專利名稱：閃存陣列中的核心存儲單元的軟程序及軟程序校驗(yàn)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)存儲器系統(tǒng)，特別涉及一種閃存系統(tǒng)及方法，其中一種新的基準(zhǔn)單元結(jié)構(gòu)，以及在軟程序和軟程序校驗(yàn)操作期間獨(dú)特的參考電壓的應(yīng)用，本發(fā)明能消除將基準(zhǔn)存儲單元修正至低閾值電壓所引起的問題，并能加強(qiáng)消除的核心單元閾值電壓分布，且能對更快速的編程次數(shù)有所助益。
背景技術(shù)：
閃存是一種電子存儲介質(zhì)，不需電力即可重復(fù)寫入并保持其內(nèi)容。一般閃存裝置的壽命大約介于100K至1MEG的寫入次數(shù)。和動態(tài)隨機(jī)存取存儲器(DRAM)以及靜態(tài)隨機(jī)存取存儲器(SRAM)存儲器芯片所不同的是，動態(tài)隨機(jī)存取存儲器和靜態(tài)隨機(jī)存取存儲器能夠擦除單一字節(jié)，而通常閃存則是以固定的多位區(qū)塊或區(qū)段為單位(single bit)，進(jìn)行擦寫操作。由電可擦除只讀存儲器(EEPROM)芯片技術(shù)的演進(jìn)而來，閃存價格較為低廉，且存儲密度更高。這種新型的電可擦除只讀存儲器，作為一種重要的非易失性存儲器(EPROM)出現(xiàn)，其結(jié)合了EPROM的高密度和EEPROM的電可擦除的優(yōu)點(diǎn)。
現(xiàn)有的閃存由存儲單元結(jié)構(gòu)所構(gòu)成，其中單一信息位儲存于每一存儲單元之中，舉例而言，如

圖1a的現(xiàn)有技術(shù)所示，該圖以參考數(shù)字10表示。在這種單一位存儲器架構(gòu)中，每一存儲單元10典型上包含金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)結(jié)構(gòu)，即是具有源極12，漏極14，和在基板或P-井18之間的溝道16，以及覆蓋在溝道16之上的堆疊式柵極結(jié)構(gòu)20。堆疊式柵極20可進(jìn)一步包含一層薄的柵極介電層22(有時稱為隧道氧化層)，該柵極介電層在P-井的表面上形成。堆疊式柵極20也包含有覆蓋于隧道氧化層22之上的多晶硅浮置柵極24，以及覆蓋于浮置柵極之上的間聚硅介電絕緣層26(interpoly dielectric layer)。此間聚介電絕緣層26，通常是例如氧化物層/氮化物層/氧化物層(ONO)層的多層絕緣體，該ONO層具有兩個氧化物層夾住一氮化物層。最后，多晶硅控制柵極28覆蓋于間聚硅介電絕緣層26之上。
控制柵極28連接至與一行存儲單元相聯(lián)系的字線，以形成典型的NOR組態(tài)的區(qū)段。此外，存儲單元的漏極14，與導(dǎo)電位線相接。存儲單元的溝道16，導(dǎo)通了介于源極12和漏極14之間的電流，這與由堆疊式柵極結(jié)構(gòu)20在溝道16中形成的電場相一致。在NOR組態(tài)中，在單個列中的晶體管的每個漏極端14，皆連接到同一位線。此外，與已給定的位線相聯(lián)系的所有閃存單元有連接到公共源極端的源極端12。在操作中，個別的閃存單元，通過各自的位線和字線使用外圍譯碼器和控制線路(未示出)而尋址以編程(寫入)，讀取或擦除。
這種現(xiàn)有的單一位堆疊式柵極閃存單元10，由將相對較高的電壓加至控制柵極28，和將源極12接地，并在漏極14加上比源極更大的預(yù)定電位，而實(shí)現(xiàn)編程。跨過隧道氧化層22的輸出高電場(resulting highelectric field)導(dǎo)致稱為Fowler-Nordheim的隧道現(xiàn)象。在該過程中，因?yàn)楦≈脰艠O受到間聚介電層26以及隧道氧化層22的圍繞，所以，在核心存儲單元溝道16區(qū)域內(nèi)的電子，隧道通過柵極或隧道氧化層22而進(jìn)入浮置柵極24，而被浮置柵極捕集。由于被捕集的電子之緣故，使得存儲單元10的閾值電壓上升。由被捕集電子所造成的存儲單元內(nèi)部閾值電壓(及該處的溝道導(dǎo)電性)的改變，使得存儲單元被寫入。
為擦除現(xiàn)有的單一位堆疊式柵極閃存單元10，需將相對較高的電壓加至源極12，并將控制柵極28保持在負(fù)電位，而使漏極14浮動。在這些條件下，在穿過介于浮置柵極24和源極12之間的隧道氧化層22兩邊形成一強(qiáng)電場。被浮置柵極24捕集的電子，朝向覆蓋源極12的浮置柵極部分流動，并叢聚在該處，且經(jīng)由通過隧道氧化層22的Fowler-Nordheim隧道，而從浮置柵極抽取，進(jìn)入源極。由于電子從浮置柵極24流出，故存儲單元10被擦除。
在現(xiàn)有的單一位閃存裝置中，執(zhí)行擦除校驗(yàn)來判定，區(qū)塊中的每一存儲單元，或存儲單元群中的一段存儲單元，是否已正確地擦除。目前的單一位擦除校驗(yàn)方法，提供位或存儲單元擦除的校驗(yàn)，以及對初次校驗(yàn)失敗的個別存儲單元，提供額外的擦除脈沖。之后，存儲單元的擦除狀態(tài)再次接受校驗(yàn)，且此程序會持續(xù)進(jìn)行，直到存儲單元或位已成功地擦除，或?qū)⒋鎯卧獦?biāo)示為不可使用時，此過程才結(jié)束。
在擦除過后，其中某些存儲單元可能為過度擦除，輸出過低的閾值電壓，以及相對較高的漏極電流泄漏，可能會導(dǎo)致后面的讀取、程序校驗(yàn)，或甚至擦除操作等問題。軟編程的過程通常適于作為校正過度擦除的方法。通常，該過程涉及施加一個或多個編程脈沖至過度擦除的單元。軟編程過程提高(或校正)辨識出的單元的低閾值電壓，以有效地窄化(narrow)閃存陣列的擦除單元閾值電壓的分布。
近來，雙位閃存單元已正式推行采用，其允許在單一存儲單元中，能有兩位信息的儲存。圖1b顯示一示范的現(xiàn)有技術(shù)的雙位存儲單元50。此存儲單元50，其包含二氧化硅層52，一已埋設(shè)有N+源極56，和N+漏極58等區(qū)域P型基板54。二氧化硅層52，夾在氮化硅層60和氮化硅層62之間。二氧化硅層52可包含已埋入的多晶硅島，或任何其它由電荷捕集層。
多晶硅柵極64位于氮化層60之上。并在柵極64中摻雜N型雜質(zhì)(例如，磷)。存儲單元50能夠儲存兩個數(shù)據(jù)位，以虛線圓圈A表示左位，而以虛線圓圈B表示右位。一般而言，雙位存儲單元50皆為對稱，因此漏極58和源極56的位置可對調(diào)。故可將左結(jié)56視為源極，則右結(jié)58用作相對右位B的源極。依此類推，可將右結(jié)58視為源極，則左結(jié)56便是左位A的漏極。
在雙位存儲單元的擦除操作結(jié)束后，使用在單位重疊式柵極架構(gòu)的傳統(tǒng)軟編程以及軟程序校驗(yàn)等方法，在某些情形中，可使用在這種雙位裝置上，但仍不能完全解決問題，因?yàn)椴脸植己骎T′s并不趨近于零，而是0.7伏特。因此，軟編程以及軟程序校驗(yàn)方法和系統(tǒng)，其確保在雙位存儲器架構(gòu)中，數(shù)據(jù)位的擦除的單元閾值電壓的分布的正確的控制，且能保持其結(jié)構(gòu)上的特征。

發(fā)明內(nèi)容
提供一系統(tǒng)及方法，以克服或最小化現(xiàn)有的存儲單元軟編程校驗(yàn)方案和系統(tǒng)的問題及短處。本發(fā)明包括方法和系統(tǒng)，以用于校驗(yàn)存儲器裝置中一個或多個雙位存儲單元的擦除的閾值電壓，例如閃存。該發(fā)明提供了有效及徹底的軟程序校驗(yàn)，可最小化與雙位存儲單元架構(gòu)相關(guān)的不慎引起的，不希望發(fā)生的數(shù)據(jù)保留，過度擦除，以及存儲單元讀取遺失等問題。當(dāng)本發(fā)明使用于有關(guān)雙位存儲單元中，其中僅有一位用于數(shù)據(jù)儲存時，本發(fā)明具有顯著優(yōu)點(diǎn)。然而，必須說明本發(fā)明發(fā)現(xiàn)有關(guān)雙位存儲單元架構(gòu)的適用性，而并不受限于任何特定的雙位存儲單元的使用方法或組態(tài)。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，本發(fā)明提供了一種校驗(yàn)一雙位存儲單元的擦除單元的閾值電壓的方法。擦除單元閾值電壓的校驗(yàn)方法包含以下步驟，執(zhí)行在雙位存儲單元中，第一位，或第二位是否已正確地被軟編程的判定。
根據(jù)發(fā)明方法，雙位存儲單元組態(tài)中，正確的軟編程的校驗(yàn)，可保證不需要的資料保留，或過度擦除等問題(導(dǎo)致低閾值電壓，及隨之發(fā)生的高漏電流)，不會對核心存儲單元的操作(例如，正確的擦除，讀取或?qū)懭氲裙δ?，產(chǎn)生不良影響。在這種方式中，本發(fā)明所提供的顯著功效，大舉改善現(xiàn)有的方法，現(xiàn)有方法用于單位(例如，堆疊式柵極)存儲單元中軟編程。此方法進(jìn)一步包含，重復(fù)此方法就另一雙位存儲單元所用，其中，以字節(jié)方式的(byte-wise)軟編程校驗(yàn)可被實(shí)現(xiàn)，例如芯片擦除或區(qū)段擦除的相關(guān)操作。
可通過將電壓加至受校驗(yàn)的存儲單元，并將不同的電壓加至具有已知閾值電壓的基準(zhǔn)存儲單元上，隨后由分析，分別比較核心存儲單元，與基準(zhǔn)存儲單元的電流，從而執(zhí)行核心存儲單元閾值電壓的軟編程校驗(yàn)。當(dāng)比較結(jié)果顯示一或多個軟編程脈沖，已將受校驗(yàn)存儲單元中的電流，減少至小于基準(zhǔn)存儲單元的電流時，則核心存儲單元閾值電壓高于所欲求的最小已擦除單元閾值電壓。再者，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，該程序可就陣列中每一存儲單元反復(fù)執(zhí)行，直到每一已擦除存儲單元閾值電壓都高于所欲求的最小已擦除單元閾值電壓為止。
此外，該方法也可包含軟程序脈沖數(shù)目的計數(shù)，該軟程序脈沖加至任一核心存儲單元，或核心存儲單元的區(qū)塊之上，以防止單元或單元區(qū)塊對軟程序校驗(yàn)沒有響應(yīng)。在這種情況下，若超過預(yù)定的最大軟程序脈沖總數(shù)，則此存儲單元，或存儲單元的區(qū)塊判定為軟編程失敗，從而避免軟程序的無窮循環(huán)。舉例而言，在選定每一新的存儲單元地址之前，此方法可包含將脈沖計數(shù)器初始化的步驟，再執(zhí)行軟程序校驗(yàn)，以判斷是否超過脈沖計數(shù)器所預(yù)設(shè)的最大脈沖總數(shù)，若尚未超過，則于另一軟軟程序脈沖被施加時繼續(xù)增加脈沖計數(shù)器的步驟。或如果脈沖計數(shù)被超過，則有進(jìn)一步的步驟，其就失敗的軟編程，執(zhí)行一適當(dāng)操作。
本發(fā)明的另一目的在于提供一方法，用以根據(jù)比較器中的差分電流，定制后繼的軟編程脈沖(例如，脈沖寬度，脈沖高度)，而大幅提升軟編程的整體速度，或?qū)⑦^度軟編程的影響最小化。
本發(fā)明的方法，可包含數(shù)個選定的核心存儲單元，或存儲單元的區(qū)塊，供軟編程操作，以及數(shù)個選定的核心存儲單元，或存儲單元的區(qū)塊供軟程序校驗(yàn)。
本發(fā)明的又一目的在于提供一方法，以軟編程以及軟程序校驗(yàn)相對多個雙位閃存單元，該方法系包含軟編程多個雙位閃存單元，和在至少多個雙位閃存單元中的一個校驗(yàn)其第一位的正確軟編程，以及在至少多個雙位閃存單元中的一個校驗(yàn)其第二位的正確軟編程，并在第一及第二位皆已正確軟編程時，判定此存儲單元被正確地軟編程。
為求實(shí)現(xiàn)前述和相關(guān)目的，本發(fā)明所包含的特點(diǎn)將于文中詳細(xì)描述，并于權(quán)利要求中明確指出。下列說明和附圖是詳細(xì)提出本發(fā)明某些例證觀點(diǎn)以及實(shí)施方法。然而，這并不表示在本發(fā)明原則中的數(shù)種方法，僅有少數(shù)幾個可供使用。本發(fā)明的其它宗旨，目的，以及創(chuàng)新的特點(diǎn)，將可由參照本發(fā)明于下列的詳細(xì)說明及附圖，變得顯而易見。
附圖簡單說明圖1a為示范的現(xiàn)有技術(shù)，單位閃存單元的片段斷面圖；圖1b為示范的現(xiàn)有技術(shù)，雙位閃存單元的片段斷面圖，本發(fā)明的多個方面可于該雙位閃存單元中執(zhí)行；圖2為一分布圖，顯示示范的現(xiàn)有技術(shù)閃存陣列，其中一些核心存儲單元的已擦除存儲單元的閾值電壓的分布情形；圖3為一分布圖，顯示示范的雙位存儲器陣列，其中一些核心存儲單元的已擦除存儲單元的閾值電壓的分布情形，以及已編程的存儲單元其閾值電壓的分布情形，連同根據(jù)本發(fā)明，需軟編程的過度擦除位；圖4為系統(tǒng)平面功能方框圖，顯示可供本發(fā)明的多個方面實(shí)行的軟程序以及軟程序校驗(yàn)系統(tǒng)；圖5a為一概要圖，顯示示例性核心存儲單元，核心電流，以及在圖4的裝置中的柵極電壓；圖5b為一概要圖，顯示示例性基準(zhǔn)存儲單元，基準(zhǔn)電流，以及在圖4的裝置中的柵極電壓；圖6為一功能方框圖，顯示軟程序基準(zhǔn)電壓，以及在圖4的裝置中，的電荷泵邏輯電路；圖7為一概要圖，顯示示例性軟程序多路器(multiplexer)(于文中簡稱為″mux″)，以及在圖4的裝置中的邏輯電路；圖8為一概要圖，顯示示例性軟程序基準(zhǔn)電壓邏輯電路的細(xì)節(jié)，以及在圖6的裝置中的分壓電路；圖9為一流程圖，根據(jù)本發(fā)明，顯示就校驗(yàn)存儲單元軟編程的示例性方法。
具體實(shí)施例方式
下面是結(jié)合附圖的本發(fā)明的詳細(xì)說明，其中的參考數(shù)字，將對照文中各處的組件符號。本發(fā)明所提供的方法和系統(tǒng)，以軟編程，以及就校驗(yàn)一個或多個雙位存儲單元的正確的軟編程，本發(fā)明并可在閃存裝置中，連同芯片或區(qū)段的軟程序，以及軟程序校驗(yàn)。舉例而言，為了將軟編程脈沖加至閃存裝置中的存儲單元之上，則執(zhí)行區(qū)段軟編程校驗(yàn)操作。之后，當(dāng)為了校驗(yàn)組件中有哪些存儲單元已被正確地軟編程時，也可通過本發(fā)明來實(shí)現(xiàn)。
此外，本發(fā)明選擇性地，試圖對于在軟程序校驗(yàn)操作之前，所執(zhí)行的擦除部分運(yùn)算期間中，過度擦除的存儲單元，進(jìn)行再軟程序(例如，對雙位存儲單元中的一個或兩個單個位，通過選擇性的應(yīng)用軟程序電壓脈沖)。本發(fā)明也提供對于雙位存儲單元中的一個或兩個單個位的正確軟編程的選擇性的再校驗(yàn)。
本發(fā)明的一個方面在于，正確的軟程序的校驗(yàn)，可通過提供一軟程序核心存儲單元校驗(yàn)電壓，以及提供一基準(zhǔn)存儲單元校驗(yàn)電壓來實(shí)現(xiàn)，其中基準(zhǔn)存儲單元校驗(yàn)電壓不同于核心存儲單元校驗(yàn)電壓。此方法進(jìn)一步包含，將核心存儲單元校驗(yàn)電壓，加至過度擦除核心存儲單元的柵極部分，從而提供核心存儲單元電流，并將基準(zhǔn)存儲單元校驗(yàn)電壓，加至基準(zhǔn)存儲單元之柵極部分，從而提供基準(zhǔn)存儲單元電流。最后，此方法包含確定，與已擦除核心存儲單元所關(guān)聯(lián)的閾值電壓是否小于預(yù)定的閾值電壓，該預(yù)定的閾值電壓是基于核心存儲單元電流與基準(zhǔn)存儲單元電流的比較結(jié)果而決定的。
雖然本發(fā)明在后面是與雙位存儲單元架構(gòu)相結(jié)合顯示說明的，其中每個單元只有一個位用于數(shù)據(jù)存儲，但可以理解，本發(fā)明可應(yīng)用于其它形式的架構(gòu)和別的雙位架構(gòu)用法方案。
再次參照附圖，圖2顯示被認(rèn)為是擦除核心存儲單元閾值電壓分布的特性曲線。圖2說明在閃存陣列中的核心存儲單元閾值電壓在一次擦除操作之后如何互相不同，如曲線200所示，其代表具有特定的閾值電壓值VT的單元數(shù)目。已發(fā)現(xiàn)擦除程度最輕的存儲單元將具有在VTMAX區(qū)域中相對較高閾值電壓，而擦除程度最重的存儲單元(有時稱為″過度擦除存儲單元″)，將具有在VTMIN區(qū)域中的較低閾值電壓，該VTMIN區(qū)域可以為零或負(fù)。然而，閾值電壓分布曲線段210指出，仍有一些已擦除存儲單元，具有相對較低的閾值電壓。在通過軟程序和軟程序校驗(yàn)操作修正最過度擦除存儲單元的VT之后，已擦除核心存儲單元閾值電壓分布曲線200，將集中在曲線底端(以曲線段210顯示)趨近于0伏特處。
因?yàn)楸尘奥╇娏?background leakage current)作為閾值電壓的函數(shù)而變化，所以擦除的存儲單元的閾值電壓愈低，漏電流將愈高。因?yàn)榭赡苡卸噙_(dá)512個存儲單元連接至位線，故總背景漏電流，可能會超過存儲單元讀取電流，而導(dǎo)致隨后發(fā)生的讀取錯誤。因此，不僅需使存儲單元避免受到過度擦除，且要盡可能減少閾值電壓的分布范圍，在理想化的情形下，所有的存儲單元在擦除過后，皆將具有相同的閾值電壓。
同理，圖3顯示示例性的雙位存儲器陣列的存儲單元閾值電壓特征分布曲線，其中顯示一期望的擦除的存儲單元閾值電壓分布350，以及一編程的存儲單元其閾值電壓分布360。如前所述，在擦除過后，其中某些存儲單元可能為過度擦除，輸出過低的閾值電壓(陰影區(qū)域370)，以及相對較高的漏極電流泄漏，可能會導(dǎo)致后面的讀取，程序校驗(yàn)，或甚至擦除操作等問題。傳統(tǒng)的芯片、區(qū)段或存儲單元的軟編程方法通常用于單位堆疊柵極單元，以通過施加一個或多個程序脈沖至過度擦除的單元而校正過度擦除的單元。軟編程可提升(或修正)存儲單元上的低閾值電壓，以便能在閃存陣列中，有效集中存儲單元的閾值電壓的分布。軟程序校驗(yàn)是通過將所選的核心單元產(chǎn)生的電流和與之相關(guān)的擦除的單元閾值電壓與具有可接受的閾值電壓的基準(zhǔn)單元的相應(yīng)電流和電壓比較而實(shí)現(xiàn)的。
比較圖2和圖3，可以看到現(xiàn)有的單位單元通常是軟程序修正至大約0伏特的VTMIN，而雙位已擦除的存儲單元，則軟程序修正VTMIN增加至大約0.7伏特。在堆疊式柵極存儲單元的現(xiàn)有技術(shù)中，基準(zhǔn)存儲單元，由選定的核心存儲單元所構(gòu)成，該選定的核心存儲單元，提供其它存儲單元作比較之用，而基準(zhǔn)存儲單元和核心存儲單元二者，則在軟程序校驗(yàn)期間，給予相同的柵極電壓。然而，在雙位存儲單元結(jié)構(gòu)中，無法立即將基準(zhǔn)存儲單元結(jié)構(gòu)，制成與核心存儲單元相同，卻仍必須制作軟程序校驗(yàn)，以產(chǎn)生所被要求的擦除的核心存儲單元VT(例如，VT＞0.7伏特)。發(fā)明者已發(fā)現(xiàn)，在新的基準(zhǔn)存儲單元結(jié)構(gòu)中修正VT，企圖將VT修正至小于大約1.7伏特，會導(dǎo)致無法使用的高存儲單元漏電流。
與本發(fā)明，以及這些問題的解決方法一致，本發(fā)明的方法及系統(tǒng)可提供分別將應(yīng)用于新的基準(zhǔn)單元結(jié)構(gòu)和核心單元結(jié)構(gòu)柵極的不同電壓，以便使基準(zhǔn)存儲單元可產(chǎn)生能和已擦除核心存儲單元電流相比較的電流，該已擦除核心存儲單元電流與VT大于0.7伏特關(guān)聯(lián)。
請參閱圖4可理解本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)，該圖顯示了一個示例性的軟程序和軟程序校驗(yàn)系統(tǒng)400的系統(tǒng)平面功能性方框圖，本發(fā)明的不同方面可在該系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)。比如，圖4中的系統(tǒng)防止已擦除的存儲單元展現(xiàn)低于一預(yù)定水平的擦除的存儲單元閾值電壓，該系統(tǒng)可包括所示的三個功能性模塊。
圖4的閃存陣列402，包含一核心存儲單元405的陣列，其通常被再細(xì)分為區(qū)段、區(qū)塊，以及獨(dú)立核心存儲單元。存儲單元按行及列排列，所有處于一行中的單元都使其控制柵極連接至一條共享字線。特定列中存儲單元的漏極連接至一條共享位線，而陣列中所有存儲單元的源極與共享源極線490相接，以使核心存儲單元(ICORE)中的漏極電流能于490處測量。存儲器系統(tǒng)402，也具有地址控制器410，和位-列控制器415及字-行控制器420結(jié)合，用作多路器的矩陣，而位-列控制器415及字-行控制器420用于選擇區(qū)段、區(qū)塊，或核心405的獨(dú)立存儲單元。行控制區(qū)塊420連接陣列的存儲單元的字線，而列控制區(qū)塊415則連接至陣列的位線。在操作中，獨(dú)立閃存單元，可通過各自的位線以及字線，使用周圍的譯碼器以及控制電路，而單獨(dú)接受尋址，該周圍的譯碼器以及控制電路用于編程(寫入)，讀取，或擦除等功能。這些閃存核心存儲單元405將在本發(fā)明中軟程序以及軟程序校驗(yàn)等操作的對象，且將于下文中，更進(jìn)一步地探討。
圖4的軟程控電路430，與軟程序多路器435，電荷泵440，以及軟程序基準(zhǔn)電壓電路445，共同構(gòu)成，以便于450處，提供軟程序電壓(V1)，和在455處，提供軟程序核心存儲單元校驗(yàn)電壓(V3)以及于460處，提供基準(zhǔn)存儲單元校驗(yàn)電壓(V2)。為響應(yīng)邏輯命令，而進(jìn)入的軟程序模式(或例如，作為軟程序校驗(yàn)比較命令487的結(jié)果)，多路器電路430產(chǎn)生軟程序使能信號436，以控制基準(zhǔn)邏輯電路445，或例如，下一個核心地址選擇437。多路器電路435，也產(chǎn)生一調(diào)節(jié)的，鉗制的供應(yīng)電壓438至字線電荷泵電路440。該電荷泵440處的電荷泵包含一漏極電荷泵，該漏極電荷泵為程序校驗(yàn)操作提供供應(yīng)電壓，440處電荷泵包含，一字線電荷泵電路，該字線電荷泵電路，和經(jīng)配置以產(chǎn)生一提升的字線供應(yīng)電壓的字線電荷泵電路，該提升的字線供應(yīng)電壓分壓器(voltagedivider)位于軟程序基準(zhǔn)電壓電路445中。軟程序基準(zhǔn)電壓電路445采用軟程序使能(enable)信號436和486，以及電荷泵電壓442和444，其使用于445內(nèi)的基準(zhǔn)邏輯電路多路器以產(chǎn)生分立的軟程序和軟程序校驗(yàn)電壓V1、V2，與V3，如通過電壓分壓器。
根據(jù)圖4中本發(fā)明的實(shí)施例中軟程序校驗(yàn)控制電路470，其與使用V2的基準(zhǔn)存儲單元480，以及基準(zhǔn)存儲單元校驗(yàn)電壓460，一同構(gòu)成，以于495處提供基準(zhǔn)存儲單元電流(IREF)?？刂齐娐?70還包含有軟程序校驗(yàn)比較器電路475，其經(jīng)配置以對于490處的過度擦除核心存儲單元校驗(yàn)電流(ICORE)，及495處的基準(zhǔn)存儲單元電流(IREF)作比較，以產(chǎn)生一輸出指示于477，而不論所選定的擦除的核心存儲單元閾值電壓是否低于預(yù)定水準(zhǔn)。軟程序校驗(yàn)比較器電路還可操作以將VT指示轉(zhuǎn)移至校驗(yàn)控制電路485，而該校驗(yàn)控制電路經(jīng)配置以輸出一個別或多個軟程序控制信號486和487，而用于基于該指示的軟編程。
在操作期間，當(dāng)軟程序校驗(yàn)控制電路470的比較器475，已做出該所選核心存儲單元VT小于0.7伏特的判定時，比較器475提供信號477，以初始化業(yè)預(yù)定的來自校驗(yàn)控制電路485的軟程序脈沖，其通過487回到軟程序控制電路430。
另一方面，根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供一種系統(tǒng)及方法以根據(jù)比較器475中的微分電流定制隨后的軟編程脈沖(例如，脈沖寬度、脈沖高度)，以大幅提升軟編程過程的整體速度，或?qū)⑦^度軟編程的影響最小化。為達(dá)此目標(biāo)，可使用感測放大器(例如，微分電流放大器)，于475處測量微分電流，其可通過477傳達(dá)至校驗(yàn)控制器485，其經(jīng)配置以將475處所產(chǎn)生的微分電流轉(zhuǎn)換成軟程序脈沖相稱的脈沖寬度，或脈沖高度調(diào)制的組合。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，其提供一系統(tǒng)及方法，經(jīng)由位于存儲器陣列405之中，或在分離的存儲器之中的查詢表的使用，以定制隨后的軟編程脈沖(例如，脈沖寬度，脈沖高度)，其中于475處所產(chǎn)生的微分電流，可歸成兩種或更多種等級，其中產(chǎn)生于即可作出軟程序脈沖的理想脈沖寬高比之選擇。然而，由此方法所衍生的本發(fā)明的另一實(shí)施例，其中閃存陣列整體上是選定的，且于475處所產(chǎn)生的微分電流，可用以提供軟程序脈沖的成比例脈沖寬度，或脈沖高度調(diào)制，或?qū)⒆鳛槊}沖串的全系列脈沖，定制作為隨后軟程序操作所用的閃存陣列。
如圖5a以及圖5b所示，發(fā)明者已發(fā)現(xiàn)，若其供應(yīng)大約為1.2伏特的預(yù)定的漏極-源極偏壓，至核心存儲單元以及基準(zhǔn)存儲單元的漏極，和提供大約2.7伏特至核心存儲單元柵極，以及大約3.7伏特至基準(zhǔn)存儲單元柵極，則當(dāng)核心存儲單元VT等于0.7伏特時，這些電流將會相等。此基準(zhǔn)存儲單元電壓的推導(dǎo)過程如下由方程式ID＝k(VGS-VT)2對擦除核心存儲單元為IDCORE＝k(VGSCORE-VTCORE)2對基準(zhǔn)存儲單元為IDREF＝k(VGSREF-VTREF)2假如我們需要VTCORE＝0.7V，VTREF＝1.7V
令基準(zhǔn)存儲單元電流，等于核心存儲單元的電流IDREF＝IDCORE且k(VGSREF-VTREF)2＝k(VGSCORE-VTCORE)2約分得VGSREF-VTREF＝VGSCORE-VTCORE解出新基準(zhǔn)為VGSREF＝VGSCORE-VTCORE+VTREF代入給定的值VGSREF＝VGSCORE-0.7+1.7加入核心存儲單元值VGSREF＝2.7-0.7+1.7可得VGSREF＝3.7伏特因此，若通過核心存儲單元和基準(zhǔn)存儲單元的電流相等，則核心存儲單元VT遂等于0.7伏特。否則，若核心存儲單元電流超過基準(zhǔn)存儲單元電流，則核心存儲單元VT遂少于0.7伏特(預(yù)定的閾值電壓)，而需要另一軟編程脈沖。
參照圖6的功能性方框圖，顯示一示例性方法及系統(tǒng)600，用以在圖4的軟程控電路430之中，提供所需的數(shù)種不同的電壓；舉例而言，例如就軟編程610所用的電壓，軟編程校驗(yàn)620，字線(核心存儲單元)柵極630，以及基準(zhǔn)存儲單元柵極基準(zhǔn)電壓640。字線電荷泵電路650經(jīng)由基準(zhǔn)邏輯電路680，為軟程序校驗(yàn)電壓源620產(chǎn)生提升的供應(yīng)電壓670，以響應(yīng)軟程序模式使能信號690。漏極電荷泵電路660產(chǎn)生一提升的編程電壓610至基準(zhǔn)邏輯電路680，以響應(yīng)程序模式信號(未示出)。如圖6中所示，軟程控裝置600可操作以產(chǎn)生具有不同值(例如，V1V2V3)的多重電壓(如通過電阻網(wǎng)絡(luò))，以用在軟程序校驗(yàn)?zāi)Ｊ?。在上述操作中，唯一的電壓分別提供給核心單元和基準(zhǔn)單元。
圖7為一概要圖，顯示示例性的軟程序多路器邏輯電路700(例如，與圖4中的程序多路器435相關(guān))。此多路器電路700使用邏輯柵極702的網(wǎng)絡(luò)為響應(yīng)該軟程序模式信號饋通(fed thru)702，使用邏輯柵極702以產(chǎn)生一軟程序使能信號710至圖6中的基準(zhǔn)邏輯電路680。此多路器電路700也使用由調(diào)節(jié)器(regulator)晶體管720(其由鎖存器715鎖定)所控制的程序供應(yīng)電壓705，以產(chǎn)生由二極管730鉗制的供應(yīng)電壓740，并將該電壓輸送至圖6中的字線電荷泵電路650。
圖8為一概要圖800，顯示更詳細(xì)的示例性軟程序基準(zhǔn)電壓邏輯電路805，以及電壓分壓器電路850(例如，與圖6的電路600相關(guān))。電荷泵提升的字線電壓810由鎖存器825保持，以供應(yīng)軟程序校驗(yàn)電壓源820(或圖6中的620)，其進(jìn)入調(diào)節(jié)器晶體管830，并于軟程序模式晶體管840的柵極設(shè)定電壓分壓器850比率，以產(chǎn)生3.7伏特的基準(zhǔn)存儲單元柵極基準(zhǔn)電壓860，以及2.7伏特擦除的核心存儲單元柵極基準(zhǔn)電壓870。在上述示例性方式中，提供不同值的電壓，以便核心單元和基準(zhǔn)單元被供應(yīng)其必須的電壓，從而評價是否被擦除的核心單元的VT超過預(yù)定值。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供一方法，防止擦除的存儲單元不必展現(xiàn)低于一預(yù)定水平的擦除的存儲單元閾值電壓。圖9為一流程圖900，其顯示根據(jù)本發(fā)明校驗(yàn)存儲單元軟編程的示例性方法，為達(dá)到解釋的目的，將結(jié)合圖4的示例討論。舉例而言，一旦對存儲器的區(qū)段的數(shù)據(jù)位執(zhí)行擦除或擦除校驗(yàn)操作之后(例如，于其中寫入1)，方法900開始步驟910，隨后將于步驟920，使軟程序，以及軟程序校驗(yàn)?zāi)Ｊ狡饎印?br> 方法900進(jìn)入步驟925，該處存儲單元地址被初始化為一第一地址，例如，脈沖計數(shù)器被初始化為零于930。于步驟930之后，第一單元地址于步驟940被選定。第一存儲單元隨后于步驟950接受軟程序校驗(yàn)。于決策步驟950，做出核心存儲單元是否以正確擦除，而非過度擦除的判定。如同圖4中所詳細(xì)顯示及描述，軟程序校驗(yàn)操作于此方法900的步驟950，以及步驟965處執(zhí)行，并可通過將大約2.7伏特的基準(zhǔn)電壓加至選定的核心存儲單元柵極之上的應(yīng)用，以及將不同的基準(zhǔn)電壓加至基準(zhǔn)存儲單元柵極上的應(yīng)用(例如，大約3.7伏特)，隨后比較這兩個電流，并以比較結(jié)果為基礎(chǔ)，做出關(guān)聯(lián)的擦除的核心單元閾值電壓是否大于0.7伏特的判定。
舉例而言，若于步驟950處，選定的核心存儲單元電流，并不少于基準(zhǔn)存儲單元電流時，做出核心存儲單元的閾值電壓小于0.7伏特的判定，而方法900遂進(jìn)入步驟955，該處執(zhí)行軟程序脈沖的電流數(shù)量的計算，而該軟程序脈沖已加至核心存儲單元上，嘗試校正擦除存儲單元閾值電壓。若已超過預(yù)定脈沖數(shù)NP時，則于步驟955做出判定以將核心存儲單元識別為軟程序失敗，并進(jìn)入步驟970。在此運(yùn)作中，核心存儲單元將不會受到重復(fù)的軟程序脈沖，也不會接受再校驗(yàn)；設(shè)若某選定的存儲單元有缺陷，程序?qū)⒉粫萑霟o窮循環(huán)；最重要地，軟程序脈沖寬度能夠縮短，從而達(dá)成更快速的全面軟編程時間，因?yàn)檐浘幊虝r間僅需使用在最需使用的部分。然而，若于步驟955中，預(yù)定脈沖計數(shù)并未超過NP時，則此方法900進(jìn)入步驟960，于該處當(dāng)前脈沖計數(shù)累加。
于步驟960之后，方法900接著進(jìn)入步驟965，以將軟程序脈沖加至核心存儲單元，并回到步驟950以便另一個軟程序校驗(yàn)。
于決策步驟950處，發(fā)現(xiàn)存儲單元已被正確的軟編程，則該方法900遂進(jìn)入步驟980，該處執(zhí)行是否已達(dá)到最后存儲單元地址的判定(例如，在給定的存儲單元存儲器區(qū)塊或區(qū)段之中，或在給定的多個存儲單元存儲器區(qū)塊或區(qū)段之中)。舉例而言，此方法可選擇性用來校驗(yàn)特定數(shù)量的存儲單元(例如八或十六個)的擦除，它們按NOR組態(tài)連接而成，雖然其它實(shí)行方法也可行，但根據(jù)本發(fā)明，任何數(shù)量的存儲單元，皆可依序接受校驗(yàn)。
若于決策步驟980時，尚未達(dá)到最后存儲單元地址，則此方法進(jìn)入步驟985，在進(jìn)入步驟990之前，該處的軟程序脈沖計數(shù)器會重置。在再次進(jìn)入步驟940之前，于步驟990當(dāng)前地址會累加，并前面一樣選定下個存儲單元地址。否則(如所有的這種存儲單元都已校驗(yàn)完成)，此方法900于步驟995處結(jié)束。
這樣于步驟985，進(jìn)入另一個這種存儲單元之前，或于步驟995結(jié)束之前，為了確保正確地軟編程，方法900，選擇性校驗(yàn)，再校驗(yàn)，軟編程，以及再軟編程，雙位存儲單元中的每一個存儲單元。
這方面，將會明白，方法900可包含一內(nèi)部計數(shù)器，或其它步驟，以便在幾次失敗的執(zhí)行軟編程/校驗(yàn)試圖之后，可將該存儲單元判定為不可使用(例如，無法正確地軟編程)，藉此，便可將該存儲單元(例如，或一些相關(guān)的存儲單元，如字節(jié)或字)標(biāo)示為不良，或外掛該部分，以作為部分失敗的區(qū)段擦除操作。更詳而言之，若方法900使用在制造工藝上(例如，使用在封裝前或封裝后，而不在裝運(yùn)給顧客前)，冗余(redundancy)可使用來標(biāo)示一個存儲單元或一些存儲單元為損壞的，并可提供更替或冗余儲存存儲單元置換，藉此達(dá)到可接受的生產(chǎn)利潤。方法900可結(jié)合由終端用戶所初始化的區(qū)段或芯片軟編程/校驗(yàn)等操作一并使用，此處的存儲單元失敗，會通過以存儲器組件外掛作為結(jié)果的方式，來表明給用戶。
雖然本發(fā)明已使用有關(guān)的一個或多個實(shí)施例來表示和描述，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可根據(jù)對于這份說明及附圖的閱讀和了解，而對其做出等價的修改和變型。具體地，涉及由上面說明的組件(配件，裝置，電路等)，以及先前用來描述上述組件的專業(yè)用語(包含提及″工具(means)″)，所執(zhí)行的數(shù)種功能，除了用其它方式指定之外，都傾向于與任何用來執(zhí)行前述裝置的具體功能的裝置一致(例如，功能等價)，即使其構(gòu)造與文中所公開的構(gòu)造不相同，該公開的構(gòu)造，就執(zhí)行本發(fā)明的示范實(shí)施例于文中所顯示的功能所用。此外，如果有必要或有利，本發(fā)明的一個具體特征于幾個實(shí)施例中的一個中實(shí)施，這樣的特征可與別的實(shí)施例中一個或多個別的特征結(jié)合。再者，在專業(yè)用語″includes(包含)″使用在詳細(xì)說明書或權(quán)利要求之中，此專業(yè)用語傾向于在某種程度上相似于專業(yè)用語″comprising(包括)″。
工業(yè)適用性此系統(tǒng)及相關(guān)的方法，可使用在集成電路設(shè)計的領(lǐng)域，以提供一方法，在閃存裝置中，集中已擦除核心存儲單元的VT分布情形。
權(quán)利要求
1.一種方法(900)，其使具有氧化物層-氮化物層-氧化物層(ONO)的電荷捕集層的已擦除雙位閃存單元，不必顯示其低于預(yù)定的電壓準(zhǔn)值的已擦除單元閾值電壓，其步驟包括產(chǎn)生(920)一個軟程序校驗(yàn)核心單元校驗(yàn)電壓；產(chǎn)生(925)一個基準(zhǔn)單元校驗(yàn)電壓，該基準(zhǔn)單元校驗(yàn)電壓之值不同于軟程序校驗(yàn)核心單元校驗(yàn)電壓；將軟程序校驗(yàn)核心存儲單元校驗(yàn)電壓加至(940、965)雙位已擦除核心單元的柵極部分，該雙位已擦除核心單元具有一ONO電荷捕集層，從而產(chǎn)生導(dǎo)通于其中的核心存儲單元電流；將基準(zhǔn)單元電壓校驗(yàn)電壓加至(940)基準(zhǔn)單元的柵極部分，從而產(chǎn)生導(dǎo)通于其中的核心單元電流；以核心單元電流和基準(zhǔn)存儲單元電流的比較結(jié)果為基礎(chǔ)，判定(950)與已擦除的雙位核心單元的閾值電壓，是否小于預(yù)定的閾值電壓，該已擦除雙位核心單元具有ONO電荷捕集層。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，如果判定結(jié)果指示出擦除核心單元的閾值電壓小于預(yù)定的閾值電壓，還包括執(zhí)行(965)一軟程序于一擦除的具有ONO電荷捕集層的雙位核心單元。
3.一種系統(tǒng)(400)，其使具有氧化物層-氮化物層-氧化物層(ONO)的電荷捕集層的已擦除雙位閃存單元，不必顯示其低于預(yù)定的電壓準(zhǔn)值的已擦除存儲單元閾值電壓，其包括一個軟程控電路(430)，經(jīng)配置以產(chǎn)生一軟程序電壓(V1)(450)，一軟程序核心存儲單元校驗(yàn)電壓(V3)(455)以及基準(zhǔn)單元校驗(yàn)電壓(V2)(460)，該基準(zhǔn)單元校驗(yàn)電壓之值不同于軟程序核心單元校驗(yàn)電壓(V3)；一個雙位核心單元的閃存(402)陣列，該雙位核心單元具有ONO電荷捕集結(jié)構(gòu)(405)，并可與核心地址控制電路(410)、位/列控制電路(415)以及字/行控制電路(420)相連接，其中雙位閃存陣列可操作以就選定的擦除的雙位核心單元產(chǎn)生核心單元校驗(yàn)電流(490)；一個軟程序校驗(yàn)控制電路(470)，經(jīng)配置以產(chǎn)生一基準(zhǔn)電流(495)，該基準(zhǔn)電流使用基準(zhǔn)單元校驗(yàn)電壓(V2)(460)，并對核心單元校驗(yàn)電流(490)和基準(zhǔn)單元電流(495)做比較。
4.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中該軟程序校驗(yàn)控制電路(470)包括一個軟程序校驗(yàn)比較器電路(475)，其經(jīng)配置以產(chǎn)生一指示(477)，即是否所選的擦除的雙位核心單元具有一擦除的單元閾值電壓，基于比較該電壓低于預(yù)定的水準(zhǔn)；以及一個校驗(yàn)控制邏輯電路(485)，其可操作地與軟程序校驗(yàn)比較器電路(475)相連接，并經(jīng)配置以輸出一或多個軟程控信號(486、487)，該軟程控信號，基于指示(477)，用于軟編程選定的雙位單元。
5.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，當(dāng)比較器電路(475)指出已擦除雙位單元閾值電壓在預(yù)定的電壓準(zhǔn)位之上時，其中該校驗(yàn)控制邏輯電路(485)還可操作地產(chǎn)生下一個核心單元地址控制信號(487、437)以用于隨后的擦除的核心單元校驗(yàn)。
6.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中軟程控電路(430)還包括一個軟程序多路器電路(435)，其經(jīng)配置以在程序模式信號(437)，或軟程序模式信號(436)之間做選擇；一組雙電荷泵(440)，包含一字線電荷泵電路(650)，其經(jīng)配置以產(chǎn)生一提升的字線電壓信號(670)，以及一漏極電荷泵電路(660)，其經(jīng)配置以產(chǎn)生提升的編程電壓信號(610)；以及一個軟程序基準(zhǔn)電壓電路(445、680)，其可操作以在程序模式信號(610)或軟程序模式信號(690)之間做選擇，并以所選定的電壓信號為基礎(chǔ)，響應(yīng)產(chǎn)生多個軟程序校驗(yàn)電壓(620、630、640)。
7.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中軟程序多路器電路(700)包括一個模式選擇邏輯柵極的網(wǎng)絡(luò)，其可操作以產(chǎn)生一軟程序使能信號(710)至該基準(zhǔn)邏輯電路(680)以響應(yīng)該軟程序模式信號(690)；以及一個字線電荷泵供應(yīng)電路(705、715、720、730)，其可操作以產(chǎn)生供應(yīng)電壓(740)至字線電荷泵電路(650)，以響應(yīng)該軟程序模式信號(750)。
8.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中該組電荷泵(440、650、660)，包括一字線電荷泵電路(650)，其可操作地連接至軟程序多路器電路(700)，且經(jīng)配置產(chǎn)生一提升的字線電壓(670)，以響應(yīng)該軟程序模式信號(750)；以及一個漏極電荷泵電路(660)，其經(jīng)配置以產(chǎn)生一提升的編程電壓(610)至該基準(zhǔn)邏輯電路(680)，以響應(yīng)一程序模式信號(760)。
9.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中該軟程序基準(zhǔn)電壓電路(445、800)包括一個基準(zhǔn)邏輯電路(680、800)，其進(jìn)一步從電荷泵電壓((670、610)或(810、830))及其各自的模塊之中做選擇，并將所選定的電壓送至校驗(yàn)電壓分壓器電路(850)，且可操作地與軟程序多路器電路(700)相連接，并經(jīng)配置以接收軟程序使能命令(690、840、820)。
10.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中該軟程序基準(zhǔn)電壓電路(445、800)還包括一個校驗(yàn)電壓分壓器電路(850)，其經(jīng)配置至少產(chǎn)生下列校驗(yàn)電壓一個4.0伏特的軟程序校驗(yàn)電壓(620、830)，其用作校驗(yàn)電壓分壓器(850)的電源，并傳送至軟程序校驗(yàn)?zāi)Ｊ骄w管的柵極(840)，以建立正確的電壓分壓器比率；一個3.7伏特的基準(zhǔn)電壓(860)，其被傳送至基準(zhǔn)單元(480)的柵極，用以建立一預(yù)定的基準(zhǔn)單元電流(495)；以及一個2.7伏特的字線電壓(630、870)，其被傳送至雙位核心單元字線(455)的柵極，用以建立雙位核心單元電流(490)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種方法(900)和系統(tǒng)(400)，其用于存儲單元軟程序和軟程序校驗(yàn)，以調(diào)整或校正處于目標(biāo)最小電壓(380)和最大電壓(390)間的閾值電壓(350)，其可能與雙位存儲單元架構(gòu)(50)聯(lián)合使用。該方法(900)包括應(yīng)用一參考電壓信號(455)至過壓擦除的核心單元，和一個不同單元(480)，比較分別由它們產(chǎn)生的兩個電流(475)，選擇性地校驗(yàn)(485，435)存儲單元的一個或多個位的正確軟編程，確定雙位存儲單元被正確地軟編程(950)。該方法也可包括選擇性地再校驗(yàn)(950，955)存儲單元的正確軟編程于在該單元至少一個或多個位(980)選擇性地軟編程(965)之后。
文檔編號G11C16/34GK1494720SQ01823119
公開日2004年5月5日 申請日期2001年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月9日
發(fā)明者S·K·亞橋瑞尼, D·G·哈密頓, B·Q·李, 栗原和弘, S K 亞橋瑞尼, 哈密頓, 弘, 李 申請人:先進(jìn)微裝置公司, 富士通公司