专利名称：非挥发性存储器的启始电压的重置方法
技术领域：
本发明涉及一种非挥发性存储器的操作方法，且特别是涉及一种非挥发性存储器的启始电压的重置方法。
背景技术：
在各种存储器产品中，具有可进行多次数据的存入、读取或擦除等动作，且存入的数据在断电后也不会消失的优点的非挥发性存储器，已成为个人计算机和电子设备所广泛采用的一种存储器元件。
典型的可电擦除且可程序只读存储器以掺杂的多晶硅(polysilicon)制作浮置栅极(floating gate)与控制栅极(control gate)。然而，当掺杂的多晶硅浮置栅极层下方的穿隧氧化层有缺陷存在时，就容易造成元件的漏电流，影响元件的可靠度。
因此，在现有技术中，亦有采用电荷陷入层(charge trapping layer)取代多晶硅浮置栅极，此电荷陷入层的材料例如是氮化硅。这种氮化硅电荷陷入层上下通常各有一层氧化硅，而形成氧化硅/氮化硅/氧化硅(oxide-nitride-oxide，简称ONO)复合层。此种元件通称为硅/氧化硅/氮化硅/氧化硅/硅(SONOS)元件，由于氮化硅具有捕捉电子的特性，注入电荷陷入层之中的电子会集中于电荷陷入层的局部区域上。因此，对于穿隧氧化层中缺陷的敏感度较小，元件漏电流的现象较不易发生。
然而，在一般的SONOS存储器的工艺中，由于工艺环境的影响，例如使用等离子体(Plasma)等将会使基底产生电子、空穴，而产生的部分电子会存入氮化硅电荷陷入层中。而且，存入氮化硅电荷陷入层的电子的量并不一致，会造成每一存储单元的启始电压不均匀，而使得存储器具有较大的启始电压分布，而造成使用上的困难。
发明内容
本发明的目的就是在提供一种非挥发性存储器的启始电压的重置方法，使非挥发性存储器具有均匀的启始电压。
本发明的另一目的是提供一种非挥发性存储器的启始电压的重置方法，可以简单的设定非挥发性存储器，使非挥发性存储器具有所需要的启始电压。
本发明提供一种非挥发性存储器的启始电压的重置方法，适用于由多个存储单元所构成的非挥发性存储器，各存储单元设置于基底上，且包括栅极与电荷陷入层。此方法是以FN穿隧效应擦除非挥发性存储器一段时间，直到擦除饱和，使多个存储单元皆具有饱和启始电压值。
在上述的非挥发性存储器的启始电压的重置方法中，以FN穿隧效应擦除非挥发性存储器的步骤例如是于栅极施加第一电压，且于基底施加第二电压，第二电压与第一电压的电压差足以引发FN穿隧效应。
在上述的非挥发性存储器的启始电压的重置方法中，电压差介于8伏特～20伏特之间。
在上述的非挥发性存储器的启始电压的重置方法中，第一电压为负电压，第二电压为正电压。
在上述的非挥发性存储器的启始电压的重置方法中，还可以根据电压差决定饱和的启始电压值。
本发明又提供一种非挥发性存储器的启始电压的重置方法，适用于由多个存储单元所构成的非挥发性存储器，各存储单元设置于基底上，且具有栅极与电荷陷入层。此方法包括下列步骤。(a)检测非挥发性存储器的启始电压及启始电压均匀性。(b)确认非挥发性存储器的启始电压及启始电压均匀性是否在目标值的范围内。(c)当非挥发性存储器的启始电压及启始电压均匀性没有在目标值的范围内时，进行重置步骤，以FN穿隧效应擦除非挥发性存储器一段时间，直到擦除饱和。
在上述的非挥发性存储器的启始电压的重置方法中，以FN穿隧效应擦除非挥发性存储器的步骤例如是于栅极施加第一电压，且于基底施加第二电压，第二电压与第一电压的电压差足以引发FN穿隧效应。
在上述的非挥发性存储器的启始电压的重置方法中，电压差介于8伏特～20伏特之间。
在上述的非挥发性存储器的启始电压的重置方法中，第一电压为负电压，第二电压为正电压。
在上述的非挥发性存储器的启始电压的重置方法中，根据目标值决定电压差。
在上述的非挥发性存储器的启始电压的重置方法中，更可以重复步骤(b)至步骤(c)，直到非挥发性存储器的启始电压及启始电压均匀性在目标值的范围内。
本发明提供一种非挥发性存储器的启始电压的重置方法，适用于由多个存储单元所构成的非挥发性存储器，各存储单元设置于基底上，且具有栅极与电荷陷入层，此方法包括下列步骤。首先，决定非挥发性存储器的启始电压目标值。然后，根据启始电压目标值，决定以FN穿隧效应擦除非挥发性存储器时所需要的电压差。于基底与栅极之间施加电压差，以利用FN穿隧效应擦除该非挥发性存储器一段时间，直到擦除饱和，使非挥发性存储器的启始电压为启始电压目标值。
在上述的非挥发性存储器的启始电压的重置方法中，电压差介于8伏特～20伏特之间。
在上述的非挥发性存储器的启始电压的重置方法中，于基底与栅极之间施加电压差的步骤如下。首先，根据电压差决定施加于栅极的第一电压与施加于基底的第二电压。然后，于栅极施加第一电压，于基底施加第二电压。
在上述的非挥发性存储器的启始电压的重置方法中，第一电压为负电压，第二电压为正电压。
本发明的非挥发性存储器的启始电压的重置方法，此方法简单，且可以很容易地缩小启始电压的分布。
本发明的非挥发性存储器的启始电压的重置方法，可以准确的控制重置的启始电压目标值，并能够解决在工艺中因等离子体所造成电子会存入电荷陷入层中，导致每一存储单元的启始电压不均匀的问题。
本发明的非挥发性存储器的启始电压的重置方法，在电路设计中，并不需要额外、复杂的CMOS电路，即可有效的控制非挥发性存储器的启始电压及分布。
为让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，以下配合附图以及优选实施例，以更详细地说明本发明。
图1所绘示非挥发性存储器的剖面示意图。
图2所绘示为经程序化的SONOS存储器在不同的擦除偏压下进行擦除操作时的启始电压与擦除时间的关系图。
图3所绘示为未经过重置、程序化或擦除的SONOS存储器在不同的擦除偏压下进行重置操作时的启始电压与擦除时间的关系图。
图4所绘示为在不同的擦除偏压下进行擦除操作时的擦除时间与启始电压的3倍标准差(3σ)的关系图。
图5所绘示为进行重置操作时(擦除偏压＝11伏特)在不同擦除时间下启始电压与计数值的关系图。
图6所绘示为本发明的非挥发性存储器的启始电压的重置方法的实施例的步骤流程图。
图7所绘示为本发明的非挥发性存储器的启始电压的重置方法的另一实施例的步骤流程图。
简单符号说明100基底102底介电层104电荷陷入层106顶介电层108栅极110源极区112漏极区114复合介电层200、202、204、206、208、300、302、304、306步骤具体实施方式
图1所绘示为一种SONOS存储器的剖面示意图。
请参照图1，SONOS存储器例如是由基底100、底介电层102、电荷陷入层104、顶介电层106、栅极108、源极区110与漏极区112所构成。
底介电层102、电荷陷入层104、顶介电层106、栅极108例如是依序设置于基底100上。底介电层102与顶介电层106的材料例如是氧化硅。电荷陷入层104的材料例如是电荷陷入材料，如氮化硅等。底介电层102、电荷陷入层104、顶介电层106例如是构成复合介电层114。源极区110与漏极区112例如是设置于栅极108两侧的基底100中。
当擦除此存储器时，使基底100与栅极108之间具有8伏特至20伏特电压差，例如于栅极108施加0伏特的电压、于基底100施加12伏特的电压，以利用FN穿隧(Fowler-Nordheim tunneling)效应，从使电子由电荷陷入层排至基底100中。在下文中，基底100与栅极108之间的擦除电压差，简称为擦除偏压。
此外，在图1中，只绘示出以单一存储单元，但是本发明的重置方法是适用于由多个存储单元所组成的存储器。
图2所绘示为经程序化的SONOS存储器在不同的擦除偏压下进行擦除操作时的启始电压与擦除时间的关系图。其中，在栅极与基底之间形成不同的电压差的方法为基底施加Vsub(＝8伏特)的电压，并分别于栅极施加不同电压Vg(＝-3伏特、-4伏特或-5伏特)。
请参照图2，对栅极施加不同电压Vg(＝-3伏特、-4伏特或-5伏特)后，可发现于进行擦除操作一段时间后，启始电压皆会趋近于一饱和状态。举例来说，擦除偏压为13伏特时，在0.05秒时达到擦除饱和状态，得到擦除饱和启始电压3.2伏特左右。擦除偏压为12伏特时，在0.1秒时达到擦除饱和状态，得到饱和启始电压2.6伏特左右。擦除偏压为11伏特时，在1秒时达到擦除饱和状态，得到饱和启始电压2.0伏特左右。这是因为当对基底施加Vsub(＝8伏特)的电压，并分别于栅极施加电压Vg(＝-3伏特、-4伏特或-5伏特)时，跨在基底与栅极之间的电压差也会使电子自栅极注入电荷陷入层中，而使启始电压逐渐呈现饱和(saturation)状态，即所谓的擦除饱和现象。而且，若擦除偏压越高，则可得到较高的饱和启始电压，且达到擦除饱和的时间越短。本发明即是藉由此种擦除饱和现象来作为准确设置启始电压的方法。
图3所绘示为未经过重置、程序化或擦除的SONOS存储器在不同的擦除偏压下进行重置操作时的启始电压与擦除时间的关系图。其中，在基底与栅极之间形成不同的电压差的方法为对基底施加Vsub(＝8伏特)的电压，并分别于栅极施加不同电压Vg(＝-2伏特、-3伏特、-4伏特、-6伏特、-7伏特或-8伏特)。
请参照图3，未经过重置、程序化或擦除的SONOS存储器具有不同的最初启始电压，且最初启始电压散乱分布，没有规律。当对基底施加Vsub(＝8伏特)的电压，并分别对栅极施加电压Vg(＝-2伏特、-3伏特、-4伏特、-6伏特、-7伏特或-8伏特)一段时间后，而达到擦除饱和时，SONOS存储器在不同擦除偏压下，可得到不同的饱和启始电压。举例来说，在进行重置操作5秒后，当擦除偏压为16伏特时，得到的饱和启始电压约为3伏特左右；当擦除偏压为15伏特时，得到的饱和启始电压约为2.7伏特左右；当擦除偏压为14伏特时，得到的饱和启始电压约为2.4伏特左右；当擦除偏压为12伏特时，得到的饱和启始电压约为1.5伏特左右；当擦除偏压为11伏特时，得到的饱和启始电压约为0.8伏特左右；当擦除偏压为10伏特时，得到饱和启始电压约为0.2伏特左右。
在图3中，擦除偏压为16伏特的例子，该存储器的最初启始电压为2.0伏特左右，但是以16伏特的擦除偏压进行擦除5秒后，得到的饱和启始电压约为3伏特左右。另一方面，擦除偏压为12伏特的例子，该存储器的最初启始电压为2.1伏特左右，但是以12伏特的擦除偏压进行擦除5秒后，得到的饱和启始电压约为1.5伏特左右。此结果表示，不管存储器最初启始电压的大小，当以特定的擦除偏压对存储器进行重置操作一段时间后，存储器的启始电压就会等于该特定偏压所对应的饱和启始电压。
本发明的重置方法，可以根据图3的启始电压与擦除时间的关系图来进行。举例来说，若想要使重置后的存储器具有设定的启始电压，则可根据想要设定的启始电压，决定擦除偏压。亦即，若要使存储器具有0.2伏特的启始电压，则设定擦除偏压为10伏特，然后以此擦除偏压，擦除存储器一段时间直到存储器处于擦除饱和状态，则存储器的启始电压即为饱和启始电压0.2伏特。同样的，若要使存储器具有0.8伏特的启始电压，则设定擦除偏压为11伏特，然后以此擦除偏压，擦除存储器一段时间直到存储器处于擦除饱和状态，则存储器的启始电压即为饱和启始电压0.8伏特。因此，在存储器制作完毕后，要出货之前，可以利用本发明的存储器的启始电压的重置方法，藉由FN穿隧效应擦除存储器一段时间，直到存储器具有饱和启始电压，并且具有较均匀的启始电压分布。
图4所绘示为在不同的擦除偏压下进行擦除操作时的擦除时间与启始电压的3倍标准差(3σ)的关系图。图5所绘示为进行重置操作时(擦除偏压＝11伏特)在不同擦除时间下启始电压与计数值的关系图。
请参照图4，在经过发明的重置操作后，不管在何种擦除偏压下，启始电压的3倍标准差(3σ)都会缩小。举例来说，在进行重置操作5秒后，当擦除偏压为11伏特时，启始电压的3倍标准差(3σ)由1.16缩小至0.6左右；当擦除偏压为10伏特时，启始电压的3倍标准差(3σ)由1.19缩小至0.8左右；当擦除偏压为9伏特时，启始电压的3倍标准差(3σ)由1.15缩小至0.95左右。结果，在相同擦除时间下，擦除偏压越大越可以缩小启始电压的3倍标准差(3σ)，表示存储器的启始电压分布越均匀。
而且，请参照图5，在未进行重置之前，存储器的平均启始电压约为0.39伏特，3倍标准差(3σ)为1.16。当进行重置5秒后，存储器的平均启始电压约为0.83伏特，3倍标准差(3σ)为0.6。从图4及图5的结果来看，本发明的重置方法可以使存储器具有较均匀的启始电压分布。
图6所绘示为本发明的非挥发性存储器的启始电压的重置方法的实施例的步骤流程图。
请参照图6，在存储器制作完毕后，由于每一存储单元可能会受到工艺影响，而具有不均匀的启始电压，使得存储器具有较大的启始电压分布，而可能造成使用上的困难。因此在出货之前，可以依照本发明的非挥发性存储器的启始电压的重置方法进行重置。
首先，检测非挥发性存储器的启始电压及启始电压均匀性(步骤200)。然后，确认非挥发性存储器的启始电压及启始电压均匀性是否在设定的目标值的范围内(步骤202)。当此非挥发性存储器的启始电压及启始电压均匀性在设定的目标值的范围内，则表示此非挥发性存储器不需进行重置，可以直接出货(直接结束(步骤208))。当此非挥发性存储器的最初启始电压及最初启始电压均匀性并非在设定的目标值的范围内，则表示此非挥发性存储器需进要行重置步骤(步骤204)。在本发明中，重置步骤，例如是以FN穿隧效应擦除非挥发性存储器一段时间，直到非挥发性存储器处于擦除饱和状态，而具有饱和启始电压。然后，确认非挥发性存储器的启始电压及启始电压均匀性是否在设定的目标值的范围内(步骤206)。当此非挥发性存储器的启始电压及启始电压均匀性在设定的目标值的范围内，则表示此非挥发性存储器不需进行重置，可以直接出货(直接结束(步骤208))。当此非挥发性存储器的启始电压及启始电压均匀性并非在设定的目标值的范围内，则表示此非挥发性存储器需进要行重置，则再次进行重置步骤(步骤204)，直到非挥发性存储器的启始电压及启始电压均匀性在设定的目标值的范围内。
举例来说，在设定非挥发性存储器的启始电压目标值为3伏特左右，启始电压均匀性目标值为小于等于0.6(3倍标准差(3σ))的情况下。首先，检测欲出货的非挥发性存储器的启始电压及启始电压均匀性，当检测出的启始电压例如为2.0伏特，3倍标准差(3σ)值例如是1.16时，表示需要进行重置步骤。在此重置步骤中，可根据设定的启始电压目标值，而设定擦除偏压。例如，根据图3的结果，对应启始电压目标值(3伏特)而设定擦除偏压为16伏特。接着，根据此擦除偏压，于非挥发性存储器的栅极施加-8伏特的电压及于基底施加8伏特的电压，以利用FN穿隧效应擦除非挥发性存储器一段时间，例如是5秒，直到非挥发性存储器处于擦除饱和状态。之后，再次检测欲出货的非挥发性存储器的启始电压及启始电压均匀性，若当检测出的启始电压例如为3伏特，3倍标准差(3σ)值例如是小于等于0.6时，则表示重置步骤完成，而可以出货。若检测出非挥发性存储器的启始电压及启始电压均匀性并非在设定的目标值的范围内，则可重复上述重置步骤，直到非挥发性存储器的启始电压及启始电压均匀性在设定的目标值的范围内。
图7所绘示为本发明的非挥发性存储器的启始电压的重置方法的另一实施例的步骤流程图。
请参照图7，若想要使重置后的存储器具有设定的启始电压，则可根据想要设定的启始电压，决定擦除偏压。
首先，决定非挥发性存储器的启始电压目标值(步骤300)。然后，根据启始电压目标值，决定以FN穿隧效应擦除非挥发性存储器时所需要的电压差(擦除偏压)(步骤302)。根据电压差(擦除偏压)决定施加于栅极的第一电压与施加于基底的第二电压(步骤304)。于栅极施加第一电压，于基底施加第二电压，以FN穿隧效应擦除非挥发性存储器一段时间，使非挥发性存储器的启始电压为启始电压目标值(步骤306)。
举例来说，当欲重置非挥发性存储器时，可依实际需要决定非挥发性存储器的启始电压目标值，例如，设定启始电压目标值为2.4伏特。然后，根据启始电压目标值(2.4伏特)，决定以FN穿隧效应擦除非挥发性存储器时所需要的电压差(擦除偏压)。根据图3的结果，对应启始电压目标值(2.4伏特)而设定擦除偏压为14伏特。接着，根据电压差(擦除偏压＝14伏特)决定施加于栅极的电压(例如-6伏特)与施加于基底的电压(例如8伏特)。于栅极施加-6伏特的电压，于基底施加8伏特的电压，以FN穿隧效应擦除非挥发性存储器一段时间，直到非挥发性存储器处于擦除饱和状态。当非挥发性存储器处于擦除饱和状态时，非挥发性存储器的启始电压即为饱和启始电压，亦即相当于先前设定的启始电压目标值(2.4伏特)。
综上所述，本发明的非挥发性存储器的启始电压的重置方法，此方法简单，且可以很容易地缩小启始电压的分布。
本发明的非挥发性存储器的启始电压的重置方法，可以准确的控制重置的启始电压目标值，并能够解决在工艺中因等离子体所造成电子会存入电荷陷入层中，导致每一存储单元的启始电压不均匀的问题。
本发明的非挥发性存储器的启始电压的重置方法，在电路设计中，并不需要额外、复杂的CMOS电路，即可有效的控制非挥发性存储器的启始电压及分布。
虽然本发明以优选实施例揭露如上，然而其并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围应当以权利要求所界定者为准。
权利要求
1.一种非挥发性存储器的启始电压的重置方法，适用于由多个存储单元所构成的非挥发性存储器，各所述存储单元设置于基底上，且包括栅极与电荷陷入层，该方法包括以FN穿隧效应擦除该非挥发性存储器一段时间，直到擦除饱和，使所述存储单元皆具有饱和启始电压值。
2.如权利要求1所述的非挥发性存储器的启始电压的重置方法，其中以FN穿隧效应擦除该非挥发性存储器的步骤包括于该栅极施加第一电压，且于该基底施加第二电压，该第二电压与该第一电压的电压差足以引发FN穿隧效应。
3.如权利要求2所述的非挥发性存储器的启始电压的重置方法，其中该电压差介于8伏特～20伏特之间。
4.如权利要求2所述的非挥发性存储器的启始电压的重置方法，其中该第一电压为负电压，该第二电压为正电压。
5.如权利要求2所述的非挥发性存储器的启始电压的重置方法，还包括根据该电压差决定该饱和启始电压值。
6.一种非挥发性存储器的启始电压的重置方法，适用于由多个存储单元所构成的非挥发性存储器，各所述存储单元设置于基底上，且包括栅极与电荷陷入层，该方法包括(a)检测该非挥发性存储器的启始电压及启始电压均匀性；(b)确认该非挥发性存储器的该启始电压及该启始电压均匀性是否在目标值的范围内；以及(c)当该非挥发性存储器的该启始电压及该启始电压均匀性没有在该目标值的范围内时，进行重置步骤，以FN穿隧效应擦除该非挥发性存储器一段时间，直到擦除饱和。
7.如权利要求6所述的非挥发性存储器的启始电压的重置方法，其中以FN穿隧效应擦除该非挥发性存储器的步骤包括于该栅极施加第一电压，且于该基底施加第二电压，该第二电压与该第一电压的电压差足以引发FN穿隧效应。
8.如权利要求7所述的非挥发性存储器的启始电压的重置方法，其中该电压差介于8伏特～20伏特之间。
9.如权利要求7所述的非挥发性存储器的启始电压的重置方法，其中该第一电压为负电压，该第二电压为正电压。
10.如权利要求7所述的非挥发性存储器的启始电压的重置方法，其中根据该目标值决定该电压差。
11.如权利要求7所述的非挥发性存储器的启始电压的重置方法，还包括重复该步骤(b)至该步骤(c)，直到该非挥发性存储器的该启始电压及该启始电压均匀性在该目标值的范围内。
12.一种非挥发性存储器的启始电压的重置方法，适用于由多个存储单元所构成的非挥发性存储器，各所述存储单元设置于基底上，且包括栅极与电荷陷入层，该方法包括决定该非挥发性存储器的启始电压目标值；根据该启始电压目标值，决定以FN穿隧效应擦除该非挥发性存储器时所需要的电压差；于该基底与该栅极之间施加该电压差，以利用FN穿隧效应擦除该非挥发性存储器一段时间，直到擦除饱和，使该非挥发性存储器的该启始电压为该启始电压目标值。
13.如权利要求12所述的非挥发性存储器的启始电压的重置方法，其中该电压差介于8伏特～20伏特之间。
14.如权利要求12所述的非挥发性存储器的启始电压的重置方法，其中于该基底与该栅极之间施加该电压差的步骤包括根据该电压差决定施加于该栅极的第一电压与施加于该基底的第二电压；以及于该栅极施加该第一电压，于该基底施加该第二电压。
15.如权利要求14所述的非挥发性存储器的启始电压的重置方法，其中该第一电压为负电压，该第二电压为正电压。
全文摘要
本发明公开了一种非挥发性存储器的启始电压的重置方法，其适用于由多个存储单元所构成的非挥发性存储器，各存储单元包括栅极与电荷陷入层。此方法是以FN穿隧效应擦除非挥发性存储器一段时间，直到擦除饱和，使非挥发性存储器具有一致性的饱和启始电压值。
文档编号G11C16/30GK101064190SQ20061007706
公开日2007年10月31日 申请日期2006年4月26日 优先权日2006年4月26日
发明者康智凯, 黄汉屏, 赵志明, 陈世宪 申请人:力晶半导体股份有限公司