非易失存储器的擦除方法及非易失存储器与流程

1.本公开涉及存储器技术领域，具体而言，涉及一种非易失存储器的擦除方法及非易失存储器。


背景技术：

2.非易失存储器在断电后依然能保持数据，闪存(flash memory)是一种关键的非易失存储器。闪存包括nand闪存和nor闪存。以nor闪存为例，其利用fn(fowler-nordheim)隧穿原理实现存储单元的擦除操作，利用热电子注入实现存储单元的编程操作。在编程操作中，电子被存储单元的浮栅俘获，存储单元的逻辑状态为“0”。在擦除操作中，被存储单元的浮栅俘获的电子被排放到衬底，存储单元的逻辑状态为“1”。相关技术在对擦除流程的关注通常在过擦除的恢复、存储单元阈值电压的分布等方面，对于擦除功耗和时间的优化考虑较少。
3.如上所述，如何对擦除功耗和时间进行优化成为亟待解决的问题。
4.在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。


技术实现要素：

5.本公开的目的在于提供一种非易失存储器的擦除方法及非易失存储器，至少在一定程度上降低非易失存储器的擦除功耗和擦除时间。
6.本公开的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本公开的实践而习得。
7.根据本公开的一方面，提供一种非易失存储器的擦除方法，包括：对目标擦除区域的多个子区域分别进行预校验，所述预校验用于判断所述子区域中的各个存储单元的阈值电压是否小于预校验电压；在所述目标擦除区域的多个子区域包括未通过所述预校验的子区域的情况下，对未通过所述预校验的子区域执行预编程操作；以及对执行所述预编程操作后的子区域执行擦除操作。
8.根据本公开的一实施例，所述对执行所述预编程操作后的子区域执行擦除操作包括：在所述目标擦除区域的衬底上施加擦除电压，在通过所述预校验的子区域的字线上施加第一电压，在执行所述预编程操作后的子区域的字线上施加第二电压。
9.根据本公开的一实施例，所述方法还包括：对执行所述擦除操作后的子区域执行擦除校验操作，所述预校验电压和所述擦除校验操作中的擦除校验电压相同。
10.根据本公开的一实施例，在所述目标擦除区域的多个子区域都通过所述预校验的情况下，对所述目标擦除区域的多个子区域执行过擦除恢复操作，其中，所述过擦除恢复操作包括过擦除校验操作和软编程操作。
11.根据本公开的一实施例，在所述目标擦除区域的多个子区域的预校验都完成后，对所述多个子区域中未通过所述预校验的子区域执行预编程操作。
12.根据本公开的一实施例，在所述目标擦除区域的多个子区域包括两个或两个以上未通过所述预校验的子区域的情况下，所述两个或两个以上未通过所述预校验的子区域的预编程操作依次进行。
13.根据本公开的一实施例，在所述目标擦除区域的多个子区域包括两个或两个以上未通过所述预校验的子区域的情况下，所述两个或两个以上未通过所述预校验的子区域的预编程操作同时进行。
14.根据本公开的一实施例，所述对目标擦除区域的多个子区域分别进行预校验包括：对目标擦除区域的多个子区域中的当前子区域进行预校验；所述在所述目标擦除区域的多个子区域包括未通过所述预校验的子区域的情况下，对未通过所述预校验的子区域执行预编程操作包括：在所述当前子区域的预校验的结果显示所述当前子区域未通过所述预校验时，对所述当前子区域执行所述预编程操作；所述对目标擦除区域中的多个子区域分别进行预校验还包括：在执行所述当前子区域的预编程操作之后，对所述目标擦除区域的多个子区域中的另一子区域进行预校验。
15.根据本公开的一实施例，所述方法还包括：在所述擦除操作后，对所述目标擦除区域的多个子区域执行过擦除恢复操作，其中，所述过擦除恢复操作包括过擦除校验操作和软编程操作。
16.根据本公开的一实施例，所述目标擦除区域的多个子区域中的每个子区域包括一行或多行存储单元。
17.根据本公开的再一方面，提供一种非易失存储器，包括存储单元阵列和控制器，所述存储单元阵列包括目标擦除区域，所述控制器用于执行上述的方法。
18.根据本公开的一实施例，所述非易失存储器为nor flash。
19.本公开的实施例提供的非易失存储器的擦除方法，通过对目标擦除区域的多个子区域分别进行用于判断子区域中的各个存储单元的阈值电压是否小于预校验电压的预校验，然后在目标擦除区域的多个子区域包括未通过预校验的子区域的情况下，对未通过预校验的子区域执行预编程操作，再对执行预编程操作后的子区域执行擦除操作，可实现对已通过预校验的子区域跳过预编程操作和擦除操作，避免对整个目标擦除区域都进行预编程操作以及擦除操作而浪费时间和功耗。
20.应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本公开。
附图说明
21.通过参照附图详细描述其示例实施例，本公开的上述和其它目标、特征及优点将变得更加显而易见。
22.图1示出本公开实施例中一种非易失存储器的示意图。
23.图2示出了可以应用本公开的nor flash的存储单元阵列示意图。
24.图3示出了可以应用本公开的一种存储单元结构示意图。
25.图4是根据一示例性实施例示出的一种非易失存储器的擦除方法的流程图。
26.图5是根据一示例性实施例示出的一种目标擦除区域与子区域的关系示意图。
27.图6是根据一示例性实施例示出的一种子区域划分示意图。
28.图7是根据一示例性实施例示出的一种预校验加压操作示意图。
29.图8是根据一示例性实施例示出的一种预编程加压操作示意图。
30.图9是根据一示例性实施例示出的一种各校验电压大小与阈值电压分布关系示意图。
31.图10是根据一示例性实施例示出的一种擦除加压操作示意图。
32.图11是根据一示例性实施例示出的一种非易失存储器的擦除流程的示意图。
33.图12是根据一示例性实施例示出的一种对多个子区域进行预校验的流程示意图。
34.图13是根据一示例性实施例示出的另一种非易失存储器的擦除流程的示意图。
35.图14是根据一示例性实施例示出的另一种对多个子区域进行预校验的流程示意图。
具体实施方式
36.现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而，示例实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施例使得本公开将更加全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。附图仅为本公开的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。
37.此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而省略所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、方法、装置、实现或者操作以避免喧宾夺主而使得本公开的各方面变得模糊。
38.此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本公开的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。符号“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
39.在本公开中，除非另有明确的规定和限定，“连接”等术语应做广义理解，例如，可以是电连接或可以互相通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。
40.图1示出了可以应用本公开的非易失存储器的结构示意图。如图1所示，非易失存储器102电性耦接至主机104，非易失存储器102可以通过控制器1024与主机进行双向通信，传输命令、地址、数据等等。非易失性存储器102例如是u盘、移动硬盘、存储卡、闪存等。主机104是用户的设备，可以是具有显示屏并且支持输入、输出的各种电子设备，例如手机、平板电脑、笔记本电脑、相机等等。非易失存储器102可以包括存储单元阵列1022、控制器1024、行解码器1026、感测电路(sense amplifier)1028、列解码器10210、页缓冲器(page buffer)10212等等。闪存实现方案可以分成nand(与非)方案和nor(或非)方案。两种实现方案的存储单元相同，存储单元的工作原理也相同。下面以nor flash为例进行描述。
41.图2示出了可以应用本公开的nor flash的存储单元阵列示意图。如图2所示，图2
中的nor flash的存储单元阵列20可以为存储单元阵列的一个块(block)，其中包括在同一个衬底上的多个存储单元，存储单元202的示例性结构可参照图3。每行存储单元的源极接到同一条源线(source line，sl)上，每行存储单元的控制栅极接到同一条字线(word line，wl)上，每列存储单元的漏极接到同一条位线(bit line，bl)上，图2中存储单元阵列20包括k条wl和j条bl(j，k均为正整数)。
42.图3示出了可以应用本公开的存储单元结构示意图。如图3所示，存储单元可以包括源极310、漏极312和半导体衬底314，其中，隧穿氧化层308、浮动栅极306、阻挡绝缘层304和控制栅极302可以顺序堆叠在衬底314上，控制栅极302可以连接到字线，源极310可以连接到源线，漏极312可以连接到位线。向浮动栅极306注入电子，即对存储单元进行编程操作，其中有被俘获的电子时，对应该存储单元为逻辑“0”的编程状态；浮动栅极306中没有被俘获的电子时，对应该存储单元为逻辑“1”的擦除状态。
43.在nor flash芯片的擦除流程中，通常将目标擦除区域内的所有存储单元都执行预编程操作，预写为逻辑“0”，再对目标擦除区域进行擦除操作，以较大程度地避免过擦除现象，实现存储单元阈值电压分布均衡。而在实际应用中，如果目标擦除区域内逻辑“1”单元的数量较多，那么对整个目标擦除区域都执行预编程操作然后再进行擦除，会浪费时间和功耗。
44.因此，本公开提供了一种非易失存储器的擦除方法，通过对目标擦除区域的多个子区域分别进行用于判断子区域中的各个存储单元的阈值电压是否小于预校验电压的预校验，然后在目标擦除区域的多个子区域包括未通过预校验的子区域的情况下，对未通过预校验的子区域执行预编程操作，再对执行预编程操作后的子区域执行擦除操作，可实现对已通过预校验的子区域跳过预编程操作和擦除操作，避免对整个目标擦除区域都进行预编程操作以及擦除操作而浪费时间和功耗。
45.图4是根据一示例性实施例示出的一种非易失存储器的擦除方法的流程图。如图4所示的方法例如可以应用于上述非易失存储器102的控制器1024。
46.参考图4，本公开实施例提供的方法40可以包括以下步骤。
47.在步骤s402中，对目标擦除区域的多个子区域分别进行预校验，预校验用于判断子区域中的各个存储单元的阈值电压是否小于预校验电压。
48.在一些实施例中，目标擦除区域可以是存储单元阵列的一个块，例如可以是图2中的存储单元阵列20，包括多行存储单元，每行存储单元连接到同一条字线上。将目标擦除区域划分为多个子区域，如图5所示，图5是根据一示例性实施例示出的一种目标擦除区域与子区域的关系示意图，目标擦除区域502包括多个子区域5022，其中每个子区域5022可以包括一行或多行存储单元。
49.在一些实施例中，例如，每个子区域包括相同数量的行的存储单元，如图6所示，图6是根据一示例性实施例示出的一种子区域划分示意图，每个子区域602包括一行存储单元。
50.预校验操作可以为一种读操作，对各个子区域中的存储单元逐行执行，以图7为例，图7是根据一示例性实施例示出的一种预校验加压操作示意图。如图7所示，其中各条位线bl1、bl2
……
blj连接感测电路，在连接字线wl1的一行存储单元进行预校验操作时，在字线wl1上加预校验电压，获得这一行存储单元的导通情况。在连接字线wl1的一行存储单元
进行预校验操作时，其他字线wl2、wl3
……
wlk可以都加截止电压，使这些行的存储单元截止。若一个子区域中的各个存储单元的阈值电压都小于预校验电压，则可以判定该子区域的预校验结果为通过；若一个子区域中的不是各个存储单元的阈值电压都小于预校验电压，即存在阈值电压大于预校验电压的存储单元，则判定该子区域的预校验结果为未通过。
51.在一些实施例中，例如，预校验电压和擦除校验操作中的擦除校验电压相同或者略高于擦除校验电压。这样，若一存储单元的阈值电压小于预校验电压即小于擦除校验电压，该存储单元导通，对应bl有电流，则该存储单元处于擦除状态，读出该存储单元的逻辑状态为“1”；若一存储单元的阈值电压大于该预校验电压，该存储单元截止，对应bl无电流，则该存储单元不处于擦除状态。
52.在步骤s404中，在多个子区域包括未通过预校验的子区域的情况下，对未通过预校验的子区域执行预编程操作。未通过预校验的子区域需要进行擦除操作，而在擦除操作之前还需要进行预编程操作，可以减小这些子区域中已处于擦除状态的存储单元在之后擦除操作中被过擦除的概率。预编程操作是把子区域中的存储单元的阈值电压都抬高，使该子区域的存储单元的阈值电压分布尽量收敛在编程状态的阈值电压分布内。
53.在一些实施例中，对未通过预校验的子区域的预编程操作是对存储单元逐行进行，以图8为例，图8是根据一示例性实施例示出的一种预编程加压操作示意图。如图8所示，在各条位线bl1、bl2
……
blj上加编程允许电压，编程允许电压可以在4v至6v之间，例如4.5v、5v、5.5v等等。在连接字线wl1的一行存储单元进行预编程操作时，在字线wl1上加预编程电压，预编程电压例如可以为8.5v、9v、9.5v等等。在连接字线wl1的一行存储单元进行预编程操作时，其他字线wl2、wl3
……
wlk可以都加截止电压，截止电压例如可以为0v、0.1v、0.2v等等，使这些行的存储单元截止。
54.在一些实施例中，预编程操作也可以包括预编程校验操作，预编程校验操作也可以是一种读操作，在进行一次预编程操作后，对该子区域进行预编程校验操作，若预编程校验未通过则需对该子区域再次进行预编程操作。与预校验操作类似，预编程校验对各个子区域的存储单元逐行执行，在执行过预编程操作的行的字线上加预编程校验电压，其他行的字线上加截止电压。图9是根据一示例性实施例示出的一种各校验电压大小与阈值电压分布关系示意图。如图9所示，以nor flash芯片为例，擦除状态存储单元阈值电压分布的下限值(即过擦除校验电压)大于0v，预校验电压和擦除校验电压的大小可以相同，都为擦除状态存储单元分布阈值电压的上限值，预校验电压也可以略大于擦除校验电压，预编程校验电压可以在预校验电压和编程状态存储单元阈值电压分布的下限值之间。在一个子区域的预编程校验操作中，若获得该子区域的存储单元的阈值电压均大于该预编程校验电压，则可判定该子区域通过了预编程校验，否则判定该子区域未通过预编程校验。
55.在一些实施例中，在多个子区域都通过预校验的情况下，对多个子区域执行过擦除恢复操作，其中，过擦除恢复操作包括过擦除校验操作和软编程操作。多个子区域都通过了预校验，表明目标擦除区域中所有的存储单元的阈值电压都小于擦除校验电压，而这些存储单元中，可能有一些处于过擦除状态，即阈值电压小于过擦除校验电压。可对存在阈值电压小于过擦除校验电压的存储单元的子区域进行软编程操作，把处于过擦除状态的存储单元恢复到正常的擦除状态。软编程操作与预编程操作类似，也可以逐行进行。也可先进行过擦除校验操作，过擦除校验操作也可以是一种读操作，与预校验操作类似，在子区域的字
线上施加过擦除校验电压，通过存储单元的导通情况判断其阈值电压是否处于擦除状态阈值分布中，其中过擦除校验电压值可以为擦除状态存储单元阈值电压分布的下限值，如图9所示。
56.在步骤s406中，对执行预编程操作后的子区域执行擦除操作。通过了预校验的子区域无需进行预编程操作，也无需进行擦除，擦除操作仅对执行了预编程操作后的子区域执行。
57.在一些实施例中，仅执行了预编程操作后的子区域执行擦除操作可以为：对在目标擦除区域的衬底上施加擦除电压，在通过预校验的子区域的字线上施加第一电压，在执行预编程操作后的子区域的字线上施加第二电压，其中，擦除电压与第一电压产生的电场不会造成对应子区域中的存储单元发生fn隧穿效应，擦除电压与第二电压产生的电场会造成对应子区域中的存储单元发生fn隧穿效应。例如，擦除电压和第一电压为正电压，第二电压为负电压。图10是根据一示例性实施例示出的一种擦除加压操作示意图。如图10所示，以wlk、wlk-1对应的子区域通过了预校验、其他wl对应的子区域没有通过预校验为例，在衬底施加擦除电压(verase)，在wlk、wlk-1上施加第一电压，在其他wl施加第二电压，其中第一电压为正电压，第二电压为负电压，所有bl浮置不施加电压，在sl上施加源极电压，即可实现在目标擦除区域中，仅对未通过预校验子区域进行擦除操作。
58.在一些实施例中，在擦除操作后，对目标擦除区域的多个子区域执行过擦除恢复操作，其中，过擦除恢复操作包括过擦除校验操作和软编程操作。由于一个子区域中的各个存储单元的浮动栅极上的电子数不同，因此各个存储单元受擦除脉冲的影响也不同。则在向某个子区域施加擦除电压时，该子区域的存储单元的浮动栅极上的电子向源极迁移的数目不同，即有些存储单元的擦除较快，有些存储单元的擦除较慢。擦除最快和擦除最慢的存储单元决定了阈值电压的分布范围，两者差距越大，阈值电压的分布范围就越广。因此，当一个子区域中的大部分存储单元的阈值电压低于擦除校验电压后，擦除块的存储单元的阈值电压就会很低，可能就会低于擦除状态的阈值电压下限(即过擦除校验电压)，从而发生过擦除现象。过擦除恢复操作的具体实施方式可参照步骤s404的一些实施例，此处不再赘述。
59.根据本公开实施例提供的非易失存储器的擦除方法，对擦除过程中的预编程操作进行了优化，通过对擦除区域进行划分，分区域进行预校验，然后根据预校验结果决定是否需要进行该区域的预编程和擦除操作，从而减少了存储器在擦除流程中的预编程和擦除操作，避免了某些单元已经处于逻辑“1”状态而额外进行预编程再擦除的过程，减少了电子在浮栅中来回穿梭的次数，可以提高单元的耐久性，减少擦除时间和功耗。
60.图11是根据一示例性实施例示出的一种非易失存储器的擦除流程的示意图。如图11所示，流程开始(s1102)后,对目标擦除区域的多个子区域依次进行预校验(s1104)，获得各个子区域的预校验结果。图12是根据一示例性实施例示出的一种对多个子区域进行预校验的流程示意图，如图12所示，目标擦除区域1202包括子区域1，子区域2，子区域3和子区域4。例如，可以从目标擦除区域1202中的子区域1开始，对其进行预校验(s1104)操作，然后进行子区域2的预校验操作，直至目标擦除区域1202中的所有子区域预校验完成。每次预校验操作读出的预校验结果可以存储到页缓冲器10212中，页缓冲器10212通常是sram(static random-access memory，静态随机存取存储器)，包括与非易失存储器的各行存储单元对应
的存储单元。控制器基于预校验结果判断该子区域是否通过预校验。例如，如果页缓冲器10212中的预校验结果的每个位都是1，控制器判断该行存储单元通过了预校验，如果页缓冲器10212中的预校验结果的包括一个或多个取值为0的位，控制器判断该行存储单元没有通过预校验，进一步控制器可以将指示子区域是否通过预校验的指示信息存储在一个寄存器中。然后根据各个子区域的预校验结果确定多个子区域是否都通过了预校验(s1106)。在确定多个子区域包括未通过预校验的子区域时，对未通过预校验的子区域执行预编程操作(s1108)，在多个子区域包括两个或两个以上未通过预校验的子区域的情况下，两个或两个以上未通过预校验的子区域的预编程操作可以依次进行，也可以同时进行。之后再对预编程之后的子区域执行擦除操作(s1110)。在确定多个子区域都通过了预校验时，或对未通过预校验的子区域执行预编程以及擦除操作之后，对整个目标擦除区域执行过擦除恢复操作(s1112)，流程结束(s1114)。
61.在图11和12所示的实施例中，对目标擦除区域的多个子区域依次进行预校验，子区域是否通过预校验的指示信息存储在寄存器中。在目标擦除区域的多个子区域的预校验都完成后，控制器根据存储器中的指示信息确定目标擦除区域的多个子区域中未通过预校验的子区域，然后对未通过预校验的子区域进行预编程和擦除操作。这样，预校验操作和预编程操作是分开，不需要在预校验操作和预编程操作之间来回切换，降低了功耗。
62.图13是根据一示例性实施例示出的另一种非易失存储器的擦除流程的示意图。如图13所示，流程开始(s1302)后,获得目标擦除区域中的当前子区域，对当前子区域逐行进行预校验(s1304)，然后判断当前子区域的预校验是否通过(s1306)。在当前子区域的预校验通过的情况下，判断(s1310)当前子区域是否为目标擦除区域中的最后一个子区域(即所有子区域已经经过预校验)。在当前子区域是目标擦除区域中的最后一个子区域的情况下，执行(选择性)擦除操作(s1312)。在当前子区域不是目标擦除区域中的最后一个子区域的情况下，获得下一个(未经过预校验的)子区域为当前子区域(s1314)，返回步骤s1304。在当前子区域的预校验未通过的情况下，对当前子区域进行预编程操作(s1308)，然后转到步骤s1310。在步骤s1312后，对目标擦除区域执行过擦除恢复操作(s1316)，流程结束(s1318)。
63.图14是根据一示例性实施例示出的另一种对目标擦除区域中的多个子区域进行预校验的流程示意图。目标擦除区域1402例如包括子区域11，子区域12，子区域13和子区域14。如图14所示，可以从目标擦除区域1402中的子区域11开始，对当前子区域11进行预校验(s1304)操作，然后判断子区域11的预校验是否通过(s1306)，在子区域11的预校验通过的情况下，获得子区域12为当前子区域，重复上述过程；在子区域11的预校验未通过的情况下，对未通过预校验的子区域11进行预编程操作(s1308)，然后获得子区域12为当前子区域，重复上述过程，直至目标擦除区域1402中的所有子区域预校验完成。在将目标擦除区域划分了子区域的基础上，将预校验和预编程过程进行了合并，通过在预校验和预编程过程之间来回切换，可以省去对预校验结果的记录过程。
64.以上具体地示出和描述了本公开的示例性实施例。应可理解的是，本公开不限于这里描述的详细结构、设置方式或实现方法；相反，本公开意图涵盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效设置。