[发明专利]非易失性存储器的最高多级状态的较快编程

说明书

技术领域

本发明涉及对非易失性存储器的编程。

背景技术

半导体存储器已越来越普遍地用于各种电子装置中。举例来说，非易失性半导体 存储器可用于蜂窝式电话、数码相机、个人数字助理、移动计算装置、非移动计算装 置及其它装置中。电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)及快闪存储器即是最受欢 迎的非易失性半导体存储器。

EEPROM及快闪存储器两者利用具有位于半导体衬底中的沟道区域上方并与其 绝缘且也在源极与漏极区域之间的浮动栅极的晶体管结构。控制栅极设置在所述浮动 栅极上方并与所述浮动栅极绝缘。晶体管的阈值电压Vt由所述浮动栅极上所保持的电 荷量控制。也就是说，浮动栅极上的电荷电平控制在晶体管接通以准许其源极与漏极 之间导通之前所必须施加到控制栅极的最小电压量。

所述浮动栅极用于存储两个电荷范围，且因此所述晶体管提供具有两个可能状态 (例如，已擦除状态及已编程状态)的存储器元件。有时将此种快闪存储器装置称为 二进制快闪存储器装置，因为每一存储器元件可存储一个数据位。

通过识别多个不同的所允许/有效的编程阈值电压范围来实施多状态或多级快闪 存储器装置。每一不同的阈值电压范围对应于在所述存储器装置中编码的所述组数据 位的预定值。举例来说，当将存储器元件置于对应于四个不同阈值电压范围的四个离 散电荷带中的一者中时，每一元件可存储两个数据位。

通常，在编程操作期间施加到控制栅极的编程电压V_编程是作为波形或量值随时间 增加的脉冲系列来施加的。在一种可能的方法中，所述脉冲的量值随每一连续脉冲增 加大约为0.2-0.4V的预定步长。在编程脉冲之间的周期中，实施检验操作。也就是说， 在连续的编程脉冲之间读取正被并行编程的元件群组中每一元件的编程电平，以确定 其是否等于或大于所述元件正编程到的检验电平。对于多状态快闪存储器元件阵列， 可针对元件的每一状态执行检验步骤以确定所述元件是否已达到其数据相关联的检验 电平。举例来说，能够将数据存储为四个状态的多状态存储器元件可需要针对三个比 较点执行检验操作。

此外，当编程EEPROM或快闪存储器装置(例如，NAND串中的NAND快闪存 储器装置)时，通常将V_编程施加到控制栅极并将位线接地，从而致使电子从单元或存 储器元件(例如，存储元件)的沟道被注入浮动栅极中。当电子在浮动栅极中累积时， 所述浮动栅极会变成带负电荷且存储器元件的阈值电压升高，因此存储器元件可被视 为处于已编程状态。关于此种编程的更多信息可见于标题为“用于非易失性存储器的 源极侧自增压技术(Source Side Self Boosting Technique For Non-Volatile Memory)” 的美国专利第6,859,397号中及在标题为“对已编程存储器的检测(Detecting Over Programmed Memory)”的美国专利公开案第2005/0024939号中，两者的全文均以引 用方式并入本文中。

在多级存储装置中，可使用各种编程技术来增强获得较窄的编程阈值电压分布及 较高的编程速度方面的性能。举例来说，可使用粗略/精细编程技术，其中向已达到小 于最终检验电平的所规定检验电平的存储元件施加中间位线电压。此减缓编程，使得 可更精确地控制阈值电压分布。

如在其它电子装置的情况下，消费者要求尽可能快地对存储器装置进行编程。举 例来说，在快闪存储器卡上存储图像的数码相机的用户不想在照片之间等待不必要的 长时间周期。除以合理的速度进行编程以外，为实现多状态存储器单元的正确数据存 储，多状态存储器单元的多个阈值电压范围应彼此相隔充分的容限，以便可以清楚的 方式对存储器单元的电平进行编程及读取。建议使用紧凑的阈值电压分布。为实现紧 凑的阈值电压分布，通常使用小的编程步长，从而更缓慢地对所述单元的阈值电压进 行编程。所需的阈值电压分布越紧凑，所述步长越小且编程过程越缓慢。