[发明专利]互补非易失性存储电路

说明书

技术领域    本发明一般涉及电可重写非易失性存储电路。更具体地说，本发明针对能够缩短数据重写时间的FLOTOX(浮栅隧道氧化物)型非易失性存储电路。

技术背景    图5中示出一种传统的FLOTOX型非易失性存储器。在这种FLOTOX型非易失性存储器中，由电压比较电路构成的读出放大器电路1把连接到各电流负载电路的一个实存储元件6两端的端电压与一个虚存储元件12两端的端电压相比较，以便判断数据等于“0”还是等于“1”。电流负载电路分别由NMOS(N型金属氧化物半导体)晶体管2和3、以及NMOS晶体管8和9构成。

现在参考附图对这种传统非易失性存储电路进行描述。

实存储元件6可以有两个值，也就是说，增强状态和耗尽状态。“IN+”的电压随该实存储元件6的状态而变化，并且这个“IN+”相当于读出放大器电路1设在实存储单元6一方的输入节点。结果，将此电压与相当于该读出放大器电路1设在虚单元一方的另一个输入节点的“IN-”的参考电压相比较，以便判断数据等于“0”还是“1”。

此时，在实存储单元6的控制栅上加偏置电压(CGBIAS)。该偏置电压大致等于在实存储单元6进入增强状态时的阀值电压与实存储单元6进入耗尽状态时的另一阀值电压之间定义的中间值。

实存储元件6通过同时操作列选择晶体管4和行选择晶体管5从存储阵列中存在的大量存储单元中选择所需的1位。在这种情况下，当采用串行输入/输出型非易失性存储器时，可能还要另外采用位选择晶体管。一般而言，在利用这种FLOTOX型非易失性存储器构成阵列的情况下，一对实存储元件6和行选择晶体管5(即选择栅晶体管)同时组成的两个元件可起到1位存储单元的作用。

在数据写入FLOTOX型存储单元的情况下，当存储单元进入增强状态时，将控制栅设置在18V到22V的高电压，同时将漏极设置为0V，使得利用FN(福勒-诺德海姆隧穿)隧道电流、经由厚度大约为80到120埃的隧道氧化膜、将电子注入浮栅。为了让存储单元进入耗尽状态，将控制栅设置为0V，并将漏极设置为18V到22V的高电压，使得类似地利用FN隧道电流将空穴注入浮栅。

当大约10到12V的电场加在隧道氧化膜上时，开始出现FN隧道电流，而这个FN隧道电流的大小随隧道氧化膜的厚度而定。

此时，为了让存储单元进入耗尽状态，一旦该存储单元进入增强状态而此后、为了避免在数据写操作期间源极和漏极之间出现漏电流，必须将高电压加在漏极上。在把数据写入存储单元时，由于对以前写入该存储单元的数据未作明确定义，作为写序列，执行所谓的“擦除周期”。也就是说，开始，存储单元无一例外地必须进入增强状态。此后，仅在将要在所谓的“写周期”中进入耗尽状态的存储单元的漏极上加高电压。

一般而言，当把数据连续重写到FLOTOX型非易失性存储器时，其隧道氧化膜的膜质量会退化，增强状态的阀值与耗尽状态的阀值之间的差距会逐渐减小。最终，这个隧道氧化膜会损坏，使得无法读和写数据。而且，在这种已写入数据的存储单元中，已经储存在浮栅中的电子电荷会逐渐被抽出。特别是在高温条件下，这些电子电荷会明显消失。结果，增强状态的阀值电压与耗尽状态的阀值电压之间的差距变小，最终读出放大器无法读出数据。因此，当把数据写入非易失性存储器时，考虑到这些条件，应该以这样的方式深入地写入数据、使得增强状态与耗尽状态两者的阀值电压之间差距可变得足够大。此时，数据可重写次数和数据写入深度可取决于写数据时所加的高电压。数据的写入电压增大时，数据的写入深度变得足够深，同时也增加了读出放大器读取所用到的容差。但是，增加了给予隧道氧化膜的应力，并且减少了总的数据可重写次数。相反，若减小数据写入电压，由于减小了加至隧道氧化膜的应力，所以增加了总的数据可重写次数。但是，数据的写入深度变浅。换言之，由于耗尽状态与增强状态的阀值电压之间的差异小，使得输入设在实存储单元一方的读出放大器的输入电压、与输入设在虚单元一方的另一读出放大器的另一输入电压之间的差异减小。结果，数据读取速度被延迟。在最坏的情况下，无法从非易失性存储器中读出数据。

由于总的数据可重写次数与数据写入深度之间存在这种折衷的关系，因此传统的FLOTOX型非易失性存储器具有这种局限性。也就是说，选择用于写数据的高电压为18V到22V，而总的数据可重写次数限制在100000次，最多1000000次。

同时，由于传统的非易失性存储器需要由擦除周期和写周期构成的两个程序、以便把数据写入非易失性存储器，因此延长了数据写入时间。