[发明专利]一种精确的多值存储单元的编程方法

说明书

技术领域

本发明涉及非挥发性快闪存储器的编程方法，特别是局部俘获型存储器实现多值存储的一种精确的编程方法。

背景技术

非挥发性快闪存储器已经广泛应用于U盘驱动器、MP3播放器、数码相机、个人数字助理、移动电话和手提电脑等各种便携式电子产品。增加存储容量和降低生产成本成为非挥发性快闪存储器最重要的技术问题。近年来通过多值存储技术来增加存储密度和降低生产成本越来越受到重视，已经成为了非挥发性快闪存储器研究的热点。不同于单值存储单元只能存储1位比特，多值存储单元是利用不同的编程电压或编程时间，改变存储层上存储的电荷的数量得到若干个不同的阈值电压。通过读取存储单元的电流值来确定单元的阈值电压决定所存储的比特位，从而可以使单个存储单元实现多位比特值的存储。

传统的多值存储技术面临诸多问题。首先，在实现多值存储时，由于受到总的编程窗口的限制，不同存储状态所对应的阈值电压的分布很窄。其次，为了将多值单元存储的信息准确地读出，不同编程状态的阈值电压之间应当要有足够的间距，但这个间距对多值单元来说相对较小。因此经过多次编程/擦除后多值单元具有的多个阈值电压之间容易出现交叠，从而使读出电路很难分辨出所存储的比特。第三， 对于局部俘获型快闪存储器，它能在存储单元左右两边不同位置实现信息存储，使一个单元能同时存储2位比特。然而现有的编程技术并不能实现非常好的局部编程，存储的电子会向沟道一侧扩展，严重影响耐受性和保持特性。当存储单元的沟道尺寸近一步减小，单元左右两边存储的比特会互相干扰，第二位比特效应很严重。

传统的2比特多值单元的编程方法所得到的阈值电压分布如图1所示。为了提高编程的精度，一个幅值递增的连续脉冲(ISPP)编程方法被广泛使用。2比特多值单元具有一个擦除状态和3种编程状态。如果将存储单元从擦除状态100编程到阈值电压最低的第一级编程状态102，则使用初始脉冲幅值较低的ISPP方法进行编程。编程后进行验证操作，如果验证编程后的阈值电压达到第一级编程验证电压V_PV1，则停止编程。如果将存储单元从擦除状态100编程到阈值电压次高的第二级编程状态103，则使用初始脉冲幅值中等的ISPP方法进行编程。接着进行编程后验证操作，如果验证编程后的阈值电压达到第二级编程验证电压V_PV2，则停止编程。如果将存储单元从擦除状态100编程到阈值电压最高的第三级编程状态104，则使用初始脉冲幅值较高的ISPP方法进行编程。接着进行编程后验证操作，如果验证编程后的阈值电压达到第三级编程验证电压V_PV3, 则停止编程。如果要将存储单元擦除到擦除状态，则进行擦除操作，然后执行擦除验证操作。如果单元的阈值电压小于擦除验证电压VE，则停止擦除操作。擦除状态100，第一级编程状态102，第二级编程状态103和第三级编程状态104之间分别有读窗口101，103，105进行分开。传统的ISPP多值单元的编程方法在编程较高的阈值电压时，所使用的编程脉冲的初始幅值就很大，则对于局部俘获型快闪存储单元就会使电子的分布范围过宽，使编程/擦除位置不匹配更严重，使存储单元的耐受性和保持特性退化，对短沟道存储单元还会加重第二位比特效应。

针对传统的多值单元的编程方法，本发明提出了一种精确的编程方法。该方法对于不同的编程状态，都能使存储单元的阈值电压从擦除状态准确地编程到特定值，且使每个存储状态下对应的阈值电压分布很窄。针对非挥发性局部俘获型存储器，还能使编程注入的电荷局部存储在漏结上方很狭窄的存储区域内，能够提高存储单元的编程/擦除耐受性和保持特性，降低了第二位比特效应带来的影响。

发明内容

本发明目的是：针对非挥发性局部俘获型存储器，提出了一种新的多值存储操作的编程方法，使存储单元的阈值电压能准确地编程到预定值，且使存储的电荷在存储层中有具有很窄的空间分布。