專利名稱：一種為閃存刪除提供高外部電壓的新方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，特別是涉及快閃存儲(chǔ)器(閃存)及為刪除操作提供電壓。
在現(xiàn)有的快閃存儲(chǔ)器中，刪除閃存單元的數(shù)據(jù)需要高的負(fù)電壓和高的正電壓。高負(fù)電壓被加到閃存單元的柵極，高正電壓被加到源極。漏極通常懸空。這樣如果閃存單元在裝配后要進(jìn)行刪除，就需要在閃存芯片中設(shè)置正電壓激勵(lì)電路和負(fù)電壓激勵(lì)電路。當(dāng)極性相反的兩個(gè)激勵(lì)電路存在于同一芯片時(shí)，有幾個(gè)問題就必須要解決。除了提高芯片功率外，需要適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)電路和隔離措施以隔離激勵(lì)電路和避免裝置崩潰。
使用內(nèi)部激勵(lì)電路執(zhí)行閃存單元的刪除操作是一個(gè)相對較慢的過程，這是因?yàn)樵诩?lì)電路被激活后需要一定時(shí)間以達(dá)到所需電壓。因此在制造過程的編程和刪除中從外部向芯片提供高負(fù)電壓和高正電壓是有利的，這可以加速編程處理。在閃存單元的制造中提供高的正向電壓已被公知了一段時(shí)間；但是由于處理高負(fù)電壓的各種困難，從外部提供高負(fù)電壓目前尚未應(yīng)用。通過向包含閃存的芯片提供外部所加的高負(fù)電壓和外部所加的高正電壓，能夠縮短刪除/編程，降低功率消耗和加快生產(chǎn)速度。
本發(fā)明公開了一種方法和電路，其可允許從外部向包含閃存單元的包含或不包含高負(fù)電壓激勵(lì)電路和高正電壓激勵(lì)電路的芯片，加高負(fù)電壓和高正電壓給其中欲行刪除的閃存單元。高負(fù)電壓和高正電壓通過芯片管腳連接到芯片并在制造過程中用于對芯片刪除和編程。如果在裝配后不需要對閃存單元進(jìn)行刪除和編程，在芯片上不設(shè)置高正電壓激勵(lì)電路和高負(fù)電壓激勵(lì)電路，則高負(fù)電壓管腳和高正電壓管腳是進(jìn)行閃存刪除的唯一電壓源。
如果包含閃存單元的芯片具有高負(fù)電壓激勵(lì)電路和高正電壓激勵(lì)電路，該芯片在裝配后可以由使用者進(jìn)行刪除/編程。在這種情況下，外部的高負(fù)電壓和高正電壓被并行地連接到相應(yīng)激勵(lì)電路的輸出端，當(dāng)使用外部高電壓時(shí)該激勵(lì)電路被控制截止。在裝配前制造時(shí)使用外部高電壓以縮短刪除/編程時(shí)間，降低功率消耗和提高制造產(chǎn)量。在裝配后若沒有外部電壓被連接到高負(fù)電壓管腳和高正電壓管腳，則使用者對閃存單元進(jìn)行刪除/編程必須使用內(nèi)部激勵(lì)電路。
一個(gè)高負(fù)電壓電平切換電路，其使用位于一P型基片上的深N型阱中的一P型阱中NMOS晶體管，提供閃存單元柵極的偏置選擇或撤選。為避免當(dāng)加高的負(fù)電壓給欲刪除單元的柵極時(shí)對PN結(jié)的正向偏置，為NMOS晶體管使用了一包含位于一P型基片上的深N型阱中的一P型阱的三阱結(jié)構(gòu)。該負(fù)電壓電平切換電路向欲執(zhí)行刪除的閃存單元的柵極提供一高的負(fù)電壓和向不欲執(zhí)行刪除的閃存單元提供一適中的正電壓。
高負(fù)電壓電平切換電路構(gòu)成位于包含閃存的芯片上的一個(gè)電壓控制模塊的一部分。連接到控制模塊的控制信號提供指導(dǎo)高負(fù)電壓電平切換電路的輸出狀態(tài)的指令，令其切換在一高負(fù)電壓以選擇欲行刪除的閃存單元和一適中的正電壓以撤選刪除狀態(tài)的閃存單元。電平切換電路包含一對交叉耦合的N溝道晶體管，提供兩種操作狀態(tài)。包含兩個(gè)P溝道晶體管的一電壓選擇電路，經(jīng)一偏置緩沖電路連接到該一對交叉耦合的N溝道晶體管，以在兩種操作狀態(tài)之間擇一。電壓選擇電路由兩個(gè)輸入電壓進(jìn)行切換，該兩個(gè)輸入電壓令該一對交叉耦合的N溝道晶體管在兩個(gè)狀態(tài)之間切換，并驅(qū)動(dòng)差分電路令其切換在一高負(fù)電壓以選擇欲行刪除的閃存單元的柵極，和一適中的正電壓以撤選正在刪除狀態(tài)的閃存單元的柵極。
與高負(fù)電壓電平切換電路相類似，一高正電壓電平切換電路提供一高正電壓給欲行刪除的閃存單元的源極和提供一適中的正電壓給欲從刪除操作撤選的閃存單元的源極。高正電壓電平切換電路使用位于P型基片上的N型阱中的PMOS晶體管，為閃存單元的源極提供偏置選擇和撤選。為避免當(dāng)高正電壓被加至欲行刪除的單元的源極時(shí)正向偏置PN結(jié)，P溝道晶體管被置于一N型阱中。該正電壓電平切換電路提供一高正電壓給欲行刪除的閃存單元的源極，和提供一適中的正電壓給不欲行刪除的單元的源極。
高正電壓電平切換電路構(gòu)成位于包含閃存的芯片上的電壓控制模塊的一部分。連接到控制模塊的控制信號提供指導(dǎo)高正電壓電平切換電路的輸出狀態(tài)的指令，令其切換在一高正電壓以選擇欲行刪除的閃存單元和一適中的正電壓以撤選刪除狀態(tài)的閃存單元。電平切換電路包含一對交叉耦合的P溝道晶體管，提供兩種操作狀態(tài)。包含兩個(gè)N溝道晶體管的一電壓選擇電路，經(jīng)一偏置緩沖電路連接到該一對交叉耦合的P溝道晶體管，以在兩種操作狀態(tài)之間擇一。電壓選擇電路由兩個(gè)輸入電壓進(jìn)行切換，該兩個(gè)輸入電壓令該一對交叉耦合的P溝道晶體管在兩個(gè)狀態(tài)之間切換，并驅(qū)動(dòng)差分電路令其切換在一高正電壓以選擇欲行刪除的閃存單元的源極和一適中的正電壓以撤選刪除狀態(tài)的閃存單元的源極。
需要一個(gè)激勵(lì)電路或一個(gè)外部芯片管腳而僅使用一個(gè)電壓提供給閃存單元的刪除功能也是可能的。這可以通過電壓反轉(zhuǎn)辦到，即加一個(gè)負(fù)電壓給高正柵極刪除電壓，這樣源極刪除電壓就成為芯片正向偏置電壓。接著加該同一負(fù)電壓給高負(fù)柵極電壓和給漏極保持懸空的半導(dǎo)體基體。該電壓反轉(zhuǎn)消除了對高正源極電壓的需求，并消除了對高正電壓激勵(lì)電路的需求。
以下參照附圖對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明，其中

圖1a示出了現(xiàn)有技術(shù)中為刪除操作而偏置的閃存單元的示意圖；圖1b示出了現(xiàn)有技術(shù)中芯片電壓的基本示意圖；圖2示出了一閃存芯片電壓的示意圖；圖3示出了在一閃存芯片上激勵(lì)電路和外部電壓與一電壓控制模塊的連接方框圖；圖4a示出了一電平切換電路的電原理圖，其提供一高負(fù)電壓給欲行刪除的閃存單元的柵極；圖4b示出了一電平切換電路的電原理圖，其提供一高正電壓給欲行刪除的閃存單元的源極；和圖5示出了在制造中使用外部電壓刪除閃存單元的方法的流程圖。
圖1a示出了現(xiàn)有技術(shù)中欲行刪除的閃存單元的例子，該閃存單元使用一個(gè)高負(fù)電壓偏置?？刂茦O(柵極)G被偏置至一高負(fù)電壓Vnn。該負(fù)電壓如圖所示例如可以大約為-8.5V。源極S被偏置至一高正電壓Vpp，Vpp高于芯片偏置電壓Vdd。Vpp如圖所示例如大約為+5V。漏極D懸空，半導(dǎo)體基體B為0V。為滿足如圖1a所示的電壓條件，需要通過外部芯片管腳或/和位于閃存芯片上的內(nèi)部電壓激勵(lì)電路，提供兩個(gè)高電壓。圖1b示出了現(xiàn)有技術(shù)芯片基片的示意圖，其連接外部電壓以為閃存芯片供電。Vdd和Vss是芯片偏置電壓，Vpp是一高正電壓提供給欲行刪除的閃存單元的源極。圖1中所示的Vnn電壓由位于閃存芯片上的內(nèi)部激勵(lì)電路產(chǎn)生。
圖2示出了連接到依照本發(fā)明的閃存芯片的外部芯片電壓的基本示意圖。除一般閃存芯片電壓Vdd和Vss之外，還有一高正電壓Vpp和一高負(fù)電壓Vnn連接到該芯片。Vnn和Vpp提供外部電壓，以在制造過程中的編程和刪除操作中高效率地刪除閃存單元。圖3是一個(gè)方框圖，示出了外部的Vpp芯片管腳10和Vnn芯片管腳11的連接以及內(nèi)部的激勵(lì)電路12和13。正外部電壓Vpp連接到芯片管腳10并進(jìn)一步與正電壓激勵(lì)電路13的輸出并行地連接到電壓控制模塊14。負(fù)外部電壓Vnn連接到芯片管腳11并進(jìn)一步與負(fù)電壓激勵(lì)電路12的輸出并行地連接到電壓控制模塊14。芯片偏置電壓Vdd和Vss為負(fù)電壓激勵(lì)電路12和正電壓激勵(lì)電路13供電。芯片偏置電壓Vdd和Vss并且為電壓模塊14供電。一組選擇信號S(0)至S(k)被提供給電壓控制模塊14，用以選擇被連接到閃存單元的柵極G、源極S、和漏極D的電壓。
仍如圖3所示，當(dāng)閃存單元在制造過程中被編程或刪除時(shí)，外部電壓Vpp和Vnn被分別連接到Vpp管腳10和Vnn管腳11。當(dāng)從外部供給Vpp和Vnn時(shí)，內(nèi)部正電壓激勵(lì)電路13和內(nèi)部負(fù)電壓激勵(lì)電路12截止，電壓控制模塊14從Vpp管腳10得到高正電壓并從Vnn管腳11得到高負(fù)電壓。在刪除操作中當(dāng)沒有外部Vpp和Vnn電壓時(shí)，內(nèi)部負(fù)電壓激勵(lì)電路12提供Vnn給電壓控制模塊14，內(nèi)部正電壓激勵(lì)電路13提供Vpp給電壓控制模塊14。選擇信號S(0)至S(k)控制電壓控制模塊提供電壓給每一閃存單元的柵極、源極和漏極，以選擇或撤選刪除、編程和讀取操作。
圖4a示出了一電平切換電路，其為產(chǎn)生Vout輸出給刪除操作中的閃存單元的柵極的電壓控制模塊14的一部分。Vout依賴于電路的切換狀態(tài)可以為Vnn或Vss。Vnn是一高負(fù)電壓用于刪除閃存單元，Vss是一芯片偏置電壓用于從刪除中撤選閃存單元。輸入電壓Vin在Vdd和Vss之間切換可以令輸出電壓Vout在Vss和Vnn之間切換。輸入電壓Vin連接到選擇電路20。選擇電路20包含兩個(gè)P溝道晶體管Q1和Q2，它們的柵極經(jīng)一個(gè)反相電路Inv1連接在一起，Vin連接到Q1的柵極。選擇電路20經(jīng)一偏置緩沖電路21驅(qū)動(dòng)一對交叉耦合N溝道晶體管22。偏置緩沖電路21提供Vdd和Vnn之間的一些電壓降，以降低潛在的崩潰問題。一差分電路23由交叉耦合電路22驅(qū)動(dòng)，依賴于輸入電壓Vin產(chǎn)生一電平切換輸出Vout。N溝道晶體管Q3、Q4、Q5、Q6、Q7和Q8形成于一偏置至Vnn的P型阱中。該P(yáng)型阱位于形成于一偏置至Vss的P型基片上的一偏置至Vdd的深N型阱中。
仍參照圖4a，當(dāng)Vin＝Vss時(shí)，Vdd通過選擇電路20的Q1和電壓緩沖電路21的Q3，加到交叉耦合雙態(tài)電路22的Q5的漏極和Q6的柵極。Q6導(dǎo)通，Vnn被加至Q6的漏極和Q5及Q8的柵極。晶體管Q5截止，Vdd被連接到Q7的柵極，其產(chǎn)生輸出Vout＝Vss。晶體管Q7和Q8構(gòu)成一差分電路23，其產(chǎn)生電平切換電路的輸出。當(dāng)Vin＝Vdd時(shí)，Vdd通過選擇電路20的Q2和電壓緩沖電路21的Q4，加到交叉耦合雙態(tài)電路22的Q6的漏極和Q5的柵極。Q5導(dǎo)通，Vnn被加至Q5的漏極和Q6及Q7的柵極。晶體管Q6截止，Vdd被連接到Q8的柵極，其產(chǎn)生輸出Vout＝Vnn。
圖4b示出了一電平切換電路，其為產(chǎn)生Vout輸出給刪除操作中的閃存單元的源極的電壓控制模塊14的一部分，其輸出Vout隨著輸入電壓Vin在Vdd和Vss之間切換而在一高正電壓Vpp和Vdd之間切換。圖4b的電路與圖4a的電路相類似，只是電壓和晶體管類型不同。輸入電壓Vin連接到一選擇電路30。選擇電路30包含兩個(gè)N溝道晶體管Q11和Q12，它們的柵極經(jīng)一個(gè)反相電路Inv2連接在一起，Vin連接到Q11的柵極。選擇電路30經(jīng)一偏置緩沖電路31驅(qū)動(dòng)一對交叉耦合P溝道晶體管32。偏置緩沖電路31提供Vss和Vpp之間的一些電壓降，以降低潛在的崩潰問題。一差分電路33由交叉耦合電路32驅(qū)動(dòng)，依賴于輸入電壓Vin產(chǎn)生一電平切換輸出Vout。P溝道晶體管Q13、Q14、Q15、Q16、Q17和Q18形成于一偏置至Vpp的N型阱中。該N型阱形成于一偏置至Vss的P型基片上。
繼續(xù)參照圖4，當(dāng)Vin＝Vss時(shí)，Vss通過選擇電路30的Q12和電壓緩沖電路31的Q14，加到交叉耦合雙態(tài)電路32的Q16的漏極和Q15的柵極。Q15導(dǎo)通，Vpp被加至Q15的漏極和Q16及Q17的柵極。晶體管Q16截止，Vss被連接到Q18的柵極，其產(chǎn)生輸出Vout＝Vpp。晶體管Q17和Q18構(gòu)成一差分電路33，其產(chǎn)生電平切換電路的輸出。當(dāng)Vin＝Vdd時(shí)，Vss通過選擇電路30的Q11和電壓緩沖電路31的Q13，加到交叉耦合雙態(tài)電路32的Q15的漏極和Q16的柵極。Q16導(dǎo)通，Vpp被加至Q16的漏極和Q15及Q18的柵極。晶體管Q15截止，Vss被連接到Q17的柵極，其產(chǎn)生輸出Vout＝Vdd。
圖5示出了在制造中使用外部電壓刪除閃存單元的方法。在步驟40中，內(nèi)部高負(fù)電壓和內(nèi)部高正電壓被截止。接著在步驟41中一高負(fù)電壓被連接到高負(fù)電壓芯片管腳，即Vnn管腳。在步驟42中，一高正電壓被連接到高正電壓芯片管腳，即Vpp管腳。在步驟43中，電壓控制模塊14將高負(fù)電壓選擇連接到欲行刪除的閃存單元的柵極。在步驟44中，電壓控制模塊14將高正電壓選擇連接到欲行刪除的閃存單元的源極。在刪除操作中所選閃存單元的漏極懸空。在步驟45中，所選閃存單元通過Fowler-Nordheirn Tunneling法(Fowler-Nordheirn隧道法)進(jìn)行刪除。
盡管參照以上實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明和解釋，所應(yīng)理解的是，可以對本發(fā)明的形式和細(xì)節(jié)進(jìn)行變化而不脫離本發(fā)明的精神和范圍，其均應(yīng)包含在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍之中。
權(quán)利要求
1.一種在刪除操作中提供閃存單元偏置的電路，包含a)一負(fù)電壓激勵(lì)電路，產(chǎn)生高負(fù)電壓連接至一電壓控制模塊；b)一正電壓激勵(lì)電路，產(chǎn)生高正電壓連接至所述的電壓控制模塊；c)另一個(gè)提供所述高負(fù)電壓的電壓源可通過一第一芯片管腳從外部連接到所述的電壓控制模塊；d)另一個(gè)提供所述高正電壓的電壓源可通過一第二芯片管腳從外部連接到所述的電壓控制模塊；e)所述電壓控制模塊在閃存單元的刪除操作中提供柵極、漏極和源極的偏置。
2.如權(quán)利要求1所述的電路，其特征在于，其中所述的電壓控制模塊提供閃存單元柵極、漏極和源極的偏置，以選擇或撤選編程、刪除和讀取操作的單元。
3.如權(quán)利要求1所述的電路，其特征在于，其中當(dāng)所述高負(fù)電壓和所述高正電壓從外部被連接到閃存芯片的所述電壓控制模塊時(shí)，所述負(fù)電壓激勵(lì)電路和所述正電壓激勵(lì)電路被控制截止。
4.如權(quán)利要求1所述的電路，其特征在于，其中在對閃存芯片編程僅發(fā)生在工廠中時(shí)，無需所述的正電壓激勵(lì)電路和所述的負(fù)電壓激勵(lì)電路。
5.如權(quán)利要求1所述的電路，其特征在于，其中外部連接的高正電壓和高負(fù)電壓提供加速對閃存芯片的編程。
6.如權(quán)利要求1所述的電路，其特征在于，其中在刪除中閃存單元的電壓中沒有更高于芯片偏置的正電壓的情況下，無需所述正電壓激勵(lì)電路和所述外部連接的高正電壓。
7.一種電平切換電路，其在閃存刪除中提供柵極偏置，包含a)一對交叉耦合N溝道晶體管，構(gòu)成一雙態(tài)電路；b)一選擇電路，通過一偏置緩沖電路連接至所述的一對交叉耦合N溝道晶體管；c)一差分電路，連接到所述的一對交叉耦合N溝道晶體管；d)對所述選擇電路的輸入，控制所述一對交叉耦合N溝道晶體管的狀態(tài)，以選擇所述差分電路的輸出電壓；e)所述差分電路提供閃存單元在刪除操作中的柵極偏置。
8.如權(quán)利要求7所述的電平切換電路，其特征在于，其中所述差分電路的輸出，隨著對所述選擇電路的輸入在兩種輸入電壓之間的切換，而切換在一高負(fù)電壓和一適中的正電壓之間。
9.如權(quán)利要求7所述的電平切換電路，其特征在于，其中所述的選擇電路包含兩個(gè)P溝道晶體管，其柵極通過一反相電路連接。
10.如權(quán)利要求7所述的電平切換電路，其特征在于，其中當(dāng)所述的差分電路被所述的選擇電路切換至選擇狀態(tài)時(shí)，所述的差分電路提供一高負(fù)電壓給欲行刪除的閃存單元的柵極，當(dāng)所述的差分電路被所述的選擇電路切換至撤選狀態(tài)時(shí)，所述的差分電路提供一適中的正電壓給不進(jìn)行刪除的閃存單元的柵極。
11.如權(quán)利要求7所述的電平切換電路，其特征在于，其中所述的偏置緩沖電路的晶體管、所述的差分電路和所述的一對交叉耦合N溝道晶體管，設(shè)置于位于一P型基片上的一深N型阱中的一P型阱中。
12.一種電平切換電路，其在閃存刪除中提供源極偏置，包含a)一對交叉耦合P溝道晶體管，構(gòu)成一雙態(tài)電路；b)一選擇電路，通過一偏置緩沖電路連接至所述的一對交叉耦合P溝道晶體管；c)一差分電路，連接到所述的一對交叉耦合P溝道晶體管；d)對所述選擇電路的輸入，控制所述一對交叉耦合P溝道晶體管的狀態(tài)，以選擇所述差分電路的輸出電壓；e)所述差分電路提供閃存單元在刪除操作中的源極偏置。
13.如權(quán)利要求12所述的電平切換電路，其特征在于，其中所述差分電路的輸出，隨著對所述選擇電路的輸入在兩種輸入電壓之間的切換，而切換在一第一正電壓和一第二正電壓之間。
14.如權(quán)利要求12所述的電平切換電路，其特征在于，其中所述的選擇電路包含兩個(gè)N溝道晶體管，其柵極通過一反相電路連接。
15.如權(quán)利要求12所述的電平切換電路，其特征在于，其中當(dāng)所述的差分電路被所述的選擇電路切換至選擇狀態(tài)時(shí)，所述的差分電路提供一第一正電壓給欲行刪除的閃存單元的源極，當(dāng)所述的差分電路被所述的選擇電路切換至撤選狀態(tài)時(shí)，所述的差分電路提供一第二正電壓給不進(jìn)行刪除的閃存單元的源極。
16.如權(quán)利要求12所述的電平切換電路，其特征在于，其中所述的偏置緩沖電路的晶體管、所述的差分電路和所述的一對交叉耦合P溝道晶體管，設(shè)置于位于一P型基片上的一N型阱中。
17.一種在對閃存單元的刪除操作中提供外部電壓的方法，包含a)截止內(nèi)部的高負(fù)電壓激勵(lì)電路；b)截止內(nèi)部的高正電壓激勵(lì)電路；c)連接一高負(fù)電壓至一外部高負(fù)電壓芯片管腳；d)連接一高正電壓至一外部高正電壓芯片管腳；e)選擇所述外部高負(fù)電壓連接至欲行刪除的閃存單元的柵極；f)選擇所述外部高正電壓連接至欲行刪除的閃存單元的源極；g)使用Fowler-Nordheirn Tunneling法刪除所選閃存單元。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，其中連接所述高負(fù)電壓和所述高正電壓至所述芯片管腳是在制造中進(jìn)行，以刪除所述閃存單元。
19.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，其中刪除閃存單元僅在制造中進(jìn)行，消除了對所述內(nèi)部高負(fù)電壓激勵(lì)電路和所述內(nèi)部高正電壓激勵(lì)電路的需要。
全文摘要
本發(fā)明中外部高電壓被連至包含閃存的芯片中欲刪除的單元。當(dāng)使用外部電壓時(shí)內(nèi)部電壓激勵(lì)電路截止。外部電壓,一高負(fù)電壓和一高正電壓,經(jīng)電壓控制模塊被分別連到欲刪除的所選單元的柵極和源極。外部電壓在制造中在編程/刪除中高效地執(zhí)行刪除功能。在閃存單元被使用者裝配于電路板后,內(nèi)部高電壓激勵(lì)電路用于刪除該閃存單元。兩個(gè)電平切換電路構(gòu)成電壓控制模塊的一部分。電壓切換電路加電壓給閃存單元,并提供單元?jiǎng)h除的選擇和撤選電壓。
文檔編號G11C16/14GK1361536SQ00136239
公開日2002年7月31日 申請日期2000年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月25日
發(fā)明者李武開, 許富菖, 陳信義 申請人:艾蒲斯快閃科技公司