操作非易失性存储器单元的方法与流程

本发明涉及一种操作非易失性存储器单元的方法，尤指一种使用阈值电压搜寻操作非易失性存储器单元的方法。
背景技术：
：可重写非易失性存储器是一种类型的存储器，即使不向存储器供电也可以保留其储存的信息，并允许即时重写程序。由于应用广泛，现今越来越需要将非易失性存储器与主电路嵌入同一晶片中，特别是对于缩小电路面积要求严格的个人电子设备。例如，可重写非易失性存储器单元可以包括具有浮栅的浮栅晶体管。在这种情况下，通过在浮栅上施加编程电压，可能会导致fn穿隧效应(fowler-nordheimtunneling)，使浮栅捕捉浮栅下的电子。因此，浮栅晶体管的阈值电压将升高，并且该阈值电压可用于区分浮栅晶体管的编程状态。然而，由于不同的非易失性存储器单元之间的特性变化，对于不同的非易失性存储器单元，能够引起fn穿隧的电压也可能不同。适用于一个非易失性存储器单元的编程电压可能不适用于另一非易失性存储器单元，而使编程电压设置变得复杂。技术实现要素：本发明实施例提供一种操作非易失性存储器单元的方法。所述非易失性存储器单元包含具有浮栅的浮栅晶体管。所述方法包含在编程操作中：执行初始编程搜寻操作以判别出所述浮栅晶体管的阈值电压的第一初始值，将所述浮栅晶体管的所述浮栅耦合至第一编程电压以提升所述浮栅晶体管的所述阈值电压，执行编程搜寻操作以判别出所述阈值电压的第一变量，根据所述阈值电压的所述第一变量生成第二编程电压，及将所述浮栅晶体管的所述浮栅耦合至所述第二编程电压以提升所述浮栅晶体管的所述阈值电压。本发明实施例提供一种操作非易失性存储器单元的方法，所述非易失性存储器单元包含具有浮栅的浮栅晶体管，具有第一端耦接于所述浮栅晶体管的所述浮栅及第二端耦接于控制线的控制元件，具有第一端耦接于所述浮栅晶体管的所述浮栅及第二端耦接于擦除线的擦除元件。所述方法包含执行初始擦除搜寻操作以判别出所述浮栅晶体管的所述阈值电压的初始值，施加第一擦除电压至所述擦除线以降低所述浮栅晶体管的所述阈值电压，执行擦除搜寻操作以判别出所述阈值电压的变量，根据所述阈值电压的所述变量生成第二擦除电压，及施加所述第二擦除电压至所述擦除线以降低所述浮栅晶体管的所述阈值电压。附图说明图1是本发明实施例的非易失性存储器单元的示意图。图2是用于操作图1之非易失性存储器单元的方法之流程图。图3是图2之方法施加到非易失性存储器单元的电压示意图。图4是图2方法之步骤s210的流程图。图5是图2方法之步骤s230的流程图。图6是用于操作图1之非易失性存储器单元的另一方法之流程图。图7是图6方法之步骤s310的流程图。图8是图6方法之步骤s330的流程图。其中，附图标记说明如下：100非易失性存储器单元110浮栅晶体管120控制元件130擦除元件140选择晶体管150字线晶体管cl控制线el擦除线bl位线wl字线sgl选择栅极线vt0、vt1、vt2、vtp阈值电压vp1、vp2、vp3、vp4、vp5编程电压δv1、δv2、δv3步级电压p1至p4时段200、300方法s210至s370步骤具体实施方式图1是本发明一实施例的非易失性存储器单元100的示意图。非易失性存储器单元100包括浮栅晶体管110，控制元件120，擦除元件130，选择晶体管140和字线晶体管150。浮栅晶体管110具有第一端，第二端和浮栅。控制元件120具有耦接至浮栅晶体管110的浮栅的第一端和耦接至控制线cl的第二端。擦除元件130具有耦接到浮栅晶体管110的浮栅的第一端，以及耦接到擦除线el的第二端。选择晶体管140具有耦接至源极线sl的第一端，耦接至浮栅晶体管110之第一端的第二端，以及耦接至选择栅极线sgl的控制端。字线晶体管150具有耦接至位线bl的第一端，耦接至浮栅晶体管110的第二端的第二端以及耦接至字线wl的控制端。在一些实施例中，控制元件120和擦除元件130可以是金属氧化物半导体电容。在这种情况下，控制元件120和擦除元件130的第一端可以是栅极端，控制元件120和擦除元件130的第二端可以是本体端。因此，控制元件120的第一端，擦除元件130的第一端和浮栅晶体管110的浮栅可以与相同的多晶硅层耦接。此外，在一些实施例中，控制元件120上的多晶硅层的面积可以比浮栅晶体管110上的浮栅的面积更大。而且，擦除元件130的多晶硅层的面积可大于浮栅晶体管110的浮栅面积，但是小于控制元件120的多晶硅层的面积。因此，浮栅的电压可以由施加到控制元件120的电压决定。在一些实施例中，在对非易失性存储器单元100进行编程之前，浮栅晶体管110的阈值电压可为低电压，例如0v。在这种情况下，通过将浮栅耦接至控制线cl和擦除线el并施加低电压便可容易地导通浮栅晶体管110。而且，通过在浮栅晶体管110的浮栅上引起fn穿隧即可对非易失性存储器单元100进行编程。例如，在编程操作期间，可以将高电压施加至控制线cl，并且将浮栅通过控制元件120耦合到高电压。在一些实施例中，擦除线el还可以接收高电压以进一步确保浮栅被耦合到高电压。若高电压的设置正确，在浮栅上会生成fn穿隧效应，并且电子会被捕捉在浮栅中，而阈值电压会提高。在一些实施例中，当浮栅晶体管110的阈值电压升高到高于预定电压时，非易失性存储器单元100会被确认为编程状态。但是，设置适当的编程电压做fn穿隧可能会相当复杂。如果编程电压不够高，可能不会引起fn穿隧，而造成浪费功率。如果编程电压设置得太高，浮栅晶体管110可能因高电压造成损坏。在一些实施例中，在整个编程操作期间编程电压可根据编程条件自行调整。图2是用于操作非易失性存储器单元100的方法200之流程图。图3是方法200施加到非易失性存储器单元的电压示意图。方法200可以用于执行编程操作。方法200包括步骤s210至s270。s210：执行初始编程搜寻操作，以判别浮栅晶体管110的阈值电压的初始值；s220：将浮栅晶体管110的浮栅耦合至编程电压，以提高浮栅晶体管110的阈值电压；s230：编程搜寻操作以判别出浮栅晶体管110的阈值电压的变量；s240：如果浮栅晶体管110的阈值电压高于预定电压，则执行步骤s270，否则执行步骤s250；s250：根据阈值电压的变量更新编程电压；s260：将浮栅晶体管110的浮栅耦合至更新后的编程电压，以提高浮栅晶体管110的阈值电压，执行步骤s230；及s270：结束。另外，如图3所示，可在步骤s210中执行初始编程搜寻操作以判别浮栅晶体管110的阈值电压的初始值vt0。图4是步骤s210的流程图。s211：将浮栅晶体管110的浮栅耦合进入编程测试电压，进行编程验证；s212：如果读取电流超过预定值，则执行步骤s215，否则至步骤s213；s213：将编程测试电压增加一固定步级电压值，以更新编程测试电压；s214：通过将浮栅晶体管110的浮栅耦合至更新后的编程测试电压进行编程验证，执行步骤s212；s215：将编程验证中使用的编程测试电压做为浮栅晶体管110的阈值电压的初始值vt0。在步骤s211中，在编程验证期间，可以将初始编程测试电压施加到浮栅晶体管110的浮栅，并且可以导通选择晶体管140和字线晶体管150。另外，源极线sl的电压可以大于位线bl的电压。因此，若编程测试电压高于浮栅晶体管110的阈值电压，则浮栅晶体管110将导通，并且从位线bl感测到读取电流。然而，如果编程测试电压低于浮栅晶体管110的阈值电压，则浮栅晶体管110将被截止，并且不会从位线bl感测到读取电流或仅感测到极微小的读取电流。在这种情况下，则可通过在步骤s213中增加固定步级电压来更新编程测试电压。固定步级电压可以是但不限于0.1v。在步骤s214中，在下一次编程验证中施加更新的编程测试电压，并且在步骤s212中，再次检查读取电流。因此，编程测试电压可逐步增加，直到读取电流超过预定值，例如60μa，并且在初始编程搜寻操作期间能够导通浮栅晶体管110的最小编程测试电压。可以将其记录为浮栅晶体管110的阈值电压的初始值。在一些实施例中，可以将在步骤s211中使用的初始编程测试电压设置为低电压，使通过初始编程搜寻操作所找到的阈值电压的初始值可以更加准确。而且，在一些其他实施例中，可以根据系统要求以其他步骤执行初始编程搜寻操作。在步骤s210之后，可将第一编程电压vp1施加到控制线cl，从而通过控制元件120将浮栅晶体管110的浮栅耦合到第一编程电压vp1。在一些实施例中，第一编程电压vp1可以是一预设值，例如8v。步骤s220中，耦合到浮栅的高电压可以引起fn穿隧。因此，浮栅晶体管110的阈值电压就会升高。在步骤s230可以检测浮栅晶体管110的阈值电压，并且可以记录阈值电压的变量。图5是步骤s230的流程图。s231：通过将浮栅晶体管110的浮栅耦合至阈值电压的先前值来进行编程验证；s232：如果读取电流超过预定值，则执行步骤s235，否则执行步骤s233；s233：将阈值电压增加一固定步级电压值，以更新编程测试电压；s234：通过将浮栅晶体管110的浮栅耦合至更新后的编程测试电压进行编程验证，进入步骤s232；s235：在编程搜寻操作中进行的多次编程验证来表示阈值电压的变量。图5所示的编程搜寻操作具有与图4所示的初始编程搜寻操作相似的原理。当执行编程搜寻操作时，在编程验证期间确定阈值电压，在步骤s211中将浮栅晶体管110的浮栅耦合至编程测试电压，在步骤s231中，将浮栅晶体管110的浮栅耦合至先前值。例如，如果在步骤s220之后立即执行编程搜寻操作，则阈值电压的先前值会是在步骤s210中得到的初始值vt0。因此编程搜寻操作将从初始值vt0开始。由于在步骤s220中已经提高了浮栅晶体管110的阈值电压，因此阈值电压的初始值vt0可能无法导通浮栅晶体管110。在这种情况下，读取电流会极为微弱，在下一次编程验证中则应使用更大的编程测试电压。因此，随着编程测试电压逐渐增加，编程测试电压将最终升高到与当前浮栅晶体管110的阈值电压相似的位准。在一些实施例中，能够在编程验证期间取得足够读取电流的编程测试电压可被记录为浮栅晶体管110的当前阈值电压值，并且该电压值会是下一个编程搜寻操作的阈值电压的先前值。此外，由于编程测试电压以固定的步级电压逐渐更新，因此在编程搜寻操作期间执行的编程验证的次数应与阈值电压的变量有关。如果阈值电压已经提高，则在编程搜寻操作期间执行的编程验证的次数应该会相当多，以使得编程测试电压可以达到阈值电压的相似位准。然而，如果阈值电压没有显着升高，阈值电压的变量很小，则在编程搜寻操作期间执行的编程验证的次数将非常少。因此，在一些实施例中，当找到阈值电压的当前值时，在步骤s235中，可以使用在编程搜寻操作期间执行的编程验证的次数来表示阈值电压的变量。如图3所示，在施加第一编程电压vp1之后，阈值电压已经升高到值vt1。然而，由于值vt1小于目标值vtp，因此将按照步骤s240的建议执行步骤s250。在步骤s250中，可以使用在步骤s230中记录的阈值电压的变量来更新在步骤s260中使用的编程电压。例如，若适当选择施加到控制线cl的第一编程电压vp1，则可以引发fn穿隧，并且提升浮栅晶体管110的阈值电压。在这种情况下，更新的编程电压vp2可以具有与第一编程电压vp1相似的位准，或者可以稍微大于第一编程电压vp1。然而，如果第一编程电压vp1不够高并且阈值电压没有显着升高，则可以设置更新的编程电压vp2，使其大于第一编程电压vp1。当生成了更新的编程电压vp2，就可以在步骤s260中将浮栅晶体管110的浮栅耦合到更新的编程电压vp2，并且再次执行步骤s230以识别阈值电压的变量。也就是说，在每次施加编程电压以检查浮栅晶体管110的编程状态并更新编程电压之后，都可执行编程搜寻操作。表1显示当在步骤s250中生成更新编程电压时需要被增加或减少的步级电压。表1阈值电压变量n<xx≤n<yy≤n<zz≤n步级电压+δv1+δv20-δv3持续时间p1p2p3p4在表1中，阈值电压的变量可以由在上述步骤s230中所执行的编程验证数量n来表示。此外，如果数量n小于第一阈值数量x，则将第一编程电压vp1增加第一步级电压δv1来生成第二编程电压vp2。另外，如果数量n大于或等于第一阈值数量x，并且小于第二阈值数量y，则可以将第一编程电压vp1增加第二步级电压δv2来生成第二编程电压vp2，第一步级电压δv1可大于第二步级电压δv2。例如，数量x可以为3，数量y可以为7，第一步级电压δv1可以为1v，第二步级电压δv2可以为0.5v。当阈值电压的变量小于第一阈值数量x时，这可能代表先前使用的编程电压不够高，不足以有效地引起fn穿隧。因此，之后使用的编程电压应该为具有更高的位准，从而将先前的编程电压增加第一步级电压δv1以生成更新的编程电压。如图3所示，由于在施加第一编程电压vp1之后阈值电压的变化非常小，因此可以将与第一编程电压vp1增加第一步级电压δv1来生成第二编程电压vp2。然而，当阈值电压的变量大于或等于第一阈值数x时，这代表先前使用的编程电压是有效的，可能仅需要稍作调整。在这种情况下，即可将先前的编程电压增加第二步级电压δv2以生成更新的编程电压。例如，在图3中，可以通过将第二编程电压vp2增加第二步级电压δv2来生成第三编程电压vp3。此外，在第1表中，如果数量n大于或等于第二阈值数量y并且小于第三阈值数量z，则可能代表先前的编程电压是非常有效的，并且可在下一个操作中使用先前的编程电压作为更新的编程电压。如图3所示，第四编程电压vp4可以具有与第三编程电压vp3相同的位准。然而，如果数量n大于或等于第三阈值数量z，则可能代表先前的编程电压太高，可能损坏浮栅晶体管110。在这种情况下，可以通过从先前的编程电压中减少第三步级电压δv3来生成更新的编程电压。如图3所示，可以通过从先前的编程电压中减少第三步级电压δv3来生成第五编程电压vp5。在一些实施例中，例如，z可以是12，第三步级电压δv3可以是0.5v。参照图3，在施加第五编程电压vp5之后，浮栅晶体管110的阈值电压vt2最终达到预定位准vtp，例如3v，如步骤s240至s270中所述的方式完成编程操作。另外，如图3所示，编程电压vp1至vp5可具有不同长度的持续时间。在一些实施例中，还可以根据在编程搜寻操作中得到的阈值电压的变量来确定编程电压的持续时间。例如，下一个编程电压时段的长度可以根据第1表中的持续时间来确定。由于第一步级电压δv1用于生成第二编程电压vp2，因此可在时段p1施加第二编程电压vp2。此外，由于第二步级电压δv2用于生成第三编程电压vp3，因此可在时段p2施加第三编程电压vp3。由于编程电压vp4具有与编程电压vp3相同的位准，因此在下一个操作中，可以在时段p3施加第四编程电压vp4。另外，由于第三步级电压δv3用于生成第五编程电压vp5，可以在时段p4施加第五编程电压vp5。在一些实施例中，由于第一步级电压δv1可以相当大，所以可以将时段p1的长度设置得更小，由此可以保护浮栅晶体管110不被增加的编程电压损坏。因此，时段p1的长度可以短于时段p2的长度和时段p4的长度。此外，当更新的编程电压具有与先前的编程电压相同的位准时，这代表该编程电压相当有效，因此时段p3的长度可以更长。所以时段p3的长度可以长于时段p2的长度和时段p4的长度。利用方法200可以通过编程状态自行调整更新编程电压来对非易失性存储器单元100进行编程。因此，可以高效且安全地执行编程操作。在一些实施例中，类似的原理可以用于擦除操作。图6是用于操作非易失性存储器单元100的方法300之另一流程图。方法300可以用于执行擦除操作。方法300包括步骤s310至s370。s310：执行初始擦除搜寻操作，以判断浮栅晶体管110的阈值电压的初始值；s320：对擦除线el施加擦除电压，以降低浮栅晶体管的阈值电压；s330：执行擦除搜寻操作，以判断阈值电压的变量；s340：如果浮栅晶体管110的阈值电压低于预定电位准，执行s370，否则执行s350；s350：根据阈值电压的变量生成更新的擦除电压；s360：对擦除线el施加更新后的擦除电压，以降低浮栅晶体管110的阈值电压，执行步骤s330；s370：结束。在方法300中，主要可以通过在步骤s320和s360中向擦除线el施加擦除电压来执行擦除操作，从而可以通过擦除元件130释放在浮栅晶体管110的浮栅中的电子。为了找到合适的擦除电压，方法300还可以在步骤s330中执行擦除搜寻操作以判断阈值电压的变量，并且在步骤s350中根据阈值电压的变量来生成更新的擦除电压。随着电子从浮栅中被释放，浮栅晶体管110的阈值电压会降低，最后，当浮栅晶体管110的阈值电压低于预定位准时，非易失性存储器单元100被判断为擦除状态。在一些实施例中，初始擦除搜寻操作与初始编程搜寻操作的相似原理。图7是步骤s310的流程图。s311：将浮栅晶体管110的浮栅耦合至擦除测试电压，进行擦除验证；s312：如果读取电流小于预定值，则执行步骤s315，否则执行步骤s313；s313：从擦除测试电压中减去固定的步级电压，以生成更新的擦除测试电压；s314：通过将浮栅晶体管110的浮栅耦合至更新后的擦除测试电压进行擦除验证，执行步骤s312；s315：用当前擦除验证中使用的擦除测试电压作为浮栅晶体管110的阈值电压的初始值。在步骤s311至s315，擦除测试电压将逐渐降低，直到读取电流变得小于预定值为止，并且在初始擦除搜寻操作期间能够关闭浮栅晶体管110的最高擦除测试电压会被记录为用于擦除操作的浮栅晶体管110的阈值电压初始值。在一些实施例中，擦除搜索操作也可以遵循程序搜索操作的相似原理。图8是步骤s330的流程图。s331：通过将浮栅晶体管110的浮栅耦合至阈值电压的初始值进行擦除验证；s332：如果读取电流小于预定值，则执行步骤s335，否则执行步骤s333；s333：从阈值电压中减去固定的步级电压，以生成更新的擦除测试电压；s334：通过将浮栅晶体管110的浮栅耦合至更新后的擦除测试电压进行擦除验证，执行步骤s332；s335：利用在擦除搜寻操作期间执行的多个擦除验证来表示阈值电压的变量。在步骤s350中，步骤s330所记录的阈值电压的变量可以用于更新在步骤s360中使用的擦除电压。例如，如果适当选择施加到擦除线el的第一擦除电压，则浮栅晶体管110的阈值电压应当显着降低。在这种情况下，要使用的第二擦除电压可以具有与第一擦除电压相似的为准，或者可以稍大于第一擦除电压vp1。如果第一擦除电压不够高并且阈值电压没有显着降低，则可以将更新的擦除电压设置为大于第一擦除电压。在一些实施例中，可以根据第1表将擦除电压更新为编程电压。在一些其他实施例中，还可以根据其他规则根据浮置栅极晶体管110的阈值电压的变量来更新擦除电压。当生成了更新的擦除电压，就可以在步骤s360中将浮栅晶体管110的浮栅耦合到更新的擦除电压，并且将再次执行步骤s330以判断阈值电压的变化，并在每次施加擦除电压以检查浮栅晶体管110的擦除状态并更新擦除电压之后执行擦除搜寻操作。方法300可以通过根据擦除状态自行更新擦除电压来擦除非易失性存储器单元100，因此可以高效且安全地执行擦除操作。综上所述，本发明实施例提供的非易失性存储器单元的操作方法可以通过根据浮栅晶体管的阈值电压的变量来更新操作电压，来对非易失性存储器单元进行编程和擦除，从而提高了编程操作和擦除操作的效率和安全性。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页12