多位存储器装置及其操作方法与流程

本公开总体上涉及半导体存储器装置，更特定而言，涉及多位存储器装置和用于操作所述多位存储器装置以提供高可靠性和改进的数据保持的方法。

背景技术：

1、非易失性存储器装置广泛用于需要在电力终止时保持信息的电子设备中。非易失性存储器装置包括使用浮栅或电荷俘获技术的存储器晶体管。

2、多位存储器装置是包括多位存储器单元的存储器装置，每个多位存储器单元能够在单个电荷俘获非易失性存储器晶体管中存储多位。一种特定类型的多位存储器单元是(以下称为加利福尼亚州圣何塞的cypress半导体公司的“mirrorbit”)单元，其中存储器阵列的nor架构和电荷俘获氮化物层的非导电性质允许单个晶体管在同一器件的每个单元(2bpc)存储两个空间上分离的物理数据位。参考图1，mirrorbit单元100大体上包括电荷俘获栅极堆叠体102，电荷俘获栅极堆叠体102包括形成在衬底116中分离第一源极-漏极(s/d)区域114a和第二源极-漏极(s/d)区域114b的沟道112之上的控制栅极104、顶部或阻挡电介质层106、电荷俘获层108和底部电介质层110。通过适当的偏置，mirrorbit单元100可以在电荷俘获氮化物层108的相反端部处存储两个空间上分离的物理位(位1和位2)作为电荷。这两个独立的物理位(位1和位2)可以通过使电流在不同方向上流过沟道112或本领域普通技术人员已知的其他读取/感测算法来独立地读取。

3、常规mirrorbit多位存储器单元的一个问题是，在较高密度(即，较小的晶体管架构)下，和/或随着器件老化，同一物理电荷俘获层中的空间上分离的物理位之间的交叉相互作用(称为互补位干扰(complementary bit disturb，cbd))将导致在这些空间上分离的物理位存储不同的位值或电荷量的情况下存储在多位存储器单元中的信息的可靠性损失。由于存储器晶体管的阈值电压(vt)的偏移和对其电荷俘获层的损坏的累积，随着存储器装置老化和接近寿命终止(eol)，cbd已被证明尤其成问题。

4、先前解决需要较高可靠性的cbd的方法集中于将多位存储器单元限制为具有物理上较大晶体管的较低密度存储器装置，所述较大晶体管在存储于相同电荷俘获层中的物理位之间具有较大间隔，和/或以每单元1位(1bpc)配置操作多位存储器单元。在1bpc配置中，同一物理电荷俘获层中的空间上分离的物理位具有相同的存储值(以避免cbd)，但仅在物理位中的一个上进行读取。其他物理位不被读取，并且被认为是非数据位。然而，上述措施不足以充分提高可靠性，和/或导致1bpc配置的显著成本和面积损失。

5、因此，需要一种包括多位存储器单元的改进的多位存储器装置及其操作方法，以在较高电路密度下提供增加的可靠性。

技术实现思路

1、提供了多位存储器装置及其操作方法。通常，存储器装置包括：多位存储器单元阵列，每个多位存储器单元可操作用于存储多个物理位的位值，每个位值存储在多位存储器单元中的单个晶体管的共享电荷俘获层的分离物理位位置中；以及耦合到多位存储器单元阵列的控制电路。控制电路可操作用于基于所生成的第一感测电流和第二感测电流分别读取一个多位存储器单元的第一位值和第二位值，其中第一感测电流和第二感测电流分别与在第一物理位位置和第二物理位位置中俘获的电荷相关或对应。控制电路进一步可操作用于对第一感测电流和第二感测电流执行算法，以及基于算法的结果确定一个多位存储器单元的逻辑状态。

2、在一种感测方法中，控制电路被配置为对来自第一位和第二位的感测电流进行平均以获得平均单元电流，并将平均单元电流与参考电流进行比较以从多位存储器单元读取一位数据。在一个实施例中，使用控制电路中的处理器来实现平均感测方法，所述处理器被配置为顺序地感测和存储来自第一位的第一电流，然后感测和存储来自第二位的第二电流。然后，处理器计算平均单元电流并将结果与参考电流进行比较以读取单元。在另一实施例中，控制电路还包括电流-电压(i-v)转换器、耦合到i-v转换器的多个电容器、耦合到电容器的平均电路以及耦合到平均电路的比较器。i-v转换器将来自第一位的第一电流转换为第一电压，并将来自第二位的第二电流转换为第二电压。电容器至少包括用于存储第一电压的第一电容器和用于存储第二电压的第二电容器。平均电路输出平均单元电流，并且比较器将其与参考电流进行比较以读取多位存储器单元。

3、在另一感测方法中，控制电路被配置为将第一位值存储在第一位中且将第一位值的补码存储在第二位中，并且将第一电流与第二电流进行比较以在无参考电流的情况下从单元读取数据。在一个实施例中，使用控制电路中的处理器来实现该差分感测方法，所述处理器被配置为顺序地感测和存储来自第一位的第一电流，然后感测和存储来自第二位的第二电流。处理器将第一电流与第二电流进行比较，并且基于第一电流与第二电流之间的差从多位存储器单元读取一位数据。在另一个实施例中，控制电路还包括i-v转换器、耦合到i-v转换器的电容器、以及耦合到电容器的比较器。i-v转换器将来自第一位的第一电流转换为第一电压，并将来自第二位的第二电流转换为第二电压。电容器存储第一电压和第二电压，并且比较器将所述电压彼此进行比较以基于第一电流与第二电流之间的差来读取多位存储器单元。因此，差分感测方法将导致装置的面积和成本的显著节省。

4、在又一感测方法中，使用最大(max)阈值电压(vt)感测方法或最小(min)vt感测方法来操作存储器装置。简而言之，使用max vt或min vt方法的决定是通过存储器装置的(一个或多个)多位存储器单元的早期表征而先验确定的。如果单元的物理位的“擦除”vt分布比“编程”vt分布窄，则使用max vt感测方法，其中感测第一位和第二位，将较高的vt结果作为单元的输出。相反，如果单元的物理位的“编程”vt分布比“擦除”vt分布窄，则使用min vt感测方法，其中感测第一位和第二位，将较低的vt结果作为单元的输出。

5、下面参考附图详细描述本发明的实施例的其他特征和优点，以及本发明的各种实施例的结构和操作。应注意，本发明不限于本文所述的具体实施例。这些实施例在本文中仅出于说明性目的而呈现。基于本文包含的教导，附加实施例对于相关领域的技术人员将是显而易见的。

技术特征：

1.一种存储器装置，包括：

2.根据权利要求1所述的存储器装置，其中，所述第一位值和所述第二位值包括相同存储值，并且其中，所述控制电路能够操作用于执行所述算法以对所述第一电流和所述第二电流进行平均，从而确定所述一个多位存储器单元的所述逻辑状态。

3.根据权利要求2所述的存储器装置，其中，所述控制电路包括处理器，所述处理器能够操作用于：

4.根据权利要求2所述的存储器装置，其中，所述控制电路包括：

5.根据权利要求1所述的存储器装置，其中，所述第二位值存储在所述第二位位置中且是存储在所述第一位位置中的所述第一位值的补码，并且其中，所述控制电路能够操作用于执行所述算法以将对应于在第一位位置中俘获的电荷的所述第一电流与对应于在第二位位置中俘获的电荷的所述第二电流进行比较，并且基于所述第一电流与所述第二电流之间的差来确定所述一个多位存储器单元的所述逻辑状态。

6.根据权利要求5所述的存储器装置，其中，所述控制电路包括处理器，所述处理器能够操作用于：

7.根据权利要求6所述的存储器装置，其中，所述处理器能够操作用于在不使用参考电流的情况下确定所述一个多位存储器单元的所述逻辑状态。

8.根据权利要求5所述的存储器装置，其中，所述控制电路包括：

9.根据权利要求1所述的存储器装置，其中，所述控制电路能够操作用于执行所述算法以：

10.根据权利要求9所述的存储器装置，其中，所述单元电流是预定的最大单元电流，并且其中，将所述单元电流与所述参考电流进行比较包括将所述最大单元电流与所述参考电流进行比较以确定所述一个多位存储器单元的所述逻辑状态。

11.根据权利要求9所述的存储器装置，其中，所述单元电流是预定的最小单元电流，并且其中，将所述单元电流与所述参考电流进行比较包括将所述最小单元电流与所述参考电流进行比较以确定所述一个多位存储器单元的所述逻辑状态。

12.一种读取多位存储器单元的方法，包括：

13.根据权利要求12所述的方法，其中，在所述第一位位置中俘获的电荷的第一位值和在所述第二位位置中俘获的电荷的第二位值包括相同的位值。

14.根据权利要求12所述的方法，其中，使用控制电路确定所述多位存储器单元的所述逻辑状态，所述控制电路包括处理器，所述处理器能够操作用于执行算法以：

15.根据权利要求12所述的方法，其中，使用控制电路确定所述多位存储器单元的所述逻辑状态，所述控制电路包括：

16.一种读取多位存储器单元的方法，包括：

17.根据权利要求16所述的方法，其中，在所述第二位位置中俘获的电荷的第二位值包括在所述第一位位置中俘获的电荷的第一位值的补码。

18.根据权利要求17所述的方法，其中，使用控制电路读取所述多位存储器单元，所述控制电路包括处理器，所述处理器能够操作用于执行算法以：

19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述处理器能够操作用于在不使用参考电流的情况下确定所述多位存储器单元的所述逻辑状态。

20.根据权利要求17所述的方法，其中，使用控制电路确定所述多位存储器单元的所述逻辑状态，所述控制电路包括：

技术总结提供了存储器装置及其操作方法。通常，装置包括：多位存储器单元阵列，每个多位存储器单元可操作用于在电荷俘获层的分离位置中存储多个位；以及耦合到阵列的控制电路。控制电路可操作用于基于所生成的第一感测电流和第二感测电流分别读取每个单元的第一位值和第二位值，其中第一感测电流和第二感测电流对应于在第一位位置和第二位位置中俘获的电荷。控制电路基于第一感测电流和第二感测电流执行算法，并确定单元的逻辑状态。在一个实施例中，控制电路对感测到的电流进行平均，并将其与参考电流进行比较以确定逻辑状态。在另一个实施例中，第二位值是第一位值的补码，并且控制电路比较电流以在不使用参考电流的情况下确定逻辑状态。技术研发人员：O·什洛莫,A·吉万特,Y·索弗受保护的技术使用者：英飞凌科技有限责任公司技术研发日：技术公布日：2024/5/29