[发明专利]在多层存储设备编程过程中调节编程电压值的方法和系统

说明书

发明领域

本发明涉及在多层存储设备编程过程中调节编程电压值。

背景技术

在半导体存储设备发展中的主要问题之一是扩大数据储存密度，也就是每个单元面积可以储存的数据位数。因此，一般希望发展具有物理尺寸尽可能小，同时储存最大数据量的存储芯片。这样使得存储芯片发展成在单个存储单元内可储存多位数据，也指多层存储芯片。

在常规的单位每单元(single bit per cell)存储设备中，存储单元设定为两个信息储存状态中的一个状态，不是开状态就是关状态。或开或关的组合确定了信息的一个位。双层存储器中，因为单元仅具有两个不同的阈电压值Vt，在读操作中仅需要读出(sense)寻址晶体管是否可传导。这一般通过将流过存储晶体管、以预定的漏极到源极电压(drain-to-source)和栅极到源极电压(gate-to-source)偏置的电流与在同样偏置条件下参考晶体管的所述电流进行比较来完成的，既可以直接通过电流模式读出，也可以在电流-电压转换后通过电压模式读出。

多层存储设备的编程和读出方案更复杂，通常需要2^n-1个电压参考值，其中n是单元存储的位数。在多层快闪存储器中，编程工作很关键。在确定的Vt窗口内分配4(每单元2位)个或更多阈值级别，减少了有效的误差范围。读工作更复杂，并且在编程工作上具有最优控制来获得前面的阈值电压很重要。

编程一个普通快闪存储单元中，一个电势(诸如，例如接近3-12伏)施加在单元的控制门，源端子接地，漏极端子连接大约5伏的电压。这个工作可以在阵列中通过可选地将脉冲施加给与控制门连接的字线来执行，并且偏置与漏极连接的位线。本领域的人普遍知道编程快闪存储单元采用的热电子注入的方法。热电子注入用来移动浮栅内的电荷，由此改变了浮栅门晶体管的阈值电压。通过在控制门上输入高电压，产生了电子在通道内流动，并且一些热电子注射到浮栅上，使浮栅的电势变成更大的负值。因此，注入趋向饱和并且浮栅的阈值电压遵循这个趋势。通过在控制门置入工作电压(例如接近4-6伏)和在漏极置入0.5-1伏，读或读出存储单元晶体管的状态，然后检测在源极和漏极之间流过的电流级别，来测定单元所处的存储状态。

执行多层非易失性存储单元的主要困难之一是如何能够准确的编程单元，也就是，将获得阈值电压目标值刚好所必需的电荷量置入单元晶体管的浮栅。现有技术中解决如何放置精确电荷这个问题常用的方法是，使用单元接着单元编程和校验的方法。在这个编程和校验方法中，编程工作分成多个分步骤，在每个步骤之后读出单元来测定目标值是否达到，如果没有达到则继续编程。由于每一个单元在编程过程中都独立控制，这种技术允许对整个字节或甚至多个字节进行同步编程。这种程序(procedure)确保了能达到目标值Vt，并具有使用有限的编程步骤中量子特性而能达到的精度。但是，这个过程可能会很长并且必须通过芯片上的逻辑电路控制。

进一步，当使用编程和校验算法来在编程单元获得目标电压Vt及使用门电压斜升编程来转化阈值单元时，在不同的编程脉冲之间具有恒定的Vd(漏极电压)很关键。编程工作中的Vd变化包括存储单元内未受控制的阈值电压。这些不可预见的Vt将在连续读工作时引起很多问题。

通常，在多层快闪存储器中，Vd编程电压值大于Vdd值。为获得正确的编程值，当从低外部电压供应启动时，需要电荷泵。在编程过程中，电荷泵的输出切换到漏极端，并且需要控制Vd编程值(也就是输出泵)。

使用门电压斜升编程，编程单元所见的Vd编程电压值必须同样，独立于温度、要编程的单元数、Vdd电压、每单元编程电流等等。一些用来减少泵输出变化的方法包括使用泵-相停止(pump-phase stopping)，使用单串联调节器，或使用分布式串联共发共基放大调节器(distributed serial cascoderegulator)。图1阐述了使用单串联调节器方法的电路示意图100，同时图2阐述了使用分布式串联共发共基放大调节器方法的电路示意图200。