專利名稱：用于非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件的基準(zhǔn)方案的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件。更具體地，本發(fā)明涉及一種具有基準(zhǔn)單元的存儲(chǔ)器件，其中所述基準(zhǔn)單元被設(shè)置，以便即使在由長(zhǎng)操作時(shí)間或者多個(gè)讀或?qū)懼芷谒鸬耐嘶笠蔡峁┻m于總是配備有存儲(chǔ)單元的特性的基準(zhǔn)。本發(fā)明也涉及一種用于對(duì)基準(zhǔn)單元進(jìn)行編程的方法。
背景技術(shù)：
近來，尤其是在便攜式通信設(shè)備領(lǐng)域中，閃速存儲(chǔ)器已經(jīng)變得越來越流行。閃速存儲(chǔ)器的基本結(jié)構(gòu)類似于包括柵極、漏極和源極的MOSFET的基本結(jié)構(gòu)。通常，閃速存儲(chǔ)器包括浮動(dòng)?xùn)艠O和控制柵極，如同MOSFET的柵極。另外，存在幾種不具有浮動(dòng)?xùn)艠O的閃速存儲(chǔ)器、例如氮化物只讀存儲(chǔ)器(NROM)。不同于使用導(dǎo)電多晶硅或者金屬浮動(dòng)?xùn)艠O的其他類型的閃速存儲(chǔ)器，氮化物只讀存儲(chǔ)器使用氧化物-氮化物-氧化物(ONO)層作為電荷俘獲介質(zhì)。由于氮化硅層的高度緊密特性，從MOS晶體管隧穿到氮化硅中的熱電子被俘獲，以形成不均勻的濃度分布。
一般，閃速存儲(chǔ)器具有讀、編程和擦除的功能。當(dāng)將電子注入到存儲(chǔ)單元的浮動(dòng)?xùn)艠O或者將電子注入到存儲(chǔ)單元的ONO層時(shí)，存儲(chǔ)單元的最初處于低電壓的閾值電壓相對(duì)增加，并且導(dǎo)致從漏極到源極的電流降低。這是存儲(chǔ)單元的寫或者已編程狀態(tài)。當(dāng)將負(fù)電壓連接到控制柵極上時(shí)，從浮動(dòng)?xùn)艠O或者氮化物層中除去在浮動(dòng)?xùn)艠O中所俘獲(或者在ONO層中所俘獲)的電子以便降低存儲(chǔ)單元的閾值電壓。這是已擦除狀態(tài)。不管存儲(chǔ)單元所處的狀態(tài)，必要的是運(yùn)行讀程序，在該讀程序過程中存儲(chǔ)單元中所存儲(chǔ)的位信息被讀取。
為了讀取存儲(chǔ)單元中所存儲(chǔ)的信息，增加?xùn)艠O輸入端處的電壓，直到預(yù)定的電流從存儲(chǔ)單元的漏極流到源極。然后，評(píng)價(jià)實(shí)際的柵極電壓。替代地，當(dāng)預(yù)定的電壓被施加到柵極上時(shí)，評(píng)價(jià)電流。在兩種情況下，為了限定存儲(chǔ)單元的狀態(tài)，存儲(chǔ)單元的導(dǎo)電窗口(conductionwindow)被斷點(diǎn)分割成兩個(gè)區(qū)域。
更詳細(xì)地，為了利用基準(zhǔn)電流來讀取存儲(chǔ)單元的狀態(tài)，兩種機(jī)制是通用的。在第一種機(jī)制中，通過將預(yù)定的固定電壓施加到柵極和漏極輸入端上來讀取單元。通過將其漏極/源極電流與基準(zhǔn)電流進(jìn)行比較來將該漏極/源極電流映射為存儲(chǔ)狀態(tài)。如果所讀取的電流高于基準(zhǔn)電流，則該單元被確定為處于一種邏輯狀態(tài)(例如LOW狀態(tài))。另一方面，如果該電流小于基準(zhǔn)電流，則該單元被確定為處于另一邏輯狀態(tài)(例如HIGH狀態(tài))。因此，這種兩狀態(tài)單元存儲(chǔ)一位數(shù)字信息。
用于檢測(cè)存儲(chǔ)單元的狀態(tài)的第二種機(jī)制是利用可變電壓來代替恒定電壓對(duì)存儲(chǔ)單元的柵極加偏壓。這里，檢測(cè)漏極/源極電流并且將其與恒定電流進(jìn)行比較。柵極電壓指示存儲(chǔ)單元的狀態(tài)，其中在所述柵極電壓時(shí)所測(cè)量的電流達(dá)到恒定基準(zhǔn)電流。為了編程和擦除存儲(chǔ)單元，類似的操作、即所謂的驗(yàn)證操作是必要的。在編程或者擦除存儲(chǔ)單元過程中，發(fā)生驗(yàn)證操作，在為了將要寫的數(shù)據(jù)正確地寫入到單元中而評(píng)估對(duì)編程或擦除脈沖的需要的寫操作過程中，所述驗(yàn)證操作是讀操作。
為了增加存儲(chǔ)容量，隨著半導(dǎo)體技術(shù)狀態(tài)的發(fā)展，以越來越高的密度制造閃速EEPROM(電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器)器件。用于增加存儲(chǔ)容量的另一方法是使每個(gè)存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)多于兩個(gè)的狀態(tài)。
對(duì)于多狀態(tài)或者多級(jí)EEPROM存儲(chǔ)單元來說，導(dǎo)電窗口被多于一個(gè)的斷點(diǎn)分割成多于兩個(gè)的區(qū)域，使得每個(gè)單元能夠存儲(chǔ)多于一個(gè)的數(shù)據(jù)位。因此，給定的EEPROM陣列能夠存儲(chǔ)的信息隨著每個(gè)單元能夠存儲(chǔ)的狀態(tài)的數(shù)量而增加。具有多狀態(tài)或者多級(jí)存儲(chǔ)單元的EEPROM或者閃速EEPROM已經(jīng)在US專利NO.5,172,338中進(jìn)行了描述，該專利在這里被引入作為參考。
用于增加存儲(chǔ)密度的另一公知可能性是在導(dǎo)電層上存儲(chǔ)多于一個(gè)不區(qū)分電荷的不同數(shù)量的位，但是在柵極層的不同區(qū)中存儲(chǔ)電荷。從上述氮化物只讀存儲(chǔ)器件(NROM)中已知這種存儲(chǔ)單元。從在這里被引入作為參考的US專利公開NO.2002/0118566中，已知如何在氮化物只讀存儲(chǔ)器單元中同時(shí)讀取兩位信息。根據(jù)NROM的漏極-源極電流，可以識(shí)別邏輯兩位組合消息。所觀察的電流被劃分成四個(gè)不同的區(qū)域，并且每個(gè)區(qū)域表示特定的邏輯兩位信息，該邏輯兩位信息是LOW和LOW、LOW和HIGH、HIGH和LOW、或者HIGH和HIGH。
將兩位信息存儲(chǔ)在氮化物層的不同區(qū)域中具有以下優(yōu)點(diǎn)，即與在多級(jí)存儲(chǔ)器單元中相比，各個(gè)狀態(tài)之間的不同能夠更容易被檢測(cè)到。然而，當(dāng)檢測(cè)第一位的狀態(tài)時(shí)，第二位的狀態(tài)影響流過該單元的電流，反之亦然。這也被稱為第二位效應(yīng)。當(dāng)讀取數(shù)據(jù)時(shí)、而且當(dāng)在擦除或者編程操作過程中驗(yàn)證數(shù)據(jù)時(shí)，所述效應(yīng)是重要的，因此在評(píng)價(jià)所檢測(cè)到的單元電流時(shí)必須被考慮。盡管第二位效應(yīng)與由要讀取的位的狀態(tài)所引起的效應(yīng)相比是小的，但是隨著存儲(chǔ)單元的工作電壓變得更低，該第二位效應(yīng)能夠變得更加重要。為了節(jié)約功率并且允許要用于半導(dǎo)體電路的結(jié)構(gòu)更小，存儲(chǔ)模塊的工作電壓正變得越來越低。盡管5V和3.3V以前被用作電源電壓，但新器件例如使用1.6V的電壓。
為了讀取這些閃速存儲(chǔ)單元，必要的是檢測(cè)穿過該單元的源極電極和漏極電極的傳導(dǎo)電流。尤其是為了讀取存儲(chǔ)單元的多于兩個(gè)的狀態(tài)，重要的是具有正確反應(yīng)存儲(chǔ)單元的狀況的基準(zhǔn)電流。使存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)越多的狀態(tài)，就必須越精細(xì)地劃分其閾值窗口。這在編程和讀操作中將要求更高的精度，以便能夠達(dá)到所要求的分辨率。
所使用的基準(zhǔn)電流通常由處于特殊狀態(tài)的基準(zhǔn)單元產(chǎn)生。在多數(shù)以前的單個(gè)位或者單級(jí)存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)中，用于提供適當(dāng)?shù)幕鶞?zhǔn)電流的基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)已由具有四個(gè)或者五個(gè)對(duì)應(yīng)于已編程狀態(tài)、已擦除狀態(tài)、過擦除或者耗盡狀態(tài)和讀狀態(tài)的閃速單元的陣列組成。這些基準(zhǔn)單元一旦例如在晶片分類時(shí)被編程為預(yù)定電平，就不能再被觸動(dòng)。
對(duì)于一些應(yīng)用、例如對(duì)于將數(shù)據(jù)歸檔來說，重要的是，在長(zhǎng)時(shí)間或者大量寫周期之后數(shù)據(jù)仍能被正確讀取。另外，溫度變化應(yīng)該被考慮。這些影響改變從存儲(chǔ)單元所讀取的電流。溫度變化也影響基準(zhǔn)電流。在典型的單級(jí)和單個(gè)位器件中，被設(shè)置用于分離存儲(chǔ)單元的狀態(tài)的容限(margin)為不同狀態(tài)限定大的窗口。這些窗口足夠大以保證在所有條件下數(shù)據(jù)被正確地讀或?qū)?。在多?jí)和多位存儲(chǔ)器中，窗口已經(jīng)被顯著地縮小，并且在所有環(huán)境條件下并且在整個(gè)生命周期內(nèi)確保正確的功能已經(jīng)成為一個(gè)問題。
在圖17、18和19中示出了對(duì)更精確基準(zhǔn)的相應(yīng)需要。圖17的圖示涉及用于存儲(chǔ)一位數(shù)據(jù)的兩狀態(tài)存儲(chǔ)單元。它示出根據(jù)圖7的存儲(chǔ)單元中的電壓和電流。通過存儲(chǔ)單元的電流ICELL取決于柵極-源極電壓。下限121限定已擦除狀態(tài)的開始。在已擦除狀態(tài)之下是也被稱為耗盡狀態(tài)的過擦除狀態(tài)。在存儲(chǔ)單元的正常操作中不被允許的該狀態(tài)中，即使沒有電壓被施加到柵極上，電流也從漏極流到源極。已擦除狀態(tài)和已編程狀態(tài)通過基準(zhǔn)電壓122被分開。已擦除和已編程狀態(tài)的容限窗口足夠大以適合所有情形。
圖18示出在多級(jí)單元中所有狀態(tài)的容限窗口都被縮小。針對(duì)不同狀態(tài)中的每一狀態(tài)，定義了閾值電壓121、123、124和125。示出NROM單元的可能狀態(tài)的圖18解釋了基準(zhǔn)121、123、124和125必須比圖17的圖示中的基準(zhǔn)121和122更精確。
從圖19中可以看出，在多位存儲(chǔ)單元中產(chǎn)生另外的問題。當(dāng)讀取存儲(chǔ)單元的第一位時(shí)，必須考慮到特性曲線依賴于第二位。在不考慮第二位效應(yīng)的情況下，當(dāng)柵極-源極電壓處于用126來表示的范圍中時(shí)，檢測(cè)到邏輯“1”。邏輯“0”的范圍用129來表示。閾值電壓用128來表示。當(dāng)?shù)诙恍?yīng)被考慮時(shí)，即使柵極-源極電壓高于范圍126，也應(yīng)檢測(cè)到邏輯“1”。超額范圍用127來表示。因此，第二位效應(yīng)的考慮進(jìn)一步縮小用于檢測(cè)存儲(chǔ)單元的狀態(tài)的容限窗口。
總之，存在幾種要求用于檢測(cè)存儲(chǔ)單元的邏輯狀態(tài)的基準(zhǔn)電流或者電壓更加精確的效應(yīng)。這不僅在第一次操作存儲(chǔ)器件時(shí)而且在其整個(gè)使用壽命期間當(dāng)退化效應(yīng)改變存儲(chǔ)單元的特性時(shí)被要求。
除了這些特定問題之外，通常需要高性能、高容量和高可靠性的非易失性存儲(chǔ)器件。尤其是需要具有緊湊的非易失性存儲(chǔ)器件。尤其是需要具有緊湊的非易失性存儲(chǔ)器件，該非易失性存儲(chǔ)器件具有使干擾影響最小化的存儲(chǔ)系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)方面，本發(fā)明提供一種非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件和一種用于利用較好的基準(zhǔn)方案制備和操作存儲(chǔ)器件的相應(yīng)方法。本發(fā)明的實(shí)施方案建議設(shè)置一組被布置在存儲(chǔ)區(qū)中的所謂的陣列存儲(chǔ)單元和第二組位于電路區(qū)中的基準(zhǔn)單元、即所謂的主基準(zhǔn)單元。
在一個(gè)特殊例子中，提出了一種包括存儲(chǔ)區(qū)和電路區(qū)的非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件，存儲(chǔ)區(qū)包括多個(gè)被布置在存儲(chǔ)陣列中的存儲(chǔ)單元和一組被設(shè)置作為讀取存儲(chǔ)單元的基準(zhǔn)的可編程陣列基準(zhǔn)單元。電路區(qū)包括一組被設(shè)置作為驗(yàn)證陣列基準(zhǔn)單元或者存儲(chǔ)單元的狀態(tài)的基準(zhǔn)的主基準(zhǔn)單元。
主基準(zhǔn)單元被設(shè)置用于設(shè)定基準(zhǔn)單元和驗(yàn)證存儲(chǔ)單元的狀態(tài)。陣列基準(zhǔn)單元被設(shè)置作為讀取存儲(chǔ)單元的基準(zhǔn)。雖然在運(yùn)送之前并且因此在開始存儲(chǔ)器件的常規(guī)操作之前主基準(zhǔn)單元被設(shè)定為特定狀態(tài)，但是陣列存儲(chǔ)單元在其使用壽命期間被重復(fù)編程和擦除。因此，陣列存儲(chǔ)單元受到與存儲(chǔ)單元相同的應(yīng)力，并且因此它們以與存儲(chǔ)單元相同的方式退化。由于陣列基準(zhǔn)單元特性曲線以相應(yīng)的方式移動(dòng)，所以存儲(chǔ)單元的特性曲線的移動(dòng)不影響讀或者編程結(jié)果。
在本發(fā)明的第一優(yōu)選實(shí)施方案中，該組主基準(zhǔn)單元包括已編程主基準(zhǔn)單元和已擦除主基準(zhǔn)單元。該組可編程陣列基準(zhǔn)單元包括被用于為讀數(shù)據(jù)提供已編程和已擦除基準(zhǔn)的陣列基準(zhǔn)單元。
在本發(fā)明的第二優(yōu)選實(shí)施方案中，該組主基準(zhǔn)單元也包括已編程主基準(zhǔn)單元和已擦除主基準(zhǔn)單元。該組可編程陣列基準(zhǔn)單元包括作為單獨(dú)的基準(zhǔn)單元或者對(duì)其他基準(zhǔn)單元的補(bǔ)充的讀基準(zhǔn)單元，其中該讀基準(zhǔn)單元被設(shè)置為具有限定存儲(chǔ)單元的已擦除狀態(tài)和已編程狀態(tài)之間的邊界的閾值電壓，并且可以被用于從存儲(chǔ)單元中讀數(shù)據(jù)。該讀基準(zhǔn)單元可以利用主基準(zhǔn)單元作為基準(zhǔn)而被設(shè)定為特定閾值電壓。
在本發(fā)明的第三優(yōu)選實(shí)施方案中，該組主基準(zhǔn)單元另外包括讀基準(zhǔn)單元，該讀基準(zhǔn)單元被設(shè)置為具有限定存儲(chǔ)單元的已擦除狀態(tài)和已編程狀態(tài)之間的邊界的閾值電壓，該讀基準(zhǔn)單元被設(shè)置作為驗(yàn)證被包括在該組陣列基準(zhǔn)單元中的讀基準(zhǔn)單元的狀態(tài)的基準(zhǔn)。
根據(jù)另一實(shí)施方案，用于操作存儲(chǔ)器件的方法包括以下步驟利用至少一個(gè)預(yù)編程主存儲(chǔ)基準(zhǔn)單元作為基準(zhǔn)來將至少一個(gè)陣列基準(zhǔn)單元設(shè)定為預(yù)定狀態(tài)，利用陣列基準(zhǔn)單元作為基準(zhǔn)來讀取至少一個(gè)存儲(chǔ)單元的狀態(tài)，以及當(dāng)擦除或者編程存儲(chǔ)單元時(shí)利用至少一個(gè)主基準(zhǔn)單元作為基準(zhǔn)來驗(yàn)證至少一個(gè)存儲(chǔ)單元的狀態(tài)。
在根據(jù)本發(fā)明的方法的優(yōu)選實(shí)施方案中，主基準(zhǔn)單元和陣列基準(zhǔn)單元如以上結(jié)合相應(yīng)存儲(chǔ)器件所述的那樣來使用。
本發(fā)明的另一優(yōu)點(diǎn)是不僅考慮所存儲(chǔ)的信息在時(shí)間上的陣列特性、即所謂的“循環(huán)后保持(Retention after Cycling)”，而且考慮由寫周期所引起的對(duì)單元的應(yīng)力。另外，諸如溫度的環(huán)境條件影響基準(zhǔn)單元和存儲(chǔ)單元。另一方面，良好的基準(zhǔn)值可從主基準(zhǔn)單元得到。這些基準(zhǔn)值不受存儲(chǔ)單元和陣列基準(zhǔn)單元容易受到的典型應(yīng)力所影響。
在本發(fā)明的另一改進(jìn)的實(shí)施方案中，為每條字線提供一個(gè)附加的狀態(tài)單元。在這個(gè)被稱為“行保護(hù)基準(zhǔn)(Row Guard Reference)”的狀態(tài)單元中，通過指示與相應(yīng)字線相關(guān)的存儲(chǔ)單元之一是否被編程的第一邏輯狀態(tài)來存儲(chǔ)信息。否則，與該字線相關(guān)的所有存儲(chǔ)單元都被擦除，這由另一邏輯狀態(tài)來指示。
本發(fā)明的實(shí)施方案的另一優(yōu)點(diǎn)是所提出的基準(zhǔn)方案可以被應(yīng)用于所有類型的易失性存儲(chǔ)器件。
在閱讀了在不同的圖和附圖中所示的優(yōu)選實(shí)施方案的以下詳述之后，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，本發(fā)明的這些和其他優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見。


為了更完整地理解本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在結(jié)合附圖來參考以下說明，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明的閃速存儲(chǔ)電路的示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的方法的流程圖；圖3是示出用于通過制造商提供非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的方法的流程圖；圖4是示出用于操作具有主基準(zhǔn)單元和陣列基準(zhǔn)單元的非易失性存儲(chǔ)器件的方法的流程圖；圖5A示出涉及刷新已擦除陣列基準(zhǔn)單元的流程圖；圖5B是涉及刷新已編程陣列基準(zhǔn)單元的流程圖；圖6示出陣列基準(zhǔn)單元和存儲(chǔ)單元的示意圖；圖7是NROM存儲(chǔ)單元的示意圖；圖8A-8D示出兩位NROM單元的不同狀態(tài)；圖9示出針對(duì)存儲(chǔ)單元的不同狀態(tài)說明電壓VG和電流ID之間的關(guān)系的圖示；圖10A-10D示出在考慮第二位效應(yīng)的情況下存儲(chǔ)單元的不同狀態(tài)；
圖11是表示由對(duì)單元所執(zhí)行的過擦除操作和軟編程以及驗(yàn)證操作所產(chǎn)生的、每個(gè)存儲(chǔ)單元的閾值電壓VTH隨時(shí)間的變化的曲線圖；圖12是涉及基準(zhǔn)單元的循環(huán)的流程圖；圖13是說明塊擦除命令的流程圖；圖14是表示已擦除基準(zhǔn)單元、已編程基準(zhǔn)單元和存儲(chǔ)單元的閾值電壓隨時(shí)間的變化的曲線圖；圖15是涉及字編程命令的流程圖；圖16是涉及字編程命令的替代實(shí)施方案的流程圖；以及圖17、18和19是示出清楚的基準(zhǔn)電壓的必要性的圖示。
具體實(shí)施例方式
將參照附圖更具體地描述本發(fā)明的實(shí)施方案和實(shí)施方案。在圖中，相同或者相似的元件用相同的數(shù)字表示，并且將不重復(fù)其描述。
電可重寫并可擦除的非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件被稱為如前所述的EEPROM或者NROM。
圖1是示出閃速存儲(chǔ)器件1的配置的框圖，該閃速存儲(chǔ)器件1使用NROM存儲(chǔ)單元來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。該存儲(chǔ)器件包括存儲(chǔ)區(qū)2和電路區(qū)3。存儲(chǔ)區(qū)2包括具有多個(gè)存儲(chǔ)單元4的存儲(chǔ)陣列5。存儲(chǔ)單元按列和行布置，并且因此構(gòu)成一個(gè)矩陣。每個(gè)存儲(chǔ)單元可以通過列解碼器8和行解碼器9來選擇。兩個(gè)解碼器被連接到地址總線10上，該地址總線也被連接到電路區(qū)3的控制單元11上?？刂茊卧?1被連接到用于從外部設(shè)備接收數(shù)據(jù)和發(fā)送數(shù)據(jù)的I/O接口上。例如，為了讀取存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器件中的數(shù)據(jù)，控制單元11通過向列解碼器8和行解碼器9發(fā)送地址來訪問存儲(chǔ)陣列5。列解碼器8提取關(guān)于應(yīng)選擇存儲(chǔ)陣列5的哪條位線的信息。行解碼器9選擇對(duì)應(yīng)于從控制單元11所傳輸?shù)牡刂返淖志€。在控制單元11和存儲(chǔ)陣列5之間通過數(shù)據(jù)總線19傳輸數(shù)據(jù)。為了讀寫數(shù)據(jù)，控制單元11包括讀寫電路18，以對(duì)存儲(chǔ)陣列5執(zhí)行操作。
為了讀存儲(chǔ)單元，必要的是將流過該單元的電流與流過基準(zhǔn)單元的電流進(jìn)行比較。這由檢測(cè)放大器12和13來完成。檢測(cè)放大器12是連接到存儲(chǔ)單元5的位線上的存儲(chǔ)單元檢測(cè)放大器。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，設(shè)置有陣列基準(zhǔn)單元6，其被連接到與存儲(chǔ)單元4相同的字線上。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中，為每條字線提供一組至少兩個(gè)基準(zhǔn)單元。在存儲(chǔ)器件的工作過程中，基準(zhǔn)單元之一被配置成具有對(duì)應(yīng)于存儲(chǔ)單元的已擦除狀態(tài)的閾值，并且至少一個(gè)其他基準(zhǔn)單元被配置成具有對(duì)應(yīng)于存儲(chǔ)單元的已編程狀態(tài)的閾值電壓。第三主和陣列基準(zhǔn)單元可以被設(shè)置和被配置成具有對(duì)應(yīng)于存儲(chǔ)單元的過擦除狀態(tài)的閾值電壓。輔助陣列基準(zhǔn)單元可以被添加，例如用于指示是否指定的存儲(chǔ)單元群的所有存儲(chǔ)單元都被擦除的狀態(tài)單元。
存儲(chǔ)單元檢測(cè)放大器12被設(shè)置用于測(cè)量通過存儲(chǔ)陣列5的存儲(chǔ)單元4的電流。陣列基準(zhǔn)檢測(cè)放大器13被設(shè)置用于測(cè)量通過陣列基準(zhǔn)單元6的電流。陣列評(píng)價(jià)電路14被連接到存儲(chǔ)單元檢測(cè)放大器12和陣列基準(zhǔn)檢測(cè)放大器13上。通過比較從檢測(cè)放大器12和13所接收的信號(hào)，產(chǎn)生結(jié)果信號(hào)，該結(jié)果信號(hào)指示所選擇的存儲(chǔ)單元的邏輯狀態(tài)。
每當(dāng)例如連接到I/O接口15上的主機(jī)系統(tǒng)請(qǐng)求所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)時(shí)，或者如果在擦除或者編程操作之后存儲(chǔ)單元的狀態(tài)應(yīng)被驗(yàn)證并因此應(yīng)被讀取，則執(zhí)行該用于讀取存儲(chǔ)單元的邏輯狀態(tài)的程序。
在本申請(qǐng)的上下文中，寫意味著將存儲(chǔ)單元的狀態(tài)設(shè)置為已擦除或者已編程狀態(tài)。編程意味著將狀態(tài)設(shè)置為第一邏輯值，并且擦除意味著將狀態(tài)設(shè)置為第二邏輯值。
如上所述，尤其是對(duì)于高度集成的存儲(chǔ)器件來說，必要的是提供非常精確的基準(zhǔn)值，以便能夠?qū)崿F(xiàn)清楚的并且嚴(yán)格的編程/擦除區(qū)分。如果像利用兩位NROM單元的情況那樣要檢測(cè)多于兩個(gè)的狀態(tài)，則這是尤其重要的。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是緊鄰要讀的存儲(chǔ)單元來布置基準(zhǔn)單元。基準(zhǔn)單元也被看作是標(biāo)準(zhǔn)存儲(chǔ)單元，并且因此在時(shí)間上以及在寫周期期間呈現(xiàn)與存儲(chǔ)單元相同的特性，并且遭受相同的溫度變化。同樣，所有其他種類的干擾以與存儲(chǔ)單元相同的方式影響基準(zhǔn)單元。相應(yīng)的存儲(chǔ)單元被連接到與所分配的存儲(chǔ)單元相同的字線上。因此，通過激活字線對(duì)存儲(chǔ)單元的選擇也激活相應(yīng)的陣列基準(zhǔn)單元。該機(jī)制保證流過存儲(chǔ)單元的電流和流過基準(zhǔn)單元的電流同時(shí)被測(cè)量。
為了提供精確的基準(zhǔn)值并且根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，建議設(shè)置一組主基準(zhǔn)單元7，所述主基準(zhǔn)單元被用作將基準(zhǔn)值寫到陣列基準(zhǔn)單元6中的基準(zhǔn)。主基準(zhǔn)檢測(cè)放大器16也被連接到陣列評(píng)價(jià)電路14上。因此，存儲(chǔ)陣列的單元也可以利用主基準(zhǔn)來讀或者驗(yàn)證。通常，為了讀取所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，使用陣列基準(zhǔn)單元，因?yàn)檫@些陣列基準(zhǔn)單元提供以與存儲(chǔ)單元中所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)相同的方式退化的基準(zhǔn)。另外，這防止主基準(zhǔn)單元受到可能使基準(zhǔn)單元的閾值退化的其他應(yīng)力。被分配給該行的陣列基準(zhǔn)單元和存儲(chǔ)單元以后可以利用由主基準(zhǔn)單元所提供的基準(zhǔn)來刷新。
為了設(shè)置陣列基準(zhǔn)值，如已經(jīng)針對(duì)讀存儲(chǔ)單元所說明的那樣執(zhí)行相同的機(jī)制。如上所述，通過陣列基準(zhǔn)單元的電流可以由陣列基準(zhǔn)檢測(cè)放大器13來測(cè)量。通過主基準(zhǔn)單元7的電流由主基準(zhǔn)檢測(cè)放大器16來測(cè)量。兩個(gè)檢測(cè)放大器13和16都被連接到主評(píng)價(jià)電路17上，該主評(píng)價(jià)電路比較由檢測(cè)放大器13和16所測(cè)量的值并且輸出指示所測(cè)量的陣列基準(zhǔn)單元6的邏輯狀態(tài)的信號(hào)。與利用陣列基準(zhǔn)單元來設(shè)置存儲(chǔ)單元形成對(duì)比，主基準(zhǔn)單元和陣列基準(zhǔn)單元不連接到相同的字線上。主基準(zhǔn)單元通過附加的控制信號(hào)來控制。
陣列評(píng)價(jià)電路14和主評(píng)價(jià)電路17都被連接到控制單元11上。為了將陣列基準(zhǔn)單元6設(shè)置為專用狀態(tài)，實(shí)際狀態(tài)由檢測(cè)放大器13和16以及主評(píng)價(jià)電路17來檢測(cè)。向控制單元11的寫電路18報(bào)告該狀態(tài)，并且必要時(shí)執(zhí)行寫操作。在將數(shù)據(jù)寫到陣列基準(zhǔn)單元中之后，執(zhí)行讀操作，以驗(yàn)證寫操作是否足以達(dá)到所要求的狀態(tài)。
在根據(jù)圖1的實(shí)施方案中，兩個(gè)檢測(cè)放大器12和13被設(shè)置用于評(píng)價(jià)存儲(chǔ)單元4或者陣列基準(zhǔn)單元6的狀態(tài)。兩個(gè)檢測(cè)放大器12和13都被連接到評(píng)價(jià)電路14上，用于產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于所檢測(cè)到的邏輯狀態(tài)的信號(hào)。分別直接比較所測(cè)量的通過存儲(chǔ)單元或者陣列基準(zhǔn)單元的電流的、其他類型的檢測(cè)放大器是可用的，并且產(chǎn)生相應(yīng)的輸出信號(hào)。本發(fā)明可以獨(dú)立于所使用的檢測(cè)放大器而被應(yīng)用，因此可以使用所有類型的檢測(cè)放大器。
圖2是描述制造根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的非易失性存儲(chǔ)器件的工藝的流程圖。在步驟31中，提供非易失性存儲(chǔ)器件，其包括多個(gè)被布置在存儲(chǔ)陣列中的存儲(chǔ)單元、至少兩個(gè)可編程為具有分別對(duì)應(yīng)于已擦除狀態(tài)或者已編程狀態(tài)的閾值電壓的陣列基準(zhǔn)單元、和至少兩個(gè)可編程為具有分別對(duì)應(yīng)于已擦除狀態(tài)或者已編程狀態(tài)的閾值電壓的主基準(zhǔn)單元。這種存儲(chǔ)器件對(duì)應(yīng)于一種在圖1中作為可能例子所描述的存儲(chǔ)器件。
在步驟32中，將已擦除主基準(zhǔn)單元設(shè)置為對(duì)應(yīng)于存儲(chǔ)單元的已擦除狀態(tài)的閾值電壓。在NROM單元的情況下，這由上述的機(jī)制來完成。更精確地說，這通過擦除相應(yīng)的主基準(zhǔn)單元并且然后驗(yàn)證閾值電壓是否滿足由制造商所限定的要求來完成。
在步驟33中，對(duì)以后被用作用于編程或者讀陣列基準(zhǔn)單元或者存儲(chǔ)單元的基準(zhǔn)的另外的主基準(zhǔn)單元完成相同操作。
在另一步驟34中，將存儲(chǔ)器件例如運(yùn)送給客戶。最好能夠在晶片分類時(shí)將基準(zhǔn)值寫到主基準(zhǔn)單元中。然而，如圖3中所示，也可以在測(cè)試非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件時(shí)將主基準(zhǔn)單元設(shè)置為預(yù)定的閾值電壓。
根據(jù)圖3的圖示，在設(shè)置了主基準(zhǔn)單元之后執(zhí)行測(cè)試程序。該測(cè)試程序包括對(duì)主基準(zhǔn)單元所執(zhí)行的擦除和編程操作。
在結(jié)束測(cè)試程序之后，主基準(zhǔn)單元不再被循環(huán)。這意味著不對(duì)主基準(zhǔn)單元執(zhí)行寫操作。所述主基準(zhǔn)單元僅僅在讀操作中被使用，但是這基本上不加速主基準(zhǔn)單元的退化過程。因此，主基準(zhǔn)單元在非易失性存儲(chǔ)器件的整個(gè)使用壽命期間提供精確的基準(zhǔn)。
當(dāng)根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案操作非易失性存儲(chǔ)器件時(shí)，如圖4中所示，陣列基準(zhǔn)單元必須被設(shè)置為適當(dāng)?shù)拈撝担员阌米饔糜诰幊毯妥x存儲(chǔ)陣列的存儲(chǔ)單元的基準(zhǔn)。在步驟31中，為非易失性存儲(chǔ)器件配備主基準(zhǔn)單元，所述主基準(zhǔn)單元在運(yùn)送之前被設(shè)置為基準(zhǔn)值。在步驟41和42中，陣列基準(zhǔn)單元分別被設(shè)置為已編程狀態(tài)和已擦除狀態(tài)，用于以后讀或者編程存儲(chǔ)陣列的存儲(chǔ)單元(步驟43)。
通過首先擦除單元并且然后驗(yàn)證閾值是否滿足針對(duì)已擦除單元所限定的要求，用于提供擦除基準(zhǔn)的陣列基準(zhǔn)單元被設(shè)置為已擦除閾值。對(duì)于該步驟來說，已擦除主基準(zhǔn)單元被用作基準(zhǔn)(步驟41)。
在步驟42中，對(duì)利用已編程主基準(zhǔn)單元作為基準(zhǔn)而被設(shè)置為已編程狀態(tài)的其他陣列基準(zhǔn)單元完成相同操作。
在實(shí)施這些步驟之后，在步驟43中，存儲(chǔ)單元可以被讀或者被寫。為了讀存儲(chǔ)單元，可以將實(shí)際單元電流與多個(gè)基準(zhǔn)電流進(jìn)行比較，以找出存儲(chǔ)單元處于哪種狀態(tài)。同樣可以根據(jù)已擦除陣列基準(zhǔn)單元電流和已編程陣列基準(zhǔn)單元電流產(chǎn)生比較電流并且將實(shí)際單元電流與該比較電流進(jìn)行比較。
存儲(chǔ)單元的特性隨著時(shí)間的推移并且在多個(gè)讀周期之后變化。第一標(biāo)準(zhǔn)意味著存儲(chǔ)單元在長(zhǎng)時(shí)間后損失電荷。這被稱為“循環(huán)后保持(RAC)”。在多個(gè)寫周期之后特性的變化被稱為耐久性(endurance)。如上所述，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是，被用于讀存儲(chǔ)單元的陣列基準(zhǔn)單元受到與存儲(chǔ)單元自身相同的應(yīng)力。然而，為了獲得良好的讀或者寫結(jié)果，必要的是使基準(zhǔn)單元循環(huán)。如在標(biāo)準(zhǔn)存儲(chǔ)單元的情況下所實(shí)現(xiàn)的那樣，這通過寫基準(zhǔn)單元和讀基準(zhǔn)單元來實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的一個(gè)方面是提供一種如何保證定期地實(shí)現(xiàn)基準(zhǔn)單元的刷新的方法。
根據(jù)在圖5A中所示的流程圖，已擦除陣列基準(zhǔn)單元的刷新可以與預(yù)定的用戶命令的調(diào)用結(jié)合。在第一步驟51中，接收用戶命令。在存儲(chǔ)器件中，這通過如圖1中所示的控制單元來實(shí)現(xiàn)。在另一步驟52中，檢查所接收的命令是否為預(yù)定的專用命令之一。如果情況如此，則刷新已擦除陣列基準(zhǔn)單元，然后在步驟54中，執(zhí)行用戶命令。如果在步驟52中檢測(cè)到所接收的命令不是專用用戶命令，則在步驟54中直接執(zhí)行該命令。在相應(yīng)操作之后，該方法以步驟51繼續(xù)，該步驟51將等待新的用戶命令。
圖5B是涉及用于刷新已編程陣列基準(zhǔn)單元的改進(jìn)程序的流程圖。在步驟51中，接收用戶命令。在步驟55中，檢驗(yàn)已編程基準(zhǔn)單元的實(shí)際閾值電壓是否相對(duì)于主編程基準(zhǔn)電壓是低的。如果情況如此，則首先刷新陣列的已編程基準(zhǔn)單元。如果情況不是如此，則直接執(zhí)行用戶命令。
圖6是示例性電路圖的簡(jiǎn)圖，其示出具有所分配的檢測(cè)放大器13的主陣列基準(zhǔn)單元6以及具有所分配的檢測(cè)放大器12的、存儲(chǔ)陣列5的存儲(chǔ)單元4。陣列基準(zhǔn)單元6和存儲(chǔ)單元4被分配給相同的字線61。因此，存儲(chǔ)單元4的選擇也選擇陣列基準(zhǔn)單元6。利用字線61，對(duì)晶體管6和4的柵極加偏壓。為了選擇由所示的晶體管形成的存儲(chǔ)單元6和4，也應(yīng)選擇各自的位線75和77。這由解碼器63來進(jìn)行，該解碼器63是列解碼器。如果解碼器63的所有開關(guān)晶體管都是閉合的，則陣列基準(zhǔn)單元的節(jié)點(diǎn)67處的電壓被施加到晶體管6的漏極上，而存儲(chǔ)單元的節(jié)點(diǎn)69處的電壓被施加到晶體管4的漏極上。
在閉合解碼器63的開關(guān)之后，電流ICEEL-REF開始從節(jié)點(diǎn)67通過晶體管6的漏極和源極流到接地節(jié)點(diǎn)GND。電流ICEEL-REF取決于從晶體管6的漏極到源極電極的通道的導(dǎo)電率。該導(dǎo)電率取決于位于存儲(chǔ)單元6(在本發(fā)明的該實(shí)施方案中是NROM單元)的氮化物層上的電荷。換句話說，如果節(jié)點(diǎn)67處的電壓是恒定的，則電流取決于存儲(chǔ)單元6的狀態(tài)。為此，設(shè)置有控制放大器62，其在輸入端處接收節(jié)點(diǎn)67處的電壓。控制放大器62控制連接在節(jié)點(diǎn)67和節(jié)點(diǎn)68之間的另一晶體管73。節(jié)點(diǎn)68也被連接到比較器65的輸入端和電流源71上，該電流源被調(diào)整為基準(zhǔn)電流IREF。通過控制放大器62，確保獨(dú)立于單元電流ICEEL-REF，節(jié)點(diǎn)67上的電壓被保持恒定。檢測(cè)放大器的其他實(shí)施方案是可能的，并且受熟悉任何一種存儲(chǔ)器件的普通技術(shù)人員支配。
節(jié)點(diǎn)68處的電壓取決于電流ICEEL-REF和基準(zhǔn)電流IREF。如果電流ICEEL-REF高于電流IREF，則比較器65輸出HIGH信號(hào)，否則它輸出LOW信號(hào)。比較器65和66中的每一個(gè)都具有施加有基準(zhǔn)電壓V_REF的另一輸入端。電壓V_REF分別被用作節(jié)點(diǎn)68或者70處的電壓的比較電壓。根據(jù)節(jié)點(diǎn)68和70的動(dòng)態(tài)適當(dāng)?shù)卮_定該電壓V_REF的大小。
當(dāng)作為多個(gè)存儲(chǔ)單元的一個(gè)例子而示出的存儲(chǔ)單元4通過將適當(dāng)柵極電壓施加到該存儲(chǔ)單元4上而被讀取時(shí)，單元電流I_CELL由于存儲(chǔ)單元4的增大的導(dǎo)電率而上升。這在漏極-源極電壓(其是節(jié)點(diǎn)69處的電壓)被保持恒定的前提下發(fā)生。這通過檢測(cè)節(jié)點(diǎn)69處的電壓并控制晶體管74的柵極電壓以便增大其導(dǎo)電率來實(shí)現(xiàn)。由于電流源72保持不變，所以節(jié)點(diǎn)70處的電壓下降。
如果施加到存儲(chǔ)單元上的柵極電壓足夠高，則單元電流I_CELL變得比閾值大，節(jié)點(diǎn)70處的電壓下降到低于電壓V_REF，并且比較器66翻轉(zhuǎn)(flip)。
對(duì)于在圖6中被連接到相同字線上的基準(zhǔn)單元76來說，相同的過程發(fā)生。假設(shè)存儲(chǔ)單元4和基準(zhǔn)單元76的柵極電壓是變化的、也即是線性增大的，則基準(zhǔn)單元比較器65和存儲(chǔ)單元比較器66都將翻轉(zhuǎn)，但是在不同時(shí)刻翻轉(zhuǎn)。哪個(gè)比較器首先翻轉(zhuǎn)的信息指示存儲(chǔ)單元的狀態(tài)。
存儲(chǔ)單元和所分配的檢測(cè)放大器12的電路以相同的方式工作。從電路裝置的該部分中獲得關(guān)于存儲(chǔ)單元的狀態(tài)的信息。
如上所述，在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，存儲(chǔ)單元是NROM(氮化物只讀存儲(chǔ)器)單元。NROM單元的原理建立在圖7中示出。對(duì)這種器件的原理理解有助于對(duì)下面所述的本發(fā)明的一些方面的理解。在圖7中示出了常規(guī)的氧化物-氮化物-氧化物EEPROM存儲(chǔ)單元的橫截面。通常用附圖標(biāo)記4表示的存儲(chǔ)單元包括p型硅81、n型源極和漏極區(qū)82和83與p型襯底81之間的兩個(gè)pn節(jié)、夾在兩個(gè)氧化物層87和88之間的不導(dǎo)電的氮化物層86、以及多晶導(dǎo)電層89。
為了對(duì)該單元進(jìn)行編程，將電壓施加給漏極83和柵極85，而將源極82接地。例如將10V施加給柵極，將9V施加給漏極。這些電壓沿著從源極到漏極的通道的長(zhǎng)度產(chǎn)生縱向和橫向電場(chǎng)。該電場(chǎng)引起電子被引出源極并且開始向漏極加速。當(dāng)電子沿著通道的長(zhǎng)度移動(dòng)時(shí)，電子獲得能量。如果電子獲得足夠的能量，則它們能夠跳過氧化物層88的勢(shì)壘而進(jìn)入氮化硅層86并且被俘獲。這種情況發(fā)生的概率最高是在緊鄰漏極83的由虛線圓90a所限定的柵極區(qū)域中，因?yàn)樵搮^(qū)域接近電子獲得最多能量的漏極。這些被加速的電子被稱為熱電子，并且一旦被注入到氮化物層中，它們就變成被俘獲并且保持被存儲(chǔ)在那里。由于氮化物層的低導(dǎo)電率和氮化物中的低橫向電場(chǎng)，被俘獲的電子不能蔓延穿過氮化物層。因此，被俘獲的電荷保留在典型地靠近漏極的氮化物中的局部化的俘獲區(qū)中。
同樣地，通過將編程電壓施加給柵極85和現(xiàn)在對(duì)于左位來說起漏極作用的源極82來對(duì)左位編程。熱電子被注入到由虛線圓90b所限定的區(qū)域中的電荷俘獲層86中并且被俘獲。隨著越來越多的電子被注入到氮化物層中，該通道在包含左位的被俘獲電荷下面的部分的閾值電壓增大。
關(guān)于NROM單元如何工作的更詳細(xì)的描述在US專利No.6,011,725中給出，其在這里被引入作為參考。多于一個(gè)的位如何能夠在單晶體管單元中被編程的原理在US專利公開No.2002/0118566中進(jìn)行了描述，其在這里被引入作為參考。
總之，在圖8A至8D中示出了不同的可能的狀態(tài)。如也在示出存儲(chǔ)單元的建立的圖7中所示的那樣，可以在左位和右位之間進(jìn)行區(qū)分。在圖8A中，存儲(chǔ)單元的兩個(gè)位處于LOW狀態(tài)。在圖8B中，右位處于HIGH狀態(tài)，而左位處于LOW狀態(tài)。在圖8C中示出一種情形，其中左位處于HIGH狀態(tài)，而右位處于LOW狀態(tài)。根據(jù)圖8D，兩個(gè)位都處于HIGH狀態(tài)。
當(dāng)在某一柵極電壓VG時(shí)測(cè)量通過單元的電流并且取決于(dependfrom)實(shí)際閾值電壓時(shí)，可以測(cè)量不同電流ID，如圖9中所示。例如，在柵極電壓為2V時(shí)，可以測(cè)量四個(gè)不同的電流。因此，可以檢測(cè)所測(cè)量的電流屬于哪種狀態(tài)。
相鄰位的編程也影響例如應(yīng)被保持在低電平的其他位的閾值電壓。由于第二位不僅影響讀操作而且影響在寫、例如擦除或者編程陣列的過程中發(fā)生的驗(yàn)證操作，所以出現(xiàn)這種效應(yīng)。驗(yàn)證操作是在寫操作過程中所執(zhí)行的讀操作，并且評(píng)定對(duì)編程或者擦除脈沖的需求以便正確地寫入所預(yù)期的數(shù)據(jù)。第二位影響驗(yàn)證結(jié)果并且因此影響單元的編程特性?？紤]到該效應(yīng)，如圖8A至8D中所示的狀態(tài)如圖10A至10D所示那樣被擴(kuò)展。
在多于兩個(gè)的位被存儲(chǔ)在一個(gè)存儲(chǔ)單元中的未來情形下，由于根據(jù)更多不同的閾值電壓的其他狀態(tài)必須被檢測(cè)，所以情況將變得更加困難。
同樣，為了幫助理解本發(fā)明的另外的方面，將解釋什么是存儲(chǔ)單元的過擦除狀態(tài)。參照示出幾個(gè)基準(zhǔn)或者存儲(chǔ)單元的閾值電壓的圖11，可以看出，存儲(chǔ)單元的閾值電壓包括已編程電平VTH(PROGRAM)和已擦除電平VTH(ERASE)。對(duì)于存儲(chǔ)單元的已編程狀態(tài)來說，閾值電壓VTH被置為比已編程電平更高的電平。對(duì)于已擦除狀態(tài)來說，閾值電壓被減小到或多或少比已擦除電平更高的電平。當(dāng)從已編程狀態(tài)變?yōu)橐巡脸隣顟B(tài)時(shí)，可能發(fā)生閾值電壓下降到低于已擦除電平VTH(ERASE)。該狀態(tài)被稱為“過擦除狀態(tài)”。出現(xiàn)過擦除狀態(tài)的一個(gè)原因是多個(gè)存儲(chǔ)單元共同被擦除，但是這些單元的特性是不同的。當(dāng)一個(gè)單元正達(dá)到已擦除狀態(tài)時(shí)，另一單元已經(jīng)過擦除。另一典型原因是為相鄰單元而安排的擦除操作導(dǎo)致電荷損失。對(duì)每個(gè)處于過擦除狀態(tài)的單元所執(zhí)行的軟編程操作(也被稱為刷新操作)保證所有單元的閾值電壓被調(diào)整為已擦除狀態(tài)。這不改變單元的邏輯狀態(tài)，但是實(shí)際閾值電壓根據(jù)已擦除基準(zhǔn)單元的閾值電壓被調(diào)整為適當(dāng)?shù)闹怠?br> 圖12至15用于描述如何能夠保證陣列基準(zhǔn)單元受到與存儲(chǔ)單元相同的應(yīng)力。如果在每個(gè)擦除或者編程數(shù)據(jù)操作之后基準(zhǔn)單元也被循環(huán)、也即基準(zhǔn)單元被擦除或者被編程，則這可以實(shí)現(xiàn)。在圖12的步驟51中，接收用戶命令。當(dāng)該用戶命令是讀命令時(shí)，在步驟91中執(zhí)行讀數(shù)據(jù)操作。如果該用戶命令是擦除命令，則執(zhí)行根據(jù)步驟92的操作。在執(zhí)行了步驟92的操作之后，陣列基準(zhǔn)單元中的至少一些在步驟94中被循環(huán)。當(dāng)接收到編程命令時(shí)，同樣情況發(fā)生。在這種情況下，根據(jù)步驟93的操作被執(zhí)行，并且隨后基準(zhǔn)單元中的至少一些在步驟94中被循環(huán)。替代地，根據(jù)步驟94的基準(zhǔn)單元的循環(huán)可以如用虛線箭頭所示的那樣與存儲(chǔ)單元的擦除或者編程同時(shí)被執(zhí)行。陣列基準(zhǔn)單元不被用于擦除或者編程。利用主基準(zhǔn)單元作為基準(zhǔn)來實(shí)施在擦除或者編程存儲(chǔ)單元時(shí)必要的驗(yàn)證操作。
在圖13中示出了塊擦除命令如何工作。首先，將所有已擦除陣列基準(zhǔn)單元在步驟101中編程為具有根據(jù)已擦除主基準(zhǔn)單元的閾值電壓。在隨后的步驟102中，利用已擦除陣列基準(zhǔn)單元作為基準(zhǔn)來擦除存儲(chǔ)單元。
在步驟103中，為以后的讀操作準(zhǔn)備已擦除陣列基準(zhǔn)單元。然后，在步驟104中也為以后的讀操作準(zhǔn)備已編程陣列基準(zhǔn)單元。
在塊擦除的替代實(shí)施方案中，在步驟102中擦除存儲(chǔ)單元之后，隨后不執(zhí)行命令步驟103和104。當(dāng)狀態(tài)單元或者狀態(tài)位被用于指示預(yù)定群的所有存儲(chǔ)單元都被擦除時(shí)實(shí)現(xiàn)該替代實(shí)施方案。這種群可以由被連接到相同字線上的所有存儲(chǔ)單元和基準(zhǔn)單元組成。當(dāng)發(fā)起塊擦除命令時(shí)，所有這些單元、基準(zhǔn)單元和狀態(tài)單元都被擦除。如果設(shè)置有相應(yīng)的單元，則在讀數(shù)據(jù)之前必須將基準(zhǔn)單元設(shè)置為適當(dāng)?shù)闹怠⒁布丛O(shè)置為已擦除和已編程狀態(tài)。根據(jù)步驟103，“已擦除陣列基準(zhǔn)單元”必須被設(shè)置為“不良的”基準(zhǔn)值，而根據(jù)步驟104，“已編程陣列基準(zhǔn)單元”必須被編程。如以下參照?qǐng)D15和圖16所述，這也可以在在塊擦除命令之后對(duì)第一位編程之前實(shí)現(xiàn)。
圖14有助于詳細(xì)解釋這如何工作。圖14是示出已擦除陣列基準(zhǔn)單元、已編程陣列基準(zhǔn)單元和存儲(chǔ)單元的閾值電壓的時(shí)間圖。
在時(shí)刻T1，步驟101開始，并且已擦除基準(zhǔn)單元被預(yù)編程直到主編程基準(zhǔn)閾值電壓MPV。在時(shí)刻T2，已擦除陣列基準(zhǔn)單元被擦除，直到它們達(dá)到主擦除基準(zhǔn)閾值電壓MEV為止。
在時(shí)刻T3，步驟102開始。首先存儲(chǔ)單元被預(yù)編程到較高的閾值電壓，然后在時(shí)刻T4，存儲(chǔ)單元被擦除到由已擦除主基準(zhǔn)單元所定義的已擦除主基準(zhǔn)閾值電壓MEV。
在時(shí)刻T5，步驟103開始為讀數(shù)據(jù)準(zhǔn)備已擦除陣列基準(zhǔn)單元。這意味著產(chǎn)生包括第二位效應(yīng)的最差情況已擦除基準(zhǔn)。通過該操作，已擦除陣列基準(zhǔn)單元的閾值電壓上升。
在時(shí)刻T6，步驟104以為讀數(shù)據(jù)準(zhǔn)備已編程陣列基準(zhǔn)單元開始。這通過使閾值電壓增加到主編程基準(zhǔn)閾值電壓MPV來實(shí)現(xiàn)。不久之后，閾值電壓下降，因此需要刷新。刷新是必要的，因?yàn)槔鐚?duì)其他單元所執(zhí)行的塊擦除操作或者編程操作對(duì)相鄰單元有影響，這導(dǎo)致電荷損失?；鶞?zhǔn)單元也受影響。刷新已編程陣列基準(zhǔn)單元保證電荷損失被補(bǔ)償。
如上所述，如參照?qǐng)D13和14所述的方法是一個(gè)例子。為了可靠性原因，較佳的是，當(dāng)將數(shù)據(jù)編程到存儲(chǔ)單元中時(shí)準(zhǔn)備陣列基準(zhǔn)單元。
圖15示出字編程命令的另一流程圖。在寫數(shù)據(jù)之前，在步驟110中讀取已編程基準(zhǔn)陣列單元的左位。通常，如在本發(fā)明的該實(shí)施方案中按照慣例所實(shí)現(xiàn)的那樣，基準(zhǔn)單元的右位被用于存儲(chǔ)基準(zhǔn)值。左位的狀態(tài)給出先前在該字線上位是否已被編程的信息。如果如在步驟111中所檢查的那樣，左位是邏輯“1”，則這意味著先前在該字線上沒有位被編程。因此，在步驟112中，利用已編程主基準(zhǔn)的右位的刷新操作應(yīng)該被執(zhí)行。也被稱為軟編程的刷新意味著閾值電壓被驗(yàn)證，并且必要時(shí)被設(shè)置為新電平，而單元的邏輯狀態(tài)保持相同。這不同于將邏輯狀態(tài)從已擦除改變?yōu)橐丫幊痰木幊滩僮骰蛘邔卧倪壿嫚顟B(tài)從已編程改變?yōu)橐巡脸牟脸僮鳌?br> 在刷新右位之后，在步驟113中實(shí)現(xiàn)左位的編程。由于左位現(xiàn)在被編程，所以當(dāng)字編程命令下次被執(zhí)行時(shí)能夠認(rèn)識(shí)到在該字線上位被寫。
在步驟114中對(duì)左位編程之后，可以根據(jù)用戶數(shù)據(jù)將數(shù)據(jù)寫到存儲(chǔ)單元中。在隨后的步驟115中，執(zhí)行可能已經(jīng)損失電荷的先前編程的位的刷新。
圖16示出檢測(cè)先前在字線上位是否已被編程的另一例子。在所示例子中，上述行保護(hù)基準(zhǔn)被用于存儲(chǔ)所要求的信息。如果被連接到該字線上的所有存儲(chǔ)單元都被擦除，則行保護(hù)基準(zhǔn)單元也被擦除。當(dāng)從行保護(hù)單元中讀取邏輯“1”(這在步驟120中利用主基準(zhǔn)單元作為基準(zhǔn)來進(jìn)行)時(shí)，陣列評(píng)價(jià)電路14知道(步驟121)在對(duì)數(shù)據(jù)編程之前已編程陣列基準(zhǔn)單元必須被編程并且利用已編程主基準(zhǔn)陣列來驗(yàn)證(步驟122)。因此，已編程陣列基準(zhǔn)被提供。為了提供“不良的”已擦除陣列基準(zhǔn)，也即退化的存儲(chǔ)單元應(yīng)該被正確地識(shí)別為應(yīng)被擦除，在步驟123中為已擦除陣列基準(zhǔn)單元的左位的相鄰位被編程。
隨后，數(shù)據(jù)可以被編程并且在步驟124中利用已擦除陣列和已編程基準(zhǔn)單元來驗(yàn)證。在步驟125中，行保護(hù)基準(zhǔn)單元被編程，以指示至少一個(gè)位已在該字線上被編程?？蛇x地，用于修改已擦除陣列基準(zhǔn)單元的右位電荷的已擦除陣列基準(zhǔn)單元調(diào)整在步驟126中被執(zhí)行。
本發(fā)明的其他實(shí)施方案可以為本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所了解。因此，如所要求的那樣，本發(fā)明涵蓋這些其他實(shí)施方案。
權(quán)利要求
1.一種非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件，包括存儲(chǔ)區(qū)和電路區(qū)，其中所述存儲(chǔ)區(qū)包括多個(gè)被布置在存儲(chǔ)陣列中的存儲(chǔ)單元；和一組可編程陣列基準(zhǔn)單元，所述可編程陣列基準(zhǔn)單元被設(shè)置作為讀取所述存儲(chǔ)單元的基準(zhǔn)，并且其中所述電路區(qū)包括一組主基準(zhǔn)單元，所述主基準(zhǔn)單元被設(shè)置作為驗(yàn)證所述陣列基準(zhǔn)單元或者所述存儲(chǔ)單元的狀態(tài)的基準(zhǔn)。
2.按照權(quán)利要求1所述的非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件，其中所述一組主基準(zhǔn)單元包括第一主基準(zhǔn)單元，被設(shè)置為具有對(duì)應(yīng)于存儲(chǔ)單元的已編程狀態(tài)的閾值電壓；和第二主存儲(chǔ)單元，被設(shè)置為具有對(duì)應(yīng)于存儲(chǔ)單元的已擦除狀態(tài)的閾值電壓，并且其中所述一組可編程陣列基準(zhǔn)單元包括第一陣列基準(zhǔn)單元，被設(shè)置為具有對(duì)應(yīng)于存儲(chǔ)單元的已編程狀態(tài)的閾值電壓；和第二陣列基準(zhǔn)單元，被設(shè)置為具有對(duì)應(yīng)于存儲(chǔ)單元的已擦除狀態(tài)的閾值電壓。
3.按照權(quán)利要求1所述的非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件，其中所述一組主基準(zhǔn)單元包括第一主基準(zhǔn)單元，被設(shè)置為具有對(duì)應(yīng)于存儲(chǔ)單元的已編程狀態(tài)的閾值電壓；和第二主基準(zhǔn)單元，被設(shè)置為具有對(duì)應(yīng)于存儲(chǔ)單元的已擦除狀態(tài)的閾值電壓，并且其中所述一組可編程陣列基準(zhǔn)單元包括讀基準(zhǔn)單元，被設(shè)置為具有限定存儲(chǔ)單元的已擦除狀態(tài)和已編程狀態(tài)之間的邊界的閾值電壓，并且能夠被用于從所述存儲(chǔ)單元中讀取數(shù)據(jù)。
4.按照權(quán)利要求3所述的非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件，其中所述一組主基準(zhǔn)單元另外還包括讀基準(zhǔn)單元，該讀基準(zhǔn)單元被設(shè)置為具有限定存儲(chǔ)單元的已擦除狀態(tài)和已編程狀態(tài)之間的邊界的閾值電壓，并且該讀基準(zhǔn)單元被設(shè)置作為驗(yàn)證被包括在所述一組陣列基準(zhǔn)單元中的所述讀基準(zhǔn)單元的狀態(tài)的基準(zhǔn)。
5.按照權(quán)利要求3所述的非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件，其中所述一組主基準(zhǔn)單元另外還包括被設(shè)置為具有對(duì)應(yīng)于存儲(chǔ)單元的過擦除狀態(tài)的閾值電壓的基準(zhǔn)單元。
6.按照權(quán)利要求3所述的非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件，其中存儲(chǔ)單元被劃分成多個(gè)群，并且其中針對(duì)每個(gè)群設(shè)置有一組陣列基準(zhǔn)單元。
7.按照權(quán)利要求6所述的非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件，其中，在所述一組可編程陣列基準(zhǔn)單元的每一個(gè)中設(shè)置有附加的狀態(tài)單元，以便通過預(yù)定的邏輯狀態(tài)指示預(yù)定的存儲(chǔ)單元群的所有單元是否具有已擦除狀態(tài)。
8.按照權(quán)利要求1所述的非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件，其中所述存儲(chǔ)單元包括多位存儲(chǔ)單元。
9.按照權(quán)利要求8所述的非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件，其中每個(gè)存儲(chǔ)單元包括具有能夠存儲(chǔ)兩個(gè)二進(jìn)制信息位的電荷俘獲層的晶體管。
10.按照權(quán)利要求9所述的非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件，其中所述晶體管的所述電荷俘獲層由氮化物材料構(gòu)成。
11.按照權(quán)利要求8所述的非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件，其中每個(gè)陣列基準(zhǔn)單元包括具有能夠存儲(chǔ)兩個(gè)二進(jìn)制信息位的電荷俘獲層的晶體管，其中這些位之一定義基準(zhǔn)單元的邏輯狀態(tài)。
12.按照權(quán)利要求11所述的非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件，其中已擦除陣列基準(zhǔn)單元的晶體管的第二位被設(shè)定為相反的邏輯狀態(tài)。
13.按照權(quán)利要求1所述的非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件，其中存儲(chǔ)器件被配置為在測(cè)試模式中工作，在所述測(cè)試模式中允許將所述主基準(zhǔn)單元設(shè)定為已編程或者已擦除狀態(tài)；并且其中在脫離測(cè)試模式之后禁止將主基準(zhǔn)單元設(shè)定為已編程或者已擦除狀態(tài)。
14.操作非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件的方法，所述存儲(chǔ)器件包括存儲(chǔ)區(qū)和電路區(qū)，其中所述存儲(chǔ)區(qū)包括多個(gè)被布置在存儲(chǔ)陣列中的存儲(chǔ)單元；和一組可編程陣列基準(zhǔn)單元，所述可編程陣列基準(zhǔn)單元被設(shè)置作為讀取所述存儲(chǔ)單元的基準(zhǔn)，并且其中所述電路區(qū)包括一組預(yù)編程主基準(zhǔn)單元，所述預(yù)編程主基準(zhǔn)單元被設(shè)置作為驗(yàn)證陣列基準(zhǔn)單元或者存儲(chǔ)單元的狀態(tài)的基準(zhǔn)；所述方法包括利用所述預(yù)編程主基準(zhǔn)單元中的至少一個(gè)作為基準(zhǔn)來將所述陣列基準(zhǔn)單元中的至少一個(gè)設(shè)定為預(yù)定的狀態(tài)；利用所述陣列基準(zhǔn)單元中的至少一個(gè)作為基準(zhǔn)來讀取至少一個(gè)存儲(chǔ)單元的狀態(tài)；以及當(dāng)擦除或者編程存儲(chǔ)單元時(shí)，利用所述主基準(zhǔn)單元中的至少一個(gè)作為基準(zhǔn)來驗(yàn)證至少一個(gè)存儲(chǔ)單元的狀態(tài)。
15.按照權(quán)利要求14所述的方法，其中將所述陣列基準(zhǔn)單元中的第一陣列基準(zhǔn)單元設(shè)定為已擦除狀態(tài)包括將所述第一陣列基準(zhǔn)單元設(shè)定為已編程狀態(tài)，然后將所述第一陣列基準(zhǔn)單元設(shè)定為已擦除狀態(tài)。
16.按照權(quán)利要求14所述的方法，其中所述一組主基準(zhǔn)單元的第一基準(zhǔn)單元被預(yù)編程為具有對(duì)應(yīng)于存儲(chǔ)單元的已編程狀態(tài)的閾值電壓；以及所述一組主基準(zhǔn)單元的第二基準(zhǔn)單元被預(yù)編程為具有對(duì)應(yīng)于存儲(chǔ)單元的已擦除狀態(tài)的閾值電壓；所述方法包括利用所述已擦除主基準(zhǔn)單元作為基準(zhǔn)來將所述陣列基準(zhǔn)單元中的第一陣列基準(zhǔn)單元設(shè)定為已擦除狀態(tài)；利用所述已編程主基準(zhǔn)單元作為基準(zhǔn)來將所述陣列基準(zhǔn)單元中的第二陣列基準(zhǔn)單元設(shè)定為已編程狀態(tài)；以及利用所述已擦除和已編程基準(zhǔn)單元為讀操作產(chǎn)生比較值來讀取所述存儲(chǔ)單元中的至少一個(gè)。
17.按照權(quán)利要求16所述的方法，其中，當(dāng)將數(shù)據(jù)寫到所述存儲(chǔ)單元中時(shí)，執(zhí)行設(shè)定所述陣列基準(zhǔn)單元中的第一陣列基準(zhǔn)單元和設(shè)定所述陣列基準(zhǔn)單元中的第二陣列基準(zhǔn)單元。
18.按照權(quán)利要求14所述的方法，其中所述一組主基準(zhǔn)單元的第一基準(zhǔn)單元被預(yù)編程為具有對(duì)應(yīng)于存儲(chǔ)單元的已編程狀態(tài)的閾值電壓；所述一組主基準(zhǔn)單元的第二基準(zhǔn)單元被預(yù)編程為具有對(duì)應(yīng)于存儲(chǔ)單元的已擦除狀態(tài)的閾值電壓；以及所述一組陣列基準(zhǔn)單元包括讀基準(zhǔn)單元；所述方法包括利用所述已擦除和已編程主基準(zhǔn)單元來產(chǎn)生比較值；利用所述比較值來將所述讀基準(zhǔn)單元設(shè)定為限定存儲(chǔ)單元的已擦除狀態(tài)和已編程狀態(tài)之間的邊界的閾值電壓；以及利用所述讀基準(zhǔn)單元作為基準(zhǔn)來讀取所述存儲(chǔ)單元中的至少一個(gè)。
19.按照權(quán)利要求14所述的方法，其中所述一組主基準(zhǔn)單元的第一基準(zhǔn)單元被預(yù)編程為具有對(duì)應(yīng)于存儲(chǔ)單元的已編程狀態(tài)的閾值電壓；所述一組主基準(zhǔn)單元的第二基準(zhǔn)單元被預(yù)編程為具有對(duì)應(yīng)于存儲(chǔ)單元的已擦除狀態(tài)的閾值電壓；所述一組主基準(zhǔn)單元的第三基準(zhǔn)單元被預(yù)編程為具有限定存儲(chǔ)單元的已擦除狀態(tài)和已編程狀態(tài)之間的邊界的閾值電壓；以及所述一組陣列基準(zhǔn)單元包括讀基準(zhǔn)單元；所述方法包括利用所述第三主基準(zhǔn)單元作為基準(zhǔn)來將所述讀基準(zhǔn)單元設(shè)定為讀狀態(tài)；以及利用所述讀基準(zhǔn)單元作為基準(zhǔn)來讀取所述存儲(chǔ)單元中的至少一個(gè)。
20.按照權(quán)利要求14所述的方法，另外包括將預(yù)定的存儲(chǔ)單元分配給一個(gè)群；為所述存儲(chǔ)單元群提供狀態(tài)單元；以及當(dāng)被分配給所述群的所有存儲(chǔ)單元都具有已擦除狀態(tài)時(shí)，將所述狀態(tài)單元設(shè)定為預(yù)定的邏輯狀態(tài)。
21.按照權(quán)利要求20所述的方法，其中一個(gè)群的所有單元都被耦合到公共字線上，每條字線被耦合到一個(gè)狀態(tài)單元上。
22.按照權(quán)利要求21所述的方法，另外包括在將數(shù)據(jù)寫到被分配給所述字線的單元中之前讀取所述狀態(tài)單元；以及如果狀態(tài)單元的讀狀態(tài)是所述預(yù)定的邏輯狀態(tài)，則利用已編程主基準(zhǔn)單元來執(zhí)行已編程陣列基準(zhǔn)的重新編程。
23.按照權(quán)利要求14所述的方法，其中在所述存儲(chǔ)器件的使用壽命期間，重復(fù)將所述陣列基準(zhǔn)單元中的至少一個(gè)設(shè)定為預(yù)定的狀態(tài)的步驟。
24.按照權(quán)利要求14所述的方法，其中，當(dāng)發(fā)起被設(shè)置用于獨(dú)立于陣列基準(zhǔn)單元的設(shè)定的動(dòng)作的預(yù)定用戶命令時(shí)，執(zhí)行將所述陣列基準(zhǔn)單元中的至少一個(gè)設(shè)定為預(yù)定的狀態(tài)的步驟。
25.一種用于提供非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件的方法，包括提供多個(gè)被布置在存儲(chǔ)陣列中的存儲(chǔ)單元、一組至少兩個(gè)可編程陣列基準(zhǔn)單元、和一組至少兩個(gè)可編程主基準(zhǔn)單元；將所述主基準(zhǔn)單元中的至少一個(gè)設(shè)定為具有對(duì)應(yīng)于已擦除狀態(tài)的閾值電壓；以及將至少一個(gè)其他主基準(zhǔn)單元設(shè)定為具有對(duì)應(yīng)于已編程狀態(tài)的閾值電壓。
26.按照權(quán)利要求25所述的方法，其中在晶片分類過程中執(zhí)行設(shè)定所述主基準(zhǔn)單元中的所述至少一個(gè)和設(shè)定至少一個(gè)其他主基準(zhǔn)單元。
27.按照權(quán)利要求25所述的方法，其中，當(dāng)測(cè)試所述非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件時(shí)，執(zhí)行所述主基準(zhǔn)單元中的所述至少一個(gè)的設(shè)定和至少一個(gè)其他主基準(zhǔn)單元的設(shè)定。
全文摘要
提供一種包括存儲(chǔ)區(qū)和電路區(qū)的非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件。存儲(chǔ)區(qū)包括多個(gè)存儲(chǔ)單元和一組陣列基準(zhǔn)單元，其中該組陣列基準(zhǔn)單元可編程為具有對(duì)應(yīng)于存儲(chǔ)單元的已擦除或者已編程狀態(tài)的閾值電壓。在電路區(qū)中，提供附加的主基準(zhǔn)單元，其被配置為也具有對(duì)應(yīng)于存儲(chǔ)單元的已擦除或者已編程狀態(tài)的閾值電壓。主基準(zhǔn)單元被用于所述陣列基準(zhǔn)單元的設(shè)定，并且所述陣列基準(zhǔn)單元被提供作為讀或者寫所述存儲(chǔ)單元的狀態(tài)的基準(zhǔn)。也提供一種用于將非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件中的陣列基準(zhǔn)單元設(shè)定為預(yù)定的閾值電壓的方法。
文檔編號(hào)G11C11/56GK1892907SQ20061008871
公開日2007年1月10日 申請(qǐng)日期2006年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月3日
發(fā)明者M·雷代利, L·德阿姆布洛吉 申請(qǐng)人:秦蒙達(dá)股份公司, 秦蒙達(dá)閃存有限責(zé)任兩合公司