[发明专利]高速感测放大器阵列以及用于非易失性存储器的方法

说明书

技术领域

本发明一般涉及诸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，并且具体涉及感测电路、以及针对感测电路的操作提高速度的存储器操作。

背景技术

能够非易失性地存储电荷的固态存储器、特别是被包装为小型卡的EEPROM和快闪EEPROM的形式的固态存储器已经变成在各种移动和手持设备、尤其是便携信息设备和消费电子产品中的存储器的选择。不像也是固态存储器的RAM(随机存取存储器)，快闪存储器是非易失性的，且即使在断电以后也维持其存储的数据。尽管成本较高，但是在大容量存储设备中越来越多地使用快闪存储器。基于诸如硬盘和软盘的旋转磁性介质的传统的大容量存储器不适合用于移动和手持环境。这是因为磁盘趋于庞大，易于出现机械故障，且具有高延迟时间和高功率要求。这些不期望的属性使得基于盘的存储器在大多数移动和便携式应用中不实用。另一方面，被嵌入以及以可移除卡的形式的闪存由于其小尺寸、低功耗、高速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)是可以被擦除且使得新数据被写或“编程”到其存储器单元中的非易失性存储器。两者利用在源极和漏极区之间、位于在半导体衬底中的沟道区上的场效应晶体管结构的浮置(未连接)传导栅极。然后，控制栅极被提供在浮置栅极上。该晶体管的阈值电压特性受被维持在浮置栅极上的电荷量所控制。也就是说，对于在浮置栅极上的给定水平的电荷，存在必须在该晶体管被“导通”以允许在其源极和漏极区之间传导之前施加到控制栅极的相应电压(阈值)。

浮置栅极可以保持一范围的电荷，且因此可以被编程到在阈值电压窗(也称为“传导窗”)内的任何阈值电压电平。阈值电压窗的大小由该器件的最小和最大阈值电平来界定，该器件的最小和最大阈值电平又对应于可以被编程到浮置栅极上的电荷的范围。阈值窗通常取决于存储器器件的特性、工作条件和历史。在该窗内的每个不同的、可分辨的阈值电压电平范围原则上可以被用于指定单元的明确(definite)存储器状态。当该阈值电压被划分为两个不同的区时，每个存储器单元将能够存储一位数据。类似地，当阈值电压窗被划分为多于两个不同的区时，每个存储器单元将能够存储多于一位的数据。

在两状态EEPROM单元中，建立至少一个电流分界点水平以便将传导窗划分为两个区。当通过施加预定、固定的电压来读取单元时，通过与分界点水平(或参考电流IREF)相比较来将其源极/漏极电流解析(resolve)成存储器状态。如果所读取的电流高于分界点水平的电流，该单元被确定为处于一个逻辑状态(例如，“零”状态)中。另一方面，如果该电流小于该分界点水平的电流，则该单元被确定为处于另一逻辑状态(例如，“一”状态)中。因此，这种两状态单元存储一位数字信息。可以外部编程的参考电流源通常被提供为存储器系统的一部分以生成分界点水平电流。

为了增加存储器容量，随着半导体技术的状态进步，快闪EEPROM器件正被制造得越来越高密度。用于增加存储容量的另一方法是使得每个存储器单元存储多于两个状态。

对于多状态或多电平EEPROM存储器单元，通过多于一个分界点来将传导窗划分为多于两个区，以便每个单元能够存储多于一位的数据。给定的EEPROM阵列可以存储的信息因此随每个单元可以存储的状态的数量而增加。在美国专利No.5172338中描述了具有多状态或多电平存储器单元的EEPROM或快闪EEPROM。

通常通过两个机制之一将用作存储器单元的晶体管编程到“已编程”状态。在“热电子注入”中，被施加到漏极的高电压使电子加速穿过衬底沟道区。同时，被施加到控制栅极的高电压拉动热电子经过薄栅极电介质层(dielectric layer)到浮置栅极上。在“隧穿注入(tunneling injection)”中，相对于该衬底，高电压被施加到控制栅极。以此方式，从该衬底将电子拉到中间的(intervening)浮置栅极。

可以通过多个机制擦除存储器器件。对于EPROM，可通过用紫外线辐射从浮置栅极移除电荷来大量擦除该存储器。对于EEPROM，可通过相对于控制栅极向衬底施加高电压以便诱导浮置栅极中的电子遂穿过薄氧化物到衬底沟道区(即，Fowler-Nordheim隧穿)而电擦除存储器单元。通常，EEPROM可逐字节擦除。对于快闪EEPROM，在块可由存储器的512字节或更多组成的情况下，该存储器可一次性电擦除或一次一个或多个块地电擦除。