[发明专利]具有位线封锁控制的非易失存储器和用于改进的感测的方法

说明书

技术领域

本发明总体涉及比如电可擦可编程只读存储器(EEPROM)和闪速 EEPROM之类的非易失半导体存储器，且具体地涉及存储器和感测操作，其 中对与相对高的传导电流存储器单元(memory cell)相关联的位线的封锁 (lock out)施加控制。

背景技术

能够非易失地存储电荷，特别地具有封装为小形状因素卡的EEPROM和 闪速EEPROM形式的固态存储器近来成为在各种移动和手持装置、特别是信 息电器和消费电子产品中的存储优选。与同样是固态存储器的RAM(随机存 取存储器)不同，闪速存储器是非易失的且即使在断电之后也保留其存储的 数据。尽管成本较高，闪速存储器日益用于大容量存储应用。基于比如硬盘 和软盘之类的旋转磁介质的传统大容量存储不适于移动和手持环境。这是因 为盘驱动器趋向于体积大，易于发生机械故障和具有高等待时间和大功率需 要。这些不受欢迎的属性使得基于盘的存储在大多数移动和便携式应用中是 不实用的。另一方面，嵌入和具有可拆卸的卡的形式的闪速存储器因为其尺 寸小、低电耗、高速和高可靠性特征，而理想地适于移动和手持环境。

EEPROM和电可编程只读存储器(EPROM)是可以擦除并将新数据写 入或“编程”到它们的存储器单元中的非易失存储器。两者在场效应晶体管 结构中都利用位于半导体衬底中的沟道区之上的、在源极和漏极区之间的浮 置(不连接的)传导栅极。然后在浮置栅极之上提供控制栅极。晶体管的阈 值电压特性受在浮置栅极上保留的电荷量控制。也就是说，对于在浮置栅极 上电荷的给定水平，存在在晶体管“导通”以允许在其源极和漏极区之间的 传导之前必须施加到控制栅极的相应电压(阈值)。

浮置栅极可以保持一定范围的电荷，因此可以被编程为阈值电压窗口(也 被称为“导电窗口(conduction window)”)内的任意阈值电压电平。阈值电压 窗口的大小由器件的最小和最大阈值电平定界，该最小和最大阈值电平又对 应于可以编程到浮置栅极上的电荷的范围。阈值窗口通常依赖于存储器件的 特性，工作条件和历史。窗口内每一不同的、可解析的(resolvable)阈值电压 电平范围原则上可以用于指定单元的明确的存储器状态。当阈值电压被划分 为两个不同区域时，每一存储器单元将能够存储一位数据。类似地，当阈值 电压窗口被划分为不止两个不同区域时，每一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(breakpoint) 水平，从而将导电窗口划分为两个区。当通过施加预定的固定电压读取单元 时，通过与断点水平(或参考电流IREF)比较，将其源/漏电流解析为存储器 状态。如果读取的电流高于断点水平的电流，则确定该单元处于一个逻辑状 态(例如，“零”状态)。另一方面，如果电流小于断点水平的电流，则确定 单元处于另一逻辑状态(例如，“一”状态)。这样，这种双状态单元存储一 位数字信息。参考电流源——其可以是外部可编程的——通常作为存储器系 统的一部分提供，以产生断点水平电流。

为了增加存储器容量，随着半导体技术的进步，以越来越高的密度制造 闪速EEPROM器件。用于增加存储容量的另一方法是使得每一存储器单元存 储多于两状态。

对于多状态或多电平EEPROM存储器单元，导电窗口被多于一个断点划 分为多于两个区，使得每一单元能够存储多于一位数据。因此随着每一单元 可以存储的状态数目的增加，给定EEPROM阵列可以存储的信息增加。在美 国专利No.5,172,338中描述了具有多状态或多电平存储器单元的EEPROM 或闪速EEPROM。

用作存储器单元的晶体管典型地由两个机制之一编程为“编程”状态。 在“热电子注入”中，施加到漏极的高电压在衬底沟道区两端加速电子。同 时施加到控制栅极的高电压将热电子通过薄栅极电介质拉到浮置栅极上。在 “隧道注入(tunneling injection)”中，相对于衬底把高电压施加到控制栅极。 以这种方式，将电子从衬底拉到居间的浮置栅极。