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增强EEPROM持久性的方法和装置
申请号	CN200910106539.4	申请日	2009-04-07	公开(公告)号	CN101859603B	公开(公告)日	2012-10-24
申请人	辉芒微电子(深圳)有限公司;			发明人	邓锦辉; 刘阳; 胡小波; 施爱群;
摘要	本发明涉及一种增强EEPROM持久性的方法和装置。所述方法包括对于采用浮栅隧道氧化物结构的EEPROM，在其擦除或写入期间采用可控高压信号将栅氧化层的电场强度控制在10MV/cm～15MV/cm之间。所述装置包括：时钟产生驱动电路，用于生成时钟驱动信号；电荷泵，用于根据所述时钟驱动信号产生可控高压信号；其中所述可控高压信号用于在采用浮栅隧道氧化物结构的EEPROM的擦除或写入期间将其栅氧化层的电场强度控制在10MV/cm～15MV/cm之间。实施本发明的增强EEPROM的持久性的方法的装置，通过将栅氧化层上的电场强度控制在一个合理的范围内，降低其峰值，从而有效地增强了其持久性，并且通过采用不同的可控高压信号上升速度，还能缩短写入和擦除时间。
权利要求	1.一种增强EEPROM的持久性的方法，其特征在于，包括对于采用浮栅隧道氧化物结构的EEPROM，在其擦除或写入期间采用可控高压信号将栅氧化层的电场强度控制在10MV/cm～15MV/cm之间；所述方法进一步包括：在EEPROM的擦除期间，通过调节控制栅上电压的上升速度来控制栅氧化层的电场强度；在EEPROM的写入期间，通过调节漏极电压的上升速度来控制栅氧化层的电场强度；其中，当栅氧化层的电场强度小于10MV/cm时，所述可控高压信号以第一速度上升；否则所述可控高压信号以第二速度上升并将栅氧化层的电场强度控制在10MV/cm～15MV/cm之间，其中所述第二速度低于第一速度。 2.根据权利要求1所述的增强EEPROM的持久性的方法，其特征在于，所述可控高压信号由电荷泵产生。 3.根据权利要求2所述的增强EEPROM的持久性的方法，其特征在于，通过调节所述电荷泵的负载或电荷泵的输入频率来调节所述可控高压信号。 4.一种增强EEPROM的持久性的装置，其特征在于，包括：时钟产生驱动电路，用于生成时钟驱动信号；电荷泵，用于根据所述时钟驱动信号产生可控高压信号；其中所述可控高压信号用于在采用浮栅隧道氧化物结构的EEPROM的擦除或写入期间将其栅氧化层的电场强度控制在10MV/cm～15MV/cm之间；所述增强EEPROM的持久性的装置进一步包括信号调节装置，当栅氧化层的电场强度小于10MV/cm时，所述信号调节装置调节所述可控高压信号以第一速度上升；否则所述信号调节装置调节所述可控高压信号以第二速度上升并将栅氧化层的电场强度控制在10MV/cm～15MV/cm之间，其中所述第二速度低于第一速度。 5.根据权利要求4所述的增强EEPROM的持久性的装置，其特征在于，所述信号调节装置是与电荷泵连接的负载。 6.根据权利要求5所述的增强EEPROM的持久性的装置，其特征在于，所述负载是可调电阻或可控电流阱。 7.根据权利要求4所述的增强EEPROM的持久性的装置，其特征在于，所述信号调节装置包括：电压偏置电路，用于提供不同的电压偏置信号；计时器，用于产生计时信号；多路选择器，用于根据所述计时信号选择不同的电压偏置信号以提供给时钟产生驱动电路；所述时钟产生驱动电路根据所述电压偏置信号产生不同的时钟驱动信号以提供给电荷泵，从而控制所述可控高压信号的上升速度。
说明书全文	增强EEPROM持久性的方法和装置技术领域 [0001] 本发明涉及存储器电路设计领域，更具体地说，涉及一种增强EEPROM持久性的方法和装置。背景技术 [0002] 电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)通常采用浮栅隧道氧化物(FLOTOX，floating gate tunneling oxide)结构，如图1 所示。FLOTOX结构采用F-N(Fowler-Nordheim)隧道效应产生的电子流对浮栅进行数据擦写。在电压差作用下，硅和氧化层之间的势垒宽度变薄，使得电子透过势垒层在硅导带和氧化层的导带间进行穿越，实现对浮栅的电子注入和擦除。电子注入和擦除的过程分别如图2a和图2b所示。其中，EEPROM持久性T与栅氧化层上的电场强度E关系如公式(1)所示，其中β为电场强度加速因子： [0003] T∝exp(-βE) (1) [0004] 因此，将栅氧化层上的电场强度控制在一个合理的范围内，降低其峰值，可以增强EEPROM的持久性。发明内容 [0005] 本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的EEPROM的持久性不足的缺陷，提供一种可将栅氧化层上的电场强度控制在一个合理的范围内，降低其峰值，进而增强EEPROM的持久性的方法。 [0006] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种增强EEPROM的持久性的方法，包括对于采用浮栅隧道氧化物结构的EEPROM，在其擦除或写入期间采用可控高压信号将栅氧化层的电场强度控制在10MV/cm～15MV/cm之间。 [0007] 在本发明所述的增强EEPROM的持久性的方法中，所述方法包括在EEPROM的擦除期间，通过调节控制栅上电压的上升速度来控制栅氧化层的电场强度；在EEPROM的写入期间，通过调节漏极电压的上升速度来控制栅氧化层的电场强度。 [0008] 在本发明所述的增强EEPROM的持久性的方法中，当栅氧化层的电场强度小于10MV/cm时，所述可控高压信号以第一速度上升；否则，所述可控高压信号以第二速度上升并将栅氧化层的电场强度控制在10MV/cm～15MV/cm之间，其中所述第二速度低于第一速度。 [0009] 在本发明所述的增强EEPROM的持久性的方法中，所述可控高压信号由电荷泵产生。 [0010] 在本发明所述的增强EEPROM的持久性的方法中，通过调节所述电荷泵的负载或电荷泵的输入频率来调节所述可控高压信号。 [0011] 本发明解决其技术问题采用的另一方法是，构造一种增强EEPROM的持久性的装置包括： [0012] 时钟产生驱动电路，用于生成时钟驱动信号； [0013] 电荷泵，用于根据所述时钟驱动信号产生可控高压信号；其中 [0014] 所述可控高压信号用于在采用浮栅隧道氧化物结构的EEPROM的擦除或写入期间将其栅氧化层的电场强度控制在10MV/cm～15MV/cm之间。 [0015] 在本发明所述的增强EEPROM的持久性的装置中，进一步包括信号调节装置，当栅氧化层的电场强度小于10MV/cm时，所述信号调节装置调节所述可控高压信号以第一速度上升；否则，所述信号调节装置调节所述可控高压信号以第二速度上升并将栅氧化层的电场强度控制在10MV/cm～15MV/cm之间，其中所述第二速度低于第一速度。 [0016] 在本发明所述的增强EEPROM的持久性的装置中，所述信号调节装置是与电荷泵连接的负载。 [0017] 在本发明所述的增强EEPROM的持久性的装置中，所述负载是可调电阻或可控电流阱。 [0018] 在本发明所述的增强EEPROM的持久性的装置中，所述信号调节装置包括：电压偏置电路，用于提供不同的电压偏置信号；计时器，用于产生计时信号；多路选择器，用于根据所述计时信号选择不同的电压偏置信号以提供给时钟产生驱动电路； [0019] 所述时钟产生驱动电路根据所述电压偏置信号产生不同的时钟驱动信号以提供给电荷泵，从而控制所述可控高压信号的上升速度。 [0020] 实施本发明的增强EEPROM的持久性的方法的装置，通过将栅氧化层上的电场强度控制在一个合理的范围内，降低其峰值，从而有效地增强了其持久性，并且通过采用不同的可控高压信号上升速度，还能缩短写入和擦除时间。附图说明 [0021] 下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中： [0022] 图1是EEPROM存储管的结构示意图； [0023] 图2是对EEPROM进行擦除操作(阈值电压增加)； [0024] 图3是对EEPROM进行写入操作(阈值电压降低)； [0025] 图4是本发明的增强EEPROM的持久性的方法的第一实施例的流程图； [0026] 图5是本发明的增强EEPROM的持久性的装置的第一实施例的原理框图； [0027] 图6是本发明的增强EEPROM的持久性的装置的第二实施例的原理框图； [0028] 图7是本发明的增强EEPROM的持久性的装置的第三实施例的原理框图； [0029] 图8是根据本发明的增强EEPROM的持久性的装置的可控高压信号上升速度示意图； [0030] 图9是根据本发明的增强EEPROM的持久性的装置的隧道氧化层的电场强度变化示意图； [0031] 图10是EEPROM存储管的等效电容模型。具体实施方式 [0032] 本发明关键在于对于采用浮栅隧道氧化物结构的EEPROM，在其擦除或写入期间采用可控高压信号将栅氧化层的电场强度控制在10MV/cm～15MV/cm之间。对于该高压可控信号，其上升的速度，具体的大小可以根据实际情况来确定。 [0033] 在本发明的一个实施例中，当栅氧化层的电场强度小于10MV/cm时，所述可控高压信号以第一速度上升；当所述栅氧化层的电场强度等于10MV/cm时，所述可控高压信号以第二速度上升并将栅氧化层的电场强度控制在10MV/cm～15MV/cm之间，其中所述第二速度低于第一速度在本发明的一个实施例中，可以是每隔设定的时间就对栅氧化层的电场强度进行采样判断一次。 [0034] 在本发明的又一实施例中，也可直接以栅氧化层的电场强度等于10MV/cm为分界点，当栅氧化层的电场强度等于10MV/cm以前，控制可控高压信号以第一速度上升，当栅氧化层的电场强度等于和大于10MV/cm时，控制可控高压信号以第二速度上升。本领域技术人员可以根据实际情况自行对所述第一速度和第二速度进行设定，只要使得所述第一速度大于所述第二速度即可。 [0035] 在本发明的一个优选实施例中，为了缩短时间，第一速度可设置地越快越好；第二速度则可根据采用的电子元器件的参数，实时电场强度进行设置。在本发明后续的实施例中，示出了该第二速度的设置公式。 [0036] 在本发明的其他实施例中，还可包括其他的组合和变化，只要该可控高压信号将栅氧化层的电场强度控制在10MV/cm～15MV/cm之间即可。例如，当氧化层的电场强度小于10MV/cm时，控制可控高压信号以第一速度上升；当氧化层的电场强度位于10MV/cm到12MV/cm之间时，控制可控高压信号以第二速度上升；当氧化层的电场强度等于和大于12MV/cm时，控制可控高压信号以第三速度上升，其中第一速度＞第二速度＞第三速度。 [0037] 在本发明的又一实施例中，当氧化层的电场强度小于9MV/cm时，控制可控高压信号以第三速度上升，当氧化层的电场强度位于9MV/cm到10MV/cm之间时，控制可控高压信号以第一速度上升，当栅氧化层的电场强度等于和大于10MV/cm时，控制可控高压信号以第二速度上升。其中第三速度＞第一速度＞第二速度。 [0038] 在本发明的其他实施例中，还可以采用其他的速度组合的形式。在本发明的教导下，本领域技术人员可以理解并能采用这样的组合形式。 [0039] 图4是本发明的增强EEPROM的持久性的方法的第一实施例的流程图。如图4所示，该方法流程始于步骤S1，在步骤S2，判断所述栅氧化层的电场强度是否小于10MV/cm，如果是则执行步骤S3，控制所述可控高压信号以第一速度上升时间t1，并返回步骤S2，再次进行判断。如果在步骤S2中判定所述栅氧化层的电场强度大于或等于10MV/cm，控制所述可控高压信号以第二速度上升并将栅氧化层的电场强度控制在10MV/cm～15MV/cm之间。在本发明的具体实施例中，所述时间t1和所述第一速度和第二速度可根据需要设定。在本发明的一个优选实施例中，所述间t1、所述第一速度、第二速度均可调，且所述第一速度大于所述第二速度。 [0040] 图5是本发明的增强EEPROM的持久性的装置的第一实施例的原理框图。如图5所示，该装置包括时钟产生驱动电路501，用于生成时钟驱动信号。电荷泵502，用于根据所述时钟驱动信号产生可控高压信号；其中所述可控高压信号用于在采用浮栅隧道氧化物结构的EEPROM的擦除或写入期间将其栅氧化层的电场强度控制在10MV/cm～15MV/cm之间。 [0041] 图6是本发明的增强EEPROM的持久性的装置的第二实施例的原理框图。如图6所示，该装置包括：时钟产生驱动电路601，用于生成时钟驱动信号。电荷泵602，用于根据所述时钟驱动信号产生可控高压信号；以及信号调节装置603，当栅氧化层的电场强度小于10MV/cm时，所述信号调节装置调节所述可控高压信号以第一速度上升；否则所述信号调节装置调节所述可控高压信号以第二速度上升并将栅氧化层的电场强度控制在10MV/cm～15MV/cm之间，其中所述第二速度低于第一速度。 [0042] 图7是本发明的增强EEPROM的持久性的装置的第三实施例的原理框图。如图7所示，在该实施例中，该装置包括：时钟产生驱动电路701，用于生成时钟驱动信号。电荷泵702，用于根据所述时钟驱动信号产生可控高压信号；以及信号调节装置；其中所述信号调节装置包括：电压偏置电路705，用于提供不同的电压偏置信号；计时器707，用于产生计时信号；多路选择器706，用于根据所述计时信号选择不同的电压偏置信号以提供给时钟产生驱动电路701；所述时钟产生驱动电路701根据所述电压偏置信号产生不同的时钟驱动信号以提供给电荷泵702从而控制所述可控高压信号的上升速度。其原理如下，[0043] 对于某一固定的电荷泵702，在保持其时钟驱动信号频率不变的情况下，改变时钟驱动信号的电压摆幅，可以调节电荷泵702输出的可控高压信号的上升速度。电压偏置电路705提供多个偏置电压，并输入到多路选择器706。多路选择器706在计时器707的控制下，在不同的时间段选择不同的偏置电压传送给时钟产生驱动电路701。时钟产生驱动电路701在不同的偏置电压控制下，给出不同电压摆幅的时钟驱动信号以驱动电荷泵702。最终，达到控制电荷泵702在不同时间段输出电平上升速度的目的。 [0044] 电荷泵输出电平的上升速度可以根据需要分为多个阶段。通常可以选择如图8所示的模式：在浮栅和漏极之间的电场强度未达到10MV/cm即隧穿效应未产生前，选择较高的电压偏置，使时钟产生驱动电路输出的可控高压信号的电压摆幅较大，驱动电荷泵的输出Vpp以较快的速度上升，以节省擦写时间。在电场强度超过10MV/cm即隧穿电流产生后，选择较低的电压偏置，使时钟产生驱动电路输出的时钟信号电压摆幅较小，驱动电荷泵的输出Vpp以缓慢的速度上升，以控制电场强度在10MV/cm～15MV/cm之间，从而增强EEPROM存储管的持久性。在该实施例中，隧道氧化层的电场强度变化如图9所示。 [0045] 在本发明的又一优选实施例中，可以通过直接对电荷泵进行调节来控制其输出的可控高压信号，例如通过调节所述电荷泵的负载大小或输入频率来对所述可控高压信号进行控制。在该实施例中，所述信号调节装置是与电荷泵连接的负载。所述负载是可调电阻或可控电流阱。 [0046] 图10是EEPROM存储管的等效电容模型。调节电荷泵的输出Vpp的上升速度，可以控制EEPROM存储管的栅氧化层的电场强度，从而增强其持久性。栅氧化层的电场强度和电荷泵的输出Vpp的关系，可以由EEPROM存储管的等效电容模型推导出来。在图10中，G是控制栅，B是接地衬底，Cpp是两层多晶硅之间的电容，Cd和Ct之和等效为浮栅和漏区之间的电容。其中，Ct是反映隧道氧化层部分的电容，Cs是浮栅和源区之间的电容，Cg为浮栅和衬底沟道之间的电容。进行擦除操作时，控制栅接Vpp，漏极和源极接零电位。因此，浮栅电压主要是由控制栅电压以及控制栅和浮栅之间的电容耦合作用决定的。当浮栅上无电荷时，浮栅电压即施加在隧道氧化层上的电压为： [0047] [0048] [0049] 其中，总电容CT＝Cpp+Cd+Cs+Ct+Cg。当有电荷Q(t)在浮栅上积累时，浮栅电压变为： [0050] [0051] [0052] 设浮栅和漏极之间的电场强度为E＝VFG/X0，其中X0是隧道氧化层的厚度，可以得到浮栅和漏极之间的电场强度为： [0053] [0054] 其中，Q(t)＝It＝Jst，F-N电流密度与电场强度的关系为：J＝AE2exp(-B/E)，s为隧道氧化层面积。假设电场强度不随时间变化，将式(4)对时间求导可得到Vpp上升速度与电场强度的关系： [0055] [0056] 由上式可见，调节Vpp的上升速度，可以控制EEPROM存储管的栅氧化层的电场强度。对于写入操作，同理可以得到上述结论。 [0057] 本领域技术人员知悉当氧化层的电场强度小于10MV/cm时，可控制电荷泵的输出Vpp以尽可能快的速度上升，进而节省时间。当氧化层的电场强度大于10MV/cm时，可控制电荷泵的输出Vpp按照公式(5)上升。 [0058] 因此，实施本发明的增强EEPROM的持久性的方法的装置，通过将栅氧化层上的电场强度控制在一个合理的范围内，降低其峰值，从而有效地增强了其持久性，并且通过采用不同的可控高压信号上升速度，还能缩短写入和擦除时间。 [0059] 虽然本发明是通过具体实施例进行说明的，本领域技术人员应当明白，在不脱离本发明范围的情况下，还可以对本发明进行各种变换及等同替代。因此，本发明不局限于所公开的具体实施例，而应当包括落入本发明权利要求范围内的全部实施方式。