一种NandFlash的擦除方法与流程

本发明涉及存储设备硬件技术领域，尤其涉及一种Nand Flash的擦除方法。

背景技术：

Nand Flash是Flash内存的一种，属于非易失性存储设备(Non-volatile Memory Device)，其内部采用非线性宏单元模式，具有容量大，改写速度快等优点，适用于大量数据的存储。图1是现有技术中Nand Flash的一个简易结构图，由存储单元阵列11、字线选择单元12、位线选择单元13、电压泵14、以及整个Nand Flash芯片的控制单元15组成，其中，存储单元阵列11包括存储单元，基于每个存储单元的字线和位线排列而成。具体的，存储单元首先分别以字线、位线连接组成页，又由多个页组成块，最终由多个块组成一个Nand Flash的存储单元阵列11。对Nand Flash的操作包括三部分：擦除操作、编程(写操作)以及读操作，其中以块为单位进行擦除操作，以页为单位进行编程和读操作。

在Nand Flash中，一个存储单元可看作为一个金属氧化物半导体场效晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,MOSFET)。图2是一种常见的MOSFET结构图，包括栅极20、源极21、漏极22、P型硅半导体衬底23、以及隧穿氧化层24。其相互间的连接为：P型硅半导体衬底23扩散出两个N型区，P型硅半导体衬底23上方覆盖一层隧穿氧化层24，最后在N型区上方用腐蚀的方法做成两个孔，用金属化的方法分别在绝缘层上及两个孔内做成三个电极：栅极20、源极21和漏极22，源极21和漏极22分别对应两个N型区且栅极20为存储单元的字线，漏极22为存储单元的位线。进一步的，栅 极20又包括控制栅极201、多晶硅层间电介质202(Inter Poly Dielectric,IPD)、浮动栅极203，且浮动栅极203存储电荷。在一个存储单元中，如果控制栅极201的设定电压(如读电压)大于浮动栅极203中存储电荷阈值电压，则表明存储单元处于导通状态，此时存储单元状态为1；如果控制栅极201的设定电压(如读电压)小于浮动栅极203中存储电荷阈值电压，则表明存储单元处于不导通状态，此时存储单元状态为0。

在Nand Flash中，对Nand Flash的擦除以及编程操作均是通过向擦除块或编程页施加相应电压改变存储单元浮动栅极203的阈值电压实现的。存储单元浮动栅极203的阈值电压改变可影响存储单元状态的改变，需要注意的是擦除和编程操作是相对立的，现有的擦除或编程操作方法，一次擦除或编程过程施加的擦除脉冲或编程脉冲是固定不变的。基于现有编程和擦除方法，在编程操作时有些电子在隧穿到浮动栅极的过程中没有足够能量到达浮动栅极203，而是陷入隧穿氧化层24中，在进行擦除操作时这些陷入隧穿氧化层24的电子通过高压擦除并不能从隧穿氧化层24中迁移到P型半导衬底23上。随着编程和擦除次数的增加，陷入在隧穿氧化层24中的电子越来越多，可以通过擦除操作发生迁移的电子越来越少，导致擦除过程中存储单元阈值电压的偏移，使编程阈值电压和擦除阈值电压的调节窗口越来越小，减少了Nand Flash擦除次数，进而缩短Nand Flash内存的使用寿命。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例提供一种Nand Flash的擦除方法，以延长Nand Flash内存的使用寿命。

本发明实施例提供了一种Nand-Flash的擦除方法，包括：

S101、对擦除块进行软擦除操作；

S102、校验所述擦除块中存储单元是否满足擦除条件；

S103、如果所述擦除块中存储单元满足擦除条件，则结束擦除操作；否则执行步骤S104；

S104、以设定步进值抬升施加给所述擦除块的当前擦除电压，对所述擦除块进行擦除操作，之后返回步骤S102。

进一步的，所述对擦除块进行软擦除操作，包括:

a、为擦除块施加初始软擦除电压，并在预设时间内持续施压；

b、以设定电压增量值抬升当前软擦除电压，同样在所述预设时间内持续施压；

c、如果当前软擦除电压值没有达到预设电压值，则重复步骤b。

进一步的，所述对擦除块进行软擦除操作之前，还包括：

基于Nand Flash中的控制单元通过字线选择和位线选择选取要擦除的存储块，记为擦除块。

进一步的，所述为擦除块施加软初始擦除电压，并在预设时间内持续施压，包括：

通过Nand Flash中的电压泵向所述擦除块施加初始软擦除电压，并在预设时间内由电压泵持续向擦除块施压，所述初始软擦除电压在5V左右，所述预设时间的范围在10μs～150μs。

进一步的，所述预设电压值的范围设定在12V～15V。

进一步的，所述以设定电压增量值抬升当前软擦除电压，包括：

通过Nand Flash中的控制单元调控电压泵以设定电压增量值抬升所述擦除块施加的当前软擦除电压。

进一步的，所述以设定步进值抬升施加给所述擦除块的当前擦除电压，包 括：

通过Nand Flash中的控制单元调控电压泵以设定步进值抬升施加给所述擦除块的当前擦除电压。

进一步的，所述存储单元的擦除状态指所述存储单元控制栅极中的校验电压大于该存储单元当前的阈值电压。

本发明实施例提供的一种Nand Flash的擦除方法，在进行擦除操作时首先对擦除块进行软擦除操作，如果进行完软擦除操作后，擦除块内存储单元仍未完全达到擦除状态，则再向其循环施加擦除电压并在每次循环中逐步抬升擦除电压。该方法能够减少擦除过程中Nand Flash存储单元中的电荷陷阱，缓解存储单元阈值电压的偏移，从而减缓Nand Flash的擦除衰退，增加其擦除次数进而延长其使用寿命。

附图说明

图1是Nand Flash的简易结构图；

图2是Nand Flash中一种作为存储单元的金属氧化物半导体场效晶体管的结构图；

图3是本发明实施例一提供的一种Nand Flash的擦除方法的流程图；

图4是本发明实施例二提供的一种Nand Flash的擦除方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内 容。

实施例一

图3为本发明实施例一提供的一种Nand Flash的擦除方法的流程图，该方法由Nand Flash执行，是对现有擦除方法的一种改进，如图3所示，该方法包括：

步骤S101、对擦除块进行软擦除操作。

在本实施例中，所述擦除块具体可为Nand Flash的存储单元阵列中用于擦除操作的一个存储单元块。所述擦除操作以存储单元块为单位进行，所述Nand Flash的存储单元阵列由多个存储单元块组成，所述存储单元块由多个存储单元页组成，所述存储单元页由多个存储单元以行列连接组成。在一个存储单元页中，每行由多个存储单元以字线连接，每列由多个存储单元以位线连接，且一个存储单元页共享一根字线，一个存储单元块共享一根位线。

示例性的，在一个内存大小为8GB的单层单元(Single-Level Cell，SLC)Nand Flash颗粒中，一个存储单元页包括4KB的主内存区和0.125KB的共享区，一个存储块由64个存储页组成，即一个存储块的主内存区为256KB，共享区为8KB，一个Nand Flash颗粒由4096存储单元块组成，其内存大小总共为8448MB约为8GB。

在本实施例中，对现有擦除操作的改进可分为两部分：软擦除操作和循环擦除操作，当软擦除操作没有使擦除块达到擦除状态，则进行循环擦除操作。在现有擦除操作中，最初为擦除块直接施加一较高初始擦除电压值，此时陷入隧穿氧化层的电子在所施加的高擦除电压值下不能顺利迁移到P型半导衬底上，由此造成存储单元阈值电压的偏移。

所述软擦除操作可看作对现有擦除操作进行改进的一部分。本实施例提出 的软擦除操作具体可为：先为擦除块施加较低的初始擦除电压值，并缓慢增加擦除电压，且增加的擦除电压最终不会大于现有擦除操作中的初始擦除电压值。擦除块通过软擦除操作可以有效减少隧穿氧化层中的滞留的电子。

S102、校验所述擦除块中存储单元是否满足擦除条件。

在本实施例中，Nand Flash的工作过程包括编程操作、擦除操作等，这些操作通常以判断存储单元的当前状态是否改变来实现，所述存储单元当前状态的改变主要基于存储单元中浮动栅极的电荷多少来判断，即根据存储单元的阈值电压与设定电压的大小来判断，如果存储单元的阈值电压小于设定电压，则说明存储单元的状态为0，处于要擦除状态，如果存储单元的阈值电压大于设定电压，则说明存储单元的状态为1，处于可编程状态。

在本实施例中，执行完步骤S101的软擦除操作之后，可先对所述擦除块进行校验，判断所述擦除块中存储单元是否满足擦除条件，在Nand Flash中，满足所述擦除条件具体可指擦除块中绝大部分存储单元的阈值都低于擦除校验电压，没有达到擦除状态的存储单元个数小于错误检查和纠正算法(Error Correcting Code,ECC)能够纠正的能力，所述ECC是一种能够实现“错误检查和纠正”的技术，ECC内存就是应用了这种技术的内存，一般多应用在服务器及图形工作站上，这将使整个电脑系统在工作时更趋于安全稳定。

S103、如果所述擦除块中存储单元满足擦除条件，则结束擦除操作；否则执行步骤S104；

在本实施例中，如果只对擦除块进行步骤S101的软擦除操作就能使擦除块的存储单元达到擦除条件，那么不需要执行下述步骤，但Nand Flash的擦除操作往往是一个循环过程，仅进行软擦除操作可能无法使擦除块的存储单元状态达到1进而满足擦除条件，需要进一步进行循环擦除。

示例性的，如果所述擦除块中存储单元中的当前状态为未满足擦除条件，即存储单元的当前状态不为1，就需执行步骤S104进行循环擦除操作；如果所述擦除块中存储单元中的当前状态均为擦除状态，则表明完成擦除操作，可结束擦除操作。需要注意的是，若进行软擦除操作后没有结束擦除操作，在开始步骤S104时施加给擦除块的当前擦除电压为软擦除操作结束时的擦除电压。

S104、以设定步进值抬升施加给所述擦除块的当前擦除电压，对所述擦除块进行擦除操作，之后返回步骤S102。

在本实施例中，所述当前擦除电压分两阶段，阶段一具体指：软擦除操作结束后，所述擦除块施加的软擦除电压，阶段二具体指：循环擦除中，再次执行步骤S102和S103后施加在擦除块上的擦除电压。

在本实施例中，由于擦除过程是存储单元浮动栅极中存储电荷向P型硅半导体衬底的移动改变阈值电压的过程，若软擦除操作后擦除块的存储单元没有达到擦除状态，则为了减少擦除过程中Nand Flash存储单元中的电荷陷阱，本实施例在循环擦除操作的一次擦除操作中，采用逐渐抬升擦除电压的策略，所述当前擦除电压以设定步进值抬升。

进一步的，可通过Nand Flash中的控制单元调控电压泵以设定步进值抬升施加给所述擦除块的当前擦除电压。

在本实施例中，所述步进值的变化范围一般在0.1V～2V，在擦除操作中所述步进值大小的设定根据Nand Flash芯片的具体情况而定。

本发明实施例一提供的一种Nand Flash的擦除方法，将其擦除过程分为软擦除操作和后续循环擦除操作。首先为擦除块进行软擦除操作，如果完成软擦除操作后，擦除块内存储单元仍未完全达到擦除状态，则再向其循环施加擦除电压并在每次循环中逐步抬升擦除电压。基于本发明实施例的擦除方法，Nand Flash可以减弱擦除过程中产生电荷陷阱的效应，从而逐步改变浮动栅极的阈值电压，使要擦除块中的存储单元逐渐达到擦除状态，缓解擦除过程和编程过程中阈值窗口偏移的问题，由此可以增加Nand Flash的擦除次数，达到延长Nand Flash使用寿命的效果。

实施例二

图4为本发明实施例提供的一种Nand Flash的擦除方法的流程图，本实施例以上述实施例为基础进行优化，在本实施例中，将步骤为擦除块进行软擦除操作优化为：a、为擦除块施加初始软擦除电压，并在预设时间内持续施压；b、以设定电压增量值抬升当前软擦除电压，同样在所述预设时间内持续施压；c、如果当前软擦除电压值没有达到预设电压值，则重复步骤b。

进一步的，在步骤为擦除块施加初始软擦除电压之前，还增加了步骤：

基于Nand Flash中的控制单元通过字线选择和位线选择选取要擦除的存储块，记为擦除块。

相应的，本实施例的方法包括如下步骤：

S201、基于Nand Flash中的控制单元通过字线选择和位线选择选取要擦除的存储块，记为擦除块。

在本实施例中，整个Nand Flash的读、编程、擦除操作都是通过所述控制单元实现的，在Nand Flash的擦除操作中，进行擦除操作前需要选定擦除块，所述擦除块由控制单元通过字线选择单元和位线选择单元根据其逻辑地址通过寻址来选取要擦除的存储块。

S202、为擦除块施加初始软擦除电压，并在预设时间内持续施压。

在本实施例中，所述施加初始软擦除电压具体可为Nand Flash中擦除块的 控制栅极端施加低压，在P型硅半导体形成的P阱中施加正高压，从而使浮动栅极中的电荷向P型硅半导体衬底上移动。优选的，所述在擦除块的控制栅极端施加的低压小于1V，所述P阱中施加的正高压不大于5V。

进一步的，可通过Nand Flash中的电压泵向所述擦除块施加初始软擦除电压，并在预设时间内由电压泵持续向擦除块施压，所述初始软擦除电压在5V左右，所述预设时间的范围在10μs～150μs。

S203、以设定电压增量值抬升当前软擦除电压，同样在所述预设时间内持续施压。

在本实施例中，所述设定电压增量值为一固定值，即每次抬升的软擦除电压值不变，优选的，所述电压增量值的范围控制在0.5V～1.5V内。所述抬升当前软擦除电压易于存储单元浮动栅极中的电荷向P型硅半导体衬底的移动。

进一步的，可通过Nand Flash中的控制单元调控电压泵以设定电压增量值抬升所述擦除块施加的当前软擦除电压。

S204、判断当前软擦除电压值是否达到预设电压值，若是，则执行步骤S205；若否，则返回步骤S203。

在本实施例中，所述软擦除操作为擦除块施加的软擦除电压存在电压值的限定，与现有擦除操作相比，所述软擦除电压的最高值不能大于现有擦除操作中为擦除块施加的初始电压，因此可将所述软擦除操作理解为循环擦除前的预擦除操作。一般地，现有擦除操作中，所施加的初始电压值通常为12V～15V左右。

进一步的，所述预设电压值的范围设定在12V～15V。

S205、判断所述擦除块中存储单元是否满足擦除条件，若否，则执行步骤S206；若是，则执行步骤S207。

在本实施例中，对所述擦除块中存储单元是否满足擦除条件的校验通过Nand Flash的控制单元执行。

进一步的，所述存储单元的擦除状态指所述存储单元控制栅极中的校验电压大于该存储单元当前的阈值电压。

在本实施例中，所述存储单元控制栅极中的设定电压为一特定电压，示例性的，可以向控制栅极施加读电压。所述设定电压用于与浮动栅极阈值电压的比较，当阈值电压值小于设定电压时，存储单元的状态为1，表明所述存储单元达到擦除状态。

S206、以设定步进值抬升施加给所述擦除块的当前擦除电压，对所述擦除块进行擦除操作，之后返回步骤S204。

在本实施例中，所述步进值的变化范围一般在0.1V～2V，在擦除操作中所述步进值大小的设定根据Nand Flash芯片的具体情况而定。在循环擦除的每次擦除操作中，步进值是可变化的，所述步进值的变化幅度不限，优选的，将步进值的变化幅度设定为每次增加1V。抬升擦除电压能够增大存储单元浮动栅极中存储电荷向P型硅半导体衬底的移动个数，更快改变阈值电压，加快存储单元达到擦除状态的速度，从而尽早完成擦除操作。

S207、结束擦除操作。

在本实施例中，如果所述擦除块中存储单元满足擦除条件，则表明完成了Nand Flash中所选中擦除块的擦除操作，从而结束擦除操作。

本发明实施例二提供的一种Nand Flash的擦除方法，是对本发明实施例一的优化，首先将为擦除块进行软擦除操作具体化为施加初始软擦除电压，判断软擦除电压是否达到预设置，如果达到预设值，接着进行之后的操作，否则，以一定电压增量值抬升软擦除电压；同时，在为擦除块施加初始软擦除电压之 前，增加了步骤基于Nand Flash中的控制单元通过字线选择和位线选择选取要擦除的存储块。基于本发明实施例的擦除方法，通过执行软擦除操作和之后的循环擦除操作，可以有效的减弱Nand Flash擦除过程中产生电荷陷阱，缓解擦除过程和编程过程中阈值窗口偏移的问题，由此增加Nand Flash的擦除次数，达到延长Nand Flash使用寿命的效果。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。