[发明专利]一种临界电压调降方法及程序化方法

说明书

技术领域

本发明涉及多阶储存单元(multi-level cell，MLC)的非易失性快闪存储单元(non-volatile flash memory cell)，尤指一种多阶储存单元场效晶体管式(fieldeffect transistor，FET)非易失性存储单元(non-volatile memory cell，NVM cell)的临界电压(threshold voltage)调降方法。

背景技术

电子可抹除可编程只读存储器(electrical-erasable-programmable read-onlymemory，EEPROM)是一种具有非易失性存储器特性的半导体元件，可以被电性程序化(programmed)及电性抹除(erased)。EEPROM NVM单元包含一个具有电荷储存材料(charge storing material)的FET，该电荷储存材料用以改变FET的临界电压。一旦电力切断时，上述非易失性存储器特性使得该装置可以继续保留储存信息，而该信息是以电荷(charge)的形式储存于该储存材料中，如图1A及图2A所示。此外，目前业界采用许多种EEPROM储存技术，如图1B～图1E及图2B～图2E所示。快闪EEPROM是一种NVM元件，在一次程序化或抹除操作(program/erase operation)时，可以程序化或抹除大量的存储单元。

通过设定该NVM单元为一写入状态(programmed state)及重置(reset)该NVM单元为一抹除状态(erased state)的方式，来将数据以二位格式(binaryformat)储存于NVM单元。通常利用穿隧效应(tunneling)或热载子注入(hotcarrier injection)将电荷储存于该储存材料的方式来完成程序化NVM单元的操作，而通常利用穿隧效应将电荷从该储存材料中移除的方式来完成抹除NVM单元的操作。

对于单阶(single-bit)储存的NVM单元，抹除状态及写入状态分别被指定为二位码(binary code)“1”及“0”，反之亦可。NVM单元所储存的位信息以写入状态及抹除状态的临界电压位阶(level)来表示。对于N阶储存的NVM单元，需要2^N阶的临界电压位阶来表示N位二位码的状态。例如，二位储存的存储单元需要四阶的临界电压位阶来表示一个抹除状态及三个写入状态；四位储存的存储单元需要十六阶的临界电压位阶来表示一个抹除状态及十五个写入状态，以下以此类推。

MLC储存技术的目标是在单一EEPROM单元(single EEPROM cell)中可以进行多阶(multiple)临界电压的操作。取决于该储存材料中电荷的储存数量，来改变NVM单元的临界电压。就多位储存(multi-bit storage)技术而言，正确电荷配置(charge placement)与感应(sensing)的基本技术面对下列三项挑战。

·精确的电荷配置：若要正确地控制快闪存储器单元的程序化过程，需要详细了解程序化的物理意义及施加于存储器单元的电压的掌控与时序。

·精确的电荷感应：MLC存储器的读取动作基本上相当于将储存于存储体单元的模拟电荷转换为数字数据的一个模拟至数字转换动作，对存储器元件而言，是一种新概念。

·稳定的电荷储存：要达到数据保存的目标，储存电荷及泄漏率(leakagerate)(每天少于一个电子(electron))之间需维持稳定。