CN102005243B - 差分闪存器件及提高差分闪存器件耐久性的方法 - Google Patents

Abstract

提供一种提高差分闪存器件耐久性的方法和差分闪存器件，该方法包括：读取所述第一闪存单元和所述第二闪存单元以确定至少与所述第一阈值电压和所述第二阈值电压关联的第一电流，所述第一阈值电压等于第一值，所述第二阈值电压等于第二值；确定所述第一电流是否对应于预定逻辑状态；如果所述第一电流未对应于所述预定逻辑状态，则对所述第一闪存单元和所述第二闪存单元进行编程。

Description

差分闪存器件及提高差分闪存器件耐久性的方法

技术领域

本发明涉及半导体器件制造技术领域，具体而言，本发明涉及一种使用差分单元设计的闪存器件和提高差分闪存器件耐久性的方法。

背景技术

业内已经提出或者使用各种存储器器件。这样的存储器器件的一个例子是可擦可编程只读存储器(“EPROM”)器件。EPROM器件既可读又可擦、即可编程。具体而言，使用具有二进制状态的浮动栅极场效应晶体管来实施EPROM。也就是说，通过在浮动栅极上存在或者不存在电荷来表示二进制状态。一般来说，即使在正常高信号施加到EPROM晶体管的栅极时电荷仍然足以防止导通。

许多种EPROM是可用的。在传统和最基本形式中，通过曝光于紫外线对EPROM进行电编程和擦除。这些EPROM通常称为紫外线可擦可编程只读存储器(“UVEPROM”)。可以通过在向UVEPROM晶体管的栅极施加正电势时在UVEPROM晶体管的漏极与源极之间运行高电流来对UVEPROM进行编程。栅极上的正电势从漏极到源极的电流吸引高能电子(即热电子)，其中电子跳跃或者注入到浮动栅极中并且变为在浮动栅极上被俘获。

另一形式的EPROM是电可擦可编程只读存储器(“EEPROM”或者“E2PROM”)。通常借助称为福勒-诺德海姆隧道效应的现象对EEPROM进行电编程和擦除。又一形式的EPROM是使用热电子来编程并且使用福勒-诺德海姆隧道效应现象来擦除的“快速EPROM”。快速EPROM可以在“快速”或者批量模式中被擦除，并且通常被称为“闪存单元”或者“闪存器件”，其中在该“快速”或者批量模式中可以使用福勒-诺德海姆隧道效应来同时擦除阵列中的所有单元或者阵列的一部分。

半导体业已经提出和使用各种类型的闪存单元。仅作为一个例子，分裂栅极型结构包括浮动栅极和具有分裂型结构的控制栅极。比如Silicon StorageTechnology公司已经使用这样的分裂栅极结构。遗憾的是，这样的分裂栅极型单元结构存在某些限制。例如，这样的单元结构可能难以突破某个临界尺度如0.25微米和更低的尺度。已经在本说明书中并且在下文中更具体地描述常规分裂栅极单元的这些和其它限制。

从上文可见希望一种用于处理半导体器件的改进技术。

发明内容

本发明涉及半导体器件及半导体器件的处理方法。具体而言，本发明提供一种使用差分单元设计的闪存器件和提高差分闪存器件耐久性的方法。但是将承认本发明具有广泛得多的适用范围。例如，本发明可以应用于EEPROM或者其它类型的存储器存储。

在一个具体实施例中，提供一种提高差分闪存器件耐久性的方法，所述差分闪存器件包括第一闪存单元和第二闪存单元，所述第一闪存单元包括与第一阈值电压关联的第一晶体管，所述第二闪存单元包括与第二阈值电压关联的第二晶体管，所述方法包括：

读取所述第一闪存单元和所述第二闪存单元以确定至少与所述第一阈值电压和所述第二阈值电压关联的第一电流，所述第一阈值电压等于第一值，所述第二阈值电压等于第二值；

确定所述第一电流是否对应于预定逻辑状态；

如果所述第一电流未对应于所述预定逻辑状态，则对所述第一闪存单元和所述第二闪存单元进行编程。

其中对所述第一闪存单元和所述第二闪存单元进行编程包括下列步骤：

将所述第一阈值电压从所述第一值改变成第三值；

将所述第二阈值电压从所述第二值改变成第四值；

读取所述第一闪存单元和所述第二闪存单元以确定至少与所述第一阈值电压和所述第二阈值电压关联的第二电流；

确定所述第二电流是否满足关于预定电流的预定关系；

如果所述第二电流未满足关于所述预定电流的预定关系，则将所述第二阈值电压从第四值改变成第五值。

其中所述第一闪存单元包括：

第一控制栅极，所述第一控制栅极连接到第一字线；

第一浮动栅极；

第一氧化物层，将所述第一控制栅极与所述第一浮动栅极分离；

第一源极区域；以及

第一漏极区域，所述第一漏极区域连接到第一位线；

并且所述第二闪存单元包括：

第一控制栅极，所述第一控制栅极连接到第一字线；

第一浮动栅极；

第一氧化物层，将所述第一控制栅极与所述第一浮动栅极分离；

第一源极区域；以及

第一漏极区域，所述第一漏极区域连接到第一位线。

读取所述第一闪存单元和所述第二闪存单元包括：

向第一和第二闪存单元的控制栅极施加字线电压；

向第一和第二闪存单元的源极和漏极区域之间施加电压。

所述编程包括：

擦除第一和第二闪存单元；

选择第一和第二闪存单元中的一个闪存单元以便编程；

向待编程的闪存单元的控制栅极施加字线电压；

在待编程的闪存单元的源极与漏极区域之间产生电势差；

在编程的闪存单元的浮动栅极上存储电子。

其中所述第一晶体管和第二晶体管是EEPROM。

其中所述第三值与所述第二值相同。

其中所述预定关系是所述第二电流与所述预定电流之间的大小关系。

其中所述第二闪存单元的编程在满足所述预定关系时停止。

其中如果所述第一电流对应于预定逻辑状态，则不进行进一步动作。

其中所述预定逻辑状态为逻辑‘0’或者‘1’。

其中编程后的状态包括所述第一和第二闪存单元中的一个闪存单元在高阈值电平而另一闪存单元在低阈值电平。

其中在所述闪存器件以外确定所述预定电流。

其中可以根据所需性能参数来设置所述预定电流。

根据本发明的另一具体实施例，提供一种差分闪存器件，包括：

第一闪存单元；

第二闪存单元；

比较器，配置成：

从所述第一闪存单元接收第一电流；

从所述第二闪存单元接收第二电流；

处理与所述第一电流和第二电流关联的信息；并且

确定等于所述第一电流和所述第二电流之间的差的差分电流；

电流供应，配置成提供预定电流；

检测器，配置成确定所述差分电流与所述预定电流之间的关系。

其中所述电流供应包括耦合到第一开关的第一电流源和耦合到第二开关的第二电流源。

其中在任何时间只是关闭所述第一或者第二开关中的一个开关。

其中所述检测器是进一步配置成确定所述差分电流何时达到所述预定电流的穿零检测器。

其中所述穿零检测器还被配置成从所述闪存器件发送输出信号。

其中所述比较器实施为电流镜。

较常规技术而言借助本发明可实现许多益处。例如，本技术提供一种依赖于常规技术的易用处理。在一些实施例中描述一种在P/E循环方面提供改进耐久性的差分闪存设计和使用方法。通过允许形成的半导体电路工作更长的时间段而不失效，可以提高半导体电路的器件可靠性和性能。提供一种更改在差分单元设计内施加的读取电压的方法，该方法可以优化快速读回或者低功率节省。此外，该方法提供一种与常规处理技术兼容且对常规设备和处理基本没有修改的处理。依赖于实施例可以实现这些益处中的一个或者多个益处。将在本说明书的全文中并且在下文中更具体地描述这些和其它益处。

参照后续具体实施方式和附图可以更完全地理解本发明的各种附加目的、特征和优点。

附图说明

通过附图中所示的本发明的优选实施例的更具体说明，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

图1是常规闪存单元的读出机制的简化图；

图2是根据本发明一个实施例的用于常规闪存器件的单元擦除和编程状态的Vt分布的示例图；

图3是根据本发明一个实施例的差分闪存器件的简化示例图；

图4是根据本发明一个实施例的用于差分闪存器件的编程机制的简化示例处理流程；

图5是根据本发明一个实施例的用于差分闪存器件的读取机制的简化示例处理流程；

图6是根据本发明一个实施例的用于闪存器件的编程机制的简化示例处理流程；

图7是示出了根据本发明一个实施例的闪存器件的简化示例图。

具体实施方式

本发明涉及半导体器件及制造半导体器件的处理方法。具体而言，本发明提供一种使用差分单元设计的闪存器件和提高差分闪存器件耐久性的方法。但是将承认本发明具有广泛得多的适用范围。例如，本发明可以应用于EEPROM或者其它类型的存储器存储。

除了其它因素之外，由于闪存的非易失性和鲁棒性，闪存已经变得越来越多地在电子设备内用作存储介质。闪存通常在称为“单元”的浮动栅极晶体管的阵列中存储信息，其中各单元通常存储一位信息。

然而，在闪存的设计和处理开发中特别重要的一个特征是它的耐久性或者是闪存单元在正常操作中可以工作多久。例如，可以通过闪存单元状态可以经历并且仍然被正确读出的最多编程/擦除(P/E)循环来表征闪存单元的耐久性。随着利用高电压编程和擦除命令来更改闪存单元内容，存在于分裂栅极之间的隧道氧化物随着编程/擦除循环而逐渐地退化。结果是单元的两个状态(“编程”和“擦除”)随着读取窗逐渐地变窄而变得更难以区分。

一种提高闪存单元耐久性的普遍方法是在闪存器件的初始制造期间通过连续的工艺改进来提供质量更佳的氧化物。另一种提高闪存单元耐久性的方法是修改闪存单元的设计以及用来写入单元和从单元擦除数据的编程/擦除机制。

常规上使用单个单元的架构来设计闪存单元，其中每位数据存储于单个单元内。将表示单元正存储数据的单元的单元状态读出为字线电压与单元阈值电压之差。例如，图1是常规闪存单元的读出机制的简化图。在闪存系统10内，因为控制栅极2和浮动栅极6均被利用，闪存单元2采用分裂栅极结构。薄氧化物层4将控制栅极2和浮动栅极6相互分离。源极14和漏极16的区域位于闪存单元的侧部上。经过字线12向闪存单元输入栅极电压VG。在一种常规操作方法中，在编程循环期间向控制栅极2施加正的高电压。这使电子以隧穿过围绕浮动栅极6的氧化物并且变为在薄氧化物层4内被俘获。氧化物层4内的俘获电荷更改闪存单元2的阈值电压，并且阈值电压内的差值可以被感测和转换成二进制输出。为了擦除存储在闪存单元2上的数据以便为重新编程做预备，在浮动栅极6与控制栅极2之间产生大的电压差，并且从氧化物层4去除电子。

闪存器件10还包括经过位线18连接到闪存单元2的比较器20。比较器20接收参考电平22以及经过位线18的输出，以便输出闪存单元10内存储的值作为数字输出24。经过位线18接收的输出可以是依赖于单元的阈值电压Vt的电流，该电流通过存在于浮动栅极附近的氧化物层4中的电子数目来控制。

然而，由于单元在闪存器件内的空间分布而可能在存储器阵列内出现阈值电压的变化。即使当相邻单元的阈值电压Vt之中具有很小变化时，在编程状态和擦除状态中仍然可能出现多于400mV的变化。结果可能需要更宽的电压范围以进一步区分用来在闪存单元的阵列内对“0”和“1”进行编程的电压。对于擦除单元，通常需要阈值电压以上约500mV的字线电压，对于编程单元，通常需要阈值电压以下约500mV的字线电压。为了恰当地区分两个状态(“1”和“0”)，两个状态的阈值电压应当被分离至少1000mV以清楚地识别“通”和“断”状态。当擦除单元与编程单元之间的电压窗变得少于最小窗时，感测电路失效。

图2是根据本发明一个实施例的用于常规闪存单元的单元擦除和编程状态的Vt分布的示例图。这些图仅为例子，而不应对这里的权利要求范围不适当地进行限制。本领域普通技术人员将认识到许多变化、替换和修改。例如，示出了示例闪存单元在循环之前的Vt分布30以便与同一单元在P/E循环之后的Vt分布34进行比较。闪存单元饱和时的电压Vt影响有多少电流通过单元并且是单元内容的重要指标。在循环之前的Vt分布30的读取窗32在某一数目的P/E循环之后逐渐地缩减至更小读取窗36。此外，如在Vt分布34中可见，Vt分布30在P/E循环之后逐渐地转变为成功编程/擦除的概率更少。结果，在P/E循环之后的Vt分布和朝着中心的漂移是在闪存老化并且经历大量P/E循环之后可能出现读取困难的两个主要原因。

图3是根据本发明一个实施例的差分闪存器件的简化示例图。这些图仅为例子，而不应对这里的权利要求范围不适当地进行限制。本领域普通技术人员将认识到许多变化、替换和修改。闪存器件50包括比较器76以及可以视为单个差分闪存单元74的第一闪存单元A和第二闪存单元B。例如，第一闪存单元A和第二闪存单元B可以为互补。在另一例子中，第一闪存单元A和第二闪存单元B可以彼此相同。在又一例子中，第一闪存单元A和第二闪存单元B可以互补而又彼此不同。类似于图1，第一闪存单元A和第二闪存单元B利用分裂栅极结构，其中控制栅极52、62和浮动栅极56、66均被利用。薄氧化物层54、64将控制栅极52、62和浮动栅极56、66相互分离。源极58、68和漏极60、70的区域位于闪存单元的侧部上。经过字线72向两个闪存单元输入栅极电压Vg。第一闪存单元A和第二闪存单元B经过位线80、82连接到比较器76。比较器76经过位线80、82从第一闪存单元A接收第一电流和第二闪存单元B接收第二电流，以输出第一闪存单元A和第二闪存单元B内存储的值作为数字输出78。如处理与所述第一电流和第二电流关联的信息；并且确定等于所述第一电流和所述第二电流之间的差的差分电流，输出该差分电流。尽管将信号描述为在电流域内传输，但是经过位线80、82传输的信号也可以在电压域内。当然，可以有其它变化、修改和替换。

所述差分闪存器件还包括：电流供应(未图示)，配置成提供预定电流；检测器(未图示)，配置成确定所述差分电流与所述预定电流之间的关系。

所述电流供应包括耦合到第一开关的第一电流源和耦合到第二开关的第二电流源。所述检测器是进一步配置成确定所述差分电流何时达到所述预定电流的穿零检测器。所述穿零检测器还被配置成从所述差分闪存器件发送输出信号。

所述比较器实施为电流镜。

对闪存单元之一进行编程之前，第一闪存单元A和第二闪存单元B均被擦除为中性状态。依赖于哪个状态(“0”或者“1”)应当存储于第一闪存单元A和第二闪存单元B内，将它们中的一个闪存单元编程为Vt。例如，在应当存储“1”时，仅对第一闪存单元A进行编程而将第二闪存单元B维持于擦除状态中。反言之，在应当存储“0”时，仅对第二闪存单元B进行编程而将第一闪存单元A维持于擦除状态中。当然，可以有其它变化、修改和替换。

除了修改的闪存单元设计之外，闪存器件50利用不同方法来读取和存储数据。在如图1中所示常规单个单元的设计中，在编程/擦除之后按照参考电平与单元阈值电压电平Vt之差来识别不同状态。必须设置参考电平以允许读取编程单元的最低Vt和擦除单元的最高Vt。此外，参考电平本身可以具有在其值以内的固有变化量。由于这两种原因，必须使用恒定的裕度以便恰当的工作。作为一个典型例子，将用于编程和擦除这两个状态的裕度组合的读取窗应当至少为1000mV以允许正确读取单元内容。作为比较，在差分单元设计内，仅按照两个单元之间的阈值电压差来区分编程状态和擦除状态，并且消除任何对外部参考电平的依赖。另外，读出电路(未示出)无需通过允许裕度来考虑许多单元的Vt分布内的变化。通过使用比较器76，可以容易地检测100mV的电压差，这允许将读取窗的大小减少至100mV水平而又仍然允许闪存器件50正确地读取。由于将可工作的读取窗从1000mV降低至100mV，所以极大地增加可允许的P/E循环次数和单元的耐久性。当然，可以有其它变化、修改和替换。

图4是根据本发明一个实施例的用于差分闪存器件的读取机制的简化示例处理流程。处理流程100包括：向闪存单元的控制栅极施加字线电压的步骤102、向闪存单元的源极和漏极区域之间施加电压的步骤104、将差分电流从闪存单元的漏极区域发送到比较器的步骤106和基于差分电流来确定闪存单元内存储的逻辑状态的步骤108。此图仅为例子，而不应对这里的权利要求范围不适当地进行限制。本领域普通技术人员将认识到许多变化、替换和修改。

为了读取差分闪存单元内存储的逻辑状态，首先在步骤102中向闪存单元的控制栅极施加电压。例如，施加的电压可以大于未编程单元的阈值电压、但是少于编程单元的阈值电压。当闪存单元均连接到相同字线72时，施加的栅极电压可以对两个闪存单元，即第一闪存单元A和第二闪存单元B是相同的。然后在步骤104中在第一闪存单元A和第二闪存单元B的源极与漏极区域之间施加第二电压。依赖于第一闪存单元A还是第二闪存单元B被编程为逻辑状态，通过闪存单元的电流量可以改变。在第一闪存单元A和第二闪存单元B的源极与漏极区域之间施加的第二电压可以在第一闪存单元A与第二闪存单元B之间相同或者也可以不相同。来自两个第一闪存单元A和第二闪存单元B的所得电流经过位线80、82从闪存单元的漏极区域发送到比较器76。比较器76工作用以在处理108中检测两个闪存单元之间的电流差并且确定闪存单元内存储的逻辑状态。可以通过首先处理与第一电流和第二电流关联的信息并且至少基于与第一电流和第二电流有关的信息确定与第一闪存单元和第二闪存单元关联的逻辑状态来检测差值。例如，由于在任何给定时间仅对单元之一进行编程，所以可以容易地检测电流差。当然，可以有其它变化、修改和替换。

图5是根据本发明一个实施例的用于差分闪存系统的编程机制的简化示例处理流程。处理流程200包括：擦除两个闪存单元的步骤201、选择闪存单元中的一个闪存单元以便编程的步骤202、向待编程的闪存单元的控制栅极施加字线电压的步骤204、在待编程的闪存单元的源极与漏极区域之间产生电势差的步骤206和在编程的闪存单元的浮动栅极上存储电子的步骤208。此图仅为例子，而不应对这里的权利要求范围不适当地进行限制。本领域普通技术人员将认识到许多变化、替换和修改。

在步骤201中擦除两个闪存单元。这是在对闪存单元进行编程之前进行的。在步骤202中，根据所需逻辑状态来选择闪存单元中的一个闪存单元以便进行编程。选择闪存单元中的哪个闪存单元进行编程依赖于所用具体实施。在步骤204中，向在步骤202中选择的闪存单元的控制栅极施加字线电压。然后在步骤206中，生成在待编程的闪存单元的源极与漏极区域之间的电势差。如果具有足够能量，则电子可以越过氧化物区域‘跳跃’到浮动栅极中以存储于将浮动栅极与控制栅极分离的薄氧化物层中。结果是电子变为存储于控制栅极与浮动栅极之间的氧化物层中从而导致增加编程的闪存单元的阈值电压。由存储的电子产生的单元阈值电压的改变使闪存单元变为被编程。例如，第一逻辑状态可以与两个闪存单元关联。例如，如果所选闪存单元是在这一处理期间编程的第一闪存单元，则闪存系统的逻辑状态可以在第一逻辑状态。如果所选闪存单元是在这一处理期间编程的第二闪存单元，则闪存系统的逻辑状态可以在第二逻辑状态。在一个具体实施例中，可以通过让闪存单元之一被选择用于编程而另一单元未被编程来代表闪存系统内所代表的两个逻辑状态。例如，可以通过让第一闪存单元被编程而使第二闪存单元留在较低阈值来代表第一逻辑状态，并且可以通过让第二闪存单元被编程而使第一闪存单元留在较低阈值来代表第二逻辑状态。当然，可以有其它变化、修改和替换。在一个具体实施例中，编程后的状态包括所述第一和第二闪存单元中的一个闪存单元在高阈值电平而另一闪存单元在低阈值电平。

在本发明的另一实施例中，读取电压可以被最优地选择成使得接通第一闪存单元A和第二闪存单元B中的一个或者多个闪存单元、但是没有高到足以使得将出现对擦除单元进行编程。例如，现在可以设置读取电压以适应两个参数：增加的读取速度或者减少的功率消耗。例如，当需要增加的读取速度时，可以增加读取电压以使从差分闪存单元的读取更快。反言之，当功率消耗为优先而读取速度并非一个相当因素时，可以减少读取电压。当然，可以有其它变化、修改和替换。

在本发明的另一实施例中，读取电流可以被选择成使得接通第一闪存单元A和第二闪存单元B中的一个或者多个闪存单元、但是没有处于将出现对擦除单元进行编程的读取电流值。例如，在编程处理期间，可以生成差分电流以驱动读出电路。差分电流可以影响闪存单元结构的读取速度。通过在编程处理期间监视差分电流并且将它与编程所需电流做比较，可以对电路的功率消耗和读取速度进行更大优化。例如，现在可以设置读取电流以适应两个参数：增加的读取速度或者减少的功率消耗。例如，当需要增加的读取速度时，可以增加读取电流以使从差分闪存单元的读取以更快速率进行。此外，可以通过减少器件的读取时段来减少差分闪存单元内的内部电压压力。反言之，当功率消耗为优先而读取速度并非一个相当因素时，可以减少读取电压而仍然产生减少的编程时间。当然可以有其它变化、修改和替换。

图6是根据本发明一个实施例的用于闪存系统的编程机制的简化示例处理流程。处理流程300包括读取第一和第二闪存单元以确定第一电流的步骤302、确定第一电流是否对应于预定逻辑状态的步骤304、在数据已经在所需逻辑状态中时完成编程的步骤306以及对第一和第二闪存单元进行编程的步骤308。也可以提供添加步骤、去除一个或者多个步骤或者以不同顺序提供一个或者多个步骤的其它替代方法而不脱离这里权利要求的范围。可以在本说明书全文中并且特别是在下文中发现本发明的更多细节。

在步骤302中读取第一和第二闪存单元以确定第一电流。例如，可以在具有第一和第二闪存单元的闪存器件中实施读取处理。第一闪存单元可以包括与第一阈值电压关联的第一晶体管，而第二闪存单元可以包括与第二阈值电压关联的第二晶体管。第一电流至少与第一和第二阈值电压关联。例如，可以通过向两个闪存单元均施加字线电压并且使用比较器比较输出电流以确定单元之间的差来进行读取处理。比较器的输出可以是差分电流。可以消除对闪存单元阵列内所用参考电平的依赖，因为不再通过参考电平与闪存单元VT之间的差来识别闪存单元内存储的状态。当然可以有其它变化、修改和替换。

在步骤304中进行检验以确定第一电流是否对应于预定逻辑状态。例如，预定逻辑状态可以是将要存储于闪存器件内的逻辑“0”或者“1”值。如果第一电流对应于预定逻辑状态，因为数据已经在所需状态内，则如步骤306完成编程。无需进行进一步动作。通过在编程之前检验闪存单元的内容，由于无需进一步编程而减少需要向闪存单元施加的电流数量，所以可以实现潜在的功率节省。当然也可以通过对闪存单元进行编程来执行编程机制而无需首先读取它的内容。当然可以有其它变化、修改和替换。

在步骤308中，因为第一电流未对应于预定逻辑状态，对第一和第二闪存单元进行编程。编程处理可以包括将第一和第二闪存单元的阈值从它们的原值改变成不同值。例如，第一阈值可以改变成第三值而第二阈值可以改变成第四值。在一个具体实施例中，第二和第三值可以基本上相同。第一和第二闪存单元的编程也可以包括通过产生浮动栅极与控制栅极之间的大电压差从而允许去除氧化物层内俘获的电子来擦除两个闪存单元之一。当然可以有其它变化、修改和替换。

在改变第一和第二闪存单元的阈值之后，可以读取第一闪存单元和第二闪存单元以确定至少与第一和第二阈值电压关联的第二电流。以这一方式，在读取第一和第二闪存单元之时在编程处理期间可能存在‘间断’。例如，在改变第一和第二闪存单元内的阈值电压之后，可以通过读取第一和第二闪存单元来评估这些改变的数量。如果通过读取第一和第二闪存单元并且比较这些值来确定的第二电流满足关于预定电流的预定关系，则完成编程处理。例如，第二电流可以是通过比较从读取第一和第二闪存单元获得的值而确定的差分电流。在另一例子中，第二电流可以用来驱动读出电路。如果第二电流未满足关于预定电流的预定关系，则可以将第二阈值电压调整为不同值。可以用迭代方式进行持续的读取/编程处理直至第二阈值电压满足关于预定电流的预定关系。当然可以有其它变化、修改和替换。其中所述预定关系是所述第二电流与所述预定电流之间的大小关系。

在本发明的一个具体实施例中，预定电流可以是可根据读取速度要求来调整的所需电流IR。例如，在一种常规实施中，‘盲目’进行编程而不考虑匹配所需电流从而造成潜在更长的编程时间和对电流的附加压力。例如，第一和第二电流可以是在很大程度上确定闪存系统读取速度的差分电流。通过提供可调的所需电流IR，可以根据所需性能参数如读取速度或者低功率使用来设置所需电流。当然可以有其它变化、修改和替换。

其中所述第一晶体管和第二晶体管是EEPROM。

其中所述第三值与所述第二值相同。

其中所述预定关系是所述第二电流与所述预定电流之间的大小关系。

其中所述第二闪存单元的编程在满足所述预定关系时停止。

其中如果所述第一电流对应于预定逻辑状态，则不进行进一步动作。

其中所述预定逻辑状态为逻辑‘0’或者‘1’。

其中编程后的状态包括所述第一和第二闪存单元中的一个闪存单元在高阈值电平而另一闪存单元在低阈值电平。

其中在所述差分闪存器件以外确定所述预定电流。

其中可以根据所需性能参数来设置所述预定电流。

在本发明的另一实施例中，可以在编程处理期间监视两个闪存单元之间的差分电流并且将它与预定电流做比较。一旦达到所需电流，完成单元编程。通过在编程期间监视差分电压，可以减少编程时间和向电路施加的高电压压力量。此外，当功率消耗为优先而读取速度并非一个相当因素时，可以减少读取电压而仍然产生减少的编程时间。当然可以有其它变化、修改和替换。

图7是示出根据本发明一个实施例的闪存器件的简化示例图。这些图仅为例子，其不应当不适当地对这里的权利要求范围构成限制。尽管在图7中示出了示例闪存单元，但是本领域普通技术人员将认识到许多变化、替换和修改。例如，图6中所述处理流程可以实施于图7中所示示例差分闪存单元内、但是也可以实施于其它差分闪存单元设计内。

闪存系统400包括比较器406以及闪存单元A和B。例如，第一闪存单元A和第二闪存单元B也可以彼此相同。在另一实施例中，第一闪存单元A和第二闪存单元B可以相似或者利用与参照图1和图3描述的单元相似的拆分栅极结构。第一闪存单元A和第二闪存单元B经过位线480、482耦合到比较器406。比较器406可以包括在电流镜或者电流减法器配置中耦合在一起的两个MOS晶体管，并且用来发现两个输入之差并且检测来自第一闪存单元A和第二闪存单元B的电流是否更大。根据本发明实施例，第一闪存单元A和第二闪存单元B也可以是晶体管或者EEPROM。当然可以有其它变化和替换。

电流源IR从上侧408(-IR)或者从下侧410(+IR)耦合于比较器的输出。当然也可以使用两个单独电流源取代电流源IR。此外，两个开关412和414分别耦合到电流源的两侧以确定在编程处理期间将应用电流源的哪一侧。例如，当电流ID1少于电流ID2时，可以向偏移ID1施加负电流-IR。取而代之，当ID1大于ID2时，可以向偏移I D1施加正电流+IR。参考电流的方向依赖于将对第一闪存单元A或者第二闪存单元B中的哪一个闪存单元进行编程。

穿零检测器420耦合于开关之间以确定差分电流与预定电流之间的关系。例如，该关系可以是当差分电流已经达到所需水平IR时。一旦已经达到，触发穿零检测器并且从闪存器件发送表明编程处理结束的输出D1422。

在本发明的另一实施例中，闪存器件400可以由确定闪存单元的读取/写入/编程循环的状态机来控制。

使用差分单元结构和相关的编程/读取方法可以用来极大地提高了差分闪存器件的耐久性。通过利用本发明的实施例，可以消除转变Vt分布的效应并且在利用差分闪存单元来进行读取处理时读取窗可以小到数十毫伏。结果可以极大地增加差分闪存器件的寿命。一个附加益处是可以根据对应用敏感的需要来调节字线电压，这使得可以优化高的读取速度或者较低的功率消耗。

将理解这里描述的例子和实施例仅为了说明的目的并且以之为依据的各种修改或者改变会为本领域技术人员所想到并且将包括于本申请的精神和实质内以及所附权利要求的范围内。

Claims (19)

1.一种提高差分闪存器件耐久性的方法，所述差分闪存器件包括第一闪存单元和第二闪存单元，在由所述第一闪存单元和第二闪存单元构成的差分闪存单元中存有一位数据，所述第一闪存单元包括与第一阈值电压关联的第一晶体管，所述第二闪存单元包括与第二阈值电压关联的第二晶体管，所述方法包括：

读取所述第一闪存单元和所述第二闪存单元以确定至少与所述第一阈值电压和所述第二阈值电压关联的第一电流，所述第一阈值电压等于第一值，所述第二阈值电压等于第二值；

确定所述第一电流是否对应于预定逻辑状态；

如果所述第一电流未对应于所述预定逻辑状态，则对所述第一闪存单元和所述第二闪存单元进行编程；所述编程包括下列步骤：

将所述第一阈值电压从所述第一值改变成第三值；

将所述第二阈值电压从所述第二值改变成第四值；

读取所述第一闪存单元和所述第二闪存单元以确定至少与所述第一阈值电压和所述第二阈值电压关联的第二电流；

确定所述第二电流是否满足关于预定电流的预定关系；

如果所述第二电流未满足关于所述预定电流的预定关系，则将所述第二阈值电压从第四值改变成第五值。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一闪存单元包括：

第一控制栅极，所述第一控制栅极连接到第一字线；

第一浮动栅极；

第一氧化物层，将所述第一控制栅极与所述第一浮动栅极分离；

第一源极区域；以及

第一漏极区域，所述第一漏极区域连接到第一位线；

并且所述第二闪存单元包括：

第一控制栅极，所述第一控制栅极连接到第一字线；

第一浮动栅极；

第一氧化物层，将所述第一控制栅极与所述第一浮动栅极分离；

第一源极区域；以及

第一漏极区域，所述第一漏极区域连接到第一位线。

3.根据权利要求2所述的方法，读取所述第一闪存单元和所述第二闪存单元包括：

向第一和第二闪存单元的控制栅极施加字线电压；

向第一和第二闪存单元的源极和漏极区域之间施加电压。

4.根据权利要求2所述的方法，所述编程包括：

擦除第一和第二闪存单元；

选择第一和第二闪存单元中的一个闪存单元以便编程；

向待编程的闪存单元的控制栅极施加字线电压；

在待编程的闪存单元的源极与漏极区域之间产生电势差；

在编程的闪存单元的浮动栅极上存储电子。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一晶体管和第二晶体管是EEPROM。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述第三值与所述第二值相同。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述预定关系是所述第二电流与所述预定电流之间的大小关系。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二闪存单元的编程在满足所述预定关系时停止。

9.根据权利要求1所述的方法，其中如果所述第一电流对应于预定逻辑状态，则不进行进一步动作。

10.根据权利要求1所述的方法，其中所述预定逻辑状态为逻辑‘0’或者‘1’。

11.根据权利要求1所述的方法，其中编程后的状态包括所述第一和第二闪存单元中的一个闪存单元在高阈值电平而另一闪存单元在低阈值电平。

12.根据权利要求1所述的方法，其中在所述闪存器件以外确定所述预定电流。

13.根据权利要求1所述的方法，其中可以根据所需性能参数来设置所述预定电流。

14.一种差分闪存器件，包括：

第一闪存单元；

第二闪存单元；在由所述第一闪存单元和第二闪存单元构成的差分闪存单元中存有一位数据；

比较器，配置成：

从所述第一闪存单元接收第一电流；

从所述第二闪存单元接收第二电流；

处理与所述第一电流和第二电流关联的信息；并且

确定等于所述第一电流和所述第二电流之间的差的差分电流；

电流供应，配置成提供预定电流；

检测器，配置成确定所述差分电流与所述预定电流之间的关系。

15.根据权利要求14所述的差分闪存器件，其中所述电流供应包括耦合到第一开关的第一电流源和耦合到第二开关的第二电流源。

16.根据权利要求15所述的差分闪存器件，其中在任何时间只是关闭所述第一或者第二开关中的一个开关。

17.根据权利要求14所述的差分闪存器件，其中所述检测器是进一步配置成确定所述差分电流何时达到所述预定电流的穿零检测器。

18.根据权利要求17所述的差分闪存器件，其中所述穿零检测器还被配置成从所述闪存器件发送输出信号。

19.根据权利要求14所述的差分闪存器件，其中所述比较器实施为电流镜。

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