使用軟編程的非易失性存儲器(nvm)的製作方法
2023-09-23 21:41:45 1
使用軟編程的非易失性存儲器(nvm)的製作方法
【專利摘要】本發明涉及使用軟編程的非易失性存儲器(NVM)。一種半導體存儲器器件（10）包括存儲器控制器（12）、以及耦合以與所述存儲器控制器通信的存儲器單元的陣列（20）。所述存儲器控制器被配置成使用第一軟程序電壓和第一軟程序驗證水平執行第一軟程序操作（56），以及確定是否已經達到第一電荷捕獲閾值（54）。當已經達到所述第一電荷捕獲閾值的時候，使用第二軟程序電壓和第二軟程序驗證水平執行第二軟程序操作（56）。
【專利說明】使用軟編程的非易失性存儲器(NVM)
【技術領域】
[0001]本公開通常涉及非易失性存儲器(NVM)，並且更具體地說，涉及包括軟編程的NVM。
【背景技術】
[0002]非易失性存儲器(NVM)通常要求特殊的程序和擦除的操作，並且存在對這些操作可以被執行的次數的限制。在已成功擦除的擦除存儲器單元期間可能繼續經受擦除條件，而其它存儲器單元仍然被擦除。緩慢擦除的這些比特或可被稱為緩慢比特。一些存儲器單元可能被過度擦除，然後必須經受壓縮，並且然後被軟編程以克服與過擦除相關聯的問題，諸如作為嵌入式擦除操作的一部分的過度洩漏。軟編程通常花費相對較長的時間，因為每個地址被完成並且有低偏置。隨著越來越多的單元需要被軟編程，可能最終引起嵌入式擦除操作在指定的最大時間內不能完成。軟程序時間是嵌入式擦除時間的主要部分。對於大塊(>64KB)，軟程序時間控制了嵌入式擦除時間。隨著時間，也許隨著成千上萬個或更多周期的推移的另一個問題是存儲器單元變弱或緩慢擦除，並且軟程序也是這樣。長的擦除時間可以變為重要的並且或可僅與一些緩慢擦除的比特相關，因此引起主要群體被過度擦除。因此需要甚至更長的軟程序時間來完成嵌入式擦除。
[0003]因此，需要NVM系統以改進上面提出的一個或多個問題。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0004]本發明通過舉例的方式說明並沒有被附圖所限定，在附圖中，類似的附圖標記指示相似的元件。附圖中的元件為了簡單以及清晰而被圖示，並且不一定按比例繪製。
[0005]圖1是根據實施例的NVM系統；
[0006]圖2是有助於理解圖1的NVM系統的圖；
[0007]圖3是有助於理解圖1的NVM系統的圖；
[0008]圖4是有助於理解圖1的NVM系統的圖；
[0009]圖5是有助於理解圖1的NVM系統的圖；
[0010]圖6是有助於理解圖1的NVM系統的流程圖。
【具體實施方式】
[0011]一方面，基於已經滿足了電荷捕獲閾值的確定更改軟編程處理。這個更改包括改變軟編程電壓和降低驗證水平兩者。通過參考附圖和下面的書面描述將對此更好地理解。
[0012]圖1示出的是非易失性存儲器(NVM)系統10，該NVM系統10具有存儲器控制器12、電荷泵14、以及具有被引用為NVM陣列20的主要部分和被引用為偏置條件18的次要部分的NVM存儲器16。這兩個部分可以是不同的塊。存儲器控制器12包括程序/擦除脈衝計數器，該程序/擦除脈衝計數器對累積的程序/擦除周期的數量、每個擦除操作的脈衝的數量、以及每個程序操作的脈衝的數量進行計數。在NVM陣列中示出的是以典型形式連接到字線WLl和WL2以及位線BLl和BL2的NVM單元11、13、15以及17。示出的是浮置柵極NVM單元,但是它們可以使用納米晶體或氮化物用於電荷存儲。NVM陣列20可以是單一陣列或進一步被劃分成塊。這些塊允許通過塊而不是整個陣列擦除。例如，偏置條件部分18可以從NVM陣列20單獨擦除。NVM單元可以被弓丨用為比特。
[0013]存儲器控制器12控制了 NVM陣列20的操作，諸如控制了擦除周期、讀取以及編程。如圖2中所示出的，編程的NVM單元位於分布22中。在這種情況下，擦除周期從擦除操作開始，擦除脈衝在該操作中被應用於NVM陣列20或其子陣列。附加脈衝可以被應用以確保所有比特具有低於圖3中所示出的分布24中產生的參考閾值電壓Ve的閾值電壓。在足夠脈衝之後，發生了確保沒有任何NVM單元具有如圖4中所示出的分布26的負閾值電壓的壓縮。在壓縮之後，在存在其閾值電壓不足以在零以上的至少一個NVM單元的地址處發生軟編程。軟編程對於擦除操作來說是一種最費時間的處理。當存在相對少的程序/擦除周期的時候，NVM單元很容易地達到足夠軟編程的最小閾值電壓。這是由軟編程驗證水平確定的，該驗證水平是與所有NVM單元都想優選地超過的期望電壓相對應的電壓水平。這樣的結果是與圖5中所示出的連續暗線一樣的分布28。實線中的分布28的最低閾值電壓是利用Vspl的軟程序驗證水平的驗證水平實現的。另一方面，在很多程序/擦除周期之後，編程變得困難並且可以要求顯著增加的數量的擦除脈衝。當這個發生的時候，軟程序條件被改變以增加將電荷添加到經受軟編程的NVM單元的電荷存儲部分的傾向。而且，驗證水平被降低使得緩慢比特可以更容易地通過。緩慢比特必須仍具有超過O —定裕度的閾值電壓。結果就是分布28使用虛線代替一部分實線。該分布28的使用虛線的較低閾值電壓通過使用驗證電壓Vsp2被實現。使用熱載流子注入優選地實現編程。使用軟編程驗證電壓Vsp2，對熱載流子注入進行參數調整是增加需要被軟編程的NVM單元的漏極電壓和柵極電壓。圖5中所示出的是，通過降低軟程序驗證水平和增加軟程序柵極電壓和軟程序漏極電壓，在軟程序完成之後，存儲器單元分布28保持了與沒有這些改變相同的形狀。這可以被表述為，由於降低的軟程序驗證水平，在較低的閾值電壓水平沒有過度的存儲器單元。這是通過提高的軟程序柵極電壓和增加的軟程序漏極電壓控制的。
[0014]在圖6中示出用於實現圖2-圖5中所描繪的編程的流程圖40。存儲器控制器12使用電荷泵14和偏置條件18控制了 NVM陣列20上的擦除操作。擦除步驟在步驟42中被執行；在步驟42中，擦除脈衝被應用於NVM陣列20或NVM20的塊。如在步驟44中所示出的，擦除的驗證被執行。如果一個或多個存儲器單元不具有足夠低於如圖3中所示的擦除驗證電壓Ve的閾值電壓，那麼在步驟46存在關於已經應用多少擦除脈衝的確定。如果沒有達到最大脈衝計數，那麼擦除處理在步驟42繼續應用另一個擦除脈衝。如果已經達到最大，那麼擦除處理如在步驟48中所示失敗。因此，擦除脈衝繼續被應用，直到驗證了所有存儲器單元已經被充分擦除或已經達到最大脈衝計數。
[0015]一旦所有存儲器單元已經被充分擦除，則壓縮在步驟50發生，其是弱編程步驟以將帶有負閾值電壓的那些單元的閾值電壓至少提高到零。如果一些單元稍微低於零閾值電壓並不重要，因此可能不需要驗證步驟。壓縮具有緊縮如在分布24中所示出的分布的效果。軟編程發生在壓縮和軟編程的參數是可調節之後。軟編程的調整可以被禁用，並且其在步驟52被檢查。如果調整沒有被禁用，那麼下一個步驟，步驟54將確定是否已經達到電荷捕獲閾值。[0016]在很多周期之後，電荷捕獲降低了編程和擦除的效率。電荷捕獲的程度間接地被測量。一種措施是實現所有NVM單元的編程所需的程序操作的數量。程序脈衝被應用於每個程序操作。隨著電荷捕獲的發生，實現編程的狀態的脈衝的數量增加。因此，確定已經達到電荷捕獲閾值的一種方法是在與軟編程不同的正常編程期間，當最大程序脈衝計數已經達到預定數量的時候。該數量是基於實驗的。例如，當存在最小電荷捕獲的時候，編程脈衝的最大數量可以是2，以及當存在重大電荷捕獲的時候，編程脈衝的最大數量可以是5。因此，5可以是選擇用於編程脈衝的最大數量的閾值以確定應該存在軟程序操作的參數變化。另一種措施是程序/擦除周期的數量。這可以僅僅是NVM陣列20或NVM陣列20內的塊已經被編程和擦除的次數的累積的計數。在多個塊的情況下，每個塊存在單獨計數。用於推斷已經達到電荷捕獲閾值的示例性數量是100，000程序/擦除周期。另一種措施是步驟42實現擦除的擦除操作的數量。對於編程，存在應用於每個擦除操作的脈衝。因此給定擦除周期的擦除脈衝的數量的計數可以被用於確定已經達到電荷捕獲閾值。為了這些目的，存儲器控制器12使用程序/擦除計數器19。例如，當存在最小電荷捕獲的時候，擦除脈衝的數量可以是25，以及當存在重大電荷捕獲的時候，擦除脈衝數量可以是50。因此，50可以是選擇用於擦除脈衝的數量的閾值以確定應該存在軟程序操作的參數變化。保險起見，確定已經滿足電荷捕獲的一種方法是如果滿足程序/擦除周期、擦除脈衝、以及程序脈衝的任何一個或多個單獨閾值，那麼滿足電荷捕獲閾值電壓並且軟編程參數被改變。其它可能性包括要求所有三個或三個中的兩個，其中只對三個中的一個或兩個進行計數，或具有一種與這些所描述的電荷捕獲不同的措施。
[0017]因此，如果在步驟54確定沒有滿足電荷捕獲閾值之後，那麼在步驟56使用額定參數和應用軟編程脈衝來執行軟編程操作，其中正電壓可以被應用於柵極和漏極以及接地電壓可以被應用於源極。在執行軟編程操作之後，驗證步驟58確定存儲器單元是否足以在零閾值電壓以上。該確定是使用第一選擇的驗證電壓Vspl做出的。這也可以被稱為額定驗證電壓，該額定驗證電壓是在由於電荷捕獲而改變軟編程參數之前被使用的電壓。如果所述確定是所有單元具有圖5中所示出的充分的高閾值電壓Vspl，這將通過使用第一選擇驗證電壓被通過所表示，然後軟編程完成，同時也完成了如步驟60所指示的擦除周期。如果驗證步驟58指示不是所有存儲器單元都通過，那麼在步驟62存在關於是否已經應用最大數量的軟編程脈衝的確定。如果是的話，則這將是失敗的軟編程周期並且因此是失敗的擦除周期。如果沒有達到軟編程脈衝的最大數量，那麼軟編程繼續步驟56。軟編程、驗證、以及最大軟編程脈衝計數的檢查繼續進行，直到軟編程是成功的以及軟編程被完成或已經達到最大軟編程脈衝計數以及軟編程已經失敗。
[0018]如果在步驟54確定已經達到電荷捕獲閾值，那麼下一個步驟是步驟56，其中步驟56的軟編程參數和步驟58的驗證被調整。關於被調整的參數是什麼的信息被存儲在存儲器16的偏置條件部分並且被存儲器控制器12訪問。對於步驟56的軟編程，軟編程脈衝應用的柵極和漏極電壓增加。存儲器控制器12在必要的時候控制了電荷泵14以獲得期望編程電壓。對於步驟58的驗證，存在與圖5中所示出的閾值電壓Vsp2相對應的第二選擇驗證電壓。存儲器控制器可以生成需要的參考電壓以在第一選擇驗證電壓和第二選擇驗證電壓處執行驗證。在做出參數調整之後，使用調整的參數執行軟編程。使用調整的軟編程脈衝具有增加了電荷達到電荷存儲層的傾向的效果。驗證58然後確定是否已經達到電壓Vsp2的較低閾值電壓。如果是的話，那麼該過程在步驟60被完成。如果不是的話，那麼存在軟編程脈衝計數的確定。如果即使在調整的參數的情況下，最大軟編程脈衝計數被滿足，那麼軟編程周期在步驟64失敗。如果最大編程脈衝計數沒有被滿足，那麼軟編程操作和驗證繼續進行調整的軟編程脈衝和第二選擇驗證電壓，直到在驗證58存在通過確定以及完成軟程序操作或達到最大計數以及軟編程失敗。
[0019]如果在步驟52，確定參數改變由於達到電荷捕獲閾值而將被禁用，那麼下一個步驟將是在步驟56使用額定參數執行軟編程。如先前所描述的，該方法繼續進行驗證和最大軟編程脈衝計數確定。因此，即使已經達到電荷捕獲閾值，軟編程也可以使用額定參數而不是調整的參數繼續進行。
[0020]經驗表明只有少數比特不產生Vspl閾值電壓，因此雖然它們由於Vsp2的較低閾值電壓而具有增加的洩漏，但是對總洩漏的貢獻很小。因此，隨著幾乎所有比特具有至少閾值電壓Vspl，即使在較低閾值電壓Vsp2處的少數比特的情況下，總共的洩漏也是足夠小的。因此，隨著增加的軟編程電壓和減少的驗證水平的組合，這些比特可以有效地被軟編程到至少閾值電壓Vsp2。而且，因為接收增強的軟編程脈衝的比特已經被示出為緩慢地編程，所以它們沒有被過度編程，並且因此避免了用增強的軟程序脈衝幹擾分布28。
[0021]目前應了解已經提供了一種半導體存儲器器件，該半導體存儲器器件包括存儲器控制器以及耦合以與存儲器控制器通信的存儲器單元的陣列。所述存儲器控制器被配置成使用第一軟程序電壓和第一軟程序驗證水平執行第一軟程序操作，確定是否已經達到第一電荷捕獲閾值，以及當已經達到所述第一電荷捕獲閾值的時候，使用第二軟程序電壓和第二軟程序驗證水平執行第二軟程序操作。所述半導體存儲器器件可以具有進一步的特徵在於所述第一軟程序電壓小於所述第二軟程序電壓。所述半導體存儲器器件可以具有進一步的特徵在於所述第一軟程序驗證水平大於所述第二軟程序驗證水平。所述半導體存儲器器件可以具有進一步的特徵在於:當由最大程序脈衝計數、最大軟程序脈衝計數、擦除脈衝計數、以及程序/擦除周期計數組成的組中的至少一個超過預定閾值的時候，達到所述第一電荷捕獲閾值。所述半導體存儲器器件可以進一步包括存儲區域，該存儲區域包括所述第一和第二軟程序電壓、所述第一和第二軟程序驗證水平、以及所述第一電荷捕獲閾值。所述半導體存儲器器件可以具有進一步的特徵在於確定是否已經達到第二電荷捕獲閾值，以及當已經達到所述第二電荷捕獲閾值的時候，使用第三軟程序電壓和第三軟程序驗證水平執行第三軟程序操作。所述半導體存儲器器件可以具有進一步的特徵在於所述第二軟程序電壓小於所述第三軟程序電壓，以及所述第二軟程序驗證水平大於所述第三軟程序驗證水平。所述半導體存儲器器件可以具有進一步的特徵在於所述第一軟程序電壓中的一個被應用於每個所述存儲器單元的柵極以及所述第一軟程序電壓中的另一個被應用於每個所述存儲器單元的漏極。
[0022]還公開的是一種方法，所述方法包括在一組非易失性存儲器單元上執行成功的擦除操作，並且確定是否已經達到電荷捕獲閾值。如果已經達到所述電荷捕獲閾值，則調整軟程序電壓、調整軟程序驗證水平、以及使用調整後的軟程序電壓和調整後的軟程序驗證水平在所述存儲器單元上執行軟程序操作。所述方法可以具有進一步的特徵在於所述軟程序電壓和所述調整後的軟程序電壓被應用於每個存儲器單元的柵極。所述方法可以具有進一步的特徵在於所述軟程序電壓和所述調整後的軟程序電壓被應用於每個存儲器單元的漏極。所述方法可以具有進一步的特徵在於所述軟程序電壓小於所述調整後的軟程序電壓。所述方法可以具有進一步的特徵在於所述軟程序驗證水平大於所述調整後的軟程序驗證水平。所述方法可以具有進一步的特徵在於所述軟程序電壓和所述調整後的軟程序電壓被應用於每個存儲器單元的漏極，以及第二軟程序電壓和第二調整後的軟程序電壓被應用於每個存儲器單元的柵極。所述方法可以具有進一步的特徵在於，當由最大程序脈衝計數、最大軟程序脈衝計數、擦除脈衝計數、以及程序/擦除周期計數組成的組中的至少一個超過預定閾值的時候，達到所述電荷捕獲閾值。
[0023]還公開的是一種方法，所述方法包括:在存儲器單元的陣列上執行的擦除周期期間，其中所述陣列包括所述存儲器單元的多個塊驗證在所述存儲器單元的塊上成功執行擦除操作，以及確定是否啟用了電荷捕獲調整。如果所述電荷捕獲調整被啟用，則確定是否已經達到電荷捕獲閾值。如果已經達到所述電荷捕獲閾值，則調整至少一個軟程序電壓和軟程序驗證水平以及使用調整後的軟程序電壓和調整後的軟程序驗證水平在所述存儲器單元的所述塊上執行軟程序操作。所述方法可以具有進一步的特徵在於其中所述至少一個軟程序電壓被應用於由以下組成的組中的一個:所述存儲器單元的漏極和所述存儲器單元的柵極。所述方法可以具有進一步的特徵在於:如果已經達到所述電荷捕獲閾值，則調整第二軟程序電壓，將所述至少一個軟程序電壓應用於所述存儲器單元的漏極，以及將所述第二軟程序電壓應用於所述存儲器單元的柵極。所述方法可以具有進一步的特徵在於所述一個軟程序電壓小於所述調整後的軟程序電壓，以及所述軟程序驗證水平大於所述調整後的軟程序驗證水平。所述方法可以具有進一步的特徵在於:當由最大程序脈衝計數、最大軟程序脈衝計數、擦除脈衝計數、以及程序/擦除周期計數組成的組中的至少一個超過預定閾值的時候，達到所述電荷捕獲閾值。
[0024]雖然在此參照具體實施例描述了本發明，但是如權利要求中所陳述的，在不脫離本發明的範圍的情況下，可以進行各種修改以及變化。例如，該方法可以被改變成具有附加特徵、更少的特徵、或不同於所描述的順序。因此，說明書以及附圖被認為是說明性而不是限制性的含義，並且所有這樣的修改旨在被包括在本發明的範圍內。關於具體實施例，在此描述的任何好處、優點或解決方案都不旨在被解釋為任何或所有權利要求的關鍵的、必需的、或必要特徵或元素。
[0025]如本發明所使用的，術語「耦合」不旨在限定為直接耦合或機械耦合。
[0026]此外，如在此使用的「一」或「一個」被定義為一個或不止一個。而且，即使當同一權利要求包括介紹性短語「一個或多個」或「至少一個」和諸如「一」或「一個」的不定冠詞時，在權利要求中諸如「至少一個」以及「一個或多個」的介紹性短語的使用也不應該被解釋成暗示通過不定冠詞「一」或「一個」引入另一個權利要求元素將包含這樣的引入的權利要求元素的任何特定權利要求限制成僅包含一個這樣的元素的發明。對於定冠詞的使用也是如此。
[0027]除非另有說明，諸如「第一」以及「第二」的術語用於任意區分這些術語描述的元素。因此，這些術語不一定旨在指示這樣的元素的時間或其它優先次序。
【權利要求】
1.一種半導體存儲器器件，包括: 存儲器控制器； 耦合以與所述存儲器控制器通信的存儲器單元的陣列； 其中所述存儲器控制器被配置成 使用第一軟程序電壓和第一軟程序驗證水平執行第一軟程序操作； 確定是否已經達到第一電荷捕獲閾值；以及 當已經達到所述第一電荷捕獲閾值的時候，使用第二軟程序電壓和第二軟程序驗證水平執行第二軟程序操作。
2.根據權利要求1所述的半導體存儲器器件，其中所述第一軟程序電壓小於所述第二軟程序電壓。
3.根據權利要求1所述的半導體存儲器器件，其中所述第一軟程序驗證水平大於所述第二軟程序驗證水平。
4.根據權利要求1所述的半導體存儲器器件，其中當由最大程序脈衝計數、最大軟程序脈衝計數、擦除脈衝計數、以及程序/擦除周期計數組成的組中的至少一個超過預定閾值的時候，達到所述第一電荷捕獲閾值。
5.根據權利要求1所述的半導體存儲器器件，進一步包括: 存儲區域，所述存儲區域包括所述第一軟程序電壓和第二軟程序電壓、所述第一軟程序驗證水平和第二軟程序驗證水平、以及所述第一電荷捕獲閾值。
6.根據權利要求1所述的半導體存儲器器件，其中所述存儲器控制器進一步被配置成: 確定是否已經達到第二電荷捕獲閾值；以及 當已經達到所述第二電荷捕獲閾值的時候，使用第三軟程序電壓和第三軟程序驗證水平執行第三軟程序操作。
7.根據權利要求6所述的半導體存儲器器件，其中所述第二軟程序電壓小於所述第三軟程序電壓，以及所述第二軟程序驗證水平大於所述第三軟程序驗證水平。
8.根據權利要求2所述的半導體存儲器器件，其中所述第一軟程序電壓中的一個被應用於所述存儲器單元中的每個的柵極，以及所述第一軟程序電壓中的另一個被應用於所述存儲器單元的每個的漏極。
9.一種方法，包括: 在一組非易失性存儲器單元上執行成功的擦除操作； 確定是否已經達到電荷捕獲閾值；以及 如果已經達到所述電荷捕獲閾值，則調整軟程序電壓、調整軟程序驗證水平、以及使用調整後的軟程序電壓和調整後的軟程序驗證水平在所述存儲器單元上執行軟程序操作。
10.根據權利要求9所述的方法，其中當由最大程序脈衝計數、最大軟程序脈衝計數、擦除脈衝計數、以及程序/擦除周期計數組成的組中的至少一個超過預定閾值的時候，達到所述電荷捕獲閾值。
11.根據權利要求9所述的方法，其中所述軟程序電壓和調整後的軟程序電壓被應用於所述存儲器單元中的每個的柵極。
12.根據權利要求9所述的方法，其中所述軟程序電壓和調整後的軟程序電壓被應用於所述存儲器單元中的每個的漏極。
13.根據權利要求9所述的方法，其中所述軟程序電壓小於調整後的軟程序電壓。
14.根據權利要求9所述的方法，其中所述軟程序驗證水平大於調整後的軟程序驗證水平。
15.根據權利要求9所述的方法，其中所述軟程序電壓和調整後的軟程序電壓被應用於所述存儲器單元中的每個的漏極，以及第二軟程序電壓和第二調整後的軟程序電壓被應用於所述存儲器單元中的每個的柵極。
16.—種方法,所述方法包括: 在存儲器單元的陣列上執行的擦除周期期間，其中所述陣列包括所述存儲器單元的多個塊: 驗證在所述存儲器單元的塊上已經成功地執行擦除操作； 確定是否啟用了電荷捕獲調整； 如果啟用了所述電荷捕獲調整，則確定是否已經達到電荷捕獲閾值；以及 如果已經達到所述電荷捕獲閾值，則調整至少一個軟程序電壓和軟程序驗證水平，以及使用調整後的軟程序電壓和調整後的軟程序驗證水平在所述存儲器單元的所述塊上執行軟程序操作。
17.根據權利要求16所述的方法，其中所述至少一個軟程序電壓被應用於由以下組成的組中的一個:所述存儲器單元的漏極和所述存儲器單元的柵極。
18.根據權利要求16所述的方法，進一步包括: 如果已經達到所述電荷捕獲閾值，則 調整第二軟程序電壓， 將所述至少一個軟程序電壓應用於所述存儲器單元的漏極，以及 將所述第二軟程序電壓應用於所述存儲器單元的柵極。
19.根據權利要求16所述的方法，其中所述一個軟程序電壓小於調整後的軟程序電壓，以及所述軟程序驗證水平大於調整後的軟程序驗證水平。
20.根據權利要求16所述的方法，其中當由最大程序脈衝計數、最大軟程序脈衝計數、擦除脈衝計數、以及程序/擦除周期計數組成的組中的至少一個超過預定閾值的時候，達到所述電荷捕獲閾值。
【文檔編號】G11C16/06GK103680620SQ201310381540
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年8月28日 優先權日:2012年8月28日
【發明者】穆復宸, 王彥卓 申請人:飛思卡爾半導體公司