专利名称：非易失性存储单元的编程方法
技术领域：
本发明涉及半导体存储器，并且特别是涉及非易失性的、电可擦除可编程只读存储单元的编程。
背景技术：
非易失性的电可擦除可编程只读存储单元(EEPROM)的信息位的编程通常花费相对多的时间。为了编程单位存储单元或多位存储单元，电荷被注入并且被存储在存储单元的电荷俘获区中。通过将电荷注入和存储在电荷俘获区中(或者通过将电荷不注入和不存储在电荷俘获区中)，编程二进制信息，所述二进制信息稍后可以从该存储单元中被读出。
编程过程通常包括至少两个步骤，即在第一步骤中施加编程脉冲，继之以第二步骤中的编程验证步骤。在编程脉冲步骤期间，例如通过使用热电子效应或者通过使用Fowler-Nordheim隧道效应将电荷注入并且存储在所述存储单元中。编程验证步骤允许测试编程步骤是否成功。
在文献US 6,396,742 B1中，说明了随后有验证的存储单元的编程。在那里，建议编程单元的状态并且然后验证所述单元的阈值电压是否在期望的电压范围内。如果期望的阈值电压没有达到，则预定的多个附加编程脉冲被施加到所述单元。
由于包括随后的验证步骤的若干编程脉冲的施加，编程所述单元花费相对多的时间。除此之外，必须在一方面是所达到的存储单元的阈值电压的精度与另一方面是所需的编程和验证步骤的数量和分解(resolution)之间作出权衡。
因此，本发明的对象是加速非易失性存储单元的编程时间。本发明的另一对象是在编程期间允许调节存储单元的阈值电压。本发明所解决的附加对象是控制多个存储单元的阈值电压的分配。
发明内容
根据本发明的实施例，规定一种编程能够存储至少一个信息位的、电可擦除可编程只读存储单元(EEPROM单元)的方法，所述存储单元具有电荷俘获区，所述方法包括通过将电荷注入并且存储在电荷俘获区中来编程信息位的步骤，因此在第一时间周期期间将固定的电压施加到存储单元，该第一时间周期后面是第二时间周期，在该第二时间周期期间将恒定电流施加到所述存储单元。
根据所描述的方法，规定两个阶段的单元编程，所述两个阶段的单元编程包括其中施加固定的漏极电压的第一阶段并包括其中固定编程电流的随后的第二阶段。在第二阶段期间，由于所注入的电荷，漏极电压略微增加。
根据优选的实施例，在第二时间周期期间所施加的恒定电流对应于在第一时间周期结束时所达到的电流电平。因此，在第一时间周期结束时，在固定的漏极电压处流动的电流是固定的，以致在第二时间周期期间提供恒定电流，而编程信号的恒定电流的电压是不固定的。
根据本发明的其他优选实施例，具有恒定电流的编程信号的电压中的变化在第二时间周期期间被测量。具有恒定电流的编程信号的电压取决于存储单元的编程状态。第二时间周期期间的电压例如取决于存储单元的阈值电压变化。
根据优选的实施例，当在第二时间周期期间所观察到的电压变化量超过预定的阈值时，结束通过将电荷注入并且存储在电荷俘获区中来编程信息位的步骤。所述预定的阈值例如可以取决于编程后存储单元所具有的存储单元的所期望的阈值电压。这导致在编程期间调节阈值电压。编程所需要的时间被加速，因为测量实际的阈值电压的步骤不再需要。利用本发明，规定了编程非易失性存储单元的步骤的自定时概念。
根据其它的优选实施例，根据编程之后的存储单元的所期望的阈值电压来预定所预定的阈值。
根据其它实施例，EEPROM单元能够存储两个二进制信息位，并且在正被编程的位中所俘获的电荷的测量通过测量具有恒定电流的编程信号的电压变化来执行。正被编程的位被用于监控直接在编程存储单元的步骤期间由存储单元的编程所产生的状态。
根据其它的优选实施例，设置了一种具有能够存储至少一个信息位的EEPROM单元的设备，所述存储单元具有电荷俘获区，所述设备包括编程信号发生器，该编程信号发生器与存储单元耦合并且被设计用于在第一时间周期中输出具有固定电压的编程信号而在第二时间周期(在第一时间周期之后)中输出具有恒定电流的编程信号，用于通过将电荷注入并且存储在电荷俘获区中来编程信息位。
根据优选的实施例，在该设备中，这样设计编程信号发生器，以致在第二时间周期期间所施加的恒定电流对应于在第一时间周期结束时所达到的电流电平。
根据又一其它优选的实施例，装置被设置用于在第二时间周期期间测量具有恒定电流的编程信号的电压中的变化。
优选地，所述设备包括用于将具有恒定电流的编程信号在第二时间周期期间的所述电压变化的量与预定的阈值电平进行比较的装置，并且所述设备包括用于当编程信号在第二时间周期期间的所述电压变化的量超过预定的阈值电平时结束所述存储单元的编程的装置。
根据其它优选的实施例，所述设备包括控制单元。所述控制单元产生控制信号，用于在第一时间周期与第二时间周期之间切换。所述控制单元可以包括用于预先确定定义第一时间周期的持续时间的时间间隔的装置。
根据本发明的实施例，规定编程电可擦除可编程只读存储单元的方法，所述存储单元能够存储两个二进制信息位，所述存储单元具有被连接到源极端子的第一区域和被连接到漏极端子的第二区域，所述存储单元在所述两个区域之间具有沟道并且在该沟道上具有栅电极，但是该栅电极通过电荷俘获区与该沟道隔开，所述电荷俘获区被布置在绝缘层之间，所述方法包括通过将电荷注入并且存储在电荷俘获区中来编程第一位的步骤，由此在第一时间周期期间将固定的电压施加到漏极端子和栅极端子，该第一时间周期后面是第二时间周期，在该第二时间周期期间将恒定电流施加到漏极端子。所述栅极端子在固定的电压处。源极端子可以被连接到参考电势端子上。
根据优选的实施例，被夹在两个绝缘层之间的电荷俘获区被实现为氧化层-氮化层-氧化层(ONO，oxide-nitride-oxide)结构。所述存储单元优选的是两位快闪EEPROM单元。
在两个绝缘层之间，优选地设置有用作电荷俘获介质的不导电的介电层。所述两个单独的位被存储在电荷俘获区的在物理上不同的区域中。
根据优选的实施例，在第二时间周期期间所施加的恒定电流对应于在第一时间周期结束时所达到的电流。
根据其它的优选实施例，在第二时间周期期间，具有恒定电流的编程信号的电压中的变化通过读取所述存储单元的第二位来测量。
根据又一其它的优选实施例，当在第二时间周期期间所观察到的电压变化量达到预定的阈值时，结束通过将电荷注入并且存储在电荷俘获区中来编程第一位的步骤。
根据优选的实施例，根据存储单元的所期望的阈值电压来预定所预定的阈值。
根据本发明的示例性实施例，设置一种设备，所述设备具有能存储两个二进制信息位的电可擦除可编程只读存储单元，所述存储单元具有被连接到源极端子的第一区域并具有被连接到漏极端子的第二区域，所述存储单元在所述两个区域之间具有沟道并且在该沟道上具有栅电极，但是该栅电极通过电荷俘获区与该沟道隔开，所述电荷俘获区被夹在绝缘层之间，所述设备包括编程信号发生器，所述编程信号发生器与存储单元的漏极端子耦合并且被设计用于在第一时间周期期间输出具有固定电压的编程信号且在第二时间周期(在第一时间周期之后)输出恒定电流，所述编程信号用于通过将电荷注入并且存储在电荷俘获区来编程存储单元的第一位。存储单元的栅极端子在固定电压处。
所述源极端子可以被连接到参考电势端子。所述参考电势端子可以是地。
所述存储单元可以包括带有由不导电的介电层组成的电荷俘获区的ONO结构。
为了编程两位单元的另一位，极性必须被反向，也就是所述编程信号必须被施加到源极端子而不是漏极端子。
根据优选实施例，这样设计编程信号发生器，以致在第二时间周期期间所施加的恒定电流对应于在第一时间周期结束时所达到的编程信号的电流电平。
根据其它的优选实施例，所述设备包括用于在第二时间周期期间测量具有恒定电流的编程信号的电压中的变化的装置。
根据又一其它的优选实施例，所述设备包括用于将具有恒定电流的编程信号在第二时间周期期间的所述电压变化的量与预定的阈值电平进行比较的装置。所述设备还包括用于当编程信号在第二时间周期期间的所述电压变化的量超过预定的阈值电平时结束所述存储单元的编程的装置。
示例性实施例的以下详细说明和附图提供了对本发明的本质和优点的更好的理解。
图1示出具有EEPROM单元和编程信号发生器的设备的例子。
图2是根据第一实例的漏极电流和漏极电压随时间变化的曲线图。
图3是根据第二实例的漏极电流和漏极电压随时间变化的曲线图。
图4示出两位快闪EEPROM单元的结构的例子。
图5是生成编程信号的电路框图的第一例子。
图6是生成编程信号的电路框图的第二例子。
使用相同的参考符号或编号表示相似或相同的元件。
具体实施例方式
在此，仅仅参考附图通过实例来说明本发明。
图1示出具有电可擦除可编程只读存储单元(EEPROM单元)1和编程信号发生器2的设备。EEPROM单元能够存储两个二进制信息位。存储单元1具有被连接到源极端子3的第一区域和被连接到漏极端子4的第二区域。存储单元1在所述两个区域之间具有沟道并且在该沟道上具有栅电极5，但是该栅电极5与该沟道隔开。栅电极5被连接到栅极端子6。电荷俘获区被布置在绝缘层之间，如下面参考图3更详细地来解释的那样。所述设备包括被耦合到漏极端子4的编程信号发生器2。栅极端子6在固定电压处。源极端子3被连接到参考电势端子8。编程信号发生器2被设计用于在第一时间周期期间输出具有固定电压的编程信号而在第一时间周期之后的第二时间周期中输出具有恒定电流的编程信号，在所有情况下用于通过将电荷注入并且存储在电荷俘获区中来编程存储单元1的第一位。关于单元的第一位的电荷俘获区由参考编号7来表示。编程信号发生器2还包括用于在第二时间周期期间(即恒定电流阶段)测量漏极电压的装置。
编程信号发生器被设计用于将(在恒定电压阶段期间被减少了漏极电压的)第二时间周期期间的实际的漏极电压与漏极电压增加量的预定的阈值电平ΔVd进行比较。根据单元1的所期望的阈值电压来定义预定的阈值电平。根据该实施例，所述存储单元是两位快闪存储器。
参考如图1中所示的电路，当漏极端子被连接到编程信号源时，第一位(即所谓的单元的右位)可以被编程。这样选择所施加的漏极电压，以致热载流子生成是可能的。在对于热载流子生成具有固定电压的第一时间周期之后，编程电流被固定并且漏极电压的变化由编程信号发生器来观察。在这种情况下，漏极电压的初始值被看作要被清除的偏移量。由于这个原因，仅仅测量漏极电压的变化。漏极电压在第二时间周期期间略微地增加。这是由于所注入的电荷。所注入的电荷对靠近边界的单元1的沟道的电屏蔽有影响。这是二阶效应但是这在mV的范围中是可观察的。当超过漏极电压的变化量的预定的阈值电平ΔVd时，停止编程周期。换句话说，漏极电压的变化的检测可被解释为读取如图1中所示的两位快闪单元的正被编程的位。为了读出这个位，所述漏极电流被施加到漏极端子。
在这种情况下，关于正被编程的位调节存储单元的阈值电压直接在编程期间是可能的。因此，规定自定时概念。不需要测试布骤来验证阈值电压在施加编程脉冲之后是否在所期望的上预定电平和下预定电平内。而漏极电压变化直接在编程的第二阶段期间被监控。通过在第二阶段期间预定漏极电压的期望的变化量，可以设置存储单元的期望的阈值电压。这是非常准确的，以致不需要附加步骤来测试或验证。因此，编程时间被加速。
当具有多于一个的存储单元时，例如具有存储器队列，能够根据上面所建议的原理很容易地控制阈值电压的编程单元分配。
作为附加的优点，在编程期间实现节电。
图2示出漏极电流Id和漏极电压Vd随时间变化的例子的曲线图。在第一时间周期1期间，编程信号是恒定的电压信号。因此，在第一阶段1期间，漏极电压Vd恒定在电平VD1处。在第一阶段期间，漏极电流Id非常快速地上升，直到该漏极电流Id达到最大值并接着缓慢下降。在完成单元的所期望的编程之前，第一阶段1结束并且第二阶段开始。在第二阶段2期间，第一阶段结束时的漏极电流电平是固定的。这导致在整个第二阶段期间恒定的漏极电流Id。由于半导体存储单元中的二阶效应，漏极电压Vd在第二阶段1期间略微上升，上升的漏极电压被标记为VD2。可变的漏极电压VD2与恒定的漏极电压VD1之间的差一超过预定的阈值ΔVd，就结束编程。由于预定的阈值电平ΔVd表示存储单元1的所期望的阈值电压的事实，实现所期望的阈值电压电平的非常准确的编程。
图3示出漏极电流Id和漏极电压Vd随时间变化的另一例子。图3与图2的不同之处在于，第二阶段2期间的漏极电流不必对应于在第一阶段1结束时所达到的电流电平。而是在第一阶段1结束时，能够选择恒定的电流电平ID2、ID2.1、ID2.2，所述恒定的电流电平ID2、ID2.1、ID2.2大于、等于或小于在第一阶段1结束时所达到的电流电平ID2。第二阶段2期间的漏极电压VD2、VD2.1、VD2.2的幅度取决于第二阶段2的恒定的电流电平的选择。
图4示出所集成的两位快闪存储器EEPROM单元11的结构的例子。存储单元11包括源极端子13、漏极端子14和栅极端子16。图4的存储单元11具有被连接到源极端子13的第一区域和被连接到漏极端子14的第二区域，所述存储单元11在所述两个区域之间具有沟道17。栅电极18被连接到栅极端子16并被置于沟道17之上。电荷俘获区19被夹在第一绝缘层20与第二绝缘层21之间。根据该实施例，利用层19至21来设置氧化层-氮化层-氧化层(ONO)结构。在两位单元中，所述电荷俘获区可以在第一区域中存储第一位22并且在第二区域中存储第二位23。第一位22在从漏极到源极的方向上被编程。为了读取第一位，应用相反的极性，即从源极到漏极。第二位可以在从源极到漏极的正方向上被编程。在相反的方向上，从漏极到源极施加信号地读出第二位。
至于相同的方向，在第二时间周期期间，正被编程的位的读取可以在利用恒定的电流信号和监控漏极电压的变化编程第一位的期间来执行。因此，在第二时间周期期间，当编程电流是固定的时候，漏极电压的变化可以被观察为第一位的阈值电压的二阶效应。
当然，本发明不仅适用于两位NROM单元而且适用于单位单元，例如适用于具有浮动的栅极结构的快闪存储器。在此，漏极电压中的变化的测量甚至更容易，因为代替二阶效应，编程电压中的变化可被测量为一阶效应。
根据该实施例，跨导中的变化的测量被监控。
当然，漏极和源极的功能可以在第二时间周期期间被交换，用于编程左位和读取右位。
图5示出根据本发明的编程信号发生器的实施例的例子。在编程信号发生器的输出端30处，提供编程信号。在第一阶段1期间，恒定电压发生器31通过开关32被连接到输出端30。恒定电压发生器产生恒定的漏极电压VD1。在第二阶段2期间，编程信号是恒定的漏极电流，该恒定的漏极电流由恒定的电流发生器33产生。在该阶段期间，编程信号发生器的输出端30也被连接到测量和比较装置，该输出端30被耦合到存储单元的漏极端子。在第二阶段2期间被连接到输出端30的第一块34将所测量的漏极电压VD2减少了在第一阶段1期间由恒定电压发生器31所提供的恒定的漏极电压VD1。在块34的输出处，提供漏极电压变化的量VD2-VD1。在比较器35中，将该值与预定的阈值电平ΔVD进行比较。如果块34的输出信号VD2-VD1超过预定的阈值电平ΔVD，则结束编程步骤。这是例如通过关断编程信号发生器30、31、32、33、34、35来执行。
图6示出根据图5的编程信号发生器的可替换的实施例。就图5和6的电路是相同的而言，此处不重复说明。对于图6，省略块34。而在第二阶段期间产生恒定电流的块33的输出端直接被连接到比较器35的输入。比较器35的另一个输入供应有漏极电压的参考阈值电平。这导致在第二阶段期间的漏极电压电平的绝对值与预定的阈值电平的比较。当要被测量的漏极电压超过预定的阈值电平时，结束存储单元的编程。
当然，根据图1至6的电路仅仅是用于更好地理解本发明的实例。由本领域技术人员所进行的修改在本发明的范围内是可能的。
例如，漏极和源极端子可以被交换。当然，本发明不仅适用于单个1位或两位存储单元，而且适用于快闪存储器件中的存储单元的阵列。取决于应用，所介绍的原理不仅适用于若干存储单元的串行编程，而且同时也适用于若干单元的并行编程。
权利要求
1.编程能够存储至少一个信息位的电可擦除可编程只读存储单元的方法，所述存储单元具有电荷俘获区，所述方法包括通过将电荷注入并且存储在电荷俘获区中来编程所述信息位，因此在第一时间周期期间将固定的电压施加到所述存储单元，该第一时间周期后面是第二时间周期，在所述第二时间周期期间将恒定电流施加到所述存储单元。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述第二时间周期期间所施加的恒定电流在大于、等于或小于在所述第一时间周期结束时所达到的电流电平的电流电平处。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述第二时间周期期间所施加的恒定电流对应于在所述第一时间周期结束时所达到的电流电平。
4.根据权利要求1至3之一所述的方法，其中，在所述第二时间周期期间，具有恒定电流的编程信号的电压变化被测量。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，当在所述第二时间周期期间所观察到的电压变化量超过预定的阈值时，结束通过将电荷注入并且存储在所述电荷俘获区中来编程所述信息位的步骤。
6.根据权利要求4所述的方法，其中，当所述编程信号在所述第二时间周期期间的绝对电压电平超过预定的阈值时，结束通过将电荷注入并且存储在所述电荷俘获区中来编程所述信息位的步骤。
7.根据权利要求5或6之一所述的方法，其中，根据所述存储单元的所期望的阈值电压来预定所述预定的阈值。
8.根据权利要求4至7之一所述的方法，其中，所述电可擦除可编程只读存储单元能够存储两个二进制信息位，并且其中具有恒定电流的编程信号的电压变化的测量通过读取所述存储单元的正被编程的位来执行。
9.具有能存储至少一个信息位的电可擦除可编程只读存储单元的设备，所述存储单元具有电荷俘获区，所述设备包括编程信号发生器，所述编程信号发生器与所述存储单元耦合并且被设计用于在第一时间周期中输出具有固定电压的编程信号，以及在所述第一时间周期之后的第二时间周期中输出具有恒定电流的编程信号，用于通过将电荷注入并且存储在所述电荷俘获区中来编程所述信息位。
10.根据权利要求9所述的设备，其中，所述编程信号发生器被这样设计，以致在所述第二时间周期期间所施加的恒定电流对应于在所述第一时间周期结束时所达到的电流电平。
11.根据权利要求9和10之一所述的设备，其中，装置被设置用于在所述第二时间周期期间测量具有恒定电流的编程信号的电压变化。
12.根据权利要求11所述的设备，其中，所述设备包括用于将具有恒定电流的编程信号在所述第二时间周期期间的所述电压变化的量与预定的阈值电平进行比较的装置和用于当所述编程信号在所述第二时间周期期间的所述电压变化的量超过所述预定的阈值电平时结束所述存储单元的编程的装置。
13.编程能够存储两个二进制信息位的电可擦除可编程只读存储单元的方法，所述存储单元具有被连接到源极端子的第一区域和被连接到漏极端子的第二区域，所述存储单元在所述两个区域之间具有沟道并且在所述沟道上具有栅电极，但是所述栅电极通过电荷俘获区与所述沟道隔开，所述电荷俘获区被布置在绝缘层之间，所述方法包括通过将电荷注入并且存储在所述电荷俘获区中来编程第一位，因此在第一时间周期期间将固定的电压施加到所述漏极端子，该第一时间周期后面是第二时间周期，在该第二时间周期期间将恒定电流施加到所述漏极端子。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，在所述第二时间周期期间所施加的恒定电流对应于在所述第一时间周期结束时所达到的电流。
15.根据权利要求13和14之一所述的方法，其中，在所述第一时间周期期间和在所述第二时间周期期间，恒定的电压被施加到所述栅电极。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，当在所述第二时间周期期间所观察到的电压变化量达到预定的阈值时，结束通过将电荷注入并且存储在所述电荷俘获区中来编程第一位的步骤。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，根据所述存储单元的所期望的阈值电压来预定所述预定的阈值。
18.具有能够存储两个二进制信息位的电可擦除可编程只读存储单元的设备，所述存储单元具有被连接到源极端子的第一区域和被连接到漏极端子的第二区域，所述存储单元在所述两个区域之间具有沟道并在所述沟道上具有栅电极，但是所述栅电极通过电荷俘获区与所述沟道隔开，所述电荷俘获区被布置在绝缘层之间，所述设备包括编程信号发生器，所述编程信号发生器与所述存储单元的漏极端子耦合并且被设计用于在第一时间周期期间输出具有固定电压的编程信号以及在所述第一时间周期之后的第二时间周期期间中输出恒定电流，用于通过将电荷注入并且存储在所述电荷俘获区中来编程所述存储单元的第一位。
19.根据权利要求18所述的设备，其中，所述编程信号发生器被这样设计，以致在所述第二时间周期期间所施加的恒定电流对应于在所述第一时间周期结束时所达到的编程信号的电流电平。
20.根据权利要求18和19之一所述的设备，其中，装置被设置用于在所述第二时间周期期间测量具有恒定电流的编程信号的电压变化。
21.根据权利要求20所述的设备，其中，所述设备包括用于将具有恒定电流的编程信号在所述第二时间周期期间的所述电压变化的量与预定的阈值电平进行比较的装置和用于当所述编程信号在所述第二时间周期期间的所述电压变化的量超过所述预定的阈值电平时结束所述存储单元的编程的装置。
全文摘要
提供用于编程能够存储至少一个信息位的电可擦除可编程只读存储单元的方法和设备。所述存储单元具有电荷俘获区。根据本发明，在第一时间周期期间，固定的电压被施加到存储单元，以将电荷注入并且存储在该电荷俘获区中。这个时间周期后面是第二时间周期期间，在该第二时间周期期间，恒定电流被施加到存储单元以完成所述编程步骤。通过监控所述第二时间周期期间的电压中的变化，最终的阈值电压的监控能够直接在编程期间进行。
文档编号G11C11/56GK1937081SQ200610088628
公开日2007年3月28日 申请日期2006年5月31日 优先权日2005年5月31日
发明者M·格茨, R·斯罗维克, N·本－阿里, G·库拉托洛 申请人:英飞凌科技弗拉斯有限责任两合公司