專利名稱：一種局部俘獲型快閃存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn)多值/多位存儲(chǔ)的操作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及非揮發(fā)性快閃存儲(chǔ)器的編程和擦除方法，特別是局部俘獲型存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn)高密度多值/多位存儲(chǔ)的操作方法。
背景技術(shù)：
非揮發(fā)快閃存儲(chǔ)器(flash memory)已廣泛地應(yīng)用于MP3播放器、數(shù)碼相機(jī)、個(gè)人數(shù)字助理、移動(dòng)電話和手提電腦等各種便攜式電子產(chǎn)品中進(jìn)行信息的存儲(chǔ)，正朝著高存儲(chǔ)容量和低成本的方向快速發(fā)展。為了提高單位面積的存儲(chǔ)密度，一個(gè)最直接的方法是減小存儲(chǔ)器單元的物理尺寸。然而隨著存儲(chǔ)單元的尺寸進(jìn)一步縮小，接近物理極限時(shí)，通過(guò)縮小單元尺寸增大存儲(chǔ)容量的方法就行不通了。另一種方法是通過(guò)多值多位的存儲(chǔ)來(lái)增加存儲(chǔ)密度。由于該方法在一個(gè)存儲(chǔ)單元內(nèi)能實(shí)現(xiàn)多個(gè)比特的存儲(chǔ)，可以大大降低存儲(chǔ)的成本，因此該方法一經(jīng)提出立刻就立刻成為了研究的熱點(diǎn)。相對(duì)于傳統(tǒng)的單值單元存儲(chǔ)操作，每個(gè)存儲(chǔ)單元只能存儲(chǔ)1位比特。而多值單元存儲(chǔ)是利用不同的編程電壓或編程時(shí)間，改變存儲(chǔ)層上存儲(chǔ)的電荷數(shù)量，從而使一個(gè)存儲(chǔ)單元可以根據(jù)不同的編程條件得到若干個(gè)不同的閾值電壓。通過(guò)讀取操作可以確定單元所存儲(chǔ)的多個(gè)比特值。對(duì)于局部俘獲型存儲(chǔ)器由于電荷可以存儲(chǔ)在一個(gè)存儲(chǔ)單元溝道兩邊的不同物理位置，從而實(shí)現(xiàn)一個(gè)單元存儲(chǔ)2個(gè)比特的多位存儲(chǔ)。相對(duì)于其他類型的非揮發(fā)性快閃存儲(chǔ)器，局部俘獲型存儲(chǔ)器可同時(shí)實(shí)現(xiàn)多值 /多位的存儲(chǔ)，大大提高了單個(gè)存儲(chǔ)單元的存儲(chǔ)密度。NROM存儲(chǔ)器就是一個(gè)多值/多位存儲(chǔ)的典型運(yùn)用，它能在一個(gè)存儲(chǔ)單元的左右兩邊的不同物理位置實(shí)現(xiàn)2比特的多位存儲(chǔ)， 同時(shí)在每個(gè)存儲(chǔ)位使用4值多值存儲(chǔ)，因此可以實(shí)現(xiàn)每個(gè)單元存儲(chǔ)4個(gè)比特。對(duì)于局部俘獲型存儲(chǔ)器通常使用溝道熱電子注入(CHEI)方法進(jìn)行局部編程，采用帶-帶遂穿的熱空穴注入(BBHH)方法進(jìn)行局部擦除。由于電子和空穴注入的位置不能很好的匹配，存儲(chǔ)層中的電子不能完全被擦除掉，經(jīng)過(guò)多次編程/擦除之后，電子會(huì)逐漸堆積起來(lái)使編程和擦除后的閾值電壓同時(shí)升高，使讀出窗口明顯減小，大大降低了存儲(chǔ)單元的耐受力以及保持特性。此外對(duì)于局部俘獲型存儲(chǔ)單元的多值存儲(chǔ)操作，由于受到總的編程窗口的限制，多個(gè)存儲(chǔ)狀態(tài)對(duì)應(yīng)的閾值電壓的分布寬度很窄，而且它們之間的間距也很小， 因此經(jīng)過(guò)多次編程/擦除以后，多值存儲(chǔ)單元的耐受力和保持特性比單值存儲(chǔ)單元的退化更加嚴(yán)重，可靠性問(wèn)題成為制約高密度多值存儲(chǔ)的一個(gè)瓶頸問(wèn)題。另一方面，當(dāng)存儲(chǔ)單元的溝道長(zhǎng)度減小到90nm以下，實(shí)現(xiàn)多位存儲(chǔ)時(shí)，左右兩個(gè)比特之間的影響，即第二位比特效應(yīng)日趨嚴(yán)重。這又限制了多位存儲(chǔ)的進(jìn)一步應(yīng)用。因此發(fā)明一種新的高可靠性多值/多位存儲(chǔ)的操作方法對(duì)局部俘獲型存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn)高密度存儲(chǔ)是非常迫切和需要的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是針對(duì)局部俘獲型快閃存儲(chǔ)器，提出了一種進(jìn)行高密度多值/多位存儲(chǔ)操作的新方法，使一個(gè)存儲(chǔ)單元實(shí)現(xiàn)4比特的存儲(chǔ)。該方法不會(huì)出現(xiàn)電子和空穴注入位置不匹配而造成存儲(chǔ)層的電子不能被有效擦除而發(fā)生的堆積現(xiàn)象，使存儲(chǔ)單元的耐受力和保持能力得到提高，同時(shí)該方法可以有效降低第二位比特效應(yīng)，大大提高了多值/多位存儲(chǔ)的可靠性。本發(fā)明的技術(shù)方案，一種局部俘獲型快閃存儲(chǔ)器的多值/多位存儲(chǔ)單元的操作方法，4位比特的多值/多位存儲(chǔ)單元的編程和擦除操作包括下面的步驟對(duì)于存儲(chǔ)單元左右物理存儲(chǔ)位存儲(chǔ)相同的比特情況，按下面的步驟操作首先將存儲(chǔ)單元置于擦除狀態(tài)，并保證存儲(chǔ)單元的閾值電壓沿著溝道均勻分布，則單元左右存儲(chǔ)為可同時(shí)實(shí)現(xiàn)“11”狀態(tài)存儲(chǔ)，即同時(shí)為擦除狀態(tài)；若存儲(chǔ)單元左右存儲(chǔ)位同時(shí)實(shí)現(xiàn)“10”狀態(tài)存儲(chǔ)，即低位閾值電壓編程狀態(tài)，則將處于擦除狀態(tài)的單元均勻地編程到低位閾值電壓編程狀態(tài)，并保證存儲(chǔ)單元的閾值電壓沿著溝道均勻分布；若存儲(chǔ)單元左右存儲(chǔ)位同時(shí)實(shí)現(xiàn)“01”狀態(tài)存儲(chǔ)，即次高位閾值電壓編程狀態(tài)，則將處于擦除狀態(tài)的單元均勻編程到次高位閾值電壓編程狀態(tài)，并保證存儲(chǔ)單元的閾值電壓沿著溝道均勻分布；若存儲(chǔ)單元左右存儲(chǔ)位同時(shí)實(shí)現(xiàn)“00”狀態(tài)存儲(chǔ)，即最高位閾值電壓編程狀態(tài)，則將處于擦除狀態(tài)的單元均勻編程到最高位閾值電壓編程狀態(tài)，并保證存儲(chǔ)單元的閾值電壓沿著溝道均勻分布；處于以上三種編程狀態(tài)的存儲(chǔ)單元可使用均勻的擦除操作；考慮可能存在過(guò)擦除現(xiàn)象，在均勻的擦除操作后進(jìn)行均勻的編程操作，使存儲(chǔ)單元重新回到擦除狀態(tài)，并保證存儲(chǔ)單元的閾值電壓沿著溝道均勻分布。對(duì)于存儲(chǔ)單元左右存儲(chǔ)位存儲(chǔ)不同的比特情況，可按下面的步驟操作先將存儲(chǔ)單元置于擦除狀態(tài)，并保證存儲(chǔ)單元的閾值電壓沿著溝道均勻分布；若存儲(chǔ)單元左右存儲(chǔ)位分別實(shí)現(xiàn)“00”和“01”狀態(tài)存儲(chǔ)，則將處于擦除狀態(tài)的單元均勻編程到“00”編程狀態(tài)， 首先實(shí)現(xiàn)左邊存儲(chǔ)位“00”狀態(tài)的存儲(chǔ)，然后對(duì)右邊存儲(chǔ)位進(jìn)行局部的擦除操作，考慮到可能存在過(guò)擦除現(xiàn)象，在局部的擦除操作后進(jìn)行局部的編程操作，將閾值電壓調(diào)整到預(yù)定的值，使其處于“01”狀態(tài)；若存儲(chǔ)單元左右存儲(chǔ)位分別實(shí)現(xiàn)“00”和“ 10”狀態(tài)存儲(chǔ)，則將處于擦除狀態(tài)的單元均勻編程到“00”編程狀態(tài)，首先實(shí)現(xiàn)左邊存儲(chǔ)位“00”狀態(tài)的存儲(chǔ)，然后對(duì)右邊存儲(chǔ)位進(jìn)行局部的擦除操作，考慮到可能存在過(guò)擦除現(xiàn)象，在局部的擦除操作后進(jìn)行局部的編程操作，將閾值電壓調(diào)整到預(yù)定的值，使其處于“10”狀態(tài)；若存儲(chǔ)單元左右存儲(chǔ)位分別實(shí)現(xiàn)“00”和“11”狀態(tài)存儲(chǔ)，則將處于擦除狀態(tài)的單元均勻編程到“00”編程狀態(tài)， 首先實(shí)現(xiàn)左邊存儲(chǔ)位“00”狀態(tài)的存儲(chǔ)，然后對(duì)右邊存儲(chǔ)位進(jìn)行局部的擦除操作，考慮到可能存在過(guò)擦除現(xiàn)象，在局部的擦除操作后進(jìn)行局部的編程操作，將閾值電壓調(diào)整到預(yù)定的值，使其處于“11”狀態(tài)。對(duì)于存儲(chǔ)單元左右物理位置存儲(chǔ)其他比特的情況，操作方法相同， 即首先判斷左和右存儲(chǔ)位誰(shuí)是閾值電壓高的存儲(chǔ)狀態(tài)，先將左右存儲(chǔ)位均勻地編程到這個(gè)狀態(tài)，然后根據(jù)另外一個(gè)存儲(chǔ)位的狀態(tài)，使用單邊的局部擦除操作，將其編程到所需的比特位?？紤]到可能存在過(guò)擦除現(xiàn)象，在局部的擦除操作后進(jìn)行局部的編程操作，將閾值電壓調(diào)整到預(yù)定的值，使其處于“11”狀態(tài)。處于以上各種編程狀態(tài)的存儲(chǔ)單元可使用均勻的擦除操作，并結(jié)合均勻的編程操作，使存儲(chǔ)單元重新回到擦除狀態(tài)，并保證存儲(chǔ)單元的閾值電壓沿著溝道均勻分布。以上所述的存儲(chǔ)單元的均勻編程操作，可采用雙邊的碰撞電離產(chǎn)生襯底熱電子注入(IIHE)的編程機(jī)制。即在源、漏極同時(shí)加一個(gè)4V 6V的正電壓，柵極加一個(gè)6V IOV 的正電壓，襯底接地。來(lái)自源極和漏極的空穴在電場(chǎng)作用下向襯底運(yùn)動(dòng)，在加速的運(yùn)動(dòng)過(guò)程會(huì)產(chǎn)生大量的電子和空穴對(duì)。電子在柵極17正向電場(chǎng)下向柵極運(yùn)動(dòng)，獲得足夠能量后，通過(guò)遂穿層到達(dá)存儲(chǔ)層，使存儲(chǔ)單元閾值電壓增高。并在存儲(chǔ)層中均勻地分布。以上所述的存儲(chǔ)單元的均勻擦除操作，可使用雙邊的帶-帶遂穿的熱空穴(BBHH) 注入擦除機(jī)制。即在漏極和源極加一個(gè)4V 6V的正電壓，柵極加一個(gè)-6V -8V的負(fù)電壓，源極和襯底接地。則在源結(jié)、漏結(jié)和襯底之間產(chǎn)生帶-帶的電子空穴對(duì)，空穴在橫向電場(chǎng)下加速獲得足夠的能量，在柵極負(fù)電壓的作用下均勻地注入到存儲(chǔ)層中，并復(fù)合掉存儲(chǔ)層部分電子，使存儲(chǔ)單元的閾值電壓下降。以上所述的存儲(chǔ)單元的單邊局部擦除操作，可使用單邊的帶-帶遂穿的熱空穴 (BBHH)注入擦除機(jī)制。即在漏極加一個(gè)4V 6V的正電壓，柵極加一個(gè)-6V -8V的負(fù)電壓，源極和襯底接地。則僅在漏結(jié)產(chǎn)生帶-帶的電子空穴對(duì)，空穴在橫向電場(chǎng)下加速獲得足夠的能量，在柵極負(fù)電壓的作用下均勻地注入到存儲(chǔ)層中，并復(fù)合掉漏結(jié)上方存儲(chǔ)層部分電子，使存儲(chǔ)單元左或右存儲(chǔ)位的閾值電壓下降。以上所述的存儲(chǔ)單元局部編程操作，可采用脈沖激發(fā)的襯底熱電子注入(PASHEI) 的編程方法實(shí)現(xiàn)。該編程方法分為前后兩個(gè)連續(xù)的階段。首先在第一階段將器件的漏極接 -2V的負(fù)偏壓，柵極接 0. 2V的正偏壓，襯底和源極接地。由于P型襯底和漏極之間的 PN結(jié)處于正偏，則襯底和漏極之間產(chǎn)生大量的電子-空穴對(duì)。緊接著器件進(jìn)入第二編程階段。漏極的電壓在最短的時(shí)間內(nèi)變成2. 5V 5V正偏壓，柵極的正偏壓也增加到4V 8V， 襯底和源極依然接地。在第二編程階段，襯底和漏極之間的PN結(jié)迅速地由正偏變成反偏， 則在漏結(jié)形成了較寬的耗盡區(qū)。與此同時(shí)第一編程階段在襯底收集的電子在電場(chǎng)作用下漂移到漏結(jié)的耗盡區(qū)并與晶格發(fā)生碰撞電離產(chǎn)生大量的電子-空穴對(duì)。一部分產(chǎn)生的電子獲得足夠的能量后越過(guò)Si/Si02&勢(shì)壘注入到漏結(jié)上方的存儲(chǔ)層中。PASHEI編程操作能使注入到存儲(chǔ)層中的電子僅在漏結(jié)上方局部分布，使存儲(chǔ)單元左或右存儲(chǔ)位的閾值電壓局部增大。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明所述的局部俘獲型多值/多位單元存儲(chǔ)操作方法相對(duì)于現(xiàn)有的局部俘獲型多值/多位單元存儲(chǔ)操作方法的各種發(fā)明，主要存在以下幾個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)(1)不會(huì)發(fā)生編程和擦除時(shí)電子和空穴注入位置不匹配的問(wèn)題，在編程/擦除過(guò)程中不會(huì)引起電荷的積累，因此存儲(chǔ)單元的耐受力和數(shù)據(jù)保持特性得到提高；(2)某些情況下，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)多值/多位的存儲(chǔ)，不需要左右存儲(chǔ)位分別操作；(3)第二位比特效應(yīng)降低。


圖1是本發(fā)明使用的局部俘獲型存儲(chǔ)單元的基本結(jié)構(gòu)。圖2是本發(fā)明進(jìn)行局部俘獲型多值/多位單元存儲(chǔ)時(shí)左右存儲(chǔ)位實(shí)現(xiàn)相同比特位時(shí)的閾值電壓分布示意圖。圖3是本發(fā)明進(jìn)行局部俘獲型多值/多位單元存儲(chǔ)時(shí)左右存儲(chǔ)位實(shí)現(xiàn)不同比特位時(shí)的閾值電壓分布示意圖。圖4是本發(fā)明進(jìn)行雙邊的碰撞電離產(chǎn)生襯底熱電子注入(IIHE)的均勻編程操作示意圖。
圖5是本發(fā)明進(jìn)行雙邊的帶-帶遂穿熱空穴注入(BBHH)的均勻擦除操作示意圖。圖6是本發(fā)明進(jìn)行單邊的帶-帶遂穿熱空穴注入(BBHH)的局部擦除操作示意圖。圖7是本發(fā)明進(jìn)行單邊的脈沖激發(fā)的襯底熱電子注入(PASHEI)的局部編程操作示意圖。
具體實(shí)施例方式局部俘獲型非揮發(fā)性快閃存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn)多值/多位存儲(chǔ)操作通常使用溝道熱電子注入(CHE)方式進(jìn)行局部的編程操作，先進(jìn)行其中一個(gè)物理存儲(chǔ)位的多值編程操作，然后再進(jìn)行另一個(gè)物理存儲(chǔ)位的多值編程操作，即先多值再進(jìn)行多位操作。對(duì)于局部編程的左右存儲(chǔ)位分別進(jìn)行局部的帶-帶遂穿的熱空穴注入(BBHH)的擦除方式，使存儲(chǔ)單元回到擦除狀態(tài)。如以最典型的局部俘獲存儲(chǔ)器NROM作為實(shí)施例，由于局部電子注入的位置和空穴注入的位置不匹配，使存儲(chǔ)層中局部存儲(chǔ)的電荷不能被完全擦除掉，則存儲(chǔ)單元經(jīng)過(guò)多次編程/擦除后，殘余的電子會(huì)逐漸堆積起來(lái)，引起擦除狀態(tài)和編程狀態(tài)的閾值電壓明顯升高，使存儲(chǔ)單元的耐受性能發(fā)生嚴(yán)重的退化。同時(shí)由于存儲(chǔ)的電子不能被完全擦除，經(jīng)過(guò)反復(fù)多次編程/擦除后，存儲(chǔ)在漏結(jié)上方的電荷呈現(xiàn)電子-空穴-電子的分布，空穴很容易從陷阱中發(fā)射出來(lái)和存儲(chǔ)的電子發(fā)生復(fù)合從而使存儲(chǔ)單元的保持性能大大降低。此外傳統(tǒng)的 CHE編程方法使電子在存儲(chǔ)層的分布較寬，對(duì)于短溝道存儲(chǔ)單元來(lái)說(shuō)第二位比特效應(yīng)更加嚴(yán)重，左右兩個(gè)存儲(chǔ)位之間會(huì)互相干擾。因此必須發(fā)明新的多值/多位存儲(chǔ)操作方法，提高多值/多位存儲(chǔ)的可靠性。本發(fā)明針對(duì)局部俘獲型非易失存儲(chǔ)器提出了一種多值/多位單元存儲(chǔ)操作的新方法，它首先實(shí)現(xiàn)多位存儲(chǔ)，然后再實(shí)現(xiàn)多值存儲(chǔ)。該方法可有效地解決傳統(tǒng)多值/多位單元存儲(chǔ)可靠性差等問(wèn)題。本發(fā)明所使用的局部俘獲型存儲(chǔ)單元的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。在一個(gè)ρ型半導(dǎo)體襯底10上方的兩側(cè)設(shè)有N型半導(dǎo)體區(qū)域分別構(gòu)成源極11和漏極12，襯底的正上方，源極和漏極之間是溝道區(qū)13。溝道區(qū)的正上方分別設(shè)有隧穿層14、電荷存儲(chǔ)層 15和阻擋層16，阻擋層的上方是柵極17。本發(fā)明提出的局部俘獲型多值/多位存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)操作的流程圖如下。對(duì)于本發(fā)明存儲(chǔ)單元左右物理存儲(chǔ)位存儲(chǔ)相同比特情況，其操作流程圖如下首先將存儲(chǔ)單元處于擦除狀態(tài)，并保證存儲(chǔ)單元的閾值電壓沿著溝道均勻分布，則單元左右存儲(chǔ)位可同時(shí)實(shí)現(xiàn)“11”狀態(tài)存儲(chǔ)，即同時(shí)為擦除狀態(tài)；若存儲(chǔ)單元左右存儲(chǔ)位同時(shí)實(shí)現(xiàn) “10”狀態(tài)存儲(chǔ)，即低位閾值電壓編程狀態(tài)，則將處于擦除狀態(tài)“11”的單元均勻編程到低位閾值電壓編程狀態(tài)“10”，并保證存儲(chǔ)單元的閾值電壓沿著溝道均勻分布，操作過(guò)程中閾值電壓的分布示意圖如圖2(a)所示；若存儲(chǔ)單元左右存儲(chǔ)位同時(shí)實(shí)現(xiàn)“01”狀態(tài)存儲(chǔ)，即次高位閾值電壓編程狀態(tài)，則將處于擦除狀態(tài)“11”的單元均勻編程到次高位閾值電壓編程狀態(tài) “01”，并保證存儲(chǔ)單元的閾值電壓沿著溝道均勻分布，操作過(guò)程中閾值電壓的分布示意圖如圖2(b)所示；若存儲(chǔ)單元左右存儲(chǔ)位同時(shí)實(shí)現(xiàn)“00”狀態(tài)存儲(chǔ)，即最高位閾值電壓編程狀態(tài)，則將處于擦除狀態(tài)“11”的單元均勻編程到最高位閾值電壓編程狀態(tài)“00”，并保證存儲(chǔ)單元的閾值電壓沿著溝道均勻分布，操作過(guò)程中閾值電壓的分布示意圖如圖2(c)所示；處于以上三種編程狀態(tài)的存儲(chǔ)單元可使用均勻的擦除操作。考慮到過(guò)擦除現(xiàn)象，在均勻的擦除操作后進(jìn)行雙邊均勻編程操作，使存儲(chǔ)單元回到擦除狀態(tài)預(yù)定值，并保證存儲(chǔ)單元的閾值電壓沿著溝道均勻分布。對(duì)于本發(fā)明存儲(chǔ)單元左右物理存儲(chǔ)位存儲(chǔ)不同的比特情況，其操作流程如下先將存儲(chǔ)單元處于擦除狀態(tài)“11”，并保證存儲(chǔ)單元的閾值電壓沿著溝道均勻分布；若存儲(chǔ)單元左右存儲(chǔ)位分別實(shí)現(xiàn)“00”和“01”狀態(tài)存儲(chǔ)，則將處于擦除狀態(tài)的單元均勻編程到“00” 編程狀態(tài)，首先實(shí)現(xiàn)左邊存儲(chǔ)位“00”狀態(tài)的存儲(chǔ)，然后對(duì)右邊存儲(chǔ)位進(jìn)行局部的擦除操作， 使其處于“01”狀態(tài)。考慮到可能存在過(guò)擦除現(xiàn)象，在局部的擦除操作后進(jìn)行局部的編程操作，將閾值電壓調(diào)整到預(yù)定的值。操作過(guò)程中閾值電壓的分布示意圖如圖3(a)所示；若存儲(chǔ)單元左右存儲(chǔ)位分別實(shí)現(xiàn)“00”和“ 10”狀態(tài)存儲(chǔ)，則將處于擦除狀態(tài)的單元均勻編程到 “00”編程狀態(tài)，首先實(shí)現(xiàn)左邊存儲(chǔ)位“00”狀態(tài)的存儲(chǔ)，然后對(duì)右邊存儲(chǔ)位進(jìn)行局部的擦除操作，使其處于“ 10”狀態(tài)，考慮到可能存在過(guò)擦除現(xiàn)象，在局部的擦除操作后進(jìn)行局部的編程操作，將閾值電壓調(diào)整到預(yù)定的值。操作過(guò)程中閾值電壓的分布示意圖如圖3(b)所示； 若存儲(chǔ)單元左右存儲(chǔ)位分別實(shí)現(xiàn)“00”和“ 11，，狀態(tài)存儲(chǔ)，則將處于擦除狀態(tài)的單元均勻編程到“00”編程狀態(tài)，首先實(shí)現(xiàn)左邊存儲(chǔ)位“00”狀態(tài)的存儲(chǔ)，然后對(duì)右邊存儲(chǔ)位進(jìn)行局部的擦除操作，使其處于“11”狀態(tài)，考慮到可能存在過(guò)擦除現(xiàn)象，在局部的擦除操作后進(jìn)行局部的編程操作，將閾值電壓調(diào)整到預(yù)定的值。操作過(guò)程中閾值電壓的分布示意圖如圖3(c) 所示。對(duì)于存儲(chǔ)單元左右存儲(chǔ)位存儲(chǔ)其他比特的情況，操作方法和上述過(guò)程相同，即首先判斷左和右存儲(chǔ)位誰(shuí)是閾值電壓高的存儲(chǔ)狀態(tài)，先將左右存儲(chǔ)位均勻地編程到這個(gè)狀態(tài)，然后根據(jù)另外一個(gè)存儲(chǔ)位的狀態(tài)，使用單邊的局部擦除操作，結(jié)合單邊局部的編程操作，將另有個(gè)存儲(chǔ)位編程到預(yù)定的狀態(tài)上。處于以上各種編程狀態(tài)的存儲(chǔ)單元可使用均勻的擦除操作，并結(jié)合均勻編程操作，使存儲(chǔ)單元重新回到擦除狀態(tài)，并保證存儲(chǔ)單元的閾值電壓沿著溝道均勻分布。對(duì)于上述過(guò)程中進(jìn)行的存儲(chǔ)單元均勻編程操作，可采用雙邊的碰撞電離產(chǎn)生襯底熱電子注入(IIHE)的編程方法實(shí)現(xiàn)，如圖4所示。即在源極11和漏極12同時(shí)加一個(gè)4V 6V的正電壓，柵極17加一個(gè)6V IOV的正電壓，襯底接地。來(lái)自源極11和漏極12的空穴在電場(chǎng)作用下向襯底運(yùn)動(dòng)，在加速的運(yùn)動(dòng)過(guò)程會(huì)產(chǎn)生大量的電子和空穴對(duì)。電子在柵極 17正向電場(chǎng)下向柵極運(yùn)動(dòng)，獲得足夠能量后，通過(guò)遂穿層14到達(dá)存儲(chǔ)層15，使存儲(chǔ)單元閾值電壓增高。雙邊的IIHE編程操作能使注入到存儲(chǔ)層15中的電子均勻分布，使閾值電壓沿著溝道區(qū)13均勻的分布。對(duì)于上述過(guò)程中進(jìn)行的存儲(chǔ)單元均勻擦除操作，可使用雙邊的帶-帶遂穿的熱空穴(BBHH)注入擦除方法實(shí)現(xiàn)，如圖5所示。即在漏極11和漏極12同時(shí)加一個(gè)4V 6V 的正電壓，柵極17加一個(gè)-6V -IOV的負(fù)電壓，襯底接地。則在源、漏結(jié)和襯底之間產(chǎn)生帶-帶的電子空穴對(duì)，空穴在橫向電場(chǎng)下加速獲得足夠的能量，在柵極17負(fù)電壓的作用下通過(guò)遂穿層14均勻地注入到存儲(chǔ)層15中，使存儲(chǔ)單元的閾值電壓下降。雙邊的BBHH擦除操作能使注入到存儲(chǔ)層15中的空穴均勻分布，使閾值電壓沿著溝道區(qū)13均勻的分布。對(duì)于上述過(guò)程中進(jìn)行的存儲(chǔ)單元局部擦除操作，可采用單邊的帶-帶遂穿熱空穴 (BBHH)注入擦除方法實(shí)現(xiàn)，如圖6所示。即在柵極17加一個(gè)-6V -8V的電壓，漏極12加一個(gè)4V 6V的電壓，源極11和襯底10接地。則僅在漏極12和襯底10之間形成耗盡區(qū)， 產(chǎn)生帶-帶遂穿的電子、空穴對(duì)，空穴在橫向電場(chǎng)的作用下加速運(yùn)動(dòng)，在加速的運(yùn)動(dòng)過(guò)程獲得足夠能量后，在柵極17反向電場(chǎng)的作用下在漏結(jié)通過(guò)遂穿層14后到達(dá)存儲(chǔ)層15。單邊
8的BBHH擦除操作能使注入到存儲(chǔ)層15中的空穴僅在漏結(jié)上方局部分布，使存儲(chǔ)單元的閾值電壓局部降低。 對(duì)于上述過(guò)程中進(jìn)行的存儲(chǔ)單元局部編程操作，可采用脈沖激發(fā)的襯底熱電子注入(PASHEI)的編程方法實(shí)現(xiàn)，如圖7所示。該編程方法分為前后兩個(gè)連續(xù)的階段。首先在第一階段將器件的漏極12接 -2V的負(fù)偏壓，柵極17接 0. 2V的正偏壓，襯底和源極接地。由于P型襯底10和漏極12之間的PN結(jié)處于正偏，則襯底10和漏極12之間產(chǎn)生大量的電子-空穴對(duì)。緊接著器件進(jìn)入第二編程階段。漏極12的電壓在最短的時(shí)間內(nèi)變成 2. 5V 5V正偏壓，柵極13的正偏壓也增加到4V 8V，襯底10和源極11依然接地。在第二編程階段，襯底10和漏極12之間的PN結(jié)迅速地由正偏變成反偏，則在漏結(jié)形成了較寬的耗盡區(qū)。與此同時(shí)第一編程階段在襯底收集的電子在電場(chǎng)作用下漂移到漏結(jié)的耗盡區(qū)并與晶格發(fā)生碰撞電離產(chǎn)生大量的電子-空穴對(duì)。一部分產(chǎn)生的電子獲得足夠的能量后越過(guò) Si/Si02的勢(shì)壘注入到漏結(jié)上方的存儲(chǔ)層15中。PASHEI編程操作能使注入到存儲(chǔ)層15中的電子僅在漏結(jié)上方局部分布，使存儲(chǔ)單元的閾值電壓局部增大。
權(quán)利要求
1.一種局部俘獲型快閃存儲(chǔ)器的多值/多位存儲(chǔ)單元的操作方法，其特征是對(duì)4位比特的多值/多位存儲(chǔ)單元的編程和擦除操作包括下面的步驟對(duì)于存儲(chǔ)單元左右物理存儲(chǔ)位存儲(chǔ)相同的比特情況，按下面的步驟操作，首先將存儲(chǔ)單元置于擦除狀態(tài)，并保證存儲(chǔ)單元的閾值電壓沿著溝道均勻分布，則存儲(chǔ)單元左右存儲(chǔ)位同時(shí)實(shí)現(xiàn)“11”狀態(tài)存儲(chǔ)，即同時(shí)為擦除狀態(tài)；若存儲(chǔ)單元左右存儲(chǔ)位同時(shí)實(shí)現(xiàn)“10”狀態(tài)存儲(chǔ)，即低位閾值電壓編程狀態(tài)，則將處于擦除狀態(tài)的單元均勻地編程到低位閾值電壓編程狀態(tài)，并保證存儲(chǔ)單元的閾值電壓沿著溝道均勻分布；若存儲(chǔ)單元左右存儲(chǔ)位同時(shí)實(shí)現(xiàn) “01”狀態(tài)存儲(chǔ)，即次高位閾值電壓編程狀態(tài)，則將處于擦除狀態(tài)的單元均勻編程到次高位閾值電壓編程狀態(tài)，并保證存儲(chǔ)單元的閾值電壓沿著溝道均勻分布；若存儲(chǔ)單元左右存儲(chǔ)位同時(shí)實(shí)現(xiàn)“00”狀態(tài)存儲(chǔ)，即最高位閾值電壓編程狀態(tài)，則將處于擦除狀態(tài)的單元均勻編程到最高位閾值電壓編程狀態(tài)，并保證存儲(chǔ)單元的閾值電壓沿著溝道均勻分布；處于以上三種編程狀態(tài)的存儲(chǔ)單元進(jìn)行擦除作時(shí)使用均勻的擦除操作方式。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的局部俘獲型快閃存儲(chǔ)器的多值/多位存儲(chǔ)單元的操作方法， 其特征是考慮存在過(guò)擦除現(xiàn)象，在均勻的擦除操作后進(jìn)行均勻的編程操作。
3.一種局部俘獲型快閃存儲(chǔ)器的多值/多位存儲(chǔ)單元的操作方法，其特征是對(duì)4位比特的多值/多位存儲(chǔ)單元的編程和擦除操作包括下面的步驟對(duì)于存儲(chǔ)單元左右存儲(chǔ)位存儲(chǔ)不同的比特情況，按下面的步驟操作先將存儲(chǔ)單元置于擦除狀態(tài)，并保證存儲(chǔ)單元的閾值電壓沿著溝道均勻分布；若存儲(chǔ)單元左右存儲(chǔ)位分別實(shí)現(xiàn)“00”和“01”狀態(tài)存儲(chǔ)，則將處于擦除狀態(tài)的單元均勻編程到“00”編程狀態(tài)，首先實(shí)現(xiàn)左邊存儲(chǔ)位“00”狀態(tài)的存儲(chǔ)，然后對(duì)右邊存儲(chǔ)位進(jìn)行局部的擦除操作；考慮到可能存在過(guò)擦除現(xiàn)象，在局部的擦除操作后進(jìn)行局部的編程操作，將閾值電壓調(diào)整到預(yù)定的值，使其處于“01”狀態(tài)；若存儲(chǔ)單元左右存儲(chǔ)位分別實(shí)現(xiàn)“00”和“ 10”狀態(tài)存儲(chǔ)，則將處于擦除狀態(tài)的單元均勻編程到“00”編程狀態(tài)，首先實(shí)現(xiàn)左邊存儲(chǔ)位“00”狀態(tài)的存儲(chǔ)，然后對(duì)右邊存儲(chǔ)位進(jìn)行局部的擦除操作，考慮到可能存在過(guò)擦除現(xiàn)象，在局部的擦除操作后進(jìn)行局部的編程操作，將閾值電壓調(diào)整到預(yù)定的值，使其處于“ 10”狀態(tài)；若存儲(chǔ)單元左右存儲(chǔ)位分別實(shí)現(xiàn)“00”和“11”狀態(tài)存儲(chǔ)，則將處于擦除狀態(tài)的單元均勻編程到“00”編程狀態(tài)，首先實(shí)現(xiàn)左邊存儲(chǔ)位“00”狀態(tài)的存儲(chǔ)，然后對(duì)右邊存儲(chǔ)位進(jìn)行局部的擦除操作，考慮到可能存在過(guò)擦除現(xiàn)象，在局部的擦除操作后進(jìn)行局部的編程操作，將閾值電壓調(diào)整到預(yù)定的值，使其處于“11”狀態(tài)；對(duì)于存儲(chǔ)單元左右物理位置存儲(chǔ)其他比特的情況，操作方法相同，即首先判斷左和右存儲(chǔ)位誰(shuí)是閾值電壓高的存儲(chǔ)狀態(tài)，先將左右存儲(chǔ)位均勻地編程到這個(gè)狀態(tài)，然后根據(jù)另外一個(gè)存儲(chǔ)位的狀態(tài)，使用單邊的局部擦除操作，將其編程到所需的比特位；考慮到可能存在過(guò)擦除現(xiàn)象，在局部的擦除操作后進(jìn)行局部的編程操作，將閾值電壓調(diào)整到預(yù)定的值；處于以上各種編程狀態(tài)的存儲(chǔ)單元使用均勻的擦除操作，并結(jié)合均勻的編程操作，使存儲(chǔ)單元重新回到擦除狀態(tài)，并保證存儲(chǔ)單元的閾值電壓沿著溝道均勻分布。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的局部俘獲型快閃存儲(chǔ)器的多值/多位存儲(chǔ)單元的操作方法，其特征是所述的存儲(chǔ)單元的均勻編程操作，可采用雙邊的碰撞電離產(chǎn)生襯底熱電子注入(IIHE)的編程機(jī)制；即在源、漏極同時(shí)加一個(gè)4V 6V的正電壓，柵極加一個(gè)6V IOV 的正電壓，襯底接地。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的局部俘獲型快閃存儲(chǔ)器的多值/多位存儲(chǔ)單元的操作方法，其特征是所述的存儲(chǔ)單元的均勻擦除操作，可使用雙邊的帶-帶遂穿的熱空穴(BBHH) 注入擦除機(jī)制。即在漏極和源極加一個(gè)4V 6V的正電壓，柵極加一個(gè)-6V -8V的負(fù)電壓，源極和襯底接地。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的局部俘獲型快閃存儲(chǔ)器的多值/多位存儲(chǔ)單元的操作方法，其特征是所述的存儲(chǔ)單元的單邊局部擦除操作，可使用單邊的帶-帶遂穿的熱空穴 (BBHH)注入擦除機(jī)制。即在漏極加一個(gè)4V 6V的正電壓，柵極加一個(gè)-6V -8V的負(fù)電壓，源極和襯底接地。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的局部俘獲型快閃存儲(chǔ)器的多值/多位存儲(chǔ)單元的操作方法，其特征是所述的存儲(chǔ)單元局部編程操作，采用脈沖激發(fā)的襯底熱電子注入(PASHEI) 的編程方法實(shí)現(xiàn)；該編程方法分為前后兩個(gè)連續(xù)的階段；首先在第一階段將器件的漏極接 -2V的負(fù)偏壓，柵極接 0. 2V的正偏壓，襯底和源極接地；由于P型襯底和漏極之間的 PN結(jié)處于正偏，則襯底和漏極之間產(chǎn)生大量的電子-空穴對(duì)；緊接著器件進(jìn)入第二編程階段漏極的電壓在最短的時(shí)間內(nèi)變成2. 5V 5V正偏壓，柵極的正偏壓也增加到4V 8V， 襯底和源極依然接地；在第二編程階段，襯底和漏極之間的PN結(jié)迅速地由正偏變成反偏， 則在漏結(jié)形成了較寬的耗盡區(qū)；與此同時(shí)第一編程階段在襯底收集的電子在電場(chǎng)作用下漂移到漏結(jié)的耗盡區(qū)并與晶格發(fā)生碰撞電離產(chǎn)生大量的電子-空穴對(duì)；一部分產(chǎn)生的電子獲得足夠的能量后越過(guò)Si/SiA的勢(shì)壘注入到漏結(jié)上方的存儲(chǔ)層中；PASHEI編程操作能使注入到存儲(chǔ)層中的電子僅在漏結(jié)上方局部分布，使存儲(chǔ)單元左或右存儲(chǔ)位的閾值電壓局部增大。
全文摘要
局部俘獲型快閃存儲(chǔ)器的多值/多位存儲(chǔ)單元操作方法，對(duì)4位比特多值/多位存儲(chǔ)單元的編程和擦除對(duì)于存儲(chǔ)單元左右物理存儲(chǔ)位存儲(chǔ)相同比特情況，先將存儲(chǔ)單元置于擦除狀態(tài)，則存儲(chǔ)單元左右存儲(chǔ)位同時(shí)實(shí)現(xiàn)“11”狀態(tài)存儲(chǔ)；若存儲(chǔ)單元左右存儲(chǔ)位同時(shí)實(shí)現(xiàn)“10”狀態(tài)存儲(chǔ)，則將處于擦除狀態(tài)的單元均勻地編程到低位閾值電壓編程狀態(tài)；若存儲(chǔ)單元左右存儲(chǔ)位同時(shí)實(shí)現(xiàn)“01”狀態(tài)存儲(chǔ)，即次高位閾值電壓編程狀態(tài)，則將處于擦除狀態(tài)的單元均勻編程到次高位閾值電壓編程狀態(tài)；若存儲(chǔ)單元左右存儲(chǔ)位同時(shí)實(shí)現(xiàn)“00”狀態(tài)存儲(chǔ)，則將處于擦除狀態(tài)的單元均勻編程到最高位閾值電壓編程狀態(tài)；以上三種編程狀態(tài)存儲(chǔ)單元進(jìn)行擦除作時(shí)使用均勻擦除操作方式。
文檔編號(hào)G11C16/14GK102436849SQ20111039357
公開(kāi)日2012年5月2日 申請(qǐng)日期2011年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月2日
發(fā)明者吳春波, 徐躍, 濮林, 紀(jì)小麗, 閆鋒 申請(qǐng)人:南京大學(xué)