专利名称：读取双位存储单元的方法
技术领域：
本发明有关一种读取双位存储单元的方法，且特别是有关一种读取双位的氮 化物只读存储器存储单元(Nitride Read-Only Memory cell)的方法。
背景技术：
请参照图1，其是氮化物只读存储器的存储单元结构的剖面示意图。为了获 得高密度的存储元件，目前已发展出可储存2位的氮化物只读存储器(Nitride Read-Only Memory)存储单元10，以取代传统利用浮动栅极(floating gate) 而只能储存1位的设计。如图1所示，氮化物只读存储器存储单元10包括注入有 源极12及漏极14的基材(bulk) 15，且基材15上方为氧化物-氮化物-氧化物 (oxide-nitride-oxide， 0N0)结构16与栅极13。 0N0结构16是由上氧化物层 (top oxide layer) 16a、氮化物层16b以及底氧化物层(bottom oxide layer) 16c堆栈而成。
0N0结构16中的氮化物层16b (如氮化硅)是作为非导体的电荷捕捉层 (charge-trapping layer)。借此，进行编程(program)动作时，氮化物层16b 的两侧(即分别邻近源极12及漏极14)可各自供来自源极12及漏极14的热电 子注入并加以捕捉。于是，氮化物层16b的两侧分别形成氮化物只读存储器存储 单元10的第一位储存节(bit storage node) Bl及第二位储存节B2，如虚线框 所示；视其中有无捕捉电荷而分别储存1位的0或1的逻辑数据。借由这两个位 储存节B1及B2，氮化物只读存储器存储单元10—次能储存两位，并较佳地以逆 向读取(reverse read)的方式将氮化物只读存储器存储单元10的输出电流大小 与一参考默认值作一比较判断而分别独立存取两位储存节Bl及B2的位状态。然 而，第二位效应(second-bit effect)会影响读取时氮化物只读存储器存储单元 10的输出电流大小，大幅限制参考默认值的设定范围而减少了读取感测窗口(sensing window)。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的就是提供一种读取双位存储单元的方法。有别 于传统的对两个位储存节分别独立读取其位状态，本发明是利用双位存储单 元于两种读取方向时的两输出电流值来同时决定出其所具有的位状态组合。 借此，能更正确判读出两个位状态，有效增加读取感测窗口。
根据本发明的目的，提出一种读取双位存储单元的方法。双位存储单元 包括控制端、第一端以及第二端，双位存储单元于邻近第一端及第二端之处 分别具有第一位储存节及第二位储存节。首先，分别施加控制电压及读取电 压至控制端及第一端，且将第二端接地，以测量第一端的第一输出电流值。 接着，分别施加控制电压及读取电压至控制端及第二端，且将第一端接地， 以测量第二端的第二输出电流值。最后，根据第一输出电流值及第二输出电 流值来同时读取第一位储存节及第二位储存节的位状态。
为让本发明的上述目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举较佳实 施例，并配合附图进行详细说明如下
图1是氮化物只读存储器的存储单元结构的剖面示意图。 图2A至2D是双位存储单元的四种位状态组合的示意图。 图3是依照本发明的读取双位存储单元200的方法的流程图。 图4A至4D分别绘示图2A至2D的双位存储单元200的四种位状态组合下第 一输出电流值1 1及第二输出电流值1—2随控制电压Vg变化的曲线图。
图4E是图4A至4D中的第二输出电流值1_2随控制电压Vg变化的曲线图。 图5是依照本发明第一实施例的图3中步骤330的子步骤的流程图。 图6是依照本发明第二实施例的图3中步骤330的子步骤的流程图。
具体实施例方式
请参照图2A至2D,其是双位存储单元的四种位状态组合的示意图。双位
存储单元200例如为氮化物只读存储器存储单元(Nitride Read-Only Memory cell)，并包括控制端G、第一端D、第二端S以及氧化物-氮化物-氧化物 (oxide-nitride-oxide, 0N0)结构210。控制端G、第一端D及第二端S是
以分别为栅极、漏极及源极为例做说明。此外，双位存储单元200于邻近第 一端D及第二端S之处分别具有第一位储存节Bl及第二位储存节B2 (以虚线 框表示)。
其中，如图2A至2D依序所示，第一位储存节Bl及第二位储存节B2的 位状态分别为逻辑「1」及「1」(图2A) 、「1」及「0」(图2B) 、 「0」 及「1」(图2C)以及「0」及「0」(图2D)。且以斜线表示0N0结构210 中捕捉有注入电荷，而使对应的位储存节被编程为逻辑「0」。
请参照图3，其是依照本发明的读取双位存储单元200的方法的流程图。 本发明主要是分别对双位存储单元200的第一端D及第二端S进行读取动作， 并以其对应的输出电流值来同时决定出双位存储单元200所储存的两个位状 态。
如图3所示，首先，开始进入步骤310中，分别施加控制电压Vg及读取 电压Vr至控制端G及第一端D，且将第二端S接地，以测量第一端D的第一 输出电流值I_l。接着，进入步骤320中，分别施加控制电压Vg及读取电压 Vr至控制端G及第二端S，且将第一端D接地，以测量第二端S的第二输出 电流值1_2。最后，进入步骤330中，根据第一输出电流值I—1及第二输出电 流值1—2来同时读取第一位储存节Bl及第二位储存节B2的位状态，而结束 读取双位存储单元200的方法。
至于步骤330中的具体判读方式，以下再结合附图予以详细说明。然而 下列文字与图中标号仅为说明之用，并不会限定本发明的欲保护范围。
请参照图4A至4E，图4A至4D分别绘示图2A至2D的双位存储单元200 的四种位状态组合下第一输出电流值I—1及第二输出电流值1—2随控制电压Vg 变化的曲线图，图4E是图4A至4D中的第二输出电流值1—2随控制电压Vg 变化的曲线图。例如，于步骤310及320中，施加1.5伏特(V)的读取电压 Vr及3V至5V的控制电压Vg，并测量第一输出电流值1_1及第二输出电流值 I—2的对应变化。此外，为说明方便，各图中的纵轴是取输出电流值I的对数
值。
其中，如分别对应图2A及图2D的图4A及4D所示，由于两储存位节Bl 及B2其位状态的对称性，第一输出电流值I一l及第二输出电流值1—2相等； 但由于编程动作造成的临界电压(threshold voltage)变化，图4D中第一 输出电流值1—1及第二输出电流值1—2的图形曲线发生一偏移现象。而如分 别对应图2B及图2C的图4B及4C所示，仅有一位储存节被执行编程动作， 因此仅有对应的第一输出电流值I一l或第二输出电流值1—2的图形曲线发生 偏移现象。
此外，如图4E所示，是将图4A至4D中的第二输出电流值1_2随控制电 压Vg变化的四曲线做一比较，并以1—2(11)、 1—2(01)、 I—2(10)及1—2(00) 分别代表图4A至4D中的第二输出电流值1—2。当然，I—2(11)及I—2(00)也 可分别视为图4A及4D中的第一输出电流值1—1，而I—2(01)及L2(10)则可 分别视为图4C及4B中的第一输出电流值I一l。可看出第二位效应造成对应图 4B的曲线I—2(01)与对应图4A的曲线I一2(ll)不相同，以及对应图4C的曲线 I—2(10)与对应图4D的曲线I—2(00)不相同。此时，例如以传统的逆向读取对 第一位储存节Bl进行判读，即以一控制电压Vg—0下对应的第二输出电流值I一2 与一参考电流值Ir作大小比较而读取为位状态「1」或「0」时，kg(Ir)显然 必须落于曲线I一2(01)及I—2(10)之间对应的纵轴范围内，如图4E所示。借 此，才能在第二位效应下，正确判读出第一位储存节B1的位状态。
至此，本发明主要是利用上述图4A至4D中，第一输出电流值1 1及第 二输出电流值1—2两者间的图形曲线关系，于步骤330中同时判读出第一位 储存节Bl及第二位储存节B2的位状态，并可增加参考电流值Ir的范围。以 下是列举较佳实施例做详细说明。
第一实施例
请参照图5，其是依照本发明第一实施例的图3中步骤330的子步骤的流 程图。并以在图4E的控制电压Vg—0下对应的第一输出电流值1—1及第二输 出电流值I一2为例。首先，于步骤531中，是判断第一输出电流值Ij及第 二输出电流值I—2的一大小关系。此时，可得三种大小关系即I—1〉I一2、I—KI一2
或1—1=1—2。
如图5所示，当第一输出电流值1—1大于第二输出电流值1—2时，是进 入步骤532a中，读取第一位储存节Bl及第二位储存节B2的位状态分别为「0」 及「1」。而当第一输出电流值1_1小于第二输出电流值1—2时，是进入步骤 532b中，读取第一位储存节Bl及第二位储存节B2的位状态分别为「1」及「0」。 再者，当第一输出电流值1—1及第二输出电流值I一2相等时，是进入步 骤532c中，判断第一输出电流值1—1及第二输出电流值1—2是否大于一第一 默认值Ir—1。若I—1=1一2大于Ir一l，则进入步骤533a中，读取第一位储存 节Bl及第二位储存节B2的位状态分别为「1」及「1」。反之，若1—1 = 1—2 未大于IrJ，则进入步骤533b中，判断第一输出电流值I—1及第二输出电流 值I一2是否小于一第二默认值Ir—2。若I—2=1_2小于Ir—2，则进入步骤534 中，读取第一位储存节B1及第二位储存节B2的位状态分别为「0」及「0」。
由上可知，判断出1一1>1—2或I一KI—_2之后，借由图4B及4C中1—1及I一2 的曲线关系，可简单地同时判读出第一位储存节Bl及第二位储存节B2的位 状态。而对于1—1=1—2的情形，由图4A及4D还可知，可如传统的作法取一 参考电流值来对图4E中曲线I—2(11)及I一2(00)加以判别。但由于已经排除 了 1一1>1—2及I一KI—2的情形，也即图4E中曲线I—2(01)及I一2(10)的情形， 参考电流值的范围可从曲线I—2(01)及I—2(10)之间扩大至1—2(11)及1—2(00) 之间。例如，可设定Ir一l使l。g(Ir—l)落于图4E中曲线I—2(11)及I—2(01)之 间对应的纵轴范围使之有更大的读取感测窗口。
同样，也可设定Ir一2使l。g(Ir—2)落于图4E中曲线I—2(10)及I—2(00)之 间。或者，直接设定Ir—2=Ir—1，即1—1=1—2小于Ir—1时，即读取第一位储 存节Bl及第二位储存节B2的位状态分别为「0」及「0」。当然，视使用需 求或其它考虑，也能改变「1」及「1」与「0」及「0」两种位状态组合的判 断顺序。例如，先于步骤532c中判断第一输出电流值I一l及第二输出电流值 1—2是否小于第二默认值Ir—2，若是，则可读取为「0」及「0」 ，若否，便 继续判断是否大于第一默认值Ir」，以读取出「1」及「1」。
第二实施例
请参照图6，其是依照本发明第二实施例的图3中步骤330的子步骤的流 程图。同样以在图4E的控制电压Vg一0下对应的第一输出电流值1—1及第二 输出电流值1—2为例。首先，于步骤631中，判断第一输出电流值1—1及第 二输出电流值I一2是否皆大于一第一默认值Ir_l'。若是，则进入步骤632a 中，读取第一位储存节B1及第二位储存节B2的位状态分别为「1」及「1」。
如图6所示，当第一输出电流值I一l及第二输出电流值I一2未皆大于Ir—1' 时，则进入步骤632b中，判断第一输出电流值1—1及第二输出电流值I—2是 否皆小于一第二默认值Ir—2'。若是，则进入步骤633a中，读取第一位储存 节B1及第二位储存节B2的位状态分别为「0」及「0」。
再者，当第一输出电流值I一l及第二输出电流值1—2未皆小于Ir一2'时， 是进入步骤633b中，判断第一输出电流值1_1是否大于第二输出电流值1_2。 若是，则进入步骤634a中，读取第一位储存节Bl及第二位储存节B2的位状 态分别为「0」及「1」。若否，则进入步骤634b中，读取第一位储存节Bl 及第二位储存节B2的位状态分别为「1」及「0」。
由上可知，与第一实施例不同之处在于，第二实施例是先判读出「1」及 「1」与「0」及「0」两种位状态组合。以步骤631为例，是利用除了 「1」 及「1」外的其它三种位状态组合皆至少有一位储存节被执行编程动作，即1_1 及I—2中至少有一个图形曲线发生偏移现象，来先加以区分判读出是否为「1」 及「1」。接着，同样以偏移现象来区分「0」及「0」与另外两种位状态组合。 若排除了 「1」及「1」与「0」及「0」两种情形后，再以1—1及1—2之间的 大小关系即可判读出「0」及「1」与「1」及「0」两种情形。
此外，Ir—l'及Ir 2'的设定范围可如同第一实施例的IrJ及Ir_2，或 可设定Ir—l'=Ir_2'。但需注意的是，Ir—l'必须落于图4E中曲线I—2(10)与 I—2(11)之间的范围，Ir—2'则需落于曲线I一2(01)与I—2(00)之间的范围，如 此才能于步骤631及632b中达成正确的判断区分。而「1」及「1」与「0」 及「0」两种位状态组合的判断顺序也可视使用需求或其它考虑做改变，例如 于步骤631先以Ir—2'来对「0」及「0」与其它三种位状态组合做一区别；接 着，再以Ir—l'来区分「1」及「1」与另外两种位状态组合。
然本发明所属技术领域中具有通常知识者当可明了，本发明的技术并不
局限于此。例如，因为实际上可能由于工艺上的因素或测量上的误差，使得
图4A或4D的位状态组合其输出电流值并没有表现出预期的对称性；也即， 如图4A中的I一l与1—2实际的测量结果可能具有一微小差距。此时，图5的 步骤531中，即可允许两者间有一弹性范围而仍判断为1—1=1—2。而第一及第 二实施例中的第一默认值及第二默认值也可相应作微调。只要是利用双位存 储单元于两种读取方向时的两输出电流值来一起作判读，达到同时决定出其
所储存的两个位状态的目的，皆不脱离本发明的技术范围。
本发明上述实施例所揭示的读取双位存储单元的方法，有别于传统上对 两个位储存节分别独立读取其位状态，是利用双位存储单元于两种读取方向 时的两输出电流值，其两者间的大小关系及与预设的参考值作比较，来同时 决定出其所储存的两个位状态。借此，能更正确判读出双位存储单元所具有 的位状态组合，并有效增加读取感测窗口。
综上所述，虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而其并非用以限定 本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和 范围内，当可作各种等同的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视后附 的本申请权利要求范围所界定的为准。
1权利要求
1.一种读取双位存储单元的方法，该双位存储单元包括一控制端、一第一端以及一第二端，该双位存储单元于邻近该第一端及该第二端之处分别具有一第一位储存节及一第二位储存节，该方法包括(a)分别施加一控制电压及一读取电压至该控制端及该第一端，且将该第二端接地，以测量该第一端的一第一输出电流值；(b)分别施加该控制电压及该读取电压至该控制端及该第二端，且将该第一端接地，以测量该第二端的一第二输出电流值；以及(c)根据该第一输出电流值及该第二输出电流值，来同时读取该第一位储存节及该第二位储存节的位状态。
2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于该双位存储单元为一氮化物只 读存储单元。
3. 如权利要求1所述的方法，其特征在于该控制端、该第一端及该第二 端分别为一栅极、 一源极及一漏极。
4. 如权利要求1所述的方法，其特征在于该控制端、该第一端及该第二 端分别为一栅极、 一漏极及一源极。
5. 如权利要求l所述的方法，其特征在于该步骤(c)包括 判断该第一输出电流值及该第二输出电流值的一大小关系。
6. 如权利要求5所述的方法，其特征在于该步骤(c)还包括 当该第一输出电流值大于该第二输出电流值时，读取该第一位储存节及该第二位储存节的位状态分别为「0」及「1」；以及当该第一输出电流值小于该第二输出电流值时，读取该第一位储存节及该第二位储存节的位状态分别为「1」及「0」。
7. 如权利要求5所述的方法，其特征在于该步骤(C)还包括 当该第一输出电流值及该第二输出电流值相等时，判断该第一输出电流值及该第二输出电流值是否大于一第一默认值，若是，则读取该第一位储存 节及该第二位储存节的位状态分别为「1」及「1」；当该第一输出电流值及该第二输出电流值未大于该第一默认值时，是读 取该第一位储存节及该第二位储存节的位状态分别为「0」及「0」；以及当该第一输出电流值及该第二输出电流值未大于该第一默认值时，判断 该第一输出电流值及该第二输出电流值是否小于一第二默认值，若是，则读 取该第一位储存节及该第二位储存节的位状态分别为「0」及「0」。
8. 如权利要求5所述的方法，其特征在于该步骤(C)还包括 当该第一输出电流值及该第二输出电流值相等时，判断该第一输出电流值及该第二输出电流值是否小于一第二默认值，若是，则读取该第一位储存 节及该第二位储存节的位状态分别为「0」及「0」；当该第一输出电流值及该第二输出电流值未小于该第二默认值时，是读 取该第一位储存节及该第二位储存节的位状态分别为「1」及「1」；以及当该第一输出电流值及该第二输出电流值未小于该第二默认值时，判断 该第一输出电流值及该第二输出电流值是否大于一第一默认值，若是，则读 取该第一位储存节及该第二位储存节的位状态分别为「1」及「1」。
9. 如权利要求1所述的方法，其特征在于该步骤(c)包括-判断该第一输出电流值及该第二输出电流值是否皆大于一第一默认值，若是，则读取该第一位储存节及该第二位储存节的位状态分别为「1」及「1」；当该第一输出电流值及该第二输出电流值未皆大于该第一默认值时，判 断该第一输出电流值及该第二输出电流值是否皆小于一第二默认值，若是，则读取该第一位储存节及该第二位储存节的位状态分别为「0」及「0」；以 及当该第一输出电流值及该第二输出电流值未皆小于该第二默认值时，判 断该第一输出电流值是否大于该第二输出电流值，若是，则读取该第一位储 存节及该第二位储存节的位状态分别为「0」及「1」；若否，则读取该第一 位储存节及该第二位储存节的位状态分别为「1」及「0」。
10.如权利要求l所述的方法，其特征在于该步骤(C)包括 判断该第一输出电流值及该第二输出电流值是否皆小于一第二默认值，若是，则读取该第一位储存节及该第二位储存节的位状态分别为「0」及「0」； 当该第一输出电流值及该第二输出电流值未皆小于该第二默认值时，判断该第一输出电流值及该第二输出电流值是否皆大于一第一默认值，若是，则读取该第一位储存节及该第二位储存节的位状态分别为「1」及「1」；以及当该第一输出电流值及该第二输出电流值未皆大于该第一默认值时，判 断该第一输出电流值是否大于该第二输出电流值，若是，则读取该第一位储 存节及该第二位储存节的位状态分别为「0」及「1」；若否，则读取该第一 位储存节及该第二位储存节的位状态分别为「1」及「0」。
全文摘要
一种读取双位存储单元之方法。双位存储单元包括控制端、第一端以及第二端，双位存储单元于邻近第一端及第二端之处分别具有第一位储存节及第二位储存节。首先，分别施加控制电压及读取电压至控制端及第一端，且将第二端接地，以测量第一端的第一输出电流值。接着，分别施加控制电压及读取电压至控制端及第二端，且将第一端接地，以测量第二端的第二输出电流值。最后，根据第一输出电流值及第二输出电流值来同时读取第一位储存节及第二位储存节的位状态。
文档编号G11C11/56GK101178932SQ200610144579
公开日2008年5月14日 申请日期2006年11月6日 优先权日2006年11月6日
发明者卢道政, 张耀文 申请人:旺宏电子股份有限公司