一種半導體存儲器件的復位方法
2023-08-01 16:58:06
專利名稱：一種半導體存儲器件的復位方法
技術領域：
本發明屬於存儲器技術領域，特別涉及一種半導體存儲器件的復位方法。
背景技術：
目前存儲器技術的發展已成為集成電路設計、製造水平前進的重要推動力，在微電子領域佔有非常重要的地位。如圖I所示為半導體存儲器中非常重要的一類一堆棧柵非揮發性存儲器件結構示意圖。其包括矽襯底(P-sub)，矽襯底上n型重摻雜的源極(S)和漏極(D)，在源漏極之間載流子溝道上覆蓋的隧穿介質層，在隧穿介質層上覆蓋的電荷存儲層，在電荷存儲層上覆蓋的阻擋層，以及在阻擋層上覆蓋的控制柵介質層(CG)。如圖2所示為對圖I所示的半導體存儲器件進行擦除操作的示意圖。在存儲器件的控制柵極施加一個相對於襯底電勢幅度為-VEG脈衝，在所有存儲器件的源極和漏極施加一個與襯底相同的電勢，使得電荷存儲層中的電子發生FN隧穿，穿過隧穿介質層進入襯底中，從而減少存儲器件電荷存儲層中的電子，使所有存儲器件的閾值電壓降低到指定電壓以下。如圖3所示為對圖I所示的半導體存儲器件進行軟編程操作的示意圖。在半導體存儲器件的控制柵極施加一個相對於襯底電勢幅度為VSPG脈衝,在其漏極施加另一相對於襯底電勢幅度為VD的脈衝，使得源極附近的電子在橫向電場的作用下被加速，達到漏極附近時發生碰撞，產生新的電子-空穴對，部分電子在縱向電場的作用下，穿過隧穿氧化層進入電荷存儲層中，從而增加半導體存儲器件電荷存儲層中的電子，提高半導體存儲器件的閾值電壓。傳統的對半導體存儲器件進行復位的操作流程圖如圖4所示，在復位操作開始後，首先對所有半導體存儲器件進行如圖2所示的擦除操作，使得所有存儲器件的閾值電壓都低於指定電壓，如步驟SlOl所示；然後開始判斷單個半導體存儲器件閾值電壓是否處於指定範圍內，如步驟S102所示；若步驟S102判斷結果為否，則再判斷對此半導體存儲器件的軟編程次數是否小於指定次數要求，指定次數是指一輪軟編程操作中對單個器件軟編程所允許的最多次數，如步驟S103所示；若步驟S103判斷結果為是，則對此半導體存儲器件進行如圖3所示的軟編程操作，如步驟S104所示；然後回到步驟S102，再次判斷此半導體存儲器件閾值電壓是否處於指定範圍；若步驟S103判斷結果為否，則進入步驟S105，標記此半導體存儲器件，以做後繼處理；然後進入步驟S106，地址加一；隨後進入步驟S107， 判斷復位地址是否溢出；若步驟S107的判斷結果為地址溢出，表示完成對所有半導體存儲器件的復位操作，則退出整個復位操作，若地址未溢出，則回到步驟S102，開始對下一半導體存儲器件的復位操作；若步驟S102的判斷結果為是，表示此半導體存儲器件的閾值電壓處於指定電壓範圍內，則直接進入步驟S106 ；
以上復位方法在速度和精度上存在矛盾。若要使得復位後所有半導體存儲器件的閾值電壓分布在一個較窄的範圍內，則軟編程時所施加的脈衝幅度應較低，使得每次軟編程後，半導體存儲器件的閾值電壓增加量較小，但這樣將顯著增加單個半導體存儲器件復位時的軟編程次數，從而大大增加半導體存儲器件復位時間；若要加快半導體存儲器件復位速度， 減少復位時間，則軟編程時需要施加較大幅度的脈衝，使得每次軟編程後，半導體存儲器件的閾值電壓增加量較大，但由此將導致復位後半導體存儲器件閾值電壓分布範圍較大
發明內容
本發明為了解決現有技術中存在的問題，特別提出一種半導體存儲器件的復位方法，以提高半導體存儲器件復位速度和復位精度。本發明詳細技術方案如下
一種半導體存儲器件的復位方法，所述方法包括
步驟A、對半導體存儲器件進行擦除操作，將所述半導體存儲器件的閾值電壓降低至預設電壓Vref以下；
步驟B、執行第一輪軟編程操作，將所述半導體存儲器件的閾值電壓調整至 (Vref-0. 5, Vref)範圍內；
步驟C、執行第二輪軟編程操作，將所述半導體存儲器件的閾值電壓調整至 (Vref-0. 5，Vref+0. 05)範圍內。其中，所述步驟A之前，還包括對所述半導體存儲器件中所有單元進行預編程操作。其中，所述半導體存儲器件為堆棧柵非揮發性存儲器。較佳地，所述步驟B具體包括如下步驟
步驟BI、判斷所述半導體存儲器件的閾值電壓是否處於(Vref-0. 5,Vref)範圍內；是， 則執行步驟B4 ;否，則執行步驟B2 ；
步驟B2、判斷所述半導體存儲器件的軟編程次數是否小於預設次數；是，則執行步驟 B3 ;否，則執行步驟B6 ；
步驟B3、執行軟編程操作，將所述半導體存儲器件的閾值電壓調整至(Vref-0. 5， Vref)範圍內，之後執行步驟BI ；
步驟B4、復位地址加I，之後執行步驟B5;
步驟B5、判斷復位地址是否溢出；是，則執行步驟C ;否，則對下一半導體存儲器件執行步驟BI ；
步驟B6、標記所述半導體存儲器件，之後執行步驟B4。其中，在所述半導體存儲器件的控制柵極施加相對於襯底電勢為正，幅度為Vl的電壓脈衝，在其漏極施加另一相對於襯底電勢為正，幅度為V2的電壓脈衝，在其源極施加與襯底相同的電勢，其中Vl大於V2。較佳地，所述Vl等於6v，所述V2等於3v。較佳地，所述步驟C具體包括如下步驟
步驟Cl、判斷所述半導體存儲器件的閾值電壓是否處於(Vref-0. 5，Vref+0. 05)範圍內；是，則執行步驟C4 ;否，則執行步驟C2 ；
步驟C2、判斷所述半導體存儲器件的軟編程次數是否小於預設次數；是，則執行步驟 C3 ;否，則執行步驟C6 ；步驟C3、執行軟編程操作，將半導體存儲器件的閾值電壓調整至(Vref-0. 5， Vref+0. 05)範圍內，之後執行步驟Cl ；
步驟C4、復位地址加I，之後執行步驟C5;
步驟C5、判斷復位地址是否溢出；是，則復位結束；否，則執行步驟Cl ；
步驟C6、標記所述半導體存儲器件，之後執行步驟B4。其中，所述步驟C3具體為在所述半導體存儲器件的控制柵極施加相對於襯底電勢為正，幅度為V3的電壓脈衝，在其漏極施加另一相對於襯底電勢為正，幅度為V2的電壓脈衝，在其源極施加與襯底相同的電勢，其中V3大於V2。較佳地所述V3等於5v，所述V2等於3v0從上述技術方案可以看出，相對於現有技術，本發明具有以下有益效果
本發明對半導體存儲器件的第一輪軟編程所施加的電壓脈衝幅度較大，從而可以使得
所有半導體存儲器件的閾值電壓在較短的時間內被軟編程到低於指定電壓的一個範圍內， 但此範圍較大。由此再對所有半導體存儲器件進行第二輪軟編程操作，對半導體存儲器件的第二輪軟編程操作所施加的電壓脈衝幅度較低，從而使得第二輪軟編程操作後所有半導體存儲器件的閾值電壓將分布在指定電壓附近的一個較小的範圍內。由此可見，通過此復位方法，有效地解決了半導體存儲器件復位速度和復位精度之間的矛盾，一方面提高了半導體存儲器件的復位速度，另一方面使得復位後的半導體存儲器件閾值電壓分布範圍大大減小。
圖I為現有技術半導體存儲器件結構示意圖2為現有技術半導體存儲器件擦除操作示意圖3為現有技術半導體存儲器件軟編程操作示意圖4為現有技術半導體存儲器件的復位方法流程圖5為本發明實施例提供的半導體存儲器件的復位方法流程圖6為實施本發明實施提供的復位方法後半導體存儲器件閾值電壓分布效果示意圖。
具體實施例方式為使本發明的目的、具體方案和優點更加清晰，以下結合具體實施例，並參照附圖，對本發明進一步詳細說明。本發明的主要思想為在對半導體存儲器件的復位方法中，對半導體存儲器件的第一輪軟編程所施加的電壓脈衝幅度較大，從而可以使得所有半導體存儲器件的閾值電壓在較短的時間內被軟編程到低於指定電壓的一個範圍內，但此範圍較大。由此再對所有半導體存儲器件進行第二輪軟編程操作，對半導體存儲器件的第二輪軟編程操作所施加的電壓脈衝幅度較低，從而使得第二輪軟編程操作後所有半導體存儲器件的閾值電壓將分布在指定電壓附近的一個較小的範圍內。由此可見，通過此復位方法，有效地解決了半導體存儲器件復位速度和復位精度之間的矛盾，一方面提高了半導體存儲器件的復位速度，另一方面使得復位後的半導體存儲器件閾值電壓分布範圍大大減小。參照圖5和圖6，本發明實施例提供了一種半導體存儲器件的復位方法，包括如下步驟
步驟sior、對半導體存儲器件進行擦除操作，將存儲器的閾值電壓降低至預設電壓 Vref以下。首先對存儲器內所有半導體存儲器件進行一次性擦除操作，使得所有半導體存儲器件的閾值電壓都被擦除到低於預設電壓Vref的範圍內，如步驟SlOl '所示。擦除操作後所有半導體存儲器件的閾值電壓分布如圖6中L區所示。首先，執行第一輪軟編程操作，將所述半導體存儲器件的閾值電壓調整至 (Vref-0. 5, Vref)範圍內;
具體的，首先對所述半導體存儲器件進行閾值電壓判定，判斷其閾值電壓是否處於如圖6中LI所示的區域範圍內，S卩(Vref-0. 5，Vref)範圍內，如步驟S103 '所示。若判定結果為否，則再判定對所述半導體存儲器件的軟編程操作次數是否小於預設的軟編程次數， 如步驟S104'所示。其中，需要說明的是，預設次數是指一輪軟編程操作中對單個半導體存儲器件軟編程所允許的最多次數，該預設次數一般由該半導體存儲器件的硬體品質等原因決定，不同質量器件的預設次數不同，其屬於本領域技術人員所熟知的常識，例如為5000 次或30000次等等。每一個半導體存儲器件都是通過多次軟編程操作，使其閾值電壓符合要求，如果對單個半導體存儲器件的軟編程次數超過了預設次數，就代表此單元已經損壞， 不可能被軟編程到指定的範圍內。若軟編程次數小於預設次數，則對其執行軟編程操作1，如步驟S105丨所示，隨後進入步驟S103丨，再次判斷此半導體存儲器件的閾值電壓是否處於圖6中LI所示範圍。若步驟S103丨的判定結果為是，則表示已完成對此半導體存儲器件的第一輪軟編程操作，直接進入步驟S107 』，復位地址加I。然後再判斷地址是否溢出，如步驟S108 』 所示，若地址未溢出，則代表已完成對所有存儲半導體存儲器件的第一輪軟編程操作，若地址未溢出，則回到步驟S103 '。若步驟S104'的判定結果為否，則代表此半導體存儲器件已不能被正常復位，標記此半導體存儲器件，以做後繼處理，然後進入步驟S107 』，復位地址加1，跳過此半導體存儲器件。在第一輪軟編程操作中，對半導體存儲器件所施加的軟編程電壓脈衝幅度較大， 以使得擦除後的半導體存儲器件閾值電壓能夠以更少的軟編程次數、更短的軟編程時間被軟編程到(Vref-0. 5，Vref)範圍內。優選的，所述步驟S105 '具體為在所述半導體存儲器件的控制柵極施加相對於襯底電勢為正，幅度為6v的電壓脈衝,在其漏極施加另一相對於襯底電勢為正，幅度為3v的電壓脈衝，在其源極施加與襯底相同的電勢。第一輪軟編程後，所有半導體存儲器件的閾值電壓分布範圍如圖6中LI區域所
/Jn o然後，執行第二輪軟編程操作，將半導體存儲器件的閾值電壓調整至(Vref-0. 05， Vref+0. 05)範圍內。具體的，首先對所述半導體存儲器件進行閾值電壓判定，判斷其閾值電壓是否處於如圖6中L2所示的區域範圍內，S卩(Vref-0. 05，Vref+0. 05)，如步驟SllO '所示。若判定結果為否，則再判定對所述半導體存儲器件的軟編程操作次數是否小於預設的軟編程次數，如步驟Slll 』所示。若軟編程次數小於預設次數，則對其執行軟編程操作2，如步驟S112 』所示，隨後進入步驟SllO 』，再次判斷此半 導體存儲器件的閾值電壓是否處於圖6中L2所示範圍。若步驟SllO丨的判定結果為是，則表示已完成對此半導體存儲器件的第二輪軟編程操作，直接進入步驟S114 』，復位地址加I。然後再判斷地址是否溢出，如步驟S115 』 所示，若地址未溢出，則代表已完成對所有存儲半導體存儲器件的第二輪軟編程操作，若地址未溢出，則回到步驟S115 '。若步驟Slll'的判定結果為否，則代表此半導體存儲器件已不能被正常復位，標記此半導體存儲器件，如步驟S113』所示，以做後繼處理，然後進入步驟S114'，復位地址加1，跳過此半導體存儲器件。在第二輪軟編程操作中，對半導體存儲器件所施加的軟編程電壓脈衝幅度較大， 以使得擦除後的半導體存儲器件閾值電壓能夠以更少的軟編程次數、更短的軟編程時間被軟編程到(Vref-0. 05，Vref+0. 05)範圍內，如圖6中L2區域所示。由此需要第二輪軟編程操作中，單次軟編程操作時所施加的電壓脈衝幅度較第一輪軟編程中小，使得單次軟編程操作後，半導體存儲器件的閾值電壓增加量較小。優選的，所述步驟S112丨具體為在所述半導體存儲器件的控制柵極施加相對於襯底電勢為正，幅度為5v的電壓脈衝，在其漏極施加另一相對於襯底電勢為正，幅度為3v的電壓脈衝，在其源極施加與襯底相同的電勢。較佳的，在上述步驟S101』之前，還可以對所述半導體存儲器件中所有單元進行預編程操作，以使得隨後在進行全晶片擦除操作後，半導體存儲器件的閾值電壓分布範圍較窄，以便在各次軟編程操作中達到更好的效果。所述預編程操作為本領域技術人員所熟知的技術手段，在此不再贅述。由以上所述可知，本發明實施例通過在第一輪軟編程操作中對半導體存儲器件施加較大的軟編程操作電壓脈衝來減少軟編程的次數，加快軟編程操作的速度；通過在第二輪軟編程操作中對半導體存儲器件施加較小的軟編程電壓脈衝來減小半導體存儲器件閾值電壓分布範圍，提高了整個復位操作的精度。同時，整個復位操作方法具有速度快，精度聞等優點。以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並非用於限定本發明的保護範圍。凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種半導體存儲器件的復位方法，其特徵在於，所述方法包括 步驟A、對半導體存儲器件進行擦除操作，將所述半導體存儲器件的閾值電壓降低至預設電壓Vref以下； 步驟B、執行第一輪軟編程操作，將所述半導體存儲器件的閾值電壓調整至(Vref-O. 5, Vref)範圍內； 步驟C、執行第二輪軟編程操作，將所述半導體存儲器件的閾值電壓調整至(Vref-0. 5，Vref+0. 05)範圍內。
2.根據權利要求I所述的方法，其特徵在於，所述步驟A之前，還包括對所述半導體存儲器件中所有單元進行預編程操作。
3.根據權利要求I所述的方法，其特徵在於，所述半導體存儲器件為堆棧柵非揮發性存儲器。
4.根據權利要求I至3任一所述的方法，其特徵在於，所述步驟B具體包括如下步驟 步驟BI、判斷所述半導體存儲器件的閾值電壓是否處於(Vref-0. 5, Vref)範圍內；是，則執行步驟B4 ;否，則執行步驟B2 ； 步驟B2、判斷所述半導體存儲器件的軟編程次數是否小於預設次數；是，則執行步驟B3 ;否，則執行步驟B6 ； 步驟B3、執行軟編程操作，將所述半導體存儲器件的閾值電壓調整至(Vref-0. 5，Vref)範圍內，之後執行步驟BI ； 步驟B4、復位地址加I，之後執行步驟B5; 步驟B5、判斷復位地址是否溢出；是，則執行步驟C ;否，則對下一半導體存儲器件執行步驟BI ； 步驟B6、標記所述半導體存儲器件，之後執行步驟B4。
5.根據權利要求4所述的方法，其特徵在於，所述步驟B3具體為在所述半導體存儲器件的控制柵極施加相對於襯底電勢為正，幅度為Vl的電壓脈衝,在其漏極施加另一相對於襯底電勢為正，幅度為V2的電壓脈衝,在其源極施加與襯底相同的電勢，其中Vl大於V2。
6.根據權利要求5所述的方法，其特徵在於，所述Vl等於6v，所述V2等於3v。
7.根據權利要求I至3任一所述的方法，其特徵在於，所述步驟C具體包括如下步驟 步驟Cl、判斷所述半導體存儲器件的閾值電壓是否處於(Vref-0. 5，Vref+0. 05)範圍內；是，則執行步驟C4 ;否，則執行步驟C2 ； 步驟C2、判斷所述半導體存儲器件的軟編程次數是否小於預設次數；是，則執行步驟C3 ;否，則執行步驟C6 ； 步驟C3、執行軟編程操作，將半導體存儲器件的閾值電壓調整至(Vref-0. 5，Vref+0. 05)範圍內，之後執行步驟Cl ； 步驟C4、復位地址加I，之後執行步驟C5; 步驟C5、判斷復位地址是否溢出；是，則復位結束；否，則執行步驟Cl ； 步驟C6、標記所述半導體存儲器件，之後執行步驟B4。
8.根據權利要求7所述的方法，其特徵在於，所述步驟C3具體為在所述半導體存儲器件的控制柵極施加相對於襯底電勢為正，幅度為V3的電壓脈衝，在其漏極施加另一相對於襯底電勢為正，幅度為V2的電壓脈衝,在其源極施加與襯底相同的電勢,其中V3大於V2。
9.根據權利要求8所述的方法，其特徵在於，所述V3等於5v，所述V2等於3v。
全文摘要
本發明公開了一種半導體存儲器件的復位方法，屬於存儲器技術領域。所述方法包括對半導體存儲器件進行擦除操作，將所述半導體存儲器件的閾值電壓降低至預設電壓Vref以下；執行第一輪軟編程操作，將所述半導體存儲器件的閾值電壓調整至(Vref-0.5，Vref)範圍內；執行第二輪軟編程操作，將所述半導體存儲器件的閾值電壓調整至(Vref-0.5，Vref+0.05)範圍內。通過本發明的復位方法，有效地解決了半導體存儲器件復位速度和復位精度之間的矛盾，一方面提高了半導體存儲器件的復位速度，另一方面使得復位後的半導體存儲器件閾值電壓分布範圍大大減小。
文檔編號G11C16/20GK102623059SQ20111002810
公開日2012年8月1日 申請日期2011年1月26日 優先權日2011年1月26日
發明者丁川, 冀永輝, 劉明, 王鳳虎 申請人:中國科學院微電子研究所