存储装置及其操作方法

技术领域

本公开关于存储装置及其操作方法。

背景技术

为了缩小体积、降低重量、增加功率密度、改善可移植性等目的，三维(three-dimensional，3D)垂直存储结构被开发出来。然而，因为目标存储单元与相邻的存储单元共享电荷捕捉层，在存储装置的各种操作中发现到横向电荷迁移的发生。随着3D垂直存储结构中的层数增加，由于横向尺寸的等比例缩小，横向电荷迁移变成可靠性的一个重要问题。举例来说，横向电荷迁移引起的阈值电压变化随着写入/擦除周期的数目增加。目前已经提出通过电荷捕捉层的物理分离来提高可靠性。然而，这个解决方案在工艺上具有技术挑战。

发明内容

本公开提供存储装置及其操作方法，用于抑制横向电荷迁移，以便改善可靠性。

根据本公开的一种存储装置包括多个通道层、多个字线、多个存储层设置在通道层与字线之间和多个存储单元定义在通道层与字线的多个交点。该存储装置配置成用于执行一第一操作m次和一第二操作n次，m大于等于n。在第一操作中，一第一电场产生在存储层的一部分。所述多个字线配置成用于在第二操作中于存储层的该部分产生一第二电场，第二电场的电场方向不同于第一电场的电场方向。

根据本公开的一种存储装置的操作方法包括执行一第一操作m次和执行一第二操作n次，其中m大于等于n。存储装置包括多个通道层、多个字线、多个存储层设置在通道层与字线之间和多个存储单元定义在通道层与字线的多个交点。在第一操作中，一第一电场产生在存储层的一部分。此外，执行第二操作包括利用字线产生一第二电场在存储层的该部分，其中第二电场的电场方向不同于第一电场的电场方向。

为了对本公开的上述及其他方面有更佳的了解，本公开特举实施例，并配合所附附图详细说明如下。

附图说明

图1标出根据本公开的存储装置的一种示例性的实施方案；

图2标出根据本公开的存储装置的操作方法的流程图；

图3A～图3B示出根据本公开的存储装置的操作方法的一种示例性的实施方案；

图4A～图4C示出根据本公开的存储装置的操作方法的另一种示例性的实施方案；

图5A～图5C示出根据本公开的存储装置的操作方法的又一种示例性的实施方案；

图6标出根据本公开的存储装置的操作方法的更进一步的示例性的实施方案；

图7示出利用根据本公开的操作方法的一个测试结果。

附图说明：

100：存储装置；

110：基板；

112：下导电层；

120：叠层；

122：导电条；

124：介电条；

126：掩膜层；

130：存储层；

132：阻挡层；

134：电荷捕捉层；

136：隧穿层；

140：通道层；

150：介电柱；

152：导体；

154：插塞；

A：部分；

B：箭头；

M：存储单元；

S1，S2：步骤；

V1：第一电压；

V2：第二电压；

WL

WL

WL

WL

WL

具体实施方式

以下将配合所附附图对各种实施例进行更详细的叙述。所述内容和附图的提供只是用于说明，并不意欲造成限制。为了清楚起见，元件可能并未依照实际比例绘示。此外，在一些附图中可能省略一些元件和/或符号。可以预期的是，一实施例中的元件和特征，可以被有利地纳入于另一实施例中，无须进一步的阐述。

本公开提供一种存储装置。该存储装置包括多个通道层、多个字线、多个存储层设置在通道层与字线之间和多个存储单元定义在通道层与字线的多个交点。该存储装置配置成用于执行一第一操作m次和一第二操作n次，m大于等于n。m例如是1到100,000的整数，n例如是1到1,000的整数，但不限于此。在第一操作中，一第一电场产生在存储层的一部分。所述多个字线配置成用于在第二操作中于存储层的该部分产生一第二电场，第二电场的电场方向不同于第一电场的电场方向。

在第二操作中产生的第二电场被用作为恢复电场，用于提供恢复应力，以抑制在第一操作期间由第一电场产生的应力所引起的在横向方向上的电荷迁移。在连续设置的存储层中横向迁移的电荷，特别是在其电荷捕捉层中横向迁移的电荷，可以在施加恢复应力后被恢复并回到它们原本的位置。

具体来说，在第二操作中，第二电场可以是通过施加到字线中对应于存储层的该部分的一字线的一第一电压和施加到字线中对应于存储层的该部分的另一字线的一第二电压来产生。第一电压可以是1V到3V，第二电压可以是7V到10V。在一些实施例中，在第一操作中，第一电场是通过施加到一字线对中的一第一字线的一第一电压和施加到该字线对中的一第二字线的一第二电压来产生，并且在第二操作中，第二电场可以是通过施加到该第一字线的第二电压和施加到该第二字线的第一电压来产生。在一些实施例中，在第二操作中，第二电场是通过施加到位在对应于存储层的该部分的一侧的字线的一个或多个第一电压和加到位在对应于存储层的该部分的另一侧的字线的一个或多个第二电压来产生。在这种实施例中，在第二操作中，多个第二电场可以以依次通过包括该部分的一对应存储层的方式产生。

请参照图1，其示出根据本公开的存储装置的一种示例性的实施方案。图1所示的示例性的存储装置100包括一基板110、多个叠层120、多个存储层130和多个通道层140。叠层120设置在基板110上并被多个沟道分离。所述多个叠层120包括多个导电条122和多个介电条124彼此交替设置，导电条122包括字线，例如示出图1的部份A的更多细节的图3A～图3B到图5A～图5C中所指出的字线WL

具体来说，如示出图1的部份A的更多细节的第3A～3B图到第5A～5C图所示，所述多个存储层130可以包括多个阻挡层132设置在叠层120的所述多个侧壁上、多个电荷捕捉层134设置在阻挡层132上和多个隧穿层136设置在电荷捕捉层134上。在这种实施例中，通道层140是设置在隧穿层136上。此外，第一电场和第二电场是产生在电荷捕捉层134中。阻挡层132可以由氧化物形成。电荷捕捉层134可以由氮化物形成。隧穿层136可以由氧化物形成。

通道层140可以由多晶硅形成。在一些实施例中，如图1所示，所述多个通道层140可以由共形地形成在基板110、叠层120和存储层130上的一多晶硅层来提供。

在一些实施例中，存储装置100还包括一下导电层112，设置在基板110中并位于所述多个叠层120下。在一些实施例中，存储装置100还包括一掩膜层126，设置在叠层120上。掩膜层126可以由氧化物形成。在一些实施例中，存储装置100还包括多个介电柱150，设置在沟道的剩余空间。在一些实施例中，存储装置100还包括多个导体152，设置在介电柱150上。在一些实施例中，存储装置100还包括多个插塞154，设置在介电柱150下。插塞154可以设置在通道层140下。插塞154可以通过选择性外延生长工艺由多晶硅形成。

虽然图1以具有3D垂直通道结构氧化物/氮化物/氧化物(ONO)型内存为例，但可以预期，根据本公开的存储装置并不受限于此。举例来说，根据本公开的存储装置可以是浮栅内存、硅/氧化物/氮化物/氧化物/硅(SONOS)型内存、浮点内存或铁电场效晶体管(FeFET)内存等等。此外，根据本公开的存储装置可以具有二维(2D)快闪结构、三维(3D)快闪结构、或非(NOR)结构、与非门(NAND)结构等等。

本公开也提供一种存储装置的操作方法。该存储装置包括多个通道层、多个字线、多个存储层设置在通道层与字线之间和多个存储单元定义在通道层与字线的多个交点。其他细节相同于以上内容，在此不再赘述。

请参照图2，其示出根据本公开的操作方法的流程图。根据本公开的操作方法包括在步骤S1中执行一第一操作m次和在步骤S2中执行一第二操作n次，其中m大于等于n。m例如是1到100000的整数，n例如是1到1000的整数，但不限于此。在一些实施例中，m是1到100000的整数，n是1。

在第一操作中，一第一电场产生在存储层的一部分。第一操作可以是读取操作、擦除操作或写入操作等等。

执行第二操作包括利用字线产生一第二电场在存储层的该部分，其中第二电场的电场方向不同于第一电场的电场方向。第二电场的电场方向可以相反于第一电场的电场方向。具体来说，在第二操作中，可以通过施加一第一电压到字线中对应于存储层的该部分的一字线和施加一第二电压到字线中对应于存储层的该部分的另一字线来产生该第二电场。第二电压可以大于第一电压。第一电压和第二电压可以根据在第一操作中施加的电压的最大值和最小值来决定。举例来说，第一电压可以相同于第一操作中施加的最小电压，第二电压可以相同于第一操作中施加的最大电压。在一些实施例中，第一电压可以是1V到3V，第二电压可以是7V到10V。在一些实施例中，可以重复进行步骤S1和步骤S2。

以下将参照图3A～图3B到图6提供根据本公开的操作方法的各种具体实施方案。为了便于理解，在其中大部分的附图将示出对应于图1的部分A的存储单元M的一串行用于说明。相邻于串行中的存储单元M的导电条122被用作为对应于串行的字线。在此示出第0字线WL

图3A～图3B示出了根据本公开的操作方法的一种示例性的实施方案。如图3A所示，在一些操作中，对应于串行的字线可以成对地提供。在这种情况下，在第一操作中，第一电场是通过施加到一字线对中的一第一字线(例如WL

在一些实施例中，如图3A所示，在第一操作中，第一电压V1和第二电压V2交替地施加到对应于串行的所有字线WL

此外，如图3A所示，在第一操作中，可能产生具有相反电场方向的第一电场。在这种实施例中，在第二操作中，产生具有电场方向不同于第一操作期间在对应位置处的电场方向的对应相反电场方向的第二电场，以提供恢复应力。举例来说，请同时参照图6，在第一操作中产生第一电场方向(例如，向下的方向)的电场和第二电场方向(例如，向上的方向)的电场，而在m次的第一操作之后，可以执行二个步骤的第二操作。在第一步骤中，产生具有与第一电场方向相反的第三电场方向(例如，向上的方向)的电场n次。在第二步骤中，产生具有与第二电场方向相反的第四电场方向(例如，向下的方向)的电场p次。根据一些实施例m是1到100000的整数，n是1到1000的整数，p是1到1000的整数。第一操作和第二操作可以重复进行。

图4A～图4C示出了根据本公开的操作方法的另一种示例性的实施方案。各种第一操作都可能导致存储装置中的横向电荷迁移，包括但不限于读取操作、擦除操作、写入操作。这个实施方案可以用于抑制这种横向电荷迁移，而没有特别限制。在第二操作中，通过施加一个或多个第一电压V1到位在对应于存储层产生第一电场的该部分的一侧的所述多个字线和施加一个或多个第二电压V2到位在对应于存储层的该部分的另一侧的所述多个字线来产生第二电场。根据一些实施例，第二电压V2可以是通过电压(pass throughvoltages，V

更具体地说，对应于存储层的该部分的存储单元M的一串行对应至一第0字线WL

在一些实施例中，如图4A～图4C所示，在第二操作中，可以依次通过包括该部分的一对应存储层产生多个第二电场。通过这种方式，可以逐页地扫描恢复电场，以逐层地固定横向迁移的电荷。在这个实施方案中，第二电场是在第m字线WL

图5A～图5C示出根据本公开的操作方法的又一种示例性的实施方案。这个实施方案与图4A～图4C的实施方案的不同之处在于，第一电压V1和第二电压V2被施加到存储层的该部分的不同侧的字线。更具体地说，在第二操作中，通过施加多个第一电压V1到该第0字线WL

图7示出利用根据本公开的操作方法的一个测试结果。示例E利用了图3A～图3B的实施方案，其中第一操作是读取操作，每1000次第一操作执行一次第二操作，第一电压是1V，第二电压是7V。相对地，在比较例CE中，只执行第一操作。如图7所示，根据本公开的操作方法可以抑制如箭头B所示的横向电荷迁移所引起的高阈值电压拖尾。此外，通过根据本公开的操作方法，可以执行高达一百万次的读取操作而不会发生劣化。

综上所述，本公开提供存储装置及其操作方法，用于抑制横向电荷迁移。如此一来，可靠性问题能够得到解决，而无须在工艺中增加技术挑战。

虽然本公开已以实施例公开如上，然其并非用以限定本公开。本公开所属技术领域技术人员，在不脱离本公开的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本公开的保护范围当视随附的权利要求范围所界定的为准。