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      電性隔離的柵極二極管非揮發(fā)存儲(chǔ)器的制作方法

      文檔序號(hào):6936167閱讀:130來源:國(guó)知局
      專利名稱:電性隔離的柵極二極管非揮發(fā)存儲(chǔ)器的制作方法
      技術(shù)領(lǐng)域
      本發(fā)明是關(guān)于電性可程序與可擦除的非揮發(fā)存儲(chǔ)器(EEPROM),更進(jìn) 一歩而言,是關(guān)于電荷儲(chǔ)存存儲(chǔ)器的一偏壓調(diào)整,其可以高敏感度地讀取 存儲(chǔ)單元的電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)中的內(nèi)容。
      背景技術(shù)
      俗稱EEPROM、閃存等電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)的電性可程序可擦除非揮發(fā)存儲(chǔ) 技術(shù)已廣為使用。EEPROM與閃存中采用一定數(shù)量的存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)。隨著 集成電路尺寸日漸縮小,使用電荷捕捉介電層為基礎(chǔ)的存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)就變 得日益重要,因其具有可微縮以及制作簡(jiǎn)易等優(yōu)勢(shì)。業(yè)界已采用多種電荷 捕捉介電層的存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu),諸如PHINES、 NROM、 SONOS等。這些存 儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)利用氮化硅等電荷捕捉介電層來捕捉電荷以儲(chǔ)存資料。若是電 荷捕捉層捕捉到凈負(fù)電荷,存儲(chǔ)單元的臨界電壓即會(huì)增加。從電荷捕捉層 中移除負(fù)電荷或者增加正電荷,均可以降低存儲(chǔ)單元的臨界電壓。
      已知存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)是利用晶體管結(jié)構(gòu),其具有源極、漏極、與柵極。 然而,普通晶體管結(jié)構(gòu)具有源極與漏極擴(kuò)散區(qū)域,其是利用自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)柵極 的側(cè)向分離。此一側(cè)向分離的結(jié)構(gòu),即是無法進(jìn)一步降低非揮發(fā)存儲(chǔ)器尺 寸的原因之一。
      因此,非揮發(fā)存儲(chǔ)單元必須研發(fā)新技術(shù),以進(jìn)一步降低尺寸,并且具 有更高的資料讀取敏感度。

      發(fā)明內(nèi)容
      本發(fā)明揭露一種柵極二極管非揮發(fā)存儲(chǔ)元件、 一柵極二極管非揮發(fā)存 儲(chǔ)元件的陣列、操作一柵極二極管非揮發(fā)存儲(chǔ)元件和陣列的方法以及制造一柵極二極管非揮發(fā)存儲(chǔ)元件和陣列的方法。
      此柵極二極管非揮發(fā)存儲(chǔ)元件具有一電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)、介電結(jié)構(gòu)及一 二極管結(jié)構(gòu)。 一電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)的范例包含浮動(dòng)?xùn)艠O材料、電荷捕捉材料以 及納米晶體材料。根據(jù)此電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)的電荷儲(chǔ)存機(jī)制,此電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu) 的電荷儲(chǔ)存狀態(tài)可以儲(chǔ)存一個(gè)或多個(gè)位。
      此介電結(jié)構(gòu)至少部分位于該電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)與二極管結(jié)構(gòu)之間,且至少 部分位于該電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)與一柵極電壓源,例如是一字符線之間。此二極 管結(jié)構(gòu)具有由一接合所分隔的一第一節(jié)點(diǎn)及一第二節(jié)點(diǎn)。此二極管接合的 范例有同質(zhì)接合、異質(zhì)接合及一梯度異質(zhì)接合。具有第一節(jié)點(diǎn)及第二節(jié)點(diǎn)
      的二極管結(jié)構(gòu)范例包含一 pn 二極管和一蕭基特二極管(Schottky diode)。此 二極管是單晶、多晶及非晶至少一種。
      該接合由該電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)及該一個(gè)或多個(gè)儲(chǔ)存介電結(jié)構(gòu)所覆蓋。該二 極管結(jié)構(gòu)具有一截面,在其中該第二節(jié)點(diǎn)具有相對(duì)部分其藉由儲(chǔ)存在一個(gè) 或多個(gè)隔離電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)內(nèi)的電荷而與相鄰資料儲(chǔ)存元件的二極管結(jié)構(gòu) 電性隔離。該一個(gè)或多個(gè)隔離電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)位于該二極管結(jié)構(gòu)的該第二節(jié) 點(diǎn)與該相鄰資料儲(chǔ)存元件之間。在某些實(shí)施例中,由與第二節(jié)點(diǎn)且實(shí)體連 接相鄰資料儲(chǔ)存元件的二極管結(jié)構(gòu)的相同的材料構(gòu)成而不需要交錯(cuò)的溝 道,例如氧化硅溝道。
      雖然此存儲(chǔ)器的二極管結(jié)構(gòu)與相鄰資料儲(chǔ)存元件的二極管結(jié)構(gòu)電性 隔離,此二極管結(jié)構(gòu)的該第二節(jié)點(diǎn)或許可以實(shí)體地連接相鄰元件的二極管 結(jié)構(gòu)的第二節(jié)點(diǎn)。如此情況下,相同的位線會(huì)結(jié)合流經(jīng)此二極管結(jié)構(gòu)原本 應(yīng)電性隔離而分開的電流。
      此電性隔離是由儲(chǔ)存此隔離電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)中自柵極端或是基板端注 入的電荷所導(dǎo)致。范例的注入機(jī)制為隧穿如傅勒-諾丁漢隧穿(Fowler Nordheim tunneling),及例如自基板注入的熱載子隧穿。舉例而言,電荷 自與實(shí)體地連接相鄰元件的二極管結(jié)構(gòu)的第二節(jié)點(diǎn)材料處注入。
      在某些實(shí)施例中,此極度簡(jiǎn)化的工藝具有一優(yōu)點(diǎn)。由在同一工藝步驟 中形成此存儲(chǔ)器元件的電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)及此隔離電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu),可以形成一 共同的電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)。類似地,由在同一工藝步驟中形成此存儲(chǔ)器元件的 電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)及此隔離電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)兩者的介電結(jié)構(gòu),可以形成一共同的
      7介電結(jié)構(gòu)。最后,由形成覆蓋此存儲(chǔ)器元件及此隔離電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)兩者的 柵極電壓源,可以形成一共同的柵極電壓源。如此簡(jiǎn)化的工藝是依賴電性 隔離相鄰存儲(chǔ)元件之間而不是由氧化物實(shí)體地隔離。
      額外的控制電路施加一偏壓調(diào)整以決定該電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)的一電荷儲(chǔ) 存狀態(tài),以及量測(cè)在反向偏壓時(shí)流經(jīng)該二極管結(jié)構(gòu)的讀取電流以決定該電 荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)的該電荷儲(chǔ)存狀態(tài)。此讀取電流包含一能帶間讀取電流成分。
      此由控制電路所施加的偏壓調(diào)整導(dǎo)至此柵極二極管非揮發(fā)存儲(chǔ)元件 的多重電壓差距,例如在柵極電壓源(通常是一字符線)與此二極管結(jié)構(gòu)第 二節(jié)點(diǎn)之間的一電壓差,以及在此二極管結(jié)構(gòu)第一節(jié)點(diǎn)與第二節(jié)點(diǎn)之間的 另一電壓差。這些偏壓調(diào)整產(chǎn)生的電壓差可以導(dǎo)致足夠的能帶間隧穿電流 以量測(cè)讀取電流來決定該電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)的該電荷儲(chǔ)存狀態(tài)。在此同時(shí),這 些電壓差并不會(huì)改變?cè)撾姾蓛?chǔ)存結(jié)構(gòu)的該電荷儲(chǔ)存狀態(tài)。在一實(shí)施例中, 在柵極與第二節(jié)點(diǎn)之間的電壓差至少大約iov,而第一節(jié)點(diǎn)與第二節(jié)點(diǎn)之 間的電壓差至少大約2V。
      除了此讀取柵極二極管非揮發(fā)存儲(chǔ)元件的內(nèi)容的偏壓調(diào)整之外,其它 的偏壓調(diào)整也可以被施加以改變此柵極二極管非揮發(fā)存儲(chǔ)元件的內(nèi)容。舉 例而言,其它的偏壓調(diào)整以由增加電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)中的一凈正電荷或是增加 電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)中的一凈負(fù)電荷來調(diào)整該電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)的該電荷儲(chǔ)存狀態(tài)。 增加電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)中的一凈正電荷的范例電荷移動(dòng)機(jī)制為能帶間熱載子
      隧穿(band-to-band hot hole tunneling)及傅勒-諾丁漢隧穿。電荷可以在電荷 儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)與二極管結(jié)構(gòu)間移動(dòng),或是在電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)與柵極間移動(dòng),或是 兩者皆有。
      增加電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)中的一凈負(fù)電荷的范例電荷移動(dòng)機(jī)制為能帶間熱 載子隧穿及傅勒-諾丁漢隧穿。電荷可以在電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)與二極管結(jié)構(gòu)間移 動(dòng),或是在電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)與柵極電壓源間移動(dòng),或是兩者皆有。
      一柵極二極管非揮發(fā)存儲(chǔ)元件集成電路的實(shí)施例包含一柵極二極管 非揮發(fā)存儲(chǔ)元件陣列。在某些實(shí)施例中,為了增加儲(chǔ)存密度,多個(gè)陣列是 垂直地安排于彼此上方。依照所使用的尋址機(jī)制,此柵極電壓源(通常是一 字符線)、二極管結(jié)構(gòu)的第一節(jié)點(diǎn)和二極管結(jié)構(gòu)的第二節(jié)點(diǎn)在不同的垂直放 置的陣列之間是互連的,或是在不同的垂直放置的陣列之間是隔離的。通
      8常而言,較大程度的互連可以簡(jiǎn)化尋址和工藝,但是會(huì)因?yàn)轭~外電路的充 放電而消耗較多的功率。
      在一互連機(jī)制中,不同陣列的字符線是互連的,但是不同陣列的第一 節(jié)點(diǎn)和第二節(jié)點(diǎn)之間是互相隔離的。在另一的互連機(jī)制中,不同陣列的字 符線是互相隔離的,但是不同陣列的第一節(jié)點(diǎn)和第二節(jié)點(diǎn)之間是互連的。 又在另一的互連機(jī)制中,不同陣列的字符線、以及不同陣列的第一節(jié)點(diǎn)和 第二節(jié)點(diǎn)之間皆是互相隔離的。
      在某些實(shí)施例中,柵極二極管非揮發(fā)存儲(chǔ)單元陣列包含二極管行、柵 極列、及非揮發(fā)儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)。每一二極管行包含一第一節(jié)點(diǎn)行和一第二節(jié)點(diǎn) 行,其間由一接合所分隔。第二節(jié)點(diǎn)行的相反端是電性隔離。此柵極列在 交會(huì)處是在二極管行之上。這相交會(huì)處是非揮發(fā)儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)的所在。通常, 這些非揮發(fā)儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)是此非揮發(fā)儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)行的一部分。
      每一非揮發(fā)儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)具有一電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)以及一個(gè)或多個(gè)儲(chǔ)存介電 結(jié)構(gòu)。該一個(gè)或多個(gè)隔離電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)至少在交會(huì)處部份位于該電荷儲(chǔ)存 結(jié)構(gòu)與特定二極管行之間、至少在交會(huì)處部份位于該電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)與特定 柵極列之間、及至少在交會(huì)處部份鄰近特定二極管行的第一節(jié)點(diǎn)行和第二 節(jié)點(diǎn)行。
      雖然第二節(jié)點(diǎn)行與相反端的第二節(jié)點(diǎn)行電性隔離,此第二節(jié)點(diǎn)行或許 可以連接相鄰的二極管行。舉例而言,超越電性隔離處的第二節(jié)點(diǎn)行的較 低部分或許可以經(jīng)由相鄰二極管行的第二節(jié)點(diǎn)行而與相鄰的二極管行連 接。如此情況下,相同的位線會(huì)結(jié)合流經(jīng)此二極管結(jié)構(gòu)原本應(yīng)電性隔離而 分開的電流。在其它的實(shí)施例中,此第二節(jié)點(diǎn)行是連接到一條并沒有與相 鄰二極管行的第二節(jié)點(diǎn)行連接的位線。如此情況下,此第二節(jié)點(diǎn)行并不具 有一超越隔離介電層的較低部分與相鄰的二極管行連接。
      在某些實(shí)施例中,基板區(qū)域是半導(dǎo)體基板中的一阱區(qū)。在其它的實(shí)施 例中,基板區(qū)域就是半導(dǎo)體基板。
      在某些實(shí)施例中,非揮發(fā)存儲(chǔ)單元具有一浮動(dòng)?xùn)艠O設(shè)計(jì)或是納米晶 體設(shè)計(jì)。在其它的實(shí)施例中,非揮發(fā)存儲(chǔ)單元具有一電荷捕捉材料設(shè)計(jì)。
      其它的實(shí)施例包含由此處所揭露的工藝所制造的產(chǎn)品。


      凡是本發(fā)明的特征及優(yōu)點(diǎn)等將可通過下列說明附圖、實(shí)施方式及權(quán)利 要求范圍獲得充分了解,其中
      圖1是簡(jiǎn)化的柵極二極管非揮發(fā)存儲(chǔ)單元示意圖。
      圖2A、圖2B、圖2C為簡(jiǎn)化的柵極二極管非揮發(fā)存儲(chǔ)單元示意圖, 顯示利用不同材料所制作的多種電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)。
      圖3A、 3B圖、3C圖、3D圖是簡(jiǎn)化的柵極二極管非揮發(fā)存儲(chǔ)單元示 意圖,顯示二極管結(jié)構(gòu)的多種實(shí)施例,例如pn二極管與蕭特基二極管。
      圖4A與圖4B是簡(jiǎn)化的柵極二極管非揮發(fā)存儲(chǔ)單元示意圖,顯示具 有同質(zhì)接合的pn二極管。
      圖5是簡(jiǎn)化的柵極二極管非揮發(fā)存儲(chǔ)單元示意圖,顯示具有異質(zhì)接合 的pn二極管。
      圖6A與圖6B是簡(jiǎn)化的柵極二極管非揮發(fā)存儲(chǔ)單元示意圖,顯示進(jìn) 行電子隧穿注入的情形。
      圖7A與圖7B是簡(jiǎn)化的柵極二極管非揮發(fā)存儲(chǔ)單元示意圖,顯示單 元中進(jìn)行能帶間熱電子注入的情形。
      圖8A與圖8B是簡(jiǎn)化的柵極二極管非揮發(fā)存儲(chǔ)單元示意圖,顯示單 元中進(jìn)行空穴隧穿注入的情形。
      圖9A與圖9B是簡(jiǎn)化的柵極二極管非揮發(fā)存儲(chǔ)單元示意圖,顯示單 元中進(jìn)行能帶間熱空穴注入的情形。
      圖IOA與圖10B是簡(jiǎn)化的柵極二極管非揮發(fā)存儲(chǔ)單元示意圖,顯示 單元中進(jìn)行能帶間感測(cè)的情形,其中具有不同數(shù)量的凈正電荷或凈負(fù)電 荷,可特性化電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)。
      圖IIA與圖IIB是簡(jiǎn)化的柵極二極管非揮發(fā)存儲(chǔ)單元示意圖,顯示單 元中進(jìn)行能帶間感測(cè)的情形,其中具有不同數(shù)量的凈正電荷或凈負(fù)電荷, 其可特性化電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu),但其二極管節(jié)點(diǎn)的安排不同于圖IOA與圖IOB。
      圖12A與圖12B分別顯示具有內(nèi)連接第二節(jié)點(diǎn)以及不具有內(nèi)連接第 二節(jié)點(diǎn)的相鄰柵極二極管非揮發(fā)存儲(chǔ)單元簡(jiǎn)化示意圖。
      圖13A與圖13B顯示具有內(nèi)連接第二節(jié)點(diǎn)縱行的柵極二極管非揮發(fā) 存儲(chǔ)單元陣列,進(jìn)行能帶間感測(cè)的簡(jiǎn)化示意圖。圖14A與圖14B為不具有內(nèi)連接第二節(jié)點(diǎn)縱行的柵極二極管非揮發(fā)
      存儲(chǔ)單元陣列,進(jìn)行能帶間感測(cè)的簡(jiǎn)化示意圖。
      圖15A與圖15B為具有內(nèi)連接第二節(jié)點(diǎn)縱行的柵極二極管非揮發(fā)存 儲(chǔ)單元陣列,進(jìn)行能帶間感測(cè)的簡(jiǎn)化示意圖,其中二極管結(jié)構(gòu)的摻雜安排 是異于圖13A、圖13B、圖14A、與圖14B。
      圖16A與圖16B顯示不具有內(nèi)連接第二節(jié)點(diǎn)縱行的柵極二極管非揮 發(fā)存儲(chǔ)單元陣列,進(jìn)行能帶間感測(cè)的簡(jiǎn)化示意圖,其中二極管結(jié)構(gòu)的摻雜 安排是異于圖13A、圖13B、圖14A、與圖14B。
      圖17A與圖17B為不具有內(nèi)連接第二節(jié)點(diǎn)的相鄰柵極二極管非揮發(fā) 存儲(chǔ)單元,在特定單元(sdectedcdl)上進(jìn)行電子隧穿注入的簡(jiǎn)化示意圖。
      圖18A與圖18B為不具有內(nèi)連接第二節(jié)點(diǎn)的相鄰柵極二極管非揮發(fā) 存儲(chǔ)單元,在特定單元上進(jìn)行能帶間熱空穴注入的簡(jiǎn)化示意圖。
      圖19A、圖19B、圖19C為柵極二極管非揮發(fā)存儲(chǔ)單元陣列的剖面圖, 其中不同陣列之間,字符線、第一節(jié)點(diǎn)縱行、與第二節(jié)點(diǎn)縱行具有不同的
      內(nèi)連接。
      圖20是具有柵極二極管非揮發(fā)存儲(chǔ)單元陣列與控制電路的集成電路 簡(jiǎn)化示意圖。
      圖21A-21H顯示柵極二極管非揮發(fā)存儲(chǔ)陣列的一種制作流程圖范例。 圖22顯示沒有交錯(cuò)的隔離氧化層的相鄰柵極二極管非揮發(fā)存儲(chǔ)單元
      的簡(jiǎn)化示意圖,且在相鄰柵極二極管非揮發(fā)存儲(chǔ)單元之間會(huì)有漏電流。 圖23A顯示相鄰柵極二極管非揮發(fā)存儲(chǔ)單元的簡(jiǎn)化操作示意圖,經(jīng)由
      自柵極端的電子隧穿注入,以電性隔離相鄰的柵極二極管非揮發(fā)存儲(chǔ)單
      元o
      圖23B顯示相鄰柵極二極管非揮發(fā)存儲(chǔ)單元的簡(jiǎn)化操作示意圖,經(jīng)由 自二極管端的電子隧穿注入,以電性隔離相鄰的柵極二極管非揮發(fā)存儲(chǔ)單 元。
      圖23C顯示相鄰柵極二極管非揮發(fā)存儲(chǔ)單元的簡(jiǎn)化操作示意圖,經(jīng)由 自二極管端的熱電子注入,以電性隔離相鄰的柵極二極管非揮發(fā)存儲(chǔ)單 元。
      圖24A顯示具有交錯(cuò)的電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)以電性隔離相鄰柵極二極管非揮發(fā)存儲(chǔ)單元的簡(jiǎn)化示意圖。
      圖24B顯示具有交錯(cuò)的隔離電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)以電性隔離相鄰柵極二極 管非揮發(fā)存儲(chǔ)單元的簡(jiǎn)化示意圖,此交錯(cuò)的隔離電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)以及與資料 儲(chǔ)存相關(guān)的電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)輩分被特別標(biāo)示出來。
      圖25A為一柵極電壓與電流關(guān)系圖,其顯示在經(jīng)由電子隧穿注入的電 性隔離相鄰柵極二極管非揮發(fā)存儲(chǔ)單元操作之后的電性隔離有效程度。
      圖25B為一柵極電壓與電流關(guān)系圖,其顯示在經(jīng)由電子隧穿注入的電 性隔離相鄰柵極二極管非揮發(fā)存儲(chǔ)單元操作之前與之后,相鄰柵極二極管 非揮發(fā)存儲(chǔ)單元的資料儲(chǔ)存表現(xiàn)。
      圖26A為一柵極電壓與電流關(guān)系圖,其顯示在經(jīng)由基板熱電子注入的 電性隔離相鄰柵極二極管非揮發(fā)存儲(chǔ)單元操作之后的電性隔離有效程度。
      圖26B為一柵極電壓與電流關(guān)系圖,其顯示在經(jīng)由基板熱電子注入的 電性隔離相鄰柵極二極管非揮發(fā)存儲(chǔ)單元操作之前與之后,相鄰柵極二極 管非揮發(fā)存儲(chǔ)單元的資料儲(chǔ)存表現(xiàn)。
      具體實(shí)施例方式
      圖1至圖19的柵極二極管非揮發(fā)存儲(chǔ)單元可以利用圖20至圖25所 描述具有電性隔離結(jié)構(gòu)來取代。亦即,在圖20至圖25所描述的實(shí)施例中, 圖1至圖19所示位于鄰近存儲(chǔ)裝置之間的隔離氧化物可以被隔離電荷儲(chǔ) 存結(jié)構(gòu)所取代。
      圖1為柵極二極管非揮發(fā)存儲(chǔ)單元的簡(jiǎn)化示意圖,節(jié)點(diǎn)102與104由 接合分隔形成二極管。電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)與介電結(jié)構(gòu)的組合106實(shí)質(zhì)圍繞第一 二極管節(jié)點(diǎn)102。電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)與介電結(jié)構(gòu)組合106亦部分連接至第二二 極管節(jié)點(diǎn)104。在此剖面圖中,第二二極管節(jié)點(diǎn)104兩邊的介電層110, 將第二二極管節(jié)點(diǎn)104與鄰近裝置隔絕,例如其它柵極二極管非揮發(fā)存儲(chǔ) 單元。
      圖2A、圖2B、圖2C均為柵極二極管非揮發(fā)存儲(chǔ)單元的簡(jiǎn)化示意圖, 其顯示采用不同材料的電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)。圖2A中,電荷捕捉材料結(jié)構(gòu)202 區(qū)域性儲(chǔ)存電荷,其是將正電荷儲(chǔ)存于二極管接合的電荷捕捉材料附近。 氧化結(jié)構(gòu)是位于電荷捕捉材料結(jié)構(gòu)202與柵極結(jié)構(gòu)之間,同時(shí)位于電荷捕
      12捉材料結(jié)構(gòu)202與二極管結(jié)構(gòu)之間。電荷捕捉材料結(jié)構(gòu)202與柵極結(jié)構(gòu)之 間的介電材料代表材質(zhì)包括二氧化硅與氮氧化硅,其厚度約為5-10納米, 或可采用其它類似高介電常數(shù)材料,例如A1203。電荷捕捉材料結(jié)構(gòu)202 與二極管結(jié)構(gòu)間介電材料的代表物質(zhì)包括二氧化硅與氮氧化硅,其厚度約 為2-10納米,亦可采用其它類似高介電常數(shù)材料。
      電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)的代表物質(zhì),包含氮化硅,其厚度約為3-9納米,亦可 采用其它類似高介電常數(shù)材料,包含Ab03、 Hf02等金屬氧化物。
      某些實(shí)施例中,柵極包含一種材料,其功率函數(shù)大于N型硅的內(nèi)部功 率函數(shù),或大于4.1eV,較佳實(shí)施例中大于4.25eV,或包含大于5 eV的 例子。代表性的柵極材料包含p型多晶硅、TiN、 Pt、以及其它高功率函 數(shù)的金屬與材料。其它具有相對(duì)高功率函數(shù)的材料亦可作為本技術(shù)的實(shí)施 例,包括但不限于Ru、 Ir、 Ni、與Co等金屬,亦包括但不限于Ru-Ti、 Ni-Ti、金屬氮化物、Ru02、與金屬氧化物等材料。相較于典型n型多晶 硅柵極,高功率函數(shù)的柵極材料可對(duì)電子隧穿產(chǎn)生更高的注入能障。具有 二氧化硅頂部介電層的n型多晶硅柵極,其注入能障約為3.15 eV。因此, 本發(fā)明的實(shí)施例所采用的柵極與頂部介電材料,其注入能障均高于3.15 eV,較佳實(shí)施例高于3.4eV,更佳的實(shí)施例中高于4 eV。具有二氧化硅頂 部介電層的p型多晶硅柵極,其注入能障約為4.25 eV,同時(shí),相對(duì)于具 有二氧化硅頂部介電層的n型多晶硅柵極,其可將會(huì)聚單元(Coiwerged cell) 的臨界電壓下降約2V。
      圖2B顯示類似圖2A的柵極二極管非揮發(fā)存儲(chǔ)單元,但具有浮動(dòng)?xùn)?極204,其通常由多晶硅制成。圖2C顯示類似圖2A的柵極二極管非揮發(fā) 存儲(chǔ)單元,但具有納米粒子電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)206。
      各電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)均可儲(chǔ)存一個(gè)或多個(gè)位,舉例而言,若各電荷儲(chǔ)存結(jié) 構(gòu)均儲(chǔ)存二位,則會(huì)在柵極二極管非揮發(fā)存儲(chǔ)單元中形成四個(gè)不連續(xù)的電 荷儲(chǔ)存狀態(tài)。
      在某些實(shí)施例中,程序化是指在電荷捕捉結(jié)構(gòu)中制造更多凈正電荷, 例如可由電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)中移除電子或者增加空穴;另一方面,擦除則代表 在電荷捕捉結(jié)構(gòu)中制造更多凈負(fù)電荷,例如由電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)中增加電子或 者移除空穴。然而,在某些實(shí)施例中,程序化是指增加電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)中的凈負(fù)電荷,而擦除則代表在電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)中增加凈正電荷。此一步驟可以 采用多種電荷移動(dòng)機(jī)制,例如價(jià)帶間隧穿,包括熱載子注入、電場(chǎng)引致隧 穿、以及由基材直接隧穿。
      圖3A、圖3B、圖3C與圖3D為柵極二極管非揮發(fā)存儲(chǔ)單元的簡(jiǎn)化示 意圖,其顯示二極管結(jié)構(gòu)的多種實(shí)施例,例如pn二極管與蕭特基二極管。 在圖3A與圖3B中,二極管結(jié)構(gòu)為pn二極管。圖3A中,實(shí)質(zhì)上由電荷 儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)與介電結(jié)構(gòu)的組合包圍的第一節(jié)點(diǎn)302是摻雜為n型,第二節(jié)點(diǎn) 304則摻雜為p型。圖3B中的柵極二極管非揮發(fā)存儲(chǔ)單元是與圖3A中的 節(jié)點(diǎn)材料交換,例如實(shí)質(zhì)上由電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)與介電結(jié)構(gòu)的組合包圍的第一 節(jié)點(diǎn)312是摻雜為p型,第二節(jié)點(diǎn)314則摻雜為n型。圖3C、與圖3D中, 二極管結(jié)構(gòu)為蕭特基二極管。圖3C中,實(shí)質(zhì)上由電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)與介電結(jié) 構(gòu)的組合包圍的第一節(jié)點(diǎn)322是為金屬材料,而第二節(jié)點(diǎn)324是為半導(dǎo)體 材料。而圖3D的柵極二極管非揮發(fā)存儲(chǔ)單元是將圖3C中的節(jié)點(diǎn)材料互 換,因此實(shí)質(zhì)上由電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)與介電結(jié)構(gòu)的組合包圍的第一節(jié)點(diǎn)332是 為半導(dǎo)體材料,而第二節(jié)點(diǎn)334則為金屬材料。
      圖4A、圖4B為柵極二極管非揮發(fā)存儲(chǔ)單元的簡(jiǎn)化示意圖,其為pn 二極管具有同質(zhì)接合的實(shí)施例。圖4A中,二極管結(jié)構(gòu)的第一節(jié)點(diǎn)402與 第二節(jié)點(diǎn)404的材料均為硅。圖4B中,二極管結(jié)構(gòu)的第一節(jié)點(diǎn)412與第 二節(jié)點(diǎn)414的材料均為鍺。由于相較于硅而言,鍺的能帶較小,相較于圖 4A而言,圖4B的柵極二極管非揮發(fā)存儲(chǔ)單元可產(chǎn)生較大的能帶間電流。 無論在同質(zhì)接合二極管結(jié)構(gòu)中采用何種材料,二極管結(jié)構(gòu)均可為單晶或多 晶。多晶設(shè)計(jì)可形成較高的存儲(chǔ)單元密度,因其可在垂直方向之上沉積多 層存儲(chǔ)單元。
      圖5顯示柵極二極管非揮發(fā)存儲(chǔ)單元的簡(jiǎn)化示意圖,其中顯示具有異 質(zhì)接合的pn 二極管實(shí)施例。實(shí)質(zhì)上由電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)與介電結(jié)構(gòu)的組合包 圍的第一節(jié)點(diǎn)502是以鍺做為材料,而第二節(jié)點(diǎn)504的材料為硅。第一節(jié) 點(diǎn)502與第二節(jié)點(diǎn)504是以階級(jí)化的轉(zhuǎn)換層接合506連結(jié)。
      圖6A與圖6B為柵極二極管非揮發(fā)存儲(chǔ)單元進(jìn)行電子隧穿注入的簡(jiǎn) 化示意圖。圖6A中,電子隧穿注入機(jī)制是將電子自偏壓-10V的由柵極結(jié) 構(gòu)608移動(dòng)至電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)606。第一二極管節(jié)點(diǎn)602是施以10V偏壓
      14或者浮動(dòng),第二二極管節(jié)點(diǎn)604是施以IOV偏壓。圖6B中,電子隧穿注 入機(jī)制是將電子由偏壓-10V或浮動(dòng)的第一二極管節(jié)點(diǎn)602移動(dòng)至電荷儲(chǔ) 存結(jié)構(gòu)606。柵極結(jié)構(gòu)608是施以IOV偏壓,第二二極管節(jié)點(diǎn)604是施以 -IOV偏壓。
      圖7A與圖7B為柵極二極管非揮發(fā)存儲(chǔ)單元進(jìn)行能帶間熱電子注入 的示意圖。圖7A中,能帶間熱電子注入將電子由二極管結(jié)構(gòu)移至電荷儲(chǔ) 存結(jié)構(gòu)606。 n型第一二極管節(jié)點(diǎn)602的偏壓為0V,柵極結(jié)構(gòu)608的偏壓 為IOV,電子空穴對(duì)造成的空穴流入-5V偏壓的p+型第二節(jié)點(diǎn)604。圖7B 中,能帶間熱電子注入將電子由二極管結(jié)構(gòu)移至電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)606。 n型 第二二極管節(jié)點(diǎn)604的偏壓為0V,柵極結(jié)構(gòu)608的偏壓為IOV,電子空 穴對(duì)造成的空穴流入-5V偏壓的p+型第一節(jié)點(diǎn)602。
      圖8A與圖8B為柵極二極管非揮發(fā)存儲(chǔ)單元進(jìn)行空穴隧穿注入的簡(jiǎn) 化示意圖。圖8A中,空穴隧穿注入機(jī)制將空穴由偏壓為IOV的柵極結(jié)構(gòu) 608移動(dòng)至電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)606中。第一二極管節(jié)點(diǎn)602的偏壓為-10V或 浮動(dòng),第二二極管節(jié)點(diǎn)604的偏壓為-10V。圖8B中,空穴隧穿注入機(jī)制 將空穴由偏壓為-10V或浮動(dòng)的第一二極管節(jié)點(diǎn)602移動(dòng)至電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu) 606。柵極結(jié)構(gòu)608的偏壓為-10V,第二二極管節(jié)點(diǎn)604的偏壓為IOV。
      圖9A與圖9B為柵極二極管非揮發(fā)存儲(chǔ)單元進(jìn)行能帶間熱空穴注入 的示意圖。圖9A中,能帶間熱空穴注入將空穴由二極管結(jié)構(gòu)移至電荷儲(chǔ) 存結(jié)構(gòu)606。 p型第一二極管節(jié)點(diǎn)602的偏壓為0V,柵極結(jié)構(gòu)608的偏壓 為-10V,所產(chǎn)生的電子空穴中的電子流入5V偏壓的N+型第二節(jié)點(diǎn)604。 圖9B中,能帶間熱空穴注入將空穴由二極管結(jié)構(gòu)移至電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)606。 p型第二二極管節(jié)點(diǎn)604的偏壓為0V,柵極結(jié)構(gòu)608的偏壓為-10V,所產(chǎn) 生的電子空穴中的電子流入5V偏壓的n+型第一節(jié)點(diǎn)602。
      流經(jīng)二極管結(jié)構(gòu)的能帶間電流,可利用垂直電場(chǎng)與側(cè)向電場(chǎng)結(jié)合,極 為精準(zhǔn)地決定電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)中電荷儲(chǔ)存狀態(tài)的改變。較大的垂直與側(cè)向電 場(chǎng),可引發(fā)較強(qiáng)的價(jià)帶間電流。偏壓調(diào)整施加于多個(gè)終端之上,由此可使 能帶彎曲,使其足以引發(fā)二極管結(jié)構(gòu)中足夠的能帶間電流,但同時(shí)可以保 持二極管節(jié)點(diǎn)之間夠低的電位差,以防止產(chǎn)生程序化或擦除的動(dòng)作。
      依據(jù)本發(fā)明多種實(shí)施例的偏壓調(diào)整,二極管結(jié)構(gòu)是受到反向偏壓。此
      15外,柵極結(jié)構(gòu)所加的電壓,使能帶產(chǎn)生變化,足以在二極管結(jié)構(gòu)中造成能 帶間隧穿效應(yīng)。二極管結(jié)構(gòu)中的一節(jié)點(diǎn)具有高慘雜濃度,其可在空間電荷 區(qū)域造成高電荷密度,且利用電壓改變時(shí)造成的短小空間電荷區(qū)域,造成 能帶劇烈改變。價(jià)電帶中的電子,由二極管結(jié)構(gòu)接合的一面隧穿越過禁止 帶,進(jìn)入另一面的傳導(dǎo)帶,同時(shí)順著位能壘向下飄移深入N型二極管結(jié)構(gòu) 點(diǎn)中。同樣地,空穴由n型二極管結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)遠(yuǎn)離,向上飄移至位能壘,移 向p型二極管結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)。
      柵極結(jié)構(gòu)的電壓,利用位于二極管結(jié)構(gòu)與電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)之間的介電結(jié) 構(gòu),控制二極管結(jié)構(gòu)部分的電壓。當(dāng)柵極結(jié)構(gòu)的負(fù)電壓提高時(shí),此一介電 結(jié)構(gòu)造成的二極管結(jié)構(gòu)部分負(fù)電壓亦同時(shí)提高,引起二極管結(jié)構(gòu)中更劇烈 的能帶彎曲。能帶間電流增加,至少造成(l)變化能帶一側(cè)上的被占有的電
      子能階,與另一側(cè)未被占有的電子能階,二者間重疊增加;以及(2)被占有 的電子能階與未被占有的電子能階間的能障寬度減低。(見Sze, Physics of Semiconductor Devices, 1981)
      儲(chǔ)存于電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)上的凈負(fù)電荷或者凈正電荷,更會(huì)影響能帶彎曲 的程度。依據(jù)高斯定理,在二極管結(jié)構(gòu)的柵極結(jié)構(gòu)上施加負(fù)電壓時(shí),二極 管結(jié)構(gòu)在接近電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)的部分受到較強(qiáng)電場(chǎng),因該部分具有相對(duì)較多 的凈負(fù)電荷。同樣地,在二極管結(jié)構(gòu)的柵極結(jié)構(gòu)上施加正電壓時(shí),二極管 結(jié)構(gòu)在接近電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)的部分受到較強(qiáng)電場(chǎng),因該部分具有相對(duì)較高的 凈正電荷。
      讀取、程序化、與擦除的不同偏壓調(diào)整,顯示一種細(xì)致的平衡。讀取 時(shí),二極管結(jié)構(gòu)終端間的電位差,不應(yīng)造成大量的電荷載子穿過介電層, 到達(dá)電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu),并因此影響電荷儲(chǔ)存狀態(tài)。另一方面,就程序化與擦 除而言,二極管結(jié)構(gòu)終端間的電位差,必須足以引起一定數(shù)量的電荷載子 穿越介電層,并由能帶間熱載子注入影響電荷儲(chǔ)存狀態(tài)。
      圖10A與圖10B為柵極二級(jí)體非揮發(fā)存儲(chǔ)單元,利用不同數(shù)量的凈 正電荷與凈負(fù)電荷特性化電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu),以進(jìn)行能帶間感應(yīng)的簡(jiǎn)化示意 圖。圖IOA與圖10B中,能帶間感應(yīng)機(jī)制在二極管結(jié)構(gòu)中建立電子空穴 對(duì)。由此而生的電子,流入以2V的偏壓N+型第一二極管節(jié)點(diǎn)602,而空 穴則流入以0V的偏壓p型第二二極管節(jié)點(diǎn)604。柵極結(jié)構(gòu)608的偏壓為-IOV。在圖10A中,電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)606利用n+型第一二極管節(jié)點(diǎn)602與p 型第二二極管節(jié)點(diǎn)604之間的二極管接合,儲(chǔ)存相對(duì)較多的凈負(fù)電荷。在 圖10B中,電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)606利用n+型第一二極管節(jié)點(diǎn)602與p型第二 二極管節(jié)點(diǎn)604之間的二極管接合,儲(chǔ)存相對(duì)較多的凈正電荷。相較于圖 IOB,圖IOA的二極管結(jié)構(gòu)具有較大的能帶彎曲,同時(shí)流入圖10A的能帶 間感應(yīng)電流亦較高。
      圖IIA與圖IIB為柵極二級(jí)體非揮發(fā)存儲(chǔ)單元,利用不同數(shù)量的凈正 電荷與凈負(fù)電荷特性化電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu),以進(jìn)行能帶間感應(yīng)的簡(jiǎn)化示意圖, 但與圖IOA及圖10B具有不同的二極管節(jié)點(diǎn)安排。尤其,二極管結(jié)構(gòu)具 有p+型第一節(jié)點(diǎn)602,是由電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)與介電結(jié)構(gòu)的組合所實(shí)質(zhì)包圍, 而第二節(jié)點(diǎn)604則為n型。能帶間感應(yīng)機(jī)制在二極管結(jié)構(gòu)中建立電子空穴 對(duì)。由此而生的空穴,流入以-2V的偏壓p+型第一二極管節(jié)點(diǎn)602,而電 子則流入以0V的偏壓n型第二二極管節(jié)點(diǎn)604。柵極結(jié)構(gòu)608的偏壓為 IOV。在圖11A中,電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)606利用p+型第一二極管節(jié)點(diǎn)602與n 型第二二極管節(jié)點(diǎn)604之間的二極管接合,儲(chǔ)存相對(duì)較多的凈負(fù)電荷。在 圖11B中,電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)606利用p+型第一二極管節(jié)點(diǎn)602與n型第二 二極管節(jié)點(diǎn)604之間的二極管接合,儲(chǔ)存相對(duì)較多的凈正電荷。相較于圖 IIA,圖IIB的二極管結(jié)構(gòu)具有較大的能帶彎曲,同時(shí)流入圖11B的能帶 間感應(yīng)電流亦較高。
      在其它實(shí)施例中,二極管結(jié)構(gòu)的第二節(jié)點(diǎn)摻雜濃度較高,而實(shí)質(zhì)上由 電荷儲(chǔ)存與介電結(jié)構(gòu)的組合所包圍的第一節(jié)點(diǎn)摻雜濃度較低。
      圖12A與圖12B為相鄰柵極二極管非揮發(fā)存儲(chǔ)單元的簡(jiǎn)化示意圖, 分別顯示有內(nèi)連接第二節(jié)點(diǎn)以及無內(nèi)連接第二節(jié)點(diǎn)的二種情況。圖12A 中,相鄰柵極二極管非揮發(fā)存儲(chǔ)單元,個(gè)別具有第二節(jié)點(diǎn)1204與1205。 相鄰柵極二極管非揮發(fā)存儲(chǔ)單元的第二節(jié)點(diǎn)1204與1205,均延伸穿越氧 化層,該氧化層分隔兩個(gè)第二節(jié)點(diǎn)1204與1205的上方部分;同時(shí),兩節(jié) 點(diǎn)均連接至共同節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)1214。此共同節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)對(duì)此二相鄰柵極二極管非 揮發(fā)存儲(chǔ)單元而言,其作用即如共同位線。圖12B中,第二節(jié)點(diǎn)1204與 1205均未延伸穿越分隔二個(gè)節(jié)點(diǎn)的氧化層。第二節(jié)點(diǎn)1204與1205即視為 分別的位線,而兩個(gè)節(jié)點(diǎn)非屬同一位線。
      17圖13A與圖13B是為柵極二極管非揮發(fā)存儲(chǔ)單元陣列的簡(jiǎn)化示意圖,
      其具有內(nèi)連接第二節(jié)點(diǎn)縱行,以進(jìn)行能帶間感測(cè)。二極管結(jié)構(gòu)的第一節(jié)點(diǎn)
      縱行,實(shí)質(zhì)上是由電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)與介電結(jié)構(gòu)所包圍,其為n型,而二極管 結(jié)構(gòu)的第二節(jié)點(diǎn)縱行為p型。二極管結(jié)構(gòu)的相鄰第二節(jié)點(diǎn)縱行,延伸穿越 分隔不同第二節(jié)點(diǎn)縱行上方部分的氧化物,同時(shí)連接至一共同位線結(jié)構(gòu)。 圖13A中,二極管結(jié)構(gòu)的第一節(jié)點(diǎn)縱行是以位線標(biāo)志DL1至DL6代表, 第二節(jié)點(diǎn)縱行則由位線標(biāo)志CL代表,字符線則以字符線標(biāo)志W(wǎng)L1至WL6 代表。圖13B中,是對(duì)二極管縱行與字符線施加電壓。第一節(jié)點(diǎn)縱行DL3 的偏壓為2V,其余第一節(jié)點(diǎn)縱行的偏壓則為0V。第二節(jié)點(diǎn)縱行的偏壓為 0V。字符線WL5的偏壓為-10V,其余字符線的偏壓則為0V。能帶間感測(cè), 即由此在字符線WL5與第一節(jié)點(diǎn)縱行DL3交會(huì)處的柵極二極管存儲(chǔ)單元 上進(jìn)行。由量測(cè)穿越第一節(jié)點(diǎn)縱行DL3或第二節(jié)點(diǎn)縱行CL的電流,即可 知悉此柵極二極管存儲(chǔ)單元的電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)的電荷儲(chǔ)存狀態(tài)。
      圖14A與圖14B為柵極二極管非揮發(fā)存儲(chǔ)單元陣列進(jìn)行能帶間感測(cè) 的簡(jiǎn)化示意圖,其中第二節(jié)點(diǎn)縱行不具有內(nèi)連結(jié)。不同于圖13A與圖13B 所示的第二節(jié)點(diǎn)縱行共同內(nèi)連接位線結(jié)構(gòu),圖14A與圖14B 二極管結(jié)構(gòu) 的相鄰第二節(jié)點(diǎn)縱行是視為個(gè)別的位線。圖14A中,二極管結(jié)構(gòu)的第二節(jié) 點(diǎn)縱行具有位線標(biāo)志CL1至CL6。圖14B中,是對(duì)第二節(jié)點(diǎn)二極管縱行 與字符線施加電壓。第一節(jié)點(diǎn)縱行DL3的偏壓為2V,其余第一節(jié)點(diǎn)縱行 則為0V。第二節(jié)點(diǎn)縱行的偏壓為0V。字符線WL5的偏壓為-10V,其余 字符線的偏壓為0V。能帶間感測(cè)即可在柵極二極管存儲(chǔ)單元中字符線 WL5與第一節(jié)點(diǎn)縱行DL3/第二節(jié)點(diǎn)縱行CL3的交會(huì)處進(jìn)行。由量測(cè)流經(jīng) 第一節(jié)點(diǎn)縱行DL3或第二節(jié)點(diǎn)縱行CL3的電流,即可知悉柵極二極管存 儲(chǔ)單元中,電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)的電荷儲(chǔ)存狀態(tài)。
      圖15A與圖15B為柵極二極管非揮發(fā)存儲(chǔ)單元陣列進(jìn)行能帶間感測(cè) 的簡(jiǎn)化示意圖,其中第二節(jié)點(diǎn)縱行具有內(nèi)連結(jié),其中二極管結(jié)構(gòu)的摻雜安 排是相異于圖13A、圖13B、圖14A與圖14B。圖15A與圖15B中,二 極管結(jié)構(gòu)的第一節(jié)點(diǎn)縱行,實(shí)質(zhì)上是由電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)與介電結(jié)構(gòu)所包圍, 其為p型,而二極管結(jié)構(gòu)的第二節(jié)點(diǎn)縱行為n型。類似于圖13A與圖13B, 二極管結(jié)構(gòu)的相鄰第二節(jié)點(diǎn)縱行,延伸穿越分隔不同第二節(jié)點(diǎn)縱行上方部分的氧化物,同時(shí)連接至一共同位線結(jié)構(gòu)。圖15A中,二極管結(jié)構(gòu)的第一
      節(jié)點(diǎn)縱行具有位線標(biāo)志DL1至DL6,第二節(jié)點(diǎn)縱行具有位線標(biāo)志CL。圖 15B中,是對(duì)二極管縱行與字符線施加電壓。第一節(jié)點(diǎn)縱行DL3的偏壓為 -2V,其余第一節(jié)點(diǎn)縱行則為0V。第二節(jié)點(diǎn)縱行的偏壓為0V。字符線WL5 的偏壓為IOV,其余字符線的偏壓為0V。能帶間感測(cè)即可在柵極二極管 存儲(chǔ)單元中字符線WL5與第一節(jié)點(diǎn)縱行DL3的交會(huì)處進(jìn)行。由量測(cè)流經(jīng) 第一節(jié)點(diǎn)縱行DL3或第二節(jié)點(diǎn)縱行CL的電流,即可知悉此柵極二極管存 儲(chǔ)單元中,電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)的電荷儲(chǔ)存狀態(tài)。
      圖16A與圖16B為沒有共同節(jié)點(diǎn)縱行的柵極二極管非揮發(fā)存儲(chǔ)單元 陣列進(jìn)行能帶間感測(cè)的簡(jiǎn)化示意圖,其中二極管結(jié)構(gòu)的摻雜安排是類似于 圖15A與圖15B。并不像圖15A與圖15B中具有共同節(jié)點(diǎn)縱行的第二節(jié) 點(diǎn)縱行,圖16A與圖16B 二極管結(jié)構(gòu)的相鄰第二節(jié)點(diǎn)縱行是視為個(gè)別的 位線。圖16A中,二極管結(jié)構(gòu)的第二節(jié)點(diǎn)縱行具有位線標(biāo)志CL1至CL6。 第16B圖中,是對(duì)第二節(jié)二極管縱行與字符線施加電壓。第一節(jié)點(diǎn)縱行 DL3的偏壓為-2V,其余第一節(jié)點(diǎn)縱行則為0V。第二節(jié)點(diǎn)縱行的偏壓為 0V。字符線WL5的偏壓為IOV,其余字符線的偏壓為0V。能帶間感測(cè)即 可在柵極二極管存儲(chǔ)單元中字符線WL5與第一節(jié)點(diǎn)縱行DL3/第二節(jié)點(diǎn)縱 行CL3的交會(huì)處進(jìn)行。由量測(cè)流經(jīng)第一節(jié)點(diǎn)縱行DL3或第二節(jié)點(diǎn)縱行CL3 的電流,即可知悉此柵極二極管存儲(chǔ)單元中,電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)的電荷儲(chǔ)存狀 態(tài)。
      圖17A與圖17B為相鄰柵極二極管非揮發(fā)存儲(chǔ)單元,其第二節(jié)點(diǎn)并 未連接在一起,進(jìn)行如同圖6A電子隧穿注入的簡(jiǎn)化示意圖,但僅于特定 單元上進(jìn)行。圖17A中,電子隧穿注入機(jī)制,將電子由利用-10V偏壓的 柵極結(jié)構(gòu)608移動(dòng)至電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)606與607中。第一二極管節(jié)點(diǎn)602與 603具有偏壓10V或者為浮動(dòng),第二二極管節(jié)點(diǎn)604與605具有偏壓10V。 圖17B中,第一二極管節(jié)點(diǎn)602具有偏壓10V或者為浮動(dòng),但第一二極 管節(jié)點(diǎn)603則具有偏壓-10V。電子隧穿注入機(jī)制選擇性地,將電子由以 -10V的偏壓的柵極結(jié)構(gòu)608移動(dòng)至電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)606中,但不會(huì)移動(dòng)至電 荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)607中。在其它實(shí)施例中,電子隧穿注入機(jī)制如圖6B所示, 將電子由第一二極管節(jié)點(diǎn)移動(dòng)至電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)中,但僅發(fā)生于特定單元上。其它實(shí)施例中,空穴隧穿注入機(jī)制如圖8A所示,將空穴由柵極結(jié)構(gòu) 移動(dòng)至電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)中,但僅發(fā)生于特定單元上。其它實(shí)施例中,空穴隧 穿注入機(jī)制如圖8B所示,將空穴由第一二極管節(jié)點(diǎn)移動(dòng)至電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu) 中,但僅發(fā)生于特定單元之上。
      圖18A與圖18B為不具內(nèi)連接第二節(jié)點(diǎn)的相鄰柵極二極管非揮發(fā) 存儲(chǔ)單元,其中特定單元上發(fā)生如圖9B所示的能帶間熱空穴注入的簡(jiǎn)化 示意圖,但僅于特定單元上進(jìn)行。圖18A中,能帶間熱空穴注入機(jī)制將空 穴由二極管結(jié)構(gòu)移動(dòng)至電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)606的中。P型第二二極管節(jié)點(diǎn)604 與605的偏壓為0V,柵極結(jié)構(gòu)608的偏壓為-10V,而電子空穴對(duì)所產(chǎn)生 的電子,流入由5V偏壓的n+型第一節(jié)點(diǎn)602與603。圖18B中,第一節(jié) 點(diǎn)602的偏壓為5V,但第一節(jié)點(diǎn)603的偏壓為0V。能帶間熱空穴注入機(jī) 制選擇性地將空穴由二極管結(jié)構(gòu)移動(dòng)至電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)606,但不會(huì)將之移 動(dòng)到電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)607。在其它實(shí)施例中,能帶間熱空穴注入機(jī)制在特定 單元上,選擇性地將空穴由具有p型第一二極管節(jié)點(diǎn)與n+型第二二極管節(jié) 點(diǎn)的二極管結(jié)構(gòu),移動(dòng)至如圖9A所示的電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)中,但僅發(fā)生于特 定單元之上。在其它實(shí)施例中,能帶間熱空穴注入機(jī)制在特定單元上,選 擇性地將電子由具有p+型第一二極管節(jié)點(diǎn)與n型第二二極管節(jié)點(diǎn)的二極 管結(jié)構(gòu),移動(dòng)至如圖7B所示的電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)中,但僅發(fā)生于特定單元之 上。在其它實(shí)施例中,能帶間熱電子注入機(jī)制在特定單元上,選擇性地將 電子由具有n型第一二極管節(jié)點(diǎn)p+型第二二極管節(jié)點(diǎn)的二極管結(jié)構(gòu),移動(dòng) 至如圖7A所示的電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)中,但僅發(fā)生于特定單元之上。
      圖19A、圖19B、與圖19C為柵極二極管非揮發(fā)存儲(chǔ)單元多重陣列的 分解示意圖,其中不同陣列之間,具有不同的字符線、第一節(jié)點(diǎn)縱行、與 第二節(jié)點(diǎn)縱行的內(nèi)連接安排方式。各個(gè)陣列之間垂直排列,即如圖16A與 圖16B所示的。雖然利用絕緣氧化物1904而垂直分隔的多個(gè)陣列,皆是 屬于相同的集成電路的一部份,但仍以分解方式顯示多個(gè)陣列,顯示上述 陣列中的所有字符線與位線標(biāo)志。
      圖19A中,相異陣列1900與1902具有內(nèi)連接。陣列i900的字符線 與陣列1902的字符線均以WL1至WL6標(biāo)記。然而,相異陣列的第一節(jié) 點(diǎn)縱行與第二節(jié)點(diǎn)縱行是個(gè)別獨(dú)立。陣列1900的第一節(jié)點(diǎn)縱行是標(biāo)記為DL1至DL6,陣列1902的第一節(jié)點(diǎn)縱行是標(biāo)記為DL7至DL12。陣列1900 的第二節(jié)點(diǎn)縱行是標(biāo)記為CL1至CL6,陣列1902的第二節(jié)點(diǎn)縱行是標(biāo)記 為CX7至CU2。
      圖19B中,相異陣列1910與1912是個(gè)別獨(dú)立。陣列1910的字符線 標(biāo)記為WL1至WL6,陣列1912的字符線標(biāo)記為WL7至WL12。然而, 相異陣列1910與1912的第一節(jié)點(diǎn)縱行與第二節(jié)點(diǎn)縱行具有內(nèi)連接。陣列 1910與陣列1912的第一縱行均標(biāo)記為DL1至DL6,而其第二縱行均標(biāo)記 為CU至CX6。
      圖19C中,相異陣列1920與1922的字符線,與其第一節(jié)點(diǎn)縱行及第 二節(jié)點(diǎn)縱行均各自獨(dú)立。陣列1920的字符線標(biāo)記為WL1至WL6,陣列 1922的字符線標(biāo)記為WL7至WL12。陣列1920的第一節(jié)點(diǎn)縱行標(biāo)記為 DL1至DL6,陣列1922的第一節(jié)點(diǎn)縱行標(biāo)記為DL7至DL12。陣列1920 的第二節(jié)點(diǎn)縱行標(biāo)記為CL1至CL6,陣列1922的第二節(jié)點(diǎn)縱行標(biāo)記為CL7 至CL12。
      在其它實(shí)施例中,多個(gè)陣列的第二節(jié)點(diǎn)縱行具有內(nèi)連接,由此多個(gè)陣 列中的特定陣列可具有共同位線結(jié)構(gòu),以供陣列的第二節(jié)點(diǎn)縱行所用,或 供所有陣列之用。在其它實(shí)施例中,第一節(jié)點(diǎn)縱行為n型,而第二節(jié)點(diǎn)縱 行為p型。
      圖20顯示集成電路的簡(jiǎn)化示意圖,其中具有柵極二極管非揮發(fā)存儲(chǔ) 單元與控制電路的陣列。集成電路2050,包含在半導(dǎo)體基材上,利用柵極 二極管非揮發(fā)存儲(chǔ)單元完成的存儲(chǔ)陣列2000。柵極二極管存儲(chǔ)單元陣列 2000可能為個(gè)別單元(individualcdl)、內(nèi)連接陣列、或內(nèi)連接的多個(gè)陣列。 列譯碼器2001與多個(gè)字符線2002,沿著存儲(chǔ)陣列2000中的橫列耦合。行 譯碼器2003與多個(gè)位線2004,沿著存儲(chǔ)陣列2000中的縱列耦合。地址是 由總線2005提供給行譯碼器2003與列譯碼器2001。方塊2006中的感測(cè) 放大器與資料輸入結(jié)構(gòu)經(jīng)由數(shù)據(jù)總線2007與行譯碼器2003耦合。資料由 集成電路2050上的輸入/輸出端口提供給資料輸入線2011,或者由集成電 路2050其它內(nèi)部/外部的資料源,輸入至方塊2006中的資料輸入結(jié)構(gòu)。資 料由方塊2006中的感測(cè)放大器,經(jīng)由資料輸出線2015,提供至集成電路 2050,或提供至集成電路2050內(nèi)部/外部的其它資料終端。偏壓調(diào)整狀態(tài)機(jī)構(gòu)2009控制偏壓調(diào)整供應(yīng)電壓2008的運(yùn)作,例如擦除驗(yàn)證電壓與程序
      化驗(yàn)證電壓,以及利用諸如能帶間電流,安排程序化、擦除、與讀取存儲(chǔ)單元。
      圖21A到圖21H顯示柵極二極管非揮發(fā)存儲(chǔ)單元多個(gè)陣列的制作流 程示意圖。圖21A顯示硅基材2102之上具有氧化物層2104,以及氧化物 層2104之上的p型多晶硅層2112。圖21B中,形成犧牲氧化層2116與氮 化物2118。然后進(jìn)行淺溝道隔離,以形成多個(gè)p型多晶硅結(jié)構(gòu)2113。在 圖21C中,將犧牲氧化層2116與氮化物2118除去。此多個(gè)p型多晶硅結(jié) 構(gòu)2113在進(jìn)行離子布值,形成柵極二極管非揮發(fā)存儲(chǔ)單元的p型第二節(jié) 點(diǎn)2114與n+型第一節(jié)點(diǎn)2121。在圖21D中,形成電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)與介電結(jié) 構(gòu)的組合2123與柵極多晶硅2132,以完成柵極二極管非揮發(fā)存儲(chǔ)單元的 第一陣列。圖21E中,形成另一層氧化物2104與另一層p型多晶硅2112。 圖21F至圖21H中,實(shí)際上乃是重復(fù)圖21B到圖21D的步驟,以形成另 一個(gè)柵極二極管非揮發(fā)陣列,使其垂直置放于先前的第一陣列之上。
      圖22顯示沒有交錯(cuò)的隔離氧化層的相鄰柵極二極管非揮發(fā)存儲(chǔ)單元 的簡(jiǎn)化示意圖,且在相鄰柵極二極管非揮發(fā)存儲(chǔ)單元之間會(huì)有漏電流。此 相鄰柵極二極管非揮發(fā)存儲(chǔ)單元共享一共同柵極2208。左方的柵極二極管 非揮發(fā)存儲(chǔ)單元還包含電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)2201A,其具有伴隨的儲(chǔ)存介電結(jié) 構(gòu),以及一二極管結(jié)構(gòu)其具有一第一節(jié)點(diǎn)2202A與一第二節(jié)點(diǎn)2204A。右 方的柵極二極管非揮發(fā)存儲(chǔ)單元還包含電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)2201B,其具有伴隨 的儲(chǔ)存介電結(jié)構(gòu),以及一二極管結(jié)構(gòu)其具有一第一節(jié)點(diǎn)2202B與一第二節(jié) 點(diǎn)2204B。因?yàn)闆]有交錯(cuò)的隔離氧化層在相鄰的柵極二極管非揮發(fā)存儲(chǔ)單 元之間,所以在相鄰柵極二極管非揮發(fā)存儲(chǔ)單元之間會(huì)有顯著的漏電流 2220存在。此外,每一柵極二極管非揮發(fā)存儲(chǔ)單元的二極管結(jié)構(gòu)會(huì)有一個(gè) 小的開啟電壓。
      圖23A顯示相鄰柵極二極管非揮發(fā)存儲(chǔ)單元的簡(jiǎn)化操作示意圖,經(jīng)由 自柵極端的電子隧穿注入,以龜性隔離相鄰的柵極二極管非揮發(fā)存儲(chǔ)單 元。柵極2208偏壓為-20V,每一柵極二極管非揮發(fā)存儲(chǔ)單元的二極管結(jié) 構(gòu)的第一節(jié)點(diǎn)2206A、 2206B是接地或是浮動(dòng),而每一柵極二極管非揮發(fā) 存儲(chǔ)單元的二極管結(jié)構(gòu)的共同第二節(jié)點(diǎn)2204A、 2204B則是接地。
      22圖23B顯示相鄰柵極二極管非揮發(fā)存儲(chǔ)單元的簡(jiǎn)化操作示意圖,經(jīng)由 自二極管端的電子隧穿注入,以電性隔離相鄰的柵極二極管非揮發(fā)存儲(chǔ)單
      元。柵極2208偏壓為20V,每一柵極二極管非揮發(fā)存儲(chǔ)單元的二極管結(jié) 構(gòu)的第一節(jié)點(diǎn)2206A、 2206B是接地,而每一柵極二極管非揮發(fā)存儲(chǔ)單元 的二極管結(jié)構(gòu)的第二節(jié)點(diǎn)2204A、 2204B則也是接地。
      圖23C顯示相鄰柵極二極管非揮發(fā)存儲(chǔ)單元的簡(jiǎn)化操作示意圖,經(jīng)由 自二極管端的熱電子注入,以電性隔離相鄰的柵極二極管非揮發(fā)存儲(chǔ)單 元。柵極2208偏壓為IOV,每一柵極二極管非揮發(fā)存儲(chǔ)單元的二極管結(jié) 構(gòu)的n型第一節(jié)點(diǎn)2206A、 2206B是4V,而每一柵極二極管非揮發(fā)存儲(chǔ) 單元的二極管結(jié)構(gòu)的p型第二節(jié)點(diǎn)2204A、 2204B則是接地。更深的n型 阱區(qū)或基板2340則是-2V。
      圖24A顯示具有交錯(cuò)的電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)以電性隔離相鄰柵極二極管非 揮發(fā)存儲(chǔ)單元的簡(jiǎn)化示意圖。雖然在相鄰柵極二極管非揮發(fā)存儲(chǔ)單元之間 沒有交錯(cuò)隔離氧化層的存在,在相鄰柵極二極管非揮發(fā)存儲(chǔ)單元之間仍有 電性隔離而可以除去其間的顯著漏電流2422。此外,每一柵極二極管非揮 發(fā)存儲(chǔ)單元的二極管結(jié)構(gòu)會(huì)有一個(gè)大的開啟電壓。
      圖24B顯示具有交錯(cuò)的隔離電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)以電性隔離相鄰柵極二極 管非揮發(fā)存儲(chǔ)單元的簡(jiǎn)化示意圖,此交錯(cuò)的隔離電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)以及與資料 儲(chǔ)存相關(guān)的電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)輩分被特別標(biāo)示出來。左方的柵極二極管非揮發(fā) 存儲(chǔ)單元還包含電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu),特別是2452A和2454A,其儲(chǔ)存柵極二極 管非揮發(fā)存儲(chǔ)單元的資料于左側(cè)。因?yàn)殡姾蓛?chǔ)存結(jié)構(gòu)2452A和2454A儲(chǔ) 存空穴,所以此柵極二極管非揮發(fā)存儲(chǔ)單元的左側(cè)是位于一程序化狀態(tài)。 右方的柵極二極管非揮發(fā)存儲(chǔ)單元亦包含電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu),特別是2452B和 2454B,其儲(chǔ)存柵極二極管非揮發(fā)存儲(chǔ)單元的資料于右側(cè)。因?yàn)殡姾蓛?chǔ)存 結(jié)構(gòu)2452B和2454B儲(chǔ)存電子,所以此柵極二極管非揮發(fā)存儲(chǔ)單元的右側(cè) 是位于一擦除狀態(tài)。此隔離電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)2460中所儲(chǔ)存的電子可以將柵 極二極管非揮發(fā)存儲(chǔ)單元的左右兩側(cè)電性隔離。
      圖25A為一柵極電壓與電流關(guān)系圖,其顯示在經(jīng)由電子隧穿注入的電 性隔離相鄰柵極二極管非揮發(fā)存儲(chǔ)單元操作之后的電性隔離有效程度??v 軸上的ID(A)代表相鄰元件之間的開啟電流。軌跡2502代表相鄰柵極二極
      23管非揮發(fā)存儲(chǔ)單元的初始臨界電壓Vt量測(cè)結(jié)果。經(jīng)由傅勒-諾丁漢電子隧 穿注入于此隔離電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)的電性隔離操作之后,軌跡2504顯示臨界
      電壓Vt增加4V左右,即代表了電性隔離。經(jīng)過一循環(huán)的程序化及擦除操 作之后,軌跡2506亦顯示臨界電壓Vt增加4V左右,也代表了電性隔離。 軌跡2504和2506幾乎是完全一致的。此量測(cè)條件為Vd=lV、 Vg=0~8V、 Vb=Vs=OV。此+FN注入條件為Vg=20V、 Vd=Vb=Vs=OV、 2ms。此能帶 間程序化條件為Vg=-llV、 Vd=4V、 Vb=Vs=OV、 200ps。在一范例中, Vd和Vs分別對(duì)應(yīng)圖23A中相同摻雜電荷型態(tài)的柵極二極管第一節(jié)點(diǎn) 2206A和2206B; Vb則對(duì)應(yīng)圖23A中相反摻雜電荷型態(tài)的共同第二節(jié)點(diǎn) 2204A和2204B;而Vg則對(duì)應(yīng)圖23A中的柵極2208。
      圖25B為一柵極電壓與電流關(guān)系圖,其顯示在經(jīng)由電子隧穿注入的電 性隔離相鄰柵極二極管非揮發(fā)存儲(chǔ)單元操作之前與之后,相鄰柵極二極管 非揮發(fā)存儲(chǔ)單元的資料儲(chǔ)存表現(xiàn)。軌跡2508代表初始Vbtb量測(cè)結(jié)果,其 繪示電性隔離相鄰柵極二極管非揮發(fā)存儲(chǔ)單元操作之前的柵極電壓與能 帶間電流的關(guān)系。在經(jīng)由傅勒-諾丁漢電子隧穿注入于此隔離電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu) 的電性隔離操作之前,即進(jìn)行程序化操作,其結(jié)果顯示于軌跡2510。又在 經(jīng)由傅勒-諾丁漢電子隧穿注入于此隔離電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)的電性隔離操作之 前,即進(jìn)行程序化和擦除操作循環(huán),其結(jié)果顯示于軌跡2511。在經(jīng)由傅勒 -諾丁漢電子隧穿注入于此隔離電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)的電性隔離操作之后,再進(jìn)行 程序化操作,其結(jié)果顯示于軌跡2512。又在經(jīng)由傅勒-諾丁漢電子隧穿注 入于此隔離電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)的電性隔離操作之后,再進(jìn)行程序化和擦除操作 循環(huán),其結(jié)果顯示于軌跡2513。此量測(cè)條件為Vd=lV、 Vg=0 -10V、 Vb=Vs=OV。此能帶間程序化條件為Vd=4V、 Vg=-llV、 Vb=Vs=OV、 200ps。 此+FN擦除條件為Vg=18V、 Vd=Vb=Vs=0V、 2ms。在一范例中,Vd和 Vs分別對(duì)應(yīng)圖23A中相同摻雜電荷型態(tài)的柵極二極管第一節(jié)點(diǎn)2206A和 2206B; Vb則對(duì)應(yīng)圖23A中相反摻雜電荷型態(tài)的共同第二節(jié)點(diǎn)2204A和 2204B;而Vg則對(duì)應(yīng)圖23A中的柵極2208。由此顯示,于電性隔離操作 之后,程序化和擦除操作可以使相鄰柵極二極管非揮發(fā)存儲(chǔ)單元在較佳的 電性隔離情況下進(jìn)行。
      圖26A為一柵極電壓與電流關(guān)系圖,其顯示在經(jīng)由基板熱電子注入的電性隔離相鄰柵極二極管非揮發(fā)存儲(chǔ)單元操作之后的電性隔離有效程度??v軸上的ID(A)代表相鄰元件之間的開啟電流。軌跡2602代表相鄰柵極二極管非揮發(fā)存儲(chǔ)單元的初始臨界電壓vt量測(cè)結(jié)果。經(jīng)由第一次基板熱電子注入于此隔離電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)的電性隔離操作之后,軌跡2604顯示臨界 電壓Vt增加2V左右,即代表了改善的電性隔離。經(jīng)過第一次的程序化及 擦除操作循環(huán)之后,軌跡2606亦顯示臨界電壓Vt增加2V左右,代表了 電性隔離操作并沒有改變臨界電壓。軌跡2604和2606幾乎是完全一致的。 在經(jīng)由第二次基板熱電子注入于此隔離電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)的電性隔離操作之 后,軌跡2608顯示臨界電壓Vt又增加了2V左右,代表了進(jìn)一步改善的 電性隔離。經(jīng)過第二次的程序化及擦除操作循環(huán)之后,軌跡2610亦顯示 臨界電壓Vt又增加了2V左右,代表了電性隔離操作并沒有改變臨界電壓。 軌跡2608和2610幾乎是完全一致的。此量測(cè)條件為Vd-lV、 Vg=0~8V、 Vb=Vs=OV。此基板熱電子注入條件為Vg=12V、 Vd=Vs=4V、 Vb=OV、 VDNW=-2V、 2ms。在一范例中,Vd和Vs分別對(duì)應(yīng)圖23A中相同摻雜電 荷型態(tài)的柵極二極管第一節(jié)點(diǎn)2206A和2206B; Vb則對(duì)應(yīng)圖23A中相反 摻雜電荷型態(tài)的共同第二節(jié)點(diǎn)2204A和2204B; VDNW則對(duì)應(yīng)圖23C中 的底部基板2340;而Vg則對(duì)應(yīng)圖23A中的柵極2208。圖26B為一柵極電壓與電流關(guān)系圖,其顯示在經(jīng)由基板熱電子注入的 電性隔離相鄰柵極二極管非揮發(fā)存儲(chǔ)單元操作之前與之后,相鄰柵極二極 管非揮發(fā)存儲(chǔ)單元的資料儲(chǔ)存表現(xiàn)。軌跡2612代表初始相鄰柵極二極管 非揮發(fā)存儲(chǔ)單元操作之前的柵極電壓與能帶間電流的關(guān)系量測(cè)結(jié)果。在經(jīng) 由基板熱電子注入于此隔離電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)的電性隔離操作之前,即進(jìn)行程 序化操作,其結(jié)果顯示于軌跡2614。又在經(jīng)由基板熱電子注入于此隔離電 荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)的電性隔離操作之前,即進(jìn)行程序化和擦除操作循環(huán),其結(jié)果 顯示于軌跡2615。在經(jīng)由基板熱電子注入于此隔離電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)的電性隔 離操作之后,再進(jìn)行程序化操作,其結(jié)果顯示于軌跡2616。又在經(jīng)由基板 熱電子注入于此隔離電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)的電性隔離操作之后,再進(jìn)行程序化和 擦除操作循環(huán),其結(jié)果顯示于軌跡2617。在經(jīng)由第二次基板熱電子注入于 此隔離電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)的電性隔離操作 后,再進(jìn)行程序化操作,其結(jié)果顯 示于軌跡2618。又在經(jīng)由第二次基板熱電子注入于此隔離電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)的電性隔離操作之后,再進(jìn)行程序化和擦除操作循環(huán),其結(jié)果顯示于軌跡 2619。因?yàn)樵诿恳淮坞娦愿綦x操作之前和之后,程序化狀態(tài)及擦除狀態(tài)是 類似的,此電性隔離操作并不會(huì)干擾正常的程序化及擦除操作。此量測(cè)條件為Vd=lV、 Vg=0~-10V、 Vb-Vs^V。此基板熱電子注入條件為Vg=12V、 Vd=Vs=4V、 Vb=0V、 VDNW=-2V、 2ms。此能帶間程序化條件為Vd=5V、 Vg二llV、Vb:Vs-0V、200(xs。此+FN擦除條件為Vg=15V、Vd=Vb=Vs=OV、 2ms。在一范例中,Vd和Vs分別對(duì)應(yīng)圖23A中相同摻雜電荷型態(tài)的柵極 二極管第一節(jié)點(diǎn)2206A和2206B; Vb則對(duì)應(yīng)圖23A中相反摻雜電荷型態(tài) 的共同第二節(jié)點(diǎn)2204A和2204B;而Vg則對(duì)應(yīng)圖23A中的柵極2208。整體而言,圖25A、圖25B、圖26A和圖26B顯示,無論此電性隔離 機(jī)制是經(jīng)由傅勒-諾丁漢電子隧穿注入此隔離電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)或是基板熱電 子注入此隔離電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu),均可根據(jù)臨界電壓Vt的改變達(dá)成電性隔離, 而且根據(jù)程序化及擦除狀態(tài)的能帶間電流量測(cè)知悉操作行為并未改變。所 增加的臨界電壓Vt是對(duì)應(yīng)于由圖22所示減少的擊穿電流。在其它的實(shí)施例中,儲(chǔ)存于此隔離電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)中的電荷包括空穴, 以電性隔離相鄰存儲(chǔ)裝置的空穴電流。本發(fā)明的較佳實(shí)施例與范例詳細(xì)揭露如上,惟應(yīng)了解為上述范例僅作 為范例,非用以限制專利的范圍。就熟知技術(shù)的人而言,自可輕易依據(jù)權(quán) 利要求范圍對(duì)相關(guān)技術(shù)進(jìn)行修改與組合。
      權(quán)利要求
      1、一種存儲(chǔ)元件集成電路,包含一電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu);一個(gè)或多個(gè)儲(chǔ)存介電結(jié)構(gòu),其至少部分位于該電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)與一二極管結(jié)構(gòu)之間,且至少部分位于該電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)與一柵極電壓源之間;該二極管結(jié)構(gòu)中具有一第一節(jié)點(diǎn)與一第二節(jié)點(diǎn),其是由一接合所分隔,該接合由該電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)及該一個(gè)或多個(gè)儲(chǔ)存介電結(jié)構(gòu)所覆蓋,該二極管結(jié)構(gòu)具有一截面,在其中該第二節(jié)點(diǎn)具有相對(duì)部分其由儲(chǔ)存在一個(gè)或多個(gè)隔離電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)內(nèi)的電荷而與相鄰資料儲(chǔ)存元件的二極管結(jié)構(gòu)電性隔離,該一個(gè)或多個(gè)隔離電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)位于該二極管結(jié)構(gòu)的該第二節(jié)點(diǎn)與該相鄰資料儲(chǔ)存元件之間。
      2、 如權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)元件集成電路,其中該二極管結(jié)構(gòu)的該 第二節(jié)點(diǎn)包含一第一材料,且該二極管結(jié)構(gòu)具有該截面,在其中該第二節(jié) 點(diǎn)具有相對(duì)部分其實(shí)體地由該第一材料與該相鄰資料儲(chǔ)存元件的二極管 結(jié)構(gòu)連接而不需要交錯(cuò)的溝道。
      3、 如權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)元件集成電路,其中該二極管結(jié)構(gòu)的該 第二節(jié)點(diǎn)包含一第一材料,且該二極管結(jié)構(gòu)具有該截面,在其中該第二節(jié) 點(diǎn)具有相對(duì)部分其實(shí)體地由該第一材料與該相鄰資料儲(chǔ)存元件的二極管 結(jié)構(gòu)連接而不需要交錯(cuò)的溝道,且該一個(gè)或多個(gè)隔離電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)中所儲(chǔ) 存的該電荷是自將該第二節(jié)點(diǎn)與該相鄰資料儲(chǔ)存元件的二極管結(jié)構(gòu)實(shí)體 連接的該第一材料注入。
      4、 如權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)元件集成電路,其中該二極管結(jié)構(gòu)的該 第二節(jié)點(diǎn)包含一第一材料,且該二極管結(jié)構(gòu)具有該截面,在其中該第二節(jié) 點(diǎn)具有相對(duì)部分其實(shí)體地由該第一材料與該相鄰資料儲(chǔ)存元件的二極管 結(jié)構(gòu)連接而不需要交錯(cuò)的溝道,且該一個(gè)或多個(gè)隔離電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)中所儲(chǔ) 存的該電荷是自該第二節(jié)點(diǎn)與該相鄰資料儲(chǔ)存元件的二極管結(jié)構(gòu)實(shí)體連 接的該第一材料隧穿而注入。
      5、 如權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)元件集成電路,其中該二極管結(jié)構(gòu)的該 第二節(jié)點(diǎn)包含一第一材料,且該二極管結(jié)構(gòu)具有該截面,在其中該第二節(jié) 點(diǎn)具有相對(duì)部分其實(shí)體地由該第一材料與該相鄰資料儲(chǔ)存元件的二極管 結(jié)構(gòu)連接而不需要交錯(cuò)的溝道,且該一個(gè)或多個(gè)隔離電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)中所儲(chǔ) 存的該電荷是為熱電荷而自將該第二節(jié)點(diǎn)與該相鄰資料儲(chǔ)存元件的二極 管結(jié)構(gòu)實(shí)體連接的該第一材料注入。
      6、 如權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)元件集成電路,其中該電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)與 該隔離電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)是一共同電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)的一部分。
      7、 如權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)元件集成電路,其中該電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)與該隔離電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)是一共同電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)的一部分,且該隔離電荷儲(chǔ)存 結(jié)構(gòu)被隔離介電結(jié)構(gòu)圍繞,該隔離介電結(jié)構(gòu)與該儲(chǔ)存介電結(jié)構(gòu)是一共同介 電結(jié)構(gòu)的一部分。
      8、 如權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)元件集成電路,其中該柵極電壓源覆蓋 該隔離電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)。
      9、 如權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)元件集成電路,其中該柵極電壓源覆蓋 該隔離電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu),且儲(chǔ)存于該一個(gè)或多個(gè)隔離電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)內(nèi)的該電 荷是自該柵極電壓源注入。
      10、 如權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)元件集成電路,其中該電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)具 有一電荷儲(chǔ)存狀態(tài),其是由量測(cè)在反向偏壓時(shí)流經(jīng)該第一節(jié)點(diǎn)與該第二節(jié) 點(diǎn)之間的電流所決定。
      11、 如權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)元件集成電路,還包含控制電路,與該電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)和該二極管結(jié)構(gòu)耦接,以進(jìn)行以下操作: 施加一第一偏壓調(diào)整以決定該電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)的一電荷儲(chǔ)存狀態(tài);以及量測(cè)在反向偏壓時(shí)流經(jīng)該二極管結(jié)構(gòu)的電流以決定該電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu) 的該電荷儲(chǔ)存狀態(tài)。
      12、 如權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)元件集成電路,還包含 控制電路,與該電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)和該二極管結(jié)構(gòu)耦接,以進(jìn)行以下操作: 施加一第一偏壓調(diào)整以決定該電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)的一電荷儲(chǔ)存狀態(tài);以及量測(cè)至少包含在反向偏壓時(shí)流經(jīng)該二極管結(jié)構(gòu)的一能帶間電流成分 以決定該電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)的該電荷儲(chǔ)存狀態(tài)。
      13、 如權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)元件集成電路,其中該第一節(jié)點(diǎn)是為存 取該元件的一位線的一部分。
      14、 如權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)元件集成電路,其中該二極管結(jié)構(gòu)為一 蕭特基二極管。
      15、 如權(quán)利要求l所述的存儲(chǔ)元件集成電路,其中該二極管結(jié)構(gòu)為一 pn 二極管。
      16、 如權(quán)利要求l所述的存儲(chǔ)元件集成電路,其中該電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)包 含一電荷捕捉材料。
      17、 如權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)元件集成電路,其中該電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)包 含一浮動(dòng)?xùn)艠O材料。
      18、 如權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)元件集成電路,還包含.-控制電路,與該電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)和該二極管結(jié)構(gòu)耦接,以進(jìn)行以下操作 施加一第一偏壓調(diào)整以決定該電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)的一電荷儲(chǔ)存狀態(tài); 量測(cè)在反向偏壓時(shí)流經(jīng)該二極管結(jié)構(gòu)的電流以決定該電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)的該電荷儲(chǔ)存狀態(tài);施加一第二偏壓調(diào)整以藉由增加電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)中的一凈正電荷來調(diào) 整該電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)的該電荷儲(chǔ)存狀態(tài);以及施加一第三偏壓調(diào)整以藉由增加電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)中的一凈負(fù)電荷來調(diào) 整該電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)的該電荷儲(chǔ)存狀態(tài)。
      19、 一種制造一存儲(chǔ)元件集成電路的方法,包含 提供一電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu);提供一個(gè)或多個(gè)儲(chǔ)存介電結(jié)構(gòu),其至少部分位于該電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)與一 二極管結(jié)構(gòu)之間,且至少部分位于該電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)與一柵極電壓源之間; 以及提供該二極管結(jié)構(gòu)具有一第一節(jié)點(diǎn)與一第二節(jié)點(diǎn),其是由一接合所分 隔,該接合由該電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)及該一個(gè)或多個(gè)儲(chǔ)存介電結(jié)構(gòu)所覆蓋,該二 極管結(jié)構(gòu)具有一截面,在其中該第二節(jié)點(diǎn)具有相對(duì)部分其由儲(chǔ)存在一個(gè)或 多個(gè)隔離電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)內(nèi)的電荷而與相鄰資料儲(chǔ)存元件的二極管結(jié)構(gòu)電 性隔離,該一個(gè)或多個(gè)隔離電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)位于該二極管結(jié)構(gòu)的該第二節(jié)點(diǎn) 與該相鄰資料儲(chǔ)存元件之間。
      20、 一種存儲(chǔ)元件集成電路,包含一電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu);一個(gè)或多個(gè)儲(chǔ)存介電結(jié)構(gòu),其至少部分位于該電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)與一二極管結(jié)構(gòu)之間,且至少部分位于該電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)與一柵極電壓源之間;以及該二極管結(jié)構(gòu)具有一第一節(jié)點(diǎn)與一第二節(jié)點(diǎn),其是由一接合所分隔, 該接合由該電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)及該一個(gè)或多個(gè)儲(chǔ)存介電結(jié)構(gòu)所覆蓋,該二極管 結(jié)構(gòu)具有一截面,在其中該第二節(jié)點(diǎn)具有相對(duì)部分其由儲(chǔ)存在一個(gè)或多個(gè) 隔離功能手段內(nèi)的電荷而與相鄰資料儲(chǔ)存元件的二極管結(jié)構(gòu)電性隔離,該 一個(gè)或多個(gè)隔離功能手段位于該二極管結(jié)構(gòu)的該第二節(jié)點(diǎn)與該相鄰資料 儲(chǔ)存元件之間。
      全文摘要
      一種柵極二極管非揮發(fā)存儲(chǔ)單元,其具有一電荷儲(chǔ)存結(jié)構(gòu),包含一二極管結(jié)構(gòu)及一額外的柵極終端。相鄰的柵極二極管非揮發(fā)存儲(chǔ)單元之間具有電性隔離。實(shí)施例包含個(gè)別存儲(chǔ)單元、該種存儲(chǔ)單元的陣列、操作該存儲(chǔ)單元或該存儲(chǔ)單元陣列的方法、以及其制造方法。
      文檔編號(hào)H01L27/115GK101651143SQ20091016498
      公開日2010年2月17日 申請(qǐng)日期2009年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月15日
      發(fā)明者歐天凡, 蔡文哲, 黃竣祥 申請(qǐng)人:旺宏電子股份有限公司
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