专利名称：改进的氮化硅非易失存储器及其实现方法
技术领域：
本发明涉及半导体集成电路制造技术领域，特别涉及改进的氮化硅非易失存储器 及其实现方法。
背景技术：
氮化硅非易失存储器(NROM)是一种新型的非易失只读存储器。在结构上，它用氮 化硅取代传统闪存中的浮栅。由于氮化硅的绝缘性，可以通过控制电子和空穴注入到氮化 硅的两端，使得氮化硅的两端成为独立的存储单元，即双比特存储单元。并且，结合每单元 多层电位(MLC)技术可以实现每单元4比特的高存储密度。图1是NROM的一个存储单元的结构示意图。位线102和位线103是嵌入晶片硅 基底的上表面的相邻位线，位线之间并且在硅基底上表面之上的是字线101。字线101自上 而下包括多晶硅层、上氧化物层、氮化物层和下氧化物层，所述上氧化物层、氮化物层和下 氧化物层常被简称为O-N-O层，作为MOS晶体管的栅极介质层。位线与相邻字线的交界称 为数据位。每个数据位包括两个比特位，而一个存储单元有两个数据位，共计可以实现4比 特的高存储密度。图2是存储单元一个数据位的电平状态分布示意图。可以看出，NROM的数据位从 低电平到高电平可以处于四种电平状态，依次对应数据“11”，“01”，“00”和“10”，为便于描 述，将对应于数据“ 11 ”的电平状态简称为电平状态“ 11 ”。需要指出的是，这里提到的VT并 不是该存储单元的开启电压，而是其相对于参考单元处于低电平时的最小栅电压(VCCR)。 而每个电平状态并不是单一的电平值，而是电平值的一个阈值分布(Voltage Threshold, VT)。在VT分布图中，把电平状态“11”中的最小VT值定义为低电平最小阈值(VTLL)，最大 VT值定义为低电平最大阈值(VTLH)。在读取一个数据位中存储的数据的时候，实际是测量 该数据位的电平值，将该电平值与预先设定的电平状态“11”的参考值(Refll)进行比较， 如果测量得到电平值低于11的参考值就将该数据位存储的数据读成“11”。然而，质量测试 结果表明NR0M产品由于读取电平状态“11”失败而造成的良率损失约有28%。通过分析，NROM产品读取电平状态“11”失败的根本原因是不同字线的初始VT 分布之间存在较大的间距。图3所示为同一个NROM中多个存储单元数据位的电平状态 “11”VT分布图，其中每一条曲线对应一个存储单元。不同数据位的VTLH分布区间大约有 600mV，其中很大一部分来自位于与浅槽隔离区(STI)相邻的边缘字线。这主要是源于工艺 能力的限制，以及读写时字线和位线的干扰等。如图2所示，在NROM产品的设计中，电平状 态“ 11 ”和“01 ”之间的间隔宽度为900mV，VTLH与Ref 11之间的间隔宽度为650mV，这样的 设置能够使得读取电平状态“11”的正确率满足需要。但是在CP测试中，VTLH与Refll之 间的限定的间隔宽度仅为300mV。与Refll之间间隔宽度小于300mV的所有数据位都会在 读取电平状态“ 11”的时候失败，严重的降低了产品的良率。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于，提出一种读取氮化硅非易失存储器的字线数据位 电平状态11的方法以及改进的氮化硅非易失存储器，能够极大提高读取字线数据位电平 状态11的成功率。本发明提出的一种读取氮化硅非易失存储器的字线数据位电平状态11的方法， 包括如下步骤预先测量得到氮化硅非易失存储器NROM上每个字线电平状态11的低电平最大阈 值 VTLH ；根据预先测量得到的VTLH选择该字线对应的栅电压，所述栅电压使得所述字线 的VTLH与电平状态11的参考值Refll的差值为预先设定的固定值，并将字线对应的栅电 压施加到所述字线上，并读取所述字线数据位的数据。所述预先测量得到氮化硅非易失存储器上每个字线电平状态11的VTLH包括A、从NROM的字线中选择一个字线作为当前字线；B、将施加到当前字线上栅电压设置为预期VTLH减去第一阈值，并读取字线的数 据；C、判断读取数据“11”的失败的几率是否达到或超过第二阈值，若是，则升高施加 在当前字线上的栅电压，并继续执行步骤C;否则，施加在当前字线上的栅电压为当前字线 的VTLH，并执行步骤D;D、判断是否还有未测量的字线，若是，则转至步骤A，否则完成测量NROM每个字线 电平状态11的VTLH的步骤。较佳地，所述第一阈值为500士200mV范围内的任意值。较佳地，所述第二阈值为0至5%范围内的任意值，但不包括0。较佳地，所述预先设定的固定值为350mV至900mV之间的任意值。较佳地，在所述NROM中预先设置一专用存储区；所述将预先测量得到的VTLH作为该字线的栅电压施加到所述字线上包括如下步 骤将所述预先测量得到的每个字线的VTLH分别减去默认栅电压，得到对应于每个 字线的电压差，并将所述电压差存储于所述专用存储区中； 将默认栅电压加上所述电压差后施加到所述电压差对应的字线。
本发明实施例还提出一种改进的氮化硅非易失存储器，在现有的氮化硅非易失存 储器的基础上，进一步包括如下功能单元电压差存储单元，用于存储对应于每个字线的电压差；栅电压调整单元，用于将默认栅电压加上所述电压差存储单元中存储的对应于任 一字线的电压差，作为所述字线调整后的栅电压。从以上技术方案可以看出，测量出每根字线实际的VTLH，然后根据每根字线的 VTLH值，对不同的字线采用不同的VCCR值，就可以使所有字线的VTLH和Ref 11之间的间隔 宽度均为设计的固定值。这样就不会出现读取电平状态“11”失败的问题，从而消除原先因 读取电平状态“11”失败而造成的良率降低的问题。
图1所示为氮化硅非易失存储器的一个存储单元的结构示意图；图2所示为存储单元一个数据位的电平状态分布示意图；图3所示为同一个NROM中多个存储单元数据位的电平状态“11”VT分布图；图4为本发明提出的一种读取氮化硅非易失存储器的字线数据位电平状态11的流程图；图5a为默认VCCR施加同一个NROM的三根字线上，得到的电平状态11的VT分 布；图5b为调整后的VCCR施加同一个NROM的三根字线上，得到的电平状态11的VT 分布；图5c为调整后的VCCR施加同一个NROM的三根字线上，并且进行初始VT分布的 优化处理，得到的电平状态11的VT分布。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步 的详细阐述。本发明提出选择性栅电压的方法来解决这种NROM产品中由于读取电平状态“11” 失败造成的良率损失。本发明提出的一种读取氮化硅非易失存储器的字线数据位电平状态11的方法， 如图4所示，包括如下步骤步骤401 预先测量得到氮化硅非易失存储器NROM上每个字线电平状态11的 VTLH ；步骤402 根据预先测量得到的VTLH选择该字线对应的栅电压，并将字线对应的 栅电压施加到所述字线上，并读取所述字线数据位的数据。在现有技术中，NROM产品在读、写时，所有的字线都用相同的VCCR值。在本发明 提出的选择性栅电压(VCCR)的法则中，把每一根字线都当作最小的阵列单元，并测量出每 根字线实际的VTLH。然后根据每根字线的VTLH值，对不同的字线采用不同的VCCR值，就可 以使所有字线的VTLH和Refll之间的间隔宽度均为设计固定值，该固定值应当大于CP测 试中采用的300mV，但又应当小于或等于900mV。这样就不会出现读取电平状态“11”失败 的问题，从而消除原先因读取电平状态“11”失败而造成的良率降低的问题。采用选择性VCCR方法，首先要测出NROM上每个字线的VTLH。这可以通过误差检 测(Error Detect, ED)的方法来完成。具体做法是设定每根字线的VCCR初始值为预期 VTLH减去第一阈值所得的差值，来读取字线上的数据；若该字线上读取电平状态11失败的 几率是否达到或超过第二阈值，若是，则增加字线上的VCCR，直到该字线上读取电平状态11 失败的几率小于所述第二阈值，此时字线上的加的VCCR就是该字线的VTLH。其中，第一阈值 可以设置为500士200mV范围内的任意值，第二阈值为0至5%范围内的任意值，但不包括0。根据每根字线的VTLH，选择该字线对应的VCCR就能使所有字线都获得设计所需 要的间隔宽度。具体地说，设第i个字线所对应的VCCR写作VCCRi则当VCCRi施加在字线i 上，字线i的VTLH与Refll的差值为预先设定的固定差值。此固定差值可以取为350mV到900mV之间的任意值。然后，把每根字线所对应的VCCR与默认的VCCR相减，得到一个电压差+/-AV，并将每根字线的电压差都存储在NROM上的特定存储区域内。在读取数据、写入 数据(program)和初始VT分布的优化(compaction)的时候，都要用默认VCCR+/-Δ V来代 替默认VCCR本身。这样就可以使所有字线的VTLH都在同一位置，即保证VTLH与Refll之 间有足够的间隔宽度来正确读取11比特。图5a至图5c可以很好地解释采用选择性VCCR 以后，不同字线的VTLH的从原来较宽的分布范围集中到差不多一点的位置上。选用NROM的 三个字线，分别称为WLA、WLB和WLC，用默认VCCR施加在这三根字线上，得到的电平状态11 的VT分布如图5a所示。依照本发明的方法对默认VCCR进行调整，将调整后的VCCR分别 施加在这三根字线上，得到的电平状态11的VT分布如图5b所示。Compaction是就是把初 始VT比较低的一些比特用热电子注入(HCI)的方法提高它们实际的阀值电压(Vth)预先 program到一个VT较高的位置，但小于VTLH，使得初始的VT分布变窄，如图5b到图5c的 过程。这样可以减小初始VT的分布宽度，并且使program以后01的VT分布宽度也变窄， 从而进一步增加11和01之间的间隔宽度。本发明实施例还提出一种改进的氮化硅非易失存储器，该NROM就是在现有的 NROM基础上，进一步增加如下单元电压差存储单元，用于存储对应于每个字线的电压差。栅电压调整单元，用于将默认栅电压加上所述电压差存储单元中存储的对应于任 一字线的电压差，作为所述字线调整后的栅电压。在NROM出厂前，测量得到NROM上每个字线电平状态11的VTLH，根据预先测量得 到的VTLH选择该字线对应的栅电压，将所选择的栅电压与默认的栅极电压值相减，得到电 压差并存储在电压差存储单元中。这样就可以实现每个字线的电平状态11的VTLH与参考 值Refll之间的间隔是固定值。采用本发明的选择性VCCR方法，在读取11的时候，就不会因为11和reference 11 之间间隔不够而失败。并且，因为所有字线的VTLH与Refll之间的间隔宽度都是设计时所 需要的固定值，我们就可以适当减小该间隔宽度值，使得整个VT分布变窄。这样做可以缩 短program次数和时间，减小位线干扰等问题，有利于提升存储器的性能。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精 神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
一种读取氮化硅非易失存储器的字线数据位电平状态11的方法，包括如下步骤预先测量得到氮化硅非易失存储器NROM上每个字线电平状态11的低电平最大阈值VTLH；根据预先测量得到的VTLH选择该字线对应的栅电压，所述栅电压使得所述字线的VTLH与电平状态11的参考值Ref11的差值为预先设定的固定值，并将字线对应的栅电压施加到所述字线上，并读取所述字线数据位的数据。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预先测量得到氮化硅非易失存储器 上每个字线电平状态11的VTLH包括A、从NROM的字线中选择一个字线作为当前字线；B、将施加到当前字线上栅电压设置为预期VTLH减去第一阈值，并读取字线的数据；C、判断读取数据“11”的失败的几率是否达到或超过第二阈值，若是，则升高施加在 当前字线上的栅电压，并继续执行步骤C;否则，施加在当前字线上的栅电压为当前字线的 VTLH，并执行步骤D;D、判断是否还有未测量的字线，若是，则转至步骤A，否则完成测量NROM每个字线电平 状态11的VTLH的步骤。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一阈值为500士200mV范围内的任眉、ο
4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述第二阈值为0至5%范围内的任 意值，但不包括0。
5.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述预先设定的固定值为350mV至 900mV之间的任意值。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述NROM中预先设置一专用存储区； 所述将预先测量得到的VTLH作为该字线的栅电压施加到所述字线上包括如下步骤 将所述预先测量得到的每个字线的VTLH分别减去默认栅电压，得到对应于每个字线的电压差，并将所述电压差存储于所述专用存储区中；将默认栅电压加上所述电压差后施加到所述电压差对应的字线。
7.一种改进的氮化硅非易失存储器，其特征在于，包括 电压差存储单元，用于存储对应于每个字线的电压差；栅电压调整单元，用于将默认栅电压加上所述电压差存储单元中存储的对应于任一字 线的电压差，作为所述字线调整后的栅电压。
全文摘要
本发明公开了一种读取氮化硅非易失存储器的字线数据位电平状态11的方法，包括如下步骤预先测量得到氮化硅非易失存储器NROM上每个字线电平状态11的低电平最大阈值VTLH；根据预先测量得到的VTLH选择该字线对应的栅电压，所述栅电压使得所述字线的VTLH与电平状态11的参考值Ref11的差值为预先设定的固定值，并将字线对应的栅电压施加到所述字线上，并读取所述字线数据位的数据。本发明还公开了一种改进的氮化硅非易失存储器。本发明方案能够极大提高读取字线数据位电平状态11的成功率。
文档编号G11C16/28GK101989460SQ20091005594
公开日2011年3月23日 申请日期2009年8月5日 优先权日2009年8月5日
发明者常建光, 杜雪峰, 王永刚, 罗双菊 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司