[发明专利]编程多阶存储单元存储阵列的方法

说明书

技术领域

本发明涉及采用多阶存储单元(Multi-level cells，MLCs)的存储装置，尤其涉及在双侧电荷捕捉存储单元中，编程电荷捕捉位置的方法。

背景技术

现有技术中，快闪存储单元储存电荷于一浮动栅极上(通常为掺杂的多晶硅)，由此储存的电荷改变存储单元的阈值电压(Vth)。在读取操作中，施加读取电压至存储单元的栅极，通过存储单元是否开启的状态(例如是否传导电流)，来显示该存储单元的编程状态。举例来说，在读取操作期间引发电流的存储单元可设定为数值“1”，而在读取操作期间未引发电流的存储单元可设定为数值“0”。自该浮动栅极加入或移除电荷，可以编程或擦除该存储单元，也就是将该已储存数值自1改变至0。

另有一种存储器采用电荷捕捉结构，例如一层非导体的氮化硅材料，而非在浮动栅极元件中所使用的传导栅极材料。编程电荷捕捉存储单元时，电荷即被捕捉，而不会通过非传导层。直到擦除存储单元之前，电荷均会留存于电荷捕捉层，而在未持续施加电能的情况下保持数据状态。电荷捕捉存储单元亦可以以双侧存储单元的型态运作。此即，由于电荷未通过非传导电荷捕捉层，因此电荷可局部化存在于不同的电荷捕捉位置上。

图1A为双侧电荷捕捉存储单元100的剖面图。双侧电荷捕捉存储单元储存两个数值，在此以左电荷捕捉位置108与右电荷捕捉位置110代表。此处，『左』和『右』仅供讨论与举例方便之用。存储单元100的各个电荷捕捉位置可编程为多个阶层之中的任何一阶。举例而言，左电荷捕捉位置可编程为L0、L1、L2、L3四阶中的任何一阶，而右电荷捕捉位置则可编程为L0、L1、L2、L3中的任何一阶(见图1B)。各电荷捕捉位置的编程数值，例如可为11、01、00、与10；但这些数据数值仅作为范例之用，亦可指派其它数值作为多个编程阶层的数值。

双侧电荷捕捉存储单元100具有栅极电极102、第一介电绝缘层104、具有该第一(左)电荷捕捉位置108与该第二(右)电荷捕捉位置110的电荷捕捉层106、以及第二介电绝缘层112。现有技术中，电荷捕捉存储单元为非易失存储元件中所周知的，此处省略其详细说明存储单元结构与存储单元材料的内容。

双侧电荷捕捉存储单元100制作于衬底114之上，例如可为硅晶圆或其它半导体，同时其具有源极/漏极区域116、118。在元件终端施加偏压，即可由电荷捕捉位置108与110之中将电荷移转或移除。存储单元的电荷捕捉结构所储存的数据值，可利用施加于栅极电极102的读取电压读取，或者通过感测源极/漏极区域116、118之间的电流来读取。源极/漏极区域究竟以源极型态还是以漏极型态运作，取决于偏压条件，因此这些实体结构将以『源极/漏极区域』的方式表示，以便于讨论。

双侧电荷捕捉存储单元可在第一与第二电荷捕捉位置108、110中编程为不同阶层。换句话说，左电荷捕捉位置108与右电荷捕捉位置110可编程为不同的阶层(数据数值)。现有技术已深入探讨双侧电荷捕捉存储单元编程与读取的技术，故此处省略其详细内容的叙述。

图1B显示具有电荷捕捉存储单元的MLC阵列的存储单元分布对应的读取电压(Vt)。电荷捕捉存储单元具有四个阶层，L0为擦除状态，L1、L2、与L3则为编程阶层；在编程阶层中，移转到电荷捕捉存储单元电荷捕捉位置的电荷逐渐增加，由此增加各个相继阶层的Vt值。电荷捕捉存储单元中的位置，通常先利用第一编程技术，编程为初步编程验证值(PV1’，PV2’，PV3’)，随后再利用第二编程技术，将存储单元编程为最终编程验证值(PV1，PV2，PV3)。第二编程技术通常可以更准确地控制Vt阶层，其可在编程阶层之间，造成较狭窄的Vt分布以及较宽广的读取窗口(e.g.RW12，RW23)。为便利『读取』操作，必须创造较宽广的读取窗口。数值11，01，00，10随意地分配至编程阶层L0，L1，L2，L3，其仅供例示与讨论之用。在双侧电荷捕捉存储单元中，各电荷捕捉位置均可作为一多阶位置。此即表示，左电荷储存位置可独立于右电荷储存位置之外，编程为多个阶层，而反之亦然。

若电荷捕捉存储单元的左右电荷捕捉位置(参见图1A，编号108、110)均可独立地被编程或读取，则在电荷捕捉位置之间就会产生通常称为『相邻效应』的交互作用。相邻效应，基本上是由于电荷捕捉位置的编程值，以及用以达到编程值的编程偏压，二者会影响其它电荷捕捉位置，以致在相邻位置中造成阈值电压Vt变动。在编程双侧电荷捕捉存储元件时，存有减少相邻效应的需求。

发明内容