专利名称：可改善抹除操作特性的非易失性存储元件的制作方法
技术领域：
本发明是有关于一种非易失性存储元件，且特别是有关于种可改抹除操作特性的非易失性存储元件北 冃學技术巨、z -刖的电子组件通常是以非易失性储存元件来储存大量的数据举例来说，移动电话可以接收和储存影像，再转移到它的元件所取得的信息可以储存在一个或是多个非易失性存储元件中为能处理和储存这一胜信息，储存元件的形式通常必须有能够将存储单元阵列中的储存比特程序化或抹除的功用常见的非易失性存储现 益是一种可以在个存储单元储存两个比特的储存电荷捕捉存储器图1是公知种电荷捕捉存储元件的存储单元100的剖面示思图。电荷捕捉存储单元100包括一层位于源极120、漏极130以及沟道层140上方的薄氧化物/氮化物/氧化物(0N0)层110 。柵极层1 5 0则是形成在0N0层1 1 0上方。此存储单元 可以形成 一 个金氧半场效晶体管(M0SFET)。因此，对 存储单元l 0 0来说，数据可以以电荷的形式储存在 MOSFET的沟道层1 4 0边缘上方的ONO层1 1 0之中。将电荷捕捉存储单元1 o o程序化的方法可以通过将沟道执电子(CHE)注入于ONO层1 1 0的方式来施行的抹除的操作可以经由带至带遂穿所产生的执 八"电洞注入HHI)于 ONO层1 1 0的方式来施行的而当所读取的对象与程序化操作相反时，读取存在电荷捕捉存储单元1 0 0的数据，则可以通过感应来白漏极以及源极的电流来读取储存在ONO层1 1 0中的电荷由于电荷可储存在沟道层1 4 0的两个接合边缘上的ONO层1 1 Q中，因此，存储单元1 0 0可储存两个比特数据与存储单元10 0相关的晶体管具有临界电压，可允许电荷载子如电洞或电子由信道层140移动到ONO层1 1 0。在进行程序化操作时，当电子注入于存储单元1 o0时，存储单元1 0 0的临界电压增加另 一 方面，在进行抹除操作时，当电洞注入于存储单元1 0 0时，电子或负电荷载子减少，存储单元100的临界电压下降。图2显示公知一种电荷捕捉存储单元1 o 0的比特在包含程序化与抹除操作的 循环的临界电压分布示意图。图中的横轴为临界电压Vt分布。请参照图2 ，在程序化阶段的存储元件，3存储单元在开始时具有较低的Vt分布，然后再发展为较高的Vt分布。相反地，在抹除阶段的存储单元组件，存储单元由较高的Vt分布回复到较低的Vt分布，这是因为电子或负电荷载子减少之故。EV表示电荷捕捉存储单元的比特的抹除验证电压值。PV表示电荷捕捉存储单元比特的程序化验证电压值；RD表示电荷捕捉存储单元比特的 然而，公知读取电压值。 以热电洞注入(HH I )技术来进行抹除操作的电荷捕捉存储元件却有 一 些缺点。此技术会使得执电洞电荷陷于0N0层中，导致室温(RT)漂移以及电荷漏失，而造成临界电压的变动。RT漂移，是因为在抹除时，存储单元感应室温造成二比特电荷捕捉存储单元的临界电压漂移所致。这种漂移将会影响储存在存储单元中数据的可靠度。电荷漏失或是保持漏失retentionloss)将使得存储单元的比特的临界电压随着时间而改变。存储单元的临界电压vt会因为0N0层的中所捕捉的电荷的重新分布redistribution)改变，而导致读取错误。因此，目前需要 一 种改良的非易失性存储元件其可以在进行抹除操作时克服上述缺陷。发明内容本发明的目的， 一 方面，本发明提供 一 种对具有多个存储单元的非易失性存储元件进行抹除操作的方法。此方法是将至少 一 个在程序化之前在 一 抹除阶段胃有在第 一 区的临界电压值的存储单元程序化，该存储单元在程序化之后具有在一第二区的临界电压值，中该第二区的临界电压高于该第一区的临界电压在另一方面，本发明提供 一 种非易失性存储单元。此非易失性存储单元包括多个存储单元，各存储单元的结构可至少储存 一 储存比特。此存储器还包括多个用以程序化至少一存储单元的装置，该存储单元在程序化之.、/ ■> 刖在一抹除阶段具有在一第一区的临界电压值，且在程序化之后具有在一第二区的临界电压值，中该第二区的临界电压高于该第 一 区的临界电压c在又一方面，本发明提供 一 种对具有多个存储单元的非易失性存储元件进行抹除操作的方法。此方法包括进行N次循环，各循环包括 一 程序化阶段与一抹除阶段，且其中N是大于1的整数。进行各所述的第N次循环包括选择 一 第 一 组存储单元用于程序化阶段，以及选择第二组存储单元用于抹除阶段；该第 一 组与该第组的存储单元开始具有在第 一 临界电压值的临界电压程序化该第一组存储单元，使其临界电压值增加为第二临界电压值；以及程序化该第二组存储单元，使临界电压值增加为一 第二临界电压值。員体地说，本发明提供的进行抹除操作的方法，适用于員有多个存储单元的非易失性存储元件，包括在抹除阶段，将至少一个在一第 一 区的临界电压值的存储单元程序化，该存储单元在程序化之后具有在第—区的临界电压值，其中该第二区的临界电压咼于该第区的临界电压。所述的进行抹除操作的方法，其中还包括将至少个員有在该第二区的临界电压值的 一 存储单元程序化，该存储单元在程序化之后具有在 一 第三区的临界电压值，中该第三区的临界电压高于该第二区的临界电压所述的进行抹除操作的方法，其中还包括将在程序化之前具有在该第一区的 一 存储单元的第读取电压值调整为在程序化之后具有在该第二区的—第读取电压值。所述的进行抹除操作的方法，其中还包括将在程序化之前具有在该第一区的 一 存储单元的一第 一 程序化验证电压值调整为在程序化之后具有在该第二区的 一 第二程序化验证电压值。所述的进行抹除操作的方法，其中将该至少 一 存 储单元程序化的方法包括将电子注入于该存储单元 中，以使该存储单元的临界电压值增加。本发明提供的 一 种非易失性存储器，包括 多数个存储单元，各存储单元的结构可至少储存 一储存比特；以及多数个用以程序化至少一存储单元的装置，在一抹除阶段，该存储单元在程序化之前具有在一第一区的临界电压值，在程序化之后具有在一第二区的临界电压值，中该第区的临界电压高于该第 一 区的临界电压。所述的非易失性存储器，其中还包括多数个装置，在抹除阶段，用以将至少一个在程序化之前具有在该第区的临界电压值的一存储单元程序化，该存储单元在程序化之后員有在一第三区的临界电压值，其中该第二区的临界电压咼于该第二区的临界电压。所述的非易失性存储器，其中还包括多数个装置，用以将在程序化之..、/ -目IJ員有在该第 一 区的临界电压的一存储单元的第读取电压值调整为在程序化之后具有在该第一区的临界电压的该存储单元的 一 第二读取电压值所述的非易失性存储器，其中还包括多数个装置，用以将在程序化之jy一 刖員有在该第 一 区的临界电压的一存储单元的第程序化验证电压值调整为在程序化之后員有在该第一区的临界电压的该存储单元的 一 第二程序化验证电压值。所述的非易失性存储器，其中该用以程序化该至 少 一 存储单元的装置包括将电子注入于存储单元使该 存储单元临界电压增加的装置。本发明提供的进行抹除操作的方法，适用于具有多个存储单元的非易失性存储元件，包括进行N次循环，各循环包括 一 程序化阶段与 一 抹除阶段，且其中N是大于1的整数，各该第N次循环 包括；选择—第组存储单元用于程序化阶段，以及选择一第—组存储单元用于抹除阶段; 该第一组与该第组的存储单元开始具有第一临界电压值;程序化该第组组存储单元，使其临界电压值增加为一第一临界电压值；以及程序化该第—组组存储单元，使其临界电压值增加为一 第二第 读取临 电界 压电压值，并将一第一读取电压调整为
为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举 一较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下，其中图1为公知 一 种电荷捕捉存储元件的存储单元的 剖面示意图。图2为公知 一 种电荷捕捉存储单元的比特在包含 程序化与抹除操作的循环的临界电压分布示意图。图3为 一 种非易失性存储器进行抹除操作的方法 的流程图实例。图4为图3的储存比特在第n次循环的临界电压 的关系示意图实例。
具体实施方式
本发明的实例将配合附图详述如下。图中相同标 记尽可能用来表示相同的对象。在 一 实例中说明 一 种对具有多个存储单元的非易 失性存储元件进行抹除操作的方法。此方法是将至少由本发明的实施，在抹除操作时不需使用热电洞 注入(HH I )，可以克服公知非易失性存储元件室温漂占〖缺电移个在程序化之前在 一 抹除阶段具有在一第—— 区的临界电压值的存储单元程序化，该存储单元在程序化之后員有在一第二区的临界电压值，其中第一区的临界电压高于第 一 区的临界电压。抹除操作，是进行存储单元比特的程序化，使负电荷载子或电子注入于存储单元，替代传统将热电洞注入存储单元的方式。此方法可以避免热电洞注入造成的室温漂移以及电荷损失。以下的技术可以用于各种非易失性存储组件，例如是硅/氧/氮化物/氧/硅(S0N0S)型存储组件， 其包括电荷捕捉层，如图1所示。要注意的是硅/氧/氮化物/氧/硅(S0N0S)型存储组件也可以用带隙加工硅-氧-氮化物-氧-硅(BE-S0N0S)型存储组件取代每BE-S0N0S型存储组件包括 一 多层介电结构、氮化物层、氧化物层、以及 一 多晶硅层。可以理解的是，多层介电层可包括氧化物层、氮化物层、以及氧化物层根据本发明的 一 实施例，多层介电层中的氧化物层的厚度是小于2 0埃 (Angstrom)，较佳是介于5 -20埃之间，更佳是介于1 0-2 0埃之间，最佳是介于10 - 1 5埃之间且小于1 5埃。多层介电层中的氮物层的厚度是小于2 0埃，较佳是介于10 -.2 0埃之间。多层介电层中的氧化物层的厚度是小于2 0埃，较佳是介于10_ 2 i0埃之间，更佳是介于1 5-20埃之间。可以理解的是，此处多层介电结构的各层厚度，可以由控制沉积制程而达成，并可依据不同应用而做对应的调整图3为种非易失性存储器进行抹除操作的方法的流程图300实例。为了避免模糊本发明，虽然未显示出来，此技术可以存储器中电路的框架或程序化来实施，以提供用以实施此处所述的抹除操作的装置。在最初，存储器是在一个或是多个存储单元进行一抹除操作。在一些实例中，抹除操作是在第 一 组存储单元上进行程序化操作之后的 一 个循环中进行的。在步骤312中，将抹除时的启始电压值低于vt(n )的存储单元组的储存比特程序化，以使其启始电 压值等于Vt(n)。变量n可以是从l开始的整数；Vt(n)可以表示一组改变不同循环 n的临界电压。在此 步骤中，将所指定的存储单元中尚未程序化的那些储 存比特程序化，以使其在n循环具有Vt ( n )的临界电 压。对电荷捕捉或SONOS存储元件来说，可以由将电 子注入ONO层的方式，例如，注入通道热电子(CHE ) 的方式来施行的。在此种方法中，在所指定的存储单 元组中的所有储存比特将具有相同的临界电压值Vt(n)。因此，不需要采用会造成程序化的存储单元的临界电压值减少的执电洞注入(HHI)制程。在止 少骤3 14中，以 一 程序化验证电压PV ( n )程序化验证步骤 312中被程序化的储存比特。变量n可以是从i开始的整数；PV(n)可以表示不同n循环的 一 组改变程序化验证电压。例如，对第 一 循环而言，n等于l 。在步骤3 1 5中，若是储存比特通过步骤314的验证则进行判定。在 一 实例中，将各程序化的储存比特的临界电压与适当循环的PV (n)电压比较。若是电压相等或是实质上相等，则判定储存比特通过程序化验证，再进行方法中的步骤3 16。若不是，则回到方法的步骤3 12。在步骤31 6中，调整读取参考电流(用以读取验证以及程序化参考电流(用以程序化验证)，以提供个新的读取电压RD ( n+ 1 )以及一个新的程序化验证电压PV (n+ 1)。在此步骤中，提供该新的读取以及验证电压给在程序化步骤中临界电压增加的储存比特在步骤31 6之后，对存储器进行读取操作步骤319程序化操作步骤3 2 9以及抹除操作步骤 32 1 。在步骤31 9中，开始读取操作，然后步骤320以新的读取电压RD "+ 1读取储存比特之后，持续进行此方法，开始进行抹除步骤321或程序化步骤329 。在步骤3 2 9中，开始进行程序化操作，接着，将储存比特(目标比特)程序化。在步骤3 32中，以步骤3 3 0中新的程序化电压PV ( n+ 1 )对程序化的储存比特进行程序化验证。其后，持续进行此方法，开始进行抹除步骤3 2 1 。在步骤3 2 1中，开始进行抹除操作，再进行步骤3 4 0 ，将变量n增加到n二 n+ 1 。然后，回到方法的步骤3 1 2 ，将与电洞相反的电子注入于所选择的存储单元中，以进行抹除因此，当n= 2时，在步骤3 1 2的储存比特被程序化而具有新的临界电压Vt ( 2 )，其中临界电压Vt2咼于临界电压Vt ( 1 )。在上述方法中，并未使用传统的注入电洞的技术，也就是HHI技术。再者，在一循环中未被程序化的被指定抹除的储存比特可被程序化，以确保所有被指定的储存比特的临界电压值备设定在较高的值。因此，在先、/ -目U的循环中，在低值的这些储存比特在后续的循环中会有高的临界电压值。此情形更是显示在图4中，显示图3的方法中n个循环的临界电压的关系示思图请参照图4 ，以抹除技术程序化在目前的循环中尚未被程序化的储存比特，以使得所指定抹除的存储单元相对于那些被程序化的储存比特的临界电压在较咼的临界电压值。接着，其将变成下 一 个循环的临界电压例如，在第一个循环的第一程序化阶段中，所选择的員有比特在A区的低临界电压Vt的存储单元字中的储存比特可以被程序化，以使其临界电压值增加为比特在B区的高临界电压vt。因此，有 一 些储存比特将会有保持在A区的临界电压值。在第一个循环的抹除阶段中，进行 一 个非传统的抹除操作。也就是，将临界电压仍在A区的储存比特程序化，以使临界电压增加为在B区的程序化储存比特。在此方法中，在所期望的存储单元中的所有比特最终将具有在B区的相同临界电压值。对第循环而言，在第二循环的第二程序化阶段中，所选择的具有比特在B区的低临界电压Vt的存储单元字中的储存比特可以被程序化，以使其临界电压值增加为比特在C区的高临界电压Vt 。在第二阶段的抹除阶段中，与第 一 个循环的抹除阶段相同，将临界电压仍在B区的储存比特程序化，以使其临界电压值增加为比特在C区。而对第三循环来说，以相同形式进行程序化以及抹除阶段，以使其临界电压由C区增加为D区。下 一 个循环被程序化的储存比特的临界 电压值的区域，如A区至D区，均较高于先前循环。同样地，各个下 一 个循环的读取电压以及程序化验证电压也会增加。例如，在第 一 循环中的读取电压RD1以及程序化验证电压PV 1在第二循环中分别增加为RD 2以及PV 2这种现象将持续至下——个循环因此，在各个循环中，储存在储存比特中的数据可被正确读取，且程序化可被精确验证。因此，本发明所公开的技术不使用HHI来进行抹除操作，可以改非易失性存储元件的操作在这种方法中，存储单元的储存比特的临界电压在下个循环开始之、/ -目U， 具有相对较高的值。各个循环的程序和抹除阶段的读取电压以及程序化验证电压值也可以增加这将可以更为正确地验证被程序化的储存比特以及判断储存在储存比特的数据。在 一 些例子中，由调整读取参考电流以及程序化参考电流，可以用来调整程序化验证以及读取电压值，以提供一个更新的读取电压以及个更新的程序化验证电压给.下 一 个循环。本发明所公开的技术在不脱离本发明的精神范围内当可进步加以润饰。例如，读取参考存储单元以及程序化参考存储单元亦可被程序化，以增加临界电压值特别是，当读取以及程序化验证电压值增加时，可减少读取参考电流以及程序化参考电流在另例子中，可增加读取参考存储单元以及程序化参考存储单元的字线电压值，以分别增加读取电压以及程序化验证电压值，减少读取参考电流以及程序化参考电流调整读取和程序化验证技术的其它实例包括增加或减少存储单元阵列的字线电压值，以使得流在各个存储单元上的电流增加。读取和程序化验证存储单元的读取参考电流以及程序化参考电流相对较小，因此，可以更正确地读取以及验证储存在储存比特的数据。亦即，依据另实例并参考图3，该方法可以加以改变，以调整流过各个存储单元的电流。综上所述，虽然本发明巳以 一 较佳实施例揭露如上，然并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中員有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求范围所界定的内容为准。
权利要求
1. 一种进行抹除操作的方法，适用于具有多个存储单元的非易失性存储元件，其特征在于，包括在一抹除阶段，将至少一个在一第一区的临界电压值的存储单元程序化，该存储单元在程序化之后具有在一第二区的临界电压值，其中该第二区的临界电压高于该第一区的临界电压。
2、如权利要求1所述的进行抹除操作的方法，苴 z 特征在于，中，包括将至少个有在该第区的临界电压值的存储单元程序化，该存储单元在程序化之后員有在第二区的临界电压值，苴 Z 、中该第二区的临界电压咼于该第二区的临界电.压
3.如权利要求1所述的进行抹除操作的方法特征在于，中，包括:将在程序化之刖具有在该第区的存储单元的第一读取电压值调整为在程序化之后具有在该第一区的一第读取电压值。
4、如权利要求1所述的进行抹除操作的方法，其特征在于，中，包括将在程序化之目ij具有在该第区的存储单元的 第一程序化验证电压值调整为在程序化之后有在该第二区的 一 第二程序化验证电压值。
5 、如权利要求1所述的进行抹除操作的方法，特征在于，其中，将该至少一存储单元程序化的方法包括将电子注入于该存储单元中，以使该存储单元的临界电压值增加。
6、一种非易失性存储器，其特征在于，包括多数个存储单元，各存储单元的结构可至少储存储存比特；以及多数个用以程序化至少一存储单元的装置，在抹除阶段， 该存储单元在程序化之前具有在一第—区的临界电压值，在程序化之后具有在 一 第区的临界电压值，其中该区的临界电压高于该第区的临界电压。
7、如权利要求6所述的非易失性存储器特征在于，3中，包括多数个装置，在 一 抹除阶段，用以将至少一个在程序化之前具有在该第二区的临界电压值的一存储单元程序化，该存储单元在程序化之后員有在一第三区的临界电压值，其中该第二区的临界电压咼于该第二区的临界电压
8、如权利要求7所述的非易失性存储器，特征在于，其中，包括多数个装置，用以将在程序化之、/ -目IJ員有在该第-区的临界电压的一存储单元的-.第-*读取电压值调整为在程序化之后具有在该第—区的临界电压的该存储单元的一第二读取电压值,
9、如权利要求7所述的非易失性存储器，特征在于，中，包括多数个装置，用以将在程序化之目u且 z 有在该第区的临界电压的一存储单元的第程序化验证电压值调整为在程序化之后具有在该第一区的临界电压的该存储单元的一第二程序化验证电压值。
10、如权利要求6所述的非易失性存储器，其特征在于，其中，该用以程序化该至少 一 存储单元的装置包括将电子注入于存储单元使该存储单元临界电压增加的装置。
11、一种进行抹除操作的方法，适用于具有多个存储单元的非易失性存储元件，其特征在于，包括进行N次循环，各循环包括一程序化阶段与 一 抹除阶段，且其中N是大于1的整数，各该第N次循环 包括；选择一第一组存储单元用于程序化阶段，以及选 择 一 第二组存储单元用于抹除阶段；该第 一 组与该第 二组的存储单元开始具有第 一 临界电压值；程序化该第 一 组组存储单元，使其临界电压值增加为 一 第二临界电压值；以及程序化该第二组组存储单元，使其临界电压值增加为 一 第二临界电压值，并将 一 第 一 读取电压调整为 一第二读取电压。
全文摘要
一种进行抹除操作的方法，适用于具有多个存储单元的非易失性存储元件。此方法是将至少一个在程序化之前在一抹除阶段具有在一第一区的临界电压值的存储单元程序化，该存储单元在程序化之后具有在一第二区的临界电压值，其中该第二区的临界电压高于该第一区的临界电压。抹除操作，是进行存储单元比特的程序化，使负电荷载子或电子注入于存储单元，替代传统将热电洞注入存储单元的方式。此方法可以避免热电洞注入造成的室温漂移以及电荷损失。
文档编号G11C16/10GK101241759SQ200710101769
公开日2008年8月13日 申请日期2007年5月9日 优先权日2007年2月7日
发明者何文乔, 张坤龙, 张钦鸿, 洪俊雄 申请人:旺宏电子股份有限公司