[发明专利]在NAND快闪存储器的写入操作期间通过均衡和调整源极、阱和位线的电荷循环

说明书

技术领域

本发明通常涉及诸如电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)和快闪EEPROM的半导体存储器电路，尤其涉及用于将数据写入这些装置的技术。

背景技术

近来，能够非易失性地存储电荷的、特别是以被封装为小外形因素(form factor)卡的EEPROM和快闪EEPROM的形状的固态存储器已经成为在多种移动装置和手持装置、特别是信息设备和消费电子产品中选择的存储装置。与也是固态存储器的RAM(随机访问存储器)不同，快闪存储器是非易失性的，并且即使在电源关断之后仍保持其所存储的数据。尽管成本较高，但是快闪存储器仍然越来越多地应用于大容量存储应用(mass storage application)中。基于诸如硬盘驱动器和软盘驱动器的旋转磁介质的传统大容量存储装置不适于移动和手持环境。这是因为磁盘驱动器往往体积大，易于出现机械故障并且具有高等待时间(latency)和高功率要求(power requirement)。这些不希望的属性使基于磁盘的存储装置在大多数移动应用和便携应用中不实用。另一方面，由于快闪存储器的小大小、低功率要求、高速度以及高可靠性的特点，内嵌且以可移除卡的形式的快闪存储器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)是一种非易失性存储器，其可被擦除并使新数据写入或“编程”在它们的存储器单元中。两者均利用在源极区域与漏极区域之间的、位于半导体衬底中的沟道区域之上的、场效应晶体管结构中的浮动(非连接)导电栅极。然后，控制栅极被提供在浮动栅极之上。晶体管的阈值电压特性由保留在浮动栅极上的电荷的量来控制。也就是说，对于浮动栅极上的给定水平的电荷，存在在晶体管变为“导通”之前必须被施加至控制栅极以使其源极区域与漏极区域之间导电的相应的电压(阈值)。

浮动栅极可保持一个范围的电荷，因此浮动栅极可被编程为阈值电压窗中的任何阈值电压电平。阈值电压窗的大小由装置的最小阈值电平和最大阈值电平来确定，该大小转而对应可被编程在浮动栅极上的电荷的范围。阈值窗通常依据存储器装置的特性、操作状态和历史。原则上，窗中的每个不同的、可解析的阈值电压电平范围可被用于指定单元的明确的存储器状态。当阈值电压被分区成两个不同区域时，每个存储器单元将能够存储一位(bit)数据。相似地，当阈值电压窗被分区成多于两个的不同区域时，每个存储器单元将能够存储多于一位的数据。

在常见的两状态EEPROM单元中，建立至少一个电流断点(current breakpoint)电平以便将导电窗分区为两个区域。当通过施加预定的、固定电压来读取单元时，通过与断点电平(或基准电流IREF)比较，该单元的源极/漏极电流被解析为存储器状态。如果读取的电流高于断点电平的电流，则单元被确定为处于一个逻辑状态(例如，“0”状态)。另一方面，如果电流小于断点电平的电流，则单元被确定为处于另一逻辑状态(例如，“1”状态)。因此，这种两状态单元存储一位数字信息。可外部进行编程的基准电流源通常被提供为用以生成断点电平电流的存储器系统的一部分。

为了增大存储器容量，随着半导体技术的状态的发展，快闪EEPROM装置被制成具有越来越高的密度。用于增大存储容量的另一方法是使每个存储器单元存储多于两个的状态。

对于多状态或多电平EEPROM存储器单元，导电窗由多于一个的断点分区为多于两个的区域，使得每个单元能够存储多于一位的数据。由此，给定的EEPROM阵列可存储的信息随着每个单元可存储的状态的数量而增大。在美国专利No.5,172,338中已经描述了具有多状态或多电平存储器单元的EEPROM或快闪EEPROM。

用作存储器单元的晶体管通常由两种机制中的一种来编程为“已编程”状态。在“热电子注入(hot electron injection)”中，施加至漏极的高电压将沟道区域的电子加速穿过衬底。同时，施加至控制栅极的高电压将热电子通过薄栅极电介质拉到浮动栅极上。在“隧穿注入(tunneling injection)”中，高电压被施加至相对于衬底的控制栅极。通过这种方式，将电子从衬底拉至中间浮动栅极(invervening floating gate)。