[發明專利]高速感測放大器陣列以及用于非易失性存儲器的方法

有效

• 申請號: 200980129692.7
• 申請日: 2009-04-01
• 公開（公告）號: CN102113057A
• 公開（公告）日: 2011-06-29
• 發明（設計）人: 浩·T·古延;梅文龍;李升弼;張芳林;王琪銘
• 申請（專利權）人: 桑迪士克公司
• 主分類號: G11C16/26
• 分類號: G11C16/26;G11C11/56
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 黃小臨

技術領域

本發明一般涉及諸如電可擦除可編程只讀存儲器(EEPROM)和快閃EEPROM的非易失性半導體存儲器，并且具體涉及感測電路、以及針對感測電路的操作提高速度的存儲器操作。

背景技術

能夠非易失性地存儲電荷的固態存儲器、特別是被包裝為小型卡的EEPROM和快閃EEPROM的形式的固態存儲器已經變成在各種移動和手持設備、尤其是便攜信息設備和消費電子產品中的存儲器的選擇。不像也是固態存儲器的RAM(隨機存取存儲器)，快閃存儲器是非易失性的，且即使在斷電以后也維持其存儲的數據。盡管成本較高，但是在大容量存儲設備中越來越多地使用快閃存儲器。基于諸如硬盤和軟盤的旋轉磁性介質的傳統的大容量存儲器不適合用于移動和手持環境。這是因為磁盤趨于龐大，易于出現機械故障，且具有高延遲時間和高功率要求。這些不期望的屬性使得基于盤的存儲器在大多數移動和便攜式應用中不實用。另一方面，被嵌入以及以可移除卡的形式的閃存由于其小尺寸、低功耗、高速和高可靠性特征而理想地適合于移動和手持環境。

EEPROM和電可編程只讀存儲器(EPROM)是可以被擦除且使得新數據被寫或“編程”到其存儲器單元中的非易失性存儲器。兩者利用在源極和漏極區之間、位于在半導體襯底中的溝道區上的場效應晶體管結構的浮置(未連接)傳導柵極。然后，控制柵極被提供在浮置柵極上。該晶體管的閾值電壓特性受被維持在浮置柵極上的電荷量所控制。也就是說，對于在浮置柵極上的給定水平的電荷，存在必須在該晶體管被“導通”以允許在其源極和漏極區之間傳導之前施加到控制柵極的相應電壓(閾值)。

浮置柵極可以保持一范圍的電荷，且因此可以被編程到在閾值電壓窗(也稱為“傳導窗”)內的任何閾值電壓電平。閾值電壓窗的大小由該器件的最小和最大閾值電平來界定，該器件的最小和最大閾值電平又對應于可以被編程到浮置柵極上的電荷的范圍。閾值窗通常取決于存儲器器件的特性、工作條件和歷史。在該窗內的每個不同的、可分辨的閾值電壓電平范圍原則上可以被用于指定單元的明確(definite)存儲器狀態。當該閾值電壓被劃分為兩個不同的區時，每個存儲器單元將能夠存儲一位數據。類似地，當閾值電壓窗被劃分為多于兩個不同的區時，每個存儲器單元將能夠存儲多于一位的數據。

在兩狀態EEPROM單元中，建立至少一個電流分界點水平以便將傳導窗劃分為兩個區。當通過施加預定、固定的電壓來讀取單元時，通過與分界點水平(或參考電流IREF)相比較來將其源極/漏極電流解析(resolve)成存儲器狀態。如果所讀取的電流高于分界點水平的電流，該單元被確定為處于一個邏輯狀態(例如，“零”狀態)中。另一方面，如果該電流小于該分界點水平的電流，則該單元被確定為處于另一邏輯狀態(例如，“一”狀態)中。因此，這種兩狀態單元存儲一位數字信息。可以外部編程的參考電流源通常被提供為存儲器系統的一部分以生成分界點水平電流。

為了增加存儲器容量，隨著半導體技術的狀態進步，快閃EEPROM器件正被制造得越來越高密度。用于增加存儲容量的另一方法是使得每個存儲器單元存儲多于兩個狀態。

對于多狀態或多電平EEPROM存儲器單元，通過多于一個分界點來將傳導窗劃分為多于兩個區，以便每個單元能夠存儲多于一位的數據。給定的EEPROM陣列可以存儲的信息因此隨每個單元可以存儲的狀態的數量而增加。在美國專利No.5172338中描述了具有多狀態或多電平存儲器單元的EEPROM或快閃EEPROM。

通常通過兩個機制之一將用作存儲器單元的晶體管編程到“已編程”狀態。在“熱電子注入”中，被施加到漏極的高電壓使電子加速穿過襯底溝道區。同時，被施加到控制柵極的高電壓拉動熱電子經過薄柵極電介質層(dielectric?layer)到浮置柵極上。在“隧穿注入(tunneling?injection)”中，相對于該襯底，高電壓被施加到控制柵極。以此方式，從該襯底將電子拉到中間的(intervening)浮置柵極。

可以通過多個機制擦除存儲器器件。對于EPROM，可通過用紫外線輻射從浮置柵極移除電荷來大量擦除該存儲器。對于EEPROM，可通過相對于控制柵極向襯底施加高電壓以便誘導浮置柵極中的電子遂穿過薄氧化物到襯底溝道區(即，Fowler-Nordheim隧穿)而電擦除存儲器單元。通常，EEPROM可逐字節擦除。對于快閃EEPROM，在塊可由存儲器的512字節或更多組成的情況下，該存儲器可一次性電擦除或一次一個或多個塊地電擦除。