[发明专利]非易失性存储器的两遍擦除

说明书

技术领域

本发明涉及用于非易失性存储器的技术。

背景技术

半导体存储器已经变得更加广泛用于各种电子设备中。例如，非易失性半导体存储器用于个人导航设备、蜂窝电话、数码摄像装置、个人数字助理、移动计算设备、非移动计算设备和其他设备。电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)和闪存是最流行的非易失性半导体存储器中的两种。

EEPROM和闪存利用位于半导体衬底中的沟道区之上并且与之绝缘的浮栅。浮栅和沟道区位于源区和漏区之间。控制栅设置在浮栅之上并与之绝缘。晶体管的阈值电压由浮栅上保留的电荷量控制。即，必须在接通晶体管之前施加到控制栅上以允许其源极和漏极之间导通的电压的最小量由浮栅上的电荷电平控制。

一些EEPROM或闪存器件具有被称作与非(NAND)配置的配置，其中存储单元分组为NAND串，每个NAND串与位线相关联。当对诸如NAND闪存器件的闪存器件或EEPROM编程时，通常将编程电压施加到控制栅上且位线接地。来自沟道的电子注入浮栅中。当电子在浮栅中累积时，浮栅变为带负电的且存储单元的阈值电压升高以使得存储单元处于编程状态。关于编程的更多信息可以在题为“Source Side Self Boosting Technique for Non-Volatile Memory”的美国专利6,859,397、题为“Detecting Over Programmed Memory”的美国专利6,917,542以及题为“Programming Non-Volatile Memory”的美国专利6,888,758中找到，所有三个引用的专利的全文通过引用合并于此。

在很多情况下，编程电压作为一系列脉冲(称作编程脉冲)施加到控制栅，其中脉冲的幅度随每个脉冲增加。在编程脉冲之间，执行一个或者更多个验证操作的集合来确定正在被编程的存储单元是否已经达到其目标电平。如果存储单元已经达到其目标电平，则对于该存储单元编程停止。如果存储单元还未达到其目标电平，则对于该存储单元编程将继续。

在一些实现中，在编程之前擦除存储单元。可以对整个存储阵列、单个区块(block)或者单元的其他单位执行擦除。在一种实现中，通过将存储单元的p阱升高至擦除电压足够长的时间段来擦除一组存储单元。擦除脉冲将存储单元的阈值电压向(或超过)擦除目标电平移动，擦除目标电平可以在0伏以下。在一些实现中，在施加擦除脉冲之后，执行擦除验证操作来确定存储单元的阈值电压是否已经至少达到擦除目标电平。通过每个循环使用更高幅度的擦除脉冲来重复擦除脉冲和擦除验证，直到擦除验证通过为止。

在擦除存储单元之后，一些存储单元会被过擦除。即，一些存储单元的阈值电压被增加超过目标电平。例如，阈值电压比期望的负的更多。另外，存储单元的阈值电压的范围可能比期望的更宽，这会对后面编程的质量产生负面影响。为了收紧擦除分布并防止过擦除，可以对存储单元进行“软编程”，其通过提高擦除的存储单元的最低阈值电压而不显著提高擦除的存储单元的最高阈值电压来使阈值电压分布紧凑。软编程可以以与之前描述的编程类似的方式执行，但是使用具有比通常编程低的电压幅度的编程脉冲。在一种实现中，循环执行软编程，其中每个接连更高幅度的软编程脉冲之后是软编程验证操作。

擦除存储单元和验证擦除的处理具有包括所花费的时间量和消耗的功率的缺点。在一些实现中，每个擦除脉冲使存储器件的大部分向上偏置。因此，斜线上升至最终的擦除电压花费相当长的时间。例如，斜线上升至最终的擦除电压可能花费数百微秒。此外，因为在长持续时间期间施加该高电压脉冲，所以消耗相当大的功率。

在一些情况下，需要通过擦除验证或软编程验证来验证的目标电平是负值。在一种实现中，通过将位线预放电到地电压然后向公共源线施加高于零的电压(例如，2.2V)来感测负阈值电压。这使得电流从源流向位线，从而使得位线向着源线电压充电。当体效应关断NAND链中的存储单元中的至少一个时位线的充电停止。使用该技术，可以测量接近Vdd乘以体效应因子(例如，2.2×1.5，其中2.2V是VDD且1.5是体效应因子)的负阈值电压。然而，单次擦除验证或者软编程验证会花费大约100微秒。

另一种用于感测存储单元中的负阈值电压的技术是将负电压施加到存储单元的控制栅上。然而，生成和/或传递所需的负电压可能是困难的。而且，要生成的电压负的越多，生成该电压越困难。将负电压传递至字线可能是很困难的，因为它可能在解码器中需要多于一种类型(n型相对于p型)的晶体管。这可能导致很大和很昂贵的字线解码器，或者甚至导致与存储阵列的小间距不能匹配的解码器。