[发明专利]非易失性存储器件及读取存储单元的方法

说明书

技术领域

本申请总体上涉及非易失性存储器(“NVM”)单元。更具体地说，本申请涉及读取NVM单元的方法以及利用这些方法的NVM器件。

背景技术

现有技术中已知有单电荷存储区和双电荷存储区NVM存储单元。一种这样的存储单元是图1所示的NROM(氮化物只读存储器)单元10，现在参考该NROM单元10，其在基于氮化物的层16中存储两个比特12和14，所述层16夹在导电层18和沟道20之间。在很多专利中都对NROM单元进行了描述，例如，在转让给本发明的共同受让人的美国专利No.6649972中对其进行了描述，在此将该专利的公开内容并入本文。

比特12和14是可以单独访问的，因此，可以单独地进行编程(常规上表示为“0”)、擦除(常规上表示为“1”)和读取。比特(12和14)的读取涉及到确定如在读取特定比特时所看到的阈值电压Vt是高于(编程)读取参考电压电平RD还是低于(擦除)该参考电压电平。

现在参考图2A，其示出了作为阈值电压Vt的函数的存储器芯片(通常具有大量的形成为存储器阵列的NROM单元)的编程和擦除状态分布。被擦除的比特是其阈值电压已经降低到擦除阈值电压EV以下的比特。因此，通常擦除分布30的最右点在擦除阈值电压EV附近(优选在该电压或以下)。类似地，被编程的比特是其阈值电压已经上升到编程阈值电压PV以上的比特。因此，通常编程分布32的最左点在编程阈值电压PV附近(优选在该电压或以上)。

两个阈值电压PV和EV之间的差异为工作窗口W0。通常将读取参考电压电平RD置于窗口W0之内，并且例如从读取参考单元中产生该参考电压电平。读取参考单元通常，但未必一定处于非自然状态，如转让给本发明的共同受让人的美国专利No.6490204所述，在此将其公开内容并入本文中作为参考。在这种情况下，读取参考单元的阈值电压可以在图2A中的RD电平处。

然后利用比较电路(例如差分读出放大器)将来自被读取的比特的信号与读取基准电平产生的信号进行比较，结果应当确定阵列单元是处于编程状态还是处于擦除状态。或者，不使用参考单元，读取参考信号可以是独立产生的电压或电流信号。在现有技术中已知还有其他产生读取参考信号的方法。

由于感测方案电路可能不完善，其特征可能会在不同的工作和环境条件下变化，因此通常需要容限M0和M1来分别正确地读取“0”和“1”。只要编程和擦除分布超过这些容限，就可以实现可靠的读取。然而，在处理多电平单元(“MLC”)时维持恰当的容限和读取存储单元的问题变得更加复杂。

在MLC中，同一单元上可以共存两个或更多的编程电平，如图2B所示。在读取MLC单元以确定单元处于多个逻辑状态中的哪一个时，必须使用至少两个读取参考单元。在读取操作期间，必须确定MLC单元的阈值处于由读取参考单元定义的两个或更多阈值电压界定的三个或更多区域中的一个。如图2B所示，限定MILC中的给定状态的电压阈值边界通常要比双态NYM单元的电压阈值边界小得多。现在参考图2B，其示出了MILC的四个不同的阈值电压区域，其中每个区域与MLC的编程状态之一或MLC的擦除状态相关联。由于在MLC中需要将潜在阈值电压(例如3伏到9伏)的相当固定的范围分成若干子范围或区域，因此MLC中的每个子范围或区域的大小通常小于双态NVM单元的区域，该双态单元仅需要两个电压阈值区域，如图2A所示。

NVM单元的电压阈值很少保持固定。阈值电压漂移是可能导致存储单元的阈值电压变化较大的现象。这些变化可能由于来自单元的电荷存储区的电荷泄漏、温度变化以及由于来自相邻NVM单元的工作干扰而产生。现在参考图2C，其针对10次循环和1000次循环示出了作为时间的函数、由于漂移引起的与示例性MLC的两种编程状态相关的阈值电压(V_t)变化的曲线图。如该曲线图所示，电压漂移可能会在很多个单元上发生，并且可能会在这些单元上以相关的方式发生。还知道漂移的大小和方向取决于NVM经历编程和擦除循环的次数和MLC的编程电平。还知道单元的(V_t)的偏移可以沿向上或向下的方向。

存储单元的阈值电压的变化可能会导致错误的状态读取，并可能进一步导致存储器阵列中的数据的破坏。在MLC单元中电压偏移尤其是个问题，在所述MLC单元中与每一编程状态相关的V_t区域或子范围与典型的双态单元相比相对较小。