CN102610277B - 一种非挥发性存储器件的编程方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种非挥发性存储器件的编程方法，属于非挥发性存储器技术领域。所述存储器件为堆栈栅非挥发性存储器件时，所述方法包括如下步骤：在编程时刻前，于非挥发性存储器件的漏极和/或源极，施加预定脉冲宽度和电压的负脉冲；于编程时刻，在栅极和漏极,或栅极和源极施加脉冲宽度相同的正向同步脉冲。本发明通过扩大热电子注入编程时电子注入区域的范围，增加注入电子的数量，从而提高电子的注入效率，使得存储窗口增大。同时，扩大的注入范围，可以有效降低电子窄范围注入时对隧穿介质层带来的损坏，提高非挥发性存储器的可靠性，延长电荷在存储层中的保持时间以及增加存储其编程/擦除的次数。

Description

一种非挥发性存储器件的编程方法
技术领域
 本发明属于非挥发性存储器技术领域，特别涉及一种非挥发性存储器的编程方法。
背景技术
由于非挥发性半导体存储器所具有的掉电后信息仍能保存的特点，又有很高的存取速度，而且易于擦除和重写，功耗较小，其很快成为了半导体存储器家族的热门领域，其市场不断迅速发展，受到了工业界及学术界的广泛关注。
传统的堆栈栅非挥发性存储器的编程是一般采用FN直接隧穿或者沟道热电子注入（CHE）的方式，电子从衬底隧穿进入浮栅中存储起来。FN直接隧穿方式所需的操作电压较高，编程速度较慢，且得到的存储窗口较小。采用CHE方式时，位于衬底表面的电子在横向电场的作用下被加速，成为热电子，到达靠近漏极时发生碰撞，产生热电子-空穴对，在纵向电场的作用下，部分电子发生隧穿进入电荷存储层，从而实现对非挥发性存储器件的编程操作。这种编程方式操作电压较低，编程速度快，编程效率高，其存储窗口较之FN编程也有很大的增加。
另外一种较常用是分裂栅非挥发性存储器件，采用源极注入编程（SSI）的操作电压方式，其基本原理与CHE相似，也是热电子注入。即在选择栅和浮栅之间的沟道区域存在一个大的水平方向的高电场，电子被加速，具有最大的碰撞电离率，高能电子在垂直电场的作用下被注入到浮栅中。其优于CHE的地方在于通过设置操作电压，可将横向电场和纵向电场的最大处耦合在一点，电子在那一点被注入，达到最高的注入效率。
然而，不管是CHE编程还是SSI编程均属于“点”编程，电子只能在较小的区域进入到电荷存储层，注入范围小，且被注入电子数量少，因而注入效率较低，存储窗口较小。另一方面，这种小范围的电子注入将对注入区域内的隧穿介质层产生严重的损坏，从而影响存储器的可靠性（如数据保持时间等）。
发明内容
本发明为了解决现有技术中存在的问题，特别提出一种非挥发性存储器件的编程方法，通过扩大热电子注入编程时电子注入区域的范围，增加注入电子的数量，从而提高电子的注入效率，使得存储窗口增大。
本发明详细技术方案如下：
一种非挥发性存储器件的编程方法，所述存储器为堆栈栅非挥发性存储器，包含如下步骤：
步骤A、在编程时刻前，于非挥发性存储器件的漏极和/或源极，施加预定脉冲宽度和电压的负脉冲；
步骤B、于编程时刻，在栅极和漏极,或栅极和源极施加脉冲宽度相同的正向同步脉冲。
其中，所述步骤A中所述预定脉冲宽度为0.1μs ~ 1ms，所述脉冲电压为-1v~ -6v。
较佳的，所述步骤B具体为：于编程时刻，采用沟道热电子编程方式，在栅极和漏极,或栅极和源极施加脉冲宽度相同的正向同步脉冲，其中所述栅极的电压为3v ~15v，所述漏极或者所述源极的电压为2v ~10v，所述脉冲宽度为1μs ~1s。
一种非挥发性存储器件的编程方法，所述存储器为分裂栅非挥发性存储器，包含如下步骤：
步骤A、在编程时刻前，于非挥发性存储器件的漏极和/或源极，施加预定脉冲宽度和电压的负脉冲；
步骤B、于编程时刻，在栅极和源极施加脉冲宽度相同的正向同步脉冲。
其中，所述步骤A中所述预定脉冲宽度为0.1μs ~ 10ms，所述脉冲电压为-1v~ -6v。
较佳的，所述步骤B具体为：于编程时刻，采用源极注入编程方式，在栅极和源极施加脉冲宽度相同的正向同步脉冲，其中所述栅极的电压为3v ~15v，所述源极的电压为2v ~10v，所述脉冲宽度为1μs ~1s。
从上述技术方案可以看出，相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
1、本发明通过在非挥发性存储器件的源极、漏极或者同时在源漏两端上施加一个负的短脉冲，使p-n结正偏。利用了p-n结辅助偏置产生大量的电子分布在结空间电荷区周围。这些电子结合在沟道中被横向电场加速到漏极和/或源极的电子一同被纵向电场注入到存储层。因此在器件编程时，电子注入的范围及电子数目都有所增加，从而达到提高电子的注入数量和效率，降低操作电压，增大存储器存储窗口的目的。
2、扩大电子注入范围，可以减小电子在隧穿时对隧穿氧化层造成的损坏，提高存储器的可靠性，延长电荷在电荷存储层中的保持时间，以及增加存储器可被编程或擦除的次数。
附图说明
图1为本发明实施例堆栈栅非挥发性存储器件编程方法的原理示意图；
图2为本发明实施例堆栈栅非挥发性存储器件编程方法脉冲信号示意图；
图3为本发明实施例编程方法存储窗口改进效果示意图；
图4为本发明实施例分裂栅非挥发性存储器件编程方法的原理示意图；
图5为本发明实施例分裂栅非挥发性存储器件编程方法脉冲信号示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、具体方案和优点更加清晰，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
本发明的主要思想是通过扩大热电子注入编程时电子注入区域的范围，增加注入电子的数量，从而提高电子的注入效率，使得存储窗口增大。同时，扩大的注入范围，可以有效降低电子窄范围注入时对隧穿介质层带来的损坏，提高非挥发性存储器的可靠性，延长电荷在存储层中的保持时间以及增加存储其编程/擦除的次数。
本发明实施例提供了一种非挥发性存储器件的编程方法，所述存储器件为堆栈栅非挥发性存储器件，包括如下步骤：
步骤A、在编程时刻前，于非挥发性存储器件的源极和/或漏极，施加预定脉冲宽度和电压的负脉冲；即步骤A可以仅在源极施加预定脉冲宽度和电压的负脉冲，或者也可以仅在漏极施加预定脉冲宽度和电压的负脉冲；当然也可以同时在源极和漏极，分别施加预定脉冲宽度和电压的负脉冲，同时在源极和漏极施加，相对于单独在源极或漏极施加负脉冲，可以使得在不减少p-n结正偏所产生的电子数量的同时降低端口的操作电压。
步骤B、于编程时刻，在栅极和漏极,或栅极和源极施加脉冲宽度相同的正向同步脉冲。
其中，所述步骤A中所述预定脉冲宽度为0.1μs ~ 1ms，所述脉冲电压为-1v~ -6v。
所述步骤B中栅极电压为3v ~15v，漏极或者源极电压为2v ~10v，所述脉冲宽度为1μs ~1s。
本发明实施例还提供了一种非挥发性存储器件的编程方法，所述存储器件为分裂栅非挥发性存储器件，包括如下步骤：
步骤A、在编程时刻前，于非挥发性存储器件的漏极和/或源极，施加预定脉冲宽度和电压的负脉冲；
步骤B、于编程时刻，在栅极和源极施加脉冲宽度相同的正向同步脉冲。
当所述存储器为分裂栅非挥发性存储器时，所述步骤A中所述预定脉冲宽度为0.1μs ~ 10ms，所述脉冲电压为-1v~ -6v。
所述步骤B中栅极电压为3v ~15v，源极电压为2v ~10v，所述脉冲宽度为1μs ~1s。
相对于现有技术，本发明通过在非挥发性存储器件的源极、漏极或者同时在源漏两端上施加一个负的短脉冲，使p-n结正偏。利用了p-n结辅助偏置产生大量的电子分布在漏极的空间电荷区周围，这些电子结合在沟道中被横向电场加速到漏极的电子一同被纵向电场注入到存储层。因此在器件编程时，使电子注入的范围及电子数目都有所增加，从而达到提高电子的注入数量和效率，降低操作电压，增大存储器存储窗口的目的。
此外，还可以扩大电子注入范围，可以减小电子在隧穿时对隧穿氧化层造成的损坏，提高存储器的可靠性，延长电荷在电荷存储层中的保持时间，以及增加存储器可被编程或擦除的次数。
下面分别以堆栈栅非挥发性存储器和分裂栅非挥发存储器为例，对本发明的编程方法进行详细说明。
    参照图1和图2，针对堆栈栅非挥发存储器件，在进行传统的CHE编程之前，给漏极施加一预编程脉冲，脉冲宽度为T1，脉宽为1μs，幅值为Vd0=-6V，使得衬底（P-sub）与漏极之间的PN结处于正向偏置状态，产生大量的电子分布在漏极空间电荷区周围。随后为传统的CHE注入编程，在栅极和漏极施加同步脉冲，脉冲宽度为T2为500μs，栅压脉冲幅值为Vg=9V，漏压脉冲幅值为Vd1=8V。电子在横向电场的作用下在沟道内被加速成为热电子，在沟道尽头发生碰撞电离，产生大量的电子空穴对，这些热电子与之前由于p-n结正偏产生的大量电子在纵向电场的作用下一起隧穿进入电荷存储层。
图3为对堆栈栅非挥发存储器件采用本发明技术方案后的存储窗口改进效果图。其中曲线1表示此存储器件处于擦除状态时所测得的转移特性曲线，曲线2表示传统的CHE编程操作后，得到的存储器转移特性曲线，而曲线3表示按本发明的编程方法对存储器编程后，得到的转移特性曲线。由图中可见，按照本发明所述的编程方法对存储器件进行编程后，得到的存储器的存储窗口比传统编程方法得到的存储窗口有显著的增大。
参照图4和图5，针对分裂栅非挥发存储器件，在进行传统的SSI编程之前，给源极施加一预编程脉冲，脉冲宽度为T1，脉宽为1μs，幅值为Vs0 =-3V，使得衬底（P-sub）与源极之间的PN结处于正向偏置状态，产生大量的电子分布在源极空间电荷区周围。随后为传统的SSI注入编程，在栅极和源极施加同步脉冲，脉冲宽度为T2为500μs，控制栅压脉冲幅值为Vcg =8V，源极电压脉冲幅值为Vs1= 5.5V，其中衬底与漏极电势均为0，电子在横向电场的作用下在沟道内被加速成为热电子，这些热电子与之前由于p-n结正偏产生的大量电子在纵向电场的作用下在控制栅与电荷存储层的间隙处一起隧穿进入电荷存储层。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种非挥发性存储器件的编程方法，所述存储器件为堆栈栅非挥发性存储器件，其特征在于，包括如下步骤： 
步骤A、在编程时刻前，于非挥发性存储器件的漏极和/或源极，施加预定脉冲宽度和电压的负脉冲； 
步骤B、于编程时刻，在栅极和漏极,或栅极和源极施加脉冲宽度相同的正向同步脉冲,
所述步骤A中所述预定脉冲宽度为0.1μs～1ms，所述脉冲电压为-1v～-6v。 
2.根据权利要求1所述的编程方法，其特征在于，所述步骤B具体为：于编程时刻，采用沟道热电子编程方式，在栅极和漏极,或栅极和源极施加脉冲宽度相同的正向同步脉冲，其中所述栅极的电压为3v～15v，所述漏极或者所述源极的电压为2v～10v，所述脉冲宽度为1μs～1s。 
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