[發明專利]一種提高非揮發性快閃存儲器高密度存儲特性的操作方法

有效

• 申請號: 201110376309.7
• 申請日: 2011-11-24
• 公開（公告）號: CN102509559A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發明（設計）人: 閆鋒;吳春波;徐躍;紀曉麗
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: G11C16/34
• 分類號: G11C16/34;G11C16/02
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責任公司 32112
• 代理人: 陳建和

技術領域

本發明涉及非揮發性快閃存儲器(Flash)的操作方法，特別是一種在局部俘獲型存儲器的高密度多值存儲編程后，能有效提高存儲保持特性、增強存儲器件的耐受性的方法。

背景技術

如今，非揮發性快閃存儲器已廣泛地應用于各種便攜式電子產品，比如數碼相機、個人數字助理、移動電話和手提電腦等，高容量和低成本的flash存儲器已經成為市場的迫切需求。然而隨著存儲器的單元尺寸進一步減小，接近物理極限時，通過減小單元尺寸來增大存儲容量的方法就越來越難實現，因此多值單元存儲的概念一經提出，立刻就吸引了大家目光。但是在現有的多值存儲方法中，為了能將多值單元存儲的信息準確地讀出，不同編程狀態的閾值電壓之間必須要有足夠的間距。但是受存儲單元總的閾值電壓分布范圍的限制，在實現3位以上的多值存儲時，每一個閾值電壓允許的分布范圍就很窄，且不同閾值電壓的間距又很小，并且使用高密度存儲器件的編程/擦除的耐受力和保持特性的退化非常嚴重，因此使用現有的編程技術很難精確地將存儲單元的閾值電壓反復多次編程到特定值。

當器件在多次反復編程擦除后，Si與SiO₂界面上的界面態以及氮化硅層中的缺陷數目都迅速增加而且在存儲層中存在大量的淺能級的電子，使得氮化硅層中捕獲的電荷更容易發生復合、丟失，造成閾值電壓的漂移。因此如何能有效的提高多值存儲器件的重復使用率，以及編程后信息存儲的保持特性，是目前多值存儲發展中的一個重點難點。

局部俘獲型硅-二氧化硅-氮化硅-二氧化硅-硅(SONOS)非揮發性快閃存儲器能在一個存儲單元的左右兩邊的源、漏結上方的Si₃N₄層中各實現1比特的局部存儲，相比于傳統的SONOS存儲器，局部俘獲型SONOS存儲器能實現每個單元2比特的存儲，NROM是它的典型代表。但如果要在NROM單元每邊實現3比特的存儲，就相當于要在3V的操作窗口中實現8個閾值電壓分布，傳統的CHE編程技術是很難實現這樣小的分布區間(0.3V)。

因此尋找一種新的多值存儲的操作方法，既能夠實現提高編程精度，同時又能提高反復編程/擦除后器件的保持特性與耐受特性，對于提高單位面積的存儲量有重大意義。

發明內容

本發明目的是：針對局部俘獲型Flash存儲器，提出了一種增強高密度多值存儲特性的新方法。這種方法在實現存儲窗口增加一倍，達到多值存儲的目的的同時顯著提高的器件的存儲特性。相對于以往的多值操作方法操作，該操作使每個存儲單元在反復多次編程/擦除后，不但耐受特性有明顯提高，而且保持特性也有提高。

本發明技術方案是：提高非揮發性快閃存儲器高密度多值存儲特性的操作方法，根據本發明，局部俘獲型多值單元的存儲操作包括下面的步驟。

首先將局部俘獲型非揮發性快閃存儲單元的初始狀態調整到閾值電壓-2V～-1V：為了實現擦除后局部俘獲型存儲單元左右兩邊存儲位的閾值電壓相同，且存儲位在存儲層中存儲的電荷沿著溝道均勻的分布。本發明首先采用雙邊的帶-帶遂穿熱空穴注入(BBHH)的擦除方法，即在源、漏極同時加一個正偏電壓，柵極加一個負偏電壓，襯底接地，可以將溝道區域和源漏結上方存儲層的電荷均勻地擦除。

然后再進行瞬態的FN操作，即在柵極加一個7～9V正偏電壓，襯底加一個-5～-7V負偏電壓，源、漏極浮空，這樣可以將初始狀態調整到更穩定狀態，促使溝道中電荷分布均勻。這是因為在雙邊BBHH的操作過程中，空穴被注入到氮化硅存儲層了，在這一過程中硅與氧化硅界面處產生大量的界面態，而且在空穴注入存儲層中也會在其中產生一定的缺陷，它們在存儲過程中會加劇電荷在氮化硅存儲層中的水平分布，增加其中的電荷復合過程，這些都是引起存儲單元保持特性和耐受特性退化的重要原因。因此在增加這一瞬態FN過程，可以通過電子中和減少界面態與缺陷數，極大的改善器件的存儲特性。同時FN過程還可以用來防止雙邊BBHH過程過擦除現象的發生，即當擦除后單元的閾值電壓小于預定的閾值，采用瞬態的FN過程，將襯底中電子均勻地注入存儲層中，實現一次細微的編程過程，調整被過擦除的閾值。通過反復進行幾次雙邊BBHH與FN操作步驟將初始狀態調整到閾值電壓為-2V～-1V，并且最終實現溝道區的閾值電壓分布處處相同。