專利名稱:形成且操作輔助電荷存儲元件之方法
相關(guān)申請案交互參考本申請案主張2004年12月7日申請之美國臨時申請案60/633,415號之優(yōu)先權(quán),其標題為「輔助電荷式氮化物陷阱存儲元件及其操作(Assisted Charged Nitride-Trap MemoryDevice and its Operation.)」。
發(fā)明所屬之技術(shù)領(lǐng)域非揮發(fā)性內(nèi)存(NVM)指一種即使當移走電力供應(yīng)時亦能持續(xù)儲存信息(如,資料)之半導(dǎo)體內(nèi)存。NVM包括屏蔽只讀存儲器(Mask ROM),可程序化只讀存儲器(PROM),可抹除可程序化只讀存儲器(EPROM)及電子式可抹除可程序化只讀存儲器(EEPROM)。傳統(tǒng)上,NVM系以亦可儲存達長時間且可多次讀取、抹除及再程序化之資料程序化。
先前技術(shù)傳統(tǒng)之EPROM隧道氧化物(ETOX)及氮化物設(shè)陷只讀存儲器(NROM)使用信道熱電子(CHE)注入,以將記憶單元程序化至一高臨限電壓(Vt)位準。藉由使用信道熱電子(CHE)注入以迅速程序化一記憶單元時,因為CHE具有不良之程序化效率而需要大程序化電流。結(jié)果,記憶單元程序化速率系因其高功率消耗而受到限制。
另一范例系藉由熱電洞注入氮化物電子儲存(Hot HoleInjection Nitride Electron Storage;PHINES)單元而程序化,其使用頻帶對頻帶熱電洞(Band-to-Band Hot Hole;BTBHH)注入以將該單元程序化成一低臨限電壓(Vt)位準。然而,BTBHH注入系極慢且需要較長程序化時間以程序化該單元。此限制單元程序化速率,從而使PHINES單元不具效率。
為克服此等缺點,所提供之記憶單元在存儲元件(AC內(nèi)存)之電荷陷阱層中具有一輔助電荷(AC)。輔助電荷改進用于AC存儲元件中之氮化物設(shè)陷記憶單元的總操作效率及速率。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明之一較佳具體實施例在一電荷陷阱AC存儲元件中形成一輔助電荷記憶(AC內(nèi)存)單元,其系用于儲存資料且執(zhí)行記憶體操作。AC記憶單元具有一p型基板,形成在基板一部份中的一源極區(qū)域及一汲極區(qū)域。一信道系插入在基板一部份中的源極及汲極區(qū)域間,且一第一介電層系形成在基板上之該信道上方。AC內(nèi)存進一步包括二側(cè)(即,AC側(cè)及資料側(cè))電荷設(shè)陷層,其系形成在第一介電層上。一第二介電層系形成在電荷設(shè)陷層上且一控制閘極系形成在第二介電層上方。此外,電荷設(shè)陷層之數(shù)據(jù)側(cè)能夠以一多位準單元操作,其中該資料側(cè)可具有代表不同臨限電壓(Vt)位準之位準的各種程度的電荷。
為制備用于形成該電荷之單元,一接地電位系供應(yīng)至源極區(qū)域或汲極區(qū)域中至少一區(qū)域。一操作電壓(如,偏壓電位)系接著供應(yīng)至源極區(qū)域或汲極區(qū)域中至少一區(qū)域,且一控制電壓系供應(yīng)至控制閘極。電荷系形成在AC記憶單元之電荷設(shè)陷層的至少一部份中。儲存該電荷之側(cè)系二側(cè)電荷設(shè)陷層的AC側(cè),且恒具有一固定高臨限電壓(Vt)位準,該電荷系用于AC記憶單元之輔助電荷。二側(cè)電荷設(shè)陷層之另一側(cè)系用于儲存資料及執(zhí)行記憶體操作之資料側(cè)。
AC記憶單元之AC側(cè)系藉由在電荷設(shè)陷層陷捕該輔助電荷而固定在一高臨限電壓(Vt)位準。資料側(cè)系用來儲存資料,其可根據(jù)記憶體操作而在任何臨限電壓位準。記憶體操作包括程序化、讀取及抹除。藉由在AC側(cè)中使輔助電荷固定在一高臨限電壓(Vt)位準,一陡(abrupt)電場會存在于AC側(cè)及資料側(cè)間。該陡電場增強用于AC存儲元件之AC記憶單元的程序化效率。AC側(cè)之固定高臨限電壓(Vt)位準限制在AC內(nèi)存上之熱電子(HE)程序化操作期間所需的程序化電流。結(jié)果,電荷陷阱AC記憶單元達到低程序化功率需求且因此具有更高程序化效率及更高速率。
本發(fā)明之AC內(nèi)存的較佳具體實施例包括信道熱電子(CHE AC內(nèi)存)、Fowler-Nordheim(FN AC內(nèi)存)及混合AC內(nèi)存。
為形成CHE AC內(nèi)存,信道熱電子注入系使用在AC記憶單元的一側(cè)(AC側(cè))上,以使其增加到固定高臨限電壓(Vt),同時保持二側(cè)記憶單元的另一側(cè)(數(shù)據(jù)側(cè))在低臨限電壓(Vt)。
為形成FN AC內(nèi)存,系使用正FN注入(+FN)或負FN注入(-FN)以程序化整個電荷設(shè)陷層。FN注入系藉由在閘極及基板間施加一正或負偏壓,以均勻地增加AC記憶單元之整個電荷設(shè)陷層的臨限電壓(Vt)。為完成FN AC記憶單元的形成,頻帶對頻帶熱電洞(BTBHH)注入系用以將數(shù)據(jù)側(cè)降低到低臨限電壓,同時維持AC側(cè)中之輔助電荷在固定高臨限電壓。在使用BTBHH以后,該資料側(cè)現(xiàn)已制備用于儲存資料。該資料可能在任何臨限電壓位準。
為形成混合AC內(nèi)存,信道熱電子(CHE)系被用來將AC側(cè)帶至極高的臨限電壓(Vt)位準。接著在二側(cè)AC記憶單元的另一側(cè)(數(shù)據(jù)側(cè))使用頻帶對頻帶熱電洞(BTBHH)注入,以將數(shù)據(jù)側(cè)降低到低臨限電壓(Vt)位準,其可為用于儲存數(shù)據(jù)之任何臨限電壓(Vt)位準。
附圖簡單說明當并同各隨附圖式而閱覽時,即可更佳了解本發(fā)明之前揭摘要以及上文詳細說明。為達本發(fā)明之說明目的,各圖式里圖繪有現(xiàn)屬較佳之各具體實施例。然應(yīng)了解本發(fā)明并不限于所繪之精確排置方式及設(shè)備裝置。
圖1系顯示使用依據(jù)本發(fā)明一較佳具體實施例之一側(cè)信道熱電子(CHE)注入形成一AC內(nèi)存之結(jié)構(gòu)及范例性方法的示意圖;圖2A系顯示依據(jù)本發(fā)明另一較佳具體實施例藉由以FN電荷填充一設(shè)陷層以形成一Fowler-Nordheim(FN)AC內(nèi)存之范例性方法的示意圖;圖2B系顯示使用一側(cè)頻帶對頻帶熱電洞(BTBHH)供抹除一部份設(shè)陷,用于完成Fowler-Nordheim(FN)AC內(nèi)存之形成(如圖2A顯示)的范例性方法的示意圖;圖3A系顯示依據(jù)本發(fā)明另一較佳具體實施例使用在AC內(nèi)存之AC側(cè)處的一側(cè)信道熱電子(CHE),用于形成混合AC內(nèi)存之范例性方法的示意圖;圖3B系顯示針對圖3A之資料側(cè)使用一側(cè)頻帶對頻帶熱電洞(BTBHH)供抹除一混合AC內(nèi)存的范例性方法的示意圖;圖4A系針對圖1-3之具體實施例使用AC內(nèi)存之熱電子(HE)程序化以在資料側(cè)處程序化操作之范例性方法的示意圖;圖4B系針對圖1-3之具體實施例使用AC內(nèi)存之頻帶對頻帶熱電洞(BTBHH)抹除以在資料側(cè)處抹除操作之范例性方法的示意圖;圖5系一顯示針對圖1-3之具體實施例用于AC內(nèi)存(Vd在AC側(cè))之資料側(cè)的讀取操作之范例性方法的示意圖;圖6系顯示當與一般電荷內(nèi)存結(jié)構(gòu)比較時,示范圖2之內(nèi)存結(jié)構(gòu)的FN AC內(nèi)存及圖3之內(nèi)存結(jié)構(gòu)的混合AC內(nèi)存之程序化速率比較的實驗資料之圖形;圖7系顯示實驗資料之圖形,其顯示用于圖3之內(nèi)存結(jié)構(gòu)的混合AC記憶單元在10,000P/E循環(huán)(如,程序化/抹除循環(huán))期間于資料側(cè)處的高及低臨限電壓狀態(tài)之電壓窗口;圖8系顯示在針對圖3之內(nèi)存結(jié)構(gòu)的10K循環(huán)之混合AC內(nèi)存的資料側(cè)處漂移之室溫(RT)電壓的實驗數(shù)據(jù)之圖形;圖9系顯示實驗資料之圖形,其示范圖3之內(nèi)存結(jié)構(gòu)在Vg=-5V處的Vg應(yīng)力后之臨限電壓偏移;及圖10系顯示圖3之內(nèi)存結(jié)構(gòu)的讀取干擾測驗后之臨限電壓偏移的實驗數(shù)據(jù)之圖形。
主要組件符號說明100 AC記憶單元105 p型基板110 源極區(qū)域115 汲極區(qū)域120 信道125 第一介電層130 二側(cè)電荷設(shè)陷層135 AC側(cè)140 第二介電層145 控制閘極150 陡電場155 輔助電荷160 通路
165 資料側(cè)170 電洞載體電荷175 資料電荷180 FN電荷200 FNAC記憶單元300 混合AC內(nèi)存實施方式詳盡參考圖式,其中類似之參考數(shù)字指整個圖式中之類似組件,圖1顯示依據(jù)本發(fā)明之一AC記憶單元100的較佳具體實施例。AC記憶單元100具有一p型基板105,基板105具有一源極區(qū)域110、一汲極區(qū)域115及一插入源極110及汲極115區(qū)域間之信道120,其系在基板105一部份中。該單元亦包括一在基板105上且在信道120上方之第一介電層125,及一在第一介電層125上的二側(cè)電荷設(shè)陷層130。在電荷設(shè)陷層130上有一第二介電層140,及在第二介電層140上方之控制閘極145。本發(fā)明之較佳具體實施例將氧化物用作第一及第二介電層,但可將其它介電材料用作第一或第二介電層。該較佳具體實施例亦將氮化硅用作電荷設(shè)陷層,但可使用其它本地設(shè)陷材料(例如奈米晶體),以取代氮化硅或與之結(jié)合。
為形成CHE AC記憶單元,系以一接地電位(如,Vd=0V)供應(yīng)汲極區(qū)域115,以Vs=4V之偏壓電位電壓供應(yīng)源極區(qū)域110,并且以Vg=5V之偏壓電位電壓供應(yīng)控制閘極145。
在AC側(cè)135上使用一側(cè)信道熱電子(CHE)注入,AC側(cè)135系增加到一高臨限電壓(Vt)位準,而數(shù)據(jù)側(cè)165保持在一低臨限電壓(Vt)。一陡電場150區(qū)域系在汲極115及源極110區(qū)域間之信道120中的AC側(cè)135和數(shù)據(jù)側(cè)165間產(chǎn)生,從而形成CHE AC內(nèi)存100。
一側(cè)信道熱電子(CHE)注入系用來在AC側(cè)135中形成一輔助電荷155,其系藉由產(chǎn)生一從汲極區(qū)域115通過信道120及第一氧化層125到AC側(cè)135之通路160。通路160提供輔助電荷155從汲極115到電荷設(shè)陷層130的AC側(cè)135之傳導(dǎo)路徑。輔助電荷155系儲存在AC側(cè)135中,且系恒保持在一固定高臨限電壓(Vt)位準。該電荷設(shè)陷層的另一側(cè)系資料側(cè)165,其保持在一低臨限電壓(Vt)且可具有任何臨限電壓位準,其系用來儲存資料及執(zhí)行記憶體操作。由于輔助電荷155固定在高臨限電壓(Vt)位準,記憶單元100的AC側(cè)135及數(shù)據(jù)側(cè)165間會存在一陡電場150。陡電場150提升在記憶體操作期間資料側(cè)之程序化效率及速率。該記憶體操作包括記憶單元100之資料側(cè)165中資料的程序化、抹除及讀取。此外,AC側(cè)135中固定輔助電荷155的存在,限制熱電子(HE)程序化操作期間之程序化電流,從而減少功率需求且使程序化更有效率。
圖2A及2B系依據(jù)本發(fā)明另一較佳具體實施例之FN AC內(nèi)存200的示意圖。圖2A及2B顯示使用與圖1所示相同的記憶單元100結(jié)構(gòu)形成FN AC內(nèi)存200單元之二步驟方法。為形成FN AC內(nèi)存200單元,汲極115及源極110區(qū)域二者系獲得供應(yīng)一接地電位(如,Vd=Vs=0V),而控制閘極145系以圖2A所示電位Vg=-20V偏壓。負Fowler-Nordheim(-FN)注入之使用,系藉由在控制閘極145及基板105間施加一負偏壓,以均勻地增加記憶單元100之電荷設(shè)陷層130的臨限電壓(Vt)。此產(chǎn)生一FN電荷180,其占有FN AC記憶單元200之整個電荷設(shè)陷層130。資料側(cè)165系藉由使用一側(cè)頻帶對頻帶熱電洞注入以從資料側(cè)165抹除FN電荷180。同時,AC側(cè)135中之FN電荷180系維持在圖2B所示之固定高臨限電壓(Vt)位準。
使用BTBHH注入前,系供應(yīng)一接地電位(Vs=0V)至源極110區(qū)域,且供應(yīng)Vd=4.5V偏壓電位電壓至汲極115區(qū)域。控制閘極145偏壓電位系改變成圖2B所示的Vg=-8V。頻帶對頻帶熱電洞(BTBHH)注入系用以抹除記憶單元的二側(cè)電荷設(shè)陷層130之一側(cè)165(如,資料側(cè)),同時維持另一側(cè)135(AC側(cè))在一固定高臨限電壓(Vt)位準。
藉由使用該BTBHH注入,所產(chǎn)生之通路160系從汲極115區(qū)域通過信道120及第一氧化層125到電荷設(shè)陷層130之資料側(cè)165。通路160允許一電洞載體電荷170傳導(dǎo)至資料側(cè)165,且抹除由FN注入放置在該處之FN電荷180。該抹除僅清除數(shù)據(jù)側(cè)165且保持AC側(cè)135固定在高臨限電壓(Vt)位準。由于輔助電荷155固定在一高臨限電壓(Vt)位準,陡電場150會產(chǎn)生在記憶單元200的AC側(cè)135及數(shù)據(jù)側(cè)165之間,如圖2B中顯示。陡電場150提升在記憶體操作期間之資料側(cè)165的程序化效率及速率。記憶體操作包括儲存在記憶單元100、200、300之資料側(cè)165中的資料之程序化、抹除及讀取。在AC側(cè)135中高臨限電壓(Vt)位準處出現(xiàn)之輔助電荷155,限制熱電子(HE)程序化操作期間之程序化電流。此減少程序化功率需求且使程序化FN AC內(nèi)存更有效率。
本發(fā)明另一較佳具體實施例使用正Fowler-Nordheim(+FN)注入,以形成圖2A顯示的FN AC記憶單元200。正Fowler-Nordheim(+FN)注入之使用系藉由在控制閘極145及基板105間施加一正偏壓電壓。+FN注入均勻地增加記憶單元200之電荷設(shè)陷層130的臨限電壓(Vt)位準。此技術(shù)產(chǎn)生一FN電荷180,其占有FN AC記憶單元200之整個電荷設(shè)陷層130。上述用于-FN注入的BTBHH注入亦可用來抹除占有+FN AC記憶單元200之數(shù)據(jù)側(cè)165的FN電荷180。
為形成+FN AC記憶單元,系供應(yīng)一偏壓電位電壓至汲極115區(qū)域,且控制閘極145系改變成圖2B所示的不同控制電壓。頻帶對頻帶熱電洞(BTBHH)注入系用以抹除記憶單元的二側(cè)電荷設(shè)陷層之一側(cè)165(資料側(cè)),同時維持另一側(cè)135(AC側(cè))在高臨限電壓(Vt)位準。陡電場150區(qū)域會產(chǎn)生在汲極115及源極110區(qū)域間信道120中之AC側(cè)135和資料側(cè)165間,從而形成一FN AC內(nèi)存200。
圖3A及3B系依據(jù)本發(fā)明另一較佳具體實施例的混合AC內(nèi)存300之示意圖。圖3A及3B顯示使用與圖1所示的相同記憶單元結(jié)構(gòu)形成混合AC內(nèi)存300單元之二步驟過程。為形成混合AC內(nèi)存300單元,一Vs=5.5V之偏壓電位電壓系供應(yīng)至源極110區(qū)域,汲極115區(qū)域系獲得供應(yīng)一接地電位(如,Vd=0V),且供應(yīng)一Vg=9V之偏壓電位電壓至控制閘極145,如圖3A顯示。藉由在AC側(cè)135上使用一側(cè)信道熱電子(CHE)注入,AC側(cè)135增加至一高臨限電壓(Vt)位準,同時數(shù)據(jù)側(cè)165保持在一低臨限電壓(Vt)。
圖3A顯示使用一側(cè)信道熱電子(CHE)注入以藉由產(chǎn)生從源極110區(qū)域通過信道120及第一氧化層125到AC側(cè)135之一通路160,而在AC側(cè)135中形成一輔助電荷155。通路160提供供輔助電荷155占有混合AC內(nèi)存300單元之電荷設(shè)陷層130的AC側(cè)135之傳導(dǎo)路徑。使用信道熱電子(CHE)注入后,以一Vd=5.5V之偏壓電位供應(yīng)至汲極115區(qū)域,以一接地電位(如,Vs=0V)供應(yīng)至源極110區(qū)域,且使控制閘極145改變成Vg=-10V之偏壓電位,如圖3B中顯示。參考圖3B,一側(cè)頻帶對頻帶熱電洞(BTBHH)注入系用來抹除二側(cè)電荷設(shè)陷層130的資料側(cè)165,同時保持AC側(cè)135在一固定高臨限電壓(Vt)位準。陡電場150區(qū)域會產(chǎn)生在汲極115及源極110區(qū)域間信道120中之AC側(cè)135和資料側(cè)165之間,從而形成一混合AC記憶單元300。電荷設(shè)陷層130之數(shù)據(jù)側(cè)165保持在一低臨限電壓(Vt)位準并可具有任何臨限電壓,且系用來儲存一數(shù)據(jù)電荷。
由于AC側(cè)135使輔助電荷155固定在一高臨限電壓(Vt)位準,陡電場150會產(chǎn)生在混合AC記憶單元300的AC側(cè)135及數(shù)據(jù)側(cè)165之間,如圖3B中顯示。陡電場150提升在記憶體操作期間之資料側(cè)165的程序化效率及速率。記憶體操作包括儲存在混合AC內(nèi)存300單元之資料側(cè)165中的資料電荷之程序化、抹除及讀取。在AC側(cè)135中之輔助電荷155,限制熱電子(HE)程序化操作期間之程序化電流。由于該電流受限制,此減少程序化功率需求且使程序化更有效率。
圖4A系圖1-3之AC記憶單元100、200、300的示意圖,其顯示用于程序化AC記憶單元100、200、300之熱電子(HE)注入。AC記憶單元100、200、300之設(shè)定系使用一接地電位(Vs=0V)供應(yīng)至源極110區(qū)域,一Vd=4V之偏壓電位電壓供應(yīng)至汲極115區(qū)域,且用一Vg=5V之偏壓電位電壓供應(yīng)至控制閘極145。在程序化資料側(cè)165前,當AC記憶單元100、200、300形成時,AC側(cè)135系設(shè)定成一固定高臨限電壓(Vt)位準,其系用作電流限制區(qū)域。AC側(cè)135系設(shè)定在一固定高臨限電壓(Vt)位準。接著使用HE注入以程序化AC記憶單元100、200、300。一陡電場150系產(chǎn)生在資料側(cè)165和AC側(cè)135之間,其協(xié)助程序化資料側(cè)165。所產(chǎn)生之一通路160系從源極區(qū)域通過信道120中之陡電場150及第一介電層125到電荷設(shè)陷層130的資料側(cè)165。熱電子(HE)程序化造成一資料電荷175從源極110區(qū)域通過信道120中之陡電場150、通過第一介電125(如,氧化)層傳導(dǎo),且系儲存在AC記憶單元100、200、300的數(shù)據(jù)側(cè)165中,如圖4A中顯示。陡電場150提升AC記憶單元100、200、300的程序化效率及速率。由于AC側(cè)135系固定在一高臨限電壓(Vt)位準,其產(chǎn)生一電流限制區(qū)域,其中HE程序化需求較少電流以程序化資料側(cè)165,因此減少AC記憶單元100、200、300之功率消耗。由于輔助電荷155限制AC內(nèi)存之程序化電流,故不會有與任何具體實施例相關(guān)之過度程序化問題,且在AC記憶單元中提供緊密之程序化狀態(tài)分布。
圖4B系圖1-3的AC記憶單元100、200、300的示意圖,其皆具有相同結(jié)構(gòu),且顯示用于抹除AC記憶單元100、200、300之數(shù)據(jù)側(cè)165的頻帶對頻帶熱電洞(BTBHH)注入。AC記憶單元100、200、300之設(shè)定系使用一接地電位(如,Vs=0V)供應(yīng)至源極110區(qū)域,供應(yīng)一Vd=4.5V之偏壓電位電壓至汲極115區(qū)域,且用一Vg=-8V之偏壓電位電壓供應(yīng)至控制閘極145。一大體上行經(jīng)信道120及第一介電125(如,氧化)層的短通路160系在汲極115區(qū)域及資料側(cè)165間產(chǎn)生。接著頻帶對頻帶熱電洞(BTBHH)注入系藉由形成一通過信道120到AC記憶單元100、200、300之電荷設(shè)陷層130中的資料側(cè)165之通路160,以藉由注入一從汲極115區(qū)域傳導(dǎo)之電洞載體電荷170抹除資料側(cè)165。
圖5系圖1-3之AC記憶單元100、200、300的示意圖,其顯示針對所有AC記憶單元100、200、300之具體實施例在AC側(cè)135上以Vs進行之讀取操作。AC記憶單元100、200、300之設(shè)定系使用一Vs=1.6V之偏壓電位電壓供應(yīng)至源極110區(qū)域,一接地電位(如,Vd=0V)用于汲極115區(qū)域,且一Vg=3V之偏壓電位電壓用于控制閘極145。一旦記憶單元100、200、300已設(shè)定且適當?shù)仄珘海Y料系備便于讀取且系儲存在AC記憶單元100、200、300的數(shù)據(jù)側(cè)165中。讀取操作不影響已設(shè)定至固定高臨限電壓(Vt)的輔助電荷155位準并且系保持在AC側(cè)135中。AC側(cè)135中的輔助電荷155減少AC記憶單元或組件之讀取干擾,其限制任何讀取操作錯誤。
用于較佳具體實施例之記憶體操作比一般電荷設(shè)陷記憶單元(如,非AC內(nèi)存)需要較少操作電流,因而增加AC內(nèi)存100、200、300的總效率。此外,AC內(nèi)存的速率亦增加且較低電流減少用于操作的功率消耗。再者,所有AC內(nèi)存具體實施例皆可以一多位準單元(MLC)執(zhí)行記憶體操作,其中電荷設(shè)陷層之資料側(cè)可具有代表已儲存資料之臨限電壓(Vt)位準的各種程度。
圖6系一顯示比較一般電荷記憶單元與圖2和3之FNAC內(nèi)存200與混合AC內(nèi)存300單元之程序化速率和AC位準的實驗資料圖形600。圖形600以圖形比較ΔVt(V)相對于Shot(其系定義為ΔVt shot=0.1μs)顯示及比較各記憶單元型式之不同AC位準。ΔVt(V)系用于記憶單元的程序化及抹除狀態(tài)的資料側(cè)Vt差。一般電荷記憶單元結(jié)構(gòu)電壓偏壓系配置有設(shè)定成Vg_od=0V之閘極過驅(qū)動電壓,設(shè)定成Vg=2V之控制閘極電壓,及設(shè)定成Vd=4.75V之汲極區(qū)域電壓。閘極過驅(qū)動(Vg_od)指閘極電壓及AC側(cè)臨限電壓間的電壓差。一般電荷記憶單元不具有AC側(cè)。因此,AC位準=0V表示記憶單元的AC側(cè)及數(shù)據(jù)側(cè)間的臨限電壓(Vt)差。一般電荷記憶單元之數(shù)據(jù)系由圖6中具有黑圓圈之實線在圖形600上顯示之底部數(shù)據(jù)曲線15(標示為1X)。
由于出現(xiàn)在電荷設(shè)陷層130之AC側(cè)135中的輔助電荷155,圖2的FN AC內(nèi)存200單元具有一等于2.4V的AC位準。閘極過驅(qū)動電壓系Vg_od=0V,控制閘極145電壓Vg=4.4V且汲極115區(qū)域電壓Vd=4.75V。FN AC內(nèi)存200單元系由圖6中具有空白圓圈之點線在圖形600上顯示之中間數(shù)據(jù)曲線10(標示為21X)。比較之下,由于2.4V的AC位準,正及負FN AC內(nèi)存200單元比一般記憶單元快21倍,如圖6所示。
由于出現(xiàn)在電荷設(shè)陷層130之AC側(cè)135中的輔助電荷155,圖3的混合AC內(nèi)存300單元具有等于2.9V的AC位準。閘極過驅(qū)動電壓系Vg_od=0V,控制閘極145電壓Vg=4.9V且汲極115區(qū)域電壓Vd=4.75V。混合AC內(nèi)存300單元系由圖6中具有黑三角形之虛線在圖形600上顯示之頂部數(shù)據(jù)曲線5(標示為32X)。比較之下,混合AC內(nèi)存300單元比一般電荷記憶單元快32倍,如圖6所示。
圖7系實驗資料之圖形700,其比較圖3之混合AC內(nèi)存300單元達到10,000程序化和抹除循環(huán)之臨限電壓(Vt)對P/E(如,程序化/抹除)之比。混合AC內(nèi)存300單元具有3V之初始AC位準。AC位準系記憶單元300之AC側(cè)135及數(shù)據(jù)側(cè)165間的臨限電壓(Vt)差。在程序化操作期間,源極110區(qū)域系以接地電位(如,Vs=0V)供應(yīng),汲極115區(qū)域系以Vd=4.75V供應(yīng),并且一Vg=5V之偏壓電位供應(yīng)至控制閘極145。在抹除操作期間,源極110區(qū)域系供應(yīng)接地電位(如,Vs=0V),汲極115區(qū)域系以Vd=4.5V供應(yīng),并且Vg=-8V之偏壓電位供應(yīng)至控制閘極145。數(shù)據(jù)系收集達到10,000P/E循環(huán)測試,以顯示一臨限電壓(Vt)窗口,其系圖3之混合AC記憶單元300在數(shù)據(jù)側(cè)165之高及低臨限電壓Vt狀態(tài)20及25間的區(qū)域。高臨限電壓狀態(tài)系頂部數(shù)據(jù)曲線20且由具有空白圓圈的點線顯示。低臨限電壓狀態(tài)系底部數(shù)據(jù)曲線25且由圖7中圖形700上具有黑圓圈的實線顯示。結(jié)果,高臨限狀態(tài)20維持在4V之臨限電壓,且低狀態(tài)25維持在約1.9V之臨限電壓。此保持臨限電壓窗口大體上在整個10,000P/E循環(huán)具有與圖3混合AC記憶單元300相同的大小。
圖8系顯示針對圖3之混合AC記憶單元300的圖形800,在如圖7所示圖形700之10,000P/E循環(huán)后,其比較室溫(RT)臨限電壓(Vt)漂移相對于應(yīng)力時間之實驗資料及其在資料側(cè)165上之效應(yīng)?;旌螦C記憶單元300在圖7之10,000P/E循環(huán)完成后,在汲極115區(qū)域上系配置有一接地電位Vd=0V,且控制閘極145上Vg=0。應(yīng)力時間系1,000秒且臨限電壓窗口的資料系針對混合AC內(nèi)存300單元觀察到。高臨限電壓狀態(tài)系頂部數(shù)據(jù)曲線30且由具有空白圓圈的點線顯示。低臨限電壓狀態(tài)系底部數(shù)據(jù)曲線35且由圖8中圖形800上具有黑圓圈的實線顯示。高及低臨限電壓狀態(tài)說明圖3之混合AC內(nèi)存300的臨限電壓窗口。該圖形顯示在資料側(cè)165上之室溫(RT)漂移,其中高30及低35臨限電壓狀態(tài)間在整個1,000秒應(yīng)力時間中幾乎沒有改變。此資料顯示混合AC內(nèi)存300單元在遍及許多程序化及抹除操作上具有相當良好之資料保持。
圖9系顯示針對圖3之混合AC記憶單元300的圖形900,在如圖7所示圖形700中之10,000P/E循環(huán)后,比較臨限電壓(Vt)偏移(如,漂移)相對于控制閘極145之應(yīng)力時間的實驗資料及其在資料側(cè)165上之效應(yīng)??刂崎l極145系以Vg=-5V之偏壓電位受應(yīng)力達到1,000秒的應(yīng)力時間,且觀察臨限電壓窗口的資料。低臨限電壓狀態(tài)45系底部數(shù)據(jù)曲線且系由具有黑圓圈的實線顯示,其在整個1000秒之應(yīng)力時間中大體上維持固定。高臨限電壓狀態(tài)40系頂部數(shù)據(jù)曲線且系由具有空白圓圈的點線顯示,其顯示在1000秒之應(yīng)力時間后在資料側(cè)165上約700mV之損耗。此顯示若應(yīng)力長時間存在,混合AC內(nèi)存300單元系對控制閘極145之應(yīng)力敏感。
圖10系顯示針對圖3之混合AC記憶單元300的圖形1000,在如圖7所示圖形700之10,000次程序和抹除循環(huán)后,比較在一讀取干擾測試后之臨限電壓(Vt)偏移相對于應(yīng)力時間的實驗資料及其在資料側(cè)165上之效應(yīng)??刂崎l極145系以Vg=5V之偏壓電位電壓供應(yīng),且源極110區(qū)域系以Vs=1.6V之偏壓電位電壓供應(yīng),其系保持達到1,000秒之應(yīng)力時間。低臨限電壓狀態(tài)55系由具有黑圓圈的實線顯示之底部數(shù)據(jù)曲線,且顯示達1000秒之應(yīng)力時間時在資料側(cè)165上增加200mV。高臨限電壓狀態(tài)50系由具有空白圓圈的點線顯示之頂部資料曲線,且在1000秒之應(yīng)力時間中大體上維持固定。結(jié)果,臨限電壓窗口在應(yīng)力時間的開始系較寬(如,較大的ΔVt),且在應(yīng)力時間的結(jié)尾較窄(如,較小的ΔVt)。
熟習(xí)此項技藝者應(yīng)即了解可對上述各項具體實施例進行變化,而不致悖離其廣義之發(fā)明性概念。因此,應(yīng)了解本發(fā)明并不限于本揭之特定具體實施例,而系為涵蓋歸屬如后載各請求項所定義之本發(fā)明精神及范圍內(nèi)的修飾。
權(quán)利要求
1.一種形成一輔助電荷記憶(AC內(nèi)存)單元之方法,其包含(a)設(shè)置一電荷陷阱記憶單元,其包括一二側(cè)電荷設(shè)陷層;及(b)在該二側(cè)電荷設(shè)陷層之至少一部份中形成一電荷,其中該電荷設(shè)陷層之一側(cè)(AC側(cè))系恒具有一高臨限電壓(Vt)位準,該電荷系用于該AC記憶單元之該輔助電荷,且該另一側(cè)(資料側(cè))系用于記憶體操作。
2.如請求項1之方法,其中步驟(b)進一步包含在該AC側(cè)上使用一側(cè)信道熱電子(CHE)以增加該高臨限電壓(Vt)位準,該數(shù)據(jù)側(cè)系在一低臨限電壓(Vt)。
3.如請求項1之方法,其中該電荷設(shè)陷層系一氮化物電荷設(shè)陷層。
4.一種在一執(zhí)行一記憶體操作的電荷陷阱存儲元件中形成一輔助電荷記憶(AC內(nèi)存)單元之方法,該單元包含(i)一p型基板,(ii)一在該基板之一部份中的源極區(qū)域,(iii)一在該基板之一部分中的汲極區(qū)域,(iv)一信道,其系插入該源極和汲極區(qū)域間且在該基板之一部份中,(v)一在該基板上且在該信道上方的第一介電層,(vi)一在該第一介電層上之二側(cè)電荷設(shè)陷層,(vii)一在該電荷設(shè)陷層上之第二介電層,及(viii)一在該第二介電層上之控制閘極,該方法包含(a)供應(yīng)一接地電位至該汲極區(qū)域;(b)供應(yīng)一偏壓電位電壓至該源極區(qū)域;(c)供應(yīng)一控制電壓至該控制閘極;及(d)在該二側(cè)電荷設(shè)陷層之至少一部份中形成一電荷,其中該二側(cè)電荷設(shè)陷層之一側(cè)(AC側(cè))系恒具有一高臨限電壓(Vt)位準,該電荷系用于該AC記憶單元之該輔助電荷,且該另一側(cè)(資料側(cè))系用于記憶體操作。
5.如請求項4之方法,其中該記憶體操作系一讀取操作,且步驟(a)進一步包含供應(yīng)一接地電位至該汲極區(qū)域,且步驟(b)進一步包含供應(yīng)一偏壓電位電壓至該源極區(qū)域,該方法進一步包含(e)從該二側(cè)電荷設(shè)陷層之該資料側(cè)讀取該資料。
6.如請求項5之方法,其中該AC內(nèi)存的該二側(cè)電荷設(shè)陷層之記憶體操作系多位準單元,并且該資料側(cè)可具有一用于該臨限電壓(Vt)位準之電荷位準的各種程度。
7.如請求項4之方法,其中步驟(d)在該AC側(cè)上使用一種一側(cè)信道熱電子(CHE)以增加至該高臨限電壓(Vt)位準,該數(shù)據(jù)側(cè)系在一低臨限電壓(Vt),其中一陡電場區(qū)域系在該汲極及源極區(qū)域間之該信道中的該AC側(cè)和該數(shù)據(jù)側(cè)間產(chǎn)生,從而形成一CHE AC內(nèi)存。
8.如請求項4之方法,其中步驟(a)進一步包含供應(yīng)一接地電位至該源極區(qū)域及汲極區(qū)域,步驟(c)進一步包含供應(yīng)一偏壓電位電壓至該控制閘極,步驟(d)藉由在該控制閘極及該基板間施加一負偏壓以均勻地增加在該電荷設(shè)陷層中形成該電荷的臨限電壓(Vt),以使用一負Fowler-Nordheim(-FN)注入,該電荷系形成在該整個電荷設(shè)陷層中,步驟(b)系藉由從該汲極移走該接地電位且供應(yīng)一偏壓電位電壓至該汲極區(qū)域而重復(fù),步驟(c)系藉由將該控制電壓改變成一不同控制電壓而重復(fù),且步驟(d)使用一頻帶對頻帶熱電洞(BTBHH)注入用于抹除該二側(cè)電荷設(shè)陷層之該資料側(cè),同時維持該AC側(cè)在一高臨限電壓(Vt)位準,其中一陡電場區(qū)域系在該汲極及源極區(qū)域間之該信道中的該AC側(cè)和該數(shù)據(jù)側(cè)間產(chǎn)生,從而形成一FN AC內(nèi)存。
9.如請求項4之方法,其中步驟(a)進一步包含供應(yīng)一接地電位至該源極區(qū)域及汲極區(qū)域,步驟(c)進一步包含供應(yīng)一偏壓電位電壓至該控制閘極,步驟(d)藉由在該控制閘極及該基板間施加一正偏壓以均勻地增加在該電荷設(shè)陷層中形成該電荷的臨限電壓(Vt),以使用一正Fowler-Nordheim(+FN)注入,該電荷系形成在該整個氮化物設(shè)陷層中,步驟(b)系藉由從該汲極移走該接地電位且供應(yīng)一偏壓電位電壓至該汲極區(qū)域而重復(fù),步驟(c)系藉由將該控制電壓改變成一不同控制電壓而重復(fù),及步驟(d)使用一頻帶對頻帶熱電洞(BTBHH)注入用于抹除該記憶單元之該二側(cè)電荷設(shè)陷層之該資料側(cè),同時維持該AC側(cè)在一高臨限電壓(Vt)位準,其中一陡電場區(qū)域系在該汲極及源極區(qū)域間之該信道中的該AC側(cè)和該數(shù)據(jù)側(cè)間產(chǎn)生,從而形成一FN AC內(nèi)存。
10.如請求項4之方法,其中步驟(a)進一步包含供應(yīng)一接地電位至該汲極區(qū)域,步驟(b)進一步包含供應(yīng)一偏壓電位電壓至該源極區(qū)域,步驟(d)藉由在該電荷設(shè)陷層之一側(cè)中形成該電荷以使用一側(cè)信道熱電子(CHE)注入來增加至一高臨限電壓,該電荷系形成在該電荷設(shè)陷層之該AC側(cè)中,步驟(a)系藉由移走該接地電位且供應(yīng)一偏壓電位電壓至該汲極區(qū)域而重復(fù),步驟(b)系藉由從該源極移走該偏壓電位且供應(yīng)一接地電位至該源極而重復(fù),步驟(c)系藉由將該控制電壓改變成一不同控制電壓而重復(fù),及步驟(d)使用頻帶對頻帶熱電洞(BTBHH)注入,用于抹除該AC記憶單元之該二側(cè)電荷設(shè)陷層之數(shù)據(jù)側(cè),同時維持該AC側(cè)在一固定高臨限電壓(Vt)位準,其中一陡電場區(qū)域系在該汲極及源極區(qū)域間之該信道中的該AC側(cè)和該數(shù)據(jù)側(cè)間產(chǎn)生,從而形成一混合AC內(nèi)存。
11.如請求項4之方法,其中該記憶體操作系一程序化操作,且步驟(a)進一步包含供應(yīng)一接地電位至該源極區(qū)域,步驟(b)進一步包含供應(yīng)一偏壓電位電壓至該汲極區(qū)域,且步驟(d)藉由形成一從該源極區(qū)域通過該信道之通路供電子自該源極區(qū)域傳導(dǎo)至該資料側(cè),以使用熱電子(HE)注入來程序化該二側(cè)電荷設(shè)陷層之該資料側(cè),其中一陡電場區(qū)域系在該汲極及源極區(qū)域間之該信道中的該AC側(cè)和該數(shù)據(jù)側(cè)間產(chǎn)生。
12.如請求項4之方法,其中該記憶體操作系一抹除操作,且步驟(a)進一步包含供應(yīng)一接地電位至該源極區(qū)域,步驟(b)進一步包含供應(yīng)一偏壓電位電壓至該汲極區(qū)域,且步驟(d)藉由形成一從該汲極區(qū)域通過該信道之通路,供一電洞載體電荷自該汲極區(qū)域傳導(dǎo)至該資料側(cè),以使用頻帶對頻帶熱電洞(BTBHH)注入用于抹除該二側(cè)電荷設(shè)陷層之該資料側(cè)。
13.如請求項4之方法,其中該電荷設(shè)陷層系一氮化物電荷設(shè)陷層。
14.一種在一執(zhí)行一記憶體操作的電荷陷阱存儲元件中形成一輔助電荷記憶(AC內(nèi)存)單元之方法,該單元包含(i)一p型基板,(ii)一在該基板之一部份中的源極區(qū)域,(iii)一在該基板之一部分中之汲極區(qū)域,(iv)一插入該源極和汲極區(qū)域間且在該基板一部份中的信道,(v)一在該基板上且在該信道上方的第一介電層,(vi)一在該第一介電層上之二側(cè)電荷設(shè)陷層,(vii)一在該電荷設(shè)陷層上之第二介電層,及(viii)一在該第二介電層上之控制閘極,該方法包含(a)供應(yīng)一接地電位至該源極區(qū)域;(b)供應(yīng)一偏壓電位電壓至該汲極區(qū)域;(c)供應(yīng)一控制電壓至該控制閘極;及(d)在該二側(cè)電荷設(shè)陷層之至少一部份中形成一電荷,其中該二側(cè)電荷設(shè)陷層之一側(cè)(AC側(cè))恒具有一高臨限電壓(Vt)位準,該電荷系用于該AC記憶單元之該輔助電荷,且該另一側(cè)(資料側(cè))系用于記憶體操作。
15.如請求項14之方法,其中該記憶體操作系一讀取操作,且步驟(a)進一步包含供應(yīng)一接地電位至該源極區(qū)域,及步驟(b)進一步包含供應(yīng)一偏壓電位電壓至該汲極區(qū)域,該方法進一步包含(e)自該二側(cè)電荷設(shè)陷層之該資料側(cè)讀取該資料。
16.如請求項14之方法,其中該AC內(nèi)存之該二側(cè)電荷設(shè)陷層的記憶體操作系多位準單元,在資料側(cè)中可具有一用于該臨限電壓(Vt)位準之電荷位準的各種程度。
17.如請求項14之方法,其中步驟(a)進一步包含供應(yīng)一接地電位至該源極區(qū)域及汲極區(qū)域,步驟(c)進一步包含供應(yīng)一偏壓電位電壓至該控制閘極,步驟(d)藉由在該控制閘極及該基板間施加一負偏壓以均勻地增加在該電荷設(shè)陷層中形成該電荷的臨限電壓(Vt),以使用一負Fowler-Nordheim(-FN)注入,該電荷系形成在該整個電荷設(shè)陷層中,步驟(b)系藉由從該源極移走該接地電位且供應(yīng)一偏壓電位電壓至該源極區(qū)域而重復(fù),步驟(c)系藉由將該控制電壓改變成一不同控制電壓而重復(fù),及步驟(d)使用一頻帶對頻帶熱電洞(BTBHH)注入供抹除該二側(cè)電荷設(shè)陷層之該資料側(cè),同時維持該AC側(cè)在一高臨限電壓(Vt)位準,其中一陡電場區(qū)域系在該汲極及源極區(qū)域間之該信道中的該AC側(cè)和該數(shù)據(jù)側(cè)間產(chǎn)生,從而形成一FNAC內(nèi)存。
18.如請求項14之方法,其中步驟(a)進一步包含供應(yīng)一接地電位至該源極區(qū)域及汲極區(qū)域,步驟(c)進一步包含供應(yīng)一偏壓電位電壓至該控制閘極,步驟(d)藉由在該控制閘極及該基板間施加一正偏壓以均勻地增加在該電荷設(shè)陷層中形成該電荷的該臨限電壓(Vt),以使用一正Fowler-Nordheim(-FN)注入,該電荷系形成在該整個氮化物設(shè)陷層中,步驟(b)系藉由從該源極移走該接地電位且供應(yīng)一偏壓電位電壓至該源極區(qū)域而重復(fù),步驟(c)系藉由將該控制電壓改變成一不同控制電壓而重復(fù),及步驟(d)使用一頻帶對頻帶熱電洞(BTBHH)注入供抹除該記憶單元之該二側(cè)電荷設(shè)陷層之該資料側(cè),同時維持該AC側(cè)在一高臨限電壓(Vt)位準,其中一陡電場區(qū)域系在該汲極及源極區(qū)域間之該信道中的該AC側(cè)和該數(shù)據(jù)側(cè)間產(chǎn)生,從而形成一FN AC內(nèi)存。
19.如請求項14之方法,其中步驟(a)進一步包含供應(yīng)一接地電位至該源極區(qū)域,步驟(b)進一步包含供應(yīng)一偏壓電位電壓至該汲極區(qū)域,步驟(d)藉由在該電荷設(shè)陷層之一側(cè)中形成該電荷,以使用一側(cè)信道熱電子(CHE)注入來增加至一高臨限電壓,該電荷系形成在該電荷設(shè)陷層之該AC側(cè)中,步驟(a)系藉由移走該接地電位且供應(yīng)一偏壓電位電壓至該源極區(qū)域而重復(fù),步驟(b)系藉由從該汲極移走該偏壓電位且供應(yīng)一接地電位至該汲極而重復(fù),步驟(c)系藉由將該控制電壓改變成一不同控制電壓而重復(fù),及步驟(d)使用頻帶對頻帶熱電洞(BTBHH)注入供抹除該AC記憶單元之該二側(cè)電荷設(shè)陷層之該資料側(cè),同時維持該AC側(cè)在一固定高臨限電壓(Vt)位準,其中一陡電場區(qū)域系在該汲極及源極區(qū)域間之該信道中的該AC側(cè)和該數(shù)據(jù)側(cè)間產(chǎn)生,從而形成一混合AC內(nèi)存。
20.如請求項14之方法,其中該記憶體操作系一程序化操作,且步驟(a)進一步包含供應(yīng)一接地電位至該汲極區(qū)域,步驟(b)進一步包含供應(yīng)一偏壓電位電壓至該源極區(qū)域,且步驟(d)藉由形成一從該汲極區(qū)域通過該信道之通路供電子自該汲極區(qū)域傳導(dǎo)至該資料側(cè),以使用熱電子(CHE)注入來程序化該二側(cè)電荷設(shè)陷層之該資料側(cè),其中一陡電場區(qū)域系在該汲極及源極區(qū)域間之該信道中的該AC側(cè)和該數(shù)據(jù)側(cè)間產(chǎn)生。
21.如請求項14之方法,其中該記憶體操作系一抹除操作,且步驟(a)進一步包含供應(yīng)一接地電位至該汲極區(qū)域,步驟(b)進一步包含供應(yīng)一偏壓電位電壓至該源極區(qū)域,及步驟(d)藉由形成一從該源極區(qū)域通過該信道之通路,供一電洞載體電荷自該源極區(qū)域傳導(dǎo)至該資料側(cè),以使用頻帶對頻帶熱電洞(BTBHH)注入供抹除該二側(cè)電荷設(shè)陷層之該資料側(cè)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種形成一輔助電荷記憶(AC內(nèi)存)單元之方法。該方法使用一包括二側(cè)電荷設(shè)陷層之二側(cè)電荷陷阱記憶單元。一電荷系形成在該二側(cè)電荷設(shè)陷層之至少一部份中。該二側(cè)電荷設(shè)陷層中之一側(cè)(AC側(cè))恒具有一固定高臨限電壓(Vt)位準,該電荷系用于AC記憶單元之輔助電荷。該另一側(cè)(資料側(cè))系用于記憶體操作。
文檔編號H01L21/8247GK1873931SQ20051013148
公開日2006年12月6日 申請日期2005年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月7日
發(fā)明者郭明昌, 吳昭誼, 李明修, 徐子軒 申請人:旺宏電子股份有限公司