專利名稱：非揮發(fā)性存儲器的擦除方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及非揮發(fā)性存儲器的擦除方法，尤其是一種含有捕獲電子層的 雙字節(jié)非揮發(fā)性存儲器的擦除方法。
背景技術(shù)：
通常，用于存儲數(shù)據(jù)的半導(dǎo)體存儲器分為揮發(fā)性存儲器和非揮發(fā)性存儲器(nonvolatile memory)，揮發(fā)性存儲器在電源中斷時易于丟失數(shù)據(jù)，而非 揮發(fā)性存儲器即使在電中斷時仍可保存數(shù)據(jù)。與其它的非揮發(fā)性存儲技術(shù)(例 如，磁盤驅(qū)動器)相比，非揮發(fā)性半導(dǎo)體存儲器相對較小，因此，非揮發(fā)性半 導(dǎo)體存儲器已廣泛地應(yīng)用于移動通信系統(tǒng)、存儲卡等。圖l所示結(jié)構(gòu)為一種含有捕獲電荷層的非揮發(fā)性存儲器的結(jié)構(gòu)示意圖。如 圖l中所示，在半導(dǎo)體襯底ll中包括第一摻雜區(qū)域12a和第二摻雜區(qū)域12b，分 別為存儲器的源極和漏極區(qū)域，在半導(dǎo)體襯底11中第 一摻雜區(qū)域12a和第二摻 雜區(qū)12b之間的區(qū)域為溝道區(qū)域13，在溝道區(qū)域13上形成了柵極結(jié)構(gòu)14。所述 柵極結(jié)構(gòu)14包括在半導(dǎo)體襯底11上順序形成的介質(zhì)層15 _捕獲電荷層16 -介 質(zhì)層17的三層堆疊結(jié)構(gòu)以及由導(dǎo)電材料形成的柵極18。圖l所示的非揮發(fā)性存儲器通常利用溝道熱電子注入效應(yīng)(Channel Hot Electron)進行寫入，使得熱電子從漏極側(cè)(或源極側(cè))穿過介質(zhì)層15注入電荷 捕獲層16中，而在接近漏極(或源極)上方的電荷捕獲層局部性地儲存。寫 入之后，由于在漏極側(cè)(或源極側(cè))的電荷捕獲層上帶有凈負電荷，所以會令存 儲器件的啟始電壓上升。在進行擦除操作時，則利用價帶-導(dǎo)帶間熱空穴注 入步文應(yīng)(Band - to - Band Tunneling Induced Hot Hole Injection), 而4吏4尋靠近〉漏 極側(cè)(源極側(cè))的空穴能夠經(jīng)過介質(zhì)層進入電荷捕獲層中。在擦除之后，由
于原本存在于漏極側(cè)(或源極側(cè))電荷捕獲層上的負電荷被注入的空穴中和， 所以會令存儲器件的啟始電壓下降而成為擦除狀態(tài)。申請?zhí)枮镃N02142753的中國專利申請文件提供另 一種含有捕獲電荷層的 非揮發(fā)性存儲器的擦除方法，進行擦除時，在存儲器的柵極施加-10V至-20V 的電壓，源極和漏極分別施加0至10V的電壓，半導(dǎo)體襯底接地，即可在柵極 與半導(dǎo)體襯底之間造成電壓差，并可以利用負柵極電壓F - N隧穿效應(yīng)使電子 從捕獲電荷層中拉出至溝道中。目前，半導(dǎo)體存儲器件的發(fā)展已經(jīng)集中在增 加存儲容量以及擦除和擦除速度上。但是，上述非揮發(fā)性半導(dǎo)體存儲器的擦 除方法的擦除速度較慢。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明解決的問題是現(xiàn)有非揮發(fā)性存儲器的擦除速度較慢，提供一種非 揮發(fā)性存儲器的擦除方法，提高存儲器的擦除速度。為解決上述問題，本發(fā)明提供一種非揮發(fā)性存儲器的擦除方法，提供非 揮發(fā)性半導(dǎo)體存儲器，包括半導(dǎo)體襯底，依次位于半導(dǎo)體襯底上的介質(zhì)層-捕獲電荷層-介質(zhì)層三層堆疊結(jié)構(gòu)和柵極，以及半導(dǎo)體襯底內(nèi)位于介質(zhì)層-捕獲電荷層-介質(zhì)層三層堆疊結(jié)構(gòu)兩側(cè)的源極和漏極，包括 在非揮發(fā)性存儲器的源極施加第一電壓，為負值； 在非揮發(fā)性存儲器的漏極施加第二電壓； 將非揮發(fā)性存儲器的半導(dǎo)體襯底接地；在非揮發(fā)性存儲器的4冊極施加第三電壓。其中，所述第一電壓大于-0.4V，第二電壓為2.5V至6.5V,第三電壓為 -6V至-10V。本發(fā)明還提供一種非揮發(fā)性存儲器陣列的擦除方法，提供非揮發(fā)性半導(dǎo) 體存儲器陣列，每一個非揮發(fā)性半導(dǎo)體存儲器包括半導(dǎo)體襯底，依次位于半 導(dǎo)體襯底上的介質(zhì)層-捕獲電荷層-介質(zhì)層三層堆疊結(jié)構(gòu)和柵極，以及半導(dǎo)
體襯底內(nèi)位于介質(zhì)層-捕獲電荷層-介質(zhì)層三層堆疊結(jié)構(gòu)兩側(cè)的源極和漏 極，包括除；通過一選定的位線在非揮發(fā)性存儲器單元的源極施加第一電壓，為負值； 通過另一選定的位線在非揮發(fā)性存儲器單元的漏極施加第二電壓；對非揮發(fā)性存儲器單元的半導(dǎo)體襯底接地；通過一選定的字線在非揮發(fā)性存儲器單元的柵極施加第三電壓。其中，所述第一電壓大于-0.4V,第二電壓為2.5V至6.5V,第三電壓為 -6V至-10V。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的非揮發(fā)性存儲器的擦除方法，在不改變 原有工藝，不改變原有器件結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，提高了存儲器的擦除速度。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)含有捕獲電荷層的非揮發(fā)性存儲器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2本發(fā)明提供的非揮發(fā)性半導(dǎo)體存儲器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3本發(fā)明非揮發(fā)性存儲器的源極電壓和漏極電壓與闞值電壓變化值的 關(guān)系圖；圖4對非揮發(fā)性存儲器陣列進行擦除時的示意圖。
具體實施方式
極和漏極之間產(chǎn)生電子流動，電子在漏極附近與摻雜離子產(chǎn)生碰撞，產(chǎn)生較
提高非揮發(fā)性存儲器的擦除速度。為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖 對本發(fā)明的具體實施方式
做詳細的說明。在下面的描述中闡述了很多具體細節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是本發(fā) 明能夠以很多不同于在此描述的其它方式來實施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不 違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似推廣。因此本發(fā)明不受下面公開的具體實施 的限制。本發(fā)明提供一種非揮發(fā)性存儲器的擦除方法，提供非揮發(fā)性半導(dǎo)體存儲 器，包括半導(dǎo)體襯底，依次位于半導(dǎo)體襯底上的介質(zhì)層-捕獲電荷層-介質(zhì) 層三層堆疊結(jié)構(gòu)和柵極，以及半導(dǎo)體襯底內(nèi)位于介質(zhì)層_捕獲電荷層_介質(zhì)層三層堆疊結(jié)構(gòu)兩側(cè)的源極和漏極，包括在非揮發(fā)性存儲器的源極施加第一電壓，為負值； 在非揮發(fā)性存儲器的漏極施加第二電壓； 將非揮發(fā)性存儲器的半導(dǎo)體村底接地； 在非揮發(fā)性存儲器的柵極施加第三電壓。其中，所述第一電壓大于-0.4V,第二電壓為2.5V至6.5V，第三電壓為 -6V至-10V。參考附圖2所示，為本發(fā)明提供的非揮發(fā)性半導(dǎo)體存儲器，包括半導(dǎo)體 襯底IOO，位于半導(dǎo)體襯底IOO上的介質(zhì)層130-捕獲電荷層140-介質(zhì)層150 的三層堆疊結(jié)構(gòu)和位于介質(zhì)層130 -捕獲電荷層140 -介質(zhì)層150的三層堆疊 結(jié)構(gòu)上的柵4及160，以及半導(dǎo)體襯底100內(nèi)位于介質(zhì)層130-捕獲電荷層140 -介質(zhì)層150的三層堆疊結(jié)構(gòu)兩側(cè)的源極110和漏極120。所述半導(dǎo)體襯底100可以包括單晶或者多晶結(jié)構(gòu)的硅或硅鍺(SiGe ),還
可以是含有摻雜離子例如N型或者P型摻雜的硅或者硅鍺，也可以是絕緣體 上硅(SOI )。所述介質(zhì)層130-捕獲電荷層140-介質(zhì)層150的三層堆疊結(jié)構(gòu)較好的是 氧化物-氮化物-氧化物層，所述的氧化物層最好的是氧化硅，還可能包括 氮化物例如氮氧化硅以及其它可以優(yōu)化器件性能的摻雜劑，所述的氮化層可 以是富含硅、氮以及其它可以提高器件性能的摻雜劑例如氧等，還可以是氧 化鉿、氧化鋁等，最優(yōu)選的為氮化硅。所述氧化物-氮化物-氧化物層目前 最優(yōu)化的為氧化硅-氮化硅-氧化硅。柵極160可以是包含半導(dǎo)體材料的多層結(jié)構(gòu)，例如硅、鍺、金屬或其組合。源極110和漏極120位于介質(zhì)層130 -捕獲電荷層140 -介質(zhì)層150兩側(cè) 的半導(dǎo)體襯底100內(nèi)，附圖中源極110和漏極120的位置可以互換，其摻雜 離子可以是磷離子、砷離子、硼離子或者銦離子中的一種或者幾種。本發(fā)明 中，源極110和漏極120的摻雜型態(tài)與半導(dǎo)體襯底100的摻雜型態(tài)不同，即 當半導(dǎo)體襯底100為n型摻雜時，源極110以及漏極120為P型摻雜，當半 導(dǎo)體襯底100為P型摻雜時，源極110以及漏極120則為n型摻雜。當非揮 發(fā)性半導(dǎo)體存儲器的源極110和漏極120之間存在電壓差時，半導(dǎo)體襯底100 中源極110和漏極120之間的區(qū)域形成溝道區(qū)域170。半導(dǎo)體存儲器的源極接線端111連接在源極110上，漏極接連端112連接 在漏極120上，柵極接線端114連接在柵極160上。進行擦除之前，所述的非揮發(fā)性存儲器的捕獲電荷層的源極或者漏極一 側(cè)已經(jīng)寫入電子，本發(fā)明中，在對含有的捕獲電荷層140的非揮發(fā)性存儲器 進行擦除時，對非揮發(fā)性存儲器的柵極160施加第三電壓，為柵極電壓Vg; 并將半導(dǎo)體襯底100接地，以在柵極160和半導(dǎo)體襯底100之間產(chǎn)生電壓差，
使空穴向柵極一側(cè)移動，所述第三電壓即柵極電壓為-6V至-10V;接著，對源 極110施加第一電壓，為源極電壓Vs,所述第一電壓大于-0.4V,對漏極120 施加第二電壓，為漏4及電壓Vd，第二電壓為2.5V至6.5V,以在源極110和 漏極120之間也產(chǎn)生電子流動，電子從源極110 —側(cè)向漏極120移動，在漏 極120的耗盡層與摻雜離子產(chǎn)生碰撞，產(chǎn)生大量的空穴，在柵極160和半導(dǎo) 體襯底100之間電場作用下，通過介電層130進入捕獲電荷層140中，與捕 獲電子層140中的電子作用，擦除捕獲電子層140內(nèi)寫入的電子。由于本發(fā)明對非揮發(fā)性存儲器的源極施加負電壓，因此，在源極和漏極 之間產(chǎn)生4交大的電壓差，在源才及和漏才及之間產(chǎn)生電子流動，乂人而在漏極的耗 盡層產(chǎn)生較多的空穴，加快了非揮發(fā)性半導(dǎo)體存儲器的電子擦除速度。參考附圖3所示，為本發(fā)明柵極電壓為-7V的情況下，通過改變存儲器的 源極電壓和漏才及電壓，非揮發(fā)性半導(dǎo)體存儲器的閾值電壓變化值，如圖中所 示，將半導(dǎo)體襯底接地，在源極電壓Vs分別為2V， -O.IV， -0.2V和-0.3V 的情況下，在漏極電壓Vd從3V變化到5.5V的情況下半導(dǎo)體存儲器的閾值 電壓，其中，非揮發(fā)性半導(dǎo)體存儲器的柵極長度為Ld為130nm，柵極寬度W 為105nm。從圖中可以看出，在源極電壓Vs為2的情況下，漏極電壓Vd達 到5.2V附近，半導(dǎo)體器件的閾值電壓的變化值DVtR才達到2.5V,在源極電 壓Vs為-0.3V的情況下，漏極電壓Vd達到4.6V，半導(dǎo)體器件的閾值電壓變 化值DVtR就達到了 2.5V，設(shè)定本發(fā)明提供的非揮發(fā)性半導(dǎo)體存儲器在閾值 電壓變化值DVtR達到2.5V時開始擦除，則所述非揮發(fā)性半導(dǎo)體存儲器的擦 除電壓降低了 0.6V。大大提高了非揮發(fā)性半導(dǎo)體存儲器的擦除速度，并提高 了擦除能力。本發(fā)明還提供一種非揮發(fā)性存儲器陣列的擦除方法，提供非揮發(fā)性半導(dǎo) 體存儲器陣列，每一個非揮發(fā)性半導(dǎo)體存儲器包括半導(dǎo)體襯底，依次位于半
導(dǎo)體襯底上的介質(zhì)層-捕獲電荷層-介質(zhì)層三層堆疊結(jié)構(gòu)和柵極，以及半導(dǎo) 體村底內(nèi)位于介質(zhì)層-捕獲電荷層-介質(zhì)層三層堆疊結(jié)構(gòu)兩側(cè)的源極和漏極，包括選取非揮發(fā)性半導(dǎo)體存儲器陣列中的非揮發(fā)性半導(dǎo)體存儲器單元進行擦除；通過一選定的位線在非揮發(fā)性存儲器單元的源極施加第一電壓，為負值 或者0;通過另一選定的位線在非揮發(fā)性存儲器單元的漏極施加第二電壓； 將非揮發(fā)性存儲器單元的半導(dǎo)體村底接地； 通過一選定的字線在非揮發(fā)性存儲器單元的柵極施加第三電壓。 所述第一電壓為源極電壓Vs，第二電壓為漏極電壓Vd,第三電壓為柵極 電壓Vg。參考附圖4所示，選定非揮發(fā)性存儲器單元200進行擦除，其中301至 307為晶體管，通過對晶體管301至307的柵極加壓，即可開啟晶體管301至 307，進而通過對晶體管301至307的漏極加壓，將晶體管漏極上的電壓轉(zhuǎn)加 到它的源極所對應(yīng)的位線上來。接線端401連接晶體管301至307的漏極，并通過晶體管301至307的 漏極將接線端401的電壓施加在非揮發(fā)性半導(dǎo)體存儲器陣列中各個存儲器單 元的漏極，因此，接線端401的電壓相當于非揮發(fā)性存儲器單元200的漏極 電壓Vd，本發(fā)明中，優(yōu)選的Vd為2.5至6.5V;接線端404連接晶體管301 至307的源極，并通過晶體管301至307的源極將接線端404的電壓施加在 非揮發(fā)性半導(dǎo)體存儲器陣列中各個存儲器單元的源極，因此，接線端401的 電壓相當于非揮發(fā)性存儲器單元200的源極電壓Vs，本發(fā)明中，優(yōu)選的Vs
為0至-0.4V;接線端402和403為字線，連接在非揮發(fā)性半導(dǎo)體存儲器陣列 中各個存儲器單元的柵極，所施加的柵極電壓Vg為-6V至-10V,非揮發(fā)性半 導(dǎo)體存儲器陣列中各個存儲器單元的半導(dǎo)體村底接地，圖中未示出。對所選定非揮發(fā)性存儲器單元200進行擦除時，首先在晶體管302以及 晶體管305的的柵極施加9至10V的電壓，保證晶體管302和晶體管305開 啟，然后在接線端401加2.5至6.5V的電壓，并在接線端402施加-6V至-10V 的電壓，在接線端404施加0至-0.4V的電壓，并將非揮發(fā)性半導(dǎo)體存儲器陣 列中各個存儲器單元的半導(dǎo)體襯底接地，即可對非揮發(fā)性存儲器單元200進 行擦除。雖然本發(fā)明己以較佳實施例披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本 領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動與修改， 因此本發(fā)明的保護范圍應(yīng)當以權(quán)利要求所限定的范圍為準。
權(quán)利要求
1. 一種非揮發(fā)性存儲器的擦除方法，提供非揮發(fā)性半導(dǎo)體存儲器，包括半導(dǎo)體襯底，依次位于半導(dǎo)體襯底上的介質(zhì)層-捕獲電荷層-介質(zhì)層三層堆疊結(jié)構(gòu)和柵極，以及半導(dǎo)體襯底內(nèi)位于介質(zhì)層-捕獲電荷層-介質(zhì)層三層堆疊結(jié)構(gòu)兩側(cè)的源極和漏極，其特征在于，包括在非揮發(fā)性存儲器的源極施加第一電壓，為負值；在非揮發(fā)性存儲器的漏極施加第二電壓；將非揮發(fā)性存儲器的半導(dǎo)體襯底接地；在非揮發(fā)性存儲器的柵極施加第三電壓。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述非揮發(fā)性存儲器的擦除方法，其特征在于，所述 第一電壓大于-0.4V。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述非揮發(fā)性存儲器的擦除方法，其特征在于，所述 第二電壓為2.5V至15V。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述非揮發(fā)性存儲器的擦除方法，其特征在于，所述 第三電壓為-6V至-10V。
5. —種非揮發(fā)性存儲器陣列的擦除方法，提供非揮發(fā)性半導(dǎo)體存儲器陣 列，每一個非揮發(fā)性半導(dǎo)體存儲器包括半導(dǎo)體襯底，依次位于半導(dǎo)體襯底上 的介質(zhì)層-捕獲電荷層-介質(zhì)層三層堆疊結(jié)構(gòu)和柵極，以及半導(dǎo)體襯底內(nèi)位 于介質(zhì)層-捕獲電荷層-介質(zhì)層三層堆疊結(jié)構(gòu)兩側(cè)的源極和漏極，其特征在 于，包括選取非揮發(fā)性半導(dǎo)體存儲器陣列中的非揮發(fā)性半導(dǎo)體存儲器單元進行擦除；通過一選定的位線在非揮發(fā)性存儲器單元的源極施加第一電壓，為負值； 通過另 一選定的位線在非揮發(fā)性存儲器單元的漏極施加第二電壓； 對非揮發(fā)性存儲器單元的半導(dǎo)體村底接地；通過一選定的字線在非揮發(fā)性存儲器單元的柵極施加第三電壓。
6. 沖艮據(jù)權(quán)利要求5所述非揮發(fā)性存儲器陣列的擦除方法，其特征在于， 所述第一電壓大于-0.4V。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述非揮發(fā)性存儲器陣列的擦除方法，其特征在于, 所述第二電壓為2.5V至15V。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述非揮發(fā)性存儲器陣列的擦除方法，其特征在于， 所述第三電壓為-6V至-10V。
全文摘要
一種非揮發(fā)性存儲器的擦除方法，提供非揮發(fā)性半導(dǎo)體存儲器，包括半導(dǎo)體襯底，依次位于半導(dǎo)體襯底上的介質(zhì)層-捕獲電荷層-介質(zhì)層三層堆疊結(jié)構(gòu)和柵極，以及半導(dǎo)體襯底內(nèi)位于介質(zhì)層-捕獲電荷層-介質(zhì)層三層堆疊結(jié)構(gòu)兩側(cè)的源極和漏極，包括在非揮發(fā)性存儲器的源極施加第一電壓，為負值；在非揮發(fā)性存儲器的漏極施加第二電壓；將非揮發(fā)性存儲器的半導(dǎo)體襯底接地；在非揮發(fā)性存儲器的柵極施加第三電壓。本發(fā)明提供的非揮發(fā)性存儲器的擦除方法，提高了存儲器的擦除速度。
文檔編號H01L27/115GK101211924SQ20061014818
公開日2008年7月2日 申請日期2006年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月28日
發(fā)明者劉鑒常, 繆威權(quán), 燦 鐘, 陳良成 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司