[發明專利]補償非易失存儲元件編程時電荷流失與源極線偏置的方法

有效

• 申請號: 201910097767.3
• 申請日: 2019-01-31
• 公開（公告）號: CN111429961B
• 公開（公告）日: 2022-03-22
• 發明（設計）人: 杜君毅;蔡明璋;翁瑞隆
• 申請（專利權）人: 力晶積成電子制造股份有限公司
• 主分類號: G11C16/34
• 分類號: G11C16/34
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 王珊珊

一種補償非易失性存儲元件在編程時電荷流失與源極線偏置的方法，其步驟包含以第一參考電壓讀取前次編程頁來產生原前次編程模式、將該原前次編程模式與當前編程模式合并以產生合并后編程模式、以第二參考電壓讀取該前次編程頁來產生檢驗后前次編程模式、以及將該檢驗后前次編程模式與該合并后編程模式合并以產生補償后當前編程模式，其中該第二參考電壓高于該第一參考電壓。

技術領域

本發明通常關于一種編程非易失性存儲元件的方法，更具體地，關于一種編程非易失性存儲元件來補償其在多次編程后電荷流失與源極線偏置的方法。

背景技術

固態內存能夠以非易失性(non-volatile)的方式來存儲電荷，特別是以電可擦可編程只讀存儲器(electrically-erasable programmable read-only memory，EEPROM)以及閃存EEPROM的形式封裝在小尺寸外型的存儲卡中，其近來成為多種移動或手持式裝置，特別是信息裝置與消費性電子產品等的存儲方案選擇。與同是固態內存的隨機存取存儲器(random access memory，RAM)不同的是，閃存是非易失性質的，其在電源關閉后也能夠保留所存儲的數據。盡管成本較高，越來越高比例的閃存被用在大容量存儲應用中。不論是內建式或是外插式，閃存因為其尺寸小、低能耗、高速、高可靠性等諸多優點，非常適合用在移動或手持式裝置存儲的場合。

上述的EEPROM或是可擦可編程只讀存儲器(EPROM)都是非易失性內存的一種，其存儲單元中所存儲的數據可以被擦除并寫入或“編程”(program)新的數據。兩者都在場效應晶體管結構中采用(未連接式的)浮柵，其設置在半導體基板中介于源極與漏極之間的通道區上頭。浮柵上會設置控制柵，其晶體管的臨界電壓特性是受浮柵中所留存的電荷量所控制。此即當浮柵中的電荷量為一定水平時，要讓此晶體管開路就必須在控制柵施加對應的臨界電壓，以讓電流能在源極漏極之間流動。

非易失性存儲元件常見的一個問題就是電荷流失。編程過的存儲單元中會有個別累積的電荷量，其以足夠分立的量子域形態保存在單元之中，因此當臨界的讀取電壓施加在編程過的存儲單元時可以清楚準確地判別出該單元的編程態。當以高速高效能模式來存取數據時，編程過的閃存存儲單元所積存的電荷總量會隨著時間產生變化(電荷漂移)。多種環境上或運作上的因素都可能會影響閃存存儲單元中的電荷漂移率。特別是存儲單元在維持其編程態一段特定時間后有可能發生此電荷流失的現象，其單元中的電荷水平不斷隨著浮柵漏電而下移。例如，固有的電荷流失現象即是因為存儲單元在經受編程脈沖后電子從浮柵鄰近的穿隧氧化層外漏所致。

圖1A即以數量分布對讀取電壓的坐標方式(如位數)來表達出存儲元件在編程時所發生的電荷流失現象。圖中的VL是理想情況下某編程態(以虛線表示)數量分布中的最低分布電壓，而圖中VR是讀取時的參考電壓，如0伏，其作為判別水平根據所讀取到的電壓將單元劃分為某第一編程態(如“H”態)或是某第二編程態(如“L”態)。最低分布電壓VL與參考電壓VR之間的間距M1是預設來避免讀取錯誤的判別容限。從圖中可以看到電荷流失問題會導致部分的數量分布曲線往判別容限區域延伸(以實線表示)。此現象會造成部分本來應該被劃分為“H”態(較不導電)的單元被誤分為“L”態(較導電)。換句話說，電荷流失問題會減少不同編程態之間的判別容限(如M1→M2)，進而增加了讀取錯誤的可能性。

非易失性存儲元件另一個常見的問題是源極線偏置(source line bias)，此問題特別容易發生在那些將大量存儲單元的源極連接到一個源極線來接地的內存架構中，其會使用共同的源極線對這些單元做并行讀取的動作而使得電流流過源極線。然而，由于源極線本身具有一定的電阻，這會使得真實的接地端與連著諸多存儲單元的源極線之間產生一定的壓差。讀取期間，控制柵所提供的臨界電壓是以源極線為準的，然而系統電力端卻是以真實接地端為準，因此所讀取檢測到的電壓值會因為此源極線偏置現象而變得不準確。