[发明专利]一种局部俘获型快闪存储器实现多值/多位存储的操作方法

说明书

技术领域

本发明涉及非挥发性快闪存储器的编程和擦除方法，特别是局部俘获型存储器实现高密度多值/多位存储的操作方法。

背景技术

非挥发快闪存储器(flash memory)已广泛地应用于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中进行信息的存储，正朝着高存储容量和低成本的方向快速发展。为了提高单位面积的存储密度，一个最直接的方法是减小存储器单元的物理尺寸。然而随着存储单元的尺寸进一步缩小，接近物理极限时，通过缩小单元尺寸增大存储容量的方法就行不通了。另一种方法是通过多值多位的存储来增加存储密度。由于该方法在一个存储单元内能实现多个比特的存储，可以大大降低存储的成本，因此该方法一经提出立刻就立刻成为了研究的热点。相对于传统的单值单元存储操作，每个存储单元只能存储1位比特。而多值单元存储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数量，从而使一个存储单元可以根据不同的编程条件得到若干个不同的阈值电压。通过读取操作可以确定单元所存储的多个比特值。对于局部俘获型存储器由于电荷可以存储在一个存储单元沟道两边的不同物理位置，从而实现一个单元存储2个比特的多位存储。相对于其他类型的非挥发性快闪存储器，局部俘获型存储器可同时实现多值/多位的存储，大大提高了单个存储单元的存储密度。NROM存储器就是一个多值/多位存储的典型运用，它能在一个存储单元的左右两边的不同物理位置实现2比特的多位存储，同时在每个存储位使用4值多值存储，因此可以实现每个单元存储4个比特。

对于局部俘获型存储器通常使用沟道热电子注入(CHEI)方法进行局部编程，采用带-带遂穿的热空穴注入(BBHH)方法进行局部擦除。由于电子和空穴注入的位置不能很好的匹配，存储层中的电子不能完全被擦除掉，经过多次编程/擦除之后，电子会逐渐堆积起来使编程和擦除后的阈值电压同时升高，使读出窗口明显减小，大大降低了存储单元的耐受力以及保持特性。此外对于局部俘获型存储单元的多值存储操作，由于受到总的编程窗口的限制，多个存储状态对应的阈值电压的分布宽度很窄，而且它们之间的间距也很小，因此经过多次编程/擦除以后，多值存储单元的耐受力和保持特性比单值存储单元的退化更加严重，可靠性问题成为制约高密度多值存储的一个瓶颈问题。另一方面，当存储单元的沟道长度减小到90nm以下，实现多位存储时，左右两个比特之间的影响，即第二位比特效应日趋严重。这又限制了多位存储的进一步应用。因此发明一种新的高可靠性多值/多位存储的操作方法对局部俘获型存储器实现高密度存储是非常迫切和需要的。

发明内容

本发明目的是：针对局部俘获型快闪存储器，提出了一种进行高密度多值/多位存储操作的新方法，使一个存储单元实现4比特的存储。该方法不会出现电子和空穴注入位置不匹配而造成存储层的电子不能被有效擦除而发生的堆积现象，使存储单元的耐受力和保持能力得到提高，同时该方法可以有效降低第二位比特效应，大大提高了多值/多位存储的可靠性。

本发明的技术方案，一种局部俘获型快闪存储器的多值/多位存储单元的操作方法，4位比特的多值/多位存储单元的编程和擦除操作包括下面的步骤：

对于存储单元左右物理存储位存储相同的比特情况，按下面的步骤操作：首先将存储单元置于擦除状态，并保证存储单元的阈值电压沿着沟道均匀分布，则单元左右存储为可同时实现“11”状态存储，即同时为擦除状态；若存储单元左右存储位同时实现“10”状态存储，即低位阈值电压编程状态，则将处于擦除状态的单元均匀地编程到低位阈值电压编程状态，并保证存储单元的阈值电压沿着沟道均匀分布；若存储单元左右存储位同时实现“01”状态存储，即次高位阈值电压编程状态，则将处于擦除状态的单元均匀编程到次高位阈值电压编程状态，并保证存储单元的阈值电压沿着沟道均匀分布；若存储单元左右存储位同时实现“00”状态存储，即最高位阈值电压编程状态，则将处于擦除状态的单元均匀编程到最高位阈值电压编程状态，并保证存储单元的阈值电压沿着沟道均匀分布；处于以上三种编程状态的存储单元可使用均匀的擦除操作；

考虑可能存在过擦除现象，在均匀的擦除操作后进行均匀的编程操作，使存储单元重新回到擦除状态，并保证存储单元的阈值电压沿着沟道均匀分布。