應用在非揮發性分離柵存儲器的寫入操作電路及方法
2023-12-08 08:22:06
專利名稱:應用在非揮發性分離柵存儲器的寫入操作電路及方法
技術領域:
本發明有關一種應用在非揮發性分離柵存儲器的寫入操作電路及方法,特別是關於一種動態調節寫入電流的寫入操作電路及方法。
背景技術:
分離柵(spilt-gate)存儲器是目前存儲器的主流架構之一,圖1顯示一非揮發性分離柵存儲晶胞(memory cell)100的剖面圖,其將電子式可抹除程序化只讀存儲器(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory;EEPROM)的2T電晶體合併為一1.5T的元件,其中漏極104及源極106一般是以離子注入的方式形成在基底102中,在基底102上方的漏極104及源極106之間包含選擇柵108、控制柵110及浮動柵112,其中選擇柵108在靠近漏極104的一側,浮動柵112則在靠近源極106的一側,控制柵110在浮動柵112上方。
圖1所示的分離柵存儲晶胞100,其包含漏極104、源極106、選擇柵108及控制柵110等四個端點,利用電壓控制這四個端點可以改變存儲晶胞100的臨界電壓VT,當臨界電壓VT約為0.7V時,存儲晶胞100為邏輯0,當臨界電壓VT約為5V時,存儲晶胞100為邏輯1,而將存儲晶胞100的臨界電壓VT提升為5V即為非揮發性存儲器的存儲晶胞寫入操作。在現有的寫入操作中,先供應高壓到源極及控制柵,再由選擇柵電壓控制選取的記憶晶胞,並以選擇柵電壓大小控制寫入的電流。有關分離柵存儲晶胞的更詳細的結構及寫入操作說明,可參考美國專利第6,285,598號及第6,363,012號。然而,為了在寫入時能夠有足夠的寫入電流,在將資料寫入分離柵存儲晶胞時,必須精確控制選擇柵的電壓,但是由於製程上的變化,要產生一良好精準的能隙電壓來控制選擇柵的電壓是很困難的。為解決此一問題,有人提出利用一定電流源供應寫入電流,來解決寫入電流的不穩定及省略一能隙電壓的產生,例如,Khan等人在美國專利第6,285,598號提出的「非揮發性存儲晶胞的精確程序化(precision programming of nonvolatile memorycells)」,然而,這種方式在分離柵記憶晶胞的臨界電壓VT發生變化時,無法自行調節寫入電流的大小,而且應用在電晶體陣列時,為了對晶胞位(cellbit)能夠有追縱的效果,必須在每一條位線上提供一位線程序電流驅動(bitline program current driving),因而增加設計複雜度及成本。
因此,一種可動態調節寫入電流且降低複雜度及成本的寫入操作電路及方法,乃為所冀。
發明內容
本發明的目的之一,在於提供一種應用在非揮發性分離柵存儲器的寫入操作電路及方法,其可以動態調節寫入電流。
本發明的目的之一,在於提供一種可降低設計複雜度及成本的寫入操作電路及方法。
根據本發明,一種應用在非揮發性分離柵存儲器的寫入操作電路及方法,由一負反饋電路反饋通過該分離柵存儲器的寫入電流產生與該寫入電流具有預定關係的反饋電流,一電壓產生電路根據該反饋電流產生一控制電壓至該分離柵存儲器的選擇柵,以調節該寫入電流。其中該負反饋電路可以是一電流鏡電路鏡射該寫入電流產生該反饋電流。
在一實施例中,應用本發明寫入操作電路的非揮發性分離柵存儲器陣列,包含多個陣列區塊,在寫入模式時每一該陣列區塊輸出一總寫入電流,在本發明的寫入操作電路中,一負反饋電路反饋每一該總寫入電流產生一相對應的反饋電流,電壓產生電路根據每一該反饋電流產生一控制電壓,調節相對應的總寫入電流。在負反饋電路中包含一追縱電路以追縱晶胞位(cellbit)。
由於本發明的寫入操作電路可以由負反饋機制來調節通過非揮發性分離柵存儲器的寫入電流,因此在該非揮發性分離柵存儲器的臨界電壓發生變化時,本發明的寫入操作電路可隨該臨界電壓的變化調節該寫入電流。再者,應用在存儲器陣列時,用以追縱晶胞位的追縱電路放置在存儲器陣列之外,因此能夠降低設計複雜度及成本。
圖1顯示非揮發性分離柵存儲晶胞的剖面圖;圖2顯示應用本發明在分離柵存儲晶胞;以及圖3顯示應用本發明在分離柵存儲器陣列。
符號說明100分離柵存儲晶胞 102分離柵存儲晶胞的基底104分離柵存儲晶胞的漏極106分離柵存儲晶胞的源極108分離柵存儲晶胞的選擇柵 110分離柵存儲晶胞的控制柵112分離柵存儲晶胞的浮動柵 200寫入操作電路201電壓產生電路202電阻204節點208電晶體210電晶體 212電晶體214開關300分離柵存儲晶胞302電晶體 304電晶體400寫入操作電路402電壓產生電路404CG解碼器406節點408SG解碼器410追縱電路412多工器 414多工器
500陣列區塊具體實施方式
圖2應用本發明在分離柵存儲晶胞300,其中分離柵存儲晶胞300可視為串聯的二電晶體302及304,當分離柵存儲晶胞300操作在寫入模式時,高電壓VCC及VPP分別被供應至存儲晶胞300的源極CS及控制柵CG,使得電晶體302操作在飽和區,同時電晶體208及開關214也分別被信號YA及DO導通,電壓產生電路201供應一控制電壓至選擇柵SG,此時的分離柵存儲晶胞300可視為一負載電阻,其根據高電壓VCC及VPP導通一寫入電流I1,在寫入操作電路200中,一負反饋電路反饋寫入電流I1得到一反饋電流I2,在此實施例中,負反饋電路包括由電晶體210及212組成的電流鏡電路,當寫入電流I1通過電晶體212時,鏡射寫入電流I1產生具有一比例關係反饋電流I2通過電晶體210,電壓產生電路201則根據反饋電流I2調整控制電壓Vc的大小,進而動態調節寫入電流I1。
在此實施例中,電壓產生電路201包含電阻202連接在高電壓VPP及反饋電流I2之間,由於反饋電流I2通過電阻202時將使電阻202兩端產生一壓差VR=R202×I2 公式1其中,R202為電阻202的阻值。因此節點204上的控制電壓Vc=VPP-VR公式2當電晶體302的浮動柵的臨界電壓升高時,分離柵存儲晶胞300的等效負載阻抗將隨著變大,因而使寫入電流I1變小,反饋電流I2也隨著變小,由公式1可知,電阻202兩端的壓差VR也跟著下降,再由公式2可得到,控制電壓Vc將隨電壓VR的下降而上升,因而讓電晶體304的通道變寬,增加寫入電流I1。當電晶體302的浮動柵的臨界電壓降低時,分離柵存儲晶胞300的等效負載阻抗變小,此時寫入電流I1變大,而反饋電流I2也將隨著變大,造成電阻202兩端的壓差VR上升,因此控制電壓Vc被拉低,使得電晶體304的通道變窄,進而讓寫入電流I1降低。
圖3應用本發明在分離柵存儲器陣列,其包含多個陣列區塊500,每一陣列區塊包含多個分離柵存儲晶胞,多條源極線CS分別串接同一列上的存儲晶胞的源極,多條控制柵線CG
-CG[N/2]分別串接同一列上的存儲晶胞的控制柵,多條選擇柵線SG
-SG[N]分別串接同一列上的存儲晶胞的選擇柵。當操作在寫入模式時,每一條源極線CS均連接至電壓源VCC,電壓源VPP經CG解碼器404連接至多條控制柵線CG
-CG[N/2]的其中之一,電壓產生器402所供應的控制電壓Vc經SG解碼器408連接至多條選擇柵線SG
-SG[N]的其中之一,在每一陣列區塊500中,所有要寫入數據的存儲晶胞均通導一寫入電流,這些寫入電流結合成為總寫入電流ISUM0-ISUMN。在寫入操作電路400中,利用負反饋電路反饋總寫入電流ISUM0-ISUMN得到反饋電流IFB0-IFBN,電壓產生電路402再根據反饋電流IFB0-IFBN調節控制電壓Vc,進而調節通過存儲晶胞的寫入電流的大小。
在負反饋電路中,電晶體Mr0-MrN分別連接在陣列區塊500及多工器414之間,多工器414包含多個電晶體作為開關來控制總寫入電流ISUM0-ISUMN的導通,電晶體Mm0-MmN分別與電晶體Mr0-MrN組成電流鏡電路鏡射總寫入電流ISUM0-ISUMN得到具有比例關係的反饋電流IFB0-IFBN通過多工器412連接至電壓產生電路402,其中,電晶體Mm0-MmN與多工器412組成一追縱電路410以電流比率方式追縱實際要程序化的晶胞數,此外電晶體Mr0-MrN的尺寸為電晶體Mm0-MmN的N倍(N位I/O),而且多工器412中的P型電晶體為高壓元件,其尺寸調節到控制一晶胞位程序化電流大小,其值可參考非揮發性存儲器元件的I-V曲線或單擊(one-shot)曲線。
當總寫入電流ISUMK(K=0,1,...,N)通過電晶體MrK時,相對應的電晶體MmK將導通反饋電流IFBK通過多工器412連接至電壓產生電路402,因而在電阻R的兩端產生壓差
VR=IFBK×R 公式3由於電阻R為連接在電壓源VPP及節點406之間,因此可推知在節點406上的控制電壓Vc=VPP-VR公式4當陣列區塊500中存儲晶胞的浮動柵的臨界電壓升高時,總寫入電流ISUMK變小,反饋電流IFBK也隨著變小,由公式3可知,電阻R兩端的壓差VR也跟著下降,再由公式4可得到,控制電壓Vc將隨電壓VR的下降而上升,因而增加每一存儲晶胞的寫入電流。當陣列區塊500中存儲晶胞的浮動柵的臨界電壓降低時,總寫入電流ISUMK變大,而反饋電流IFBK也隨著變大,造成電阻R兩端的壓差VR上升,因此控制電壓Vc被拉低,進而讓每一存儲晶胞的寫入電流降低。
由於追縱電路410放置在存儲器陣列的外面,因此能夠減少在存儲器陣列中每一條位線設計的複雜度。
權利要求
1.一種應用在非揮發性分離柵存儲器的寫入操作電路,其特徵在於,包括一電壓產生電路,供應一控制電壓至該分離柵存儲器,以導通一寫入電流;以及一負反饋電路,反饋該寫入電流產生一反饋電流至該電壓產生電路,以調整該控制電壓。
2.如權利要求1所述的寫入操作電路,其特徵在於,該負反饋電路包括一電流鏡電路鏡射該寫入電流產生該反饋電流。
3.如權利要求2所述的寫入操作電路,其特徵在於,該反饋電流與該寫入電流具有一比例關係。
4.如權利要求1所述的寫入操作電路,其特徵在於,該電壓產生電路包括一電阻連接在一電壓源及該反饋電流之間。
5.如權利要求1所述的寫入操作電路,其特徵在於,該控制電壓連接至該分離柵存儲器的選擇柵。
6.一種應用在非揮發性分離柵存儲器的寫入操作方法,其特徵在於,包括下列步驟供應一控制電壓至該分離柵存儲器,以導通一寫入電流;反饋該寫入電流產生一反饋電流;以及因應該反饋電流調整該控制電壓。
7.如權利要求6所述的方法,其特徵在於,該產生一反饋電流的步驟包括產生與該寫入電流具有一比例關係的該反饋電流。
8.如權利要求6所述的方法,其特徵在於,該產生一反饋電流的步驟包括鏡射該寫入電流產生該反饋電流。
9.一種應用在非揮發性分離柵存儲器陣列的寫入操作電路,該存儲器陣列包含至少一陣列區塊,該寫入操作電路包括一電壓產生電路,供應一控制電壓至該至少一陣列區塊,讓每一該陣列區塊導通一總寫入電流;以及一負反饋電路,反饋該至少一總寫入電流得到至少一反饋電流至該電壓產生電路,以調整該控制電壓。
10.如權利要求9所述的寫入操作電路,其特徵在於,該負反饋電路包括至少一電晶體,耦接在該至少一總寫入電流及接地之間;以及一追縱電路,根據通過該至少一電晶體的總寫入電流,得到該至少一反饋電流。
11.如權利要求10所述的寫入操作電路,其特徵在於,該追縱電路包括至少一第二電晶體,與該至少一電晶體組成電流鏡電路,鏡射該至少一總寫入電流產生該至少一反饋電流;以及一多工器,連接在該電壓產生電路及該至少一反饋電流之間,供連接該至少一反饋電流至該電壓產生電路。
12.如權利要求9所述的寫入操作電路,其特徵在於,該電壓產生電路包括一電阻連接在一電壓源及該反饋電流之間。
13.如權利要求9所述的寫入操作電路,其特徵在於,每一該反饋電流與相對應的該總寫入電流具有一比例關係。
14.一種應用在非揮發性分離柵存儲器陣列的寫入操作方法,該存儲器陣列包含至少一陣列區塊,該方法包括下列步驟供應一控制電壓至該至少一陣列區塊,讓每一該陣列區塊導通一總寫入電流;以及反饋該至少一總寫入電流得到至少一反饋電流,以調整該控制電壓。
15.如權利要求14所述的方法,其特徵在於,該反饋該至少一總寫入電流得到至少一反饋電流的步驟包括鏡射該至少一總寫入電流產生該至少一反饋電流。
16.如權利要求14所述的方法,其特徵在於,該得到至少一反饋電流的步驟包括得到與相對應的該總寫入電流具有一比例關係的反饋電流。
全文摘要
本發明為一種應用在非揮發性分離柵存儲器的寫入操作電路及方法,其利用一負反饋裝置反饋通過分離柵存儲器的寫入電流得到一反饋電流,再以該反饋電流產生一控制電壓至該分離柵存儲器的選擇柵,以動態調節該寫入電流。
文檔編號H01L29/66GK1808623SQ200510002420
公開日2006年7月26日 申請日期2005年1月20日 優先權日2005年1月20日
發明者王俊淇, 馮信彰 申請人:義隆電子股份有限公司