专利名称：单管存储器阵列擦除的方法
技术领域：
本发明涉及半导体技术，特别涉及一种单管存储器阵列擦除的方法。
背景技术：
常用的非挥发性快闪存储器包括浮栅存储器、SONOS (Silicon-Oxide-Nitride-Oxide-Silicon)存储器、纳米晶体存储器等。非挥发性快闪存储器单元的器件结构与普通CMOS器件结构类似，唯一的不同是CMOS结构中栅极和衬底之间的氧化物变成了绝缘层-电荷俘获层-绝缘层的叠层结构，通过对该叠层结构中间的电荷俘获层中注入或者擦除电荷达到存储信息的目的。在非挥发性单管存储器阵列中，如图1所示，存储器的一列是由多个存储管共用源和漏极并联形成的，单个存储管为一个存储器单元，各存储管共用源极作为存储器的源线(SRC)，共用漏极作为存储器的位线(BL)，各存储管的栅极作为相应地址的字线(WL)。对存储器进行读取操作时，将目标地址的存储管的字线(WL(N))接零电平，其余地址的存储管的字线接低电平关断，通过读取存储管源线接零、位线接高电平时源漏间流过的电流判断存储器管的状态。如果读取时漏电流较小，表明目标存储管俘获层俘获了电子，目标存储管的阈值电压较高，目标存储管状态为1 ；反之，读取时漏电流较大，表明目标存储管状态为O。由于半导体各项工艺过程(热过程、光刻尺寸、氧化膜厚度)的偏差，相同操作电压下存储器中各存储器单元擦除/写入强度各不相同，使非挥发性单管存储器阵列的存储器单元的擦除/写入阈值电压具有一定宽度的分布。在对非挥发性单管存储器阵列进行擦除操作之后，一些阈值电压较低的存储器单元存在过擦除问题，在读取时不容易被字线的低电平关断而造成漏电流偏大，干扰了对同列存储器单元状态的判断。解决过擦除问题的办法通常是设定一个擦除参考下限值，通过在栅极和衬底/源极/漏极之间加一个正偏压，利用F-N隧穿机制对向进行擦除操作之后的存储器单元做弱写入动作，循环弱写入动作直至所有存储器单元阈值电压都被提高到擦除参考下限值以上为止，如图2所示。在单管闪存阵列中，不仅需要阵列中所有存储器单元的阈值电压高于一定值，在读取时能够顺利关断非目标存储器单元；同时也需要所有被擦除的存储器单元的阈值电压低于一定值，从而有足够的擦除窗口以满足数据保持力可靠性的要求。在F-N隧穿效应对过擦除的存储器单元进行弱写入时，在栅极至衬底正向电场作用下，与阈值电压偏低的过擦除的存储器单元相同，阈值电压正常乃至偏高的正常擦除的存储器单元也受到衬底-栅极注入电子电流的作用，如图3、图4所示，电子从衬底注入电荷俘获层后，阈值电压被单调抬高，造成单管存储器阵列中某些存储器单元的擦除窗口过低，如图5所示。这些擦除窗口过低的存储器单元有可能没有足够的擦除窗口以满足数据保持力可靠性的要求，而F-N隧穿效应对过擦的除存储器单元进行操作的过程，是以所有进行擦除的目标存储器单元的阈值电压大于给定的擦除参考下限值为目标，对擦除窗口较小(阈值电压较高)的目标存储器单元缺乏有效的监控和调节手段，增加了由于擦除窗口过小而导致的可靠性失败风险。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种单管存储器阵列擦除的方法，使单管存储器阵列的各目标存储器单元在进行擦除操作后的阈值电压分布在给定的安全窗口范围之内，在避免存在过擦除的目标存储器单元的同时，有效地保护目标存储器单元的擦除窗口。为解决上述技术问题，本发明的单管存储器阵列擦除的方法，包括以下步骤；一.对各目标存储器单元进行擦除；二.将各目标存储器单元的当前阀值电压分别同一阀值电压上限值进行比较，如果有一目标存储器单元的当前阀值电压大于所述阀值电压上限值，则进行步骤一，否则进行步骤三；三.将各目标存储器单元的衬底和源极接地，栅极和漏极分别接脉冲电压；四.将各目标存储器单元的当前阀值电压分别同一阀值电压下限值进行比较，如果各目标存储器单元的当前阀值电压都大于所述阀值电压下限值，则进行步骤七，否则进行步骤五；五.将各目标存储器单元的漏极所接脉冲电压的高电平值保持不变，栅极所接脉冲电压的高电平值增加；六.将栅极所接脉冲电压的高电平值同一电平门限值比较，如果栅极所接脉冲电压的高电平值高于所述电平门限值，进行步骤七，否则进行步骤四；七.结束加在各目标存储器单元的栅极和漏极上的脉冲电压输入，擦除结束。步骤四中，可以在脉冲电压负周期，读取各目标存储器单元的漏电流并与一阀值漏电流进行比较，如果一目标存储器单元的漏电流小于所述阀值漏电流，则视为该目标存储器单元的当前阀值电压大于所述阀值电压下限值。步骤六中，如果栅极所接脉冲电压的高电平值高于所述电平门限值，可以进行存储器报错后再进行步骤七。本发明的单管存储器阵列擦除的方法，分两阶段对目标存储器单元进行操作，先将各目标存储器单元的阈值电压擦除到给定的阀值电压上限值以下，再利用热载流子注入性质随存储管单元阈值电压不同而变化的特性，最终使单管存储器阵列的各目标存储器单元的擦除状态下的阈值电压分布在给定的安全窗口范围之内阈值电压较低的过擦除的目标存储器单元被注入热电子，使其阈值电压被提高至给定的阀值电压下限值以上，以避免读取干扰；阈值电压较高的弱擦除的目标存储器单元被注入空穴，使其阈值电压收敛于给定的阀值电压上限值以下，使其有足够的擦除窗口以满足数据保持力可靠性的要求。本发明的单管存储器阵列擦除的方法，使单管存储器阵列的各目标存储器单元在进行擦除操作后的阈值电压分布在给定的安全窗口范围之内所有进行擦除操作后的目标存储器单元的阈值电压高于给定下限值，使存储器进行读取操作时能够顺利关断同列的非擦除单元，对非擦除单元实现顺利读取；所有进行擦除操作后的目标存储器单元的阈值电压低于给定上限值，目标存储器单元有足够的擦除窗口以满足数据保持力可靠性的要求，在避免存在过擦除的目标存储器单元的同时，有效地保护了目标存储器单元的擦除窗口，与FN遂穿弱写入的方法相比，进行擦除操作后的目标存储器单元具有阈值电压分布更收敛，可靠性更高的特点。
下面结合附图及具体实施方式
对本发明作进一步详细说明。图1是非挥发性单管存储器阵列结构示意图；图2是F-N遂穿弱写入流程图；图3是F-N遂穿弱写入过程器件偏压示意图；图4是F-N遂穿弱写入过程栅电流随阈值电压变化示意图；图5是F-N隧穿弱写入过程阈值电压分布随作用时间变化示意图；图6是本发明的单管存储器阵列擦除的方法一实施方式流程图；图7是热载流子注入弱写入过程存储器单元偏压示意图；图8是热载流子注入弱写入过程存储器单元栅电流随阈值电压变化示意图；图9是热载流子注入弱写入过程存储器单元阈值电压分布随作用时间变化示意图；图10是热载流子注入过程栅极电压、漏极电压随时间变化示意图。
具体实施例方式本发明的单管存储器阵列擦除的方法一实施方式如图6所示，包括以下步骤一.对各目标存储器单元进行擦除；二.读取各目标存储器单元的阀值电压，将各目标存储器单元的当前阀值电压分别同一阀值电压上限值进行比较，如果有一目标存储器单元的当前阀值电压大于所述阀值电压上限值，则进行步骤一，否则进行步骤三；三.将各目标存储器单元的衬底和源极接地，栅极和漏极分别接脉冲电压；四.将各目标存储器单元的当前阀值电压分别同一阀值电压下限值进行比较，如果各目标存储器单元的当前阀值电压都大于所述阀值电压下限值，则进行步骤七，否则进行步骤五；可以在脉冲电压负周期，读取各目标存储器单元的漏电流并与一阀值漏电流进行比较，如果一目标存储器单元的漏电流小于所述阀值漏电流，则视为该目标存储器单元的当前阀值电压大于所述阀值电压下限值；五.将各目标存储器单元的漏极所接脉冲电压的高电平值保持不变，栅极所接脉冲电压的高电平值增加；六.将栅极所接脉冲电压的高电平值同一电平门限值比较，如果栅极所接脉冲电压的高电平值高于所述电平门限值，则进行存储器报错后再进行步骤七，否则进行步骤四；七.结束加在各目标存储器单元的栅极和漏极上的脉冲电压输入，擦除结束。本发明的单管存储器阵列擦除的方法，分两阶段对目标存储器单元进行操作，第一阶段操作先将各目标存储器单元的阈值电压擦除到给定的阀值电压上限值以下，第二阶段操作对过擦除的目标存储器单元进行过擦除修复；第二阶段操作利用漏端/沟道热载流子注入弱写入过程对过擦除的目标存储器单元进行过擦除修复。进行过擦除修复操作时，如图7所示，将各目标存储器单元的衬底和源极接地，栅极和漏极接正偏压。如图8所示，目标存储器单元在栅极电位远低于漏极电位时，电子在漏端强电场作用下获得足够的能量引发雪崩过程，产生的热空穴在栅-漏间负电场的作用下注入到栅极，对应的区域称为雪崩空穴注入区(AHH)；随着栅极电位的增加，栅-漏间负电场减小，漏端雪崩热电子注入到栅极的几率逐渐大于空穴，对应的区域称为雪崩电子注入区(AHE)；栅极电位进一步增加到漏极电位以上，栅-漏间电场为正，沟道热电子成为栅极电流的主导，对应区域称为沟道热电子注入区(CHE)。对于存储器单元而言，由于存储器单元的电荷俘获层本身已经俘获一定种类的电荷，作用于存储器单元栅极与衬底之间叠层结构的有效电场强度由栅极电压与存储器单元本身的阈值电压之间的差值决定。漏端/沟道热载流子注入弱写入过程中，栅极保持一定偏压加在经过第一阶段擦除后的目标存储管单元上，栅极的载流子注入效应也会随存储器单元的阈值电压不同而在这三种热载流子注入区间发生变化阈值电压较低的过擦除的目标存储器单元中电荷俘获层俘获了过多空穴使栅-漏间电场向正向移动，在弱写入过程中倾向于工作在电子注入为主的雪崩电子注入区(AHE)和沟道热电子注入区(CHE)，使阈值电压提高；而阈值电压较高的目标存储器单元在弱写入过程中倾向于工作在空穴注入为主的雪崩空穴注入区(AHH)，使阈值电压相应降低。相比于F-N隧穿弱写入过程使所有目标存储器单元阈值电压单调增加，无法监控和调节擦除窗口较小的而言，热载流子弱写入过程在雪崩电子注入区(AHE)和雪崩空穴注入区(AHH)的交界处存在一个自适应平衡点，如图9所示，目标存储器单元的阈值电压在弱写入电压作用过程中向这个平衡点移动，平衡点所对应的阈值电压值与栅极电压值相关，栅电压越高，平衡点的阈值电压越高。在热载流子注入弱写入过程中，设置阀值电压下限值是为了使阈值电压偏低的过擦除的目标存储器单元一直处于雪崩电子注入区(AHE)或沟道热电子注入区(CHE)区域内，电荷俘获层获得电子注入使阈值电压被抬高；设置栅电压的电平门限值是为了使阈值电压偏高的目标存储器单元一直处于雪崩空穴注入区(AHH)以内，以使其只存在空穴注入作用，向阈值电压更低的方向收敛。 本发明的单管存储器阵列擦除的方法，分两阶段对目标存储器单元进行操作，先将各目标存储器单元的阈值电压擦除到给定的阀值电压上限值以下，再利用热载流子注入性质随存储管单元阈值电压不同而变化的特性，最终使单管存储器阵列的各目标存储器单元的擦除状态下的阈值电压分布在给定的安全窗口范围之内阈值电压较低的过擦除的目标存储器单元被注入热电子，使其阈值电压被提高至给定的阀值电压下限值以上，以避免读取干扰；阈值电压较高的弱擦除的目标存储器单元被注入空穴，使其阈值电压收敛于给定的阀值电压上限值以下，使其有足够的擦除窗口以满足数据保持力可靠性的要求。本发明的单管存储器阵列擦除的方法，使单管存储器阵列的各目标存储器单元在进行擦除操作后的阈值电压分布在给定的安全窗口范围之内所有进行擦除操作后的目标存储器单元的阈值电压高于给定下限值，使存储器进行读取操作时能够顺利关断同列的非擦除单元，对非擦除单元实现顺利读取；所有进行擦除操作后的目标存储器单元的阈值电压低于给定上限值，目标存储器单元有足够的擦除窗口以满足数据保持力可靠性的要求，在避免存在过擦除的目标存储器单元的同时，有效地保护了目标存储器单元的擦除窗口，与FN遂穿弱写入的方法相比，进行擦除操作后的目标存储器单元具有阈值电压分布更收敛，可靠性更高的特点。
权利要求
1.一种单管存储器阵列擦除的方法，其特征在于，包括以下步骤；一.对各目标存储器单元进行擦除；二.将各目标存储器单元的当前阀值电压分别同一阀值电压上限值进行比较，如果有一目标存储器单元的当前阀值电压大于所述阀值电压上限值，则进行步骤一，否则进行步骤三；三.将各目标存储器单元的衬底和源极接地，栅极和漏极分别接脉冲电压；四.将各目标存储器单元的当前阀值电压分别同一阀值电压下限值进行比较，如果各目标存储器单元的当前阀值电压都大于所述阀值电压下限值，则进行步骤七，否则进行步骤五；五.将各目标存储器单元的漏极所接脉冲电压的高电平值保持不变，栅极所接脉冲电压的高电平值增加；六.将栅极所接脉冲电压的高电平值同一电平门限值比较，如果栅极所接脉冲电压的高电平值高于所述电平门限值，进行步骤七，否则进行步骤四；七.结束加在各目标存储器单元的栅极和漏极上的脉冲电压输入，擦除结束。
2.根据权利要求1所述的单管存储器阵列擦除的方法，其特征在于，步骤四中，在脉冲电压负周期，读取各目标存储器单元的漏电流并与一阀值漏电流进行比较，如果一目标存储器单元的漏电流小于所述阀值漏电流，则视为该目标存储器单元的当前阀值电压大于所述阀值电压下限值。
3.根据权利要求1所述的单管存储器阵列擦除的方法，其特征在于，步骤六中，如果栅极所接脉冲电压的高电平值高于所述电平门限值，则进行存储器报错后再进行步骤七。
全文摘要
本发明公开了一种单管存储器阵列擦除的方法，先将各目标存储器单元的阈值电压擦除到给定的阀值电压上限值以下，再利用热载流子注入性质随存储管单元阈值电压不同而变化的特性，最终使单管存储器阵列的各目标存储器单元的擦除状态下的阈值电压分布在给定的安全窗口范围之内阈值电压较低的过擦除的目标存储器单元被注入热电子，使其阈值电压被提高至给定的阀值电压下限值以上，以避免读取干扰；阈值电压较高的弱擦除的目标存储器单元被注入空穴，使其阈值电压收敛于给定的阀值电压上限值以下，使其有足够的擦除窗口以满足数据保持力可靠性的要求。
文档编号G11C16/14GK102592674SQ201110002380
公开日2012年7月18日 申请日期2011年1月7日 优先权日2011年1月7日
发明者唐立文, 陈华伦, 陈广龙, 陈昊瑜 申请人:上海华虹Nec电子有限公司