[发明专利]一种多位非挥发存储单元及阵列的编程方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体存储器技术领域，特别涉及一种对p型沟道多位非挥发存储单元及阵列进行编程的方法。

背景技术

目前存储器技术的发展已成为集成电路设计、制造水平前进的重要推动力，在微电子领域占有非常重要的地位。而当存储器件结构在向纳米特征尺寸发展的同时，在存储速度和密度等方面面临着严峻的挑战，多位非挥发存储技术能够产生多级的存储状态，有效提高了存储器的存储密度。

非挥发存储单元结构参见图1，包括n型硅衬底1、硅衬底上p型重掺杂的源区S和漏区D、依次覆盖在源漏区之间载流子沟道上的隧穿介质层2、电荷存储层3和阻挡层4，以及在阻挡层上覆盖的控制栅介质层5。对p型沟道非挥发存储器进行编程时，一般采用FN(Fowler-Nordheim)直接隧穿，源区电位Vs、漏区电位Vd和衬底电位Vb都接地、在强的栅极电位Vg下，电子从存储层直接隧穿至衬底而被逐出。FN直接隧穿编程方式栅极所需的编程脉冲电压参见图2，经过脉冲电压Vg、脉冲时间T1将p型沟道非挥发存储单元编程到一个状态。每次编程后都要进行一个验证过程，来确保编程态的精确。通过控制p型沟道非挥发存储器阈值电压Vth的大小，可以实现4个不同的存储状态，分别是“11”、“10”、“01”和“00”状态，其中“11”为擦除态。

对于包括多个p型沟道堆栈栅非挥发存储单元的存储阵列，图3为现有编程方法编程操作后存储单元阈值电压分布示意图，首先将所有存储单元的阈值电压复位至11状态，如图3a所示，然后将所有需要编程至10、01、00状态的存储单元的阈值电压依次编程至10状态，如图3b所示，然后将所有需要编程至01、00状态的存储单元的阈值电压依次编程至01状态，如图3c所示，最后将所有需要编程至00状态的存储单元的阈值电压依次编程至00状态，如图3d所示。在编程过程中，每次编程后都要进行一个反复验证过程，如果没有编程到需要的状态，则需要增加编程次数，直到编程到需要的状态。每次编程后存储单元的阈值电压都会增加，要使编程后所有存储单元的阈值电压分布在一个较窄的范围内，则编程时所施加的脉冲幅度应较低，使得每次编程后，存储单元的阈值电压增加量较小，但这样将显著增加单个存储单元编程时的次数，从而大大增加存储单元编程时间；若要加快存储单元编程速度，减少编程时间，则编程时需要施加较大幅度的脉冲，使得每次编程后，存储单元的阈值电压增加量较大，但由此将导致编程后存储单元阈值电压分布范围较大，使编程精度不高。因此，传统编程方法对p型沟道多位非挥发存储单元编程时不能同时兼顾编程速度和精度。

发明内容

本发明的主要目的在于解决传统编程方法对p型沟道多位非挥发存储单元进行编程时不能兼顾编程速度和编程精度的问题。

为达到上述目的，本发明提供一种多位非挥发存储单元的编程方法，在p型沟道多位非挥发存储单元的衬底和源端施加相同的正偏压，漏端接地，栅极施加编程脉冲电压，经过多个编程周期后，多位非挥发存储单元编程为设定状态，其中，所述编程周期包括Fowler-Nordheim隧穿过程和沟道热电子注入过程，所述Fowler-Nordheim隧穿过程中栅极施加负编程脉冲电压Vg_FN，所述沟道热电子注入过程中栅极施加正编程脉冲电压Vg_CHEI，并且|Vg_FN|＞|Vg_CHEI|。

优选地，所述编程周期中，负编程脉冲电压持续时间比正编程脉冲电压持续时间长。

优选地，所述编程周期内，先进行Fowler-Nordheim隧穿过程，再进行沟道热电子注入过程。

优选地，所述编程周期内，先进行沟道热电子注入过程，再进行Fowler-Nordheim隧穿过程。

优选地，所述设定状态为10态、01态或00态。

优选地，经过5-10个编程周期后，多位非挥发存储器编程为指定状态。

优选地，还包括在p型沟道多位非挥发存储单元的衬底施加所述正偏压，源端浮空，漏端接地，栅极施加编程电压，多位非挥发存储单元编程为11态。

优选地，所述多位非挥发存储单元的存储层为纳米晶材料。