DE69300007T2

DE69300007T2 - Vorrichtung und Verfahren zum Löschen von Sektoren eines Flash-EPROM-Speichers.

Info

Publication number: DE69300007T2
Application number: DE69300007T
Authority: DE
Inventors: Olivier Rouy
Original assignee: SGS Thomson Microelectronics SA
Current assignee: STMicroelectronics SA
Priority date: 1992-03-06
Filing date: 1993-03-02
Publication date: 1995-04-06
Anticipated expiration: 2013-03-03
Also published as: FR2688333A1; EP0567356A1; EP0567356B1; FR2688333B1; DE69300007D1; US5384743A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Löschung einer Speicherebene eines Flash-EPROM-Speichers.
Ein Flash-EPROM-Speicher ist ein Speicher der programmiert wird nach Art eines EPROM-Speichers durch Injektion von energiereichen Ladungsträgern, und der gelöscht wird nach Art eines EEPROM-Speichers, mit dem Unterschied, daß die Löschung den gesamten Flash-EPROM-Speicher betrifft.
Um den Benutzern zu ermöglichen, ihre Anwendungsspeicherebenen entsprechend der Art der zu speichernden Informationen einzuteilen, und insbesondere entsprechend der Auffrischungsfrequenz dieser Informationen, hat man eine Segmentierung der Speicherebene eines Flash-EPROM in mehrere Sektoren vorgeschlagen, Was ermöglicht, entweder einen, oder mehrere, oder alle Sektoren des Speichers gleichzeitig zu löschen.
Die Sektoren haben nicht notwendigerweise dieselbe Größe. Bei den üblichen Anwendungen wird ein Sektor mit 0.2 MBit vorgeschlagen und ein weiterer mit 0.8 MBit für ein Flash-EPROM mit 1 MBit.
Wie man weiß, wird eine Flash-EPROM-Speicherzelle gebildet durch einen Transistor mit schwebendem Gate, dessen Gateoxid von geringer und gleichmäßiger Dicke ist über die gesamte Länge des Leitungskanals. Die geringe Dicke ist in der Größenordnung von hundert Angström (100x10&supmin;¹&sup0;m).
Die Löschung der Flash-EPROM-Speicherebene erfolgt auf bekannte Weise, indem man eine Löschspannung in der Größenordnung von 9 Volt an die Source der Speicherzellen legt und ihre Gates an Masse, wobei die Drains nicht angeschlossen sind. Der Source/Substrat-Übergang der Zellen wird dann umgekehrt gepolt. Das starke elektrische Feld durch das Gateoxid löst durch Tunneleffekt auf Sourceebene die Leitung aus. Die Wahl von 9 Volt als Löschspannung entspricht dem optimalen Betriebspunkt für die Source der Zellen, um die Löschung durch Tunneleffekt zu erzielen, ohne Gefahr zu laufen, Leckströme zu verursachen in dem Source/Substrat-Übergang, und ohne zu riskiere, in diesem Übergang eine Lawine auszulösen.
Die Segmentierung der Speicherebene hinsichtlich einer sektorenweisen Löschung besteht dann darin, daß die Sources der Zellen eines Sektors verbunden sind. Die Figur 1 stellt eine solche Speicherebene (P) eines in zwei Sektoren geteilten Flash- EPROM dar.
Die Speicherebene (P) enthält in diesem Beispiel 256 Bitleitungen (BL0 bis BL255) und 512 Wortleitungen (WL0 bis WL511).
An jeder Kreuzungsstelle einer Bitleitung und einer Wortleitung ist der Drain d einer Speicherzelle c verbunden mit der Bitleitung und ihr Steuergate g verbunden mit einer Wortleitung.
Der erste Sektor 1 umfaßt die ersten 16 Bitleitungen BL0 bis BL15 und die 512 Wortleitungen WL0 bis WL511. Alle Zellen dieses ersten Sektors 1 sind mit ihren Sources verbunden mit einem ersten elektrischen Knotenpunkt S1.
Der zweite Sektor umfaßt die letzten 240 Bitleitungen BL16 bis BL255 und die 512 Wortleitungen WL0 bis WL511. Alle Speicherzellen dieses zweiten Sektors 2 sind mit ihren Sources verbunden mit dem zweiten elektrischen Knotenpunkt S2.
In diesem Beispiel hat man die Speicherebene nach den Bitleitungen segmentiert. Man kann sie jedoch ebensogut nach den Wortleitungen segmentieren, oder eine Mischung der beiden Segmentierungsarten vornehmen.
Ein Sektor wird definiert als eine Einheit von Speicherzellen, deren Sources miteinander verbunden sind in demselben elektrischen Knotenpunkt.
Die selektive Löschung besteht dann darin, die Lösch-Spannung an den Knotenpunkt des Sektors anzulegen, den man löschen will. Diese Löschspannung wird an den Knoten eines Sektors gelegt über einen LöSchstrom-Begrenzungswiderstand, wie in Figur 1 dargestellt: R1 für den Sektor 1, R2 für den Sektor 2. Der Wert des Begrenzungswiderstands eines gegebenen Sektors wird bestimmt durch die Zahl der Zellen dieses Sektors und den charakteristischen, erwarteten Löschstrom Ieff einer Speicherzelle (bekannt für ein gegebenes technologisches Herstellungsverfahren), so daß die Spannung, die durch diesen Begrenzungswiderstand an die gemeinsame Source des Sektors gelegt wird, z.B. S1 für den Sektor 1, ungefähr 9 Volt beträgt. Der Betriebspunkt der Source der Zellen ist dann optimal für die Löschung und für den Source/Substrat-Übergang.
Die Formel zur Bestimmung des Begrenzungswiderstands ist somit die folgende:
Ve - R.n.Ieff = 9 Volt wo n die Zellenzahl des Sektors ist, R der Begrenzungswiderstand des Sektors und leff der für die Zelle erwartete Löschstrom.
Man hat folglich theoretisch dieselbe Sourcespannung zur Löschung jedes Sektors.
In der Praxis jedoch kann die Sourcespannung variieren von einem Sektor zum anderen. Der Löschstrom des Sektors kann nämlich größer sein als der, der erwartet wurde, aufgrund von Leckströmen in Zellen zum Beispiel. Die Sourcespannung ist dann kleiner als die, die erwartet wurde, da der Spannungsabfall in dem Widerstand größer ist.
In der Praxis ist, wegen diesen Leckströmen, die Sourcespannung eines Sektors beim Löschen 9,2 Volt, und die eines anderen Sektors 8,3 Volt.
Das am Gateoxid liegende elektrische Feld ist dann größer für die Zellen des ersten Sektors, der folglich schneller gelöscht wird als der zweite.
Nun, wenn man die beiden Sektoren gleichzeitig löschen will, legt man die Löschspannung Ve während einer bestimmten Zeitdauer an beide Sektoren, dann liest man diese Zellen aus, um zu überprüfen, ob sie gelöscht sind oder nicht. Wenn sie es nicht sind, legt man wieder die Löschspannung an, usw.. Wenn der erste Sektor schneller gelöscht wird als der zweite, fährt man fort, solange dieser letztere nicht gelöscht ist, die Löschspannung an beide Sektoren anzulegen. Die Zellen des ersten Sektors ermüden folglich und der erste Sektor verschlechtert sich.
Dieses Problem der Ungleichmäßigkeit der Löschgeschwindigkeiten ist in der Praxis ein bedeutender Nachteil, denn er führt zu Verschlechterungen der zu Sektoren aufgeteilten Flash- EPROM-Speicher, die man nicht beherrscht.
Diese Ungleichmäßigkeit verhindert in der Praxis die Anwendung der Parallellöschung der Sektoren und, um mehrere oder alle Sektoren der Speicherebene zu löschen, muß man sie folglich nacheinander löschen, was langwierig ist.
Bei der Erfindung löst man dieses Problem der Ungleichmäßigkeiten zwischen den Löschgeschwindigkeiten und ermöglicht, entweder alle Sektoren oder mehrere Sektoren parallel auf zuverlässige Weise zu löschen, ohne Verschlechterung des Speichers. Die Erfindung ermöglicht auch, die Sektoren einzeln zu löschen.
Bei der Erfindung, wenn mehrere Sektoren parallel gelöscht werden sollen, wird für diese ein gleicher resistiver Pfad vorgesehen. Die real an die Sources der Zellen dieser Sektoren gelegte Spannung ist folglich dieselbe für alle. Wenn ein Sektor einen kleineren oder größeren Löschstrom hat als der erwartete, ist die Löschgeschwindigkeit schneller oder langsamer, ist jedoch dieselbe für alle Sektoren, denn die Löschspannung wird durch denselben Widerstandswert an die Sektoren gelegt.
Folglich schlägt die Erfindung eine Löschvorrichtung für Sektoren einer Speicherebene eines Flash-EPROM vor, wobei die Löschung von Sektoren erfolgt mittels einer Löschspannung, die an die gemeinsamen Sources der Speicherzellen dieses Sektors gelegt wird, die resistive Elemente umfasst, durch die die Löschspannung angelegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß sie Verzweigungsseinrichtungen umfaßt, um ein vorbestimmtes resitives Element mehreren Sektoren zuzuordnen, wenn diese Sektoren gleichzeitig angesteuert werden, um gelöscht zu werden.
Vorteilhafterweise ermöglichen die Verzweigungseinrichtungen, jedem Sektor ein eigenes resistives Element zuzuordnen, wenn die Sektoren einzeln angesteuert werden, um gelöscht zu werden.
Die Erfindung hat auch einen Speicher zum Gegenstand, der eine solche Löschvorrichtung enthält, und das entsprechende Löschverfahren, nach den Ansprüchen 6 und 8.
Weitere Charakteristika oder Vorteile der Erfindung werden in der folgenden, beispielhaften und nicht einschränkenden Beschreibung aufgeführt, mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen, in denen:
- die Figur 1 eine Löschvorrichtung einer in zwei Sektoren aufgeteilten Flash-EPROM-Speicherebene darstellt, wie schon beschrieben;
- die Figur 2 eine erfindungsgemäße Löschvorrichtung darstellt, angewandt auf die Speicherebene der Figur 1.
Zum besseren Verständnis ist die in den Figuren 1 und 2 dargestellte Speicherebene in zwei Sektoren unterteilt.
Die Figur 2 zeigt eine Löschvorrichtung, die die Parallellöschung der beiden Sektoren ermöglicht. Sie ermöglicht auch ihre Einzellöschung.
Der erste Sektor 1 umfaßt N1 Speicherzellen, deren Sources miteinander verbunden sind am elektrischen Knotenpunkt S1 (Figur 1).
Der zweite Sektor 2 umfaßt N2 Speicherzellen, deren Sources miteinander verbunden sind im elektrischen Knotenpunkt S2.
Ein Parallelansteuerungstransistor T1, T2 ist in Reihe geschaltet mit einem Parallellöschwiderstand Rp, zwischen dem elektrischen Knotenpunkt S1, S2 jedes Sektors 1, 2 und der Löschspannungsguelle. Der Parallellöschwiderstand Rp ist für alle Sektoren der Speichereben bestimmt.
Zwischen dem elektrischen Knotenpunkt S1, S2 jedes Sektors 1, 2 und der Löschspannungsguelle Ve sind ein Einzelansteuerungstransistor T'1, T'2 und ein reiner Widerstand R1, R2 in Serie geschaltet.
Die Parallelansteuerungstransistoren T1, T2 werden durch Parallelansteuerungssignale E1, E2 an ihren Gates gesteuert. Jeder hat einen Ersatzwiderstand, der vernachlässigbar ist bezüglich des Parallellöschwiderstands. Vorzugsweise ist ihr Ersatzwiderstand der gleiche, d.h. daß sie die gleichen Dimensionen haben (Geometrie).
Die Einzelansteuerungstransistoren T'1, T'2 werden an ihren Gates gesteuert durch Einzelansteuerungssignale E'1, E'2. Jeder hat einen Ersatzwiderstand, der vernachlässigbar ist bezüglich des zugeordneten reinen Widerstands.
Diese Parallel- und Einzelansteuerungssignale werden geliefert durch die Verzweigungseinrichtungen 100 von Sektorenlöschsignalen ES1, ES2, geliefert durch nicht dargestellte Dekodiereinrichtungen. Die Verzweigungseinrichtungen 100 umfassen in dem gewählten Beispiel einer in zwei Sektoren aufgeteilten Speicherebene:
- ein NAND-Glied 10, das die Löschsignale für die Sektoren ES1 und ES2 erhält;
- einen Inverter 15 am Ausgang des Glieds 10, der die Parallelansteuerungssignale E1 und E2 liefert;
- einen Inverter 20 des Löschsignals des ersten Sektors ES1;
- einen Inverter 30 des Löschsignals des zweiten Sektors ES2;
- ein NOR-Glied 35, das die Ausgänge der Inverter 15 und 30 erhält und das Einzelansteuerungssignal E'2 des zweiten Sektors liefert.
Wenn man als Konvention für die Signale ES1 und ES2 einen aktiven Pegel wählt, um die Löschung des Sektors anzusteuern, ist der logische Ablauf der folgende:

Erster Fall: ES1 = 1 und ES2 = 0

Das Glied 10 liefert eine 1 als Ausgang, und der Inverter 15 liefert eine 0. Die Parallelansteuerungssignaie E1 und E2 sind auf Null und die Parallelansteuerungstransistoren T1 und T2 sind gesperrt.
Der Inverter 20 liefert eine Null und das Glied 25 liefert eine 1 als Ausgang: das Einzelansteuerungssignal E'1 des ersten Sektors 1 ist auf 1 und der zugeordnetet Transistor T'1 ist leitend.
Der Inverter 30 liefert eine 1 und das Glied 35 liefert eine 0 als Ausgang: das Einzelansteuerungssignai E'2 des zweiten Sektors 2 ist auf 0 und der zugeordnete Transistor T'2 ist gesperrt.
Die Löschspannung Ve wird folglich nur an den ersten Sektor 1 gelegt, über den Widerstand R1 und den Einzelansteuerungstransistor T'1.

Zweiter Fall: ES1 = 0 und ES2 = 1

Das Glied 10 liefert eine 1 als Ausgang und der Inverter 15 liefert eine 0. Die Parallelansteuerungssignale E1 und E2 sind auf PNull und die zugeordneten Transistoren T1 und T2 sind gesperrt.
Der Inverter 20 liefert eine 1 und das Glied 25 liefert eine 0 als Ausgang: das Einzelansteuerungssignal E'1 des ersten Sektors 1 ist auf Null und der zugeordnete Transistor T'1 ist gesperrt.
Der Inverter 30 liefert eine 0 und das Glied 35 liefert eine 1 als Ausgang: das Einzelansteuerungssignai E'2 des zweiten Sektors 2 ist auf 1 und der zugeordnete Transistor T'2 ist leitend.
Die Löschspannung Ve wird folglich nur an den zweiten Sektor 2 gelegt, über den Widerstand R2 und den Einzelansteuerungstransistor T'2.

Dritter Fall: ES1 = 1 und ES2 = 1

Das Glied 10 liefert eine 0 als Ausgang und der Inverter 15 liefert eine 1: die Parallelansteuerungssignale E1 und E2 sind auf 1 und die zugeordneten Transistoren T1 und T2 sind leitend.
Der Inverter 20 liefert eine 0 und das Glied 25 liefert eine 0 als Ausgang: das Einzelansteuerungssignal E'1 des ersten Sektors 1 ist auf Null und der zugeordnete Transistor T'1 ist gesperrt.
Der Inverter 30 liefert eine 0 und das Glied 35 liefert eine 0 als Ausgang: das Einzelansteuerungssignal E'2 des zweiten Sektors 2 ist auf Null und der zugeordnete Transistor T'2 ist gesperrt.
Die Löschspannung Ve wird folglich an beide Sektoren 1 und 2 gelegt. An den ersten über den Widerstand Rp und den Parallelansteuerungstransitor T1 des ersten Sektors. An den zweiten über den Widerstand Rp und den Parallelansteuerungstransistor T2 des zweiten Sektors.
Da die Ersatzwiderstände der beiden Parallelansteuerungstransistors T1 und T2 vernachlässigbar sind gegenüber dem Widerstand Rp und außerdem die gleichen Werte aufweisen, wenn diese Transistoren die gleiche Geometrie haben, wird die Löschspannung Ve an jeden der Sektoren 1 und 2 über einen gleichen resistiven Pfad gelegt.
Die Zellen jedes Sektors werden folglich mit der gleichen Sourcespannung versorgt.
Wenn ein Löschstrom in einem der Sektoren in der Praxis kleiner oder größer sein sollte als der erwartete, ist die Löschgeschwindigkeit größer oder kleiner, aber sie bleibt die gleiche für die beiden Sektoren.
In der Praxis wird der Widerstand Rp gewählt in Abhängigkeit von der Anzahl der Zellen der Speicherebene, damit die an die Sources der Zellen gelegte Spannung beim Löschen neun Volt beträgt. Ebenso werden die reinen Widerstände festgelegt in Abhängigkeit von der Anzahl der Zellen ihrer Sektoren.
Man kann das erfindungsgemäße Prinzip der Parallelllöschung von Sektoren erweitern auf n Sektoren. Wenn man mehrere oder alle Sektoren gleichzeitig löschen will, steuert man einen resistiven Pfad an, der allen gleichzeitig zu löschenden Sektoren gemein ist, um eine gleiche Löschgeschwindigkeit für alle diese Sektoren sicherzustellen.
Vorteilhafterweise löscht man einen einzelnen Sektor unter diesen n Sektoren, indem man einen diesem Sektor eigenen resistiven Pfad ansteuert.
Die Verzweigungseinrichtungen für n Sektoren umfassen logische Glieder, die folgenden logischen Ablauf sicherstellen: wenn mehrere unter den n Sektoren angesteuert werden, werden ihre Parallelansteuerungstransistoren leitend gemacht und ihre Einzelansteuerungstransistoren werden gesperrt, um die Löschspannung an die Source der zu löschenden Sektoren zu legen, über den Parallellöschwiderstand Rp. Die Einzel- und Parallelansteuerungstransistoren der anderen, nichtangesteuerten Sektoren sind gesperrt.
Vorteilhafterweise ermöglichen die Verzweigungseinrichtungen für n Sektoren ebenfalls, wenn ein einziger aus n Sektoren angesteuert wird, die zugeordneten Parallelansteuerungstransistoren zu sperren und die zugeordneten Einzelansteuerungstransistoren leitend zu machen, um die Löschspannung an die Source des Sektors zu legen, über seinen eigenen Widerstand. Die Einzelund Parallelansteuerungstransistoren der n-1 anderen nichtangesteuerten Sektoren sind gesperrt.
Die Erfindung ermöglicht es, eine optimale Löschung der Sektoren der Speicherebene zu erzielen im Falle von Parallellöschungen mehrerer oder aller Sektoren zur gleichen Zeit, ohne Verschlechterung des Speichers. Sie ermöglicht auch die selektive Löschung eines einzigen Sektors.

Claims

1. Vorrichtung zur Löschung von Sektoren (1,2) einer Speicherebene (P) eines Flash-EPROM, wobei die Löschung von Sektoren erfolgt mittels einer Löschspannung (Ve), angelegt an die zusammengeschlossenen Sources der Speicherzellen (S1) dieser Sektoren, resistive Elemente (R1, Rp) umfassend, durch die die Löschspannung angelegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß sie Verzweigüngseinrichtungen (100) umfaßt, um ein vorbestimintes resistives Element (Rp) mehreren Sektoren zuzuordnen, wenn diese Sektoren gleichzeitig angesteuert werden, um gelöscht zu werden.

2. Vorrichtung zur Löschung von Sektoren einer Speicherebene eines Flash-EPROM nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzweigungseinrichtungen ermöglichen, jedem Sektor (1) ein eigenes resistives Element (R1) zuzuordnen, wenn diese Sektoren einzeln angesteuert werden, um gelöscht zu werden.

3. Vorrichtung zur Löschung von Sektoren einer Speicherebene eines Flash-EPROM nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie Ansteuerungseinrichtungen enthält, umfassend, für jeden der Sektoren, einen ersten Transistor (T1), in Reihe mit dem vorher festgelegten resistiven Element (Rp), angeordnet zwischen den zusammengeschlossenen Sources der Speicherzellen (S1) des Sektors (1) und der Löschspannungsguelle (Ve), und einen zweiten Transistor (T'1), in Reihe mit dem eigenen resistiven Element (R1) des Sektors (1), angeordnet zwischen den zusammengeschlossenen Sources dieser Speicherzellen (S1) des Sektors (1) und einer Löschspannungsguelle (Ve).

4. Vorrichtung zur Löschung von Sektoren einer Speicherebene eines Flash-EPROM nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzweigungseinrichtungen (100) Einrichtungen umfassen (10, 15, 20, 25, 30, 35), um den ersten Transistor (T1) leitend zu machen und den zweiten Transistor (T'1) der gleichzeitig angesteuerten, zu löschenden Sektoren nichtleitend, so daß die Löschspannung (Ve) durch den vorher festgelegten Widerstand (Rp) angelegt wird, und um den ersten Transistor (T1) nichtleitend zu machen und den zweiten Transistor (T'1) eines einzeln angesteuerten, zu löschenden Sektors leitend, so daß die Löschspannung (Ve) durch den eigenen Widerstand (R1) an den Sektor (1) gelegt wird.

5. Vorrichtung zur Löschung von Sektoren einer Speicherebene eines Flash-EPROM nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzweigungseinrichtungen logische Glieder (10, 15, 20, 25, 30, 35) umfassen.

6. Flash-EPROM-Speicher mit einer in Sektoren (1, 2) aufgeteilten Speicherebene (P), resitive Elemente (R1) umfassend, um eine Löschspannung (Ve) an die zusammengeschlossenen Sources der Speicherzellen von Sektoren zu legen, angesteuert um gelöscht zu werden, dadurch gekennzeichnet, daß er Verzweigungseinrichtungen (100) umfaßt, die ermöglichen, ein vorher festgelegtes resistives Element (Rp) mehreren Sektoren zuzuordnen, gleichzeitig angesteuert um gelöscht zu werden, um die Löschspannung (Ve) an dieses resitive Element anzulegen.

7. Flash-EPROM-Speicher mit einer in Sektoren (1, 2) aufgeteilten Speicherebene (P) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzweigungseinrichtungen ermöglichen, jedem einzeln zur Löschung angesteuerten Sektor ein eigenes resistives Element (R1) zuzuordnen, um die Löschspannung (Ve) an den eigenen Widerstand dieses Sektors zu legen.

8. Verfahren zur Löschung von Sektoren (1, 2) einer Speicherebene (P) eine Flash-EPROM, wobei die Löschung von Sektoren erfolgt mittels einer Löschspannung (Ve), angelegt an die zusammengeschlossenen Sources der Speicherzellen der Sektoren, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn mehrere Sektoren (1, 2) gleichzeitig angesteuert werden um gelöscht zu werden, die Löschspannung (Ve) an die zusammengeschlossenen Sources dieser Speicherzellen angelegt wird durch ein vorher festgelegtes resistives Element (Rp) für alle diese Sektoren.

9. Verfahren zur Löschung von Sektoren (1, 2) einer Speicherebene (P) eines Flash-EPROM nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn ein Sektor (1) einzeln angesteuert wird um geläscht zu werden, die Löschspannung (Ve) an die zusammengeschlossenen Sources der Speicherzellen dieses Sektors angelegt wird durch ein eigenes resistives Element (R1) dieses Sektors (1).

10. Verfahren zur Löschung von Sektoren einer Speicherebene (P) eines Flash-EPROM nach den Ansprüchen 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß:

- man mehrere Sektoren ansteuert mittels eines ersten Transistors (T1), den man leitend macht, um die Löschspannung (Ve) an die zusammengeschlossenen Sources der Speicherzellen dieser Sektoren zu legen durch den vorher festgelegten Widerstand (Rp);

- man einzeln einen Sektor (1) mittels eines zweiten Transistors (T'1) ansteuert, den man leitend macht, um die Löschspannung an die zusammengeschlossenen Sources der Speicherzellen dieses Sektors zu legen durch den eigenen Widerstand (R1) des Sektors.