專利名稱：非揮發(fā)性內(nèi)存結(jié)構(gòu)及其操作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種非揮發(fā)性內(nèi)存(Non-Volatile Memory)的構(gòu)造及操作方法，特別涉及一種高電容比單閘極的閃存(Flash Memory)構(gòu)造及其操作方法。
背景技術(shù)：
一般而言，內(nèi)存組件通?？煞譃閮纱箢悾磽]發(fā)性內(nèi)存與非揮發(fā)性內(nèi)存(non-volatile memory)兩種。而所謂的揮發(fā)性內(nèi)存是指內(nèi)存內(nèi)的數(shù)據(jù)須依賴持續(xù)性的電源供應(yīng)才能維持和保存。相對(duì)的，非揮發(fā)性內(nèi)存則意味著即使遇到了電源中斷，其內(nèi)部存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)仍得以保存一段很長(zhǎng)的時(shí)間。舉例來(lái)說(shuō)，一般常在計(jì)算機(jī)內(nèi)部使用的動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取內(nèi)存(DRAM)與靜態(tài)隨機(jī)存取內(nèi)存(SRAM)就是屬于揮發(fā)性內(nèi)存，而只讀存儲(chǔ)器(ROM)則為非揮發(fā)性內(nèi)存。
在各種非揮發(fā)性內(nèi)存中，電子式可清除程序化只讀存儲(chǔ)器(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory，EEPROM)由于具備有電性編寫和擦除數(shù)據(jù)的非揮發(fā)性內(nèi)存功能且在電源關(guān)掉后數(shù)據(jù)不會(huì)消失，所以被廣泛使用于電子產(chǎn)品上。
可程序化非揮發(fā)性內(nèi)存的程序化操作過(guò)程是利用儲(chǔ)存電荷以改變內(nèi)存的晶體管的閘極電壓，或者是不儲(chǔ)存電荷以留下原內(nèi)存的晶體管的閘極電壓，而擦除化操作過(guò)程則是將儲(chǔ)存在非揮發(fā)性內(nèi)存中的所有電荷移除，使得所有非揮發(fā)性內(nèi)存回到原內(nèi)存的晶體管的閘極電壓。因此，現(xiàn)有內(nèi)存在進(jìn)行程序化擦除寫入時(shí)，必須提供一個(gè)足夠大的電壓給汲極和源極，通過(guò)此高壓差所形成的信道，以便完成上述動(dòng)作，但現(xiàn)有的單閘極EEPROM并無(wú)法輕易降低整個(gè)操作電流，使得操作電流偏高，且因其內(nèi)存數(shù)組結(jié)構(gòu)需求越來(lái)越密集，信道長(zhǎng)度將隨之縮短，進(jìn)而造成各內(nèi)存間的操作互為影響，此外較高的操作電流必須具備復(fù)雜的外圍線路設(shè)計(jì)，上述以高電壓的操作方法將使得外圍線路的復(fù)雜度增高。
再者現(xiàn)有EEPROM組件在擦除方法上，儲(chǔ)存的電荷是在福勒-諾得漢(Fowler-Nordheim)隧穿(簡(jiǎn)稱F-N隧穿)技術(shù)的隧穿效應(yīng)下從浮接閘移動(dòng)至晶體管來(lái)移除，由于單閘極EEMPROM記憶胞的結(jié)構(gòu)為晶體管基底-浮接閘-電容基底，導(dǎo)致儲(chǔ)存的電荷可依據(jù)電場(chǎng)施加方向而被釋放至任一方向，而導(dǎo)致單閘極EEPROM組件的過(guò)度擦除問(wèn)題及擦除速度慢的問(wèn)題變得更為嚴(yán)重。
因此，本發(fā)明針對(duì)上述問(wèn)題，提出一種非揮發(fā)性內(nèi)存結(jié)構(gòu)及其操作方法，有效克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的，是提供一種非揮發(fā)性內(nèi)存結(jié)構(gòu)，其是使用單一浮接閘極結(jié)構(gòu)及包含一對(duì)相異離子摻雜區(qū)的電容結(jié)構(gòu)，用來(lái)增加電容值，達(dá)成縮小面積的目的，在程序化時(shí)，對(duì)源極施加一個(gè)電壓或?qū)w管基底施加一個(gè)背向偏壓，來(lái)大幅降低單閘極式電子式可清除程序化只讀存儲(chǔ)器(EEPROM)組件的電流需求。
本發(fā)明的另一目的，是提供一種非揮發(fā)性內(nèi)存結(jié)構(gòu)，其是利用單一浮接閘極結(jié)構(gòu)及包含一對(duì)相異離子摻雜區(qū)的電容結(jié)構(gòu)，在擦除時(shí)提高汲極電壓，并在閘極加上一個(gè)微小電壓，使進(jìn)行擦除時(shí)增加F-N隧穿電流，進(jìn)而達(dá)到高速擦除的功效。
根據(jù)本發(fā)明，一種非揮發(fā)性內(nèi)存結(jié)構(gòu)，包括一個(gè)半導(dǎo)體基底，位于此半導(dǎo)體基底上設(shè)有相隔離的一個(gè)晶體管結(jié)構(gòu)及一個(gè)電容結(jié)構(gòu)，此晶體管結(jié)構(gòu)包括有作為源極及汲極的多個(gè)離子摻雜區(qū)，而電容結(jié)構(gòu)包括一個(gè)位于半導(dǎo)體基底內(nèi)的N型井，此N型井內(nèi)設(shè)有一對(duì)相異離子摻雜區(qū)，此N型井表面上設(shè)置一層第一介電層，在第一介電層上設(shè)置一個(gè)第一導(dǎo)電閘極，此晶體管結(jié)構(gòu)及電容結(jié)構(gòu)為電性連接，用來(lái)作為單浮接閘極。
而此非揮發(fā)性內(nèi)存結(jié)構(gòu)的操作方法，首先對(duì)此半導(dǎo)體基底、源極、汲極、二相異離子摻雜區(qū)及單浮接閘極上分別施加一個(gè)基底電壓、一個(gè)源極電壓、一個(gè)汲極電壓及一個(gè)控制閘電壓，在進(jìn)行程序化過(guò)程時(shí)，使所施加的源極電壓大于該基底電壓，以產(chǎn)生較寬的空乏的源極-基底接面；而在進(jìn)行擦除過(guò)程時(shí)，使所施加的該控制閘電壓大于該源極電壓，以增加福勒-諾得漢(F-N)隧穿電流。
本發(fā)明非揮發(fā)性內(nèi)存結(jié)構(gòu)及其操作方法與現(xiàn)有技術(shù)相比，其有益效果在于，可大幅降低單閘極式電子式可清除程序化只讀存儲(chǔ)器(EEPROM)組件的電流需求，并可實(shí)現(xiàn)高速擦除。
以下通過(guò)具體實(shí)施例結(jié)合附圖詳加說(shuō)明，以便更容易了解本發(fā)明的目的、技術(shù)內(nèi)容、特點(diǎn)及其有益效果。


圖1為本發(fā)明非揮發(fā)性內(nèi)存結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)剖視圖。
圖2為本發(fā)明非揮發(fā)性內(nèi)存結(jié)構(gòu)設(shè)有四個(gè)端點(diǎn)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為本發(fā)明非揮發(fā)性內(nèi)存結(jié)構(gòu)的等效電路示意圖。
圖號(hào)說(shuō)明10 半導(dǎo)體基底 12 晶體管結(jié)構(gòu)14 電容結(jié)構(gòu) 16 隔離組件18 介電層 20 導(dǎo)電閘極22 源極 24 汲極26 信道 28 N型井30 相異離子摻雜區(qū) 32 介電層34 導(dǎo)電閘極 36 單浮接閘極具體實(shí)施方式
本發(fā)明在于解決現(xiàn)有的非揮發(fā)性內(nèi)存結(jié)構(gòu)在制造時(shí)，因需較高的操作電流所具備復(fù)雜的外圍線路設(shè)計(jì)，而衍生的多道制程、制造困難度高及高生產(chǎn)成本等缺陷，并且也克服此型式的內(nèi)存結(jié)構(gòu)在進(jìn)行擦除時(shí)過(guò)度擦除問(wèn)題及擦除速度緩慢的問(wèn)題，以下就此非揮發(fā)性內(nèi)存的結(jié)構(gòu)及操作方法予以說(shuō)明。
首先說(shuō)明此非揮發(fā)性內(nèi)存結(jié)構(gòu)，請(qǐng)參照?qǐng)D1所示，此非揮發(fā)性內(nèi)存結(jié)構(gòu)是一P型半導(dǎo)體基底10，在此半導(dǎo)體基底10上設(shè)有相隔離的一個(gè)晶體管結(jié)構(gòu)12及一個(gè)電容結(jié)構(gòu)14，在標(biāo)準(zhǔn)隔離模塊制程中使晶體管結(jié)構(gòu)12及電容結(jié)構(gòu)14隔離，此隔離制程是利用隔離組件16將晶體管結(jié)構(gòu)12及電容結(jié)構(gòu)14隔離。
此晶體管結(jié)構(gòu)12為金氧半場(chǎng)效晶體管(MOSFET)結(jié)構(gòu)，此晶體管結(jié)構(gòu)12包括一層介電層18及一個(gè)導(dǎo)電閘極20，此介電層18位于半導(dǎo)體基底10表面上，而導(dǎo)電閘極20則設(shè)于介電層16上，并在半導(dǎo)體基底10內(nèi)且在介電層18周圍利用離子布植方式設(shè)置N+離子摻雜區(qū)，以分別作為其源極22及汲極24，在源極22及汲極24之間通過(guò)離子布植來(lái)形成一信道26；另外半導(dǎo)體基底10所摻雜的離子型式與離子摻雜區(qū)摻雜的離子型式為不同型式的離子，如本實(shí)施例是使用P型式的半導(dǎo)體基底10及N+離子摻雜區(qū)。
此電容結(jié)構(gòu)14包括一個(gè)位于該半導(dǎo)體基底內(nèi)的N型井(N-well)28，此N型井28內(nèi)設(shè)有一對(duì)相異離子摻雜區(qū)30，其中一個(gè)相異離子摻雜區(qū)為N+型摻雜，另一個(gè)該相異離子摻雜區(qū)則為P+型摻雜，在N型井28表面上設(shè)置一層介電層32，在此介電層32上設(shè)置一個(gè)導(dǎo)電閘極34，形成頂板-介電層-側(cè)底板的電容結(jié)構(gòu)14，接著沉積形成多晶硅，且以微影蝕刻進(jìn)行圖案化將晶體管12的導(dǎo)電閘極20和電容結(jié)構(gòu)14的頂部導(dǎo)電閘極34電連接，使多晶硅形成單浮接閘極(floatinggate)36的結(jié)構(gòu)，接著以離子布植形成控制閘極，在金屬化之后，便同時(shí)完成多個(gè)非揮發(fā)性內(nèi)存結(jié)構(gòu)的制作，因此，此非揮發(fā)性內(nèi)存具有四個(gè)端點(diǎn)，此四個(gè)端點(diǎn)分別為源極、汲極、控制閘極以及基底連接結(jié)構(gòu)，此四個(gè)端點(diǎn)可提供操作時(shí)輸入電壓之用，這樣便完成此非揮發(fā)性內(nèi)存的結(jié)構(gòu)與制作說(shuō)明。
接著說(shuō)明此非揮發(fā)性內(nèi)存結(jié)構(gòu)操作方法，請(qǐng)參照?qǐng)D2及圖3所示，首先對(duì)半導(dǎo)體基底10、源極22、汲極24及二相異離子摻雜區(qū)30上分別施加基底電壓Vsub、源極電壓Vs、汲極電壓Vd及控制閘電壓Vc，其中圖3為此非揮發(fā)性內(nèi)存的等效電路。此非揮發(fā)性內(nèi)存在的超低電流程序化條件如下(1)此非揮發(fā)性內(nèi)存程序化(寫入)a.此基底電壓Vsub為接地，Vsub＝0；以及b.使Vs＞Vsub也就是Vs＞0而Vd＞Vs＞0，且.Vc＞Vs＞0當(dāng)Vs＞Vsub，可產(chǎn)生較寬的空乏的源極-基底接面，進(jìn)而改善電流流向單浮接閘極40的效率，以大幅降低程序化單閘極EEPROM組件的電流需求。
而使Vs＞Vsub的方式有多種，其中一種是對(duì)源極電壓Vs另施加一個(gè)真正有用(Non-trivial)電壓，而使Vs＞Vsub。另一種方式則是對(duì)基底電壓Vsub另施加一個(gè)背向偏壓(back-bias)，而使Vs＞Vsub。
(2)此非揮發(fā)性內(nèi)存擦除時(shí)a.此基底電壓Vsub為接地，Vsub＝0；以及b.使Vc＞Vs；且使Vd＞Vc＞Vs≥0使Vc＞Vs的方式可在擦除過(guò)程對(duì)Vc另施加一個(gè)微小電壓，而使Vc＞Vs。
當(dāng)Vc＞Vs時(shí)可增加F-N隧穿電流來(lái)進(jìn)行擦除，以達(dá)到高速擦除的功效。
本發(fā)明是使用單一浮接閘極結(jié)構(gòu)及包含一對(duì)相異離子摻雜區(qū)的電容結(jié)構(gòu)，用以增加電容值，達(dá)成縮小面積的目的，在程序化時(shí)，對(duì)源極施加一個(gè)有用電壓或?qū)w管基底施加一個(gè)背向偏壓，以大幅降低單閘極式電子式可清除程序化只讀存儲(chǔ)器(EEPROM)組件的電流需求，而在擦除時(shí)提高汲極電壓，并在閘極加上一個(gè)微小電壓，使進(jìn)行擦除時(shí)增加福勒-諾得漢(F-N)隧穿電流，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高速擦除。
以上所述的實(shí)施例僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，通過(guò)實(shí)施例說(shuō)明本發(fā)明的特點(diǎn)，其目的是使本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不是用來(lái)局限本發(fā)明實(shí)施的范圍。因此凡運(yùn)用本發(fā)明權(quán)利要求所述的構(gòu)造、形狀、特征及精神所作的等同性變化及修飾，都應(yīng)包括于本發(fā)明權(quán)利要求范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種非揮發(fā)性內(nèi)存結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括一個(gè)半導(dǎo)體基底；一個(gè)晶體管結(jié)構(gòu)，位于該半導(dǎo)體基底上；以及一個(gè)電容結(jié)構(gòu)，位于該半導(dǎo)體基底上，該電容結(jié)構(gòu)包括一個(gè)位于該半導(dǎo)體基底內(nèi)的N型井，該N型井內(nèi)設(shè)有一對(duì)相異離子摻雜區(qū)，該N型井表面上設(shè)置一層第一介電層，在該第一介電層上設(shè)置一個(gè)第一導(dǎo)電閘極，該晶體管結(jié)構(gòu)及該電容結(jié)構(gòu)兩者隔離且為電連接，用來(lái)作為單浮接閘極。
2.如權(quán)利要求1所述的非揮發(fā)性內(nèi)存結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中，該半導(dǎo)體基底為P型半導(dǎo)體基底。
3.如權(quán)利要求1所述的非揮發(fā)性內(nèi)存結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中，該二相異離子摻雜區(qū)摻雜有二種相異型的離子，其中一個(gè)該相異離子摻雜區(qū)為N+型摻雜，另一個(gè)該相異離子摻雜區(qū)則為P+型摻雜。
4.如權(quán)利要求1所述的非揮發(fā)性內(nèi)存結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中，該晶體管結(jié)構(gòu)包括一層第二介電層及一個(gè)第二導(dǎo)電閘極，該第二介電層位于該半導(dǎo)體基底表面上，而該第二導(dǎo)電閘極則設(shè)于該第二介電層上，并在該半導(dǎo)體基底內(nèi)且在該第二介電層周圍設(shè)置離子摻雜區(qū)，以分別作為其源極及汲極。
5.如權(quán)利要求4所述的非揮發(fā)性內(nèi)存結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中，該半導(dǎo)體基底所摻雜的離子型式與該離子摻雜區(qū)摻雜的離子型式相異。
6.如權(quán)利要求4所述的非揮發(fā)性內(nèi)存結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中，該晶體管結(jié)構(gòu)及該電容結(jié)構(gòu)的電連接是通過(guò)該第一導(dǎo)電閘極電接連至該第二導(dǎo)電閘極，用來(lái)作為單浮接閘極。
7.如權(quán)利要求4所述的非揮發(fā)性內(nèi)存結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中，該晶體管結(jié)構(gòu)及該電容結(jié)構(gòu)利用至少一個(gè)隔離組件隔離。
8.如權(quán)利要求1所述的非揮發(fā)性內(nèi)存結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中，該晶體管結(jié)構(gòu)為金氧半場(chǎng)效晶體管。
9.一種非揮發(fā)性內(nèi)存的操作方法，該非揮發(fā)性內(nèi)存在半導(dǎo)體基底上設(shè)有相隔離的一個(gè)晶體管結(jié)構(gòu)及一個(gè)電容結(jié)構(gòu)，該晶體管結(jié)構(gòu)包括有作為源極及汲極的離子摻雜區(qū)，該電容結(jié)構(gòu)包括一個(gè)N型井內(nèi)設(shè)有一對(duì)相異離子摻雜區(qū)，在該N型井表面依次設(shè)有一層第一介電層及一個(gè)第一導(dǎo)電閘極，該晶體管結(jié)構(gòu)及該電容結(jié)構(gòu)電連接以作為單浮接閘極，其特征在于，該操作方法包括對(duì)該半導(dǎo)體基底、該源極、該汲極、該二相異離子摻雜區(qū)及該單浮接閘極上分別施加一個(gè)基底電壓、一個(gè)源極電壓、一個(gè)汲極電壓及一個(gè)控制閘電壓；在進(jìn)行程序化過(guò)程時(shí)，使所施加的該源極電壓大于該基底電壓，以產(chǎn)生較寬的空乏的源極-基底接面；以及在進(jìn)行擦除過(guò)程時(shí)，使所施加的該控制閘電壓大于該源極電壓，以增加福勒-諾得漢隧穿電流。
10.如權(quán)利要求9所述的非揮發(fā)性內(nèi)存結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中，該二相異離子摻雜區(qū)摻雜二種相異型的離子，其中一個(gè)該相異離子摻雜區(qū)為N+型摻雜，另一個(gè)該相異離子摻雜區(qū)為P+型摻雜。
11.如權(quán)利要求9所述的非揮發(fā)性內(nèi)存結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中，該程序化過(guò)程對(duì)該基底電壓另增加一個(gè)背向偏壓，而使該源極電壓大于該基底電壓。
12.如權(quán)利要求9所述的非揮發(fā)性內(nèi)存結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中，該程序化過(guò)程對(duì)該源極電壓另施加一個(gè)真正有用電壓，而使該源極電壓大于該基底電壓。
13.如權(quán)利要求9所述的非揮發(fā)性內(nèi)存結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中，該擦除過(guò)程對(duì)該閘極電壓另施加一個(gè)微小電壓，使該控制閘電壓大于該源極電壓。
全文摘要
本發(fā)明提供一種非揮發(fā)性內(nèi)存結(jié)構(gòu)及其操作方法，其是使用單一浮接閘極結(jié)構(gòu)及包含一對(duì)相異離子摻雜區(qū)的電容結(jié)構(gòu)，用來(lái)增加電容值，達(dá)成縮小面積的目的，使此內(nèi)存結(jié)構(gòu)進(jìn)行程序化時(shí)，對(duì)源極施加一電壓或?qū)w管基底施加一背向偏壓，從而大幅降低單閘極式電子式可清除程序化只讀存儲(chǔ)器(EEPROM)組件的電流需求，而在進(jìn)行擦除時(shí)，將汲極電壓提高，并在閘極加上一個(gè)微小電壓，使進(jìn)行擦除時(shí)增加F－N隧穿電流，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高速擦除。
文檔編號(hào)H01L21/70GK101051640SQ20061006647
公開(kāi)日2007年10月10日 申請(qǐng)日期2006年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月3日
發(fā)明者林信章, 黃文謙, 楊明蒼, 張浩誠(chéng), 吳政穎 申請(qǐng)人:億而得微電子股份有限公司