專利名稱：雙位記憶單元的改良擦除方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大致上系相關(guān)于快閃存儲(chǔ)元件，尤指具有多位快閃記憶單元的快閃記憶單元。更詳而言的，本發(fā)明系相關(guān)于該多位的擦除、擦除確認(rèn)以及過分擦除修正的改良方法。
背景技術(shù)：
閃存系一種可重復(fù)寫入的電子記憶媒體，此記憶媒體可在無能量耗損的情況下將所儲(chǔ)存的內(nèi)容維持于其中?？扉W存儲(chǔ)元件的壽命系設(shè)計(jì)為具有100K到300K的寫入周期。不若動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取內(nèi)存(DRAM)及靜態(tài)隨機(jī)存取內(nèi)存(SRAM)般的僅能擦除單一位，快閃存儲(chǔ)元件一般可以擦除及寫入固定個(gè)多位園區(qū)塊或區(qū)段。閃存的技術(shù)系由電子式可擦除程序化只讀存儲(chǔ)器(EEPROM)的片技術(shù)演進(jìn)而來，其可在適當(dāng)?shù)奈恢帽徊脸?。閃存較為便宜且密度較高。這個(gè)EEPROM的新領(lǐng)域已嚴(yán)然成為結(jié)合了可擦除程序化只讀存儲(chǔ)器(EPROM)的密度與EEPROM的電子式可擦除特性的一種重要的非揮發(fā)性內(nèi)存。
習(xí)知的閃存系由一種記憶單元的結(jié)構(gòu)所組成，其中在各個(gè)記憶單元之中儲(chǔ)存有一個(gè)單一位的信息。在這種單一位的內(nèi)存架構(gòu)下，各個(gè)記憶單元一般包括在基板或P井之中具有源極、漏極與溝道，以及覆蓋在該溝道上的堆棧柵極結(jié)構(gòu)的金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)晶體管結(jié)構(gòu)。該堆棧柵極可進(jìn)一步包括一個(gè)形成于該P(yáng)井表面之上的薄柵極介電層(有時(shí)被指稱為隧道氧化物)。該堆棧柵極亦包括一個(gè)覆蓋在該溝道氧化物上的多晶硅浮接?xùn)艠O，以及覆蓋在該浮接?xùn)艠O上的多晶間介電層(Interpoly Dielectric Layer)。該多晶間介電層時(shí)常系一個(gè)多層絕緣體，例如具有由兩個(gè)氧化物層夾住一個(gè)氮化物層的氧化物-氮化物-氧化物(ONO)層。最后，由一個(gè)多晶硅控制柵極覆蓋在該多晶間介電層之上。
該控制柵極系與一列這種記憶單元相關(guān)聯(lián)的字線相連接，以于一個(gè)典型的NOR組態(tài)中形成這種記憶單元的區(qū)段。此外，該記憶單元的漏極區(qū)域系藉由一個(gè)導(dǎo)體位線而相互連接。該記憶單元溝道系依照由該堆棧柵極結(jié)構(gòu)在該溝道中所形成的電場而在該源極與漏極之間通導(dǎo)電流。在該NOR組態(tài)中，一個(gè)單一行中的各個(gè)晶體管的源極端系與同一條位線相連接。此外，各個(gè)快閃記憶單元的堆棧柵極端系與不同的字線相連接，而所有陣列中的快閃記憶單元的源極端細(xì)雨一個(gè)共同的源極端相連接。在操作中，個(gè)別的快閃記憶單元系使用周邊譯碼器與具有寫入、讀取及擦除功能的控制電路，透過個(gè)別的位線及字線而加以尋址。
此種單一位堆棧柵極快閃記憶單元的寫入系藉由在該控制柵極上施加電壓，并將該源極接地，然后將該漏極接上一個(gè)高于該源極的預(yù)定電位而完成。在該隧道氧化物上所形成的高電場產(chǎn)生一個(gè)稱的為「Fowler-Nordheim」的穿隧效應(yīng)。在此過程中，由于該浮接?xùn)艠O系被該多晶間介電層與該隧道氧化物環(huán)繞于其中，故該核心記憶單元溝道區(qū)域的電子，在穿過該柵極氧化物進(jìn)入該浮接?xùn)艠O后，即受困于該浮接?xùn)艠O之中。該受困的電子將導(dǎo)致該記憶單元的閾值電壓的上升。由受困電子所產(chǎn)生的記憶單元閾值電壓改變(即溝道傳導(dǎo)性)將導(dǎo)致該記憶單元的寫入。
為了擦除一個(gè)典型的單一位堆棧柵極快閃記憶單元，可在允許該漏極浮接時(shí)，對該源極施加電壓而將該控制柵極保持為負(fù)電位。在這些條件下，將于該浮接?xùn)艠O與該源極之間，橫跨該隧道氧化物而形成一個(gè)電場。該受困于浮接?xùn)艠O的電子流向并聚集在覆蓋該源極區(qū)域的浮接?xùn)艠O的一部份。該電子然后由該浮接?xùn)艠O粹取出來，并以Fowler-Nordheim的穿隧方式穿過該隧道氧化物而進(jìn)入該源極區(qū)域。當(dāng)電子自該浮接?xùn)艠O移除后，該記憶單元即被擦除。
在傳統(tǒng)的單一位快閃存儲(chǔ)元件之中，執(zhí)行擦除確認(rèn)以決定某一區(qū)塊內(nèi)的各個(gè)記憶單元或此類記憶單元的集合是否已適當(dāng)?shù)乇徊脸，F(xiàn)行的單一位擦除確認(rèn)方法提供了位或記憶單元的擦除確認(rèn)，且對于未通過初始確認(rèn)的個(gè)別記憶單元施以補(bǔ)充擦除脈沖。此后，再一次對該記憶單元的擦除狀態(tài)進(jìn)行確認(rèn)，并繼續(xù)該過程直到該記憶單元或該位已經(jīng)成功地被擦除或被標(biāo)記為不可使用。
近年來，已采用雙位快閃記憶單元以允許在單一記憶單元中儲(chǔ)存雙位的信息。傳統(tǒng)的單一位堆棧柵極結(jié)構(gòu)的寫入與擦除確認(rèn)方法并不足以用于此類雙位的組件。所采用的雙位快閃記憶結(jié)構(gòu)并未使用浮接?xùn)艠O，例如ONO快閃存儲(chǔ)元件在該ONO層上使用一個(gè)多晶硅層以提供字線的連接。傳統(tǒng)的技術(shù)并未提及與此類組件相關(guān)的特征。
因此，在本領(lǐng)域中需要新的以及更進(jìn)步的寫入方法、更進(jìn)步的擦除確認(rèn)方法、更進(jìn)步的過分擦除修正方法與系統(tǒng)，以確保對該雙位記憶結(jié)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)?shù)馁Y料寫入與擦除，并說明其結(jié)構(gòu)特征。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，藉由對該雙位存儲(chǔ)元件的正常與附增位(complimentary bits)所進(jìn)行的擦除與軟寫入方法可獲得上述及其它的目的與優(yōu)勢。
依照本發(fā)明的某一方面，當(dāng)某一位在該正常位置失敗時(shí)，且假設(shè)該最大擦除脈沖計(jì)數(shù)尚未超過施加在該正常位位置與該附增位位置的擦除脈沖數(shù)，則在擦除一個(gè)區(qū)段的多位記憶單元之后，即在一個(gè)正常位置上進(jìn)行位的擦除確認(rèn)。對位于附增位位置的位進(jìn)行擦除確認(rèn)，假使某一位在該附增位置失敗，且該擦除脈沖計(jì)數(shù)尚未超過其最大值，則在該附增位置與正常位置上施加擦除脈沖。
依照本發(fā)明的另一方面，對位于該陣列的區(qū)段的多位進(jìn)行軟寫入確認(rèn)，假使軟寫入脈沖的計(jì)數(shù)尚未到達(dá)其最大值，則對該軟寫入失敗的位施加一個(gè)軟寫入脈沖。
以上所描述的方法對一個(gè)多位快閃存儲(chǔ)元件提供了一個(gè)擦除方法以及過分擦除的修正。
藉由參考下方的詳細(xì)說明并配合所附圖標(biāo)，可更正確地理解本發(fā)明。為了能夠讓本領(lǐng)域的技術(shù)人員透過以下的描述而理解本發(fā)明，以下對本發(fā)明實(shí)施例的描述系藉由提出本發(fā)明所能實(shí)施的最佳模式的方式而加以說明。應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明可透過其它的方式加以實(shí)施，而其細(xì)節(jié)亦可使用不同但顯而易見的方式而加以修飾，然而所有這些不同的實(shí)施與修飾皆未偏離本發(fā)明的范疇之內(nèi)。據(jù)此，以下的詳細(xì)描述與所附圖標(biāo)應(yīng)視為說明性的目的而非用以限定本發(fā)明。


本發(fā)明的新穎性特征系由附錄的申請專利范圍所提出。然而，本發(fā)明的自身、其使用的較佳模式、以及其進(jìn)一步的目的與優(yōu)勢，將藉由參考上述說明實(shí)施例的詳細(xì)描述，并配合閱讀所附圖標(biāo)，而得到最佳的理解，其中第1圖系一個(gè)范例雙位記憶單元的側(cè)剖面圖，其中顯示本發(fā)明可施行的不同方面；第2圖系一個(gè)概要圖，其中顯示一部份陣列的交互連接關(guān)系；第3圖系以雙位模式操作時(shí)的一個(gè)具有16個(gè)字的16位內(nèi)存雙位閃存陣列的64K區(qū)段的部份上視圖；第4圖系依照本發(fā)明用以說明一個(gè)雙位記憶單元陣列的擦除確認(rèn)方法的流程圖；第5圖系依照本發(fā)明用以說明在如第4圖所示的擦除確認(rèn)程序之后的軟寫入方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在讓我們仔細(xì)地參考本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)特定實(shí)施例，藉以說明本案發(fā)明人為了實(shí)施本發(fā)明，而在目前所能思及的最佳實(shí)施模式。
以下以配合所附圖標(biāo)的方式對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的說明，其中在整個(gè)說明書中，相同的參考數(shù)字代表相同的組件。本發(fā)明提供一種雙位記憶單元的擦除、擦除確認(rèn)及過分擦除修正的方法與系統(tǒng)。本發(fā)明可用于快閃存儲(chǔ)元件中以配合芯片擦除或區(qū)段擦除作業(yè)。雖然，此后對本發(fā)明的說明及描述均系與ONO(二氧化硅-氮化硅-二氧化硅)雙院圓記憶單元結(jié)構(gòu)有關(guān)，但應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明亦可用于其它形式的結(jié)構(gòu)以及其它雙位結(jié)構(gòu)的使用模式。
現(xiàn)在請參閱圖標(biāo)，第1圖說明了一個(gè)雙位記憶單元10的范例，其中可實(shí)施一個(gè)或多個(gè)本發(fā)明的不同樣態(tài)。該記憶單元10包括一個(gè)夾在上二氧化硅層14與下二氧化硅層18的氮化硅層16以形成一個(gè)ONO層30。在該ONO層30之上覆蓋一層多晶硅層12，并提供一個(gè)與該記憶單元10相連接的字線。第一位線32系布置于第一區(qū)域4之下的該ONO層30之下方，而第二位線34則系布置于第二區(qū)域6之下的該ONO層30的下方。字線32及34系由導(dǎo)電部份24及一個(gè)可有可無的氧化物部份22所形成。在字線32及34的兩端提供硼核心注入20，其中該字線與該下二氧化硅層18相接觸，或者沿著整個(gè)晶體管。該硼核心注入較的于該P(yáng)型基板9具有較多的摻雜，并協(xié)助控制該記憶單元10的Vt。該記憶單元10系覆蓋在該P(yáng)型基板9之上，并具有由N′砷注入所形成的字線32及34的導(dǎo)電部份24，使得溝道8橫跨P型基板9而形成。該記憶單元10系一個(gè)具有可交換源極與漏極構(gòu)件的單一晶體管，該構(gòu)件系由以一個(gè)N+砷注入部份24所形成，該N+砷注入部份24覆蓋在該具有柵極的P型基板區(qū)域9之上，該柵極系多晶硅字線12的一部份。
該氮化硅層16形成一個(gè)電荷陷阱層。為了完成記憶單元的寫入可藉由在作為漏極端的字線及在該柵極上施加適當(dāng)?shù)碾妷?，并將作為源極端的源極字線接地。該電壓沿著溝道產(chǎn)生電場，造成了電子的加速且自該基底層9躍遷至該氮化物層16，此即習(xí)知的熱電子注入。因?yàn)殡娮釉诼O獲得最多的能量，這些電子變成陷入并保持儲(chǔ)存在該漏極附近的氮化層16之內(nèi)。該記憶單元10一般說來系一致的，且該漏極與源極系可交換的。因?yàn)樵摰鑼?6系非導(dǎo)體，故第一電荷26可注入該氮化物層16鄰近該中心區(qū)域5的第一端部，而第二電荷28則可注入該氮氧化硅層16鄰近該中心區(qū)域5的第二端部。因此，若電荷無法移動(dòng)則每一個(gè)記憶單元可具有兩個(gè)位而非僅具有一個(gè)位。
如先前提及者，該第一電荷26可儲(chǔ)存于該氮氧化硅層16中心區(qū)域5的第一端部，而該第二電荷28則可儲(chǔ)存于該氮氧化硅層16中心區(qū)域5的第二端部，使得每一個(gè)記憶單元10之上可具有兩個(gè)位。該雙位記憶單元10系對稱性地允許該漏極與該源極為可交換的。因此，當(dāng)寫入左位C0時(shí)，該第一位線32可當(dāng)作漏極端，而該第二位線34可當(dāng)作源極端。相同地，當(dāng)寫入右位C1時(shí)，該第二位線34可當(dāng)作該漏極端，而該第一位線32可當(dāng)作源極端。
第2圖及第1表說明一個(gè)用以執(zhí)行讀取、寫入以及對具有第一位C0(附增位)與第二位C1(正常位)的雙位記憶單元10的單邊與雙邊擦除的特別電壓參數(shù)集合。
第1表

第3圖系以一個(gè)64K的區(qū)塊300作為范例以說明一個(gè)部份記憶單元布局的上視或平面圖。本范例系以8位I/O的64K區(qū)塊的方式加以說明。應(yīng)當(dāng)理解的是，區(qū)塊的I/O可為16位、32位、64位或更多的位，且該區(qū)塊并不限于64K(例如，128K、256K等等)。該64K區(qū)塊可為一個(gè)區(qū)段或區(qū)段的一部份。舉例來說，一個(gè)或多個(gè)具有連接共同金屬字線的接觸點(diǎn)的區(qū)塊可形成一個(gè)區(qū)段。一個(gè)ONO堆棧片或?qū)?02將該記憶陣列的長度延伸至包括該區(qū)塊300。該區(qū)塊300包括16個(gè)I/O或行的群組310。每一個(gè)「字」或I/O群組包括八個(gè)晶體管或八個(gè)正常位與八個(gè)附增位。該八個(gè)正常位可被客戶看見，且每一個(gè)I/O包括一個(gè)多晶硅字線302以對該記憶單元的列尋址。多個(gè)位線布置在該ONO堆棧片層302之下，使該記憶單元的各個(gè)位得以被讀取、寫入與擦除。每一個(gè)字線系與位于一個(gè)十六列的群組的一端部上的第一接觸點(diǎn)308和金屬字線(未圖標(biāo))，以及在該群組的另一端部上的第二接觸點(diǎn)310相連接。在第3圖的范例中，顯示了五條位線，使得一個(gè)字符線在一行中與每兩個(gè)晶體管的一端相連接，為了讀取、寫入及擦除而使用兩個(gè)選擇晶體管以于兩個(gè)晶體管中的四個(gè)位間作選擇。
第4圖說明在一個(gè)快閃記憶陣列中執(zhí)行雙位快閃記憶單元的擦除確認(rèn)的特別方法。該方法始于步驟400，其中寫入所有在該區(qū)段中的記憶單元。該方法接著進(jìn)行步驟402，其中將一個(gè)指向該陣列的內(nèi)存位置的地址計(jì)數(shù)器的地址設(shè)定為0.0。該方法然后進(jìn)入步驟404，在此執(zhí)行在該區(qū)段中的正常位的擦除確認(rèn)。該位的位置可為單一位位置的內(nèi)存地址，或?yàn)镮/O的內(nèi)存地址，或?yàn)樵搮^(qū)段的字位置。若該正常位位置的擦除確認(rèn)失敗，該方法則進(jìn)入步驟406，在此決定該脈沖計(jì)數(shù)是否已超過其最大值。若該脈沖計(jì)數(shù)已超過其最大值，則在步驟408指示一個(gè)真正的失敗。若該脈沖計(jì)數(shù)在步驟406尚未超過其最大值，則在步驟410將擦除脈沖施加到該正常及附增行。該方法然后進(jìn)行到步驟412，其中在該區(qū)段的附增位位置執(zhí)行擦除確認(rèn)。若該附增位置的擦除確認(rèn)失敗，則該方法進(jìn)入步驟414，其中決定該脈沖計(jì)數(shù)是否已超過其最大值。若已超過該脈沖計(jì)數(shù)的最大值，則在步驟416指示一個(gè)真正的失敗。若該脈沖計(jì)數(shù)在步驟414尚未超過其最大值，則在步驟418將擦除脈沖施加到該正常及附增行(complimentary column)，并退回到步驟404而重復(fù)該方法。
當(dāng)該附增位位置與該正常位位置均通過時(shí)，在步驟420決定是否已到達(dá)該地址的最大值，若否，則在步驟422中增加其地址，而該方法由步驟404開始重復(fù)。若以到達(dá)該地址的最大值，該方法則進(jìn)行軟寫入程序，如步驟424所示。
請參閱第5圖，該軟寫入程序始于步驟500。在步驟502中設(shè)定地址計(jì)數(shù)器。在步驟504中執(zhí)行一次軟寫入確認(rèn)，若失敗，則在步驟506中決定施加在該位的軟寫入脈沖的最大次數(shù)是否已達(dá)到。若已達(dá)到施加在該位的軟寫入脈沖的最大次數(shù)，則在步驟508中指示該位失敗。若尚未達(dá)到施加在該位的軟寫入脈沖的最大次數(shù)，則在步驟510中施加一個(gè)軟寫入脈沖，然后該方法回到步驟504。若該軟寫入再次失敗，則重復(fù)本方法。若通過該軟寫入，則在步驟512中決定是否已經(jīng)達(dá)到最大地址。若尚未達(dá)到最大地址，則在步驟514中增加地址位置，然后該方法回到步驟504，并重復(fù)該方法。若該最大地址已經(jīng)達(dá)到，則終止整個(gè)程序，如步驟516所示。
總而言的，本發(fā)明提供一種擦除方法以及一種多位記憶單元的過分擦除修正方法。
上面對本發(fā)明實(shí)施例的描述僅作說明與描述的目的，并非用于窮盡或局限本發(fā)明所揭露的確切形式。透過以上的內(nèi)容，可進(jìn)行許多顯而易見的修飾與變更。上述實(shí)施例的選擇及描述系用以提供說明本發(fā)明的原理及其實(shí)際應(yīng)用的最佳方式，以令本領(lǐng)域的技術(shù)人員得以在特定的使用條件下，以不同的實(shí)施例及不同的修飾而運(yùn)用本發(fā)明。在正當(dāng)、合法、公正的廣度條件下，所有此類修飾與變更均可由權(quán)利要求書決定是否涵蓋于本發(fā)明的范疇之中。
權(quán)利要求
1.一種在多位快閃記憶陣列中的快閃記憶單元(10)的擦除方法，其中該快閃記憶單元的位放置在正常及附增位置，該方法包括(a)在一個(gè)多位快閃記憶陣列的區(qū)段中寫入所有的記憶單元；(b)在初始設(shè)定中決定一個(gè)地址位置；(c)在正常位位置執(zhí)行一次位擦除確認(rèn)；(d)若該位并未確認(rèn)為已擦除，則決定該擦除脈沖計(jì)數(shù)是否已達(dá)到其最大值；(e)若該擦除脈沖計(jì)數(shù)已達(dá)到其最大值，則指示失敗，并終止該擦除方法；(f)若該擦除脈沖計(jì)數(shù)尚未達(dá)到其最大值，則在該正常及附增位位置施加一個(gè)擦除脈沖；(g)在該附增位位置執(zhí)行一次位擦除確認(rèn)；(h)若該位并未確認(rèn)為已擦除，則決定決定該擦除脈沖計(jì)數(shù)是否已達(dá)到其最大值；(i)若該擦除脈沖計(jì)數(shù)已達(dá)到其最大值，則指示失敗，并終止該擦除方法；(j)若該擦除脈沖計(jì)數(shù)尚未達(dá)到其最大值，則在該附增及正常位位置施加一個(gè)擦除脈沖。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括(k)重復(fù)步驟(a)至步驟(j)直到在步驟(g)的附增位位置中的位元已確認(rèn)擦除。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，進(jìn)一步包括(l)決定該地址是否已達(dá)到其最大值；(m)若該地址已達(dá)到其最大值，則終止該擦除方法，并開始一個(gè)軟寫入方法；以及(n)若該地址尚未達(dá)到其最大值，則增加其地址位置并重復(fù)步驟(c)至步驟(n)直到該地址達(dá)到其最大值為止。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，進(jìn)一步包括(o)在初始設(shè)定時(shí)決定該地址位置；(p)對位于該地址位置的位執(zhí)行一次軟寫入確認(rèn)；(q)若步驟(p)中的軟寫入確認(rèn)失敗，則決定該軟寫入脈沖計(jì)數(shù)是否已達(dá)到其最大值；(r)若該軟寫入脈沖計(jì)數(shù)已達(dá)到其最大值，則指示失敗，并終止該擦除方法；(s)若該軟寫入脈沖計(jì)數(shù)尚未達(dá)到其最大值，則施加一個(gè)軟寫入脈沖；(t)重復(fù)步驟(p)至步驟(s)直到該位通過步驟(p)的軟寫入確認(rèn)。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，進(jìn)一步包括(u)決定該地址是否已達(dá)到其最大值；(v)若該地址尚未達(dá)到其最大值，則增加其地址位置并重復(fù)步驟(p)至步驟(t)直到該地址達(dá)到其最大值為止；以及(w)若該地址已達(dá)到其最大值，則終止該擦除方法。
全文摘要
一種在多位快閃記憶陣列中的快閃記憶單元(10)的擦除方法，其中該快閃記憶單元的位放置在正常及附增位置。對位于該正常位置的位執(zhí)行一次擦除確認(rèn)，若該位于正常位置的位失敗，且若該擦除計(jì)數(shù)器尚未達(dá)到其最大值，則對該正常位與該附增位施加擦除脈沖。對該附增位置上的位進(jìn)行擦除確認(rèn)，若該附增位置上的位失敗，且若該擦除計(jì)數(shù)器尚未達(dá)到其最大值，則對該附增位及正常位施加擦除脈沖。若該些位通過擦除確認(rèn)，則對該些位進(jìn)行軟寫入確認(rèn)。若該些位被過分擦除，且若該軟寫入脈沖計(jì)數(shù)器尚未達(dá)到其最大值，則對該被過分擦除的位施加軟寫入脈沖。
文檔編號G11C16/04GK1698133SQ03807746
公開日2005年11月16日 申請日期2003年2月14日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月8日
發(fā)明者D·G·漢密爾頓, E·M·阿吉米尼, B·Q·李, E·赫塞爾, K·坦派羅伊 申請人:先進(jìn)微裝置公司