1258145 144 5 6twf· do c/m 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 曰本發明是有關於一種記憶元件的程式化方法’且特別 是有關於一種非揮發性記憶元件的軟程式化方法。 【先前技術】 非揮發性記憶體(Nonvolatile memory)現係應用在各 種電子元件的使用上，如儲存結構資料、程式資料及其它 可以重複存取的資料，而其中一種可重複存取資料之非揮 發性記憶體係稱為快閃記憶體（F]lash)。快閃記憶體係一 種可電抹除且可程式唯讀記憶體（Electrically
Programmable Read Only Memory，EEPROM)，其具有可 進行多次資料之存入、讀取、抹除等動作且存入料在 所電後也不會消失之優點，所以已成為個人電腦和電子設 備所廣泛採用的一種記憶體元件。 典型的快閃δ己丨$體係以換雜複晶秒製作浮置間極 (Floating Gate)與控制閘極(Control Gate)。當記憶體進行程 式化(Programming)時，係分別在源極（s〇urce )、汲極（办―） 與控制閘極上，加上適當的電壓將其程式化，則電子會從 源極經由通道(Channel)流向汲極。在此過程中，將有部分 的電子會穿過複晶矽浮置閘極層下方的穿隧氧化層 (Tunneling Oxide)，而進入複晶矽浮置閘極層中，並且會 均勻分布於整個複晶矽浮置閘極層之中，此種電子穿越穿 隧氧化層進入複晶矽浮堇閘極層的現象，稱為穿隨效應 (Tunneling Effect)。快閃記憶體一般之操作機制是以通道 1258145 14456twf.doc/m 熱電子(Channel Hot-Electron Injection)進行^ 气化、， 用 Fowler-Nordheim 穿隧(F-NTunneling)進^未並且利 ^中，在以FN穿隧模式進行抹除資料丁的動時 從浮置閘極拉出的電子數目不容易控制，所以容 ^ 洋置閘極拉出的電子數目太多，而使得浮置閘極帶5 荷，造成了過抹除(Over-Erase)的現象，並使得快閃記情體 的抹除臨界電壓分佈變廣以及位元線產生漏電流的情^广 而若過抹除太嚴重時，會使得通道不祕由㈣^的電 壓而導通。也就是說’產生過抹除的快閃記憶體，其臨界 電壓(threshold voltage)將變為負值，因而產生 | 習知係利賴㈣軟程式化(SQftP㈣m 除確認(Over-Emse Verify)來補救快閃記憶體的過抹除問 題。在快閃記憶體的軟程式化過程中，必須同時考慮栗電 流(pumping current)、臨界電壓的擾動(disturbance)以及軟 私式化的速度。目前業界常用的軟程式化方法包括弱程式 化（weak programming)、通道初始二次電子（channd initiated secondary electron，chisel)以及汲極崩潰熱載子 (drain avalanche hot carrier ’ DAHC)三種方式。其中，弱程 式化係施加偏壓於控制閘極上’因此必須額外設計閘極偏 壓的電路，步驟較為繁雜。 在以chisel的方式軟程式化快閃記憶體時，由於施加 於基底的電壓值較高，快閃記憶體可具有較低的臨界電 壓，因此快閃記憶體所消耗的泵電流較小。但相對來說， 1258145 14456twf.doc/m ==義體的&界_亦會有較大 =;=，的方式軟程式化快閃記憶體。然而， 零，因^門。之基底―以近似於 多的泵電^ 有較高的臨界霞，進而消耗較 【發明内容】 有鑑於此，本發明的 十思元件的軟程式化方法， 消耗的泵電流及其臨界電 度。 目的就是在提供一種非揮發性記 可同日t降低非揮發性記憶元件所 壓的擾動，並增加軟程式化的速 ^月的另—目的是提供—種非揮發性記憶元件的抹 二=’可_降低非揮發性記憶元件所雜躲電流及 匕界電壓的擾動’並增加軟程式化的速度。 本毛明提出-種非揮發性記憶元件的軟程式化方法， 適於消除—非揮發性記憶元件之過抹除位it。此非揮發性 =兀件包括_基底以及配置於其上㈣極結構與源極/ 汲極，且當此非揮發性記憶元件具有過抹除位元 (emSe bits)日$，此非揮發性記憶it件之源極/沒極备產 生漏電流。此_發性記憶元件的軟程式財法包括；列 步驟：⑻判斷此漏電流是否大於—第—預設電流值 當此漏電^於上述之預設電祕時，對此非揮發性記憶 元件進行刖段軟程式化’而當此漏電流小於第—預設電流 值呀，則對此非揮發性記憶元件進行後段軟程式化。 1258145 14456twf.d〇c/m 抹除ί::月：出—種非揮發性記憶元件的抹除方法，適於 ===中之㈣。其中，此非揮發性= 極。當此非^發性却1置於其上的閘極結構與源極/没 ==除方法包括下^步驟： (：；===；；= 發性記情-Lt 7^完成抹除。⑷當此非揮 軟程式化方法==二=述之非揮發性記憶元件的 忐對此非揮發性記憶元件進行軟程式化。 件未佳實施例中’當上述之非揮發性記憶元 除的更包括計算此非揮發性記憶元件進行抹 a在本發明的較佳實施例中，上述之第一預設電流值例 士疋”於1祕文培至2〇微安培之間。此外，當上非揮發性 屺憶το件之漏電流大於此第一預設電流值時，在對非揮發 性記憶元件進行前段軟程式化後，更包括重複此非揮發^ 記憶元件的軟程式化步驟。 在本發明的較佳實施例中，在對非揮發性記憶元件進 行韵段軟程式化之前，更包括計算執行前段軟程式化的次 數Μ。在一實例中，當M大於一預設值時，此前段 軟程式化視為失效。 1258145 14456twf.doc/m ^在本發明的較佳實施例中，在進行後段軟程式化之 後’更包括計算執行後段軟程式化的次數m,。在一實例 二預設時，更包括重複執行後段軟 二在本發實施财，在進行後錄程式化之 J更匕f判斷上述之漏電流是否大於-第二預設電流 在貝例中，第一預設電流值例如是介於0.5微安培 至5微安培之間。 在本發明的較佳實施例中，對上述之非揮發性記憶元 件進行前段軟程式化的步驟例如是先施加一第一至盆 源極/汲極，之後再施加—第—脈衝電壓至其基底。在一實 第-電壓例如是介於3¥至6V之間。此外，第一脈 =麼例如是介於_3V至_請之間，而此前段軟程式化的 功例如是介於5〇微秒至500微秒之間。 在本發明的較佳實施例中’對上述之非揮發性記情元 牛進仃後段軟程式化的步驟例如是先施加第二電壓至 =及極’其巾第二·係大於鱗於第—電壓。之後，、再' 差係小於第一脈衝電壓的振幅。而且父===幅 週期係大於上述之前段軟程式化的週期。在ί :„如是介於3V至6V之間。此外，第二脈: 介=於_3V i 〇V之間’而後段軟程式化的週期例如』 ;丨於50微秒至500微秒之間。 疋 1258145 14456twf.doc/m 本發明在前段軟程式化的過財係施加大振幅的電愿 於非揮發性記憶7G件的基底，崎低泵電流的雜量。其 中’由於本發明之前段軟程式化的工作週期短，因此在ς 所施加的大振幅電|並不會導致非揮發性記憶元件之 電壓產生嚴重的擾動。 Μ 另一方面， 本發明在後段軟程式化的過程中係以小振 幅的電壓施加於_發性記憶元件的基底，以避免非揮發 性記憶7L件之臨界電壓產生嚴重賴動。*且，由於後段 軟程式化的功職長，因此足㈣非揮紐記憶元件= 臨界電壓再拉高至域。再者，由於前段軟程式化已將此 非揮發性記憶元件的臨界電壓拉_高的朗，因此 段軟程式化過程中毋須消耗太多的泵電流。 由上述可知’本發明不但可在非揮發性記憶元件的軟 =式化過程中降低泵電流的消耗量以及提高軟程式化的迷 又更可以避免非揮發性記憶元件之臨界電壓的擾動。 為讓本發明之上述和其他目的、龍和優點能更明顯 易懂，下域舉較佳實關，並配合所關式，作詳細說 明如下。 【實施方式】 i本發明係在兩階段内分別以不同的方法消除非揮發性 心隐7L件的過抹除位元，以下將舉實施例說明本發明，但 =亚非用曝定本發明，熟習此技藝者可依照本發明之精 砷對下述實施_做修飾，惟其仍屬於本發明之範圍。 圖1緣示為-種非揮發性記憶體的剖面示意圖。請參 1258145 14456twf.doc/m 照圖1，非揮發性記憶元件100主要係由基底102以及配 :、賴m例如是由依序配置於基底搬上的間絕緣中層 構成:下=114、問間介電層116以及控制閘極118所 構成元件⑽的抹除步驟。 曰不為本發明之較佳實施例中非揮發性記怜元件 的抹除方法之步驟漭铲岡咬办的门 几件 圖。請參照目2,首先進行步驟 ，以對非揮發性記憶元件進行預程式化 (pr叩r〇gramming)。接著進行步驟s2〇2，以對非揮發 憶兀件進行抹除。然後’進行步驟S2()4，以驗證 記憶元件是否完成抹除。 皁毛性 一般來說，非揮發性記憶元件的抹除過程中通常會將 多個抹除Mf(erase pulse)分多次輸人，因此在步驟s曰綱 中，若驗證的結果顯示非揮發性記憶元件未完成抹除，則 可繼續輸入下一抹除脈衝，以對非揮發性記憶元件進行抹 除。換言之，在進行步驟S2Q4之後，若非揮發性記憶元 件未完成抹除，則重複步驟S200至步驟S204。 特別的是，請繼續參照圖2，本實施例驗證非揮發記 憶元件是否完成抹除的方法例如是在重複步驟S200至步 驟S204之前，先計算已輸入之抹除脈衝的總個數1^，如步 驟S206所述。之後，判斷總個數N是否大於一預設值 Nmax，如步驟S208所述。其中，若總個數n大於預設值 Nmax，則視為抹除失效(erase fail)。反之，則繼續輸入非揮 1258145 14456twf.doc/] 电性§己憶元件的下一個抹除脈衝。 、在非揮电性€憶元件完成抹除後，接著即是進行軟程 式化’如步驟S21G所述。以下將舉實施例詳細說明步驟 S210。 、圖3繪示為本發明之—實施例中非揮發性記憶元件軟 程式化之方法的步職關。請參照圖3，在依據圖2所 :之步驟S21G而對非揮發性記憶元件進行軟程式化時， 百先係進行步驟議，以判斷非揮發性記憶元件因過抹除 而在其源極成極產生的漏電流是否大於—第一預設 值田非揮發性圮憶元件的漏電流大於第一預設電流 值時，則進行步驟S3〇4，以執行前段軟程式化。反之，當 _發性雜元件的漏電流小於帛-預設電流值時，則進 2驟S3G8 ’以執行後段軟程式化。其中，第—預設電流 值例如是介於1微安培（//A)至2〇微安培之間。 ^本發明之-實施例中，步驟請4中所實行的前段 軟耘式，例如是以chisel的方式進行。換言之，步驟s3〇4 中例士是在圖丨所緣示之非揮發性記憶元件1⑻之基底 1〇2上施加一第一脈衝電壓Vbi，並且在非揮發性記憶元件 7之源極/，及極106上施加一第一電壓V⑴。其中，第一 脈衝電墨VB1例如是介於負3伏特至負〇·5伏特之間，第 -電壓VD1例如是介於3伏特至6伏特之間。而且，步驟 ^執行的4段軟程式之週期ti例如是介於5〇微秒至 500 之間。值得;主意的是，上述之數值僅為本發明之 12 1258145 14456twf. doc/m 一實例所使用的數值，並北 土’A y 兀非用以限定本發明。熟習此技藝 者可自订依據貫際狀況而作調整。 *值得、提的疋’通系非揮發性記憶元件會重複進行多 乂的軟程式化Q換言之，户& 在步驟S304之後，更包括重複
仃v驟S3Q0 (如圖3所示），並依據步驟S3G()的判斷 結果而遠擇進订步驟S3G4或步驟S3q8。而且，在本實施 例中，更可以在每次進行步驟·之前，先計算已實行 ^前段軟程式化的缝M，並將其與—預設值M_做比 較，如步驟S3〇l所述。其中，預設值河_例如是非揮發 性圮憶兀件允許執行前段軟程式化之次數的最大值。 之後，在步驟S302中判斷次數M是否等於預設值 Mmax。當次數Μ小於預設值]時，則繼續重複步驟幻⑽ 至步驟S304或步驟S308。反之，當次數μ等於預設值 Mmax時，表示前段軟程式化的執行次數Μ已達允許範圍 内之最大值，但非揮發性記憶元件的漏電流仍大於第一預 設電流值。此時，非揮發性記憶元件的前段軟程式化失效。
另一方面，本實施例之步驟S308所實行的後段軟程 式化例如是〉及極朋潰熱載子法或是通道初始二次電子法。 換言之’步驟S308中例如是在圖1所緣示之非揮發性記 憶元件100之基底102上施加一第二脈衝電壓γΒ2，並且 在非揮發性記憶元件100之源極/沒極106上施加一第二電 壓V〇2。其中，第二脈衝電壓VB2的振幅係小於第一脈衝 電壓Υβΐ的振幅’且苐二脈衝電壓Vg2例如是介於負3伏 13 1258145 14456twf.doc/m 特至零伏特之間。第二電壓νΜ係大於或等於第一電壓 VD1，且其例如是介於3伏特至6伏特之間。而且，步驟 S308所執行的後段軟程式化之週期h係大於前段軟程式 化之週期t〗，且其例如是介於5〇微秒至5⑽微秒之間。當 然，上述之數值亦非用以限定本發明。 同樣地，本發明也可以重複多次步驟S3〇8，以對非揮 發性記憶元件進行多次的後段軟程式化。因此，本實施例 也可以在每次執行後段軟程式化之後，計算已實行之後段 軟私式化的次數M’，並將其與一預設值Μ，_χ做比較，如 步驟S310所述。其中，預設值M，max例如是非揮發性記憶 元件允許執行後段軟程式化之次數的最大值。 接著，在步驟S312中判斷次數μ，是否於預設值 M’max。當次數M，小於預設值M，max時，則繼續重複步驟 S308。反之，當次數M’大於預設值M，⑽X時，表示後段軟 程式化的執行次數已超出允許範圍内之最大值，此時則結 束非揮發性記憶元件的軟程式化。 圖4繪示為本發明之另一實施例中非揮發性記憶元件 軟程式化之方法的步驟流程圖。值得注意的是，此實施例 與上述實施例步驟相同者，亦以相同之步驟標號示之。 睛參照圖4，特別值得一提的是，在本發明之另一實 施例中，當非揮發性記憶元件之漏電流小於第一預設電流 值日寸，還可以在進行步驟S3〇8之前，先將非揮發性記憶 元件之漏電流與一第二預設電流值做比較，並判斷漏電流 14 1258145 14456twf.doc/m ，否大於第二預設電流值，如步驟S306所述。其中，第· -預設電祕例如是介於〇·5微安培至5微安培之間。 “承上所述，當非揮發性記憶元件之漏電流小於第二預 設電流值時，則表示非揮發性記憶元件的過抹除位元大致 上已消除’此時可結束非揮發性記憶元件的軟程式化。反 ^ §非揮發性記憶元件之漏電流大於第二預設電流值 日^則繼續進行後續步驟，以對非揮發性記憶元件進行後 1 又軟程式化。其中，當步驟S312所產生的比較結果顯示 已執行之後段軟程式化的次數河，大於預設值Μ，職時，表 · 不後段軟程式化的執行次數Μ，已超過允許範圍内之最大 值’但非揮發性記憶元件的漏電流仍大於第二預設電流 值。此時，非揮發性記憶元件的軟程式化失效。 ,、、’r、上所述，本發明係在非揮發性記憶元件完成抹除 後:先判斷非揮發性記憶元件的漏電流是否大於第一預設 電流值，並依據判斷結果來選擇消除過抹除位元的方式。 =例來說，若非揮發性記憶元件的漏電流大於第一預設電 1值則執行如段軟程式化，也就是在非揮發性記憶元件 · 的基底上施加大振幅的第一脈衝電壓VB1，以降低非揮發 眭元件的臨界電壓，進而減少泵電流的消耗量。而且 由於第脈衝電壓νΒ1的週期短，因此可快速消除過抹除 位元’以避免臨界電壓產生過度擾動。 反之，若非揮發性記憶元件的漏電流小於第一預設電 概值，則執行後段軟程式化，也就是在非揮發性記憶元件 15 1258145 14456twf.doc/m 的基底上施^第二脈衝電壓Vb2。其中，由於第二脈衝電· 壓vB2的電壓值小，因此亦不會造成臨界電壓過度擾動。 此時’由於f段軟程式化已將非揮發性記憶元件的臨界電 壓拉到足夠高的範圍，因此可在後段軟程式化的過程中減 少泵電流的消耗量。 —更特別的是，本發明係在非揮發性計憶元件所允許的 範，内分別重複進行前段軟程式化與後段軟程式化，而且 母人在進行别段軟程式化之後，都會再次判斷非揮發性記 憶兀件的漏電流是否大於第一預設電流值。因此，若非揮 _ 發性記憶元件在進行數次前段軟程式化之後，其漏電流已 小於第一預設電流值，則對非揮發性記憶元件進 程式化。其中，前段軟程式化與後段軟程式化的時序示意 圖例如是如圖5所示。 值得一提的是，由於在前段軟程式化過程中已將非揮 發性纪憶元件因過抹除所產生的末端位元臨界電壓⑽u^ threshold voltage)提高到足夠的值（如圖6A所示），因此 在後段軟程式化過程中毋須消耗太多泵電流即可消除末端 # 心（如圖6B所示）。所以’本發明在後段軟程式化過 程中，除了可以避免臨界電壓之擾動外，亦可減少系電浇 的消耗量。 、 由上述可知，本發明係同時具有chisd與汲極崩潰熱 載子兩種軟程式化方法的優點。換言之，利用本發明來& 行非揮發性記憶元件的軟程式化，不但可降低泵電流的消 16 1258145 14456twf.doc/m 耗量以及提高軟程式化的速度，更可以避免非揮發性記情 元件之臨界電壓的擾動。 〜 此外，由於本發明毋須在閘極上施加偏壓，因此本發 明亦不必額外設計供應閘極偏壓的電路，所以本發明不但 能夠節省成本，實行上也較為簡單。 雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以 限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神 和範圍内，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護 範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。 又 · 【圖式簡單說明】 圖1繪示為為一種非揮發性記憶體的剖面示意圖。 圖2繪示為本發明之較佳實施例中非揮發性記憶元件 的抹除方法之步驟流程圖。 圖3繪示為本發明之一實施例中非揮發性記憶元件軟 程式化之方法的步驟流程圖。 圖4繪示為本發明之另一實施例中非揮發性記憶元件 軟程式化之方法的步驟流程圖。 籲 圖5緣示為本發明之一實施例中前段軟程式化與後段 軟程式化的時序示意圖。 圖6A與圖6B分別繪示為本發明之一實施例中，非揮 奄性δ己憶元件在前段軟程式化與後段軟程式化之過程中， 臨界電壓相對於位元數的關係曲線圖。 【主要元件符號說明】 100 :非揮發性記憶元件 17 1258145 14456twf.doc/m 102 :基底 110 :閘極結構 106 :源極/；:及極 112 :閘絕緣層 114 :浮置閘極 116 :閘間介電層 118 :控制閘極 S200 S202 S204 S206 S208 S210 S300 預設電流值 對非揮發性記憶元件進行預程式化 對非揮發性記憶元件進行抹除
驗，非揮發性記憶元件是否已完成抹除 汁异已輸入之抹除脈衝的總個數N 判斷總個數N是否大於預設值N max 十非揮發性記憶元件進行軟程式化 判斷非揮發性記憶元件之漏電流是否大於第— S301.汁异已實行之前段軟程式化的 與預設值Mmax做比較 次數Μ， 並將其 S3〇2:判斷次數Μ是否等於預設值Μ S304 :執行前段軟程式化 max 是否大於第二 襲·判斷非揮發性記憶元件之漏電流 預設電流值 S308 :執行後段軟程式化 剛：計算已實行之後段軟程式化的 次數M，， 並將其 1258145 14456twf.doc/m 與預設值M’max做比較 S312 :判斷次數Μ’是否大於預設值M’max h ••前段軟程式化之週期 t2 :後段軟程式化之週期 VB1 :第一脈衝電壓 VB2 :第二脈衝電壓 VD1 :第一電壓 VD2 ••第二電壓
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