專利名稱：一種電荷捕捉式存儲器結(jié)構(gòu)及其程序化的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電性可擦除可程序化非揮發(fā)性存儲器技術(shù)領(lǐng)域，尤其
涉及一種電荷辦捉式存儲器(charge trapping memory)結(jié)構(gòu)及程序化該電 荷捕捉式存儲器的方法。
背景技術(shù)：
電性可擦除可程序化非揮發(fā)性存儲器技術(shù)的基礎(chǔ)是電荷儲存結(jié)構(gòu)，即 一般所熟知的電性可擦除可程序化只讀存儲器(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory, EEPROM)及閃存(Flash Memory),已廣
泛地應(yīng)用于各種現(xiàn)代化科技產(chǎn)品中。其中閃存的設(shè)計是一種數(shù)組式的存儲 單元，其存儲單元是可以單獨(dú)地編程及讀取。而應(yīng)用在閃存中的感測放大 器是用以檢測非揮發(fā)性存儲器中儲存的數(shù)據(jù)值，在典型的感測系統(tǒng)中，是 利用一電流感測放大器檢測通過存儲單元的電流且與參考電流做對照的。 當(dāng)一些存儲單元結(jié)構(gòu)被應(yīng)用在EEPROM及閃存時，由于制作工藝上 的縮小與簡單化，且伴隨著集成電路尺寸的縮小，電荷捕捉介電層對于存
儲單元結(jié)構(gòu)的童要性大幅地提升。而以電荷捕捉介電層為主的存儲單元結(jié) 構(gòu)，包括熟知的多位存儲器(N-bit memory)結(jié)構(gòu)等，這些存儲單元結(jié)構(gòu)是 將電荷儲存在電荷捕捉介電層中以儲存數(shù)據(jù)，其電荷捕捉介電層例如為氮 化硅。隨著負(fù)電荷儲存于電荷捕捉介電層中，存儲單元的臨界電壓會跟著 上升，而存儲單元的臨界電壓亦隨著電荷捕捉層中負(fù)電荷釋放而跟著降低。
多位元件為防止電荷流失而使用相對較厚的襯底氧化物層，比如大于
3納米(nm)的:H"底氧化物層，較典型地是大約為5至9納米厚。除了采用 傳統(tǒng)直接隧穿(directtunneling)的方式擦除存儲單元外，也可利用帶對帶 隧穿誘發(fā)熱空穴注入(band-to-band tunneling induced hot hole injection, BTBTHH)來擦除存儲單元。但是在熱空穴注入時會引起氧化物的損壞，并 引起高臨界態(tài)的存儲單元的電荷流失，而低臨界態(tài)的存儲單元獲得電荷的 現(xiàn)象。此外，電荷捕捉結(jié)構(gòu)在程序化與擦除的循環(huán)過程中所引起的電荷累 積效應(yīng)，使得擦除動作的難度增加，導(dǎo)致進(jìn)行擦除所需的時間逐漸增加。 此電荷累積效應(yīng)的發(fā)生是因?yàn)樽⑷氲目昭c(diǎn)與注入的電子點(diǎn)并沒有互相 重迭于一點(diǎn)上，經(jīng)過擦除脈沖后仍會有一些電子殘留。再者，當(dāng)多位閃存 執(zhí)行區(qū)段擦除ti寸，由于制作工藝變異(process variation)(比如溝道長度不 同)，會使得每個存儲單元的擦除速度不同，且這種擦除速度的差異會導(dǎo)致 被擦除區(qū)的臨輿電壓Vt分布范圍變廣，使其中一些存儲單元不易進(jìn)行擦 除(hard-to-erdse)，而一些存儲單元發(fā)生過度擦除(over-erased)的現(xiàn)象。因 此，目標(biāo)臨界電fe Vt窗口(targetthreshold Vt window)會隨著多次的程序化 與擦除循環(huán)而逐漸合攏，顯示出耐久性的缺乏。這種現(xiàn)象會隨著半導(dǎo)體技 術(shù)持續(xù)地縮小化而形成一更為嚴(yán)重的問題。
傳統(tǒng)的浮動?xùn)艠O元件是以一電荷一位儲存在導(dǎo)電的浮動?xùn)艠O中。多位 元件則有多個存儲單元，每個多位存儲單元均可提供二位的閃存存儲單 元，而閃存存儲單元是將電荷儲存在氧化物-氮化物-氧化物 (Oxide-Nitride-Oxide, ONO)的介電材料中。在多位存儲單元的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中， 氮化物層位于上氧化物層及下氧化物層之間，用以作為捕捉材料，此ONO 層的結(jié)構(gòu)可有效地取代浮動?xùn)艠O元件中的柵極介電層。當(dāng)以氮化物層作為ONO介電層時，其電荷不是被捕捉于多位存儲單元的左端就是被捕捉于 多位存儲單元的右端。
熟知的程序化及擦除技術(shù)采用溝道熱電子法進(jìn)行程序化，以帶對帶隧 穿誘發(fā)熱空穴法進(jìn)行擦除。鑒于前述的諸多問題，如何能夠更有效率地進(jìn) 行非揮發(fā)性存儲器的程序化及擦除操作，成為目前亟待解決的問題之一。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種以開啟模式輔助電荷
(tum-on-mode assist-charge， TOM-AC)操作于電荷捕捉式存儲器的高速程 序化及擦除的方法。電荷捕捉式存儲器包括一電荷捕捉結(jié)構(gòu)，該電荷捕捉 結(jié)構(gòu)位于一襯底之上，且襯底具有源極區(qū)和漏極區(qū)。電荷捕捉結(jié)構(gòu)包括一 電荷捕捉層，該電荷捕捉層位于一介電層之上。電荷捕捉層有一輔助電荷 點(diǎn)(assist charge site, AC site)和一數(shù)據(jù)點(diǎn)(data site),輔助電荷點(diǎn)亦稱為AC 點(diǎn)(AC-site)、 AC端(AC side)或第一電荷捕捉點(diǎn)(first charge trapping site), 數(shù)據(jù)點(diǎn)亦稱為數(shù)據(jù)端(data-side)或第二電荷捕捉點(diǎn)(second charge trapping site)。首先，使電荷捕捉式存儲單元進(jìn)入一開啟模式(tum-on-mode， TOM) 操作狀態(tài)，電荷捕捉式存儲單元的AC點(diǎn)和數(shù)據(jù)點(diǎn)皆以富勒-諾德漢 (Fowler-Nordheim， FN)注入進(jìn)行擦除至一負(fù)臨界電壓(-Vt)，以使在源極區(qū) 及漏極區(qū)之間誘發(fā)出一空穴電荷誘發(fā)溝道(hole charge induced channel)?？?穴電荷誘發(fā)溝道可視為具有一第一溝道區(qū)段和一第二溝道區(qū)段，第一溝道 區(qū)段是緊鄰于源極區(qū)，第二溝道區(qū)段是緊鄰于漏極區(qū)。
第二，利角一溝道熱電子技術(shù)程序化電荷捕捉式存儲單元的AC點(diǎn)至 一具有永久電荷(permanent charges)的高臨界電壓狀態(tài)(high voltage threshold state, high-Vt)，且在電荷捕捉式存儲單元中電荷捕捉層的AC點(diǎn)的電子電荷是永久程序化的。當(dāng)一高臨界電壓在AC點(diǎn)上和一負(fù)臨界電壓 在數(shù)據(jù)點(diǎn)上時，將會在AC點(diǎn)和數(shù)據(jù)點(diǎn)之間產(chǎn)生一電壓差。此電壓差為有 效柵極電壓，亦稱為一柵極過驅(qū)電壓(gate over-drive voltage)Vg—od，其為 柵極電壓Vg與AC點(diǎn)臨界電壓Vt之間的差值，其代表數(shù)學(xué)式為Vg—od = Vg-Vt。
在此情況下，在未程序化的電荷捕捉式存儲單元的數(shù)據(jù)點(diǎn)上，其數(shù)據(jù) 點(diǎn)仍殘留負(fù)臨掩電壓-Vt狀態(tài)。AC點(diǎn)在程序化后會導(dǎo)致緊鄰源極區(qū)的第一 溝道區(qū)段形成關(guān)閉狀態(tài)，且緊鄰漏極區(qū)的第二溝道區(qū)段仍保持開啟狀態(tài)。 在第一溝道區(qū)段關(guān)閉與第二溝道區(qū)段保持開啟的情況下，會產(chǎn)生一寬大的 不連續(xù)電場區(qū)域(abrupt electrical field region),此不連續(xù)電場區(qū)是位在第 一溝道區(qū)段與第二溝道區(qū)段之間連接處，且AC點(diǎn)上的電子電荷會增強(qiáng)在 數(shù)據(jù)點(diǎn)上隨后發(fā)生的程序化操作速度及擦除操作速度。
第三，在AC點(diǎn)已被程序化至一高臨界電壓狀態(tài)之后，電荷捕捉式存 儲單元接著進(jìn)行程序化及擦除操作。在程序化操作中，利用一熱電子程序 化(hot electron programming)技術(shù)程序化電荷捕捉式存儲單元的數(shù)據(jù)點(diǎn)， 以儲存數(shù)據(jù)。此熱電子程序化技術(shù)包括一溝道熱電子程序化法(channel hot electron programming)禾口一源極端注入禾呈序化法(source side injection programming)，其中熱電子程序化是以電子注入電荷捕捉層的數(shù)據(jù)點(diǎn)中。 此外，AC點(diǎn)上的程序化電流會受限于AC點(diǎn)高臨界電壓(Vt)與數(shù)據(jù)點(diǎn)負(fù)臨 界電壓之間的電壓差。以另一種說法，此AC點(diǎn)上的程序化電流會受限于 第一溝道區(qū)段及第二溝道區(qū)段之間的一寬大不連續(xù)電場區(qū)，其中第一溝道 區(qū)段處于關(guān)閉狀態(tài)，第二溝道區(qū)段處于開啟狀態(tài)。
第四，利用帶對帶隧穿誘發(fā)熱空穴注入擦除電荷捕捉式存儲單元。電 荷捕捉式存儲單元的擦除操作是以空穴注入電荷捕捉層的數(shù)據(jù)點(diǎn)中。電荷捕捉層的一多靠柵極層(polygate layer)被施加一負(fù)柵極電壓，電荷捕捉式
存儲單元的漏極te被提供一正漏極電壓。
本發(fā)明主要是提出一種程序化具有多個電荷捕捉式存儲單元的電荷 捕捉式存儲器的方法，每個存儲單元具有一第一電荷捕捉點(diǎn)、 一第二電荷 捕捉點(diǎn)、 一源極區(qū)和一漏極區(qū)。此方法包括以下步驟首先，利用FN注 入擦除每個電荷捕捉式存儲單元的第一電荷捕捉點(diǎn)和第二電荷捕捉點(diǎn)至 一負(fù)臨界電壓；以及，程序化每個電荷捕捉式存儲單元的第一電荷捕捉點(diǎn) 至一高臨界電壓，每個電荷捕捉式存儲單元中的第一電荷捕捉點(diǎn)均具有永 久電荷。且每個電荷捕捉式存儲單元的第二電荷捕捉點(diǎn)仍保持負(fù)臨界電壓 狀態(tài)。其中，每個電荷捕捉式存儲單元的第一電荷捕捉點(diǎn)并非用于儲存信 息，而是每個電荷捕捉式存儲單元的第二電荷捕捉點(diǎn)用于儲存信息。
本發(fā)明的fe構(gòu)和方法將揭露在下文的實(shí)施方式中，本發(fā)明內(nèi)容并非用 以定義本發(fā)明，本發(fā)明欲保護(hù)的范圍以專利申請范圍為準(zhǔn)。經(jīng)由以下實(shí)施 例的詳細(xì)說明，配合所附圖示，輔以后附的專利申請范圍，本發(fā)明其余的 實(shí)施狀態(tài)、特輝、方面和優(yōu)點(diǎn)將會更明顯易懂。


圖1繪示依照本發(fā)明的一種在電荷捕捉式存儲單元中利用FN注入以 擦除AC點(diǎn)及數(shù)據(jù)點(diǎn)的剖面圖。
圖2繪示依照本發(fā)明的一種在電荷捕捉式存儲單元中利用溝道熱電子 法以程序化AC點(diǎn)的剖面圖。
圖3繪示依照本發(fā)明的TOM-AC結(jié)構(gòu)在擦除及永久程序化后的電荷
捕捉式存儲單元的剖面圖。
圖4繪示扭照本發(fā)明的一種在電荷捕捉式存儲單元中利用熱電子程序化法以程序化操作的剖面圖。
圖5繪示依照本發(fā)明的一種在電荷捕捉式存儲單元中利用帶對帶隧穿 誘發(fā)空穴注入法以擦除操作的剖面圖。
圖6A繪示依照本發(fā)明的TOM-AC與TOM的程序化效率的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 曲線圖。
圖6B繪示依照本發(fā)明的TOM-AC與TOM的程序化效率在高柵極過 驅(qū)電壓下的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)曲線圖。
圖7A繪示依照本發(fā)明的TOM-AC的程序化速度的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)曲線圖。 圖7B繪示俾照本發(fā)明的TOM-AC的擦除速度的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)曲線圖。主要元件符號說明
[0:電荷捕捉式存儲單元 1: p型襯底
2:源極區(qū)
&蠲極區(qū)
[4:空穴電荷誘發(fā)溝道 Wa:第一溝道區(qū)段 L4b:第二溝道區(qū)段
:電荷捕捉結(jié)構(gòu) 16:介電層 .7:電荷捕捉層 .8:多晶柵極 L9:第一電荷捕捉點(diǎn) 20:第二電荷捕捉點(diǎn) 21: fe—電荷捕捉點(diǎn)的空穴22、39:第二電荷捕捉點(diǎn)的空穴
23:芷柵極電壓
24:襯底電壓
25:源極電壓
26:漏極電壓
27、2S、 30、 34、 38:方向
29:鄰接漏極區(qū)的電子
31:第一電荷捕捉點(diǎn)的電子
32:不連續(xù)電場
33:源極區(qū)的電子
35:第二電荷捕捉點(diǎn)的電子
37:麵極區(qū)的空穴
40、43、 46、 48:曲線圖
41、42、 44、 45、 47、 49:曲線
n+:n型摻雜區(qū)
TOM:開啟模式
TOM-AC:開啟模式輔助電荷
Vd:漏極電壓
Vg:柵極電壓
Vg—od:柵極過驅(qū)電壓
Vs:源極電壓
Vsub:襯底電壓
Vt:臨界電壓
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例的結(jié)構(gòu)與本發(fā)明的方法可參照圖1至圖7B。以下所公開的內(nèi) 容依照本發(fā)明較佳的實(shí)施例，然而其并非用以限定本發(fā)明，本發(fā)明亦可利 用其它特征、要件、方法或?qū)嵤顟B(tài)來實(shí)行。其中相似元件大致上是沿用 相同的標(biāo)號。
請參照屈1，圖1繪示依照本發(fā)明的一種在電荷捕捉式存儲單元中利 用FN注入以擦除AC點(diǎn)及數(shù)據(jù)點(diǎn)的剖面圖。電荷捕捉式存儲單元IO包括 一p型襯底ll，襯底ll具有n型摻雜區(qū)12和13(源極區(qū)和漏極區(qū))，且一 空穴電荷誘發(fā)溝道14位于n型摻雜區(qū)12和n型摻雜區(qū)13之間。 一電荷 捕捉結(jié)構(gòu)15位手空穴電荷誘發(fā)溝道14的一上表面上。圖中顯示出一電荷 捕捉式存儲單元的結(jié)構(gòu)及操作，本發(fā)明的技術(shù)可應(yīng)用在具多個電荷捕捉式 存儲單元的電荷捕捉式存儲器上，比如一電荷捕捉式存儲數(shù)組具有多行及 多列的電荷捕捉式存儲單元。
在本實(shí)施l歹ij中，電荷捕捉結(jié)構(gòu)15包括一電荷捕捉層17(比如氮化硅層) 位于一介電層16(比如一氧化物層)上。其它實(shí)施例的電荷捕捉結(jié)構(gòu)15亦 可包括一 ONO (氧化物層-氮化物層-氧化物層或上介電層-氮化物層-下介 電層)結(jié)構(gòu)(Oxide-Nitride-Oxide, ONO)，或者一 ON (氧化物層-氮化物層) 結(jié)構(gòu)。一多晶柵極(polygate) 18位于電荷捕捉層17上。介電層16與電 荷捕捉層17禽視為一NO (氮化物層-氧化物層)結(jié)構(gòu)，而NO層的寬度 較佳地但非限定地與溝道14的寬度相等。
電荷捕捉式存儲單元10包括一第一電荷捕捉點(diǎn)19，比如位于電荷捕 捉存儲結(jié)構(gòu)17的左端，用以儲存單個或多個位。 一第二電荷捕捉點(diǎn)20位 于電荷捕捉存儲結(jié)構(gòu)17中，比如位于電荷捕捉結(jié)構(gòu)17的右端，用以儲存 單個或多個位。典型的上介電層包括二氧化硅(silicon dioxide)、氮氧化硅(silicon oxynitride)或其它類似的高介電常數(shù)材料，比如包括氧化鋁 (A1203),上介電層的厚度約為5至10納米。典型的下介電層包括二氧化 硅(silicon dioxide)、氮氧化硅(silicon oxynitride)或其它類似的高介電常數(shù)材 料，下介電層的厚度約為3至10納米。典型的電荷捕捉結(jié)構(gòu)包括氮化硅 (siliconnitride)或其它類似的高介電常數(shù)材料，包括金屬氧化物，比如氧化 鋁(A1203)、 二氧化鉿(Hf02)、 二氧化鈰(Ce02)或其它金屬氧化物，其電荷 捕捉結(jié)構(gòu)的厚度約為3至9納米。電荷捕捉結(jié)構(gòu)可能是以電荷捕捉材料小 區(qū)塊或顆粒組成的一不連續(xù)區(qū)，或是如圖中顯示的一連續(xù)的材料層。
此處的AC點(diǎn)是有關(guān)于一種電荷捕捉層17的電荷捕捉點(diǎn)，比如一第 一電荷捕捉點(diǎn)，其是充電至一高臨界電壓(Vt)狀態(tài)，以增加或保持程序化 速度。第一電荷捕捉點(diǎn)在永久充電(或程序化)后，形成一高臨界電壓狀態(tài)。
其中一個電荷捕捉點(diǎn)選定為一輔助電荷點(diǎn)，此輔助電荷點(diǎn)是用以儲存 電荷，在本實(shí)施例中，是以第一電荷捕捉點(diǎn)為輔助電荷點(diǎn)。同時另一點(diǎn)， 即第二電荷捕捉點(diǎn)，則選定為一數(shù)據(jù)點(diǎn)，而數(shù)據(jù)點(diǎn)是用以儲存數(shù)據(jù)。
存儲單元M多位式的存儲單元時，例如具有一下氧化物層、 一電荷捕 捉層以及一上氧化物層。下氧化物層的厚度范圍約為3至10納米，電荷 捕捉層的厚度范圍約為3至9納米，上氧化物層的厚度范圍約為5至10 納米。存儲單元是硅氧氮氧硅(SONOS)式的存儲單元時，例如具有一下氧 化物層、 一電荷捕捉層及一上氧化物層。下氧化物層的厚度范圍約為1至 3納米，電荷捕捉層的厚度范圍約為3至9納米，上氧化層的厚度范圍約 為3至10納米。
本實(shí)施例中所使用的程序化，是指將一存儲單元的臨界電壓提高的操 作方式，而擦除是指將一存儲單元的臨界電壓降低的操作方式。然而本發(fā) 明所涵蓋的范圍不僅包括程序化代表提高存儲單元臨界電壓且擦除代表降低臨界電壓的操作方式，還進(jìn)一步包括程序化代表降低臨界電壓且擦除 代表提高臨界電壓的操作方式。
電荷捕捉式存儲單元10在擦除后，不是形成一負(fù)臨界電壓，就是形
成一較低于啟始臨界電壓的電壓，這是利用一種稱為開啟模式(tum-on mode, TOM)的方法。此兩種擦除的方法不是實(shí)施在程序化步驟之前(即前 程序化擦除操作(pre-program erase operation)),就是實(shí)施在程序化步驟之后 (即后程序化擦除操作(post-program erase operation))。其余有關(guān)于TOM操 作的信息，可參考2006年6月21日申請的第11/425553號的美國專利「存 儲元件的下介電結(jié)構(gòu)和高介電常數(shù)存儲結(jié)構(gòu)以及擴(kuò)展第二位操作窗口的 方法(Bottom Dielectric Structures and High-K Memory Structures in Memory Devices and Method for Expanding a Second Bit Operation Window)」，該案 是由本案的受讓人所有。
在本實(shí)施例中，電荷捕捉式存儲單元10是利用FN注入法擦除至一負(fù) 臨界電壓(-Vt)，其中FN注入法是施加以一 14伏特的正柵極電壓Vg23、 一 0伏特的襯底電壓Vsub 24、 一 0伏特的源極電壓Vs 25和一 0伏特的 漏極電壓Vd26。在一TOM操作下，負(fù)臨界電壓-Vt會引起空穴電荷誘發(fā) 溝道14，空穴2i是沿著由多晶柵極18至電荷捕捉層17的一方向27隧穿 至第一電荷捕捉點(diǎn)19，而空穴22是沿著由多晶柵極18至電荷捕捉層17 的一方向28進(jìn)行隧穿。
請參照圖2，圖2繪示依照本發(fā)明的一種在電荷捕捉式存儲單元中利 用溝道熱電子法^程序化AC點(diǎn)的剖面圖。第一電荷捕捉點(diǎn)19是利用一 溝道熱電子法永久充電(永久程序化)至一高臨界電壓(Vt)狀態(tài)。第二電荷捕 捉點(diǎn)(數(shù)據(jù)點(diǎn))20未程序化，而保持一負(fù)臨界電壓(-Vt)狀態(tài)。用以實(shí)行一溝 道熱電子法的電t值例如是施加7伏特柵極電壓(Vg)23、 4.5伏特源極電壓(Vs)25、 0伏特漏極電壓(Vd)26和0伏特襯底電壓(Vsub)24。溝道熱電 子程序化(channel hot electron programming)會造成電子29沿著一方向 30的L型路徑移動至第一電荷捕捉點(diǎn)19，其中電子31位于空穴21之上。
空穴電荷誘發(fā)溝道14擴(kuò)張成為n型源極12與n型漏極13之間的整 個溝道。此空穴電荷誘發(fā)溝道14可視為兩個區(qū)段，分別為第一電荷捕捉 點(diǎn)19下的一第一溝道區(qū)段14a及第二電荷捕捉點(diǎn)20下的一第二溝道區(qū)段 14b。當(dāng)?shù)谝浑姾刹蹲近c(diǎn)19在溝道熱電子程序化后，由于第一電荷捕捉點(diǎn) 19被程序化至一高臨界電壓Vt狀態(tài)，導(dǎo)致第一溝道區(qū)段14a關(guān)閉。由于 第二電荷捕捉點(diǎn)20未程序化，第二溝道區(qū)段14b仍保持開啟。
請參照圖3，圖3繪示依照本發(fā)明的TOM-AC結(jié)構(gòu)在擦除及永久程序 化后的電荷捕fe式存儲單元的剖面圖。在溝道熱電子程序化之后，第一電 荷捕捉點(diǎn)19永久充電至一高臨界電壓Vt狀態(tài)。由于對應(yīng)第二電荷捕捉點(diǎn) 20處未進(jìn)行程序化的動作，第二電荷捕捉點(diǎn)20仍保持一較低臨界電壓 (low-Vt)或負(fù)臨界電壓(negative-Vt)狀態(tài)。程序化第一電荷捕捉點(diǎn)19 至一高臨界電壓狀態(tài)與未程序化第二電荷捕捉點(diǎn)20的整體效果，是在第 一電荷捕捉點(diǎn)A和第二電荷捕捉點(diǎn)20之間產(chǎn)生一電壓差。第一電荷捕捉 點(diǎn)19和第二電翁捕捉點(diǎn)20之間的電壓差會產(chǎn)生一不連續(xù)電場32，該不連 續(xù)電場32位于關(guān)閉的第一溝道區(qū)段14a與開啟的第二溝道區(qū)段14b之間。 在一實(shí)施例中^也有一寬大且不連續(xù)的電場區(qū)出現(xiàn)在第一溝道區(qū)段14a與 第二溝道區(qū)段14b之間。因此第一電荷捕捉點(diǎn)(AC點(diǎn))19在永久充電后， 是可維持第一電荷捕捉點(diǎn)19的電荷能量狀態(tài)(charge level state)。第二電荷 捕捉點(diǎn)(數(shù)據(jù)點(diǎn))20在經(jīng)過程序化和擦除的操作后是可用以儲存訊息或數(shù) 據(jù)，此部分將輔以圖4和圖5來進(jìn)行說明。
請參照圖4，圖4繪示依照本發(fā)明的一種在電荷捕捉式存儲單元中利
15用熱電子程序化法以程序化操作的剖面圖。電荷捕捉式存儲單元10適用
的熱電子程序化技術(shù)包括溝道熱電子(CHE)程序化(channel hot electron programming ) 或源極端注入(SSI)程序化 (source side injection programming)。另夕卜，帶對帶隧穿誘發(fā)熱空穴注入(band-to-band tunneling induced hot hole injection, BTBTHH)則可為一適用的電荷捕捉式存儲單元 10的擦除技術(shù)。電荷捕捉式存儲單元10的熱空穴程序化會造成電子33 沿著一方向34的路徑移動至數(shù)據(jù)點(diǎn)20，此處電子35是位于空穴22之上。
由于第一電荷捕捉點(diǎn)(AC點(diǎn))19已被永久程序化至一高臨界電壓狀態(tài)， 其有效柵極電壓以標(biāo)號Vg—od表示，其代表數(shù)學(xué)式為Vg—od = Vg- Vt(AC 點(diǎn))。將一6伏特的柵極電壓23施加至多晶柵極層18，在這個情況下將第 一電荷捕捉點(diǎn)的高臨界電壓Vt設(shè)定為3伏特。柵極過驅(qū)電壓Vg_od計算 為3伏特，則Vg—od = 6 volts(Vg) — 3 volts(AC點(diǎn)的Vt)。若Vg—od與(AC 點(diǎn)的)Vt之間有相同或?qū)嵸|(zhì)上相同的值時，會限制AC點(diǎn)上程序化電流量。 在這個例子中，Vg一od與Vt有一相同的值，皆為3伏特。當(dāng)此Vg一od與 AC點(diǎn)的Vt為相同或?qū)嵸|(zhì)上相同，則AC點(diǎn)19的溝道區(qū)段14a將不會開 啟而保持一關(guān)閉狀態(tài)。
在這個例子中，電荷捕捉式存儲單元10在程序化操作時是對柵極電 壓23施加約6伏特的電壓，源極電壓25為接地，漏極電壓26施加約5 伏特的電壓。
請參照圖5，圖5繪示依照本發(fā)明的一種在電荷捕捉式存儲單元中利 用帶對帶隧穿誘發(fā)空穴注入法以擦除操作的剖面圖。電荷捕捉式存儲單元 10的擦除操作會造成空穴37沿著一方向38的路徑移動，以將空穴39注 入電荷捕捉層17的第二電荷捕捉點(diǎn)22中已存在的空穴22之上。用以實(shí) 行一擦除操作的示范電壓值例如是使柵極電壓23成為-8伏特的負(fù)電壓，使源極電壓接地，以及使漏極電壓26成為4.5伏特。
請參照圖0A，圖6A繪示依照本發(fā)明的TOM-AC與TOM的程序化效 率的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)曲線圖，以實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的實(shí)例曲線41及42比較一TOM存儲 結(jié)構(gòu)與一 TOM-AC存儲結(jié)構(gòu)的程序化效率的曲線圖40。曲線圖40顯示出 兩個實(shí)例曲線41及42，其中實(shí)例曲線41是以一傳統(tǒng)的TOM存儲結(jié)構(gòu)的 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)繪爭U，實(shí)例曲線42是以依照發(fā)明的TOM-AC存儲結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn) 數(shù)據(jù)點(diǎn)繪制。在曲線圖40中，x軸以微秒表示持續(xù)程序化的時間，y軸表 示臨界電壓的值。TOM-AC存儲結(jié)構(gòu)的曲線42顯示出比曲線41花費(fèi)較少 的程序化時間程序化電荷捕捉式存儲單元10。在程序化速度上，曲線41 的程序化時間i較慢且較落后于曲線42。在這范例中，柵極過驅(qū)電壓 Vg—od為0伏^，漏極電壓Vd為5伏特。因此對照TOM作用的曲線41， 在TOM-AC操作下的曲線42可顯示出較快速的程序化效率。
請參照圖6te，圖6B繪示依照本發(fā)明的TOM-AC與TOM的程序化效 率在高柵極過驅(qū)電壓下的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)曲線圖，以實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的實(shí)例曲線44及 45比較同時M有較高柵極過驅(qū)電壓的一 TOM存儲器結(jié)構(gòu)與一 TOM-AC 存儲器結(jié)構(gòu)的程序化效率的曲線圖43。在這個例子中，是施加3伏特的柵 極過驅(qū)電壓Vg—od，其高于圖6A中0伏特的柵極過驅(qū)電壓。較大的柵極 過驅(qū)電壓是更力卩強(qiáng)了程序化效率。曲線圖43中繪示一第一曲線44以TOM 存儲結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)繪制，以及一第二曲線45以本發(fā)明的TOM-AC存 儲結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)繪制。此3伏特的柵極過驅(qū)電壓Vg—od可增加程序化 效率，可由TO"存儲結(jié)構(gòu)的第一曲線44與TOM-AC存儲結(jié)構(gòu)的第二曲 線45之間比較得到的較快程序化時間和較大差距值得到證實(shí)。
請參照圖7A，圖7A繪示依照本發(fā)明的TOM-AC的程序化速度的實(shí) 驗(yàn)數(shù)據(jù)曲線圖，以實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的實(shí)例曲線47表示TOM-AC存儲結(jié)構(gòu)的程序化速度的曲線圖46。以TOM-AC存儲結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)繪制成曲線47， 其中柵極過度電壓Vg—od設(shè)定為3伏特，漏極電壓Vd設(shè)定為5伏特。 TOM-AC存儲纟吉構(gòu)可達(dá)到20ns或更少的快速的程序化速度。
請參照圖7B，圖7B繪示依照本發(fā)明的TOM-AC的擦除速度的實(shí)驗(yàn) 數(shù)據(jù)曲線圖，以實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的實(shí)例曲線49表示TOM-AC存儲結(jié)構(gòu)的擦除速 度的曲線圖48。以TOM-AC存儲結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)繪制成曲線49，其中 柵極電壓設(shè)定為8伏特，漏極電壓Vd設(shè)定為5.5伏特。TOM-AC存儲結(jié) 構(gòu)可達(dá)到5(^s或更少的快速的擦除速度。
綜上所述，雖然本發(fā)明已以一些具體的實(shí)施例描述如上，然其并非用 以限定本發(fā)明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明 的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種的修改與潤飾。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng) 以后附的申請專利范圍所界定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種對電荷捕捉式存儲器進(jìn)行程序化的方法，該電荷捕捉式存儲器具有多個電荷捕捉式存儲單元，所述電荷捕捉式存儲單元包括一第一電荷捕捉點(diǎn)、一第二電荷捕捉點(diǎn)、一源極區(qū)、以及一漏極區(qū)，該方法包括利用富勒-諾德漢注入的方式擦除各電荷捕捉式存儲單元中的所述第一電荷捕捉點(diǎn)和所述第二電荷捕捉點(diǎn)至一負(fù)臨界電壓；以及程序化所述第一電荷捕捉點(diǎn)至一高臨界電壓，使各電荷捕捉式存儲單元中的所述第一電荷捕捉點(diǎn)具有永久電荷，各電荷捕捉式存儲單元中的所述第二電荷捕捉點(diǎn)仍維持所述負(fù)臨界電壓；其中，各電荷捕捉式存儲單元的所述第一電荷捕捉點(diǎn)并非用于儲存信息，各電荷捕捉式存儲單元的所述第二電荷捕捉點(diǎn)用于儲存信息。
2. 根據(jù)權(quán)刊要求1所述的方法，其特征在于，所述第一電荷捕捉點(diǎn)中 的高臨界電壓與所述第二電荷捕捉點(diǎn)中的負(fù)臨界電壓，在鄰近所述源極的 一第一溝道區(qū)段與鄰近所述漏極的一第二溝道區(qū)段之間產(chǎn)生一不連續(xù)電 場區(qū)域。
3. 根據(jù)權(quán)刺要求1所述的方法，其特征在于，各電荷捕捉式存儲單元 的所述第一電荷捕捉點(diǎn)儲存的永久電荷，用于提高程序化各電荷捕捉式存 儲單元中的所述第二電荷捕捉點(diǎn)的程序化速度。
4. 根據(jù)權(quán)刮要求1所述的方法，其特征在于，在所述程序化步驟之后 進(jìn)一步包括利用熱電子程序化的方式程序化各電荷捕捉式存儲器單元。
5. 根據(jù)權(quán)豐j要求4所述的方法，其特征在于，該方法進(jìn)一步包括 以一擦除程序擦除各電荷捕捉式存儲器單元。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述熱電子程序化包括 溝道熱電子程序化或源極端注入程序化。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述擦除程序包括帶對 帶隧穿誘發(fā)熱空穴注入。
8. —種存儲器結(jié)構(gòu)，其特征在于，該存儲器結(jié)構(gòu)包括 一電荷捕捉結(jié)構(gòu)，具有一第一電荷捕捉點(diǎn)和一第二電荷捕捉點(diǎn)；以及 一襯底，設(shè)萱于所述電荷捕捉結(jié)構(gòu)之下，該襯底具有一源極和一漏極，且該源極區(qū)和該漏極區(qū)之間有一間距， 一空穴電荷誘發(fā)溝道位于該源極區(qū) 和該漏極區(qū)之間，該空穴電荷誘發(fā)溝道包括鄰近該源極區(qū)的一第一溝道區(qū) 段和鄰近該漏極區(qū)的一第二溝道區(qū)段，所述第一電荷捕捉點(diǎn)位于鄰近該源 極區(qū)處，所述第二電荷捕捉點(diǎn)位于鄰近該漏極區(qū)處；其中，所法電荷捕捉結(jié)構(gòu)被擦除至一負(fù)臨界電壓，以開啟所述第一溝 道區(qū)段和所述第二溝道區(qū)段，所述第一電荷捕捉點(diǎn)被程序化至具有永久電 荷，以關(guān)閉所述第一溝道區(qū)段。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的存儲器結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述電荷捕捉結(jié) 構(gòu)包括一電荷捕捉層，該電荷捕捉層位于一介電層之上或之下。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的存儲器結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述電荷捕捉 結(jié)構(gòu)包括一氮化物層，該氮化物層位于一氧化物層之上或之下。
11. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的存儲器結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述電荷捕捉 結(jié)構(gòu)包括一第一介電層，該第一介電層位于一電荷捕捉層之上，且該電荷捕捉 層位于一介電)l之上。
12. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的存儲器結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述電荷捕捉結(jié)構(gòu)包括一第一氧化物層，該第一氧化物層位于一氮化層之上，且該氮化層位 于一第二氧化物層之上。
13. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的存儲器結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述電荷捕捉結(jié)構(gòu)的擦除方式包括一富勒-諾德漢隧穿操作。
14. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的存儲器結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述電荷捕捉結(jié)構(gòu)中的第一電荷捕捉點(diǎn)的程序化方式包括一溝道熱電子程序化。
15. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的存儲器結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述存儲器結(jié)構(gòu)是利用熱電子程序化將信息程序化至所述第二電荷捕捉點(diǎn)。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的存儲器結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述存儲器結(jié)構(gòu)是利用帶對#隧穿誘發(fā)熱空穴注入進(jìn)行擦除。
17. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的存儲器結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一電荷 捕捉點(diǎn)被程序化至具有永久電荷的一高臨界電壓，以關(guān)閉所述第一溝道區(qū) 段。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的存儲器結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一電荷 捕捉點(diǎn)被程序化至具有永久電荷的該高臨界電壓，以形成一高臨界電壓狀 態(tài)，而關(guān)閉所述第一溝道區(qū)段。
19. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的存儲器結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一電荷 捕捉點(diǎn)被程序化至具有永久電荷，以形成一高臨界電壓狀態(tài)，而關(guān)閉所述 第一溝道區(qū)段。
全文摘要
一種以開啟模式輔助電荷操作于電荷捕捉式存儲器的高速程序化及擦除的方法。電荷捕捉式存儲器包括一電荷捕捉結(jié)構(gòu)位于一襯底之上，且襯底具有一源極區(qū)和一漏極區(qū)。電荷捕捉結(jié)構(gòu)包括一電荷捕捉層位于一介電層之上。電荷捕捉層具有一輔助電荷點(diǎn)(即第一電荷捕捉點(diǎn))和一數(shù)據(jù)點(diǎn)(即第二電荷捕捉點(diǎn))。首先，使電荷捕捉式存儲單元進(jìn)入一開啟模式操作狀態(tài)，電荷捕捉式存儲單元的輔助電荷點(diǎn)和數(shù)據(jù)點(diǎn)皆以富勒-諾德漢注入進(jìn)行擦除至一負(fù)臨界電壓(-Vt)，以使在源極區(qū)與漏極區(qū)之間誘發(fā)出一空穴電荷誘發(fā)溝道。
文檔編號G11C16/02GK101299350SQ20071013873
公開日2008年11月5日 申請日期2007年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月30日
發(fā)明者吳昭誼 申請人:旺宏電子股份有限公司