[發明專利]一種臨界電壓調降方法及程序化方法

有效

• 申請號: 201010506434.0
• 申請日: 2010-10-12
• 公開（公告）號: CN102054535A
• 公開（公告）日: 2011-05-11
• 發明（設計）人: 王立中;黃瑞鴻
• 申請（專利權）人: 閃晶半導體股份有限公司
• 主分類號: G11C16/10
• 分類號: G11C16/10
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 任默聞

技術領域

本發明涉及多階儲存單元(multi-level?cell，MLC)的非易失性快閃存儲單元(non-volatile?flash?memory?cell)，尤指一種多階儲存單元場效晶體管式(fieldeffect?transistor，FET)非易失性存儲單元(non-volatile?memory?cell，NVM?cell)的臨界電壓(threshold?voltage)調降方法。

背景技術

電子可抹除可編程只讀存儲器(electrical-erasable-programmable?read-onlymemory，EEPROM)是一種具有非易失性存儲器特性的半導體元件，可以被電性程序化(programmed)及電性抹除(erased)。EEPROM?NVM單元包含一個具有電荷儲存材料(charge?storing?material)的FET，該電荷儲存材料用以改變FET的臨界電壓。一旦電力切斷時，上述非易失性存儲器特性使得該裝置可以繼續保留儲存信息，而該信息是以電荷(charge)的形式儲存于該儲存材料中，如圖1A及圖2A所示。此外，目前業界采用許多種EEPROM儲存技術，如圖1B～圖1E及圖2B～圖2E所示。快閃EEPROM是一種NVM元件，在一次程序化或抹除操作(program/erase?operation)時，可以程序化或抹除大量的存儲單元。

通過設定該NVM單元為一寫入狀態(programmed?state)及重置(reset)該NVM單元為一抹除狀態(erased?state)的方式，來將數據以二位格式(binaryformat)儲存于NVM單元。通常利用穿隧效應(tunneling)或熱載子注入(hotcarrier?injection)將電荷儲存于該儲存材料的方式來完成程序化NVM單元的操作，而通常利用穿隧效應將電荷從該儲存材料中移除的方式來完成抹除NVM單元的操作。

對于單階(single-bit)儲存的NVM單元，抹除狀態及寫入狀態分別被指定為二位碼(binary?code)“1”及“0”，反之亦可。NVM單元所儲存的位信息以寫入狀態及抹除狀態的臨界電壓位階(level)來表示。對于N階儲存的NVM單元，需要2^N階的臨界電壓位階來表示N位二位碼的狀態。例如，二位儲存的存儲單元需要四階的臨界電壓位階來表示一個抹除狀態及三個寫入狀態；四位儲存的存儲單元需要十六階的臨界電壓位階來表示一個抹除狀態及十五個寫入狀態，以下以此類推。

MLC儲存技術的目標是在單一EEPROM單元(single?EEPROM?cell)中可以進行多階(multiple)臨界電壓的操作。取決于該儲存材料中電荷的儲存數量，來改變NVM單元的臨界電壓。就多位儲存(multi-bit?storage)技術而言，正確電荷配置(charge?placement)與感應(sensing)的基本技術面對下列三項挑戰。

·精確的電荷配置：若要正確地控制快閃存儲器單元的程序化過程，需要詳細了解程序化的物理意義及施加于存儲器單元的電壓的掌控與時序。

·精確的電荷感應：MLC存儲器的讀取動作基本上相當于將儲存于存儲體單元的模擬電荷轉換為數字數據的一個模擬至數字轉換動作，對存儲器元件而言，是一種新概念。

·穩定的電荷儲存：要達到數據保存的目標，儲存電荷及泄漏率(leakagerate)(每天少于一個電子(electron))之間需維持穩定。