專利名稱：存儲器操作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及存儲器技術領域，是有關于一種存儲器的操作方法，
且特別是有關于一種具有多級存儲單元(multi level cell, MLC)的存儲
器的操作方法。
背景技術：
在存儲器制造業(yè)中，提髙存儲器的密度以降低制造成本系為技術 發(fā)展的重要關鍵。隨著存儲器元件的尺寸微縮逐漸逼近物理極限，利 用工藝提高存儲器元件的密度已經變的愈來愈困難。
因此，隨著具有多級存儲單元(multi level cell, MLC)的存儲器的概 念被提出，便衍生出另一種提高存儲器密度的發(fā)展方向。具有MLC的 存儲器系利用電荷改變存儲單元的閾值電平，以讀取電流的大小判定 存儲器儲存的位狀態(tài)。目前的存儲器編程方法，都難以將存儲單元編 程到精確的閾值電平，使得代表不同位的讀取電流范圍容易重迭，造 成位判定上的困難。
因此，如何在對存儲單元進行編程時，能夠讓存儲單元具有精確 的閾值電平，以提高數據讀取的正確度，是業(yè)界所致力的課題之一。

發(fā)明內容
有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種存儲器的操作方法， 該方法是在編程過程中分階段修正閾值電平，使存儲單元于每次編程 操作均能精確改變到設定的閾值電平，使具有MLC的存儲器的可靠性 得以提高，以提高數據讀取的正確性。
根據本發(fā)明，提出一種存儲器的操作方法，該操作方法包括下列 步驟。首先，提供一存儲器，存儲器包括一電荷儲存結構。溝道區(qū)位 于源極區(qū)及漏極區(qū)之間，電荷儲存結構設置于溝道區(qū)上，柵極設置于電荷儲存結構上。接著，注入第一型電荷至電荷儲存結構內，使存儲 器的閾值電平高于一擦除電平。然后，注入第二型電荷至電荷儲存結 構，使存儲器的閾值電平低于一設定位電平。接著，注入第一型電荷 至電荷儲存結構內，使存儲器的閾值電平趨近于或等于設定位電平。
根據本發(fā)明，提出一種存儲器的操作方法，該操作方法包括下列 步驟。首先，提供一存儲器，存儲器包括一電荷儲存結構、 一襯底及 一柵極，襯底具有一溝道區(qū)、 一源極區(qū)及一漏極區(qū)，溝道區(qū)位于源極 區(qū)及漏極區(qū)之間，電荷儲存結構設置于溝道區(qū)上，柵極設置于電荷儲 存結構上。接著，分別對柵極、源極區(qū)及漏極區(qū)施加一第一柵極偏壓、 一第一源極偏壓及一第一漏極偏壓，使存儲器的閾值電平高于一擦除 電平。然后，分別對柵極、源極區(qū)及漏極區(qū)施加一第二柵極偏壓、一 第二源極偏壓及一第二漏極偏壓，使存儲器的閾值電平低于一設定位 電平。接著，分別對柵極、源極區(qū)及漏極區(qū)施加一第三柵極偏壓、一 第三源極偏壓及一第三漏極偏壓，使存儲器的閾值電平趨近于或等于 設定位電平。
為讓本發(fā)明的上述內容能更明顯易懂，下文特舉一較佳實施例， 并配合所附圖式，作詳細說明。


圖1繪示依照本發(fā)明一較佳實施例的一種存儲器的操作流程圖； 圖2A繪示本發(fā)明一較佳實施例的一種存儲器于操作流程的擦除 步驟的示意圖2B繪示本發(fā)明一較佳實施例的一種存儲器于操作流程的擦除 步驟的閾值電平變化；
圖3A繪示本發(fā)明一較佳實施例的一種存儲器于操作流程的編程 步驟的示意圖3B繪示本發(fā)明一較佳實施例的一種存儲器于操作流程的編程 步驟的閾值電平變化；
圖4A繪示本發(fā)明一較佳實施例的一種存儲器于操作流程的修正 步驟的示意圖；以及圖4B繪示本發(fā)明一較佳實施例的一種存儲器于操作流程修正步 驟的閾值電平變化。
主要元件符號說明
2:擦除電平
4、6、 8:位電平
10:襯底
12:源極區(qū)
14:漏極區(qū)
16:溝道區(qū)
20:電荷儲存結構
21:隧穿介電層
22:電荷儲存層
23:阻擋層
30:柵極
50:存儲器
具體實施例方式
請參照圖1，其繪示依照本發(fā)明一較佳實施例的一種存儲器的操作
流程圖。并請同時參照圖2A、圖3A及圖4A，其分別繪示本發(fā)明一較 佳實施例的一種存儲器于操作流程的擦除步驟、編程步驟及修正步驟 的示意圖。另請同時對照圖2B、圖3B及圖4B，其分別繪示本發(fā)明一 較佳實施例的一種存儲器于操作流程的擦除步驟、編程步驟及修正步 驟的閾值電平變化。
首先，如步驟101所示，提供一存儲器，如圖2A的存儲器50。 存儲器50例如為一存儲器陣列中的一存儲單元。存儲器50包括電荷 儲存結構20、襯底10與柵極30。襯底10具有溝道區(qū)16、源極區(qū)12 及漏極區(qū)14，溝道區(qū)16位于源極區(qū)12及漏極區(qū)14之間，電荷儲存結 構20設置于溝道區(qū)16上，柵極30設置于電荷儲存結構20上。
接著，如步驟102所示，注入第一型電荷至電荷儲存結構20內。本實施例中，第一型電荷為電子，因此步驟102會使存儲器50的閾值 電平高于一擦除電平，例如圖2B的擦除電平2。如圖2A所示，于步 驟102中，系對柵極30施加偏壓Vgl，并分別對源極區(qū)12及漏極區(qū) 14施加偏壓Vsl及Vdl，使電子從溝道區(qū)16注入至電荷儲存結構20 內。如圖2B所示，閾值電平隨著注入電子的時間增加而逐漸升高。步 驟102的目的主要是將存儲器50設定為擦除狀態(tài)，以利于后續(xù)的操作。
上述步驟102可以使用雙邊偏壓(dual side bias, DSB)注入法來完 成。當施加于柵極30的偏壓Vgl的范圍例如位于8V至12V之間，而 施加于源極區(qū)12及漏極區(qū)14的偏壓Vsl及Vdl的范圍均例如位于4V 至6V之間時，源極區(qū)12及漏極區(qū)14的空穴被加速而進入襯底10。 空穴沖擊襯底10內的原子，使原子產生離子化，而產生更多的電子空 穴對(electron and hole pair)。施加于柵極30的正偏壓再將電子吸往電 荷儲存結構20內。
但本發(fā)明的技術不限于此，步驟102也可以使用富勒諾罕 (Fowler-Nordheim, FN)注入，此時施加于柵極30的偏壓Vgl的范圍例 如位于16V至20V之間，而施加于源極區(qū)12及漏極區(qū)14的偏壓Vsl 及Vdl例如實質上均為0V?；蛘呤牵襟E102也可以使用溝道熱電子 (Channel Hot Electron, CHE)注入，此時施加于柵極30的偏壓Vgl的范 圍例如位于6V至10V之間，而施加于源極區(qū)12及漏極區(qū)14的偏壓 Vsl及Vdl的其中之一的范圍例如位于5V至7V之間，而偏壓Vsl及 Vdl的其中之另一實質上例如為0V。較佳地，本實施例中對于襯底10 施加的偏壓VB為OV，以利于電場形成。
然后，如步驟103所示，驗證存儲器50的閾值電平是否高于擦除 電平2。如果存儲器50的閾值電平低于擦除電平2，則回到步驟102; 如果存儲器50的閾值電平高于擦除電平2，則執(zhí)行步驟104。
接著，如步驟104所示，注入第二型電荷至電荷儲存結構20內。 本實施例中，第二型電荷為空穴，因此步驟104會使存儲器50的閾值 電平低于一設定位電平。如圖3B所示，設定位電平可以是位電平4、 位電平6及位電平8的三者其中之一，其中位電平8低于位電平6，位 電平6低于位電平4。步驟104的目的是將存儲器50的閾值電平調整成小于設定位電平。
如圖3A所示，步驟104中對柵極30施加偏壓Vg2，并分別對源 極區(qū)12及漏極區(qū)14施加偏壓Vs2及Vd2，使空穴從溝道區(qū)16注入電 荷儲存結構20內。如圖3B所示，步驟104中系控制施加于柵極30的 偏壓值及其施加時間，使存儲器50的閾值電平低于設定位電平，此設 定位電平為位電平4、位電平6及位電平8的三者其中之一。如果所要 達到的設定位電平與擦除電平2的差距愈大，則施加于柵極30的偏壓 值愈大，或施加偏壓的時間愈長。較佳地，當設定位電平為位電平4 時，執(zhí)行完步驟104后存儲器50的閾值電平位于位電平4及位電平6 之間；當設定位電平為位電平6時，執(zhí)行完步驟104后存儲器50的閾 值電平位于位電平6及位電平8之間。當設定位電平為位電平8時， 執(zhí)行完步驟104后存儲器50的閾值電平位于位電平8之下。
同樣的，步驟104可以使用DSB注入完成，此時施加于柵極30 的偏壓Vg2的范圍例如位于-8V至-12V之間，而施加于源極區(qū)12及漏 極區(qū)14的偏壓Vs2及Vd2的范圍例如均仍然維持于4V至6V之間， 則柵極30與襯底10之間所產生的電場可將空穴吸往電荷儲存結構20 內。步驟104也可以使用FN注入，此時施加于柵極30的偏壓Vg2的 范圍例如位于-16V至-20V之間，而施加于源極區(qū)12及漏極區(qū)14的偏 壓Vs2及Vd2例如實質上均為0V?；蛘呤牵襟E104可以使用帶間熱 空穴(Band to Band Hot Hole, BBHH)注入，此時施加于柵極30的偏壓 Vg2的范圍例如位于-6V至-10V之間，而施加于源極區(qū)12及漏極區(qū)14 的偏壓Vs2及Vd2的其中之一的范圍例如位于5V至7V之間，而偏壓 Vs2及Vd2的其中之另一實質上例如為0V。
然后，如步驟105所示，驗證存儲器50的閾值電平是否低于設定 位電平。如果存儲器50的閾值電平高于設定位電平，則回到步驟104; 如果存儲器50的閾值電平低于設定位電平，則執(zhí)行步驟106。
接著，如步驟106所示，注入第一型電荷至電荷儲存結構20內。 本實施例中，第一型電荷為電子，因此步驟106會使存儲器50的閾值 電平趨近于或等于設定位電平。步驟106的目的是將存儲器50的閾值 電平修正至趨近設定位電平。如圖4A所示，步驟106中對柵極30施
9加偏壓Vg3，并分別對源極區(qū)12及漏極區(qū)14施加偏壓Vs3及Vd3， 使電子從溝道區(qū)16注入電荷儲存結構20內。
本發(fā)明所屬的技術領域具有通常知識者可以理解，步驟106系對 存儲器50的閾值電平進行微調修正，因此在使用同一種注入方法下， 較佳地于步驟106中對柵極30所施加的偏壓值，系低于步驟104中對 柵極30所施加的偏壓值。因此，對于步驟106注入電子的速度會小于 步驟104注入空穴的速度。換句話說，步驟104可以快速的編程使存 儲器50的閾值電平小于設定位電平，再進行步驟106使存儲器50的 閾值電平緩和的收斂至設定位電平，如此可以使存儲器50的閾值電平 精確地被編程至設定位電平。
同樣的，步驟106可以使用DSB注入完成，此時施加于柵極30 的偏壓Vg3的范圍位于-2V至2V之間，而施加于源極區(qū)12及漏極區(qū) 14的偏壓Vs3及Vd3的范圍維持于5V至7V之間，則柵極30與襯底 10之間所產生的電場可將電子吸往電荷儲存結構20內。
同樣的，步驟106也可以使用FN注入來完成。此時施加于柵極 30的偏壓Vg3的范圍例如位于16V至20V之間，而施加于源極區(qū)12 及漏極區(qū)14的偏壓Vs3及Vd3例如實質上均為0V。步驟106也可以 使用CHE注入來完成，此時施加于柵極30的偏壓Vg3的范圍例如位 于5V至10V之間，而施加于源極區(qū)12及漏極區(qū)14其中之一的偏壓 Vs3及Vd3的范圍位于5V至7V之間，且施加于源極區(qū)12及漏極區(qū) 14其中之另一偏壓Vs3或Vd3的范圍實質上為0V。
步驟106的執(zhí)行，可分為以下三種情況來討論
1. 當設定位電平為位電平4，且執(zhí)行104之后存儲器50的閾值電 平低于位電平4時，于步驟106中施加于柵極30的偏壓值，將使存儲 器50的閾值電平趨近于或等于位電平4。以DSB注入為例，施加于柵 極30的偏壓Vg3例如為2V，而施加于源極區(qū)12及漏極區(qū)14的偏壓 Vs3及Vd3例如皆為6V。
2. 當設定位電平為位電平6，且執(zhí)行104之后存儲器50的閾值電 平低于位電平6時，于步驟106中施加于柵極30的偏壓值，將使存儲 器50的閾值電平趨近于或等于位電平6。以DSB注入為例，施加于柵極30的偏壓Vg3例如為IV，而施加于源極區(qū)12及漏極區(qū)14的偏壓 Vs3及Vd3例如皆為6V。
3.當設定位電平為位電平8，且執(zhí)行104之后存儲器50的閾值電 平低于位電平8時，于步驟106中施加于柵極30的偏壓值，將使存儲 器50的閾值電平趨近于或等于位電平8。以DSB注入為例，施加于柵 極30的偏壓Vg3例如為0V，而施加于源極區(qū)12及漏極區(qū)14的偏壓 Vs3及Vd3例如皆為6V。
然后，如步驟107所示，驗證存儲器50的閾值電平是否低于設定 位電平。如果存儲器50的閾值電平低于設定位電平，則回到步驟106; 如果存儲器50的閾值電平高于或等于設定位電平，則結束本操作方法。
若將擦除電平2設定為對應至數據值00，位電平4設定為對應至 數據值Ol，位電平6設定為對應至數據值10，位電平8設定為對應至 數據值11，則存儲器50可以在單一存儲單元中儲存兩位的信息。當然， 如果能夠精確的編程至更多的位電平，則可以儲存更多的位信息。
本實施例中，電荷儲存結構20包括隧穿介電層21、電荷儲存層 22及阻擋層23。隧穿介電層21設置于溝道區(qū)16上，電荷儲存層22 設置于隧穿介電層21上，阻擋層23設置于電荷儲存層22上。當隧穿 介電層21為氧化物例如氧化硅，電荷儲存層22為氮化物例如氮化硅， 阻擋層23為氧化物例如氧化硅時，此時的存儲器形成SONOS結構的 存儲器。此外，隧穿介電層21亦可以為一ONO層，此時的存儲器則 形成BE-SONOS結構的存儲器。另外，電荷儲存層22可以以浮動柵 極、納米晶體層或氧化鋁層來代替。此外，本實施例中柵極30的材料 較佳地使用N型多晶硅。
本發(fā)明上述實施例所揭露的存儲器的操作方法，系將存儲器的數 據寫入的步驟區(qū)分為多個階段，使存儲器中存儲單元的閾值電平能精 確的收斂于一設定位電平。如此，可以正確地設定每個存儲單元的閾 值電平，以將數據精確地寫入每個存儲單元中。這樣一來，本發(fā)明更 可以提高讀取存儲器時，MLC的位判定的精確性，并提高數據讀取時 的準確度，減少數據誤判的機率。
綜上所述，雖然本發(fā)明已以一較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明。本發(fā)明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本 發(fā)明之精神和范圍內，當可作各種的更動與潤飾。因此，本發(fā)明的保 護范圍當以權利要求書所界定的范圍為準。
權利要求
1、一種存儲器的操作方法，其特征在于，該方法包括A、提供一存儲器，該存儲器包括一電荷儲存結構；B、注入第一型電荷至該電荷儲存結構內，使該存儲器的閾值電平高于一擦除電平；C、注入第二型電荷至該電荷儲存結構內，使該存儲器的閾值電平低于一設定位電平；以及D、注入第一型電荷至該電荷儲存結構內，使該存儲器的閾值電平趨近于或等于該設定位電平。
2、 根據權利要求1所述的操作方法，其特征在于，該步驟C中的 第二型電荷注入速度大于該步驟D中的第一型電荷注入速度。
3、 根據權利要求1所述的操作方法，其特征在于，在該步驟D中， 施加于該柵極的偏壓值低于該步驟C中施加于該柵極的偏壓值。
4、 根據權利要求1所述的操作方法，其特征在于，在該步驟C中， 通過控制施加于該柵極的偏壓值及施加時間，使該存儲器的閾值電平 低于該設定位電平，該設定位電平是一第一位電平、 一第二位電平及 一第三位電平三者其中之一，該第三位電平低于該第二位電平，該第 二位電平低于該第一位電平；當該設定位電平為該第二位電平時，執(zhí)行該步驟C后的該存儲器 的閾值電平系位于該第三位電平及該第二位電平之間；當該設定位電平為該第一位電平時，執(zhí)行該步驟C后的該存儲器 的閾值電平位于該第二位電平及該第一位電平之間。
5、 根據權利要求1所述的操作方法，其特征在于，該步驟B以一 雙邊偏壓DSB注入、 一富勒諾罕FN注入或一溝道熱電子CHE注入完 成。
6、 根據權利要求1所述的操作方法，其特征在于，該步驟B中施 加于該柵極的偏壓值的范圍位于8V至12V之間，施加于該源極區(qū)及 該漏極區(qū)的偏壓值的范圍都位于4V至6V之間；或該步驟B中施加于該柵極的偏壓值的范圍位于16V至20V之間，施加于該源極區(qū)及該漏極區(qū)的偏壓值實質上皆為0V;或該步驟B中施加于該柵極的偏壓值的范圍位于6V至10V之間，施加于該源極區(qū)及該漏極區(qū)其中之一的偏壓值的范圍位于5V至7V之 間，且施加于該源極區(qū)及該漏極區(qū)其中之另一的偏壓值實質上為0V。
7、 根據權利要求1所述的操作方法，其特征在于，該步驟C以一 DSB注入、一FN注入或一帶間熱空穴BBHH注入完成。
8、 根據權利要求1所述的操作方法，其特征在于，該步驟C中施 加于該柵極的偏壓值的范圍位于-8V至-12V之間，施加于該源極區(qū)及 該漏極區(qū)的偏壓值的范圍都位于4V至6V之間；或該步驟C中施加于該柵極的偏壓值的范圍位于-16V至-20V之間， 施加于該源極區(qū)及該漏極區(qū)的偏壓值實質上為OV;或該步驟C中施加于該柵極的偏壓值的范圍位于-6V至-10V之間， 施加于該源極區(qū)及該漏極區(qū)其中之一的偏壓值的范圍位于5V至7V之 間，且施加于該源極區(qū)及該漏極區(qū)其中之另一的偏壓值實質上為0V。
9、 根據權利要求1所述的操作方法，其特征在于，該步驟D以一 DSB注入、一FN注入或一CHE注入完成。
10、 根據權利要求1所述的操作方法，其特征在于，該步驟D中 施加于該柵極的偏壓值的范圍位于-2V至2V之間，施加于該源極區(qū)及 該漏極區(qū)的偏壓值的范圍都位于5V至7V之間；或該步驟D中施加于該柵極的偏壓值的范圍位于16V至20V之間， 施加于該源極區(qū)及該漏極區(qū)的偏壓值實質上為0V;或該步驟D中施加于該柵極的偏壓值的范圍位于5V至10V之間， 施加于該源極區(qū)及該漏極區(qū)其中之一的偏壓值的范圍位于5V至7V之 間，且施加于該源極區(qū)及該漏極區(qū)其中之另一的偏壓值實質上為0V。
11、 根據權利要求1所述的操作方法，其特征在于，該步驟B之后進一步包括驗證該存儲器的閾值電平是否高于該 擦除電平；該步驟C之后進一步包括驗證該存儲器的閾值電平是否低于該 設定位電平；該步驟D之后進一步包括驗證該存儲器的閾值電平是否高于或等于該設定位電平。
12、 根據權利要求1所述的操作方法，其特征在于，該電荷儲存 結構包括一隧穿介電層，設置于該溝道區(qū)上； 一電荷儲存層，設置于該隧穿介電層上；以及一阻擋層，設置于該電荷儲存層上。
13、 根據權利要求12所述的操作方法，其特征在于， 該隧穿介電層為一 ONO層或一氧化物層；該電荷儲存層為一浮動柵極、 一氮化物層、 一氧化鋁層或一納米 晶體層；該阻擋層為一氧化物層。
14、 根據權利要求1所述的操作方法，其特征在于， 該第一型電荷為電子，第二型電荷為空穴；或 該第一型電荷為空穴，第二型電荷為電子。
15、 一種存儲器的操作方法，其特征在于，該方法包括a、 提供一存儲器，該存儲器包括一電荷儲存結構、 一襯底及一柵 極，該襯底具有一溝道區(qū)、 一源極區(qū)及一漏極區(qū)，該溝道區(qū)位于該源 極區(qū)及該漏極區(qū)之間，該電荷儲存結構設置于該溝道區(qū)上，該柵極設 置于該電荷儲存結構上；b、 分別對該柵極、該源極區(qū)及該漏極區(qū)施加一第一柵極偏壓、一 第一源極偏壓及一第一漏極偏壓，使該存儲器的閾值電平高于一擦除 電平；c、 分別對該柵極、該源極區(qū)及該漏極區(qū)施加一第二柵極偏壓、一 第二源極偏壓及一第二漏極偏壓，使該存儲器的閾值電平低于一設定 位電平；以及d、 分別對該柵極、該源極區(qū)及該漏極區(qū)施加一第三柵極偏壓、一 第三源極偏壓及一第三漏極偏壓，使該存儲器的閾值電平趨近于或等 于該設定位電平。
全文摘要
一種存儲器的操作方法，該操作方法包括下列步驟首先，提供一存儲器，存儲器包括一電荷儲存結構。接著，注入第一型電荷至電荷儲存結構內，使存儲器的閾值電平高于一擦除電平。然后，注入第二型電荷至電荷儲存結構，使存儲器的閾值電平低于一設定位電平。接著，注入第一型電荷至電荷儲存結構內，使存儲器的閾值電平趨近于或等于設定位電平。
文檔編號G11C16/34GK101441895SQ20081008053
公開日2009年5月27日 申請日期2008年2月21日 優(yōu)先權日2007年11月19日
發(fā)明者郭明昌 申請人:旺宏電子股份有限公司