指定区域中的标头数据编程为具有在所述页面中的相应页面中所编程的所述用户数据的信息，且其中将所述更新后的开销数据编程入所述一个或多个块中每一块内的多于一个页面的所述标头区域中的备用单元内。4.如权利要求3所述的方法，其中所述存储于各个页面中的所述标头数据包括一冗余码，所述冗余码是根据其中编程有所述用户数据的所述相应页中的所述用户数据计算出的。5.如权利要求4所述的方法，其中所述冗余码包括一错误修正码。6.如权利要求2所述的方法，其中存储于所述各个块中的所述开销数据包含一数量，所述数量指示含有所述数量的所述块已经受的擦除作业的次数，且其中更新所述开销数据包括将所述擦除作业次数更新为包含当前的擦除作业。7.如权利要求3所述的方法，其中存储于所述各个块中的所述开销数据包含一数量，所述数量指示含有所述数量的所述块已经受到的擦除作业的次数，且其中更新所述开销数据包括将所述擦除作业次数更新为包含当前的擦除作业。8.如权利要求1所述的方法，其另外包括根据存储于所述各个块内的所述开销数据计算一冗余码，且进一步将所述冗余码存储于含有计算所述冗余码时所根据的所述开销数据的所述各个块内。9.如权利要求8所述的方法，其中读取所述开销数据包括读取根据所述开销数据计算出并随所述开销数据一起存储的所述冗余码，并对照所述所读取的冗余码检查所述所读取的开销数据，且其中对所述更新后的开销数据进行编程包括根据所述更新后的开销数据计算一冗余码并将所述所计算出的冗余码存储于与所述开销数据相同的块中。10.如权利要求9所述的方法，其中如果对照所述所读取的冗余码检查所述所读取的开销数据显示所述开销数据无效，则将其中驻存有所述所读取的开销数据及冗余码的所述块标记为不可用而非擦除所述块、更新所述开销数据或将所述块编程为具有更新后的开销数据或用户数据。11.如权利要求10所述的方法，其另外包括通过设定一旗标作为所述不可用块内所述开销数据的一部分的，将所述不可用块标记为无效。12.如权利要求1所述的方法，其中在一在更新所述开销数据或将所述更新后的开销数据编程回至所述一个或多个块内之前丢失所述开销数据的情形中，将所述一个或多个块标记为不可用而非将用户数据编程至所述一个或多个块的页面内。13.如权利要求1所述的方法，其中对用户数据进行编程包括将各个存储单元存储元件编程为两种或多种状态之一，由此使每一存储元件存储多于一位用户数据。14.如权利要求13所述的方法，其中对所述更新后的开销数据进行编程包括将各个存储单元存储元件编程为刚好两种存储状态之一，由此使每一存储元件存储一位开销数据。15.如权利要求14所述的方法，其中擦除所述存储单元包括将存储单元存储元件上的电荷驱动至一第一范围，其中对所述开销数据进行编程包括根据所述开销数据将所述存储单元存储元件的一部分驱动至一第二范围，且其中对用户数据进行编程另外包括将各个存储单元存储元件编程至至少第三及第四电荷范围内，所述至少第三及第四电荷范围比所述第二范围进一步移离所述第一范围。16.如权利要求14所述的方法，其中对所述用户数据进行编程包括施加由一对所述单元的所述状态进行的验证所隔开的连续性编程脉冲，直至达到所期望的编程状态，所述各个脉冲的值按一第一量增大，且其中对所述开销数据进行编程包括施加由一对所述单元的所述状态进行的验证所隔开的连续性编程脉冲，直至达到所期望的编程状态，所述各个脉冲按一大于所述第一量的第二量增大，由此使所述开销数据的编程快于所述用户数据。17.如权利要求15所述的方法，其中所述存储单元阵列是一NAND阵列。18.如权利要求1所述的方法，其中所述存储单元阵列是一NAND阵列。19.一种操作一具有一组织成单元块的存储单元阵列的非易失性存储器的方法，所述单元...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈健，田中友智，
申请(专利权)人：桑迪士克股份有限公司，株式会社东芝，
类型：发明
国别省市：