[实用新型]一种多层单元NAND闪存

说明书

本实用新型提供了一种多层单元NAND闪存，与不同位线连接的NAND串连接至不同的源极线，源极线连接至对应的源极电压选择器，所有的源极电压选择器的电压输入端连接至一个或多个源极电压生成器。源极电压选择器的输入参数端可连接至对应的位线感测电路的锁存器模块。

技术领域

本实用新型涉及集成电路领域，尤其涉及一种多层单元NAND闪存。

背景技术

NAND闪存是一种广泛使用的非易失性半导体存储器。关于NAND闪存的基本结构、基本原理和感测电路，在书籍Rino Micheloni，Luca Crippa，Alessia Marelli(2010)“Inside NAND Flash Memories”New York：Springer Science+Business Media，的第2章、第8章、第10章和第16章中有详细的论述。该书籍的这些章节通过引入的方式并入本文本中。

通常，NAND闪存包括闪存单元阵列102、读/写电路103、输入输出缓冲区104、控制电路101、列译码器105和行译码器106，如图1所示。闪存单元阵列102包括多个NAND串201(NAND string)，NAND串201由两选择栅及串联在两选择栅之间的闪存单元310(cell)组成。在现有技术方案中，读/写电路103中的位线202(bit line)和源极线203(source line)与NAND串201的连接关系如图2所示。NAND串201的漏极端连接至其中一位线202，所有的NAND串201的源极端连接至同一源极线203。多个NAND串201组成一个块210。在一个块210中，NAND串201中相对位置相同的多个闪存单元310组成一个字线204(word line)。

闪存单元阵列102和读/写电路103中与一个块210有关的电路如图3所示。位线202连接至感测电路303，感测电路303连接至锁存器模块302。同一字线204中闪存单元310的栅极连接至同一栅极电压选择器301，各个栅极电压选择器301连接至一栅极电压生成器300。

图4示例了一个闪存单元310。记源极403电压为V_S，漏极402电压为V_D，栅极401电压为V_G。通常，V_D>V_S，V_G>V_S。记V_GS＝V_G-V_S。单元的阈值电压V_TH由存储层400中的电荷量决定。当V_GS>V_TH时，单元导通。对浮栅型闪存(Floating Gate Flash)，存储层400对应为浮栅(Floating Gate)；对电荷捕获型闪存(Charge Trap Flash)，存储层400对应为电荷捕获层(Charge Trap Layer)。

SLC NAND闪存中每个单元可存储1个比特。而多层单元NAND闪存的一个单元可以存储多个比特，其中MLC NAND闪存中每个单元可存储2个比特，TLC NAND闪存中每个单元可存储3个比特，QLC NAND闪存中每个单元可存储4个比特。

NAND闪存中，单元的数据读写操作的原理如下。对于一个存储了n个比特的NAND闪存单元，其可能的阈值电压的范围，由2ⁿ-1个参考阈值电压，分割为2ⁿ个阈值电压区间。每个阈值电压区间对应该单元可存储的一个数据。在将数据写入到单元中时，可根据该数据调整存储层上的电荷量，使单元的阈值电压处于与该数据对应的阈值电压区间中。通过设定V_GS等于某一参考阈值电压，并测量单元的导通性，可以比较单元的阈值电压与该参考阈值电压的大小。在读取单元中的数据时，可将阈值电压与多个参考阈值电压进行多次比较，确定单元的阈值电压所在的阈值电压区间，进而确定单元中保存的待读数据。上述单元阈值电压与参考电压的一次比较称为一次感测操作(Single Read Operation，SRO)。