CN1317801A - 非易失性存储器中具有分离的偏压线的字线驱动器和方法 - Google Patents

非易失性存储器中具有分离的偏压线的字线驱动器和方法 Download PDF

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Abstract

一种非易失性存储器(NVM)设备中的字线驱动器，该NVM设备具有：行解码器，用于解码行地址和输出字线选择信号以选择字线；和生成第一电压的偏压提供单元，该字线驱动器包括：多个电平移动电路，在第一操作模式过程中移动第一电压，并向所选字线输出移动后的第一电压；和多个开关装置，在第二操作模式过程中将具有第二电压的字线选择信号传送给字线。其降低了NVM设备的布局大小，并提高数据读取操作模式过程中的存取速度。

Description

非易失性存储器中具有分离的偏压线的字线驱动器和方法
本发明涉及一种非易失性存储器设备(下文称作NVM)，尤其涉及在NVM设备中具有一条分离的偏压线的字线(word line)驱动器和用于驱动字线的方法。
在当前的非易失性存储器(NVM)设备中，在新的预定数据将在一个单元中被编程和先前编程的数据将被删除的情况下，通过称作“电平移动”电路的一个电路将一个高电压偏置提供给字线。在NVM设备中，当读取在一个存储器单元中存储的数据时，通过同一电平移动电路将电源电压或低于电源电压的一个电压提供给字线作为读取偏压。因此，在常规的NVM设备中，必需包括电平移动电路以提供在编程/删除操作模式过程中使用的高偏压。
构成电平移动电路的晶体管通常包括在高电压下操作因而由较大尺寸的元件实现的晶体管。因此，NVM设备消耗附加的电路表面积。而且，在读操作模式中施加偏压的过程中，由于读偏压通过同一电平移动电路并被传输给字线而可能导致延迟周期，还必需考虑存取时间。由于这些问题，因为数据读取速度和工作电压被视为电平移动电路晶体管大小的函数，因此它们被通过具有较大沟道宽度的晶体管来实现。即，在NVM设备中，考虑更快的存取速度和更高的操作电压的需要，当增大电平移动电路晶体管的沟道宽度时，相应晶体管的大小可能变得更大，整个存储器设备的布局面积同样被不利地增大。
总之，在常规的NVM设备中，通过同一电平移动电路施加高偏置电压和在数据读操作模式中施加偏压，在数据读操作模式中降低了存取速度，并且存储器设备的布局面积变得更大。
为了解决上述问题，本发明的一个目的是提供在非易失性存储器(NVM)设备中具有分离的偏压线的字线驱动器，它能够在不加大布局规模的情况下提高在数据读操作模式过程中的存取速度。
本发明的另一个目的是提供一种在非易失性存储器(NVM)设备中在字线驱动器中执行的字线驱动方法。
因此，为了实现第一个目的，提供一种非易失性存储器(NVM)设备中的字线驱动器。NVM设备包括：一个行解码器，用于输入和解码一个行地址，并响应于解码结果输出一个字线选择信号以选择一条字线；和一个偏压提供电路，用于生成第一电压。字线驱动器包括多个电平移动电路和多个开关设备。多个电平移动电路在第一操作模式过程中响应于外部施加的编程/删除信号移动第一电压，并向由字线选择信号选择的字线输出移动的第一电压。多个开关装置响应于编程/删除信号而切换，并在第二操作模式过程中将具有第二电压的字线选择信号传输给字线。
为了实现本发明的第二个目的，提供用于在非易失性存储器(NVM)设备中的字线驱动器中执行的一种用于驱动字线的方法。NVM设备包括：一个行解码器，用于解码一个行地址和选择一个字线；和一个偏压提供单元，用于生成第一电压。用于驱动字线的方法包括步骤：a)确定是否执行编程/删除操作模式；b)当执行编程/删除操作模式时通过第一数据路径将第一电压传输给字线；c)当在步骤a)中没有执行编程/删除操作模式时确定是否执行数据读取操作模式；和d)当在步骤c)中执行数据读取操作模式时通过第二数据路径将第二电压传输给字线。
通过参考附图详细描述其优选实施例，本发明的上述目的和优点将变得更加清楚，在附图中：
图1是一个方框图，表示根据本发明优选实施例的使用具有分离的偏压线的字线驱动器的非易失性存储器(NVM)设备；
图2是根据本发明优选实施例的字线驱动器的详细电路图；
图3A至3D是表示图2所示电路操作的波形图；
图4是在图2所示的字线驱动器中执行的一种用于驱动字线的方法的流程图；
图5是根据本发明的字线驱动器的输出结果的定时图。
参考图1，NVM设备包括VPP/VDD偏压提供单元10、读偏压提供和行解码器(X-解码器)12、列解码器(Y解码器)16、存储器单元阵列17和I/O缓冲器19。
读偏压提供和行解码器12输入一个外部提供的行地址X_ADD，解码行地址X_ADD，并输出字线选择信号DWL0至DWLn。在此，字线选择信号DWL0至DWLn具有与电源电压VDD相对应的电压电平或者一个低于电源电压VDD的电压。
列解码器16输入外部提供的列地址Y_ADD，解码列地址Y_ADD，并响应于解码结果输出一个列选择信号Yi，用于选择存储器单元阵列17的列。
VPP/VDD偏压提供单元10在第一操作模式过程中移动一个升压电压VPP，并将移动后的升压电压(boosting Voltage)VPP提供给字线驱动器14。例如，第一操作模式可以表示编程/删除操作模式。VPP/VDD偏压提供单元10还将电源电压VDD提供给字线驱动器14。
字线驱动器14响应于字线选择信号DWL0至DWLn启动一条相应的字线。另外，响应于由外部存储器控制器(未图示)或其它控制电路(未图示)施加的编程/删除信号PGM/ERA，字线驱动器14通过一条被启动的字线提供与每一操作模式相对应的偏置电压。在数据读操作模式中，响应于数据读偏压提供和行解码器12输出的字线选择信号DWL0至DWLn启动字线，并通过被启动的字线提供读偏压，即电源电压VDD。而且，在编程/删除操作模式中，通过被启动的字线，传输从VPP/VDD偏压提供单元提供的升压电压VPP作为高电压偏置。由字线驱动器14启动的字线WL0至WLn被连接到存储器单元阵列17的每一单元晶体管的栅极。
存储器单元阵列17由多个存储器单元组成。在此，通常可以用两种晶体管实现一个NVM存储器单元。一种是叠栅型单元晶体管，另一种是分栅型单元晶体管。在两种类型的单元晶体管中每一种晶体管内的栅极和绝缘材料之间存在浮动栅。因此，通过在数据编程/删除操作模式中调整注入浮动栅的电子数量形成单元导通(ON)和截止(OFF)的状态。以这种方式，在NVM存储器单元中，在编程数据的编程操作模式中或在删除数据的删除操作模式中，通过连接到栅极的字线施加高电压信号，即升压电压VPP。例如，在分栅型单元的情况下，在删除操作模式中，大约12.5V的高压信号被施加给字线。在此，0V电压被施加给比特线和电源线。另一方面，在编程操作模式中，大约12.5V的高电压被施加给电源线。即，在编程操作模式中，电子被注入存储器单元的浮动栅区域，并维持截至单元的状态。在此，在存储器单元中存储的数据状态是“0”。而且，在删除操作模式中，使浮动栅区域中存储的电子流出，和维持导通单元状态。在此，在存储器中存储的数据状态是“1”。
I/O缓冲器19在数据编程操作模式中缓冲通过输入终端DIN施加的预定数据，并将被缓冲的数据发送到存储器单元阵列17的所选存储器单元中。而且，I/O缓冲器19读取和缓冲在数据读取操作模式中选择的存储器单元中存储的数据，并通过输出终端DOUT输出缓冲结果。
参考图2，字线驱动器14包括多个电平移动电路200a至200n，多个开关设备260a至260n和一个反相器50。
图2的反相器250将由外部存储器控制器(未图示)施加的编程/删除信号PGM/ERA反相，并作为反相结果生成用于控制开关设备260a至260n的一个控制信号。
响应于反相器250的输出信号，即被反相的编程/删除信号PGM/ERA，开关设备260a、260b至260n被切换，并在开关闭合状态中将一个读偏压，即字线选择信号DWL0至DWLn传输给字线WL0至WLn。在图2的实施例中，开关设备260a至260n用NMOS晶体管MN20a至MN20n实现。在此，最好用工作时在漏极和源极之间不存在电压降的本体晶体管实现晶体管MN20a至MN20n。举另外一个例子，可以用PMOS晶体管实现开关设备260a至260n。在这种情况下，不使用反相器150，可以使用一个非反转缓冲器。在用NMOS晶体管实现开关设备的情况下，反相器250的输出被连接到NMOS晶体管MN20a的栅极，MN20a的源极被连接字线选择信号，例如DWL0，MN20a的漏极被连接到字线，例如WL0。换句话说，在数据读操作模式中编程/删除信号PGM/ERA变成无效的低电平，反相器250的输出信号变成高电平。因此，打开NMOS晶体管MN20a的字线选择信号DWL0被传输给字线WL0。在此，字线WL0被启动，并执行数据读模式。相反，在编程/数据删除操作模式中，编程/删除信号PGM/ERA被在高电平启动，并切断开关设备260a。
在编程/删除模式中，响应于字线选择信号DWL0至DWLn和编程/删除信号PGM/ERA，电平移动电路200a和200b至200n将升压电压VPP传输进相应的字线。图2的标号25表示将提供升压电压VPP或电源电压VDD的电压线。电平移动电路200a包括反相器202a、PMOS晶体管MP21和MP22、和NMOS晶体管MN23至MN25。因为其它的电平移动电路200b至200n的结构与电平移动电路200a相同，将不再描述它们的详细结构。
参考图2的电平移动电路200a，PMOS晶体管MP21和MP22的源极被连接到升压电压VPP,PMOS晶体管MP21和MP22的每个栅极被连接到对应晶体管的漏极。在此，用大到足以在高电压上操作的晶体管实现MP21和MP22。而且，作为一个集成元件，PMOS晶体管MP21和MP22可以被称作电压传输装置。
PMOS晶体管MP22的漏极被连接到字线WL0,NMOS晶体管MN23的漏极被连接到PMOS晶体管MP21的漏极和PMOS晶体管MP22的栅极。NMOS晶体管MN23的源极被连接到反相器202a的输出端。反相器202a反相从读偏压提供和行解码器12输出的字线选择信号DWL0并输出反相结果。NMOS晶体管MN24的漏极被连接字线WL0,NMOS晶体管MN24的栅极被连接到反相器202a的输出端。NMOS晶体管MN25的漏极被连接到NMOS晶体管MN24的源极，NMOS晶体管MN25的栅极被连接到编程/输出信号PGM/ERA。NMOS晶体管MN25的源极被连接到参考电压VSS。
在此，与用于常规电平移动电路的晶体管相比，可以显著地降低构成电平移动电路202a的晶体管的大小。换句话说，为了提高数据读操作模式中的速度，常规结构中的晶体管大小必需变得相对较大；相反，本发明的电平移动电路的晶体管仅必需满足内部整合要求。因此，可以降低晶体管的大小，从而降低整个布局的大小。
现在将更加详细地描述电平移动电路200a的操作。首先，在编程/删除操作模式中，编程/删除信号PGM/ERA被在高电平启动，并且升压电压VPP被通过电压线25施加给电平移动电路200a。结果，开关设备260a被切断。首先，当字线选择信号DWL0在低电平上时，反相器202a的输出变成高电平，NMOS晶体管MN24被导通。在此，NMOS晶体管MN25已经通过启动的编程/删除信号PGM/ERA被导通。因此，字线WL0通过被激活的晶体管MN24和MN25变成低电平，并被禁止。在这种状态中，当字线选择信号DWL0变成高电平时，反相器202a的输出变成低电平，并且NMOS晶体管MN24因而被截止。此时，通过高电平编程/删除信号PGM/ERA导通NMOS晶体管MN23。因此，第一节点N1即PMOS晶体管MP22的栅极的电势变成低电平。通过第一节点N1的低电压导通PMOS晶体管MP22，升压电压VPP被传输给字线WL0，字线WL0被启动。
而且，在数据读操作模式中，图1的VPP/VDD偏压提供单元10将电源电压VDD(非VPP)施加给电平移动电路200a。即，在数据读操作模式中，编程/删除信号PGM/ERA在低电平上。结果，开关设备260a被接通。
在此，当字线选择信号DWL0在低电平上时，低电平电压通过被激活的晶体管MN20a传输到字线WL0。因而，字线WL0变成低电平而被禁止。而且，当字线选择信号DWL0变成高电平时，高电平电压被通过开关设备260a即导通的晶体管MN20a传输给字线WL0，并且字线WL0被启动。在此，电平移动电路200a的NMOS晶体管MN23、MN24和MN25不操作并变成浮动状态。以这种方式，在数据读操作模式中，电平移动电路200a的晶体管MN23、MN24和MN25变成浮动状态，因而直流(DC)从字线WL0流入参考电压VSS的路径被切断。
以这种方式，在本发明中，在编程/删除操作模式过程中的升压电压和在数据读操作模式过程中的读偏压被通过分离的路径传输给字线。在此，升压电压VPP被通过电平移动电路200a至200n传输给字线WL0至WLn，而读偏压被通过开关设备260a至260n传输给字线WL0至WLn。
图3A至3D是表示图2所示字线驱动器14的操作的波形图。图3A表示一个低地址，图3B表示升压电压/电源电压线的电压VPP/VDD，图3C表示一个编程/删除信号PGM/ERA，和图3D表示字线(例如WL0)。
图4是在图2所示的字线驱动器14中执行的字线驱动方法的流程图。字线驱动方法包括步骤：在编程/删除操作模式过程中通过第一数据路径将第一电压传输给一条字线(步骤40至42)；和在数据读操作模式中通过第二数据路径将第二电压传输给该字线(步骤44至46)。
将参考图2至4描述根据本发明实施例的字线驱动器的操作和驱动方法。首先，参考图4，确定是否执行编程/删除操作模式(步骤40)。在此，通过确定图3C的编程/删除信号PGM/.ERA是否被在高电平上启动来确定是否执行编程/删除操作模式。在步骤40，当编程/删除信号PGM/ERA被启动时，第一电压被通过第一数据路径传输给字线(步骤42)。即，第一数据路径表示电平移动电路200a，第一电压表示升压电压VPP。更详细地说，读偏压提供和行解码器12(参见图1)解码图3A中所示的行地址X_ADD，并生成字线选择信号DWL0至DWLn。而且，通过电平移动电路200a的电压线路25施加图3B的由VPP/VDD偏压提供电源10生成的的升压电压VPP。因此，升压电压VPP被通过电平移动电路220a的导通晶体管MP22传输给字线WL0。在此，开关设备260a维持在无效状态中。
另一方面，当在步骤40上不执行编程/删除操作模式的情况下，确定是否执行数据读操作模式(步骤44)。当在步骤44执行数据读操作模式时，第二电压被通过第二数据路径传输给字线(步骤46)。即，当执行数据读操作模式时，编程/删除信号PGM/ERA在低电平上，如图3C所示。在此，第二数据路径表示开关设备260a，第二电压表示电源电压VDD或低于电源电压VDD的电压。具体地说，在数据读操作模式中，字线选择信号DWL0被通过开关设备260a作为读偏置电压传输给相应的字线。
参考图5，时间间隔T51表示读操作模式，时间间隔T52表示编程/删除操作模式。即，在时间间隔T51上，通过字线WL0施加大约5V的读偏压，在时间间隔T52上，通过字线WL0施加大约12V的升压电压VPP。
如上所述，本发明能够通过改变电压偏置路径降低电平移动电路的大小，从而降低非易失性存储器(NVM)设备的布局大小。而且，通过最小化因电平移动电路导致的字线启动延迟，本发明能够提高在数据读操作模式中的存取速度。
虽然已经参考其优选实施例具体图示和说明了本发明，本领域的普通技术人员将理解，在不脱离由权利要求书限定的本发明的精神和范围的情况下，能够在其中进行各种形式和细节上的变化。

Claims (11)

1．一种非易失性存储器(NVM)设备中的字线驱动器，该NVM设备具有：一个行解码器，用于解码一个行地址，和用于响应于解码结果输出一个字线选择信号以选择一个字线；和一个偏压提供单元，用于生成第一电压，所述字线驱动器包括：
多个电平移动电路，用于在第一操作模式过程中响应于外部施加的编程/删除信号移动第一电压，并向由字线选择信号选择的字线输出移动后的第一电压；和
多个开关装置，响应于编程/删除信号切换，用于在第二操作模式过程中将具有第二电压的字线选择信号传送给字线。
2．根据权利要求1的字线驱动器，其中开关设备包括一个N型本体晶体管。
3．根据权利要求1的字线驱动器，其中开关设备包括一个P型晶体管，并且其中编程/删除信号被反转，并作为P型晶体管的控制信号被施加。
4．根据权利要求1的字线驱动器，其中第一电压是升压电压。
5．根据权利要求1的字线驱动器，其中第二电压是电源电压。
6．根据权利要求1的字线驱动器，其中第二电压处于低于电源电压的一个电压电平。
7．根据权利要求1的字线驱动器，其中多个电平移动电路包括：
一个反相器，用于反相字线选择信号和输出反相结果；
电压传输装置，用于通过预定的第一节点电压将第一电压传输给字线；
第一晶体管，其漏极和源极被连接在第一节点和反相器的输出端之间，并且栅极被连接到编程/删除信号；
第二晶体管，其栅极被连接到反相器的输出端，漏极或源极被连接到字线；和
第三晶体管，其漏极和源极被连接在第二晶体管的漏极或源极和参考电压之间，栅极被连接到编程/删除信号。
8．一种用于在非易失性存储器(NVM)设备中的字线驱动器中执行的驱动字线的方法，所述NVM设备包括：一个行解码器，用于解码一个行地址和选择一条字线；和一个偏压提供单元，用于生成第一电压，该方法包括：
a)确定是否执行编程/删除操作模式；
b)当执行编程/删除操作模式时，通过第一数据路径将第一电压传输给字线；
c)当在步骤a)中不执行编程/删除操作模式时，确定是否执行数据读取操作模式；和
d)当在步骤c)中执行数据读取操作模式时，通过第二数据路径将第二电压传输给字线。
9．根据权利要求8的字线驱动器，其中第一电压是升压电压。
10．根据权利要求8的字线驱动器，其中第二电压是电源电压。
11．根据权利要求8的字线驱动器，其中第二电压处于低于电源电压的一个电压电平。
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