[發(fā)明專利]具有減少的驗(yàn)證的改進(jìn)的編程的非易失性存儲(chǔ)器和方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201280014811.6
• 申請(qǐng)日: 2012-03-02
• 公開（公告）號(hào): CN103477392A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 董穎達(dá);大和田健;C.許
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 桑迪士克科技股份有限公司
• 主分類號(hào): G11C11/56
• 分類號(hào): G11C11/56;G11C16/34;G11C16/10
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務(wù)所 11105
• 代理人: 黃小臨

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明一般涉及非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，諸如電可擦除的可編程只讀存儲(chǔ)器（EEPROM）和閃速EEPROM，并且特別地涉及甚至以減少的數(shù)目的編程-驗(yàn)證操作來(lái)保持緊密的閾值電壓分布的存儲(chǔ)器和編程操作。

背景技術(shù)

能夠非易失性地存儲(chǔ)電荷的固態(tài)存儲(chǔ)器、尤其是以包裝為小的外形卡的EEPROM和閃速EEPROM的形式最近已成為在各種移動(dòng)和手持設(shè)備、特別是信息家電和消費(fèi)類電子產(chǎn)品中的存儲(chǔ)器的選擇。與也是固態(tài)存儲(chǔ)器的RAM（隨機(jī)存取存儲(chǔ)器）不同，閃存（或閃速存儲(chǔ)器）是非易失性的，并且即使在電源被關(guān)閉以后也保留其存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。盡管成本較高，閃速存儲(chǔ)器被越來(lái)越多地用在海量存儲(chǔ)應(yīng)用中。傳統(tǒng)的大容量存儲(chǔ)、基于旋轉(zhuǎn)磁介質(zhì)（諸如硬盤驅(qū)動(dòng)器和軟盤）不適于移動(dòng)和手持式的環(huán)境。這是因?yàn)榇疟P驅(qū)動(dòng)器往往是笨重的，容易出現(xiàn)機(jī)械故障，并具有高延遲和高功率的要求。這些不期望的屬性在大多數(shù)移動(dòng)和便攜式應(yīng)用中使基于磁盤的存儲(chǔ)器不切實(shí)際。另一方面，閃速存儲(chǔ)器——包括嵌入式的和以可移動(dòng)卡的形式——理想地適合于移動(dòng)和手持的環(huán)境中，這是因?yàn)樗男〕叽纾凸摹⒏咚俸透呖煽啃缘奶攸c(diǎn)。

EEPROM和電可編程只讀存儲(chǔ)器（EPR0M）是可擦除并且使新的數(shù)據(jù)寫入或“編程”到它們的存儲(chǔ)器單元的非易失性存儲(chǔ)器。兩者都利用場(chǎng)效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)中的在半導(dǎo)體襯底中的在源極區(qū)和漏極區(qū)之間的溝道區(qū)上方的浮置（未連接）的導(dǎo)電柵極。然后在浮置柵極上方提供控制柵極。由被保持在浮置柵極上的電荷量來(lái)控制晶體管的閾值電壓特性。也就是說(shuō)，對(duì)于浮置柵極上的給定的電荷水平，存在在晶體管被“接通”以允許它的源極區(qū)和漏極區(qū)之間的導(dǎo)電之前必須被應(yīng)用到控制柵極的相應(yīng)的電壓（閾值）。

浮置柵極可以容納一個(gè)范圍的電荷，因此可以被編程為閾值電壓窗口內(nèi)的任何閾值電壓電平。以設(shè)備的最小和最大閾值電平來(lái)界定閾值電壓窗口的大小，其又相應(yīng)于可以編程到浮置柵極的電荷的范圍。閾值窗口通常依賴于存儲(chǔ)器設(shè)備的特性、操作條件和歷史。理論上，窗口內(nèi)的每個(gè)不同的可分辨的閾值電壓電平范圍可以被用來(lái)指定單元的確定的存儲(chǔ)器狀態(tài)。當(dāng)閾值電壓被劃分為兩個(gè)不同的區(qū)域時(shí)，每個(gè)存儲(chǔ)器單元能夠存儲(chǔ)一位數(shù)據(jù)。類似地，當(dāng)閾值電壓窗口被分隔為兩個(gè)以上的不同的區(qū)域時(shí)，每個(gè)存儲(chǔ)器單元將能夠存儲(chǔ)多于一位數(shù)據(jù)。

在通常的兩狀態(tài)EEPROM單元中，建立至少一個(gè)電流斷點(diǎn)電平，從而將導(dǎo)電窗口分隔成兩個(gè)區(qū)域。當(dāng)通過(guò)施加預(yù)定的固定電壓來(lái)讀取單元時(shí)，通過(guò)與斷點(diǎn)電平（或參考電流IREF）相比較來(lái)將其源極/漏極電流決定為存儲(chǔ)器狀態(tài)。如果電流讀數(shù)高于斷點(diǎn)電平的電流讀數(shù)，則該單元被確定為處于一個(gè)邏輯狀態(tài)（例如，“零”狀態(tài)）。另一方面，如果電流小于斷點(diǎn)電平的電流，該單元被確定為在其他邏輯狀態(tài)（例如，“一”狀態(tài)）。因此，這樣的兩狀態(tài)單元存儲(chǔ)一個(gè)位的數(shù)字信息。可以是外部可編程的參考電流源通常被提供作為存儲(chǔ)器系統(tǒng)的部分以產(chǎn)生斷點(diǎn)電平電流。

為了提高存儲(chǔ)器容量，隨著半導(dǎo)體技術(shù)的狀況進(jìn)步，正以越來(lái)越高的密度制作閃速EEPROM器件。提高存儲(chǔ)容量的另一種方法是，使每個(gè)存儲(chǔ)器單元存儲(chǔ)多于兩種狀態(tài)。

對(duì)于多狀態(tài)或多級(jí)EEPROM存儲(chǔ)器單元，導(dǎo)電窗口被多于一個(gè)斷點(diǎn)分隔為多于兩個(gè)的區(qū)域，使得每個(gè)單元能夠存儲(chǔ)多于一位數(shù)據(jù)。因此，給定的EEPROM陣列可以存儲(chǔ)的信息隨著每個(gè)單元可存儲(chǔ)的狀態(tài)的數(shù)量而增加。已經(jīng)在美國(guó)專利No.5172338中描述了具有多狀態(tài)或多級(jí)的存儲(chǔ)器單元的EEPROM或閃速EEPROM。

作為存儲(chǔ)器單元的晶體管通常通過(guò)兩個(gè)機(jī)制之一被編程為“已編程”狀態(tài)。在“熱電子注入”中，施加到漏極的高電壓使電子加速越過(guò)襯底溝道區(qū)。同時(shí)，施加到控制柵極的高電壓將熱電子拉過(guò)薄柵極電介質(zhì)到浮置柵極。在“隧道注入”中，相對(duì)于襯底，高電壓被施加到控制柵極。以這種方式，電子從襯底被拉到中間的浮置柵極。

可以通過(guò)許多機(jī)制擦除存儲(chǔ)器設(shè)備。對(duì)于EPR0M，存儲(chǔ)器可以通過(guò)從浮置柵極清除電荷或者紫外線照射來(lái)批量擦除。對(duì)于EEPROM，通過(guò)相對(duì)于控制柵極施加高電壓到襯底，以誘導(dǎo)浮置柵極中的電子隧穿過(guò)薄氧化物到襯底溝道區(qū)（即，F(xiàn)owler-Nordheim隧穿）。通常，EEPROM是按字節(jié)可擦除的。對(duì)于閃速EEPROM，存儲(chǔ)器是電可擦除的，或者一次全部或在一次一個(gè)塊或多個(gè)塊，其中一塊可以包括存儲(chǔ)器的512個(gè)或更多個(gè)字節(jié)。

存儲(chǔ)器設(shè)備通常包括可以安裝在卡上的一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)器芯片。每個(gè)存儲(chǔ)器芯片包括外圍電路、諸如解碼器和擦除、寫入和讀取電路支持的存儲(chǔ)器單元的陣列。更加復(fù)雜的存儲(chǔ)器設(shè)備與執(zhí)行智能化的和更高級(jí)別的存儲(chǔ)器操作和接口的外部存儲(chǔ)器控制器一起操作。