[发明专利]数据锁存器在非易失性存储器的多阶段编程中的使用

说明书

技术领域

本发明大体上涉及例如电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)和快闪EEPROM的非易失性半导体存储器，且具体来说涉及实施快速通过写入或其它多阶段编程技术的方法。

背景技术

能够非易失性存储电荷、尤其是具有封装为小形状因数卡的EEPROM和快闪EEPROM形式的固态存储器近年来已变为各种移动和手持装置、特别是信息家电和消费电子元件产品中的优选存储。与同样为固态存储器的RAM(随机存取存储器)不同，快闪存储器是非易失性的，甚至在断电之后仍保持其存储的数据。尽管成本较高，但在大量存储应用中越来越多地使用快闪存储器。基于旋转磁性媒体(例如硬盘驱动器和软磁盘)的常规大量存储装置不适合于移动和手持环境。这是因为磁盘驱动器倾向于体积较大，容易出现机械故障且具有高等待时间和高功率要求。这些不合意的属性使得基于磁盘的存储装置在多数移动和便携式应用中不切实际。另一方面，嵌入式以及可移除卡形式的快闪存储器由于其小尺寸、低功耗、高速度和高可靠性特征而理想地适合于移动和手持环境。

EEPROM和电可编程只读存储器(EPROM)是非易失性存储器，其可被擦除且具有写入或“编程”到其存储器单元中的新数据。两者均利用在半导体衬底中定位于源极与漏极区之间的沟道区上的在场效晶体管结构中的浮动(未连接)导电栅极。接着在浮动栅极上提供控制栅极。晶体管的阈值电压特性由保留在浮动栅极上的电荷的量控制。也就是说，对于浮动栅极上给定的电荷电平，存在必须在晶体管“接通”之前施加到控制栅极以允许其源极与漏极区之间的传导的相应电压(阈值)。

浮动栅极可保持一定范围的电荷且因此可编程到阈值电压窗内的任何阈值电压电平。阈值电压窗的大小由装置的最小和最大阈值电平定界，所述阈值电平又对应于可编程到浮动栅极上的电荷的范围。阈值窗通常取决于存储器装置的特性、工作条件和历史。原则上可使用窗内的每一相异、可解析的阈值电压电平范围来指定单元的明确存储器状态。

用作存储器单元的晶体管通常通过两种机制之一编程到“经编程”状态。在“热电子注入”中，施加到漏极的高电压加速了越过衬底沟道区的电子。同时，施加到控制栅极的高电压将热电子拉过薄栅极电介质而到达浮动栅极上。在“穿隧注入”中，相对于衬底将高电压施加到控制栅极。以此方式，将电子从衬底拉到介入的浮动栅极。

可通过许多机制擦除存储器装置。对于EPROM，通过以紫外线辐射从浮动栅极移除电荷可整体擦除存储器。对于EEPROM，通过相对于控制栅极向衬底施加高电压以便引起浮动栅极中的电子隧穿过薄氧化物而到达衬底沟道区(即，Fowler-Nordheim隧穿)，可电擦除存储器单元。通常，EEPROM可逐个字节地擦除。对于快闪EEPROM，可一次性全部或每次一个或一个以上区块电擦除存储器，其中一区块可由512字节或512字节以上的存储器组成。

非易失性存储器单元的实例

存储器装置通常包括一个或一个以上可安装在卡上的存储器芯片。每一存储器芯片包括由例如解码器和擦除、写入与读取电路的外围电路支持的存储器单元阵列。更复杂的存储器装置还具有执行智能和较高级存储器操作和介接的控制器。存在许多当今正使用的商业上成功的非易失性固态存储器装置。这些存储器装置可采用不同类型的存储器单元，每一类型均具有一个或一个以上电荷存储元件。

图1A-1E示意性说明非易失性存储器单元的不同的实例。

图1A示意性说明具有用于存储电荷的浮动栅极的EEPROM单元形式的非易失性存储器。电可擦除和可编程只读存储器(EEPROM)与EPROM具有类似的结构，但另外提供用于在施加适当电压时从其浮动栅极电载入和电移除电荷而不需要暴露于UV辐射的机制。此类单元及其制造方法的实例在第5,595,924号美国专利中给出。