專利名稱:閃存陣列中頁面模式擦除的制作方法
本申請要求2000年4月4日提交的美國專利申請09/54/434的優(yōu)先權(quán)。
通常進行編程操作時是將與閃存單元的漏極區(qū)相連的所選位線驅(qū)動到第一電壓,并將與所選字線相連的閃存單元的柵極驅(qū)動到較高的電壓以便以本專業(yè)的普通技術(shù)人員熟知的方式進行熱電子注入。
進行擦除操作時是將閃存單元的柵極驅(qū)動到比位線上的電壓顯著要低一些的電壓。這樣做時,電子以本專業(yè)的普通技術(shù)人員熟知的方式因隧道效應(yīng)而離開閃存單元的浮置柵極。對于傳統(tǒng)的閃存陣列,已知可以將整個閃存陣列一次擦除,稱為整體擦除(BULK ERASE),或一次擦除閃存陣列的一個扇區(qū),稱為扇區(qū)擦除(SECTOR ERASE)。閃存陣列的整體擦除的實例可在下文中找到“一種90ns 100K擦除-編程周期兆位閃存”,1989,IEEE國際固體電路會議(International Solid State Circuits),140-141頁,1989年2月。扇區(qū)擦除的實例可在下文中找到“極度省電的55ns 0.35μm 5V僅16M閃存”,1996,IEEE國際固體電路會議,44-45頁,1996年2月。
將擦除操作限于扇區(qū)擦除或整體擦除,是考慮到當(dāng)選中一些行線進行擦除時,存儲在未選中行的閃存單元的浮置柵極上的數(shù)值就有可能由于發(fā)生非預(yù)期的隧道效應(yīng)而受到影響。因而,本發(fā)明的目的就是提供一種擦除模式,可以只擦除一個扇區(qū)中的一個單行或一個扇區(qū)的多行而同時減少對未選中扇區(qū)中閃存單元的干擾現(xiàn)象。
本發(fā)明的簡要說明根據(jù)本發(fā)明的第一方面,提出了對閃存陣列中的扇區(qū)進行頁面擦除的操作模式。在頁面擦除操作模式中,將大約-10V的優(yōu)選隧道電位加在選中要作頁面擦除的行的閃存單元的柵極上,并將與閃存單元的漏極相連接的位線驅(qū)動到大約6.5V的優(yōu)選電壓。為了減少對未選中行上的存儲器單元發(fā)生的非預(yù)期擦除,將大約1到2伏的優(yōu)選偏壓加到除選中行外所有行的閃存單元的柵極上。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面,提出了多頁面擦除模式。在多頁面擦除模式中,把一個扇區(qū)中的行分成多個組,選中某組中多于一行進行擦除,或選中不同組中的相應(yīng)行進行擦除。在多頁面擦除模式中,將大約-10V的優(yōu)選隧道電壓加在選中要作擦除的那些行的閃存單元的柵極上,并將與閃存單元的漏極相連接的位線驅(qū)動到大約6.5V的優(yōu)選電壓。為了減少對未選中行上的存儲器單元發(fā)生的非預(yù)期擦除,將大約1到2伏的優(yōu)選偏壓加到未被選中作擦除的行上的閃存單元的柵極上。
圖3示出按本發(fā)明的閃存陣列的讀出、編程和擦除模式時加在圖2所示扇區(qū)中的元件上的信號表;圖4示出適合本發(fā)明使用的可變參考發(fā)生器電路的示意圖。
圖1示出了按本發(fā)明的閃存陣列10。閃存陣列10有M行,每行有N字節(jié)。閃存陣列10中M行的每一行通常稱為存儲器的一個頁面。在數(shù)據(jù)閃存陣列10中,M行分組成為扇區(qū)或塊,其方式本專業(yè)的普通技術(shù)人員已熟知。應(yīng)當(dāng)指出,數(shù)據(jù)閃存陣列10的一個扇區(qū)所包含的行數(shù)通常是個設(shè)計選擇的問題,而且可以把整個數(shù)據(jù)閃存陣列10看作一個扇區(qū)。在一個4兆字節(jié)的閃存陣列的優(yōu)選實施例中,將264字節(jié)的2,048行(或頁面)分組成4個扇區(qū),每個扇區(qū)有512行。
如上所述,在閃存陣列的存儲器單元上通??蛇M行三種操作。這三種操作是讀出、編程和擦除。在先有技術(shù)中已知可以進行整個閃存陣列的一次擦除,稱為整體擦除,或進行整個扇區(qū)的一次擦除,稱為扇區(qū)擦除。按本發(fā)明,可對一個扇區(qū)中的一個單行進行擦除,稱為頁面擦除,或?qū)σ粋€扇區(qū)中的多個頁面進行擦除,稱為多頁面擦除。
現(xiàn)參閱圖2,圖中示出按本發(fā)明的扇區(qū)12的一部分14。在扇區(qū)12的部分14中,行20分隔為K組,每一組有J行。在上述4兆字節(jié)的閃存陣列的優(yōu)選實施例中,扇區(qū)中的512行分成64組,每組包括8行。在扇區(qū)12的部分14中,第一組行20-1到20-J示為組1,最后一組行20-1到20-J示為組K。
閃存陣列10中20-1到20-J的每一行是一條字線,這一點本專業(yè)的普通技術(shù)人員已很理解。20-1到20-J行的每條字線與位線形成交點。通常,閃存陣列中的位線數(shù)等于行20中的字?jǐn)?shù)乘以每個字的位數(shù)。例如,在上述4M閃存陣列的優(yōu)選實施例中,每一行有264個字,每個字有8位。結(jié)果,在閃存陣列中就有2112條位線。在扇區(qū)12的部分14中,作為說明,只示出單一位線22。
在字線20和位線22之間的交點處是閃存單元24。閃存單元的具體實施例在此不作說明,以免使本文過于復(fù)雜而模糊了對本發(fā)明的說明。適用于本發(fā)明的一種閃存單元在1986年5月30日提交的美國專利4783766號中已有說明,該專利已授予本發(fā)明的同一受讓人,并作為參考包括在本文中。
連接到每條字線20一端的是一對N溝道MOS晶體管26-1和26-2。在每一對N溝道MOS晶體管26-1和26-2中,第一N溝道MOS晶體管26-1的漏極連接到行選擇電位Xd,第二N溝道MOS晶體管26-2的源極連接到柵極偏置電位Vwg,第一N溝道MOS晶體管26-1和第二N溝道MOS晶體管26-2的源極和漏極分別連接到字線20。
每個N溝道MOS晶體管26-1的柵極連接到組選擇信號Xs,每個N溝道MOS晶體管26-2的柵極連接到由倒相器28提供的組選擇信號Xs的互補Xs上。應(yīng)當(dāng)指出,倒相器28在Xs上提供的電壓電位比Xs上的電壓高或低所需的一定數(shù)量。組選擇信號Xs以及其互補Xs均由一解碼器提供,解碼器的實現(xiàn)是在本專業(yè)的普通技術(shù)人員的技術(shù)范圍之內(nèi),在此不作說明,以免使本文過于復(fù)雜而模糊了對本發(fā)明的說明。
對于在字線20和位線22交點處的每一個閃存元件,閃存元件的漏極連接到位線22,閃存元件24的源極通過陣列電源線30連接到陣列電源電壓,閃存元件24的柵極連接到字線20。對于每條字線20,P溝道MOS隔離通道(isolation pass)晶體管32串聯(lián)在每對N溝道MOS晶體管26-1和26-2之間以及位于字線20和位線22交點處的第一閃存元件24之間。在P溝道MOS隔離通道晶體管32和位于字線20和位線22交點處的第一閃存元件24的柵極之間連接的是字線泵34,該字線泵34通過字線泵線36連接到大約為-15伏到-4伏(最好是-10伏)的負(fù)電壓源。
現(xiàn)參閱圖3,該表列出了按本發(fā)明進行閃存陣列的讀出、編程和擦除模式時加在圖2所示電路中的各種元件上的信號。按本發(fā)明,現(xiàn)只說明在擦除操作中所述信號的應(yīng)用。
為了選擇一特定行作頁面擦除,在組選擇信號線Xs上,加Vcc電壓至含有選作頁面擦除的行20-1到20-j的組中的N溝道MOS晶體管26-1的柵極上,在組選擇信號線的互補Xs線上,加地電壓(0伏)至含有選作頁面擦除的行20-1到20-j的組中的N溝道MOS晶體管26-2的柵極上。除了含有選作頁面擦除的行20-1到20-j的組外,對于其他各組的行20-1到20-j,在組選擇信號線Xs上,加地電壓(0伏)至N溝道MOS晶體管26-1的柵極上,在組選擇信號線的互補Xs線上,加Vcc電壓至N溝道MOS晶體管26-2的柵極上。
在Xs和Xs組選擇信號線上加電壓時,將地電壓(0伏)加到被選中作頁面擦除的行20-1到20-J的N溝道MOS晶體管26-1的柵極上,而大約在1伏到5伏范圍內(nèi)(最好是約1伏到2伏)的偏置電壓加到與選中作頁面擦除的行20-1到20-J在同一組但未被行選擇信號Xd選中作頁面擦除的行20-1到20-j的漏極上。
地電壓(0伏)同時也加到未被選中作頁面擦除的組中與選中的行20-1到20-J相對應(yīng)的行20-1到20-j的N溝道MOS晶體管26-1的漏極上,而大約在1伏到5伏范圍內(nèi)(最好是約1伏到2伏)的偏置電壓也加到對應(yīng)于選中組的非選中行20-1到20-j的非選中組的行20-1到20-j的N溝道MOS晶體管26-1的漏極上。
例如,被選中的行20-1到20-J是組1的行20-2,那么,地電壓(0伏)加到行20-2的N溝道MOS晶體管26-1的漏極上,也加到組2到組K中行20-2的N溝道MOS晶體管26-1的漏極上。另外,偏置電壓加到組1的所有行20-1,20-3到20-J的N溝道MOS晶體管26-1的漏極上,也加到組2到組K中所有行20-1,20-3到20-J的N溝道MOS晶體管26-1的漏極上。
除了在N溝道MOS晶體管26-1的漏極上加信號外,當(dāng)在組選擇信號線Xs和Xs上加電壓時,大約在1伏到5伏范圍內(nèi)(最好是約1伏到2伏)的偏置電壓也加到信號線Vwg上的N溝道MOS晶體管26-2的源極上。
在這些電壓加到N溝道MOS晶體管26-1和26-2的柵極、N溝道MOS晶體管26-1的漏極和N溝道MOS晶體管26-2的源極上時,P溝道MOS隔離通道晶體管32-1到32-J就導(dǎo)通。
于是,地電壓(0伏)就會加到選中行20-1到20-J的閃存元件24的柵極上,而偏置電壓會加到所有其它行20-1到20-J的閃存元件上。從上述討論可知,對于含有選中行20-1到20-J的選中組1到組K,加到選中組的未選中行20-1到20-J的閃存元件24的柵極上的偏置電壓是由連接到N溝道MOS晶體管26-1漏極的Xd信號線提供的,而對于未選中組1到組K的所有其它行20-1到20-J,加到閃存元件24的柵極上的偏置電壓是由Vwg信號線上加到N溝道MOS晶體管26-2的源極上的電壓提供的。
一旦地電壓(0伏)已加到選中行20-1到20-J的閃存元件24的柵極上,且大約在1伏到5伏范圍內(nèi)(最好是約1伏到2伏)的偏置電壓也已加到所有其它閃存元件24的柵極上,在P溝道MOS隔離通道晶體管32-1到32-J的柵極上就會加上這樣的電壓、使得連接到選中行20-1到20-J的P溝道MOS隔離通道晶體管32-1到32-J由于柵-源(柵極到源極)電壓而斷開。在大約-15伏到-4伏范圍內(nèi)(最好約-10伏)的負(fù)電壓由連接到選中行20-1到20-J的字線泵34加到選中組1到K的選中行20-1到20-J上。
為了避免使本文過于復(fù)雜而模糊了對本發(fā)明的說明,本專業(yè)的普通技術(shù)人員已知的字線泵34的實現(xiàn)或其它對選中行20-1到20-J提供負(fù)電壓的裝置的實現(xiàn),在此不再作說明。適用于本發(fā)明的一種字線泵34的實現(xiàn)方案在1982年2月8日提交的美國專利4511811號中已有說明,該專利已授予本發(fā)明的同一受讓人,并作為參考包括在本文中。
由于連接到選中行20-1到20-J的P溝道MOS隔離通道晶體管32-1到32-J已斷開,加到選中行20-1到20-J的閃存元件24的柵極上的負(fù)電壓就不會使N溝道MOS晶體管對26-1和26-2處于負(fù)電壓。另外,先在選中行20-1到20-J的閃存元件24的柵極上加地電壓,而不是加偏置電壓,字線泵34向選中行20-1到20-J的閃存元件24的柵極提供負(fù)電壓所耗費的能量和時間都較少。
為完成頁面擦除操作的性能,位線22都被驅(qū)動到大約5伏到10伏(最好約6.5伏)的正電壓。結(jié)果,在選中行20-1到20-J的閃存元件24的浮置柵極和漏極之間就會發(fā)生隧道效應(yīng)(其方式本專業(yè)的普通技術(shù)人員已熟知),以便擦除選中行20-1到20-J的閃存元件24,因為在選中行20-1到20-J的閃存元件24的漏極和浮置柵極之間已加有大約12到20伏(最好是約16.5伏)的電位差。
按照本發(fā)明,當(dāng)大約為5伏到10伏(最好是6.5伏)的正電壓加到位線22上時,所有未選中行20-1到20-J上的閃存元件24都較不易發(fā)生隧道效應(yīng),因為在所有未選中行20-1到20-J上的閃存元件24的柵極上都已加有大約1伏到5伏(最好是約1到2伏)的偏置電壓。
從上述討論可知,多頁面擦除可在選中組的多頁面上進行,方法是加地電壓(0伏)到多個選中行20-1到20-J的每一行的每個N溝道MOS晶體管26-1的漏極上,以使地電壓(0伏)加到所有多個選中行20-1到20-J上閃存元件24的柵極上。然后選擇連接到多個選中行20-1到20-J的字線泵34,將大約-15伏到-4伏(最好是-10伏)的負(fù)電壓加到所有多個選中行20-1到20-J上閃存元件24的柵極上。
當(dāng)大約為5伏到10伏(最好是6.5伏)的正電壓加到位線22上時,多個選中行20-1到20-J上閃存元件24的浮置柵極和漏極之間就會發(fā)生隧道效應(yīng)(其方式本專業(yè)的普通技術(shù)人員已熟知),從而擦除多個選中行20-1到20-J的閃存元件24,因為大約12到20伏(最好是約16.5伏)的電位差已加在多個選中行20-1到20-J的閃存元件24的漏極和浮置柵極之間。
現(xiàn)參閱圖4,圖中示出了為讀出、編程和擦除模式提供行選擇參考電壓Xd的可變參考發(fā)生器電路40。在可變參考電位發(fā)生器電路40中,“與非”(NAND)門42具有多個輸入端,它們解碼某一特定行20-1到20-J是否被選中。NAND門42的輸出連接到“或非”(NOR)門44的第一輸入端、通過倒相器48連接到NOR門46的第一輸入端、并且連接到NOR門50的第一輸入端。
NOR門44的第二輸入端連接到偏壓使能線,該線在閃存陣列處于擦除模式時達到高電平狀態(tài)。NOR門46和50的第二輸入端連接到偏壓使能信號的互補線。NOR門44的輸出連接到NOR門52的第一輸入端,NOR門52的第二輸入連接到偏壓使能信號。NOR門44的輸出端還連接到N溝道MOS通道晶體管54的源極和N溝道“低”導(dǎo)通晶體管56的柵極。
N溝道MOS隔離通道晶體管54的柵極連接到隔離控制信號,最好是Vcc。可變電壓參考電位Vmp連接到P溝道MOS晶體管58,60和62的源極。N溝道MOS晶體管56的源極接地。P溝道MOS晶體管58和62的柵極連接到N溝道MOS晶體管56的漏極,而P溝道MOS晶體管60的柵極和P溝道MOS晶體管58的漏極一起連接到N溝道MOS隔離通道晶體管54的漏極。P溝道MOS晶體管60的漏極也連接到N溝道MOS晶體管56的漏極。N溝道MOS晶體管64的柵極連接到NOR門52的輸出端,源極接地,漏極接P溝道MOS晶體管62的漏極,形成參考電位發(fā)生器電路40的輸出Xd。
NOR門46和50的輸出端連接到N溝道MOS晶體管66和68的柵極。N溝道MOS晶體管66的漏極連接到BIAS(偏置)電位,N溝道MOS晶體管68的源極接地。N溝道MOS晶體管66的源極連接到N溝道MOS晶體管68的漏極,形成一個連接到參考電位發(fā)生器電路40的輸出Xd的節(jié)點。
在可變參考發(fā)生器電路40的工作中,當(dāng)進行頁面擦除模式時,偏壓使能信號處在高電平,使得NOR門44和52的輸出處在低電平。由N溝道MOS晶體管54傳送到P溝道MOS晶體管60的柵極上的低電平信號使可變電壓Vmp加在P溝道MOS晶體管62的柵極上。在讀出、編程和擦除模式下Vmp電壓最好分別是Vcc、10伏和Vcc。這樣,P溝道MOS晶體管62就會斷開。由NOR門52向N溝道MOS晶體管64的柵極提供的低電平信號也斷開N溝道MOS晶體管64。
在頁面擦除模式偏壓使能信號處在高電平時,連接到NOR門46和50的偏壓使能信號的互補信號處在低電平。連接到NOR門46和50的還分別有NAND門42的倒相輸出和NAND門42的輸出。NOR門46的低電平輸出表示該特定行20-1到20-J被選中。相應(yīng)地,當(dāng)NOR門42的低電平輸出加到NOR門50時,輸出Xd被由NOR門50的輸出而導(dǎo)通的N溝道MOS晶體管68拉到地,而當(dāng)NOR門42的高電平輸出經(jīng)過倒相器48作為低電平信號加到NOR門46時,輸出Xd被由NOR門46的輸出而導(dǎo)通的N溝道MOS晶體管66拉到偏置電壓。
在讀出或編程模式下,偏壓使能信號為低電平,NAND門42的低電平信號會使NOR門44的輸出為高電平,而NAND門42的高電平信號會使NOR門44的輸出為低電平。當(dāng)NOR門44的輸出為高電平時,因NOR門44的高電平信號而導(dǎo)通的N溝道MOS晶體管56將P溝道MOS晶體管62的柵極拉到地時P溝道MOS晶體管62導(dǎo)通,而Vmp電壓就通過導(dǎo)通的P溝道MOS晶體管62加在輸出Xd上。當(dāng)NOR門44的輸出為低電平時,地電壓通過因NOR門52的高電平信號而導(dǎo)通的N溝道MOS晶體管64加在輸出Xd上。
雖然以上已經(jīng)示出和說明了本發(fā)明的實施例和應(yīng)用,但是,在不背離本發(fā)明的觀念的條件下有可能作除上述以外的許多改動,這對這對本專業(yè)的技術(shù)人員是顯而易見的。因此,本發(fā)明僅受所附權(quán)利要求書精神的限制。
權(quán)利要求
1.在由多行和多列組成的閃存陣列(其中字線與陣列的每一行相關(guān)聯(lián),而位線與陣列的每一列相關(guān)聯(lián))中,存儲器包括多個存儲器單元,每個存儲器單元與陣列中的一條行線和一條列線相關(guān)聯(lián),每個存儲器單元包括晶體管,后者具有連接到各行線中與之相關(guān)聯(lián)的一條行線的控制柵極、浮置柵極、連接到存儲器陣列的共用電源節(jié)點的源極和連接到各列線中與之相關(guān)聯(lián)的一條列線的漏極,在所述陣列的一行上進行擦除操作的方法包括將第一電壓加到與待擦除的行相關(guān)聯(lián)的所述行線上;將比所述第一電壓正值大的第二電壓加到與陣列中除所述待擦除的行之外其它行相關(guān)聯(lián)的行線上;以及將比所述第二電壓正值大的第三電壓加到陣列中的每條位線上,所述第一和第三電壓之間的電壓差的大小應(yīng)足以使電子從所述浮置柵極穿通,且所述第二和第三電壓之間的電壓差的大小應(yīng)使所述浮置柵極較不易產(chǎn)生隧道效應(yīng)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于所述閃存陣列還包括工作時連接到所述字線的字線泵,所述施加第一電壓的操作由所述字線泵執(zhí)行。
3.如權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于所述第二電壓不超過Vcc。
4.如權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于所述第一電壓在大約-15伏和大約-4伏之間,所述第二電壓是大約1伏到5伏,而所述第三電壓是大約5伏到10伏。
5.如權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于還包括浮置所述共用源節(jié)點的操作。
6.在包括多個存儲器單元晶體管的閃存中,每個存儲器單元晶體管具有控制柵極、浮置柵極、源極和漏極,一種對至少一個存儲器單元晶體管上進行擦除操作但不擦除其它存儲器單元晶體管的方法,所述包括將第一電壓加到待擦除的至少一個存儲器單元晶體管的控制柵極上;將比所述第一電壓正值大的第二電壓加到除所述待擦除的至少一個存儲器單元晶體管之外的所有其它存儲器單元晶體管的控制柵極上;以及將比所述第二電壓正值大的第三電壓加到所述待擦除的至少一個存儲器單元晶體管的所述漏極上以及不欲擦除的所述存儲器單元晶體管的所述漏極上,其中所述第一和第三電壓之間的電壓差應(yīng)足以使電子從所述不欲擦除的至少一個存儲器單元晶體管的浮置柵極隧道穿通,且所述第二和第三電壓之間的電壓差的大小應(yīng)使所述不欲擦除的所述存儲器單元晶體管的所述浮置柵極較不易產(chǎn)生隧道效應(yīng)。
7.如權(quán)利要求6所述的方法,其特征在于所述閃存陣列還包括工作時連接到所述字線的字線泵,所述施加第一電壓的操作由所述字線泵執(zhí)行。
8.如權(quán)利要求6所述的方法,其特征在于所述第二電壓不超過Vcc。
9.如權(quán)利要求6所述的方法,其特征在于所述第一電壓在大約-15伏和大約-4伏之間,所述第二電壓是大約1伏到5伏,而所述第三電壓是大約5伏到10伏。
10.如權(quán)利要求6所述的方法,其特征在于還包括浮置所述共用源節(jié)點的操作。
11.一種閃存陣列裝置,它包括多個存儲器單元晶體管,每個存儲器單元晶體管具有控制柵極、浮置柵極、源極和漏極;用于將第一電壓加到待擦除的至少一個存儲器單元晶體管的所述控制柵極上的裝置;用于將比所述第一電壓正值大的第二電壓加到除所述待擦除的至少一個存儲器單元晶體管之外的所有其它存儲器單元晶體管的控制柵極上的裝置;用于將比所述第二電壓正值大的第三電壓加到所述待擦除的至少一個存儲器單元晶體管的所述漏極上以及不欲擦除的所述存儲器單元晶體管的所述漏極上的裝置,其中所述第一和第三電壓之間的電壓差應(yīng)足以使電子從所述不欲擦除的所述至少一個存儲器單元晶體管的浮置柵極隧道穿通,且所述第二和第三電壓之間的電壓差的大小應(yīng)使所述不欲擦除的所述存儲器單元晶體管的浮置柵極較不易產(chǎn)生隧道效應(yīng)。
12.如權(quán)利要求11所述的裝置,其特征在于還包括工作時連接到所述字線的字線泵。
13.如權(quán)利要求11所述的裝置,其特征在于所述第二電壓不超過Vcc。
14.如權(quán)利要求11所述的裝置,其特征在于所述第一電壓在大約-15伏和大約-4伏之間,所述第二電壓是大約1伏到5伏,而所述第三電壓是大約5伏到10伏。
全文摘要
提供了在閃存陣列的一個扇區(qū)中頁面擦除和多頁面擦除的操作模式。在頁面擦除和多頁面擦除的操作模式中,將大約-10伏的優(yōu)選隧道(效應(yīng))電位加到選中作擦除的行(或多行)上閃存單元的柵極上,連接到閃存單元的漏級的位線被驅(qū)動到大約6.5伏的優(yōu)選電壓。為了減少對非選中行或多行上存儲器單元的非預(yù)期擦除,將大約1-2伏的優(yōu)選偏置電壓加到所有非選中行的閃存單元的柵極上。
文檔編號G11C16/04GK1432181SQ01810579
公開日2003年7月23日 申請日期2001年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2000年4月4日
發(fā)明者A·古普塔, S·舒曼恩 申請人:阿特梅爾股份有限公司