專利名稱：批可擦除不揮發(fā)存儲(chǔ)器裝置和擦除方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種批可擦除不揮發(fā)存貯器裝置(下文簡(jiǎn)稱為“快擦寫存貯器(flash memory)”)以及擦除方法所用的一種技術(shù)。
在具有5V供電電壓Vcc的快擦寫存貯器中的程序操作中，在漏極附近形成的熱電子被吸引到一浮柵，以便通過設(shè)定不揮發(fā)存儲(chǔ)單元(下文簡(jiǎn)稱為“存儲(chǔ)單元”)的漏電位為大約4V及與控制柵相連的字線電位為大約11V來得到閥值電壓的高電平狀態(tài)(邏輯“0”)。在擦除操作中，通過設(shè)置源電壓為約4V，字電壓約-11V來產(chǎn)生一隧道電流，且通過釋放存儲(chǔ)在浮柵上的電荷，來設(shè)置閥值電壓為低電平狀態(tài)(邏輯“1”)。
如

圖14所示，在擦除操作之前的初始狀態(tài)，有一組存儲(chǔ)單元存貯相當(dāng)“1”的數(shù)據(jù)，一組存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)相應(yīng)于“0”的數(shù)據(jù)。通過在擦除操作之前執(zhí)行讀操作來選擇存貯“1”數(shù)據(jù)的存貯單元，并通過對(duì)存貯“1”數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)單元執(zhí)行預(yù)寫和預(yù)驗(yàn)證操作，把上面所有存儲(chǔ)單元的數(shù)據(jù)改變?yōu)椤?”狀態(tài)后，實(shí)現(xiàn)批擦除和擦除驗(yàn)證操作。同時(shí)，由于過程的變化，如隧道氧化膜增加，雜質(zhì)分布，內(nèi)部電位的內(nèi)部寄存電阻及由于批擦除閾值電壓的變化造成的結(jié)果變化，使某些數(shù)據(jù)被耗盡擦除(耗盡失效deplete failue)。如果哪怕是一個(gè)存貯單元具有這樣的員閾值電壓，電流流到存貯單元，并使讀操作不能進(jìn)行，即使與以存儲(chǔ)單元相連的字線未被選擇。因此，已有多種通過檢測(cè)出耗盡擦除的存儲(chǔ)單元，并重寫數(shù)據(jù)來防止上述耗盡失效的方法，這些耗盡失效的防止方法在日本專利申請(qǐng)No.6698/1992，222994/1992和89688/1993中有所公布。
在上面擦除方法中，重寫操作在已發(fā)生耗盡失效的存貯單元中，作為一種防止辦法被執(zhí)行。然而，還有一個(gè)問題，如果在存貯單元中發(fā)生了耗盡失效，有可能產(chǎn)生一種不利影響，例如，由于寫/擦除特性和信息保留特性的惡化而引起實(shí)際重編程序頻率(次數(shù))的降低。對(duì)于快擦寫存貯器，一種大約為3V供電電壓的低電壓設(shè)計(jì)已經(jīng)被研究。為了符合這種低電源電壓的傾向，不可避免要降低產(chǎn)生于擦除操作的閾值電壓，因此，耗盡失敗的可能性將很大，而這將是實(shí)現(xiàn)快擦寫存儲(chǔ)器低電壓設(shè)計(jì)的一個(gè)大阻礙。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一個(gè)批可擦除不揮發(fā)存貯器裝置和一種能在短時(shí)間周期內(nèi)完成高精度擦除操作的擦除方法。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一個(gè)批可擦除不揮發(fā)存儲(chǔ)裝置和一種能以低電源穩(wěn)定工作的擦除方法。
本發(fā)明的上述及其它目的，及其全新的特性明顯的可從說明書的說明和所附圖中得到了解。
在本申請(qǐng)中本發(fā)明所公布的其典型的方面將在下文簡(jiǎn)要說明。特別在備有存儲(chǔ)單元的批擦除不揮發(fā)存儲(chǔ)裝置中，其存貯單元適合在預(yù)寫操作中通過將存貯于浮動(dòng)?xùn)派系碾姾煞懦龅皆催?，以擦除存貯在這些存貯器單元中的數(shù)據(jù)；這裝置中提供有一個(gè)自動(dòng)刪除電路，它順序執(zhí)行的第一個(gè)操作是讀出擦除單元的那些存儲(chǔ)單元，并在不揮發(fā)存貯單元上進(jìn)行預(yù)寫。而這些不揮發(fā)存儲(chǔ)器單元在其批擦除操作中，它們的閾值電壓處于低電平狀態(tài)(沒有電荷存貯于浮動(dòng)?xùn)派?；第二個(gè)操作是在相對(duì)較大的擦除參考電壓下，用相對(duì)大的能量高速執(zhí)行上述擦除單位的一批不揮發(fā)存儲(chǔ)單元的擦除操作；第3個(gè)操作是讀出所有上面被擦除的不揮發(fā)存儲(chǔ)單元，并在那些存儲(chǔ)單元上預(yù)寫，而這些存貯單元被設(shè)定了大于0V但接近0V的相對(duì)低的閾值電壓；第4個(gè)操作是在相對(duì)小的擦除參考電壓下，用相對(duì)小的能量，低速執(zhí)行上述擦除部分的不揮發(fā)存儲(chǔ)單元的批擦除操作。
根據(jù)上述裝置，某一擦除狀態(tài)中的閾值電壓可以設(shè)置為高精度的低電壓，同時(shí)，通過結(jié)合這些操作來檢測(cè)可能會(huì)被耗盡擦除的存儲(chǔ)單元，在上述第三操作中預(yù)寫這些存貯器單元，在上述第4個(gè)操作中用較少變化和低能量作批擦除操作，以防止過擦除。
下面簡(jiǎn)要說明本申請(qǐng)中公開的本發(fā)明的另一典型面。特別地說，作為備有存儲(chǔ)單元的批擦除不揮發(fā)存儲(chǔ)裝置中的擦除方法，且上述存貯單元適合在預(yù)寫操作中通過將存貯于浮動(dòng)?xùn)派系碾姾煞懦龅皆催?，以擦除存貯在這些存貯器單元中的數(shù)據(jù)，其擦除方法的第一個(gè)操作是讀出擦除單元的那些存儲(chǔ)單元，并在不揮發(fā)存貯單元上進(jìn)行預(yù)寫，而在不揮發(fā)存儲(chǔ)單元的批擦除操作中，不揮發(fā)存貯單元的閾值電壓處于低電平狀態(tài)；第2個(gè)操作是在相對(duì)較大的擦除參考電壓下，用相對(duì)大的能量，高速執(zhí)行上述擦除單元的一批不揮發(fā)存儲(chǔ)單元的擦除操作；第3個(gè)操作是讀出所有上面被擦除的不揮發(fā)存儲(chǔ)單元，并在那些存儲(chǔ)單元上預(yù)寫，而這些存貯單元設(shè)定了大于0V但接近0V的相對(duì)低的閾值電壓，第4個(gè)操作是在相對(duì)小的擦除參考電壓下，用相對(duì)小的能量，低速執(zhí)行上述擦除單元的不揮發(fā)存儲(chǔ)單元的批擦除操作，以上操作是順序執(zhí)行的。
根據(jù)上述裝置，某一擦除狀態(tài)的閾值電壓可以設(shè)置為高精度的低電壓，同時(shí)，通過結(jié)合這些操作來檢測(cè)可能會(huì)被過擦除的存儲(chǔ)單元，在上述第三操作中預(yù)寫這些存貯單元，在上述第4個(gè)操作中用較少變化和低能量作批擦除操作，防止了過擦除。
圖1說明了根據(jù)本發(fā)明，一個(gè)快擦寫存儲(chǔ)器擦除方法的實(shí)施例的簡(jiǎn)要流程圖；圖2根據(jù)本發(fā)明的快擦寫存儲(chǔ)器中適合擦除方法的存儲(chǔ)單元的閾值電壓的分布圖；圖3是一張簡(jiǎn)要時(shí)序圖，它顯示了根據(jù)本發(fā)明所說明的擦去操作的梗概實(shí)施例；圖4顯示了本發(fā)明所應(yīng)用的存儲(chǔ)單元實(shí)施例的剖面部分的視圖；圖5顯示了本發(fā)明所應(yīng)用的存儲(chǔ)單元的源電壓和閾值電壓Vth之間關(guān)系的擦除特性圖；圖6顯示了根據(jù)本發(fā)明快擦寫存儲(chǔ)器的實(shí)施例的簡(jiǎn)要框圖；圖7顯示了如圖6所示快擦寫存儲(chǔ)器的自動(dòng)控制電路的實(shí)施例的簡(jiǎn)要框圖；圖8顯示了根據(jù)本發(fā)明的快擦寫存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)器矩陣和外圍電路的實(shí)施例方塊圖；圖9顯示了根據(jù)本發(fā)明的快擦寫存儲(chǔ)器。
圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明用來說明快擦寫存儲(chǔ)器的優(yōu)選實(shí)施例的簡(jiǎn)要流程圖。圖2顯示了對(duì)應(yīng)圖中存儲(chǔ)單元的閾值電壓的分布圖。根據(jù)本發(fā)明的一種擦除方法參考圖1和圖2做如下說明。
在圖1中，當(dāng)一擦除方式，這種方式是用來改變存貯器單元閾值操作的，被啟動(dòng)時(shí)，在步(1)和(2)中執(zhí)行預(yù)寫和預(yù)驗(yàn)證。換句話說，如圖2(A)所示，在那里存在用來存儲(chǔ)邏輯“0”數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)單元組，為了預(yù)寫操作，這些單元適應(yīng)于高閾值電壓Vth，以及存在著存儲(chǔ)擦除狀態(tài)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)單元組，它們?cè)诓脸疤幱谶壿嫛?”狀態(tài)(初始狀態(tài))。當(dāng)包括在這些擦除單位中的存儲(chǔ)單元被讀出，并且存儲(chǔ)單元組適應(yīng)于低閾值電壓時(shí)，也就是，通過圖1的步(2)預(yù)驗(yàn)證檢測(cè)出在擦除狀態(tài)(邏輯“1”)中的設(shè)置，在步(1)中的這些存儲(chǔ)單元的預(yù)寫操作就被執(zhí)行(注入電子到浮柵)。
盡管，在本實(shí)施例中已經(jīng)指出在步(1)中無條件預(yù)寫以后，執(zhí)行預(yù)驗(yàn)證，實(shí)際上，如果一個(gè)地址對(duì)應(yīng)于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)處于擦除狀態(tài)的存儲(chǔ)單元，也就是，因?yàn)椴?1)不是擦除單元的最后一個(gè)地址，通過執(zhí)行步(2)中預(yù)驗(yàn)證邏輯“1”狀態(tài)已被認(rèn)出，領(lǐng)先的存貯單元地址返回到步(1)并對(duì)處于擦除狀態(tài)的存儲(chǔ)單元執(zhí)行預(yù)寫。作為在步(2)中預(yù)校驗(yàn)的結(jié)果，緊接地址，貫穿向上或向下計(jì)數(shù)的地址所對(duì)應(yīng)，被認(rèn)定處于預(yù)寫狀態(tài)的存儲(chǔ)單元被預(yù)驗(yàn)證。當(dāng)(1)對(duì)應(yīng)于上面的預(yù)寫，(2)對(duì)擦除單位的所有存儲(chǔ)單元執(zhí)行預(yù)驗(yàn)證時(shí)，這操作被傳到下面步(3)。如上所述，預(yù)驗(yàn)證完成后，所有擦除單位的存儲(chǔ)單元組的數(shù)據(jù)適應(yīng)于具有閾值電壓分布相應(yīng)于圖2(B)所示邏輯“0”。
在圖1中所示的步(3)，對(duì)應(yīng)于上面擦除部分的所有存儲(chǔ)單元的數(shù)據(jù)被成批擦除。這個(gè)擦除操作在一短時(shí)間周期中，用相當(dāng)大的能量執(zhí)行。換句話說，通過設(shè)置源電位到接近4V的相對(duì)高電壓及連到控制柵的字線到如-11V高電壓，通過對(duì)應(yīng)的相對(duì)短脈沖寬度的擦除時(shí)間內(nèi)，從浮柵到源極產(chǎn)生一隧道電流吸出電荷。
在圖1所示的步(4)中，首先執(zhí)行擦除驗(yàn)證。在供電電壓Vcc被設(shè)置為5V的情況下，接近4V的預(yù)置電壓EV1相應(yīng)于相對(duì)高電壓被提供到字線上，這個(gè)字線通過根據(jù)內(nèi)置的地址發(fā)生器產(chǎn)生的地址信號(hào)的X譯碼器來選擇。在這種情況下，當(dāng)至少有一個(gè)存貯單元具有比預(yù)置電壓高的閾值電壓時(shí)，操作返回到步(3)，所有存儲(chǔ)單元的擦除操作在上面時(shí)間單位內(nèi)執(zhí)行。在擦除單位中存儲(chǔ)單元的所有組的閾值電壓是適應(yīng)于保持在0V或高于0V，且如圖2(C)所示，在低于相對(duì)高設(shè)置電壓EV1的分布中重復(fù)這種擦除操作。
在圖1的步(4)和(5)中，就像上面的預(yù)寫和預(yù)驗(yàn)證那樣，一個(gè)相對(duì)低的1V到2V的預(yù)置電位WV1提供給由X譯碼器選擇的字線，且存儲(chǔ)單元(它的閾值電壓Vth比所選擇存儲(chǔ)單元的預(yù)置電位WV1更低)被選擇而預(yù)寫操作被執(zhí)行。換句話說，在步(4)和(5)中，存儲(chǔ)單元可以通過緊接的第2次擦除操作而被耗盡擦除，因此，閾值電壓通過預(yù)先檢測(cè)這些存儲(chǔ)單元和執(zhí)行重寫操作而被增加。同普通寫操作不同，在步(5)中的預(yù)寫是想執(zhí)行不充分預(yù)寫，這些預(yù)寫不超過在存儲(chǔ)單元上擦除電壓，這些存儲(chǔ)單元具有比上述預(yù)置電壓WV1低的閾值電壓Vth(控制柵為4V，源極為0V，漏極為3.8V)。同時(shí)，如圖2(D)所示，擦除單位的存儲(chǔ)單元組的閾值電壓的分布能被設(shè)置在低于上面擦除電壓EV1，高于上面預(yù)置電壓WV1的相對(duì)窄的范圍之內(nèi)。
在圖1所示的步(7)中，相應(yīng)于上面擦除單位的所有存儲(chǔ)單元執(zhí)行批擦除。這種擦除操作在相對(duì)長(zhǎng)周期時(shí)間內(nèi)，用相對(duì)小的能量執(zhí)行。換句話說，同在步(3)中4V的源電位比數(shù)，通過設(shè)置源電位到相對(duì)低的接近3V的低電壓，以及聯(lián)結(jié)控制柵的字線接到高電壓如-11V，并在擦除時(shí)間內(nèi)，從浮柵到源極形成一隧道電流，使電荷被撤回(吸出)。
在圖1所示的步(8)中，執(zhí)行第二次擦除驗(yàn)證。在這種情況下，接近3.2V相對(duì)低的預(yù)置電壓EV2提供給字線，這個(gè)字線由X譯碼器根據(jù)內(nèi)置地址發(fā)生器產(chǎn)生的地址信號(hào)選擇當(dāng)至少有一個(gè)存儲(chǔ)單元具有的閾值電壓比預(yù)置電壓EV2高時(shí)，操作返回到步(7)。在上述時(shí)間單位中的擦除操作被執(zhí)行。通過重復(fù)這些操作，在擦除單位中存貯的所有邏輯“1”數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)單元組的閾值電壓適應(yīng)于0V和0V以上的分布范圍內(nèi)，并且低于圖2(E)所示的相對(duì)高的預(yù)置電壓EV2。
圖4顯示了存儲(chǔ)著閾值電壓的值信息的一個(gè)存儲(chǔ)器MOSFFT(存貯單元)的截面視圖，正如圖4所示的存貯單元上，作為源區(qū)S和漏區(qū)D的一個(gè)n-型半導(dǎo)體區(qū)域被形成在P-型半導(dǎo)體區(qū)域(well)的主面上。第一個(gè)絕緣膜IF1覆蓋在源區(qū)S和漏區(qū)的部分，且在源區(qū)S和漏區(qū)D之間的區(qū)域形成一溝道。一個(gè)浮柵FG形成在第一個(gè)絕緣膜IF1上，而一個(gè)控制柵CG經(jīng)第2個(gè)絕緣膜IF2形成在浮動(dòng)?xùn)臚G上。在預(yù)寫操作期間，一個(gè)如11V的高電壓提供給連到字線的控制柵CG上，一個(gè)如4V的電壓提供給被接到位線上的漏區(qū)D，而一個(gè)如0V的電壓提供給連到源線的源區(qū)S上，因此，勢(shì)壘被打開。這樣，存貯單元進(jìn)入ON狀態(tài)，在漏區(qū)附近形成熱電子，并經(jīng)薄膜柵絕緣柵注入到浮柵FG。
在擦除操作中，一個(gè)如-11V的負(fù)電壓供給連到字線的控制柵CG，以使被連到位線的漏區(qū)D打開，一個(gè)如4V的電壓提供給連到源線的源區(qū)且0V電壓提供給well。因此，隧道電流流到浮柵FG和源區(qū)之間的第一個(gè)絕緣膜(薄隧道絕緣膜)。而積累在浮柵FG上的電荷被移到源區(qū)邊。
在這種擦除操作中，當(dāng)提供給源區(qū)的電壓被增加到高電壓，如4V時(shí)，隧道電流產(chǎn)生，高速擦除能被執(zhí)行。相反，如果提供給源區(qū)的電壓降到低電壓，如3V時(shí)，隧道電流實(shí)際上減少，預(yù)寫操作被延遲。如上所述為了吸出同樣電荷所花費(fèi)的時(shí)間，在提供到源區(qū)的電壓被降到3V時(shí)比當(dāng)電壓被增加到如4V時(shí)被擴(kuò)充近似等于一個(gè)數(shù)字。
圖5顯示了提供給源區(qū)的電壓和閾值電壓Vth之間關(guān)系的特性圖。當(dāng)如上所述電壓提供給源區(qū)時(shí)，在短的時(shí)間周期內(nèi)執(zhí)行擦除，盡管數(shù)據(jù)被擦除的存貯器單元組的閾值電壓Vth變化很大。換句話說，在數(shù)據(jù)被擦除的存儲(chǔ)單元組內(nèi)，閾值電壓的分布變得很寬。相反，當(dāng)源電壓被下降到如3V，擦除時(shí)間被明顯增加，盡管閾值電壓Vth的變化變成很小。在擦除的存儲(chǔ)單元組內(nèi)閾值電壓的分布被限制在很小范圍內(nèi)。
在本實(shí)施例中，第一種擦除操作的源電壓設(shè)置成相對(duì)高的電壓，例如約4V。所利用的驗(yàn)證(預(yù)驗(yàn)證)和預(yù)寫操作時(shí)間短到同清除操作所需時(shí)間相比可以忽略。在擦除操作中源電壓和閾值電壓Vth的變化關(guān)系如上所述?？紤]到在這種源電壓下Vth的變化，擦除操作用相對(duì)高的預(yù)置電壓EV1執(zhí)行。而在一短時(shí)間的周期中閾值電壓Vth被降低，在此范圍內(nèi)存儲(chǔ)單元組的閾值電壓Vth并不耗盡擦除。然后，通過上面高速擦除操作被極度降低的閾值電壓Vth用預(yù)置電壓WV1被檢測(cè)出，重寫被執(zhí)行。
第二次擦除操作根據(jù)設(shè)置的提供給源區(qū)的如3V低的電壓和在擦除操作中所花費(fèi)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間周期而被執(zhí)行，在擦除操作中上述電壓是相對(duì)小的預(yù)置電壓EV2。通過這種第二種擦除操作，一種能得到低閾值電壓Vth的擦除操作能被執(zhí)行，同時(shí)防止存貯單元被耗盡擦除。
經(jīng)第一種擦除操作擦除的存貯單元組的閾值電壓向低移整個(gè)像第二種擦除操作那樣，且即使源電壓被降到如上述那樣低，因?yàn)橐徊脸牧渴切〉?，在?1)到步(6)操作中整個(gè)的擦除時(shí)間可以減少。
例如，有一個(gè)快擦寫存儲(chǔ)器，在該存儲(chǔ)器中以字線為單位執(zhí)行擦除操作。如果一根字線包括大約2K的存貯單元(2048位)，存儲(chǔ)在這些存貯單元中的數(shù)據(jù)在接近10ms時(shí)間內(nèi)能被擦除。所分配的時(shí)間百分率是這樣的，接近8ms花在圖1所示的步(7)和步(8)的第2擦除操作中，大約1到2ms比上面所短一個(gè)數(shù)字，花費(fèi)在步(3)和(4)中的第一擦除操作中而小于1ms的時(shí)間花費(fèi)在步(1)，(2)和步(5)，(6)中。雖然，如上所述，預(yù)寫后的存貯單元組僅通過步(7)和(8)中的一個(gè)擦除操作，如圖2(E)所示能被擦除，在這種處理中所需時(shí)間接近或超過100ms，這種擦除操作從來是不實(shí)際的。
圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明說明擦除操作概況的實(shí)施例的簡(jiǎn)要時(shí)序圖。所顯示的時(shí)序圖的時(shí)間軸在擦除和重寫位置上被壓縮，以表示整個(gè)操作序列。圖3顯示了對(duì)應(yīng)于圖1所示流程圖的整個(gè)擦除序列的概念，它并不真正對(duì)應(yīng)實(shí)際的擦除序列。
為執(zhí)行擦除操作的擦除命令，一種改變存貯單元的閾值電壓的操作根據(jù)命令鎖存器信號(hào)的出現(xiàn)，從以后描述的一個(gè)外部終端I/O取出送到命令譯碼器。
對(duì)預(yù)寫操作，根據(jù)寫驗(yàn)證激活信號(hào)以序列選擇存貯單元，在將被擦除字線的電位被形成之后，對(duì)已經(jīng)擦除的存貯單元執(zhí)行預(yù)寫。此時(shí)，一準(zhǔn)備好/忙信號(hào)表示在快擦寫存儲(chǔ)器的自動(dòng)控制電路中執(zhí)行擦除操作，這信號(hào)從高電平變成低電平。
在第一擦除(1)中，擦除信號(hào)被產(chǎn)生，將被擦除字線的電位變成如-10V的負(fù)電壓，而源線的電位被設(shè)置成相對(duì)高的電壓如+4V。在這種情況下，不打算被擦除的字線電位設(shè)置成接近2V的擦除禁止電位。換句話說，連到字線不打算被擦除的存貯單元的源極和控制柵之間的差值電位大多接近2V。因此，隧道電流將不產(chǎn)生。
在第一擦除驗(yàn)證(1)中，存貯單元根據(jù)擦除驗(yàn)證(1)的激活信號(hào)被讀出。在這種情況下，擦除驗(yàn)證(1)的電位EV1作為一個(gè)電壓被選擇由于閾值電壓Vth的變化，此電壓并不引起耗盡失效。
其次，在存貯單元上執(zhí)行重寫可引起耗盡失效。在寫驗(yàn)證中，字線的電位WV1被設(shè)置成接近1V到2V，存儲(chǔ)單元在用字線的電位打開后，對(duì)存貯單元的重寫被執(zhí)行。
然后，執(zhí)行第2擦除(2)。在這種情況下，擦除操作用接近3V的源線的低電位執(zhí)行。在擦除驗(yàn)證中，字線電位被設(shè)置成相對(duì)較低極限電壓Vcc最小值的3.2V的電壓EV2。在擦除驗(yàn)證操作中，當(dāng)所有存儲(chǔ)單元具有的閾值電壓被確定，這些閾值電壓表示0V和0V以上數(shù)據(jù)和“1”狀態(tài)，一擦除驗(yàn)證通過信號(hào)產(chǎn)生，以指示擦除操作的執(zhí)行隨著擦除驗(yàn)證通過信號(hào)的下降而結(jié)束，因此，命令鎖存信號(hào)及準(zhǔn)備好/忙信號(hào)下降。例如，當(dāng)電源電壓Vcc被設(shè)置成如3.3V低的電壓時(shí)，如果可允許變化±10％，上面擦除驗(yàn)證電壓EV2被設(shè)置成2.9V或2.9V以下。在擦除，擦除驗(yàn)證，預(yù)寫和預(yù)寫驗(yàn)證中，提供給控制柵，源區(qū)和漏區(qū)的電壓具有同Vcc5.0V相同等級(jí)的電壓。
雖然，在本實(shí)施例中已說明在浮柵上的電子。通過在擦除操作中，用-11V給控制柵，4V或3V給源區(qū)，而使其放電到源區(qū)，這實(shí)施例并不受以上的限制，例如，浮柵上的電子，通過給控制柵提供-11V，源區(qū)提供4V或3V而被放電到漏區(qū)。
圖6顯示了根據(jù)本發(fā)明快擦除存儲(chǔ)器的實(shí)施例的簡(jiǎn)要方塊圖。圖6所示的各個(gè)電路塊被形成在單個(gè)半導(dǎo)體襯底上。例如，根據(jù)熟知的半導(dǎo)體集成電路制造工藝的單晶硅。
參考號(hào)1是一個(gè)地址緩沖器，該緩沖器適應(yīng)于提供一地址鎖存功能。2是一個(gè)地址改變檢測(cè)電路，這電路在地址信號(hào)的改變被檢測(cè)出來時(shí)產(chǎn)生一個(gè)短脈沖。然而，并非限制地這個(gè)脈沖用來均衡位線電位以加速讀操作。
3是為了對(duì)存儲(chǔ)矩陣5的字線進(jìn)行選擇的X譯碼器。在快擦除存儲(chǔ)器中，根據(jù)操作方式通過X譯碼器選擇的字線的電位可如上所述有各種各樣設(shè)定。特別地，這字線的電位，對(duì)預(yù)寫操作可以設(shè)定為如+11V的高電壓，對(duì)擦除操作可以設(shè)定為如-11V的負(fù)電壓。對(duì)預(yù)寫操作或擦除驗(yàn)證操作，字線的電位是設(shè)置成WV1，EV1，或EV2的電位，對(duì)讀操作，設(shè)置對(duì)應(yīng)于電源電壓Vcc的電壓。因此，具有下面說明的電壓轉(zhuǎn)換功能的字驅(qū)動(dòng)器12提供到X譯碼器的輸入端。X譯碼器3根據(jù)在預(yù)寫和擦除操作中，按照來自地址緩沖器的地址信號(hào)選擇字線，也根據(jù)在寫驗(yàn)證和擦除驗(yàn)證操作中自動(dòng)控制電路15的地址發(fā)生器所產(chǎn)生的地址信號(hào)選擇字線。
4是Y譯碼器，用來形成存儲(chǔ)矩陣5的位線選擇信號(hào)。Y門電路6的轉(zhuǎn)換用位線選擇信號(hào)控制。Y門電路6連到存儲(chǔ)矩陣5的位線，及讀出放大器9或?qū)戞i存電路8。
存儲(chǔ)矩陣5由存貯單元組成，這些存儲(chǔ)單元被排列在矩陣中字線和位線的交叉處。明顯地，字線被連到控制柵，漏極被連到位線，而源極被連到源線。浮柵被形成在上述控制柵的較低層，因此，通過注入電子到浮柵執(zhí)行寫操作，通過吸出這些電子到源邊執(zhí)行擦除操作。盡管不限制源MOSFET 7改變提供到源線上的偏置電壓。尤其是，為了讀和寫操作，一個(gè)地電位被提供給電路，為了擦除操作如上所述，這個(gè)電位被改為4V和3V。
從數(shù)據(jù)輸入/輸出端I/O進(jìn)入的寫信號(hào)經(jīng)過一個(gè)數(shù)據(jù)輸入緩沖器11到寫鎖存電路8。另一方面，讀出放大器9的輸出信號(hào)通過數(shù)據(jù)輸出緩沖器10輸出到數(shù)據(jù)輸入/輸出端I/O。讀出放大器9的輸出信號(hào)亦傳送到自動(dòng)控制電路15，以便驗(yàn)證操作。
控制緩沖器13根據(jù)芯片使能信號(hào)CE和輸出使能信號(hào)OE確定操作方式。例如，當(dāng)僅是信號(hào)CE被設(shè)置成低電平，從數(shù)據(jù)輸入/輸出I/O進(jìn)入的數(shù)據(jù)作為命令取得，送往命令譯碼器14。命令譯碼器14對(duì)輸入命令譯碼以決定寫/擦除操作。在讀方式中，信號(hào)CE和信號(hào)OE被置于低電平，且由控制緩沖器13確定這個(gè)信號(hào)電平?？刂凭彌_器13輸出準(zhǔn)備好/忙信號(hào)輸出到外端子R/B。此信號(hào)來自自動(dòng)控制電路15用以表示是否擦除或?qū)懖僮髟诳觳脸鎯?chǔ)器中正在執(zhí)行。
命令譯碼器14譯碼輸入命令，并輸入寫控制信號(hào)或擦除控制信號(hào)到自動(dòng)控制電路15。自動(dòng)控制電路15執(zhí)行對(duì)應(yīng)于圖1所示實(shí)施例中所說明的擦除方式，對(duì)擦除或?qū)懖僮魉枰幌盗锌刂撇僮鳌Ｗ詣?dòng)控制電路15提供一地址計(jì)數(shù)器以便在如上所述的擦除操作中為預(yù)驗(yàn)證，寫驗(yàn)證或擦除驗(yàn)證產(chǎn)生一地址信號(hào)，并通過地址緩沖器形成一打算進(jìn)入X解碼器3和Y解碼器4的地址信號(hào)。電源轉(zhuǎn)換電路12改變將提供到字線上的很多電壓類型，并按照自動(dòng)控制電路15的控制提供到X譯碼器。實(shí)際上，電源供電轉(zhuǎn)換電路12根據(jù)X譯碼器的輸出和操作方式，從很多電壓類型中選擇一個(gè)電壓并驅(qū)動(dòng)字線。
狀態(tài)寄存器16存貯操作方式和操作順序的內(nèi)部狀態(tài)，并從數(shù)據(jù)輸出緩沖器提供一允許讀低電平輸出使能信號(hào)OE。尤其是如微計(jì)算機(jī)這樣主機(jī)系統(tǒng)通過定時(shí)詢問數(shù)據(jù)等驗(yàn)證快擦寫存儲(chǔ)器的內(nèi)部狀態(tài)并執(zhí)行控制。換句話說，在擦除操作中，當(dāng)微型計(jì)算機(jī)產(chǎn)生一擦除命令和一個(gè)地址信號(hào)到快擦寫存儲(chǔ)器時(shí)，如上所述需要大約10ms長(zhǎng)的持續(xù)時(shí)間，快擦寫存儲(chǔ)器立即從總線上脫離，在上述擦除時(shí)間中，其它外部裝置被連到總線開始其它數(shù)據(jù)處理。通過上述數(shù)據(jù)定時(shí)詢問，檢測(cè)出擦除操作完成時(shí)，可啟動(dòng)寫操作。
電壓檢測(cè)電路18檢測(cè)電源電壓Vcc和高電壓Vpp。尤其是為寫或擦除操作所提供的高電壓應(yīng)該是如12V的高電壓，所以電壓檢測(cè)電路被使用。電壓生成電路17產(chǎn)生如上所述的驗(yàn)證操作的電壓WV1，EV1和EV2以及為擦除操作的擦除禁止電壓和負(fù)電壓。一系列擦除操作可通過自動(dòng)控制電路執(zhí)行，這些控制電路如在本實(shí)施例中所述的那樣是內(nèi)部提供的，因此操作容易的快擦寫存儲(chǔ)器能被得到。
圖7顯示了自動(dòng)控制電路和電壓產(chǎn)生電路的實(shí)施例的簡(jiǎn)要方塊圖。自動(dòng)控制電路分成一個(gè)是為了控制電壓產(chǎn)生的電路17，一個(gè)是為了控制電源轉(zhuǎn)換的電路12，為控制電壓生成電路17的電路是一流式控制裝置，擦除時(shí)間由脈沖長(zhǎng)度設(shè)置電路根據(jù)命令譯碼器信號(hào)設(shè)立，而源偏壓通過電源電壓控制電路設(shè)立。如上所述實(shí)施例，擦除操作被分成2種操作和執(zhí)行。通過改變?cè)措妷簣?zhí)行擦除操作，擦除脈沖長(zhǎng)度是固定的。流控制裝置存儲(chǔ)各種程序，以便對(duì)圖1所示擦除操作執(zhí)行擦除流，對(duì)寫操作執(zhí)行寫流，這些在本實(shí)施例中沒有顯示。根據(jù)命令譯碼器譯碼的命令的內(nèi)容這些程序被激活。
根據(jù)上面說明的改變?cè)措妷?，第一擦除時(shí)間和第2擦除時(shí)間是不同的。例如，在第一擦除操作中，由電壓和時(shí)間所確定的擦除能量通過設(shè)置源電壓到一個(gè)較高的如4V的電壓及擴(kuò)展擦除時(shí)間而增加。在第2擦除操作中，擦除能量通過設(shè)置源電壓到如3V的低電壓及通過減少擦除時(shí)間而減低，因此，控制此閾值電壓Vth的變化減少。另外，可以適應(yīng)執(zhí)行等效擦除操作，在這種情況下，通過設(shè)定源電壓降低到如上相同的4V，且通過脈沖長(zhǎng)度設(shè)定電路減少第2擦除時(shí)問使之遠(yuǎn)遠(yuǎn)比第一擦除時(shí)間短。
通過一區(qū)段(字線單位)擦除偏置電路，一個(gè)擦除驗(yàn)證偏置電路，一個(gè)寫偏置電路和一個(gè)寫驗(yàn)證偏置電路，形成各種類型電壓，被提供給X譯碼器。特別地，字線的電位在部分擦除偏置電路中被設(shè)置成2種偏置電壓，分別對(duì)被擦除的字線和不被擦除的字線(禁止擦除)。EV1和EV2分別對(duì)應(yīng)于在擦除驗(yàn)證偏置電路中所設(shè)置的第一和第二擦除操作。對(duì)應(yīng)于寫操作的偏置電壓被設(shè)置在寫偏置電路中。對(duì)普通寫操作偏置電壓和對(duì)應(yīng)于重寫的偏置電壓WV1被設(shè)置在寫驗(yàn)證偏置電路中。這些電路由地址發(fā)生器形成的時(shí)序脈沖工作。
圖8顯示了存儲(chǔ)器矩陣和外圍電路的實(shí)施例方塊圖。存儲(chǔ)器矩陣由存儲(chǔ)單元組成。每個(gè)存儲(chǔ)單元包括用實(shí)線表示的控制柵和用虛線表示的浮柵，這些單元以矩陣方式排列在向水平方向延伸的字線W0-W3和向垂直方向延伸的位線的相交處。上述字線由X譯碼器驅(qū)動(dòng)，位線通過包括MOSFET的Y門連到寫鎖存電路8中的寫加六電路，而MOSFET由Y譯碼器4轉(zhuǎn)換控制。位線通過開關(guān)MOSFET連到讀出放大器，而MOSFET由Y譯碼器4轉(zhuǎn)換控制。
盡管并非限制地，擦除單位可以字線為單位(sector)。2048個(gè)存貯單元被連到字線，因此，接近2K位的擦除單位中擦除操作被執(zhí)行。代替這種結(jié)構(gòu)的，包含大量字線的以塊單位的擦除操作或存儲(chǔ)矩陣的批擦除操作能被執(zhí)行。在擦除操作中將被選的字線的數(shù)目隨上面所說的這種擦除單位而增加。在擦除驗(yàn)證操作中，字線的地址被改變且對(duì)應(yīng)于擦除單位的大量字線被順序改變。
圖9顯示了部分被選擇的一個(gè)存儲(chǔ)器矩陣電路的實(shí)施例的具體電路圖。在圖9中，顯示了字線的選擇電路和位線的選擇電路的一部分。顯示在圖9的X譯碼器3中的字驅(qū)動(dòng)器傳送一個(gè)由負(fù)電壓發(fā)生器電路產(chǎn)生的負(fù)電壓，由電源轉(zhuǎn)換電路選擇提供的Vpp或Vcc和由偏置電壓端提供的偏置電壓到字線。
字線驅(qū)動(dòng)器根據(jù)提供的地址信號(hào)轉(zhuǎn)換選擇或不選擇。顯然，在寫操作和讀操作中，被選擇的字線有一高電位，未選擇的字線有一低電位，而在擦除操作中，選擇的字線有一低電平如負(fù)電壓，未選擇的字線有對(duì)應(yīng)擦除禁止的高電平。因此，X譯碼器相應(yīng)地反轉(zhuǎn)這電平并傳送這個(gè)電平給字驅(qū)動(dòng)器。
源偏置電路根據(jù)在第一擦除操作中的擦除信號(hào)，提供一相對(duì)高的電壓如4V給源線，并在第二擦除操作中提供一相對(duì)低的電壓如3V給源線。除了擦除操作以外的操作中，也就是在寫和讀操作中(包括驗(yàn)證)源偏置電路提供一地電位給電路。
Y譯碼器的輸出部分具有一個(gè)電平轉(zhuǎn)換電路，通過由寫信號(hào)控制的電壓轉(zhuǎn)換電路，一個(gè)寫高電壓Vpp選擇性地提供給此電平變換電路。顯然，在寫操作中，一個(gè)由Y譯碼器產(chǎn)生的對(duì)應(yīng)于Vcc的高電平被提供給開關(guān)MOSFET的柵極，以提供一個(gè)比上面所述電源電壓Vcc(3.3V)更高的4V電壓給位線，并執(zhí)行開關(guān)控制。這樣，由于在開關(guān)MOSFET中的閾值而無電平損失，從下面說明的寫加六電路產(chǎn)生的高電壓如4V能提供給位線。
在圖9中，P溝道型MOSFET對(duì)其柵極加上一個(gè)標(biāo)記，以便與N溝道型MOSFET相鑒別。在MOSFET中，一個(gè)L型線被加到漏極，MOSFET的高電壓被提供給漏極表示這個(gè)MOSFET被穩(wěn)定在高電壓，這同下面說明電路相同。
圖10顯示了存儲(chǔ)器矩陣選擇電路的其它部分實(shí)施例的具體電路圖。在圖10中，主要顯示了位線選擇電路。相應(yīng)地，這被顯示的線選擇電路的部分同圖9中疊加。換句話說，Y門電路是位線選擇電路，它分成二步。被分的Y譯碼器之一被提供給開關(guān)MOSFET的柵極。開關(guān)的一端通過如上所述電平轉(zhuǎn)換電路，連接到位線，開關(guān)MOS-FET由另外Y譯碼器轉(zhuǎn)換控制被提供給對(duì)應(yīng)的大量開關(guān)MOSFET，第二步的這些開關(guān)MOSFET被用于讀操作，因此，相應(yīng)Y譯碼器的選擇信號(hào)直接地被提供到這些MOSFETS把一選中的位線的信號(hào)連到讀出放大器SA的輸入端。讀出放大器SA的輸出信號(hào)提供給輸出緩沖器和讀判定電路以用于驗(yàn)證操作。當(dāng)讀判定電路判斷出讀出放大器SA的輸出不滿足指定的值，讀判定電路使自動(dòng)控制電路輸出不同的控制信號(hào)以再執(zhí)行寫或擦除操作。
寫鎖存電路8對(duì)大量位線的一個(gè)單元中使能寫(頁寫)。顯然，如同大量位線那樣多的數(shù)據(jù)被存于寫鎖存電路8中，通過用寫信號(hào)控制開關(guān)MOSFETS，寫高電壓Vpp被傳送到位線。為了對(duì)一個(gè)位線上進(jìn)行寫操作，大量位線只有一個(gè)寫加P29電路被激活。
圖11顯示了一個(gè)電源轉(zhuǎn)換電路12的實(shí)施例的電路圖。電源轉(zhuǎn)換電路12輸出Vpp，Vcc，寫驗(yàn)證電壓WV1及擦除驗(yàn)證電壓EV1和EV2中的一個(gè)，作為一電位根據(jù)寫信號(hào)和擦除信號(hào)，提供給X譯碼器3。此時(shí)用電源電壓Vcc和寫高電壓Vpp作為輸入。寫驗(yàn)證電壓WV1為開關(guān)MOSFET移動(dòng)控制信號(hào)的電平，并根據(jù)高電壓Vpp，MOSFET傳送WV1到對(duì)應(yīng)的高電壓，以檢測(cè)出比Vcc更大的存儲(chǔ)單元的閾值電壓。因此，一開關(guān)控制信號(hào)將被傳送到開關(guān)MOSFET的柵極，而MOSFET的輸出電壓比電源電壓如3.3V更高。此開關(guān)控制信號(hào)通過電平轉(zhuǎn)換電路驗(yàn)證。電平轉(zhuǎn)換電路包括P溝道型MOSFET，它的柵極和漏極交叉相連，N溝道型MOSFET，它被提供在上面P溝道型MOSFET的漏極和電路的地電位之間，且一負(fù)相輸入信號(hào)到它的柵極。
圖12顯示了一個(gè)電壓發(fā)生器電路17中一個(gè)負(fù)電壓發(fā)生器電路的實(shí)施例的電路圖。負(fù)電壓產(chǎn)生電路通過由擦除信號(hào)控制的門電路提供一時(shí)鐘脈沖到電平轉(zhuǎn)換電路。并把它轉(zhuǎn)成Vpp電平，通過用轉(zhuǎn)換信號(hào)驅(qū)動(dòng)的電荷注入電路產(chǎn)生一負(fù)電壓。這個(gè)負(fù)電壓是根據(jù)擦除電位由齊納二極管設(shè)定的固定電壓。MOSFET的閾值電壓和齊納電壓之和作為擦除電壓被傳送到電源轉(zhuǎn)換電路12。擦除電壓被提供到MOSFET的柵極，MOSFET的漏極通過P溝道型MOSFET連到高電壓Vpp，上面的擦除電壓被提供到MOSFET的柵極。P溝道型MOS-FET根據(jù)電平轉(zhuǎn)換電路被轉(zhuǎn)換控制，電平轉(zhuǎn)換電路接收擦除信號(hào)并對(duì)除了擦除操作以外的操作設(shè)置為關(guān)閉(OFF)。
接納上面負(fù)電壓作為操作電壓的電平轉(zhuǎn)換電路被用來關(guān)閉N溝道型MOSFET，提供的MOSFET在擦除操作中在電路的負(fù)電壓輸出和地電位之間，且當(dāng)擦除操作被完成，電平轉(zhuǎn)換電路打開該MOS-FET，因此，復(fù)位負(fù)電壓成為電路的地電位。
圖13顯示了在微計(jì)算機(jī)CPU和快擦寫存儲(chǔ)器上強(qiáng)調(diào)的各種信號(hào)的關(guān)系圖。芯片使能信號(hào)，輸出使能信號(hào)和分別提供給展使能端/CE，輸出使能端/OE和寫使能端/WE的寫使能信號(hào)，分別通過門電路接收的信號(hào)形成，而門電路信號(hào)通過譯碼地址信號(hào)得到。地址信號(hào)標(biāo)出在地址譯碼器中賦給快擦寫存儲(chǔ)器的地址空間。信號(hào)/RD和/WR標(biāo)出操作方式。在本實(shí)施例中，寫方式是按照把低電平寫使能信號(hào)提供給寫使能端/WE。當(dāng)根據(jù)上面說明命令來表示寫方式時(shí)，端/WE能省略。
數(shù)據(jù)緩沖器是一個(gè)雙向緩沖器，它傳送寫數(shù)據(jù)從微計(jì)算機(jī)到快擦寫存儲(chǔ)器，為用命令指明操作方式。數(shù)據(jù)按照上面描述方向被傳送在讀操作中，數(shù)據(jù)從快擦寫存儲(chǔ)器中讀出傳送到微計(jì)算機(jī)中。
數(shù)據(jù)寄存器取出數(shù)據(jù)以控制延遲，以轉(zhuǎn)換5V或12V的電壓到高電壓端Vpp，當(dāng)要存取快擦寫存儲(chǔ)器時(shí)，把電壓提供到該端點(diǎn)。
在本實(shí)施例的微計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，快擦寫存儲(chǔ)器具有如上所述的自動(dòng)擦除功能。因此，微計(jì)算機(jī)(MPU)形成這些信號(hào)/RD，/WE，和/DEN以及指明快擦寫存儲(chǔ)器的待擦除地址和擦除方式。然后，快擦寫存儲(chǔ)器如上所述地內(nèi)部進(jìn)入到自動(dòng)擦除方式。當(dāng)快擦寫存儲(chǔ)器進(jìn)入擦除方式時(shí)，地址端，數(shù)據(jù)端和所有控制端如上所述成為自由狀態(tài)，快擦寫存儲(chǔ)器和微計(jì)算機(jī)(MPU)形成電的分離。微計(jì)算機(jī)MPU可以執(zhí)行數(shù)據(jù)處理，包括在其它存儲(chǔ)單元ROM和RAM中傳送信息，這些未顯示出來，包括在指明僅是快擦寫存儲(chǔ)器的擦除方式后，用系統(tǒng)總線在輸入和輸出站口上傳送信息。
因此，對(duì)安裝在系統(tǒng)中，作為全部功能的存儲(chǔ)器(對(duì)每個(gè)字節(jié)可以重寫)的快擦寫存儲(chǔ)器，擦除操作可被執(zhí)行，對(duì)系統(tǒng)的吞吐量無任何損失。微計(jì)算機(jī)CPU對(duì)快擦寫存儲(chǔ)器用適當(dāng)方式，在如上所述指示擦除方式后按合適間隔指示一數(shù)據(jù)的輪咨方式，讀狀態(tài)寄存器的內(nèi)容且如果在擦除操作完成后，有數(shù)據(jù)打算存貯在快擦寫存儲(chǔ)器中標(biāo)出寫方式。
從上面實(shí)施例得到的操作和效果如下說明。(1)提供有存貯單元的批擦除不揮發(fā)存貯裝置，其存貯單元適于通過在寫操作中吸出在浮柵上積累的電荷，執(zhí)行擦降操作，該裝置提供有自動(dòng)擦除電路，它順序執(zhí)行的第一種操作是在不揮發(fā)存儲(chǔ)單元的批擦除操作中讀出擦除部分的存儲(chǔ)單元，并在它的浮動(dòng)?xùn)派蠜]有存貯電荷的不揮發(fā)存儲(chǔ)單元上執(zhí)行預(yù)寫。第二種操作是在相對(duì)高的擦除參考電壓下，用相對(duì)大的能量，對(duì)上面擦除部分的不揮發(fā)存儲(chǔ)單元以高速執(zhí)行批擦除操作。第3種操作是讀出所有被擦除的不揮發(fā)存儲(chǔ)單元，并對(duì)不揮發(fā)存貯單元執(zhí)行寫操作，而這些存儲(chǔ)單元已被設(shè)置了相對(duì)低的閾值電壓，第四個(gè)操作是在相對(duì)低擦除參考電壓下，用相對(duì)小的能量，低速執(zhí)行上述擦除部分的不揮發(fā)存儲(chǔ)單元的批擦除操作。從而，提供這樣效果，例如檢測(cè)出在上述第3種操作中可能被耗盡擦除的存儲(chǔ)單元，預(yù)先執(zhí)行重寫，在高精度低電壓的已擦除條件下設(shè)置閾值電壓，同時(shí)在上面第4種操作中，通過結(jié)合批擦除操作與基于低能量的較少變化防止耗盡擦除。(2)按照上述(1)，快擦除存貯器的操作電壓能低壓接近3V的效果可被得到。(3)一個(gè)效果能被得到，就是對(duì)擦除條件的閾值電壓能在短時(shí)間周期中用高的精度，通過以相對(duì)高的電壓，在上述第2操作中的擦除操作內(nèi)設(shè)置不揮發(fā)存儲(chǔ)單元的源電位及以相對(duì)低的電壓，在上述第4操作中的擦除操作內(nèi)設(shè)置不揮發(fā)存儲(chǔ)單元的源電位而被設(shè)定。(4)為了在寫操作中向浮柵注入電荷，可以獲得一個(gè)效果，即寫時(shí)間能被縮短，因此，用漏極附近產(chǎn)生的熱電子，可以加速操作。(5)批擦除不揮發(fā)存儲(chǔ)裝置，提供有存儲(chǔ)單元，這些存貯單元適于通過在寫操作中放出一個(gè)在浮柵上積累的電荷執(zhí)行擦除操作，該裝置執(zhí)行次序?yàn)榈谝环N操作為讀出擦除部分的存儲(chǔ)單元，并在它們的浮動(dòng)?xùn)派蠜]有電荷存貯的不揮發(fā)存貯單元上執(zhí)行預(yù)寫。第二種操作是在相對(duì)高擦除參考電壓下用相對(duì)大能量對(duì)上面擦除部分的不揮發(fā)存貯單元執(zhí)行批擦除操作，第三種操作是讀出所有被擦除的不揮發(fā)存儲(chǔ)單元，并對(duì)這些不揮發(fā)存貯單元執(zhí)行弱寫操作。而這些存儲(chǔ)單元已被設(shè)置了相對(duì)低的閾值電壓。第四個(gè)操作是以相對(duì)小的能量，低速執(zhí)行上述擦除部分的不揮發(fā)存儲(chǔ)單元的批擦除操作，以提供一相對(duì)低的擦除參考電壓。從而，提供這些效果，例如檢測(cè)出在第3種操作中可能被耗盡擦除的存儲(chǔ)單元，并預(yù)先執(zhí)行重寫，以及在高精度的低電壓的擦除條件下設(shè)置閾值電壓，同時(shí)，基于上面第4種操作中的低電壓，通過結(jié)合批擦除操作和較少變化防止耗盡擦除。(6)在上述擦除方式中，一個(gè)效果能被得到，就是對(duì)擦除條件的閾值電壓能在短時(shí)間周期中，用高的精度，通過以相對(duì)高的電壓，在上述第2操作中的擦除操作內(nèi)設(shè)置不揮發(fā)存儲(chǔ)單元的源電位及以相對(duì)低的電壓，在上述第4種操作中的擦除操作內(nèi)設(shè)置不揮發(fā)存儲(chǔ)單元的源電位而被設(shè)定。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，由本發(fā)明者在上面已說明了本發(fā)明。然而很清楚，本發(fā)明并不限于這些實(shí)施例，在各式各樣修改中，可以不偏離本發(fā)明的精神。例如，上面所述的擦除方式，不僅可以通過加入在快擦寫存貯器內(nèi)的自動(dòng)控制電路執(zhí)行，而且也可以通過直接從快擦寫存貯器外部提供的控制電路或微計(jì)算機(jī)進(jìn)入如上所述的擦除操作所述需要的控制信號(hào)的地址信號(hào)。
快擦寫存儲(chǔ)器的寫操作不僅可以用如上所述的熱電子，而且可通過向浮柵注入隧道電流電子來執(zhí)行。使如上所述的擦除順序生效的實(shí)際電路可以以不同方式獲得。
本發(fā)明因而能廣泛的用作快擦寫存儲(chǔ)器和擦除方式。
從本申請(qǐng)中所公開的本發(fā)明的代表性方式中得到的結(jié)論簡(jiǎn)要說明如下。顯然，提供存儲(chǔ)單元的批擦除不揮發(fā)存貯裝置，其存貯單元適于通過在寫操作吸出在浮柵上積累的一個(gè)電荷來執(zhí)行擦除操作，提供有一個(gè)自動(dòng)擦除電路，它順序執(zhí)行的第一種操作是在不揮發(fā)存儲(chǔ)單元的批擦除操作中讀出擦除部分的存儲(chǔ)單元，并在浮動(dòng)?xùn)派蠜]有電荷存貯的不揮發(fā)存儲(chǔ)單元上執(zhí)行預(yù)寫。第二種操作是在相對(duì)高的擦除參考電壓下，用相對(duì)大的能量，對(duì)上面擦除部分的不揮發(fā)存貯單元，以高速的執(zhí)行批擦除操作，第三個(gè)操作是讀出所有已被擦除的不揮發(fā)存儲(chǔ)單元，并對(duì)不揮發(fā)存貯單元執(zhí)行寫操作，而這些存儲(chǔ)單元已被設(shè)置了相對(duì)低的閾值電壓，第四個(gè)操作是在相對(duì)低的擦除參考電壓下，用相對(duì)小的能量，低速執(zhí)行上述擦除部分的不揮發(fā)存儲(chǔ)單元的批擦除操作，從而，提供了這樣的效果，例如檢測(cè)出在上述第3個(gè)操作中可能被耗盡擦除的存儲(chǔ)單元，將被預(yù)先執(zhí)行重寫，在高精度低電壓的擦除條件下設(shè)置閾值電壓，同時(shí)在上面第4種操作中，通過結(jié)合批擦除操作與基于低能量的較少變化防止耗盡擦除。
根據(jù)上面所述，快擦寫存貯器的操作電壓可以低到接近3V。
擦除條件的閾值電壓能在短時(shí)間周期中，用高的精度，通過以相對(duì)高的電壓，在上述第2個(gè)操作中的擦除操作內(nèi)設(shè)置不揮發(fā)存儲(chǔ)單元的源電位及以相對(duì)低的電壓，在上述第4種操作中的擦除操作內(nèi)設(shè)置不揮發(fā)存儲(chǔ)單元的源電位而被設(shè)定。
對(duì)寫操作，為將電子注入到上面浮動(dòng)?xùn)潘璧臅r(shí)間可以通過使用在漏極附近產(chǎn)生的熱電子而被縮短。因此，寫操作速度可被加快。
批擦除不揮發(fā)存貯裝置，提供有存儲(chǔ)單元，這些存貯單元適于通過在寫操作中放出一個(gè)在浮柵上積累的電荷，執(zhí)行擦除操作，此裝置執(zhí)行次序?yàn)榈谝环N操作為讀出擦除部分的存貯單元，并在浮動(dòng)?xùn)派蠜]有電荷存貯的不揮發(fā)存貯單元上執(zhí)行預(yù)寫，第二種操作是在相對(duì)高的擦除參考電壓下，用相對(duì)大的能量對(duì)上面擦除部分的不揮發(fā)存貯單元執(zhí)行批擦除操作，第三種操作是讀出所有已被擦除的不揮發(fā)存儲(chǔ)單元，并對(duì)這些不揮發(fā)存貯單元執(zhí)行弱寫操作，而這些存儲(chǔ)單元已被設(shè)置了相對(duì)低的閾值電壓，第四個(gè)操作是，以相對(duì)小的能量，低速執(zhí)行上述擦除部分的不揮發(fā)存儲(chǔ)單元的批擦除操作以提供相對(duì)低擦除參考電壓。從而提供這樣效果。例如檢測(cè)出在上述第3個(gè)操作中可能被耗盡擦除的存儲(chǔ)單元，將被預(yù)先執(zhí)行的重寫，以及在高精度低電壓的擦除條件下設(shè)置閾值電壓，同時(shí)在上面第4個(gè)操作中，通過結(jié)合批擦除操作與基于低能量的較少變化防止耗盡擦除。
在上面擦除方式中，擦除情況下的閾值電壓能在短時(shí)間周期中，用高的精度，通過以相對(duì)高的電壓，在上述第2個(gè)操作的擦除操作中設(shè)置不揮發(fā)存儲(chǔ)單元的源電位以相對(duì)低的電壓，在上述第4個(gè)操作中的擦除操作內(nèi)設(shè)置不揮發(fā)存儲(chǔ)單元的源電位而被設(shè)定。
權(quán)利要求
1.一種不揮發(fā)存儲(chǔ)裝置，包括大量存儲(chǔ)單元，這些存儲(chǔ)單元存貯著閾值電壓值的信息；一個(gè)命令譯碼器，用來對(duì)提供的命令譯碼；以及一個(gè)控制電路，它根據(jù)所說的命令譯碼器的譯碼結(jié)果，形成一專門的操作；其中所說的大量存儲(chǔ)單元各自具有浮柵，并且所說的控制電路用所說命令譯碼器，根據(jù)閾值電壓變化操作所指示的命令譯碼器，根據(jù)閾值電壓變化操作所指示的命令譯碼結(jié)果，形成第一吸出操作，注入操作和第2吸出操作；所說的第一吸出操作用來從浮柵上放出電子以設(shè)置所說的大量存儲(chǔ)單元的閾值電壓，該電壓比第一個(gè)電壓更低；所說的注入操作是向浮柵注入電子，以設(shè)置存儲(chǔ)單元的閾值電壓，這些被確定的電壓高于0V而低于第2個(gè)電壓；在所說第一次放電操作以后比所說的第2電壓高；所說的第2吸出操作，用來從浮動(dòng)?xùn)派戏懦鲭娮右栽O(shè)置所說的大量存儲(chǔ)單元的閾值電壓，該電壓將高于所說電子注入操作以后的0伏。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的不揮發(fā)存儲(chǔ)的裝置，其中所說的不揮發(fā)存儲(chǔ)器裝置還包括從提供的電源電壓產(chǎn)生第一和第二電壓的電壓發(fā)生器電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的不揮發(fā)存儲(chǔ)器裝置，其中所說的存儲(chǔ)單元的控制柵上連接大量的字線，而所說的第一和第二電壓被選擇性地提供給所說的大量字線。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的不揮發(fā)存儲(chǔ)裝置，其中所說的大量存儲(chǔ)單元的每一個(gè)有一個(gè)控制柵在其上形成所說的浮柵，而且還有一半導(dǎo)體區(qū)域?qū)υ谒f的浮柵上形成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的不揮發(fā)存儲(chǔ)裝置，其中提供給所說的存儲(chǔ)單元的控制柵的內(nèi)部電壓同提供給所說第一放電操作中，半導(dǎo)體區(qū)域?qū)χ坏膬?nèi)部電壓之間的差別大于提供給所說存儲(chǔ)單元的控制柵的內(nèi)部電壓同提供給所說的第二放電操作中，所說半導(dǎo)體區(qū)域?qū)χ坏膬?nèi)部電壓之間的差別。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的不揮發(fā)存儲(chǔ)的裝置，其中注入操作以熱電子實(shí)現(xiàn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的不揮發(fā)存儲(chǔ)器裝置，其中所說第一放電操作，所說注入操作和所說第二放電操作被執(zhí)行以擦除存儲(chǔ)在所說大量存儲(chǔ)單元中的數(shù)據(jù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5的不揮發(fā)存儲(chǔ)器裝置，其中所說的半導(dǎo)體區(qū)域?qū)χ皇且辉磪^(qū)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的不揮發(fā)存儲(chǔ)裝置，其中在所說的第一放電操作中提供給源區(qū)的電壓低于在所說的第二放電操作中提供給源區(qū)的電壓。
10.一種閾值電壓改變的方法，通過吸出注入到所說大量存儲(chǔ)單元浮柵上的電子來改變閾值電壓，這些存儲(chǔ)單元分別具有控制柵，浮柵和一對(duì)半導(dǎo)體區(qū)域，包括第一吸出操作，從所說浮柵吸出電子使所說的大量存儲(chǔ)單元的閾值電壓低于第一電壓。注入操作，向浮柵注入電子，以形成這些存儲(chǔ)單元的閾值電壓，這些閾值電壓被確定成0V或大于0V；被確定的電壓比第二電壓低，比第一吸出操作以后的所說第二電壓高；且第二吸出操作，從所說的浮柵吸出電子使所說的大量存儲(chǔ)單元的閾值電壓在所說的注入操作以后比0V高。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的一種閾值電壓的改變方法，其中提供給所說的存儲(chǔ)單元的控制柵的電壓同在所說第一放電操作中提供給所說半導(dǎo)體區(qū)域?qū)χ坏碾妷褐g的差別大于提供給所說存儲(chǔ)單元的控制柵的電壓同在所說的第二放電操作中提供給半導(dǎo)體區(qū)域?qū)χ坏碾妷褐g的差別。
全文摘要
一個(gè)提供有存儲(chǔ)單元可成批擦除的不揮發(fā)存儲(chǔ)裝置，通過程序操作，釋放積累在浮柵上的電子電荷，適合執(zhí)行擦除操作。執(zhí)行次序?yàn)樽x擦除單位的存儲(chǔ)單元，并在這些不揮發(fā)存儲(chǔ)單元上執(zhí)行預(yù)寫操作；用相對(duì)大能量，對(duì)所說擦除單位的不揮發(fā)存儲(chǔ)單元高速執(zhí)行批擦除操作；對(duì)全部擦除了的不揮發(fā)存儲(chǔ)單元執(zhí)行讀操作，并在這些不揮發(fā)存儲(chǔ)單元上執(zhí)行寫操作；用相對(duì)小的能量，對(duì)所說擦除單位的不揮發(fā)存儲(chǔ)單元低速執(zhí)行批擦除操作。
文檔編號(hào)G11C16/16GK1149183SQ95105499
公開日1997年5月7日 申請(qǐng)日期1995年5月18日 優(yōu)先權(quán)日1994年5月19日
發(fā)明者高橋正人, 小田桐美智子, 古野毅, 古澤和則, 和田正志 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立制作所, 日立Ulsi工程株式會(huì)社, 日立東部半導(dǎo)體株式會(huì)社