[发明专利]自适应和自校准的多级非易失性存储器

说明书

技术领域

本公开涉及用于多级单元(MLC)非易失性存储器(NVM)的自适应和 自校准的方法和结构。

背景技术

数据通过将电荷载流子从金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET) 的沟道注入电荷存储层，调制在NVM中的MOSFET的阈值电压V_th，被存 储在NVM单元中。例如，关于MOSFET，在浮置栅极或FET沟道区域之上 的介电层中的电子的累积使得MOSFET展现相对高的V_th。而在浮置栅极或 FET沟道区域之上的介电层中的空穴的累积使得MOSFET展现相对低的V_th。 如图1所示，用于源极至漏极电流I_ds相对于在相同的漏极电压偏置下施加的 栅极电压V_g的曲线，在较高阈值电压下沿着施加的栅极电压轴向右平移，并 且反之亦然。

在NVM单元中存储的位数由可分辨的阈值电压级(level)的数量确定， 假定位数＝log₂(可分辨的阈值电压级的数量)。可以被读出和分辨的阈值电 压级越多，可以被存储在单个NVM单元中的位数越多。

在传统的MLC NVM中，阈值电压级读出已经通过比较来自存储器单元 的电流(电压)响应与参考单元的电流(电压)响应进行，在相同的栅极电 压偏置下该参考单元的阈值电压级被预调整(pre-trim)到参考响应电流(电 压)级。然而，由于从制造工艺遗留的跨导“g_m”(其中g_m＝ΔI_ds/ΔV_g)和 NVM单元的阈值电压V_th的不均匀性，假定具有如图1所示的相同阈值电压， 各驱动电流-栅极电压曲线对于不同的NVM单元在斜率(跨导)和阈值电 压(开始(onset)点)上不同。在图1中，对于每个指定的阈值电压级，实 线表示具有中值跨导的单元的典型的单元驱动电流相对于控制栅极电压的曲 线，虚线表示具有与该指定的阈值电压级相关联的最大跨导的单元的这样的 曲线，而点划线表示具有与该指定的阈值电压级相关联的最小跨导的单元的 这样的曲线。注意到，对于指定的阈值电压级的每条线组(实线、点划线和 虚线)表示了NVM单元的三种不同跨导。所示的四线组以四个不同的阈值 电压级变化它们的阈值电压(ΔV_th0、ΔV_th1、ΔV_th2和ΔV_th3)。具体地，在 多个NVM单元中，由于光刻、氧化厚度或氧化阱密度造成的单元彼此之间 在纵横比(宽度/长度)上的变化，导致NVM单元跨导的变化，而沟道杂质 或固定电荷的变化导致在编程之前的各NVM单元原始阈值电压的变化。在 包括参考单元的NVM单元之间的变化，尤其在与如图1所示施加的恒定的 栅极电压的参考单元比较方案中，对能够达到的可分辨阈值电压级的数量施 加了限制。

而且，因为存储器单元比参考单元经历更多的写入-擦除循环，所以在存 储器单元中的跨导降级(在驱动电流-栅极电压曲线中的斜率更小)比在参考 单元中的跨导降级更严重。贯穿设备生命期，需要用于补偿这样的影响的其 它技术(如循环参考单元或重新调整读出放大器的偏置)。