數(shù)據(jù)儲(chǔ)存設(shè)備及驅(qū)動(dòng)其的方法
【專(zhuān)利摘要】提供一種包括非易失性存儲(chǔ)器件的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存設(shè)備以及驅(qū)動(dòng)其的方法。非易失性存儲(chǔ)器件可包括：存儲(chǔ)單元陣列，包括多個(gè)存儲(chǔ)單元；及控制電路。多個(gè)存儲(chǔ)單元中的每個(gè)包括溝道層、設(shè)置在溝道層之上的電荷捕獲層及設(shè)置在電荷捕獲層之上的控制電極，電荷捕獲層由存儲(chǔ)單元陣列中的多個(gè)存儲(chǔ)單元共享。電荷捕獲層可以包括：編程區(qū)，分別設(shè)置在多個(gè)存儲(chǔ)單元的控制電極之下；及電荷擴(kuò)散阻擋區(qū)，每個(gè)電荷擴(kuò)散阻擋區(qū)設(shè)置在編程區(qū)中的兩個(gè)相鄰編程區(qū)之間及控制電極中的兩個(gè)相鄰控制電極之間。此外，控制電路可被配置為控制存儲(chǔ)單元陣列，使得通過(guò)用具有與儲(chǔ)存在編程區(qū)中的編程電荷的極性相同的極性的電荷對(duì)電荷擴(kuò)散阻擋區(qū)充電來(lái)在電荷擴(kuò)散阻擋區(qū)中產(chǎn)生勢(shì)壘。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
數(shù)據(jù)儲(chǔ)存設(shè)備及驅(qū)動(dòng)其的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本公開(kāi)涉及半導(dǎo)體存儲(chǔ)技術(shù)，更具體地，涉及一種包括非易失性存儲(chǔ)器件的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存設(shè)備和驅(qū)動(dòng)其的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近來(lái)，隨著對(duì)諸如數(shù)字相機(jī)、MP3播放器、個(gè)人數(shù)字助理(PDA)、智能電話等的便攜式數(shù)字應(yīng)用設(shè)備的需求增加，非易失性存儲(chǔ)器件市場(chǎng)快速增長(zhǎng)。非易失性存儲(chǔ)器件的示例包括只讀存儲(chǔ)器(ROM)、可編程ROM(PROM)、可擦除ROM(EROM)、電EPROM(EEPROM)以及快閃存儲(chǔ)器件。在非易失性存儲(chǔ)器件之中，快閃存儲(chǔ)器件(例如，NAND快閃存儲(chǔ)器件)是最流行的非易失性存儲(chǔ)器件中的一種，其使數(shù)字應(yīng)用設(shè)備的小型化和高性能成為可能。
[0003]在快閃存儲(chǔ)器件之中的電荷捕獲型快閃存儲(chǔ)器件中，通過(guò)經(jīng)由將電子隧穿至存儲(chǔ)單元中的電荷捕獲層或?qū)㈦娮幼⑷胫链鎯?chǔ)單元中的電荷捕獲層來(lái)將電荷提供至電荷捕獲層中或從電荷捕獲層移除電荷，從而編程數(shù)據(jù)或擦除數(shù)據(jù)。如果儲(chǔ)存在被編程存儲(chǔ)單元中的電荷隨時(shí)間流逝而逐漸丟失，則當(dāng)被編程單元的閾值電壓減小到小于預(yù)定值時(shí)，被編程存儲(chǔ)單元可以被確定為不儲(chǔ)存數(shù)據(jù)的被擦除單元。結(jié)果，可能發(fā)生數(shù)據(jù)讀取失敗。因此，為確保電荷捕獲型快閃存儲(chǔ)器件的可靠性，需要實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的數(shù)據(jù)保持能力，以用于在沒(méi)有將額外偏置施加至被編程存儲(chǔ)單元的情況下保持被編程單元中儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)。
[0004]近來(lái)，隨著對(duì)非易失性存儲(chǔ)器件的更高集成度和更大容量的強(qiáng)烈需求，存儲(chǔ)單元被持續(xù)縮小，以及對(duì)多電平存儲(chǔ)器件的需求也增大。為了這樣縮小存儲(chǔ)單元并實(shí)施多電平存儲(chǔ)器件，需要減小由以下原因?qū)е碌臄?shù)據(jù)保持特性的退化:因存儲(chǔ)單元的電荷捕獲層中捕獲的電荷朝向與該存儲(chǔ)單元相鄰的存儲(chǔ)單元的擴(kuò)散而導(dǎo)致的該存儲(chǔ)單元的閾值電壓的變化。此外，如果捕獲的電荷被在非易失性存儲(chǔ)器件操作時(shí)引起的溫度升高熱刺激，則可以加速捕獲的電荷的擴(kuò)散。因此，需要確保捕獲的電荷對(duì)熱刺激的耐久性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本公開(kāi)的實(shí)施例針對(duì)具有改善的數(shù)據(jù)保持特性和改善的可靠性的非易失性存儲(chǔ)器件，從而提供高集成度、高容量和多電平編程。
[0006]本公開(kāi)的實(shí)施例還針對(duì)驅(qū)動(dòng)具有上述特性的非易失性存儲(chǔ)器件的方法。
[0007]根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一方面，提供一種非易失性存儲(chǔ)器件，該非易失性存儲(chǔ)器件包括:存儲(chǔ)單元陣列，包括多個(gè)存儲(chǔ)單元；以及控制電路。多個(gè)存儲(chǔ)單元中的每個(gè)可以包括溝道層、設(shè)置在溝道層之上的電荷捕獲層以及設(shè)置在電荷捕獲層之上的控制電極，電荷捕獲層由存儲(chǔ)單元陣列中的多個(gè)存儲(chǔ)單元共享。電荷捕獲層可以包括:編程區(qū)，分別設(shè)置在多個(gè)存儲(chǔ)單元的控制電極之下；以及電荷擴(kuò)散阻擋區(qū)，每個(gè)電荷擴(kuò)散阻擋區(qū)設(shè)置在編程中的兩個(gè)相鄰編程區(qū)之間以及控制電極中的兩個(gè)相鄰控制電極之間。控制電路可以被配置為控制存儲(chǔ)單元陣列，使得通過(guò)用具有與儲(chǔ)存在編程區(qū)中的編程電荷的極性相同的極性的電荷對(duì)電荷擴(kuò)散阻擋區(qū)充電來(lái)在電荷擴(kuò)散阻擋區(qū)中產(chǎn)生勢(shì)皇。
[0008]存儲(chǔ)單元陣列可以包括多個(gè)存儲(chǔ)串，每個(gè)存儲(chǔ)串包括彼此串聯(lián)連接的多個(gè)存儲(chǔ)單元。溝道層通過(guò)沿垂直于襯底的主表面的方向延伸的半導(dǎo)體柱體來(lái)提供，第一絕緣層、電荷捕獲層以及第二絕緣層順序地設(shè)置在半導(dǎo)體柱體的側(cè)壁上，以及存儲(chǔ)單元陣列可以是三維存儲(chǔ)單元陣列。
[0009]第一絕緣層可以是隧穿絕緣層，以及第二絕緣層可以是阻擋絕緣層?？刂齐娐房梢詧?zhí)行預(yù)編程操作，用于通過(guò)同時(shí)將編程電壓施加至多個(gè)存儲(chǔ)單元的控制電極來(lái)用具有相同極性的電荷對(duì)電荷捕獲層的編程區(qū)和電荷擴(kuò)散阻擋區(qū)充電。可以通過(guò)使用邊緣電場(chǎng)對(duì)電荷捕獲層的電荷擴(kuò)散阻擋區(qū)充電來(lái)執(zhí)行預(yù)編程操作?？梢葬槍?duì)存儲(chǔ)單元陣列中的兩個(gè)或更多個(gè)頁(yè)、一個(gè)或更多個(gè)串或者一個(gè)或更多個(gè)塊來(lái)執(zhí)行預(yù)編程操作，或者可以針對(duì)整個(gè)存儲(chǔ)單元陣列來(lái)執(zhí)行預(yù)編程操作。
[0010]可以通過(guò)電荷載流子從溝道層的注入、電荷載流子從溝道層的源極或漏極的福勒-諾得海姆隧穿、或者電荷載流子從溝道層的福勒-諾得海姆隧穿來(lái)對(duì)電荷擴(kuò)散阻擋區(qū)充電?？刂齐娐房梢詫?duì)多個(gè)存儲(chǔ)單元執(zhí)行擦除操作以保持勢(shì)皇。為此，電荷擴(kuò)散阻擋區(qū)的寬度可以大于編程區(qū)的寬度。
[0011 ]控制電路執(zhí)行兩步擦除操作，兩步擦除操作可以包括:第一擦除步驟，用于擦除來(lái)自多個(gè)存儲(chǔ)單元之中的偶數(shù)編號(hào)的存儲(chǔ)單元的數(shù)據(jù)；以及第二擦除步驟，用于擦除來(lái)自多個(gè)存儲(chǔ)單元之中的奇數(shù)編號(hào)的存儲(chǔ)單元的數(shù)據(jù)，第二擦除步驟在時(shí)間上與第一擦除步驟分開(kāi)執(zhí)行。根據(jù)實(shí)施例，如果兩步擦除操作被執(zhí)行若干次，則每次執(zhí)行兩步擦除操作時(shí)可以改變執(zhí)行第一擦除步驟和第二擦除步驟的次序。
[0012]在執(zhí)行兩步擦除操作之前，控制電路可以執(zhí)行預(yù)編程操作，用于通過(guò)將編程電壓同時(shí)施加至多個(gè)存儲(chǔ)單元的控制電極來(lái)用具有相同極性的電荷對(duì)電荷捕獲層的編程區(qū)和電荷擴(kuò)散阻擋區(qū)充電。在此情況下，當(dāng)兩步擦除操作被執(zhí)行若干次時(shí)，在每次執(zhí)行兩步擦除操作之前，可以執(zhí)行預(yù)編程操作。根據(jù)另一實(shí)施例，非易失性存儲(chǔ)器件可以包括用于計(jì)數(shù)兩步擦除操作被執(zhí)行的次數(shù)的計(jì)數(shù)器。控制電路可以從計(jì)數(shù)器接收關(guān)于兩步擦除操作被執(zhí)行的次數(shù)的信息，以及當(dāng)兩步擦除操作被重復(fù)特定次數(shù)時(shí)，在兩步擦除操作被執(zhí)行特定次數(shù)之前執(zhí)行預(yù)編程操作。
[0013]在根據(jù)擦除后編程(PAE)方案來(lái)對(duì)一個(gè)或更多個(gè)選中存儲(chǔ)單元編程的情況下，在對(duì)選中存儲(chǔ)單元執(zhí)行編程操作之前執(zhí)行預(yù)編程操作和跟隨預(yù)編程操作的兩步擦除操作，以及如果數(shù)據(jù)被從包括多個(gè)存儲(chǔ)單元中的一些、一個(gè)或更多個(gè)串、一個(gè)或更多個(gè)頁(yè)或者一個(gè)或更多個(gè)塊的預(yù)定區(qū)域擦除，則針對(duì)預(yù)定區(qū)域執(zhí)行預(yù)編程操作和兩步擦除操作。
[0014]根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一方面，提供一種驅(qū)動(dòng)非易失性存儲(chǔ)器件的方法。該方法可以包括:第一擦除步驟，用于擦除多個(gè)存儲(chǔ)單元之中的偶數(shù)編號(hào)的存儲(chǔ)單元的數(shù)據(jù)；以及第二擦除步驟，用于擦除來(lái)自多個(gè)存儲(chǔ)單元之中的奇數(shù)編號(hào)的存儲(chǔ)單元的數(shù)據(jù)，第二擦除步驟在時(shí)間上與第一擦除步驟分開(kāi)執(zhí)行。多個(gè)存儲(chǔ)單元可以共享電荷捕獲層。電荷捕獲層包括編程區(qū)以及電荷擴(kuò)散阻擋區(qū)，編程區(qū)分別分配至多個(gè)存儲(chǔ)單元，每個(gè)電荷擴(kuò)散阻擋區(qū)設(shè)置在編程區(qū)中的兩個(gè)相鄰編程區(qū)之間。
[0015]根據(jù)實(shí)施例，多個(gè)存儲(chǔ)單元被包括在存儲(chǔ)串中。如果兩步擦除操作被執(zhí)行若干次，則每次執(zhí)行兩步擦除操作時(shí)可以改變執(zhí)行第一擦除步驟和第二擦除步驟的順序。
[0016]根據(jù)實(shí)施例，該方法還可以包括在兩步擦除操作之前對(duì)多個(gè)存儲(chǔ)單元執(zhí)行預(yù)編程操作，執(zhí)行預(yù)編程操作以用具有與儲(chǔ)存在編程區(qū)中的編程電荷的極性相同的極性的電荷來(lái)對(duì)電荷擴(kuò)散阻擋區(qū)充電。根據(jù)實(shí)施例，在預(yù)編程操作中，可以通過(guò)將編程電壓同時(shí)施加至多個(gè)存儲(chǔ)單元的控制電極來(lái)用具有相同極性的電荷對(duì)電荷捕獲層的編程區(qū)和電荷擴(kuò)散阻擋區(qū)同時(shí)充電。此外，可以對(duì)包括多個(gè)存儲(chǔ)單元的存儲(chǔ)單元陣列的至少兩個(gè)頁(yè)、一個(gè)或更多個(gè)串或者一個(gè)或更多個(gè)塊執(zhí)行預(yù)編程操作，或者可以對(duì)整個(gè)存儲(chǔ)單元陣列執(zhí)行預(yù)編程操作。
[0017]根據(jù)實(shí)施例，當(dāng)兩步擦除操作被執(zhí)行若干次時(shí)，可以在每次執(zhí)行兩步擦除操作之前執(zhí)行預(yù)編程操作。根據(jù)另一實(shí)施例，每當(dāng)兩步擦除操作被重復(fù)特定次數(shù)時(shí)，可以執(zhí)行預(yù)編程操作一次。
[0018]根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一方面，提供一種驅(qū)動(dòng)非易失性存儲(chǔ)器件的方法。該方法可以對(duì)多個(gè)存儲(chǔ)單元執(zhí)行預(yù)編程操作，以用具有與儲(chǔ)存在編程區(qū)中的編程電荷的極性相同的極性的電荷來(lái)對(duì)電荷擴(kuò)散阻擋區(qū)充電。多個(gè)存儲(chǔ)單元可以共享電荷捕獲層，以及電荷捕獲層包括編程區(qū)和電荷擴(kuò)散阻擋區(qū)，編程區(qū)分別分配至多個(gè)存儲(chǔ)單元，每個(gè)電荷擴(kuò)散阻擋區(qū)設(shè)置在編程區(qū)中的兩個(gè)相鄰編程區(qū)之間?？梢詫?duì)包括多個(gè)存儲(chǔ)單元的存儲(chǔ)單元陣列的至少兩個(gè)頁(yè)、一個(gè)或更多個(gè)串或者一個(gè)或更多個(gè)塊執(zhí)行預(yù)編程操作，或者可以對(duì)整個(gè)存儲(chǔ)單元陣列執(zhí)行預(yù)編程操作。
[0019]根據(jù)實(shí)施例，可以在預(yù)編程操作之后執(zhí)行兩步擦除操作。兩步擦除操作可以包括:第一擦除步驟，用于擦除來(lái)自多個(gè)存儲(chǔ)單元之中的具有偶數(shù)編號(hào)次序或奇數(shù)編號(hào)次序中的一者的存儲(chǔ)單元；以及第二擦除步驟，用于擦除來(lái)自多個(gè)存儲(chǔ)單元之中的具有偶數(shù)編號(hào)次序或奇數(shù)編號(hào)次序中的另一者的存儲(chǔ)單元。
[0020]當(dāng)兩步擦除操作被執(zhí)行若干次時(shí)，可以在每次執(zhí)行兩步擦除操作之前執(zhí)行預(yù)編程操作。根據(jù)另一實(shí)施例，每當(dāng)兩步擦除操作被重復(fù)特定次數(shù)時(shí)，可以執(zhí)行預(yù)編程操作一次。此外，在通過(guò)使用擦除后編程(PAE)方案來(lái)對(duì)選中的一個(gè)或更多個(gè)存儲(chǔ)單元編程的情況下，可以在對(duì)選中存儲(chǔ)單元執(zhí)行編程操作之前執(zhí)行預(yù)編程操作和兩步擦除操作，以及如果數(shù)據(jù)被從包括多個(gè)存儲(chǔ)單元中的一些、一個(gè)或更多個(gè)串、一個(gè)或更多個(gè)頁(yè)或者一個(gè)或更多個(gè)塊的預(yù)定區(qū)域擦除，則可以針對(duì)預(yù)定區(qū)域執(zhí)行預(yù)編程操作和兩步擦除操作。
【附圖說(shuō)明】
[0021]在下文，將參照附圖來(lái)更詳細(xì)地描述本公開(kāi)的實(shí)施例。
[0022]圖1是根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例的非易失性存儲(chǔ)器件的框圖；
[0023]圖2是根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例的非易失性存儲(chǔ)器件的剖視圖；
[0024]圖3A是示出根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例的存儲(chǔ)單元的編程狀態(tài)的剖視圖；
[0025]圖3B是示出根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例的存儲(chǔ)單元的擦除狀態(tài)的剖視圖；
[0026]圖4A和圖4B是示出根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例的驅(qū)動(dòng)根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的非易失性存儲(chǔ)器件的方法的剖視圖；
[0027]圖4C是示出圖4A和圖4B的方法的流程圖；
[0028]圖5A和圖5B是分別示出第一擦除步驟和第二擦除步驟的電壓信號(hào)的視圖；
[0029]圖6A是示出根據(jù)另一實(shí)施例的驅(qū)動(dòng)非易失存儲(chǔ)器的方法的流程圖；
[0030]圖6B是示出預(yù)編程操作的剖視圖；
[0031]圖7A是根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例的具有垂直型溝道的三維非易失性存儲(chǔ)器件的透視圖；
[0032]圖7B是圖7A的三維非易失性存儲(chǔ)器件的電路圖；
[0033]圖7C是沿圖7A的線b-b’截取的圖7A的三維非易失性存儲(chǔ)器件的存儲(chǔ)串的剖視圖；
[0034]圖8是根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例的垂直層疊的三維非易失性存儲(chǔ)器件的電路圖；
[0035]圖9是示出根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例的包括非易失性存儲(chǔ)器件的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存設(shè)備的數(shù)據(jù)保持特性的評(píng)估結(jié)果的圖表；
[0036]圖10是示出根據(jù)實(shí)施例的存儲(chǔ)系統(tǒng)的框圖；
[0037]圖11是示出根據(jù)實(shí)施例的包括SSD的儲(chǔ)存設(shè)備的框圖；
[0038]圖12是示出根據(jù)另一實(shí)施例的存儲(chǔ)系統(tǒng)的框圖；
[0039]圖13是示出根據(jù)另一實(shí)施例的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存設(shè)備的框圖；
[0040]圖14是示出根據(jù)實(shí)施例的計(jì)算系統(tǒng)的框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0041]現(xiàn)在將參照附圖來(lái)更充分地描述本公開(kāi)的實(shí)施例。然而，本公開(kāi)可以以許多不同的形式來(lái)實(shí)施，并且不應(yīng)該被解釋為局限于本文中所闡述的實(shí)施例;更確切地說(shuō)，這些實(shí)施例被提供使得本公開(kāi)將是徹底和完整的，且這些實(shí)施例將把本發(fā)明的構(gòu)思充分地傳達(dá)給本領(lǐng)域技術(shù)人員。
[0042]相同的標(biāo)記始終指代相同的元件。如本文所使用的，術(shù)語(yǔ)“和/或”包括一個(gè)或更多個(gè)相關(guān)所列項(xiàng)的任何組合和所有組合。
[0043]本文所使用的術(shù)語(yǔ)僅是出于描述特定實(shí)施例的目的，并不意在限制本發(fā)明。如本文所使用的，除非上下文另外清楚地指示，否則單數(shù)形式“所述”也意在包括復(fù)數(shù)形式。還將理解的是，當(dāng)在本說(shuō)明書(shū)中使用時(shí)，術(shù)語(yǔ)“包括”和/或“包含”說(shuō)明存在所陳述的特征、整體、步驟、操作、元件和/或組件，但不排除存在或增加一個(gè)或更多個(gè)其他特征、整體、步驟、操作、元件、組件和/或其組。
[0044]將理解的是，當(dāng)元件或?qū)颖环Q為“在”另一個(gè)元件或?qū)印吧稀睍r(shí)，該元件或?qū)涌梢灾苯釉谒隽硪辉驅(qū)由?，或者在中間元件或?qū)由?。相反，?dāng)元件被稱為“直接在”另一元件或?qū)印吧稀睍r(shí)，不存在中間元件或?qū)?。此外，“與”另一形狀“相鄰”的結(jié)構(gòu)和形狀可以與相鄰的形狀交疊，或者布置在相鄰的形狀之下。
[0045]包括“在…之下”、“在…之上”、“上”、“下”、“水平的”和“垂直的”的關(guān)系術(shù)語(yǔ)可以用于描述元件、層或區(qū)與另一元件、另一層或另一區(qū)之間的如附圖中所示的關(guān)系。應(yīng)當(dāng)理解的是，術(shù)語(yǔ)不局限于附圖中所示的方位。
[0046]圖1是根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例的非易失性存儲(chǔ)器件100的框圖。
[0047]參照?qǐng)D1，非易失性存儲(chǔ)器件100可以包括存儲(chǔ)單元陣列110、行解碼器120、讀取/
編程電路130以及列解碼器140。存儲(chǔ)單元陣列110可以經(jīng)由多個(gè)字線WLl、WL2.....WLn-1和
WLn以及選擇線SSL和GSL來(lái)連接至行解碼器120，n是正整數(shù)。存儲(chǔ)單元陣列110可以經(jīng)由多個(gè)位線BL1、BL2.....BLm來(lái)連接至讀取/編程電路130，m是正整數(shù)。
[0048]如果非易失性存儲(chǔ)器100是NAND快閃存儲(chǔ)器件，則存儲(chǔ)單元陣列110可以包括多個(gè)存儲(chǔ)串STR，其中，每個(gè)存儲(chǔ)串STR包括彼此串聯(lián)連接的多個(gè)存儲(chǔ)單元MCi 1、MCi 2.....MCin-
1和MCin，i在I至m的范圍。包括在存儲(chǔ)單元陣列110中的多個(gè)存儲(chǔ)單元MCl I至MCmn是電荷捕獲型非易失性存儲(chǔ)單元，每個(gè)存儲(chǔ)單元包括電荷捕獲層作為存儲(chǔ)元件。電荷捕獲層可以通過(guò)單個(gè)存儲(chǔ)串內(nèi)的多個(gè)存儲(chǔ)單元(例如，MCll、MC12.....MCln-1和MCln)來(lái)擴(kuò)展，以及可以由多個(gè)存儲(chǔ)單元MC11、MC12.....MCln-1和MCln共享。在另一個(gè)實(shí)施例中，電荷捕獲層可以是由彼此相鄰的存儲(chǔ)串共享或由存儲(chǔ)塊內(nèi)的所有存儲(chǔ)串共享的單個(gè)層。電荷捕獲層包括分別布置在相應(yīng)存儲(chǔ)單元的控制電極之下的編程區(qū)和電荷擴(kuò)散阻擋區(qū)，每個(gè)電荷擴(kuò)散阻擋區(qū)設(shè)置在兩個(gè)相鄰的編程區(qū)之間。存儲(chǔ)單元陣列110可以包括多個(gè)存儲(chǔ)塊，每個(gè)存儲(chǔ)塊可以包括多個(gè)頁(yè)和多個(gè)串。
[0049]耦接至選擇線SSL的串選擇晶體管SST可以連接至存儲(chǔ)串STR的一端，而耦接至選擇線GSL的接地選擇晶體GST可以連接至存儲(chǔ)串STR的另一端。術(shù)語(yǔ)“串選擇晶體管”和“接地選擇晶體管”可以在本文中可交換地使用。類(lèi)似地，術(shù)語(yǔ)“串選擇線”和“接地選擇線”可以在本文中可交換地使用。因此，本發(fā)明不應(yīng)當(dāng)受術(shù)語(yǔ)的限制。
[0050]公共源極線CSL可以連接至接地選擇晶體管GST的一端，接地選擇晶體管GST另一端分別耦接至存儲(chǔ)單元陣列110中的多個(gè)存儲(chǔ)串STR的另一端。字線WL1、WL2.....WLn-1和
WLn可以分別連接至控制電極，例如，針對(duì)圖1的定向而沿y軸方向以列布置的存儲(chǔ)單元
MCil、MCi2.....MCin-1和MCin的控制柵極。位線BLl、BL2.....BLm-1和BLm可以分別連接至串選擇晶體管SST的一端，串選擇晶體管SST的另一端分別耦接至存儲(chǔ)單元陣列110中的多個(gè)存儲(chǔ)串STR的一端。
[0051]針對(duì)圖1的定向而沿X軸方向以行布置且連接至對(duì)應(yīng)字線WLj的存儲(chǔ)單元MClj、MC2j、...、MCmj構(gòu)成邏輯頁(yè)，j在I至η的范圍中?？梢曰诖鎯?chǔ)單元的儲(chǔ)存能力來(lái)確定每字線WLl、WL2.....WLn-1和WLn的頁(yè)的數(shù)量。例如，根據(jù)存儲(chǔ)單元的儲(chǔ)存水平，可以提供每存儲(chǔ)單元儲(chǔ)存I位數(shù)據(jù)的單電平單元(SLC)存儲(chǔ)器、每存儲(chǔ)單元儲(chǔ)存2位數(shù)據(jù)的4LC存儲(chǔ)器、每存儲(chǔ)單元儲(chǔ)存3位數(shù)據(jù)的8LC存儲(chǔ)器以及每存儲(chǔ)單元儲(chǔ)存4位數(shù)據(jù)的16LC存儲(chǔ)器。多個(gè)存儲(chǔ)單元MCll至MCmn可以被二維地布置在用于形成存儲(chǔ)單元陣列110的半導(dǎo)體襯底的主表面上，或者可以被布置為具有包括垂直于半導(dǎo)體襯底的主表面設(shè)置的垂直溝道層的三維結(jié)構(gòu)。
[0052 ]構(gòu)成頁(yè)的存儲(chǔ)單元MCI j、MC2 j.....MCmj可以在同一編程周期中編程。例如，連接至字線WLl的存儲(chǔ)單元MCll、MC21、...、和MCml可以在同一編程周期中被編程至相同的編程狀態(tài)(或目標(biāo)值)或不同的編程狀態(tài)。在實(shí)施例中，在單個(gè)編程周期中，第一存儲(chǔ)單元MCll可以被編程至第一編程狀態(tài)Pl，第二存儲(chǔ)單元MC21可以被編程至第二編程狀態(tài)P2，其他存儲(chǔ)單元MC31和MCml可以被編程至第三編程狀態(tài)P3。然而，實(shí)施例不局限于此。在實(shí)施例中，在具有交錯(cuò)構(gòu)架的單電平單元(SLC)器件的情況下，偶數(shù)編號(hào)的單元和奇數(shù)編號(hào)的單元可以分別構(gòu)成兩個(gè)不同的頁(yè)。偶數(shù)編號(hào)的單元對(duì)應(yīng)于偶數(shù)編號(hào)的位線，奇數(shù)編號(hào)的單元對(duì)應(yīng)于奇數(shù)編號(hào)的位線。在本文中，偶數(shù)編號(hào)的單元可以可交換地稱為具有偶數(shù)編號(hào)次序(turn)的存儲(chǔ)單元，奇數(shù)據(jù)編號(hào)的單元也可以可交換地稱為具有奇數(shù)編號(hào)次序的存儲(chǔ)單元。此外，在每個(gè)存儲(chǔ)單元儲(chǔ)存2位或更多位數(shù)據(jù)的MLC器件的情況下，由于每個(gè)單元儲(chǔ)存一個(gè)最低有效位(LSB)和一個(gè)最高有效位(MSB)，所以MLC器件可以具有由偶數(shù)編號(hào)的單元和奇數(shù)編號(hào)的單元構(gòu)成的四個(gè)頁(yè)。例如，在此情況下，MLC器件可以提供在偶數(shù)編號(hào)的單元上的MSB頁(yè)和LSB頁(yè)以及在奇數(shù)編號(hào)的單元上的MSB頁(yè)和LSB頁(yè)。
[0053 ] 行解碼器120可以選擇選中存儲(chǔ)塊的字線中的任何一個(gè)。行解碼器120可以將字線電壓(例如，由電壓發(fā)生器(未不出)提供的Vpgm或Vvfy)施加至選中存儲(chǔ)塊的選中字線。例如，在編程操作期間，行解碼器120可以將編程電壓Vm1施加至選中字線，以及將通過(guò)電壓Vpass施加至未選中字線。
[0054]存儲(chǔ)單元陣列110可以經(jīng)由列解碼器140通過(guò)位線BLl、BL2、BL3、…、和BLm來(lái)尋址。讀取/編程電路130經(jīng)由列解碼器140可以接收從外部傳輸來(lái)的數(shù)據(jù)，或者可以將從存儲(chǔ)單元陣列110讀出的數(shù)據(jù)傳輸至外部。
[0055]讀取/編程電路130可以包括頁(yè)緩沖器130_CS，以及可以根據(jù)操作模式作為檢測(cè)放大器或編程驅(qū)動(dòng)器來(lái)操作。在本文，“讀取/編程電路”和“頁(yè)緩沖器”可以用作等價(jià)術(shù)語(yǔ)，以及應(yīng)被理解為相互一致的術(shù)語(yǔ)。在編程操作期間，讀取/編程電路130從外部設(shè)備接收數(shù)據(jù)，以及將與數(shù)據(jù)相對(duì)應(yīng)的位線電壓傳輸至存儲(chǔ)單元陣列110的位線。在讀取操作期間，讀取/編程電路130可以經(jīng)由選中位線來(lái)讀出儲(chǔ)存在選中存儲(chǔ)單元中的數(shù)據(jù)，鎖存讀出的數(shù)據(jù)，以及將鎖存的數(shù)據(jù)輸出至外部設(shè)備。
[0056]讀取/編程電路130可以響應(yīng)于由控制電路170提供的傳輸信號(hào)來(lái)對(duì)被編程存儲(chǔ)單元執(zhí)行與編程操作相關(guān)的驗(yàn)證操作，然后響應(yīng)于傳輸信號(hào)可以將驗(yàn)證操作的結(jié)果輸出作為頁(yè)緩沖器信號(hào)，這樣進(jìn)行若干次。在驗(yàn)證操作期間，行解碼器120可以將驗(yàn)證電壓Vvfy施加至選中字線。在實(shí)施例中，可以基于使用位線寄生電容器的電荷積分(charge integrat1n)來(lái)執(zhí)行讀取/編程電路130的讀取操作?？梢允褂秒娏鞲袦y(cè)電路來(lái)執(zhí)行電荷積分以檢測(cè)選中存儲(chǔ)單元的編程狀態(tài)。
[0057]每當(dāng)編程循環(huán)計(jì)數(shù)增加時(shí)，通過(guò)/失敗驗(yàn)證電路150驗(yàn)證選中存儲(chǔ)單元是否已經(jīng)達(dá)到期望電平。如果選中存儲(chǔ)單元具有期望的閾值電壓(即，目標(biāo)電壓)，則其被確定為“編程通過(guò)”，因此終止對(duì)選中存儲(chǔ)單元的編程操作和驗(yàn)證操作。另一方面，如果選中存儲(chǔ)單元不具有期望的閾值電壓，則其被確定為“編程失敗”，因此，通過(guò)/失敗驗(yàn)證電路150可以產(chǎn)生預(yù)定信號(hào)，諸如計(jì)數(shù)信號(hào)。即，通過(guò)/失敗驗(yàn)證電路150可以判斷編程操作是否成功，然后將判斷的結(jié)果傳輸至控制電路170。
[0058]非易失性存儲(chǔ)器件100還可以包括計(jì)數(shù)器160。計(jì)數(shù)器160計(jì)數(shù)對(duì)存儲(chǔ)單元執(zhí)行擦除操作的次數(shù)。在實(shí)施例中，控制電路170可以在擦除操作之前執(zhí)行預(yù)編程操作。在實(shí)施例中，如果執(zhí)行擦除操作若干次，則控制電路170可以從計(jì)數(shù)器160接收?qǐng)?zhí)行擦除操作的次數(shù)。當(dāng)擦除操作被執(zhí)行特定次數(shù)時(shí)，控制電路170可以執(zhí)行預(yù)編程操作。擦除操作可以是對(duì)存儲(chǔ)單元(例如，存儲(chǔ)塊中的存儲(chǔ)單元)同時(shí)執(zhí)行的常規(guī)一次擦除操作或根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例的兩步擦除操作。將在下面描述兩步擦除操作。
[0059]響應(yīng)于命令CMD，控制電路170控制數(shù)據(jù)傳輸以及數(shù)據(jù)寫(xiě)入(或編程)操作/擦除操作/讀取操作的順序。出于此目的，控制電路170可以根據(jù)增量階躍脈沖編程(incrementalstep pulse program, ISPP)算法來(lái)控制行解碼器120、讀取/編程電路130、列解碼器140、通過(guò)/失敗驗(yàn)證電路150和計(jì)數(shù)器160，以執(zhí)行脈沖編程操作和驗(yàn)證操作。在數(shù)據(jù)寫(xiě)入操作/擦除操作/讀取操作的至少一個(gè)中，控制電路170可以執(zhí)行根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例的預(yù)編程操作和/或兩步擦除操作。在實(shí)施例中，在對(duì)選中存儲(chǔ)單元編程的情況下，可以根據(jù)擦除后編程(PAE)算法，在執(zhí)行預(yù)編程操作和隨后的兩步擦除操作之后或者在執(zhí)行兩步擦除操作之后對(duì)選中存儲(chǔ)單元執(zhí)行編程操作。在另一實(shí)施例中，如果存儲(chǔ)單元陣列的至少一部分(例如，一個(gè)或更多個(gè)單元、至少一個(gè)串、至少一個(gè)頁(yè)或者特定區(qū)域或塊)的數(shù)據(jù)通過(guò)使用本領(lǐng)域已知的擦除方法而被擦除，則可以對(duì)存儲(chǔ)單元陣列的數(shù)據(jù)被擦除的部分執(zhí)行預(yù)編程操作和隨后的兩步擦除操作。在另一實(shí)施例中，控制電路170可以對(duì)存儲(chǔ)單元執(zhí)行預(yù)編程操作和隨后的兩步擦除操作作為類(lèi)似于格式化或重置操作的初始化操作。
[0060]控制電路170可以查閱關(guān)于從通過(guò)/失敗驗(yàn)證電路150傳輸來(lái)的編程操作的結(jié)果的信息(例如，通過(guò)/失敗信息)，并且判斷是終止編程操作還是繼續(xù)編程操作。如果從通過(guò)/失敗驗(yàn)證電路150接收到編程失敗結(jié)果，則控制電路170控制產(chǎn)生編程電壓Vpgm和驗(yàn)證電壓Vvfy的電壓發(fā)生器(未示出)和讀取/編程電路130，來(lái)執(zhí)行編程操作的下一編程循環(huán)。如上所述，為了根據(jù)增加數(shù)量的編程循環(huán)來(lái)繼續(xù)編程操作，控制電路170可以接收關(guān)于已經(jīng)執(zhí)行多少編程循環(huán)的信息。另一方面，如果控制電路170接收到編程通過(guò)結(jié)果，則控制電路170終止對(duì)選中存儲(chǔ)單元的編程操作。
[0061]控制電路170可以執(zhí)行根據(jù)本公開(kāi)實(shí)施例的兩步擦除操作和/或預(yù)編程操作，以改善多個(gè)存儲(chǔ)單元的數(shù)據(jù)保持特性。兩步擦除操作是被設(shè)計(jì)為防止捕獲的電荷被去捕獲的擦除技術(shù)，捕獲的電荷是在電荷擴(kuò)散阻擋區(qū)中被捕獲且形成勢(shì)皇。預(yù)編程操作是用于故意對(duì)電荷擴(kuò)散阻擋區(qū)充電以與儲(chǔ)存在編程區(qū)中的編程電荷具有相同的極性的操作。預(yù)編程操作可以在兩步擦除操作之前被執(zhí)行。將參照?qǐng)D4A至圖5B來(lái)給出其詳細(xì)描述。
[0062]在各種設(shè)計(jì)中，控制電路170和存儲(chǔ)單元陣列110可以集成在單個(gè)芯片中，或者可以布置在不同的芯片中。例如，如在固態(tài)驅(qū)動(dòng)器(SSD)中，控制電路170可以被設(shè)置在閃存轉(zhuǎn)換層(FTL)處，閃存轉(zhuǎn)換層(FTL)被實(shí)施在與設(shè)置有存儲(chǔ)單元陣列110的芯片分離的芯片中。
[0063]此外，雖然圖1示出了上述的通過(guò)/失敗驗(yàn)證電路150和計(jì)數(shù)器160與控制電路170分離，但是實(shí)施例不局限于此。在實(shí)施例中，通過(guò)/失敗驗(yàn)證電路150和計(jì)數(shù)器160中的至少一個(gè)可以被集成在控制電路170中，或者被實(shí)施為控制電路170中的軟件或硬件。
[0064]圖2是根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例的非易失性存儲(chǔ)器件100’的剖視圖。
[0065]參照?qǐng)D2，非易失性存儲(chǔ)器100’包括水平地布置在襯底10上的多個(gè)存儲(chǔ)單元MC^MC2、MC3、…'MCV1和MCn。如果非易失性存儲(chǔ)器件100 ’是NAND快閃存儲(chǔ)器件，則多個(gè)存儲(chǔ)單元MC1、MC2、MC3、…、MCn-!和此?可以沿如圖2中所示的第一方向(例如，平行于襯底1的主表面的X軸方向)對(duì)齊。
[0066]每個(gè)存儲(chǔ)單元可以包括沿X軸方向延伸的溝道層CH、經(jīng)由第一絕緣層TI設(shè)置在溝道層CH之上的電荷捕獲層CT以及經(jīng)由第二絕緣層BI設(shè)置在電荷捕獲層CT之上的控制電極(或控制柵極)CG。
[0067]雖然圖2中未示出，但是在實(shí)施例中，用于形成多個(gè)存儲(chǔ)單元MC1 ,MC2、MC3、…,MCn-1和MCn的源/漏區(qū)的雜質(zhì)區(qū)可以形成在溝道層CH的在多個(gè)存儲(chǔ)單元MChMChMCs、...、MCn—jP
各個(gè)控制電極CG之間的部分中。
[0068]在另一實(shí)施例中，如圖2所示，雜質(zhì)結(jié)區(qū)可以不形成在溝道層CH中以提供無(wú)結(jié)或沒(méi)有結(jié)NAND結(jié)構(gòu)。在無(wú)結(jié)NAND結(jié)構(gòu)中，虛擬源/漏區(qū)可以通過(guò)控制電極的邊緣場(chǎng)形成為驅(qū)動(dòng)非易失性存儲(chǔ)器件100’。在又一實(shí)施例中，無(wú)結(jié)NAND結(jié)構(gòu)的導(dǎo)通電流還可以通過(guò)形成具有N+導(dǎo)電類(lèi)型的溝道層的無(wú)結(jié)NAND結(jié)構(gòu)來(lái)增大。在再一實(shí)施例中，可以提供P+導(dǎo)電類(lèi)型的溝道層，使得存儲(chǔ)單元晶體管以增強(qiáng)模式操作。
[0069]第一絕緣層TI可以包括電介質(zhì)材料，該電介質(zhì)材料適用于根據(jù)注入和提取機(jī)制來(lái)在溝道層CH與電荷捕獲層CT之間傳輸電子或空穴。第一絕緣層TI可以包含氧化硅(S12)。在另一實(shí)施例中，可以應(yīng)用不同的電介質(zhì)層或?qū)盈B結(jié)構(gòu)作為第一絕緣層TI，以防止由讀取/編程操作的重復(fù)循環(huán)所導(dǎo)致的第一絕緣層TI的退化，例如，在第一絕緣層TI中捕獲的電荷的密度的增大或第一絕緣層TI的絕緣擊穿。此外，可以選擇適用于帶工程隧道層疊(band-engineered tunnel stack)的電介質(zhì)層來(lái)實(shí)施第一絕緣層TI，帶工程隧道層疊被調(diào)節(jié)為改善擦除速度同時(shí)保持良好的數(shù)據(jù)保持特性。被調(diào)節(jié)的帶工程隧道層疊可以被配置為在擦除操作期間通過(guò)激活向電荷捕獲層CT的空穴注入來(lái)改善擦除速度，從而防止循環(huán)退化。在實(shí)施例中，第一絕緣層TI不僅可以延伸至多個(gè)存儲(chǔ)單元的下部，而且可以延伸至分別耦接至存儲(chǔ)串的端部的晶體管GST和SST，使得第一絕緣層TI用作晶體管GST和SST的柵極絕緣層G10
[0070]電荷捕獲層CT可以包括具有高自由捕獲密度的電介質(zhì)層。電荷捕獲層CT可以包括氮化硅層或能夠在其中捕獲電荷的另一電介質(zhì)層。電荷捕獲層CT延伸至相鄰存儲(chǔ)單元并且由例如多個(gè)存儲(chǔ)單元MC1、MC2、MC3、…、MCn—JPMCn共享。在一些實(shí)施例中，代替被個(gè)體化至每個(gè)存儲(chǔ)單元，電荷捕獲層CT可以用單個(gè)層以串、頁(yè)、塊或平面為單位來(lái)形成。
[0071]參照?qǐng)D2，電荷捕獲層CT可以包括編程區(qū)PA和電荷擴(kuò)散阻擋區(qū)BA。編程區(qū)PA分別布置在控制電極CG之下，并且分別分配給多個(gè)存儲(chǔ)單元MC1、MC2 ,MC3、…、MCn—JPMCn。電荷擴(kuò)散阻擋區(qū)BA分別布置在彼此相鄰的存儲(chǔ)單元之間或彼此相鄰的編程區(qū)PA之間。如圖2所示，編程區(qū)PA和電荷擴(kuò)散阻擋區(qū)BA可以沿X軸方向交替地布置。因此，每個(gè)編程區(qū)PA與電荷擴(kuò)散阻擋區(qū)BA中的對(duì)應(yīng)一個(gè)相鄰。
[0072]編程區(qū)PA是這樣的區(qū)域，S卩，在該區(qū)域處，隨著電荷基于在選中控制電極CG和溝道層CH之間誘導(dǎo)的電場(chǎng)的方向根據(jù)電荷的量子效應(yīng)(例如，福勒-諾得海姆隧穿機(jī)制)而被注入其中或被從其中放電，數(shù)據(jù)被編程或被擦除。不同的數(shù)據(jù)根據(jù)施加至編程區(qū)PA的電荷而基于各個(gè)存儲(chǔ)單元的閾值電壓Vth的變化而被記錄。
[0073]電荷擴(kuò)散阻擋區(qū)BA是這樣的區(qū)域，S卩，該區(qū)域用于防止儲(chǔ)存在編程區(qū)PA中的電荷沿電荷捕獲層CT朝向相鄰存儲(chǔ)單元擴(kuò)散，從而防止被編程存儲(chǔ)單元的閾值電壓Vth減小以及從而防止讀取錯(cuò)誤。為此，電荷擴(kuò)散阻擋區(qū)BA可以被充電以與儲(chǔ)存在用于儲(chǔ)存數(shù)據(jù)的編程區(qū)PA中的電荷具有相同的極性，從而對(duì)儲(chǔ)存在編程區(qū)PA中的編程電荷形成勢(shì)皇。
[0074]為了對(duì)電荷擴(kuò)散阻擋區(qū)BA充電以具有與儲(chǔ)存在編程區(qū)PA中的電荷相同的極性，如上參照?qǐng)D1描述的控制電路170可以將電荷注入至電荷擴(kuò)散阻擋區(qū)BA以及甚至在擦除操作期間保持電荷。將在下面參照?qǐng)D4A至圖5B給出其詳細(xì)描述。
[0075]第二絕緣層BI可以是用于防止在電荷捕獲層CT中捕獲的電荷漂移至控制電極CG的阻擋絕緣層。第二絕緣層BI可以包含氧化硅(S12)。然而，實(shí)施例不局限于此。為了改善與溝道層CH耦接的數(shù)據(jù)保持和電壓，第二絕緣層BI可以包含能夠增加膜厚度以及具有精細(xì)的等效氧化I旲厚度(EOT)的尚k材料。尚k材料可以包括氧化招(Al2Ο3)、氧化乾(Y2O3)、氣化娃(Si3N4)、氧化鉭(Ta205)、氧化鑭(La203)、氧化給(Hf02)或氧化鈦(Ti02)。
[0076]控制電極CG可以分別與布線結(jié)合以用于尋址例如圖1中所示的字線WLl、WL2.....和WLn。控制電極CG可以是多晶硅電極或金屬電極。各種變型可以應(yīng)用至用于儲(chǔ)存數(shù)據(jù)的包括第一絕緣層T1、電荷捕獲層CT、第二絕緣層BI和控制電極CG的層疊結(jié)構(gòu)以改善存儲(chǔ)單元的性能。在一些實(shí)施例中，各種層疊選擇(諸如硅-氧化物-氮化物-氧化物-硅(SONOS)、SANOS(使用Al2O3作為阻擋層的S0N0S)、MAN0S(使用金屬柵電極的SANOS替代)以及BEMAN0S(具有帶工程隧道的MANOS層疊))可以用于實(shí)施電荷捕獲存儲(chǔ)單元。然而，實(shí)施例不局限于此。在實(shí)施例中，多個(gè)水平溝道層疊在襯底上以提供具有三維溝道結(jié)構(gòu)的非易失性存儲(chǔ)器件。
[0077]圖3A是示出根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例的存儲(chǔ)單元的編程狀態(tài)的剖視圖，圖3B是示出存儲(chǔ)單元的擦除狀態(tài)的剖視圖。
[0078]參照?qǐng)D3A，根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例可以對(duì)從存儲(chǔ)單元之中選擇的存儲(chǔ)單元執(zhí)行編程操作。在圖3A中，從多個(gè)存儲(chǔ)單元之中順序地選擇存儲(chǔ)單元MC2m-jPMC2m+1并且對(duì)其編程。圖3A圖示在存儲(chǔ)單元MC^1已被編程之后，將編程電壓Vpgm施加至存儲(chǔ)單元MC2m+1的控制柵極CG以對(duì)存儲(chǔ)單元MC2m+1編程。附圖標(biāo)記ID指示層間電介質(zhì)。
[0079]在實(shí)施例中，關(guān)于存儲(chǔ)單元MC2m+1的編程操作可以由控制電路170根據(jù)增量階躍脈沖編程(ISPP)算法來(lái)執(zhí)行。當(dāng)編程電壓Vpgm被施加至存儲(chǔ)單元時(shí)，用ISPP編程對(duì)存儲(chǔ)單元編程。編程電壓Vm1可以是編程脈沖的形式，當(dāng)存儲(chǔ)單元MC2m+1的編程循環(huán)的次數(shù)(turn)增加時(shí)，編程脈沖的電壓電平逐步增大?？梢酝ㄟ^(guò)區(qū)分選中存儲(chǔ)單元與未選中存儲(chǔ)單元之間的電場(chǎng)強(qiáng)度(諸如自增壓或自增壓編程禁止)來(lái)執(zhí)行編程操作。然而，上述編程方案僅是示例，實(shí)施例不局限于此。
[0080]在實(shí)施例中，從大約15V至大約20V的編程電壓Vpgm可以施加至選中存儲(chǔ)單元MC2m+1以用于隧穿，而小于編程電壓Vpgm的通過(guò)電壓Vpass(例如，從大約8V至大約10V)可以施加至圖3A中的未選中存儲(chǔ)單元MC2m-2、MC2m—!、MC24PMC2m+2。參照?qǐng)D1和圖3來(lái)解釋選中存儲(chǔ)單元MC2m+1的編程操作，用于選擇串的串選擇晶體管SST的柵電極和要被編程的選中存儲(chǔ)單元的選中位線(例如，BLl)可以接地，而電壓Vdd可以施加至未選中位線。
[0081]之后，在施加編程脈沖之后可以執(zhí)行驗(yàn)證操作。通過(guò)判斷被編程存儲(chǔ)單元MC2m+1是否達(dá)到閾值電壓(其是目標(biāo)值)來(lái)執(zhí)行驗(yàn)證操作。為此，將驗(yàn)證電壓Vwy施加至與被編程存儲(chǔ)單元MC2m+1結(jié)合的字線(例如，WLl)，從而檢查被編程存儲(chǔ)單元MC2m+1的導(dǎo)通/截止(0N/0FF)狀態(tài)。在驗(yàn)證操作期間，頁(yè)緩沖器(圖1的130)可以通過(guò)感測(cè)耦接至選中存儲(chǔ)單元的位線的電壓電平來(lái)檢測(cè)選中存儲(chǔ)單元的導(dǎo)通/截止?fàn)顟B(tài)，以及選中存儲(chǔ)單元的檢測(cè)數(shù)據(jù)可以被提供給通過(guò)/失敗驗(yàn)證電路150。
[0082]驗(yàn)證電壓Vvfy可以比在讀取操作中使用的電壓高，以在NOR存儲(chǔ)單元和NAND存儲(chǔ)單元兩者中實(shí)現(xiàn)足夠的增益裕度和閾值電壓分布。在NOR存儲(chǔ)單元的情況下，在驗(yàn)證操作期間，可以執(zhí)行用于將NOR存儲(chǔ)單元的閾值電壓與參考存儲(chǔ)單元的閾值電壓進(jìn)行比較的操作。
[0083]如果確定被編程存儲(chǔ)單元MC2m+1的閾值電壓達(dá)到目標(biāo)電壓Vth，則對(duì)被編程存儲(chǔ)單元MC2m+1設(shè)置編程禁止，以及從后續(xù)的編程循環(huán)將被編程存儲(chǔ)單元MC2m+1排除在外。如果未達(dá)至IJ，則可以將具有比其先前值增大特定值A(chǔ)Vispp的電壓電平的編程電壓Vpcm施加至存儲(chǔ)單元MC2m+1，以及可以對(duì)存儲(chǔ)單元MC2m+1執(zhí)行下一編程循環(huán)。就此而言，在每個(gè)編程循環(huán)中具有比其先前值增大特定值A(chǔ)Vispp的電壓電平的編程電壓Vm1以及具有恒定電壓電平的驗(yàn)證電壓Vvfy將經(jīng)由選中字線WLl提供至存儲(chǔ)單元MC2m+1，直到被編程存儲(chǔ)單元MC2m+1的閾值電壓達(dá)到目標(biāo)電壓Vth。
[0084]如箭頭K所指示地從溝道層CH傳送來(lái)的編程電荷PC(例如，電子)在被編程存儲(chǔ)單元MC2m-JPMC2m+1的編程區(qū)PA中被捕獲。另一方面，在處于擦除狀態(tài)的其他未選中存儲(chǔ)單元MC2m-2、MC24PMC2m+2的編程區(qū)PA中，沒(méi)有編程電荷可以被捕獲，或者可以根據(jù)擦除方案捕獲具有與編程電荷PC的極性相反的極性的空穴。
[0085]在與被編程存儲(chǔ)單元MCi1和MC2m+1的編程區(qū)PA相鄰的電荷擴(kuò)散阻擋區(qū)BA中，與編程電壓PC具有相同極性的電荷BC(例如，電子)被捕獲在電荷擴(kuò)散阻擋區(qū)BA的捕獲位置處，因此電荷擴(kuò)散阻擋區(qū)BA被充電為具有與編程電荷PC的極性相同的極性。結(jié)果，通過(guò)在電荷擴(kuò)散阻擋區(qū)BA中捕獲的電荷BC可以在電荷擴(kuò)散阻擋區(qū)BA中建立勢(shì)皇。
[0086]—般地，電荷捕獲層CT可以具有與構(gòu)成電荷捕獲層CT的電介質(zhì)材料的電子特性相對(duì)應(yīng)的導(dǎo)電機(jī)制?？梢曰诎ú东@水平、捕獲間隔、捕獲密度、載流子漂移迀移率、電介質(zhì)松馳時(shí)間以及導(dǎo)電帶的狀態(tài)密度的參數(shù)來(lái)確定導(dǎo)電機(jī)制。例如，在像電荷捕獲層CT的電介質(zhì)材料層中，被熱刺激至電荷捕獲層CT的導(dǎo)電帶的電子可以通過(guò)導(dǎo)電機(jī)制(諸如普爾-法蘭克發(fā)射(Poole-Frenkel emiss1n)、由于被捕獲電子的隧穿而導(dǎo)致的跳動(dòng)傳導(dǎo)或空間電荷限制傳導(dǎo)(SCLC))從被編程存儲(chǔ)單元MC2m-jPMC2m+1的編程區(qū)PA去捕獲，以及去捕獲的電子可以朝向相鄰的存儲(chǔ)單元MC2m-2、MC24PMC2m+2擴(kuò)散。結(jié)果，被編程存儲(chǔ)單元MC2m-!和MC2m+1的閾值電壓Vth可以改變，因此可以發(fā)生數(shù)據(jù)丟失或讀取錯(cuò)誤。
[0087]然而，根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例，在電荷擴(kuò)散阻擋區(qū)BA中產(chǎn)生的勢(shì)皇(或由于空間電荷而產(chǎn)生的電排斥)通過(guò)防止編程區(qū)PA中的編程電荷PC朝向相鄰存儲(chǔ)單元擴(kuò)散，而用作保持在編程區(qū)PA中捕獲的編程電荷PC的阻擋。因此，可以改善被編程存儲(chǔ)單元MC2m-#PMC2m+1的數(shù)據(jù)保持特征和基于其的存儲(chǔ)器件的可靠性。
[0088]圖3B圖示根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例的對(duì)存儲(chǔ)單元執(zhí)行的擦除操作。在實(shí)施例中，可以通過(guò)將接地電壓GND提供至控制電極CG以及經(jīng)由襯底1的阱將高電壓Vers施加至溝道層CH來(lái)執(zhí)行擦除操作。在實(shí)施例中，擦除操作可以以塊為單位重置儲(chǔ)存在存儲(chǔ)單元中的數(shù)據(jù)。
[0089]隨著儲(chǔ)存在編程區(qū)PA中的電荷通過(guò)隧穿被去捕獲并傳送至溝道層CH，擦除操作可以被執(zhí)行。在實(shí)施例中，在擦除操作期間，儲(chǔ)存在編程區(qū)PA中的編程電荷可以被去捕獲并傳送至溝道層CH。與編程電荷的去捕獲和傳送同時(shí)，或者與編程電荷的去捕獲和傳送交替地，具有與編程電荷的極性相反的極性的電荷通過(guò)隧穿從溝道層CH注入至編程區(qū)PA。例如，在擦除操作中，儲(chǔ)存在電荷捕獲層CT中的電子可以被傳送至溝道層CH，同時(shí)空穴可以從溝道層CH注入至電荷捕獲層CT。在此情況下，由于增加的電導(dǎo)，可以進(jìn)一步改善擦除速度，以及可以減小對(duì)是隧穿絕緣層的第一絕緣層TI的損壞。
[0090]如圖3B所示，甚至在擦除狀態(tài)中，也優(yōu)選保持用于在電荷擴(kuò)散阻擋區(qū)BA中形成勢(shì)皇的空間電荷BC。然而，在對(duì)如上述實(shí)施例中的彼此相鄰的所有存儲(chǔ)單元MC2m—2 JC2W、MC2m、MC2m+1和MC2m+2—次性或同時(shí)執(zhí)行擦除操作的情況下，電荷擴(kuò)散阻擋區(qū)BA中的空間電荷BC可以由于在存儲(chǔ)單元的控制電極CG與襯底10之間誘導(dǎo)的邊緣電場(chǎng)而丟失。此外，在擦除操作期間，由于具有與編程電荷PC的極性相反的極性的電荷(例如，空穴)被傳送至電荷擴(kuò)散阻擋區(qū)BA，電荷擴(kuò)散阻擋區(qū)BA中的空間電荷BC可以額外地丟失。空間電荷BC的丟失減小了能夠防止編程區(qū)PA中的編程電荷PC擴(kuò)散至相鄰電荷擴(kuò)散阻擋區(qū)BA的勢(shì)皇的高度，從而使數(shù)據(jù)保持特性退化。
[0091]因此，根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例，電荷擴(kuò)散阻擋區(qū)BA被形成為具有比編程區(qū)PA的寬度Wl (對(duì)應(yīng)于控制電極的寬度)大的寬度W2(對(duì)應(yīng)于控制電極之間的距離)。結(jié)果，當(dāng)彼此相鄰的存儲(chǔ)單元的數(shù)據(jù)在擦除操作期間被同時(shí)移除時(shí)，能夠減小來(lái)自邊緣電場(chǎng)的效應(yīng)，從而防止電荷擴(kuò)散阻擋區(qū)BA的電荷BC的丟失。通過(guò)保持電荷擴(kuò)散阻擋區(qū)BA的電荷BC，可以保持勢(shì)皇的高度。
[0092]圖4A和圖4B是示出根據(jù)本公開(kāi)的另一實(shí)施例的驅(qū)動(dòng)非易失性存儲(chǔ)器件的方法的剖視圖，圖4C是示出該方法的流程圖。圖5A和圖5B是分別示出第一擦除步驟和第二擦除步驟中的電壓信號(hào)的視圖。
[0093]在根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例的兩步擦除操作中，保持了注入至電荷捕獲層CT的電荷擴(kuò)散阻擋區(qū)BA的電荷BC，以及選擇性地從編程區(qū)PA移除了編程電荷PC，從而重置圖4A和圖4B中的多個(gè)存儲(chǔ)單元(例如，MC2m-2、MC2m—LMC2^MC2m+!和MC2m+2)。為此，兩步擦除操作包括第一擦除步驟和第二擦除步驟，其中，交替執(zhí)行第一擦除步驟和第二擦除步驟。例如，第一擦除步驟擦除共享電荷捕獲層CT的多個(gè)存儲(chǔ)單元之中的偶數(shù)編號(hào)的存儲(chǔ)單元(例如，分別耦接至偶數(shù)編號(hào)次序的字線的存儲(chǔ)單元)的數(shù)據(jù)，以及第二擦除步驟擦除共享電荷捕獲層CT的多個(gè)存儲(chǔ)單元之中的奇數(shù)編號(hào)的單元(例如，分別耦接至奇數(shù)編號(hào)次序的字線的存儲(chǔ)單元)的數(shù)據(jù)。兩步擦除操作可以通過(guò)圖1中所示的控制電路170來(lái)執(zhí)行。多個(gè)存儲(chǔ)單元可以是屬于一個(gè)存儲(chǔ)串或?qū)儆谥辽僖粋€(gè)單元塊(單元塊或整個(gè)存儲(chǔ)單元陣列)的存儲(chǔ)單元。
[0094]參照?qǐng)D4A和4C，在第一擦除步驟SlO中，可以對(duì)來(lái)自多個(gè)存儲(chǔ)單元MC2m-^MCn、MC2m、MC2m+l、MC2m+2等之中的偶數(shù)編號(hào)的存儲(chǔ)單元(例如，MC2m-2、MC2m、MC2m+2等)執(zhí)行擦除操作?？刂齐娐?70可以將接地電壓GND提供至分別耦接至偶數(shù)編號(hào)的存儲(chǔ)單元MC2m-2、MC2m、MC2m+2等的控制電極CG的字線。控制電路170可以將禁止電壓Vinhibit施加至分別耦接至奇數(shù)編號(hào)的存儲(chǔ)單元MC2m-^MC2m+!等的控制電極CG的字線，或者將奇數(shù)編號(hào)的存儲(chǔ)單元MC2m-^MCw1等的字線電浮置?？梢越?jīng)由襯底10的阱來(lái)將擦除電壓Vers施加至溝道層CH。禁止電壓Vinhibit可以大于OV且小于擦除電壓Vers。
[0095]在第一擦除步驟SlO中，偶數(shù)編號(hào)的存儲(chǔ)單元MC2m-2、MC2m、MC2m+2等的編程區(qū)PA的編程電荷PC被傳送至溝道層CH，從而偶數(shù)編號(hào)的存儲(chǔ)單元MC2m-2、MC2m、MC2m+2等的數(shù)據(jù)被擦除，使得偶數(shù)編號(hào)的存儲(chǔ)單元MC2m-2、MC2m、MC2m+2等的編程區(qū)PA處于無(wú)電荷狀態(tài)EC。另一方面，由于奇數(shù)編號(hào)的存儲(chǔ)單元MC2m-!、MC2m+1等的字線的電勢(shì)通過(guò)禁止電壓V皿皿τ增大，因此奇數(shù)編號(hào)的存儲(chǔ)單元MCn、MC2m+1等的編程區(qū)PA中的電荷PC未被傳送至溝道層CH。此外，如果禁止電壓Vinh皿τ被施加至奇數(shù)編號(hào)的存儲(chǔ)單元MC2m—^MC2m+!等，或者存儲(chǔ)單元MC2m—^MC2m+!等處于浮置狀態(tài)，則在存儲(chǔ)單元MCn、MC2m+1等的控制電極CG與襯底10之間沒(méi)有誘導(dǎo)出強(qiáng)電場(chǎng)，因此邊緣電場(chǎng)的強(qiáng)度被減小，使得可以穩(wěn)定地保持在電荷擴(kuò)散阻擋區(qū)BA中捕獲的電荷BC。
[0096]在實(shí)施例中，參照?qǐng)D5A，在第一擦除步驟SlO中，控制電路170可以通過(guò)將第一擦除脈沖施加至所有存儲(chǔ)單元MC2m-2、MC2m—LMC2^MC2m+!和MC2m+2等的字線來(lái)使用柵極誘導(dǎo)漏極泄漏(GIDL)現(xiàn)象在溝道層CH中累積空穴，其中，第一擦除脈沖具有順序地增大至要被施加至溝道層CH的擦除電壓Vers的電壓電平。接著，控制電路170可以將偶數(shù)編號(hào)的存儲(chǔ)單元MC2m-2、MC2m、MC2m+2等的字線接地，以及將施加禁止電壓Vinhibit的第二擦除脈沖施加至奇數(shù)編號(hào)的存儲(chǔ)單元MC2m-1、MC2m+1，從而僅對(duì)偶數(shù)編號(hào)的存儲(chǔ)單元MC2m-2、MC2m、MC2m+2等執(zhí)行擦除操作。
[0097]返回參照?qǐng)D4B和圖4C，在第一擦除步驟SlO之后，在第二擦除步驟S20中，控制電路170可以將與存儲(chǔ)單元MC2m-^MCw1等的控制電極CG結(jié)合的奇數(shù)編號(hào)次序的字線接地，以及將禁止電壓Vinhibit施加至偶數(shù)編號(hào)的存儲(chǔ)單元MC2m-2、MC2m、MC2m+2等，或者將偶數(shù)編號(hào)的存儲(chǔ)單元MC2m-2、MC2m、MC2m+2等電浮置?？梢岳缃?jīng)由襯底10的阱將擦除電壓Vers施加至溝道層CH。結(jié)果，奇數(shù)編號(hào)的存儲(chǔ)單元MC2m-^MCw1等的編程區(qū)PA的編程電荷PC被傳送至溝道層CH，從而奇數(shù)編號(hào)的存儲(chǔ)單元MC2m-^MCw1等的數(shù)據(jù)被擦除。此外，偶數(shù)編號(hào)次序的字線的電勢(shì)通過(guò)禁止電壓Vinhibit增大，從而偶數(shù)編號(hào)的存儲(chǔ)單元MC2m—2、MC2m、MC2m+2等的編程區(qū)PA的電荷未被傳送至溝道層CH。此外，如果將禁止電壓Vinhibit施加至偶數(shù)編號(hào)的存儲(chǔ)單元MC2m—2、MC2m、MC2m+2等，或者偶數(shù)編號(hào)的存儲(chǔ)單元...、MC2m—2、MC2m、MC2m+2等處于浮置狀態(tài)，則在偶數(shù)編號(hào)的存儲(chǔ)單元…、MC2m-2、MC2m、MC2m+2等的控制電極CG與襯底10之間未誘導(dǎo)出串電場(chǎng)，從而邊緣電場(chǎng)的強(qiáng)度被減小，使得可以穩(wěn)定地保持電荷擴(kuò)散阻擋區(qū)BA中捕獲的電荷。
[0098]在實(shí)施例中，參照?qǐng)D5B，在第二擦除步驟S20中，控制電路170通過(guò)將第一擦除脈沖施加至所有存儲(chǔ)單元MC2m-2、MC2m—LMC2^MC2m+!和MC2m+2等的字線來(lái)使用GIDL現(xiàn)象在溝道層CH中累積空穴，其中，第一擦除脈沖具有順序地增大至要被施加至溝道層CH的擦除電壓Vers的電壓電平。接著，控制電路170可以將奇數(shù)編號(hào)的存儲(chǔ)單元MCn、MC2m+1等的字線接地，以及將施加禁止電壓Vinhibit的第二擦除脈沖施加至偶數(shù)編號(hào)的存儲(chǔ)單元MC2m-2、MC2m、MC2m+2等，從而對(duì)奇數(shù)編號(hào)的存儲(chǔ)單元MC2m-^MCw1等執(zhí)行擦除操作。
[0099]圖5A和圖5B中示出的兩步擦除操作是使用CIDL現(xiàn)象的編程方案。然而，實(shí)施例不局限于此。在另一實(shí)施例中，可以省略使用第一擦除脈沖的操作，或者可以使用利用諸如隨機(jī)電報(bào)噪聲(RTN)的現(xiàn)象的擦除機(jī)制。此外，施加至位線和選擇線的電壓可以根據(jù)存儲(chǔ)單元陣列是否包括阱而變化。
[0100]應(yīng)當(dāng)理解的是，可以以與圖4A和圖4B中所示的次序相反的次序來(lái)執(zhí)行根據(jù)本公開(kāi)的另一實(shí)施例的兩步擦除操作。在實(shí)施例中，可以在第一擦除步驟SlO中對(duì)奇數(shù)編號(hào)的存儲(chǔ)單元MC2m-^MCw1等執(zhí)行擦除操作，然后可以在第二擦除步驟S20中對(duì)偶數(shù)編號(hào)的存儲(chǔ)單元MC2m-2、MC2m、MC2m+2等執(zhí)行擦除操作。在另一實(shí)施例中，可以基于用戶的命令執(zhí)行兩步擦除操作若干次。在該實(shí)施例中，可以以相反的次序來(lái)執(zhí)行構(gòu)成每個(gè)兩步擦除操作的第一擦除步驟SlO和第二擦除步驟S20。例如，在第一擦除操作中，可以對(duì)奇數(shù)編號(hào)的存儲(chǔ)單元執(zhí)行第一擦除步驟S10，隨后可以對(duì)偶數(shù)編號(hào)的存儲(chǔ)單元執(zhí)行第二擦除步驟S20，然后在跟隨第一擦除操作的隨后擦除操作中，可以對(duì)偶數(shù)編號(hào)的存儲(chǔ)單元執(zhí)行第一擦除步驟S10，然后可以對(duì)奇數(shù)編號(hào)的存儲(chǔ)單元執(zhí)行第二擦除步驟S20。
[0101]在實(shí)施例中，如圖4C所示，在執(zhí)行第一擦除步驟SlO和第二擦除步驟S20之后，控制電路170可以執(zhí)行驗(yàn)證操作S30以判斷擦除操作是失敗還是通過(guò)。如果對(duì)存儲(chǔ)單元執(zhí)行的兩步擦除操作被確定為失敗，則可以重復(fù)第一擦除步驟SlO和第二擦除步驟S20。如果對(duì)存儲(chǔ)單元執(zhí)行的兩步擦除操作被確定為通過(guò)，則終止擦除操作。在上述實(shí)施例中，可以獨(dú)立地執(zhí)行第一擦除步驟SlO和第二擦除步驟S20中的每個(gè)一次或更多次。然而，實(shí)施例不局限于此。
[0102]如上所述，由于對(duì)存儲(chǔ)單元的串、存儲(chǔ)單元的頁(yè)、或存儲(chǔ)單元的塊中的彼此相鄰的兩個(gè)或更多個(gè)存儲(chǔ)單元執(zhí)行包括用于擦除奇數(shù)編號(hào)的存儲(chǔ)單元MC2m-LMC^1等的數(shù)據(jù)的操作和用于擦除偶數(shù)編號(hào)的存儲(chǔ)單元MC2m-2、MC2m、MC2m+2等的數(shù)據(jù)的操作的兩步擦除操作，因此可以保持在電荷捕獲層CT的電荷擴(kuò)散阻擋區(qū)BA中形成勢(shì)皇的空間電荷BC。在完成擦除操作之后，在如上參照?qǐng)D3A所描述的對(duì)選中存儲(chǔ)單元執(zhí)行編程操作的情況下，通過(guò)在與編程區(qū)PA相鄰的電荷擴(kuò)散阻擋區(qū)BA中形成的勢(shì)皇，顯著地防止了在編程區(qū)PA中捕獲的編程電荷PC朝向相鄰的存儲(chǔ)單元的擴(kuò)散，因此可以改善選中存儲(chǔ)單元的數(shù)據(jù)保持特性。
[0103]在對(duì)選中存儲(chǔ)單元執(zhí)行編程操作之前，可以結(jié)合擦除后編程(PAE)方案來(lái)執(zhí)行兩步擦除操作。此外，可以對(duì)包括至少兩個(gè)字線(例如，2個(gè)或更多個(gè)頁(yè))、一個(gè)或更多個(gè)串、或一個(gè)或更個(gè)塊的存儲(chǔ)單元陣列的一部分或整個(gè)存儲(chǔ)單元陣列執(zhí)行兩步擦除操作。
[0104]圖6A是示出根據(jù)另一實(shí)施例的驅(qū)動(dòng)非易失性存儲(chǔ)器的方法的流程圖，圖6B是示出預(yù)編程操作的剖視圖。
[0105]參照?qǐng)D6A和圖6B，驅(qū)動(dòng)方法還可以包括在圖4C中示出的包括第一擦除步驟SlO和第二擦除步驟S20的兩步擦除操作之前的預(yù)編程操作S5。預(yù)編程操作S5是用于在兩步擦除操作之前將用于形成勢(shì)皇的電荷故意注入至電荷捕獲層CT的電荷擴(kuò)散阻擋區(qū)BA的操作?？梢酝ㄟ^(guò)電荷載流子(例如，電子)從溝道層CH的注入、電荷載流子從溝道層CH的源極或漏極的福勒-諾得海姆隧穿、和/或電荷載流子從溝道層CH的福勒-諾得海姆隧穿來(lái)對(duì)電荷擴(kuò)散阻擋區(qū)BA充電。
[0106]在實(shí)施例中，預(yù)編程操作和兩步擦除操作可以與擦除后編程(PAE)方案結(jié)合。在此情況下，可以在對(duì)選中存儲(chǔ)單元編程之前執(zhí)行預(yù)編程操作和兩步擦除操作的結(jié)合?？梢詫?duì)存儲(chǔ)單元陣列的至少兩個(gè)字線(例如，2個(gè)或更多個(gè)頁(yè))、一個(gè)或更多個(gè)串、或者一個(gè)或更多個(gè)塊、或者整個(gè)存儲(chǔ)單元陣列執(zhí)行預(yù)編程操作和兩步擦除操作。實(shí)施例不局限于此。
[0107]根據(jù)另一實(shí)施例，如果通過(guò)使用本領(lǐng)域已知的擦除方法來(lái)擦除存儲(chǔ)單元陣列的一部分(例如，一個(gè)或更多個(gè)單元、至少一個(gè)串、至少一個(gè)頁(yè)、或者特定區(qū)域或塊)的數(shù)據(jù)，則可以對(duì)相應(yīng)的擦除部分執(zhí)行根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例的預(yù)編程操作和兩步擦除操作，以改善數(shù)據(jù)保持特性。根據(jù)實(shí)施例，預(yù)編程操作和兩步擦除操作可以用作初始化操作，諸如用于格式化或重置非易失性存儲(chǔ)器件的存儲(chǔ)單元的操作。
[0108]控制電路170可以同時(shí)對(duì)多個(gè)存儲(chǔ)單元MC2m—2、MC2m—^MC2mJC2mIMC2m+:?等執(zhí)行預(yù)編程操作S5?？梢詫?duì)包括至少兩個(gè)字線(例如，2個(gè)或更多個(gè)頁(yè))、一個(gè)或更多個(gè)串、或者一個(gè)或更多個(gè)塊的存儲(chǔ)單元陣列的一部分或者整個(gè)存儲(chǔ)單元陣列執(zhí)行預(yù)編程操作S5。優(yōu)選地，可以以塊為單位執(zhí)行預(yù)編程操作S5。
[0109]根據(jù)實(shí)施例，在預(yù)編程操作S5中，如圖6B中所示，可以將編程電壓Vpcm同時(shí)施加至彼此相鄰且與多個(gè)存儲(chǔ)單元MC2m-2、MC2m—等的控制電極CG結(jié)合的至少兩個(gè)字線，而可以將選擇晶體管的柵電極和與預(yù)編程操作S5相對(duì)應(yīng)的位線接地。因此，可以通過(guò)具有與編程電荷的極性相同極性的電荷來(lái)同時(shí)對(duì)由多個(gè)存儲(chǔ)單元MC2m—2 JC2m-^MC2m'MC2m+1、MC2m+2等共享的電荷捕獲層CT的編程區(qū)PA和電荷擴(kuò)散阻擋區(qū)BA充電。根據(jù)實(shí)施例，可以根據(jù)增量階躍脈沖編程(ISPP)算法來(lái)執(zhí)行預(yù)編程操作S5。
[0110]在執(zhí)行預(yù)編程操作S5之后，控制電路170可以對(duì)多個(gè)存儲(chǔ)單元執(zhí)行擦除操作，以保持在電荷擴(kuò)散阻擋區(qū)BA中形成的墊皇。例如，如圖6A中所示，可以如上參照?qǐng)D4A至4C所描述地順序地執(zhí)行第一擦除步驟SlO和第二擦除步驟S20。
[0111]在執(zhí)行擦除操作SlO和S20之后，可以執(zhí)行驗(yàn)證操作S30。驗(yàn)證操作S30可以是用于判斷所有存儲(chǔ)單元是否處于擦除狀態(tài)的操作。在驗(yàn)證操作S30中，通過(guò)將驗(yàn)證電壓Vvfy施加至存儲(chǔ)單元的字線來(lái)檢查存儲(chǔ)單元的導(dǎo)通/截止?fàn)顟B(tài)。作為驗(yàn)證操作S30的結(jié)果，如果針對(duì)存儲(chǔ)單元的擦除操作被確定為失敗，則可以重復(fù)第一擦除步驟SlO和第二擦除步驟S20。另一方面，如果針對(duì)存儲(chǔ)單元的擦除操作被確定為成功或通過(guò)，則終止擦除操作。
[0112]在上述實(shí)施例中，可以總是與兩步擦除操作聯(lián)合地來(lái)執(zhí)行預(yù)編程操作，或者可以間歇地執(zhí)行預(yù)編程操作以在重復(fù)兩步擦除操作預(yù)定次數(shù)的同時(shí)在電荷擴(kuò)散阻擋區(qū)BA中保持期望量的電荷?？梢酝ㄟ^(guò)計(jì)數(shù)器160來(lái)計(jì)數(shù)兩步擦除操作被執(zhí)行的次數(shù)?？刂齐娐?70可以從計(jì)數(shù)器160接收關(guān)于兩步擦除操作被執(zhí)行的次數(shù)的信息，并且可以基于兩步擦除操作已經(jīng)被執(zhí)行的次數(shù)來(lái)執(zhí)行預(yù)編程操作。在實(shí)施例，可以在每執(zhí)行兩步擦除操作三次或四次之前執(zhí)行預(yù)編程操作。此外，可以獨(dú)立地執(zhí)行第一擦除步驟SlO和第二擦除步驟S20—次或更多次。然而，實(shí)施例不局限于此。
[0113]圖7A是根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例的具有垂直類(lèi)型溝道的三維非易失性存儲(chǔ)器200的透視圖，圖7B是圖7A的三維非易失性存儲(chǔ)器件200的電路圖，圖7C是沿圖7A的線b-b’截取的圖7A的非易失性存儲(chǔ)器件200的存儲(chǔ)串的剖視圖。
[0114]參照?qǐng)D7A和圖7B，三維非易失性存儲(chǔ)器件200可以包括由多個(gè)存儲(chǔ)串STR組成的存儲(chǔ)單元陣列。存儲(chǔ)單元陣列可以包括多個(gè)位線BL1SBLh多個(gè)字線WL1SWLh多個(gè)上選擇線USL、多個(gè)下選擇線LSL以及公共源極線CSL。多個(gè)存儲(chǔ)串STR可以耦接至位線BL1SBL6和公共源極線CSL，且可以設(shè)置在位線BL1SBL6與公共源極線CSL之間。圖7A和圖7B中示出的位線、字線和存儲(chǔ)單元的數(shù)量?jī)H是示例，實(shí)施例不局限于此。
[0115]每個(gè)串STR可以包括上選擇晶體管UST和下選擇晶體管LST以及串聯(lián)連接在上選擇晶體管UST和下選擇晶體管LST之間的多個(gè)存儲(chǔ)單元MC。串STR的上選擇晶體管UST的漏極可以連接至位線^^至此^而串STR的下選擇晶體管LST的源極可以連接至公共源極線CSL。公共源極線CSL是下選擇晶體管LST的源極共同連接的布線。參照?qǐng)D7C，非易失性存儲(chǔ)器件200可以包括襯底10中的雜質(zhì)區(qū)(或阱)11以提供公共源極線CSL。
[0116]此外，耦接至串STR的上選擇晶體管UST的柵極可以連接至上選擇線USLl至USL4，而耦接至串STR的下選擇晶體管LST的柵極可以連接至下選擇線LSL。存儲(chǔ)單元MC連接至字線 WL^WLn 0
[0117]圖7A至圖7C示出在三維非易失性存儲(chǔ)器件200中，在每個(gè)x-y平面處布置24個(gè)存儲(chǔ)單元以及層疊8個(gè)x-y平面，但是實(shí)施例不局限于此。在圖7A和圖7C中，η是8。在這種垂直類(lèi)型的存儲(chǔ)單元陣列中，存儲(chǔ)單元MC沿垂直于x-y平面(與襯底10的主表面平行)的ζ軸方向三維地布置，因此每個(gè)串STR具有在其中多個(gè)存儲(chǔ)單元MC沿ζ軸方向彼此串聯(lián)連接的結(jié)構(gòu)。為此，選擇晶體管UST和LST以及存儲(chǔ)單元晶體管的溝道可以沿垂直于x-y平面的ζ軸方向布置。
[0118]參照?qǐng)D7A和圖7C，與導(dǎo)電層LSL、WL和USL結(jié)合的多個(gè)半導(dǎo)體柱體PL可以布置在襯底10上。半導(dǎo)體柱體PL不是必須穿透導(dǎo)電層LSL、WL和USL，以及可以通過(guò)接觸導(dǎo)電層LSL、WL和USL的側(cè)壁的部分來(lái)與導(dǎo)電層LSL、WL和USL結(jié)合。
[0119]半導(dǎo)體柱體PL可以電耦接至襯底10中的雜質(zhì)區(qū)11。每個(gè)半導(dǎo)體柱體PL提供溝道層CH，以及可以是固體型半導(dǎo)體層，或者可以具有在其中絕緣柱體構(gòu)成核心以及溝道層CH的半導(dǎo)體材料層圍繞該核心的核殼結(jié)構(gòu)。根據(jù)另一實(shí)施例，半導(dǎo)體柱體PL可以是空心管型半導(dǎo)體柱體。圖7C中示出的半導(dǎo)體柱體PL具有固體圓柱結(jié)構(gòu)。
[0120]此外，整個(gè)半導(dǎo)體柱體PL可以呈現(xiàn)相同的導(dǎo)電類(lèi)型，或者至少半導(dǎo)體柱體PL的表面可以呈現(xiàn)導(dǎo)電類(lèi)型。在實(shí)施例，半導(dǎo)體柱體PL可以呈現(xiàn)N+導(dǎo)電類(lèi)型，以及提供無(wú)結(jié)NAND結(jié)構(gòu)。根據(jù)另一實(shí)施例，半導(dǎo)體柱體PL可以呈現(xiàn)P+導(dǎo)電類(lèi)型，以及提供以增強(qiáng)模式操作的NAND結(jié)構(gòu)。
[0121]半導(dǎo)體柱體PL可以包含單晶半導(dǎo)體材料或多晶半導(dǎo)體材料。半導(dǎo)體材料可以包括II1-V族半導(dǎo)體材料，諸如硅(Si)、鍺(Ge)、S1-Ge化合物、GaAs、InP等。在實(shí)施例中，半導(dǎo)體柱體PL可以提供使用包括碳納米管、石墨烯或金屬氧化物的半導(dǎo)體材料的溝道層CH。在實(shí)施例中，溝道層CH可以用雜質(zhì)離子摻雜以形成N+或P+導(dǎo)電型半導(dǎo)體。
[0122]第一絕緣層T1、電荷捕獲層CT和第二絕緣層BI順序地形成在其上限定有多個(gè)存儲(chǔ)單元的半導(dǎo)體柱體PL的側(cè)壁上。包括第一絕緣層T1、電荷捕獲層CT和第二絕緣層BI的層疊結(jié)構(gòu)被個(gè)體化至每個(gè)存儲(chǔ)單元并且擴(kuò)展至相鄰的存儲(chǔ)單元，因此電荷捕獲層CT可以被構(gòu)成單個(gè)串的多個(gè)存儲(chǔ)單元共享。第一絕緣層TI可以設(shè)置在半導(dǎo)體柱體PL與用于選擇線(例如，USL或LSL)的圖案之間，沿ζ軸方向延伸，以及用作柵極絕緣層GI。
[0123]電荷捕獲層CT包括編程區(qū)PA和電荷擴(kuò)散阻擋區(qū)BA。每個(gè)編程區(qū)PA設(shè)置在串的多個(gè)存儲(chǔ)單元的控制電極CG中的對(duì)應(yīng)一個(gè)之下。每個(gè)電荷擴(kuò)散阻擋區(qū)BA設(shè)置在兩個(gè)相鄰的編程區(qū)PA之間，從而設(shè)置在兩個(gè)相鄰的控制電極CG之間。如上關(guān)于圖3A的平面型非易失性存儲(chǔ)器件所描述的，通過(guò)注入至三維非易失性存儲(chǔ)器件200的電荷擴(kuò)散阻擋區(qū)BA的空間電荷來(lái)形成勢(shì)皇。結(jié)果，在對(duì)應(yīng)編程區(qū)PA中捕獲的編程電荷不擴(kuò)散至相鄰的存儲(chǔ)單元，因此可以改善三維非易失性存儲(chǔ)器件200的數(shù)據(jù)保持特性。
[0124]根據(jù)實(shí)施例，為了保持電荷擴(kuò)散阻擋區(qū)BA的空間電荷，三維非易失性存儲(chǔ)器件200可以執(zhí)行以上已經(jīng)參照?qǐng)D4A至圖4C描述的包括第一擦除步驟和第二擦除步驟的兩步擦除操作。例如，在第一擦除步驟中，將偶數(shù)編號(hào)次序的字線被接地，將禁止電壓Vinhibit施加至奇數(shù)編號(hào)次序的字線，或者將奇數(shù)編號(hào)次序的字線電浮置，以及將擦除電壓Vers施加至半導(dǎo)體柱體的溝道層CH。因此，與偶數(shù)編號(hào)次序的字線結(jié)合的存儲(chǔ)單元的編程區(qū)中的編程電荷被擦除。在第二擦除步驟中，將奇數(shù)編號(hào)次序的字線接地，將禁止電壓VINHIBIT施加至偶數(shù)編號(hào)次序的字線，或者將偶數(shù)編號(hào)次序的字線電浮置，以及將擦除電壓Vers施加至半導(dǎo)體柱體的溝道層CH。因此，與奇數(shù)編號(hào)次序的字線結(jié)合的存儲(chǔ)單元的編程區(qū)中的編程電荷可以被擦除。由于兩步擦除操作減小了在擦除操作期間產(chǎn)生的邊緣電場(chǎng)的強(qiáng)度，因此可以穩(wěn)定地保持在電荷擴(kuò)散阻擋區(qū)BA中捕獲的電荷BC。
[0125]根據(jù)實(shí)施例，在三維非易失性存儲(chǔ)器件200中，可以應(yīng)用以上參照?qǐng)D5A和圖5B描述的兩步擦除操作以將電荷故意注入至電荷擴(kuò)散阻擋區(qū)BA。控制電路170對(duì)所有多個(gè)存儲(chǔ)單元1&至1匕同時(shí)執(zhí)行預(yù)編程操作。預(yù)編程操作可以以串、頁(yè)或塊為單位來(lái)執(zhí)行。優(yōu)選地，可以以塊為單位來(lái)執(zhí)行預(yù)編程操作。根據(jù)執(zhí)行預(yù)編程操作的單位，編程電壓Vm1可以被施加至與多個(gè)存儲(chǔ)單元的控制電極CG結(jié)合的字線胃1^至胃1^，以及選擇晶體管UST和LST的柵電極和對(duì)應(yīng)的位線BL可以被接地。
[0126]根據(jù)實(shí)施例，在完成預(yù)編程操作之后，可以如上所描述地執(zhí)行包括第一擦除步驟和第二擦除步驟的兩步擦除操作。兩步擦除操作適用于保持電荷擴(kuò)散阻擋區(qū)BA中的電荷BC。在執(zhí)行兩步擦除操作之后，可以執(zhí)行驗(yàn)證操作。驗(yàn)證操作是用于判斷是否所有存儲(chǔ)單元
都處于擦除狀態(tài)的操作，其中，通過(guò)將驗(yàn)證電壓Vvfy施加至耦接至存儲(chǔ)單元此丄至MCn的字線WL1SWLr^檢查存儲(chǔ)單元MC1SMCn的導(dǎo)通/截止?fàn)顟B(tài)。如果用于擦除存儲(chǔ)單元的數(shù)據(jù)的操作被確定為失敗，則可以重復(fù)兩步擦除操作。另一方面，如果用于擦除存儲(chǔ)單元的數(shù)據(jù)的操作被確定為成功或通過(guò)，則終止兩步擦除操作而不需要重復(fù)。在上述實(shí)施例中，第一擦除步驟和第二擦除步驟中的每個(gè)可以被獨(dú)立地執(zhí)行一次或更多次。然而，實(shí)施例不局限于此。
[0127]然而，圖7A至圖7C中示出的垂直溝道型三維非易失性存儲(chǔ)器件200僅僅是示例，實(shí)施例不局限于此?？梢詫?duì)垂直溝道型三維非易失性存儲(chǔ)器件200應(yīng)用各種變型，以具有本領(lǐng)域公知的SMArT(層疊存儲(chǔ)陣列晶體管)結(jié)構(gòu)、位成本可擴(kuò)展技術(shù)(BiCS)結(jié)構(gòu)(諸如管型BiCS)、垂直凹槽陣列晶體管(VRAT)結(jié)構(gòu)或兆兆位單元陣列晶體管(TCAT)結(jié)構(gòu)。
[0128]圖8是根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例的垂直層疊三維數(shù)據(jù)儲(chǔ)存設(shè)備300的電路圖。
[0129]參照?qǐng)D8，垂直層疊三維數(shù)據(jù)儲(chǔ)存設(shè)備300具有在其中NAND串布置在x-y平面上且x-y平面上的NAND串沿垂直于x-y平面的ζ軸方向垂直地層疊多于兩次的結(jié)構(gòu)。垂直層疊三維數(shù)據(jù)儲(chǔ)存設(shè)備300可以通過(guò)將圖2中示出的兩個(gè)或更多個(gè)平面型存儲(chǔ)單元陣列層疊在襯底上來(lái)提供。在垂直層疊三維數(shù)據(jù)儲(chǔ)存設(shè)備300中，多層存儲(chǔ)單元陣列可以形成在單個(gè)襯底上，或者多層存儲(chǔ)單元陣列可以分別形成在不同的襯底上。當(dāng)多個(gè)存儲(chǔ)單元陣列分別形成在不同的襯底上時(shí)，分別形成在不同的襯底上的多個(gè)存儲(chǔ)單元陣列可以層疊在一起。
[0130]在垂直層疊三維數(shù)據(jù)儲(chǔ)存設(shè)備300中，電荷捕獲層由屬于每個(gè)NAND串的多個(gè)存儲(chǔ)單元MC共享。電荷捕獲層可以包括編程區(qū)和電荷擴(kuò)散阻擋區(qū)，編程區(qū)分別布置在多個(gè)存儲(chǔ)單元的控制電極之下，每個(gè)電荷擴(kuò)散阻擋區(qū)設(shè)置在兩個(gè)相鄰的編程區(qū)之間。在此情況下，可以通過(guò)用與儲(chǔ)存在編程區(qū)中的編程電荷具有相同極性的電荷對(duì)電荷擴(kuò)散阻擋區(qū)充電來(lái)在電荷擴(kuò)散阻擋區(qū)中形成勢(shì)皇，從而改善數(shù)據(jù)保持特性。另外，如上所述，可以執(zhí)行預(yù)編程操作和兩步擦除操作以在電荷擴(kuò)散阻擋區(qū)中形成和保持墊皇。
[0131]圖9是示出根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例的包括非易失性存儲(chǔ)器件的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存設(shè)備的數(shù)據(jù)保持特性的評(píng)估結(jié)果的圖表。圖表的y軸表示存儲(chǔ)單元的閾值電壓的分布。
[0132]參照?qǐng)D9，如果編程操作被執(zhí)行一次，則與使用同時(shí)擦除所有存儲(chǔ)單元的數(shù)據(jù)的一次擦除操作的第二方案相比，使用兩步擦除操作的第一方案示出被編程存儲(chǔ)單元的閾值電壓Vth被減小大約124mV的分布。
[0133]此外，如果通過(guò)使用擦除后編程方案來(lái)執(zhí)行編程操作3000次，則與第二方案相比，第一方案示出了被編程存儲(chǔ)單元的閾值電壓Vth被減小大約257mV的分布。因此，根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例，可以抑制使閾值電壓分布加寬的編程電荷的擴(kuò)散，從而可以改善數(shù)據(jù)保持特性。
[0134]圖10是示出根據(jù)實(shí)施例的存儲(chǔ)系統(tǒng)500的框圖。
[0135]參照?qǐng)D10，存儲(chǔ)系統(tǒng)500包括存儲(chǔ)器控制器510和非易失性存儲(chǔ)器件520。存儲(chǔ)器控制器510可以針對(duì)非易失性存儲(chǔ)器件520執(zhí)行錯(cuò)誤校正碼。存儲(chǔ)器控制器510可以基于來(lái)自外部的命令和地址來(lái)控制非易失性存儲(chǔ)器件520。
[0136]當(dāng)從主機(jī)接收到編程請(qǐng)求時(shí)，存儲(chǔ)器控制器510可以對(duì)要編程的數(shù)據(jù)執(zhí)行錯(cuò)誤校正編碼。此外，存儲(chǔ)器控制器510可以控制非易失性存儲(chǔ)器件520來(lái)在與提供的地址相對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)區(qū)處對(duì)編碼數(shù)據(jù)編程。在讀取操作期間，存儲(chǔ)器控制器510可以對(duì)從非易失性存儲(chǔ)器件520輸出的數(shù)據(jù)執(zhí)行錯(cuò)誤校正解碼。包括在輸出數(shù)據(jù)中的錯(cuò)誤可以通過(guò)錯(cuò)誤校正解碼來(lái)校正。為了檢測(cè)和校正錯(cuò)誤，存儲(chǔ)器控制器510可以包括錯(cuò)誤校正塊515。
[0137]非易失性存儲(chǔ)器件520可以包括單元陣列521和頁(yè)緩沖器523。單元陣列521可以包括單電平存儲(chǔ)單元的陣列或者每個(gè)存儲(chǔ)單元儲(chǔ)存2位或更多位的多電平存儲(chǔ)單元的陣列。存儲(chǔ)器控制器510可以包括用于在單元陣列521中的電荷擴(kuò)散阻擋區(qū)處產(chǎn)生勢(shì)皇的控制電路。根據(jù)實(shí)施例，存儲(chǔ)器控制器510還可以包括計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器用于計(jì)數(shù)針對(duì)單元陣列521的存儲(chǔ)單元執(zhí)行擦除操作的次數(shù)。根據(jù)另一實(shí)施例，存儲(chǔ)器控制器510還可以包括通過(guò)/失敗驗(yàn)證電路。計(jì)數(shù)器和/或通過(guò)/失敗驗(yàn)證電路不局限于硬件組件，以及可以實(shí)施為軟件組件或軟件與硬件的組合。
[0138]圖11是示出根據(jù)實(shí)施例的包括SSD的儲(chǔ)存設(shè)備1000的框圖。
[0139]參照?qǐng)D11，儲(chǔ)存設(shè)備1000包括主機(jī)1100和SSD 1200oSSD 1200可以包括SSD控制器1210、緩沖存儲(chǔ)器1220以及可以包括非易失性存儲(chǔ)器件的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存設(shè)備1230 ASD控制器1210在主機(jī)1100與SSD 1200之間提供電連接和物理連接。根據(jù)實(shí)施例，SSD控制器1210對(duì)應(yīng)于主機(jī)1100的總線格式來(lái)在主機(jī)1100與SSD 1200之間提供接口。此外，SSD控制器1210可以對(duì)由主機(jī)1100提供的命令解碼，以及基于解碼的結(jié)果訪問(wèn)非易失性存儲(chǔ)器件1230。主機(jī)1100的總線格式可以包括USB(通用串行總線)、SCSI(小計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口)、PCI快速、ATA(高級(jí)技術(shù)附件)、PATA(并行ATA)、SATA(串行ATA)、SAS(串聯(lián)附接SCSI)中的任何一種。
[0140]由主機(jī)1100提供的要編程的數(shù)據(jù)或從非易失性存儲(chǔ)器件1230讀出的數(shù)據(jù)可以被暫時(shí)儲(chǔ)存在緩沖存儲(chǔ)器1220中。當(dāng)主機(jī)1100發(fā)送讀取請(qǐng)求以及存在于非易失性存儲(chǔ)器件1230中的數(shù)據(jù)被高速緩存時(shí)，緩沖存儲(chǔ)器件1220可以提供高速緩存功能以將高速緩存的數(shù)據(jù)直接提供至主機(jī)1100。一般地，基于主機(jī)1100的總線格式(例如，SATA或SAS)的數(shù)據(jù)傳輸速率可以比SSD 1200的存儲(chǔ)溝道的數(shù)據(jù)傳輸速率快。在此情況下，可以提供大容量緩沖存儲(chǔ)器1220，以使由于主機(jī)1100與SSD 1200之間的速度差而導(dǎo)致的性能退化最小化。緩沖存儲(chǔ)器1220可以是用于提供充足緩沖的同步DRAM。然而，實(shí)施例不局限于此。
[0141]非易失性存儲(chǔ)器件1230可以被提供作為SSD1200的儲(chǔ)存介質(zhì)。在實(shí)施例中，非易失性存儲(chǔ)器件1230可以是具有大儲(chǔ)存容量的NAND型或NOR型快閃存儲(chǔ)器。對(duì)于另一實(shí)施例，相變存儲(chǔ)器、磁存儲(chǔ)器、電阻式存儲(chǔ)器、鐵電存儲(chǔ)器或包括其組合的存儲(chǔ)系統(tǒng)可以應(yīng)用為非易失性存儲(chǔ)器件1230。
[0142]圖12是示出根據(jù)另一實(shí)施例的存儲(chǔ)系統(tǒng)2000的框圖。
[0143]參照?qǐng)D12，存儲(chǔ)系統(tǒng)2000可以包括存儲(chǔ)器控制器2200和快閃存儲(chǔ)器2100。在實(shí)施例中，快閃存儲(chǔ)器2100可以是上面參照?qǐng)D1至圖8描述的非易失性存儲(chǔ)器件100，存儲(chǔ)器控制器2200可以是圖1的控制電路170。在快閃存儲(chǔ)器2100中，可以通過(guò)用具有與儲(chǔ)存在編程區(qū)中的編程電荷的極性相同的極性的電荷對(duì)電荷擴(kuò)散阻擋區(qū)充電來(lái)在電荷捕獲層的電荷擴(kuò)散阻擋區(qū)處產(chǎn)生勢(shì)皇，從而改善快閃存儲(chǔ)器2100的數(shù)據(jù)保持特性。結(jié)果，快閃存儲(chǔ)器2100可以呈現(xiàn)可靠的編程性能。
[0144]存儲(chǔ)器控制器2200可以被配置為控制快閃存儲(chǔ)器2100ARAM 2230可以用作用于CPU 2210的操作的存儲(chǔ)器。主機(jī)接口2220可以實(shí)施數(shù)據(jù)交換協(xié)議以將存儲(chǔ)系統(tǒng)2000連接至主機(jī)。包括在存儲(chǔ)器控制器2200中的錯(cuò)誤校正電路2240可以檢測(cè)并校正從快閃存儲(chǔ)器2100讀出的數(shù)據(jù)中包括的錯(cuò)誤。存儲(chǔ)器接口 2250可以與快閃存儲(chǔ)器2100接口。CPU 2210可以執(zhí)行用于存儲(chǔ)器控制器2200的數(shù)據(jù)交換的全部控制操作。存儲(chǔ)系統(tǒng)2000還可以包括儲(chǔ)存用于與主機(jī)接口的編碼數(shù)據(jù)的R0M(未示出)。
[0145]快閃存儲(chǔ)器2100可以使用各種接口協(xié)議中的一種(諸如仍8、1^(:、？(:1^八5、SATA、PATA、SCS1、ESDI或IDE)來(lái)與外部設(shè)備(例如，主機(jī))通信。存儲(chǔ)系統(tǒng)2000可以應(yīng)用于各種用戶設(shè)備，諸如超移動(dòng)PC(UMPC)、工作站、上網(wǎng)本、個(gè)人數(shù)字助理(PDA)、便攜式計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)板、無(wú)線電話、移動(dòng)電話、智能電話、數(shù)字相機(jī)、數(shù)字錄音機(jī)、數(shù)字音頻播放器、數(shù)據(jù)圖像記錄器、數(shù)字圖像播放器、數(shù)字錄像機(jī)、數(shù)字音頻播放器、能夠無(wú)線收發(fā)數(shù)據(jù)的設(shè)備、家庭網(wǎng)絡(luò)等。
[0146]圖13是示出根據(jù)另一實(shí)施例的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存設(shè)備3000的框圖。
[0147]參照?qǐng)D13，數(shù)據(jù)儲(chǔ)存設(shè)備3000可以包括快閃存儲(chǔ)器3100和閃存控制器3200。閃存控制器3200可以基于從連接至數(shù)據(jù)儲(chǔ)存設(shè)備3000的外部設(shè)備接收到的控制信號(hào)來(lái)控制快閃存儲(chǔ)器3100?？扉W存儲(chǔ)器3100可以具有各種結(jié)構(gòu)中的任何一種，諸如其中層疊有多層陣列的層疊閃存結(jié)構(gòu)、沒(méi)有源極和漏極的閃存結(jié)構(gòu)、引腳型閃存結(jié)構(gòu)、三維閃存結(jié)構(gòu)或其組入口 ο
[0148]快閃存儲(chǔ)器3100可以執(zhí)行擦除操作(其是兩步擦除操作或兩步擦除操作與預(yù)編程操作的組合)，從而在擦除操作期間在電荷捕獲層的電荷擴(kuò)散阻擋區(qū)中產(chǎn)生并維持空間電荷。因此，能夠在執(zhí)行編程操作之后改善數(shù)據(jù)保持特性。數(shù)據(jù)儲(chǔ)存設(shè)備3000可以構(gòu)成存儲(chǔ)卡設(shè)備、SSD設(shè)備、多媒體卡設(shè)備、SD卡、記憶棒設(shè)備、硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)設(shè)備、混合驅(qū)動(dòng)設(shè)備或USB閃存設(shè)備。在實(shí)施例中，數(shù)據(jù)儲(chǔ)存設(shè)備3000可以是滿足要由電子設(shè)備(諸如數(shù)字相機(jī)或個(gè)人計(jì)算機(jī))使用的標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范的存儲(chǔ)卡。
[0149]圖14是示出根據(jù)實(shí)施例的計(jì)算系統(tǒng)4000的框圖。
[0150]參照?qǐng)D14，計(jì)算系統(tǒng)4000可以包括通過(guò)總線4400彼此電連接的快閃存儲(chǔ)器件4100、存儲(chǔ)器控制器4200、諸如基帶芯片組的調(diào)制解調(diào)器4300、微處理器4500以及用戶接口4600?？扉W存儲(chǔ)器件4100可以是通過(guò)采用上述的電荷捕獲儲(chǔ)存層中的電荷擴(kuò)散阻擋區(qū)而具有改善的數(shù)據(jù)保持特性的非易失性存儲(chǔ)器件。
[0151]計(jì)算系統(tǒng)4000可以是移動(dòng)設(shè)備。在此情況下，計(jì)算系統(tǒng)4000還可以包括用于提供用來(lái)操作計(jì)算系統(tǒng)4000的電壓的電池4700。雖然未示出，但是計(jì)算系統(tǒng)4000還可以包括應(yīng)用芯片組、相機(jī)圖像處理器(CIS)或移動(dòng)DRAM。存儲(chǔ)器控制器4200和快閃存儲(chǔ)器件4100可以使用用于儲(chǔ)存數(shù)據(jù)的非易失性存儲(chǔ)器件構(gòu)成SSD。
[0152]根據(jù)實(shí)施例的非易失性存儲(chǔ)器件和/或存儲(chǔ)器控制器可以使用各種類(lèi)型的封裝來(lái)安裝。各種封裝可以包括PoP(層疊封裝)、球柵陣列(BGA)、芯片級(jí)封裝(CSP)、塑料引線芯片載體(PLCC)、塑料雙列直插封裝(PDIP)、華夫包式裸片、晶片形式裸片、板上芯片(COB)、陶瓷雙列直插封裝(CERDIP)、塑料度量四方扁平封裝(MQFP)、薄型四方扁平封裝(TQFP)、小夕卜形集成電路(SOIC )、收縮型小外形封裝(SSOP)、薄型小外形封裝(TSOP)、系統(tǒng)級(jí)封裝(SIP)、多芯片封裝(MCP)、晶片級(jí)制造封裝(WFP)、晶片級(jí)處理層疊封裝(WSP)等。
[0153]此外，上述非易失性存儲(chǔ)器件可以在各種溫度下操作。例如，如果非易失性存儲(chǔ)器件被應(yīng)用至電源設(shè)備，則多個(gè)存儲(chǔ)單元可以在具有比室溫高的溫度的環(huán)境下操作，其中，可以在這種高溫環(huán)境下執(zhí)行預(yù)編程操作和兩步擦除操作。與此相反，多個(gè)存儲(chǔ)單元可以在具有比室溫低的溫度的環(huán)境下操作。根據(jù)另一實(shí)施例，可以在不同的溫度范圍執(zhí)行預(yù)編程操作和兩步擦除操作。
[0154]根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例，通過(guò)用具有與儲(chǔ)存在編程區(qū)中的編程電荷的極性相同的極性的電荷對(duì)與電荷捕獲層的編程區(qū)相鄰的電荷擴(kuò)散阻擋區(qū)充電，在電荷擴(kuò)散阻擋區(qū)中產(chǎn)生勢(shì)皇，從而可以防止或減少編程電荷的擴(kuò)散。結(jié)果，可以提供具有優(yōu)異的數(shù)據(jù)保持特性和改善的可靠性的非易失性存儲(chǔ)器件，以處理持續(xù)增加的集成度、容量以及選擇性地處理多電平編程。
[0155]此外，根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例，通過(guò)在電荷擴(kuò)散阻擋區(qū)處注入電荷來(lái)驅(qū)動(dòng)非易失性存儲(chǔ)器件產(chǎn)生和維持勢(shì)皇的方法包括執(zhí)行預(yù)編程操作和/或兩步擦除操作，從而確保優(yōu)異的數(shù)據(jù)保持特性。
[0156]雖然已經(jīng)參考本發(fā)明構(gòu)思的示例性實(shí)施例具體示出和描述了本發(fā)明構(gòu)思，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的是，在不脫離如所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明構(gòu)思的精神和范圍的情況下，可以在形成和細(xì)節(jié)上作出各種改變。
[0157]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0158]本申請(qǐng)要求于2015年3月7日在韓國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)局提交的第10-2015-0032112號(hào)韓國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，該韓國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)通過(guò)引用全部合并于此，如所充分地闡述一樣。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種非易失性存儲(chǔ)器件，包括: 存儲(chǔ)單元陣列，包括多個(gè)存儲(chǔ)單元；以及 控制電路， 其中，所述多個(gè)存儲(chǔ)單元中的每個(gè)包括溝道層、設(shè)置在溝道層之上的電荷捕獲層以及設(shè)置在電荷捕獲層之上的控制電極，電荷捕獲層由存儲(chǔ)單元陣列中的所述多個(gè)存儲(chǔ)單元共孚， 其中，電荷捕獲層包括: 編程區(qū)，分別設(shè)置在所述多個(gè)存儲(chǔ)單元的控制電極之下；以及 電荷擴(kuò)散阻擋區(qū)，每個(gè)電荷擴(kuò)散阻擋區(qū)設(shè)置在編程區(qū)中的兩個(gè)相鄰編程區(qū)之間以及控制電極中的兩個(gè)相鄰控制電極之間，以及 其中，控制電路被配置為控制存儲(chǔ)單元陣列，使得通過(guò)用具有與儲(chǔ)存在編程區(qū)中的編程電荷的極性相同的極性的電荷對(duì)電荷擴(kuò)散阻擋區(qū)充電來(lái)在電荷擴(kuò)散阻擋區(qū)中產(chǎn)生勢(shì)皇。2.如權(quán)利要求1所述的非易失性存儲(chǔ)器件，其中，存儲(chǔ)單元陣列包括多個(gè)存儲(chǔ)串，每個(gè)存儲(chǔ)串包括彼此串聯(lián)連接的所述多個(gè)存儲(chǔ)單元。3.如權(quán)利要求1所述的非易失性存儲(chǔ)器件，其中，溝道層通過(guò)沿垂直于襯底的主表面的方向延伸的半導(dǎo)體柱體來(lái)提供， 第一絕緣層、電荷捕獲層以及第二絕緣層順序地設(shè)置在半導(dǎo)體柱體的側(cè)壁上，以及 存儲(chǔ)單元陣列是三維存儲(chǔ)單元陣列。4.如權(quán)利要求1所述的非易失性存儲(chǔ)器件，其中，第一絕緣膜是隧穿絕緣層，以及 第二絕緣膜是阻擋絕緣層。5.如權(quán)利要求1所述的非易失性存儲(chǔ)器件，其中，控制電路執(zhí)行預(yù)編程操作，用于通過(guò)同時(shí)將編程電壓施加至所述多個(gè)存儲(chǔ)單元的控制電極來(lái)用具有相同極性的電荷對(duì)電荷捕獲層的編程區(qū)和電荷擴(kuò)散阻擋區(qū)充電。6.如權(quán)利要求5所述的非易失性存儲(chǔ)器件，其中，通過(guò)使用邊緣電場(chǎng)對(duì)電荷捕獲層的電荷擴(kuò)散阻擋區(qū)充電來(lái)執(zhí)行預(yù)編程操作。7.如權(quán)利要求5所述的非易失性存儲(chǔ)器件，其中，針對(duì)存儲(chǔ)單元陣列中的兩個(gè)或更多個(gè)頁(yè)、一個(gè)或更多個(gè)串或者一個(gè)或更多個(gè)塊來(lái)執(zhí)行預(yù)編程操作，或者針對(duì)整個(gè)存儲(chǔ)單元陣列來(lái)執(zhí)行預(yù)編程操作。8.如權(quán)利要求1所述的非易失性存儲(chǔ)器件，其中，通過(guò)電荷載流子從溝道層的注入、電荷載流子從溝道層的源極或漏極的福勒-諾得海姆隧穿、或者電荷載流子從溝道層的福勒_諾得海姆隧穿來(lái)對(duì)電荷擴(kuò)散阻擋區(qū)充電。9.如權(quán)利要求1所述的非易失性存儲(chǔ)器件，其中，控制電路對(duì)所述多個(gè)存儲(chǔ)單元執(zhí)行擦除操作以保持勢(shì)皇。10.如權(quán)利要求9所述的非易失性存儲(chǔ)器件，其中，電荷擴(kuò)散阻擋區(qū)的寬度大于編程區(qū)的寬度。11.如權(quán)利要求1所述的非易失性存儲(chǔ)器件，其中，控制電路執(zhí)行兩步擦除操作，所述兩步擦除操作包括: 第一擦除步驟，用于擦除來(lái)自所述多個(gè)存儲(chǔ)單元之中的偶數(shù)編號(hào)的存儲(chǔ)單元的數(shù)據(jù)；以及 第二擦除步驟，用于擦除來(lái)自所述多個(gè)存儲(chǔ)單元之中的奇數(shù)編號(hào)的存儲(chǔ)單元的數(shù)據(jù)，第二擦除步驟在時(shí)間上與第一擦除步驟分開(kāi)執(zhí)行。12.如權(quán)利要求11所述的非易失性存儲(chǔ)器件，其中，如果兩步擦除操作被執(zhí)行若干次，則每次執(zhí)行兩步擦除操作時(shí)改變執(zhí)行第一擦除步驟和第二擦除步驟的次序。13.如權(quán)利要求11所述的非易失性存儲(chǔ)器件，其中，在執(zhí)行兩步擦除操作之前，控制電路執(zhí)行預(yù)編程操作，用于通過(guò)將編程電壓同時(shí)施加至所述多個(gè)存儲(chǔ)單元的控制電極來(lái)用具有相同極性的電荷對(duì)電荷捕獲層的編程區(qū)和電荷擴(kuò)散阻擋區(qū)充電。14.如權(quán)利要求13所述的非易失性存儲(chǔ)器件，其中，當(dāng)兩步擦除操作被執(zhí)行若干次時(shí)，在每次執(zhí)行兩步擦除操作之前，執(zhí)行預(yù)編程操作。15.如權(quán)利要求13所述的非易失性存儲(chǔ)器件，還包括:計(jì)數(shù)器，用于計(jì)數(shù)兩步擦除操作被執(zhí)行的次數(shù)， 其中，控制電路從計(jì)數(shù)器接收關(guān)于兩步擦除操作被執(zhí)行的次數(shù)的信息，以及當(dāng)兩步擦除操作被重復(fù)特定次數(shù)時(shí)，在兩步擦除操作被執(zhí)行所述特定次數(shù)之前執(zhí)行預(yù)編程操作。16.如權(quán)利要求13所述的非易失性存儲(chǔ)器件，在根據(jù)擦除后編程PAE方案來(lái)對(duì)一個(gè)或更多個(gè)選中存儲(chǔ)單元編程的情況下，在對(duì)選中存儲(chǔ)單元執(zhí)行編程操作之前執(zhí)行預(yù)編程操作和跟隨預(yù)編程操作的兩步擦除操作，以及 其中，如果數(shù)據(jù)被從包括所述多個(gè)存儲(chǔ)單元中的一些、一個(gè)或更多個(gè)串、一個(gè)或更多個(gè)頁(yè)或者一個(gè)或更多個(gè)塊的預(yù)定區(qū)域擦除，則針對(duì)預(yù)定區(qū)域執(zhí)行預(yù)編程操作和兩步擦除操作。17.如權(quán)利要求13所述的非易失性存儲(chǔ)器件，其中，預(yù)編程操作和兩步擦除操作被執(zhí)行以初始化所述多個(gè)存儲(chǔ)單元。18.—種驅(qū)動(dòng)非易失性存儲(chǔ)器件的方法，所述方法包括: 第一擦除步驟，用于擦除多個(gè)存儲(chǔ)單元之中的偶數(shù)編號(hào)的存儲(chǔ)單元的數(shù)據(jù)；以及 第二擦除步驟，用于擦除來(lái)自所述多個(gè)存儲(chǔ)單元之中的奇數(shù)編號(hào)的存儲(chǔ)單元的數(shù)據(jù)，第二擦除步驟在時(shí)間上與第一擦除步驟分開(kāi)執(zhí)行， 其中，所述多個(gè)存儲(chǔ)單元共享電荷捕獲層，以及 其中，電荷捕獲層包括編程區(qū)以及電荷擴(kuò)散阻擋區(qū)，編程區(qū)分別分配至所述多個(gè)存儲(chǔ)單元，每個(gè)電荷擴(kuò)散阻擋區(qū)設(shè)置在編程區(qū)中的兩個(gè)相鄰編程區(qū)之間。19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中，所述多個(gè)存儲(chǔ)單元被包括在存儲(chǔ)串中。20.如權(quán)利要求18所述的方法，其中，如果兩步擦除操作被執(zhí)行若干次，則每次執(zhí)行兩步擦除操作時(shí)改變執(zhí)行第一擦除步驟和第二擦除步驟的順序。21.如權(quán)利要求18所述的方法，還包括:在兩步擦除操作之前，對(duì)所述多個(gè)存儲(chǔ)單元執(zhí)行預(yù)編程操作， 其中，執(zhí)行預(yù)編程操作以用具有與儲(chǔ)存在編程區(qū)中的編程電荷的極性相同的極性的電荷來(lái)對(duì)電荷擴(kuò)散阻擋區(qū)充電。22.如權(quán)利要求21所述的方法，在預(yù)編程操作中，通過(guò)將編程電壓同時(shí)施加至所述多個(gè)存儲(chǔ)單元的控制電極來(lái)用具有相同極性的電荷對(duì)電荷捕獲層的編程區(qū)和電荷擴(kuò)散阻擋區(qū)同時(shí)充電。23.如權(quán)利要求21所述的方法，其中，對(duì)包括所述多個(gè)存儲(chǔ)單元的存儲(chǔ)單元陣列的至少兩個(gè)頁(yè)、一個(gè)或更多個(gè)串或者一個(gè)或更多個(gè)塊執(zhí)行預(yù)編程操作，或者對(duì)整個(gè)存儲(chǔ)單元陣列執(zhí)行預(yù)編程操作。24.如權(quán)利要求21所述的方法，其中，當(dāng)兩步擦除操作被執(zhí)行若干次時(shí)，在每次執(zhí)行兩步擦除操作之前，執(zhí)行預(yù)編程操作。25.如權(quán)利要求21所述的方法，其中，每當(dāng)兩步擦除操作被重復(fù)特定次數(shù)時(shí)，執(zhí)行預(yù)編程操作一次。26.—種驅(qū)動(dòng)非易失性存儲(chǔ)器件的方法，所述方法包括:對(duì)多個(gè)存儲(chǔ)單元執(zhí)行預(yù)編程操作，以用具有與儲(chǔ)存在編程區(qū)中的編程電荷的極性相同的極性的電荷來(lái)對(duì)電荷擴(kuò)散阻擋區(qū)充電， 其中，所述多個(gè)存儲(chǔ)單元共享電荷捕獲層，以及 其中，電荷捕獲層包括編程區(qū)和電荷擴(kuò)散阻擋區(qū)，編程區(qū)分別分配至所述多個(gè)存儲(chǔ)單元，每個(gè)電荷擴(kuò)散阻擋區(qū)設(shè)置在編程區(qū)中的兩個(gè)相鄰編程區(qū)之間。27.如權(quán)利要求26所述的方法，其中，對(duì)包括所述多個(gè)存儲(chǔ)單元的存儲(chǔ)單元陣列的至少兩個(gè)頁(yè)、一個(gè)或更多個(gè)串或者一個(gè)或更多個(gè)塊執(zhí)行預(yù)編程操作，或者對(duì)整個(gè)存儲(chǔ)單元陣列執(zhí)行預(yù)編程操作。28.如權(quán)利要求26所述的方法，還包括:在執(zhí)行預(yù)編程操作之后執(zhí)行兩步擦除操作， 其中，兩步擦除操作包括: 第一擦除步驟，用于擦除來(lái)自所述多個(gè)存儲(chǔ)單元之中的偶數(shù)編號(hào)的存儲(chǔ)單元的數(shù)據(jù)；以及 第二擦除步驟，用于擦除來(lái)自所述多個(gè)存儲(chǔ)單元之中的奇數(shù)編號(hào)的存儲(chǔ)單元的數(shù)據(jù)，第二擦除步驟在時(shí)間上與第一擦除步驟分開(kāi)執(zhí)行， 其中，在通過(guò)使用擦除后編程PAE方案來(lái)對(duì)選中的一個(gè)或更多個(gè)存儲(chǔ)單元編程的情況下，在對(duì)選中存儲(chǔ)單元執(zhí)行編程操作之前執(zhí)行預(yù)編程操作和兩步擦除操作，以及 其中，如果數(shù)據(jù)被從包括所述多個(gè)存儲(chǔ)單元中的一些、一個(gè)或更多個(gè)串、一個(gè)或更多個(gè)頁(yè)或者一個(gè)或更多個(gè)塊的預(yù)定區(qū)域擦除，則針對(duì)預(yù)定區(qū)域執(zhí)行預(yù)編程操作和兩步擦除操作。29.如權(quán)利要求26所述的方法，還包括:在執(zhí)行預(yù)編程操作之后執(zhí)行兩步擦除操作， 其中，兩步擦除操作包括: 第一擦除步驟，用于擦除來(lái)自所述多個(gè)存儲(chǔ)單元之中的偶數(shù)編號(hào)的存儲(chǔ)單元的數(shù)據(jù)；以及 第二擦除步驟，用于擦除來(lái)自所述多個(gè)存儲(chǔ)單元之中的奇數(shù)編號(hào)的存儲(chǔ)單元的數(shù)據(jù)，第二擦除步驟在時(shí)間上與第一擦除步驟分開(kāi)執(zhí)行，以及 其中，執(zhí)行預(yù)編程操作和兩步擦除操作來(lái)初始化所述多個(gè)存儲(chǔ)單元。
【文檔編號(hào)】G11C16/26GK105938725SQ201610128411
【公開(kāi)日】2016年9月14日
【申請(qǐng)日】2016年3月7日
【發(fā)明人】李宗昊, 姜昊中, 崔洛龍, 韓炳日, 樸景真, 鄭圣蓉
【申請(qǐng)人】愛(ài)思開(kāi)海力士有限公司, 首爾大學(xué)校產(chǎn)學(xué)協(xié)力團(tuán)