非易失性存储设备、存储卡和系统、及确定读电压的方法技术方案

本发明专利技术公开了一种非易失性半导体存储设备以及确定读电压的相关方法。非易失性半导体存储设备包括：存储单元阵列，包含多个存储单元；读电压确定单元，被配置为通过比较在编程操作期间所获得的参考电压和在后续读操作期间所获得的比较数据，并且基于比较结果将当前读电压改变为新的读电压，来确定最优读电压；以及读电压产生单元，被配置为响应由读电压确定单元所提供的读电压控制信号产生新的读电压。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术概念涉及半导体存储设备，更特定地，涉及一种确定非易失性半导体存储 设备的读电压的方法。本专利技术概念也涉及合并这种存储设备的存储卡和存储系统。
技术介绍
半导体存储设备(此后称为"存储设备")包括易失性存储设备和非易失性存储设 备。一般来说，易失性存储设备的特点是数据读写速度快，但是在断电时会丢失所存储的数 据。相反，非易失性存储设备的数据存取速度一般较慢，但是能够在断电情况下保持所存储 的数据。 传统的非易失性存储设备包括相变随机存取存储器(PRAM)、掩膜型只读存储器 (MROM)、可编程只读存储器(PROM)、可擦可编程只读存储器(EPROM)以及电可擦可编程只 读存储器(EEPROM)。对于非易失性存储设备中的MROM、PROM和EPROM来说，用户输入(或 更新)数据较为困难，因为它们不能自由地执行擦除和写入操作。另一方面，EEPR0M中可 以以电子方式擦除和写入数据。正因为这使用容易，EEPR0M已经越来越多地被应用于各种 系统(包括辅助数据存储设备)中，作为编程和有效载荷数据的数据存储介质。 在更广类型的EEPR0M设备中，快闪EEPR0M(此后称为"快闪存储器")的特点是存 储元件的集成密度高，因此当被用作大容量辅助存储设备时非常具有优势。因此，许多类型 的快闪存储器被广泛应用于诸如数码相机、数字摄录像机、数字音乐播放器等的小型电子 设备中。这些设备特别受益于快闪存储器的高的数据存储容量、轻松的数据存取能力和小 巧的尺寸。 在它的操作中，快闪存储器通过被称为Fowler-Nordheim(F-N)隧道的传统理解 的现象来确定是否电子已经被注入到浮动栅极上。就是说，在浮动栅极上所注入电子的数 量可由于快闪存储器中存储单元的各自数据状态(例如，二进制存储单元的第一和第二逻 辑电平)而被打断。例如，在编程操作期间，将15V电压施加于所选择存储单元的栅极以激 活F-N隧道。当F-N隧道发生并且有大量电子被注入到所述浮动栅极上时，存储器的阈值 电压(Vth)增加。在擦除操作期间，将20V电压施加于所选择存储单元的主体(或者半导 体主体)上以便再次激活F-N隧道。然而，在擦除操作期间流出浮动栅极的电子流与在编 程期间流向浮动栅极的电子流反向。因此，在擦除操作期间，存储器单元的阈值电压Vth降 低。 由于快闪存储器的某些众所周知的操作特点，重复地执行编程和擦除操作(或者 编程/擦除周期)压迫并最终损害了在F-N隧道期间电子经过的栅极氧化薄膜。 一旦栅极 氧化膜恶化到某种程度，它不再能够阻止被注入到浮动栅极上的电子随着时间的放电。这种不期望的电荷放电降低了存储单元的阈值电压。图l给出了快闪存储器的这种生命周期 特点。 图l显示了快闪存储器单元在它的使用寿命上(S卩，在许多个编程/擦除周期上) 阈值电压的迁移特点。在图1中，上部分图(a)显示了在刚刚一个成功的编程操作之后存 储单元的阈值电压分布(此后称为"单元分布")。相对的下部分图(b)显示了在编程后的 一段时间后相同快闪存储单元的单元分布。这种由栅极氧化膜恶化损失存储电荷所引起的 阈值电压迁移是严重耗损的快闪存储器单元(即，由多次编程/擦除周期而使数据存储能 力退化的存储单元)的症状。 参考图1的(a)和(b)部分可以看出，快闪存储器单元的阈值电压状态的整体范 围(field)被总体减小的阈值电压电平向左移动。进一步，由于各自的阈值电压随时间变 得难以区分，显然扩宽了阈值电压分布。最终，对严重耗损的快闪存储器单元，移动(减小) 的阈值电压和难以区分的阈值电压的综合影响使得在读操作期间的数据区分非常困难，如 果不是不可能的话。 尽管有前述的影响，在编程期间临近存储单元之间的所谓耦合效应也可以在其他 方向上(例如，增加)移动快闪存储单元的阈值电压分布。这里再一次说明，阈值电压分布 的任何不希望的移动(上或下)和/或变宽/变窄(总体或个体的阈值电压迁移)，不论其 潜在原因，都可以导致在后续读操作期间的数据错误。
技术实现思路
本专利技术概念的实施例提供能够确定在读操作期间施加于存储单元的最优读电压、 从而减小由于阈值电压迁移所产生的数据错误的存储设备。本专利技术概念实的施例也提供包 含这种存储设备的存储卡和系统，以及确定最优读电压的方法。 根据本专利技术概念的一个方面，提供一种用于确定非易失性半导体存储设备中读电 压的方法，所述方法包括利用当前读电压从多个存储单元中获得读数据；从读数据中提 取比较数据，比较参考数据和比较数据并产生比较结果；根据比较结果确定初始读电压是 否是最优读电压；如果当前读电压不是最优读电压，则根据与比较结果相对应的差值将当 前读电压改变为新的读电压；以及利用新的读电压再次从多个存储单元中获得读数据。 根据本专利技术的另一个方面，提供一种非易失性半导体存储设备，包括存储单元阵 列，包括多个存储单元；读电压确定单元，被配置为通过比较在编程操作期间获得的参考数 据和在后续读操作期间获得的比较数据，并且根据比较结果将当前读电压改变为新的读电 压，来确定最优读电压；以及读电压产生单元，被配置为响应由读电压确定单元所提供的读 电压控制信号产生新的读电压。 根据本专利技术概念的另一个方面，提供一种存储卡，包括至少一个非易失性半导体存储设备；以及存储控制器，控制非易失性半导体存储设备中的编程和读操作的执行，其中，非易失性半导体存储设备包括存储单元阵列，包括多个存储单元；读电压确定单元，被配置为通过比较在编程操作期间获得的参考数据和在后续读操作期间获得的比较数据，并且根据比较结果将当前读电压改变为新的读电压，来确定最优读电压；以及读电压产生单元，被配置为响应由读电压确定单元所提供的读电压控制信号产生新的读电压。 根据本专利技术的另一个方面，提供一个系统，包括中央处理单元，控制系统的总体操作；非易失性半导体存储设备，存储数据；以及存储控制器，在中央处理单元的控制下控 制非易失性半导体存储设备中的编程和读操作的执行。非易失性半导体存储设备包括存 储单元阵列，包括多个存储单元；读电压确定单元，被配置为通过比较在编程操作期间获得的参考数据和在后续读操作期间获得的比较数据，并且根据比较结果将当前读电压改变为 新的读电压，来确定最优读电压；以及读电压产生单元，响应由读电压确定单元所提供的读 电压控制信号产生新读电压。附图说明 从结合附图的以下详细描述中将能更清晰地理解本专利技术概念的示例实施例。其中 图1按照编程/擦除周期重复，图形化说明了快闪存储设备的单元阈值电压迁移 特点； 图2是根据本专利技术概念的实施例的非易失性半导体存储设备的框图； 图3是图2的读电压确定单元的框图； 图4是总结根据本专利技术概念的实施例的、确定存储设备中读电压的方法的流程 图； 图5是进一步解释在图4方法中改变读电压的步骤的流程图； 图6A和6B是解释根据本专利技术概念的实施例的、确定读电压操作的单元分布图形； 图7-9是解释本专利技术概念的实施例适用于包含2比特MLC存储单元的存储设备的 图形和框图； 图10是包含根据本专利技术概念的实施例的存储设备的存储卡的框图； 图11是包含根据本专利技术概念的另一个实施例的存储设备的存储卡的框图；以及 图12是包含根据本专利技术概念的实施例的存储设备的系统的框图。具体实施例方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种确定非易失性半导体存储设备中读电压的方法，所述方法包括：利用当前读电压从多个存储单元中获得读数据；从所述读数据中提取比较数据，把比较数据和参考数据进行比较，并产生比较结果；根据比较结果确定当前读电压是否是最优读电压；如果当前读电压不是最优电压，则根据与比较结果对应的差值将当前读电压改变为新的读电压，并且利用所述新的读电压再一次从多个存储单元中获得所述读数据。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋承桓，金宰弘，赵庆来，金容俊，孔骏镇，金宗汉，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]