技术领域
[0001] 本公开总体上涉及
非易失性存储器，更特别地，涉及治愈非易失性存储器单元的隧穿电介质。
背景技术
[0002] 非易失性存储器（NVM）由于有限的称为持久性的周期次数和有限的称为数据保持
力的NVM能保持数据的时间量而具有有限的寿命。数据保持力主要涉及NVM单元的浮置栅极中的电荷在浮置栅极中保持得有多好。存在一个点，在该点处足够的电荷
泄漏到浮置栅极外，从而NVM单元的状态不能被可靠地检测。对于持久性类似地，在足够多的编程和擦除周期之后，电荷不易被置于浮置栅极中或从浮置栅极移除。治愈的基本概念是期望的，因为它能潜在地用于改善使用已有工艺制造的NVM。因此，无论治愈带来什么改善都增加了处理中的改善。此外，用于实现NVM的特定架构可以影响治愈技术能如何用来改善数据保持力和持久性。
[0003] 因此，需要提供一种NVM，其改善了上面提出的一个或多个问题。
发明内容
[0004] 示范性
实施例提供一种
半导体器件，包括：存储器单元的阵列，其中每个所述存储器单元包括：隧穿电介质；阱区域，包括第一
电流电极、第二电流电极、以及在所述第一电流电极与所述第二电流电极之间的
沟道区域；浮置栅极，其中所述隧穿电介质在所述沟道区域之上，所述浮置栅极在所述隧穿电介质之上；界面电介质，在所述浮置栅极之上；以及控制栅极，在所述界面电介质之上；以及
控制器，耦合到所述存储器单元，其中所述控制器包括确定何时执行所述存储器单元的隧穿电介质中的治愈过程以及在所述治愈过程期间施加第一
电压至所述存储器单元的第一电流电极以从隧穿电介质移除被俘获的
电子和空穴的逻辑。
[0005] 示范性实施例还提供一种方法，包括：执行治愈过程以减少半导体存储器单元的隧穿电介质中的被俘获的空穴和电子，其中所述隧穿电介质位于第一和第二电流电极与浮置栅极之间，当执行所述治愈过程时，施加治愈电压至所述存储器单元的第一电极，其中所述治愈电压足以移除至少一些所述被俘获的空穴和电子，同时足够低以避免将电子从所述浮置栅极移动到所述隧穿电介质。
[0006] 示范性实施例还提供一种半导体器件，包括：非易失性存储器单元的阵列；以及控制器，耦合到所述阵列，其中所述控制器配置有操作来执行治愈过程以减少隧穿电介质中的被俘获的空穴和电子的逻辑，其中所述隧穿电介质位于所述存储器单元中具有电流电极和浮置栅极的阱区域之上，所述治愈过程包括施加第一电压到所述电流电极之一和施加第二电压到控制栅极和所述电流电极中的另一个。
附图说明
[0007] 附图以示例的方式示出本发明且本发明不被附图所限制，附图中相似的附图标记表示相似的元件。图中的元件是基于简化和清楚的目的而示出的且不一定是按比例绘制的。
[0008] 图1是根据一实施例的非易失性存储器（NVM）的
框图；
[0009] 图2是图1的NVM的NVM单元的截面图；
[0010] 图3是图2NVM单元的一部分的一系列顺序截面图；
[0011] 图4是实现特定擦除条件所需的擦除脉冲对编程/擦除周期的曲线图；
[0012] 图5是实现特定编程条件所需的编程脉冲对编程/擦除周期的曲线图；以及[0013] 图6是示出用于编程、擦除和治愈的条件的表。
具体实施方式
[0014] 隧穿电介质治愈利用比控制栅极电压、阱电压和源极电压更高的漏极电
压实现。该方法在将俘获在隧穿电介质中的电子拉到隧穿电介质外方面是有效的，从而改善了持久性和数据保持力。
[0015] 这里描述的半导体衬底可以是任何半导体材料或材料组合，例如砷化镓、
硅锗、绝缘体上硅（SOI）、硅、
单晶硅等，以及以上的组合。
[0016] 这里使用时，术语“总线”用于指多个
信号或导体，其可以用于传输一个或更多各种类型的信息，诸如数据、地址、控制或状态。这里论述的导体可以关于单个导体、多个导体、单向导体或双向导体来示出或描述。然而，不同的实施例可能改变导体的实现。例如，可以使用单独的单向导体而不是双向导体，反之亦可。此外，多个导体可以被串行地或以分时复用方式传输多个信号的单个导体替换。类似地，传输多个信号的单个导体可以分散到传输这些信号的子集的各种不同导体中。因此，对于传输信号而言，存在许多选项。
[0017] 图1所示的是非易失性存储器（NVM）10，其具有NVM阵列12、存储器控制器14和治愈控制器16。存储器控制器14和阵列12通过总线连接。治愈控制器16通过总线连接到存储器控制器14。存储器控制器14利用总线输入和输出数据并且接收来自总线的
控制信号和来自总线的地址。存储器控制器14利用控制、地址和I/O信号控制将什么数据写入到NVM阵列12和从NVM阵列12读取什么数据。写入通常被称为对NVM进行编程，在NVM12是闪存的情况下，NVM单元以大
块为单位被擦除，为编程做准备。因此，写数据包括擦除和编程二者，因此通常称为编程/擦除周期。治愈控制器16监视存储器控制器14的操作，并且指示存储器控制器14何时进行治愈操作。
[0018] 图2所示的是代表NVM阵列12的存储器单元的NVM单元18。NVM单元18是浮置栅极型NVM单元，其具有控制栅极20、在控制栅极20之下的界面电介质22、在界面电介质22之下的浮置栅极24、在浮置栅极24之下的隧穿电介质26、在隧穿电介质26之下的半导体层32中的沟道区域、半导体层32中的实质上对齐到浮置栅极24的第一侧的源极28、以及实质上对齐到浮置栅极24的第二侧的漏极。控制栅极20还实质上对齐到源极28和漏极30。沟道区域位于源极28和漏极30之间。半导体层32可以形成在半导体衬底中。实现半导体层32的期望特性的有效方式是将衬底掺杂到期望的导电类型和浓度以用于形成NVM单元。实现这的一种途径是用P型衬底开始，在P型衬底中形成N型阱，然后在N阱内形成P阱，由此该P阱与衬底隔离。因此，半导体层32可以称为阱，并且因为典型优选的是导电类型为P，所以更具体而言称为P阱32。
端子被连接到控制栅极20、源极28、漏极30和P阱32，从而
选定的控制栅极电压VCG、选定的源极电压VS、选定的漏极电压VD和选定的阱电压VPW可以分别施加到它们。图3所示的是执行编程/擦除周期时隧穿电介质26的阶段34、阶段36和阶段38。在阶段34，最小编程/擦除周期被执行并且隧穿电介质26中没有可辨别的电荷俘获。在大量例如20,000次编程/擦除周期被执行之后，发生电荷俘获，其开始影响持久性和数据保持力，如阶段36所示。在执行治愈周期之后，电荷俘获已经显著减小，如图3的阶段38所示。
[0019] 图4所示的是实现NVM阵列的擦除所需的擦除脉冲数对编程/擦除周期数以及第一治愈、第二治愈和第三治愈的结果的曲线图。随着擦除开始，每个周期的脉冲数非常缓慢地增加，然后开始以指数方式增加。在证据表明可以是大约20,000周期的点处，执行第一治愈，其将每周期的脉冲数带到与开始几乎相同的
水平。虚线示出在没有第一治愈时每周期的擦除脉冲将继续增加。在第一治愈之后出现与开始时类似的情形，其中每周期的擦除脉冲稍微增加，然后再次开始以指数方式增加。然后在大约再过另20,000周期之后执行第二治愈。在需要时这可以缩短以确保每周期的擦除脉冲与第一治愈的时刻的大约相同。然后执行第三治愈，有与第一和第二治愈类似的结果。
[0020] 图5所示的是实现单元NVM阵列12的编程所需的编程脉冲数对编程/擦除周期数以及第一治愈、第二治愈和第三治愈的结果的曲线图。随着编程开始，每周期的脉冲数非常缓慢地增加，然后开始以指数方式增加。在与擦除类似的证据表明可以是大约20,000周期的点处，执行第一治愈，其将每周期的脉冲数带到与开始时几乎相同的水平。虚线示出在没有第一治愈时每周期的编程脉冲将继续增加。在第一治愈之后出现与开始时类似的情形，其中每周期的编程脉冲稍微增加，然后再次开始以指数方式增加。然后在大约再过另20,000周期之后执行第二治愈。在需要时这可以缩短以确保每周期的编程脉冲与第一治愈的时刻的大约相同。然后执行第三治愈，有与第一和第二治愈类似的结果。
[0021] 图6所示的是表，其示出通过存储器控制器14施加的源极电压VS、漏极电压VD、控制栅极电压VCG和P阱电压VPW的条件。对于编程脉冲，源极电压VS施加为接地，漏极电压VD在4.5伏特，控制栅极电压VCG施加在9.0伏特，阱电压VPW施加在接地。这提供了从漏极流到源极的电流，其中正的控制栅极电压通
过热载流子注入将电子吸引到浮置栅极。以这些条件施加脉冲，直到达到所需的编程。每个这样的脉冲被视为编程/擦除周期中的脉冲之一。响应于控制信号执行编程和擦除。对于擦除，源极28和漏极30浮置，控制栅极电压VCG施加在负9.0（-9.0）伏特，阱电压VPW从4.2阶跃到9.0伏特。每个步骤被视为编程/擦除周期中的脉冲之一。利用P阱32和控制栅极20之间高达18伏特的差异，通过Fowler-Nordheim隧穿将电子从浮置栅极拉到P阱32。源极28和漏极30将自然地下降到在施加在P阱32处的正电压以下的P/N结电压降，在该情况下将为大约8.3伏特。对于响应于来自治愈控制器16的信号的治愈，源极电压VS、控制栅极电压VCG以及阱电压VPW施加在接地，漏极电压VD施加在4.5伏特。结果，大部分电子从隧穿电介质26引出，空穴也从隧穿电介质26挤出。实际上，治愈过程利用了在漏极30和P阱32之间的结处的升高的
温度。
[0022] 虽然隧穿电介质中的电荷俘获发生在编程和擦除期间，通常通过空穴/电子对的形成，但是电荷被俘获长时间段却仍比浮置栅极中的电子更具移动性。因此，很大程度上由电荷俘获实现的预定
阈值电压比未受电荷俘获什么影响地实现的阈值电压更容易被不利地减小。以此方式，治愈改善了数据保持力。电荷俘获可以有如此重大影响，使得电荷不能被容易地置于浮置栅极中和从浮置栅极移除。利用治愈步骤，在更大周期数处电荷可以容易地置于浮置栅极中和从浮置栅极移除，因此改善了持久性。
[0023] 用于确定何时应执行治愈步骤的替代技术包括在每组周期数之后简单地执行治愈步骤、对于每个附加治愈步骤减小治愈步骤之间的周期数、以及在每周期的擦除/编程脉冲数达到某一水平时执行治愈步骤。这可以用于单个NVM单元或用于平均数量或用于一些小组数量，例如超过预定脉冲计数的10个NVM单元。另一种可能是使治愈步骤基于时间或者时间与上述标准之一的组合。例如，每20,000周期或6个月之后执行治愈步骤，如果在6个月内没有发生20,000周期的话。
[0024] 检测到是时候执行治愈步骤了并不一定意味着需要立刻进行。断电可以是执行治愈步骤的优选时机。在该情况下，假定仍可获得电力，可以在看起来器件已经关闭之后执行治愈步骤。例如，在
汽车应用中，当车辆关闭时通常仍可获得电力，因此可以在车辆关闭时执行治愈步骤。在治愈步骤期间，可能需要具有一存储器以可用于临时储存NVM中的信息。在断电时，预期
随机存取存储器不会正在活跃地存储数据，在该情况下，随机存取存储器可用于在治愈步骤期间储存NVM数据。
[0025] 目前应理解，提供了一种半导体器件，其包括存储器单元的阵列，其中每个存储器单元包括：隧穿电介质；阱区域，包括第一电流电极、第二电流电极以及在所述第一电流电极和所述第二电流电极之间的沟道区域；浮置栅极，其中所述隧穿电介质在所述沟道区域之上且所述浮置栅极在所述隧穿电介质之上；界面电介质，在所述浮置栅极之上；以及控制栅极，在所述界面电介质之上。所述半导体器件还包括耦合到所述存储器单元的控制器，其中所述控制器包括逻辑，其确定何时执行所述存储器单元的隧穿电介质中的治愈过程以及在所述治愈过程期间施加第一电压至所述存储器单元的所述第一电流电极以从所述隧穿电介质移除所俘获的电子和空穴。所述半导体器件还可包括一逻辑，其在所述治愈过程期间施加另一电压至所述第二电流电极和控制栅极。所述半导体器件可具有另一特征，即所述控制器包括在治愈过程期间施加另一电压到所述阱区域的逻辑。所述半导体器件还可具有另一特征，即所述治愈过程利用在所述第一电流电极和所述阱区域之间的结处的升高的温度。所述半导体器件还可包括在阈值数量的编程和擦除周期之后执行所述治愈过程的逻辑。所述半导体器件还可包括在相继减小数量的编程和擦除周期之后执行后面的治愈过程的逻辑。所述半导体器件还可包括在需要阈值数量的脉冲来擦除所述存储器单元时执行所述治愈过程的逻辑。所述半导体器件还可包括一旦需要阈值数量的脉冲来编程所述存储器单元时就执行所述治愈过程的逻辑。所述半导体器件可具有另一特征，即所述控制器还可操作来在所述存储器单元已经运行了特定数量的编程/擦除周期之后执行所述治愈过程。
[0026] 还公开了一种方法，包括执行治愈过程以减少在半导体存储器单元的隧穿电介质中俘获的空穴和电子，其中所述隧穿电介质位于第一和第二电流电极与浮置栅极之间，并且当执行所述治愈过程时，施加治愈电压至所述存储器单元的所述第一电极，其中所述治愈电压足以移除至少一些所述俘获的空穴和电子，同时足够低以避免从所述浮置栅极移动电子到所述隧穿电介质。所述方法还可包括施加第二电压至所述半导体存储器单元的第二电流电极。所述方法还可包括在所述治愈过程期间施加其它电压至所述半导体存储器单元的第二电流电极、控制栅极以及阱区域。所述方法还可包括在阈值数量的编程和擦除周期之后执行所述治愈过程。所述方法还可包括在相继更少阈值数量的编程和擦除周期之后执行随后的治愈过程。所述方法还可包括当脉冲计数的数量表示所述半导体存储器单元的操作劣化时执行所述治愈过程。所述方法还可包括在所述半导体存储器单元的固定操作时间之后执行所述治愈过程。所述方法可具有另一特征，即所述治愈过程利用在所述第一电流电极和所述阱区域之间的结处的升高的温度。
[0027] 还公开了一种半导体器件，其包括非易失性存储器单元的阵列。所述半导体器件还包括耦合到阵列的控制器，其中该控制器配置有可操作来执行治愈过程以降低隧穿电介质中的俘获空穴和电子的逻辑，其中所述隧穿电介质位于存储器单元中具有电流电极和浮置栅极的阱区域之上，所述治愈过程包括施加第一电压至所述电流电极之一以及施加第二电压至控制栅极和所述电流电极中的另一个。所述半导体器件还可包括在所述控制器中的基于所述存储器单元编程或擦除操作的效率确定什么时候执行所述治愈过程的逻辑。所述半导体器件还可具有另一特征，即，所述第一电压足够低以避免使所述浮置栅极中的电子移动到所述隧穿电介质。
[0028] 虽然这里参照特定实施例描述了本发明，但是可以进行各种
修改和变化而不偏离所附
权利要求中阐述的本发明的范围。例如，提供了特定电压作为选择的例子，其被认为能够提供有效的操作，但是其它电压电平也可以被选择以用于有效的使用。因此，
说明书以及附图被认为是示范性而不是限制性的，并且所有这些修改旨在被包括在本发明的范围内。这里关于特定实施例所描述的任何好处、优点或对问题的解决方案都无意被解释为任何或所有权利要求的关键的、所需的、或必要的特征或元素。
[0029] 这里使用的术语“耦合”不旨在限定为直接耦合或机械耦合。
[0030] 这里使用的术语“逻辑”可以是通过
硬件形成的逻辑块、通过
软件形成的逻辑模块，或者还可以通过
固件形成。
[0031] 此外，这里使用时术语“一”或“一个”被定义为一个或多个。此外，权利要求中对介绍性短语诸如“至少一个”以及“一个或多个”的使用不应被解释为暗示通过不定冠词“一”或“一个”对另一权利要求元素的引入将含有这样引入的权利要求元素的任意特定权利要求限制到仅包含一个这种元素的发明，即使在同一权利要求包括介绍性短语“一个或多个”或“至少一个”以及不定冠词“一”或“一个”时。对于定冠词的使用也是如此。
[0032] 除非另有说明，术语诸如“第一”和“第二”用于任意地区分这些术语描述的元素。因此，这些术语不一定旨在表示这些元素的时间或其它优先次序。
