具有并聯(lián)供電的源極和漏極的使用fn隧穿的nvm器件的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例涉及具有并聯(lián)供電的源極和漏極的使用FN隧穿的非易失性存儲(chǔ)器(“NVM”)器件。NVM位單元包括：電容器、晶體管和隧穿器件。電容器、晶體管和隧穿器件各電耦合至不同的有源區(qū)和金屬觸點(diǎn)。三個(gè)器件通過(guò)越過(guò)三個(gè)有源區(qū)的浮置柵極彼此耦合。隧穿器件用于編程和擦除器件，從而實(shí)現(xiàn)更快的頁(yè)面擦除，并且因此實(shí)現(xiàn)快速測(cè)試和功能性驗(yàn)證。晶體管用于讀出浮置柵極的邏輯狀態(tài)。電容器和浮置柵極電容性地耦合在一起，從而去除執(zhí)行讀出、寫(xiě)入、和/或擦除操作所需的單獨(dú)選擇器件。
【專(zhuān)利說(shuō)明】具有并聯(lián)供電的源極和漏極的使用FN隧穿的NVM器件

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本公開(kāi)大體上涉及非易失性存儲(chǔ)器領(lǐng)域，尤其涉及非易失性存儲(chǔ)器位單元 (bitcell)布局。

【背景技術(shù)】
[0002] 非易失性存儲(chǔ)器（NVM)指的是在未被供電時(shí)持久存儲(chǔ)信息位的存儲(chǔ)器。非易失性 存儲(chǔ)器位單元（NVM位單元）存儲(chǔ)單個(gè)位的數(shù)據(jù)。一些類(lèi)型的NVM位單元使用具有浮置柵 極的晶體管實(shí)施。在浮置柵極上的電荷量確定位單元存儲(chǔ)著邏輯"1"還是邏輯"0"。浮置 柵極之所W稱(chēng)為"浮置"是因?yàn)闁艠O通過(guò)氧化物或電介質(zhì)與周?chē)h(huán)境電隔離。一些NVM可 W在位單元中存儲(chǔ)多于一個(gè)狀態(tài)。
[0003] 為了拓展應(yīng)用并且降低存儲(chǔ)器件的成本，期望將許多位單元容納在給定區(qū)域中。 還期望通過(guò)使用標(biāo)準(zhǔn)互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體制造工藝（"CMOS工藝"）來(lái)降低每個(gè)位單元的 制備成本。當(dāng)前可用的存儲(chǔ)器件包括邸PROM和FLA甜（和eFLASH)，該兩種存儲(chǔ)器件均具有 缺點(diǎn)。當(dāng)前，F(xiàn)LA甜具有很小的位單元，但是除了標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝之外還需要其它工藝步驟， 該提高了位單元的生產(chǎn)成本，并且還可能改變生產(chǎn)出來(lái)的器件的性能或特性。ffiPROM與標(biāo) 準(zhǔn)CMOS工藝兼容，但是具有較大的位單元大小，因此僅適用于低位數(shù)（low bit count)存 儲(chǔ)器。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 非易失性存儲(chǔ)器（"NVM")位單元包括H個(gè)器件；晶體管、電容器和隧穿器件。在 位單元中，H個(gè)器件通過(guò)單個(gè)浮置柵極彼此連結(jié)。隧穿器件和電容器可W形成在本征區(qū)中 或者形成在N阱區(qū)中，該N阱區(qū)可能也在本征區(qū)內(nèi)。晶體管形成在阱區(qū)中。使用隧穿器件 和/或讀出晶體管對(duì)位單元進(jìn)行編程和擦除，并且使用晶體管對(duì)位單元進(jìn)行讀出。在包括 該些位單元的NVM存儲(chǔ)器件中，沿著并聯(lián)的列對(duì)位單元的晶體管的源極和漏極供電，沿著 行對(duì)隧穿器件供電，沿著另一組行對(duì)電容器供電。對(duì)可W在任意給定時(shí)刻執(zhí)行的操作的確 定，是基于例如；（i)在晶體管的源極處的電壓和漏極處的電壓，（ii)在隧穿器件的有源區(qū) 上的電壓，W及（iii)在充當(dāng)電容器的一個(gè)極板的有源區(qū)上的電壓。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0005] 圖1A是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的NVM位單元的電路圖。
[0006] 圖1B是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的，在NVM存儲(chǔ)器件中的多個(gè)NVM位單元的電路圖。
[0007] 圖2A是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的PM0S NVM為單元的頂視圖。
[000引圖2B是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的，沿圖2A中的線X-Y所做出的NVM位單元的讀出晶體 管的截面圖。
[0009] 圖2C是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的，沿圖2A中的線M-N所做出的NVM位單元的電容器的 截面圖。
[0010] 圖2D是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的，沿圖2A中的線Q-R所做出的NVM位單元的FN隧穿器 件的截面圖。
[0011] 圖2E是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的，PM0S NVM位單元的包括電容器和FN隧穿器件的部分 的沿圖2A中的線J-K所做出的截面圖。
[0012] 圖3A是根據(jù)另一實(shí)施例的NVM位單元的頂視圖。
[0013] 圖3B是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的，NM0S NVM位單元的包括電容器和FN隧穿器件的部分 的沿圖3A中的線J-K所做出的截面圖。
[0014] 圖4是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的，用于混合PM0S/NM0S位單元實(shí)施方式的NM0S電容器器 件430的替代結(jié)構(gòu)的頂視圖。
[0015] 圖5是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的，用于NVM位單元的電容器的替代結(jié)構(gòu)的頂視圖。
[0016] 圖6A圖示了如在數(shù)據(jù)庫(kù)中所繪制的、或者如在用于在襯底中形成P阱的掩模上所 制作的，規(guī)劃的擴(kuò)散區(qū)和P阱光刻膠圖案。
[0017] 圖6B圖示了用于按在晶片表面上的印刷而形成擴(kuò)散區(qū)和P阱的、所得的、處理過(guò) 程中的光刻膠。
[0018] 圖7A根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，圖示了在數(shù)據(jù)庫(kù)中的或者在掩模上的、用于制作擴(kuò)散區(qū)W 及用于在襯底中形成P阱的光刻膠的兩個(gè)圖案。
[0019] 圖7B根據(jù)一個(gè)實(shí)施例圖示了在晶片上所得的擴(kuò)散區(qū)形狀W及在晶片上所得的P 阱光刻膠圖案。
[0020] 圖8是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的，繪制了使用多個(gè)不同的P阱掩模所形成的FN隧穿器件 的二極管擊穿電壓的圖形。
[0021] 圖9是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的，圖示了設(shè)計(jì)并制備諸如包括NVM位單元的集成電路的 各種操作的流程圖。
[0022] 圖10是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的，圖示了包括NVM存儲(chǔ)器件的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的框圖。

【具體實(shí)施方式】
[0023] 各個(gè)實(shí)施例涉及一種非易失性存儲(chǔ)器位單元（NVM位單元）（或位，或位單元），其 包括H個(gè)器件：金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管（M0SFET，簡(jiǎn)稱(chēng)晶體管或讀出器件）、電容 器、和福勒-諾德海姆（FN)隧穿器件。應(yīng)注意到，位單元缺少單獨(dú)存在的選擇器件。在位 單元中，H個(gè)器件通過(guò)單個(gè)浮置柵極連結(jié)（link)。FN隧穿器件和電容器可W形成在本征區(qū) 中、或者在自身可能在本征區(qū)內(nèi)的N阱區(qū)中。晶體管形成在P阱區(qū)中。使用FN隧穿器件 對(duì)位單元進(jìn)行擦除，并且使用晶體管（也稱(chēng)讀出器件）進(jìn)行編程和讀出。在包括該些位單 元的NVM存儲(chǔ)器件中，通過(guò)沿著并聯(lián)的列延伸的電源線對(duì)位單元的晶體管的源極和漏極供 電，通過(guò)沿著行延伸的電源線對(duì)FN隧穿器件供電，通過(guò)沿著另一組行延伸的電源線對(duì)電容 器供電。對(duì)可W在任意給定時(shí)刻執(zhí)行的操作的確定是基于例如；（i)在晶體管的源極和漏 極處的電壓，（ii)在FN隧穿器件的有源區(qū)上的電壓，W及（iii)在充當(dāng)電容器的一個(gè)極板 的有源區(qū)上的電壓。襯底總是保持在恒定電壓，通常接地。
[0024] NVM存儲(chǔ)器件可W制造為包括多個(gè)該種位單元（或位）。在一個(gè)實(shí)施例中，NVM存儲(chǔ) 器件具有的位在4K和512K位之間，并且能夠可靠地用于要求在NVM存儲(chǔ)器件使用壽命期 間無(wú)論在何處均可具有從1至100000次寫(xiě)入的寫(xiě)入周期耐久性（write cycle entrance) 的應(yīng)用中。
[00巧]NVM存儲(chǔ)器件及其內(nèi)的NVM位單元具有超過(guò)現(xiàn)有的NVM、FLA甜和邸FROM解決方 案的優(yōu)勢(shì)。NVM存儲(chǔ)器件具有比現(xiàn)有EEPR0M的位單元密度更高的位單元密度。NVM存儲(chǔ)器 件通過(guò)不要求單獨(dú)存在的選擇器件（一般稱(chēng)為邏輯晶體管）來(lái)選擇需要擦除、編程、W及/ 或者讀出的位，來(lái)實(shí)現(xiàn)比現(xiàn)有NVM更高的每單位面積/每單位體積位單元密度。NVM存儲(chǔ)器 件也簡(jiǎn)化了擦除操作和測(cè)試，該是由于每個(gè)位單元的FN隧穿器件與其它位單元的FN隧穿 器件共用電源觸點(diǎn)，該其它位單元在至少相同行上、在一些實(shí)施方式中也在其它行上。該除 了實(shí)現(xiàn)同時(shí)擦除共用該行觸點(diǎn)的所有位單元，而明顯加速了對(duì)NVM存儲(chǔ)器件的功能性測(cè)試 之外，還有助于節(jié)省空間。在單個(gè)位單元等級(jí)，NVM存儲(chǔ)器件的位單元小于單個(gè)平面邸PROM 位，并且使用比化A甜或e化A甜位所要求的更簡(jiǎn)單的工藝。此外，通過(guò)去除N阱注入?yún)^(qū)，在 NM0S實(shí)施方式中相對(duì)于PM0S實(shí)施方式可W節(jié)省空間。由于其低功率要求，F(xiàn)N隧穿比BTBT、 C肥I或CHIS化更優(yōu)選。為了減少擦除時(shí)間，可W在并聯(lián)的很多位上執(zhí)行FN隧穿。例如，通 過(guò)FN隧穿，可W在單個(gè)操作中擦除整個(gè)512K位陣列。該就實(shí)現(xiàn)了存儲(chǔ)器陣列的快速低成 本測(cè)試。
[0026] NVM存儲(chǔ)器件也具有比FLA甜或eFLA甜器件更低的制造成本，該是因?yàn)槠淇蒞使 用本領(lǐng)域中眾所周知的標(biāo)準(zhǔn)互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體制造邏輯工藝（"標(biāo)準(zhǔn)CMOS邏輯工藝"） 來(lái)制造。因此，NVM存儲(chǔ)器件在生成FLA甜類(lèi)型的器件時(shí)除了標(biāo)準(zhǔn)CMOS邏輯工藝之外不再 要求其它的工藝步驟。因此，NVM存儲(chǔ)器件導(dǎo)致制造成本的增加。
[0027] <NVM存儲(chǔ)器件的行列架構(gòu)〉
[0028] 圖1A是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的NVM位單元100的電路圖。位單元100包括；電容器 110、福勒-諾德海姆（FN)隧穿器件130、和晶體管120。晶體管120的源極和漏極分別電 禪合至基本上平行的金屬線Vs 173和Vd 174。金屬線173和174也電禪合至在存儲(chǔ)器件 中的沿著在行列式架構(gòu)中的單個(gè)列的其它位單元。電容器110和FN隧穿器件130分別電 禪合至基本上平行的金屬線Vcap 171和Verase 172。金屬線171和172也電禪合至沿著 在行列式架構(gòu)中的相同行的其它位單元。該方位的選擇僅是示例性的，在另一實(shí)施方式中 還可W相反。如果出于任何原因需要將行或列分成小塊，那么可W添加額外的金屬線。在 圖1A的示例中，所有器件為其阱對(duì)地短路的NM0S。為簡(jiǎn)化示意圖，未示出接地連接。如果 電容器和隧穿器件為PM0S，那么N阱或相應(yīng)的器件會(huì)對(duì)其源極/漏極所連接至的相同金屬 線短路。
[0029] 圖1B是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的在行列式架構(gòu)的NVM存儲(chǔ)器件中的多個(gè)NVM位單元 100a至lOOd的電路圖。如圖所示，位單元100a和100c的源極均電禪合至列0金屬線173a， 位單元100a和100c的漏極則均電禪合至列0金屬線174a。類(lèi)似地，位單元10化和lOOd 的源極和漏極分別禪合至列1金屬線173b和174b。位單元100a和10化的電容器均電禪 合至行0金屬線171a，位單元100a和10化的FN隧穿器件均電禪合至行0金屬線172a。類(lèi) 似地，位單元100c和lOOd的電容器和FN隧穿器件分別禪合至行1金屬線17化和17化。
[0030] 雖然圖中沒(méi)有示出，但是可W在存儲(chǔ)器件中將多個(gè)行電禪合在一起。通過(guò)將行組 合在一起，可W在單個(gè)操作中擦除更多的位。該也減少了將FN隧穿器件的獨(dú)立的行或行組 禪合在一起所需的隧道結(jié)行邏輯開(kāi)關(guān)的數(shù)量。其結(jié)果是，減少了每位的擦除時(shí)間，并且減小 了控制位單元的控制邏輯器件的大小。因?yàn)樾斜还灿?，所W不能將聯(lián)接行的隧道結(jié)提高至 會(huì)使未選擇行上發(fā)生FN隧穿的那樣高的電壓。
[0031] PM0S NVM位單元的整體結(jié)構(gòu)
[0032] 圖2A圖示了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的PM0S NVM位單元200的頂視圖。除了其它部件之 夕F，位單元200可W包括；電容器210、FN隧穿器件230和晶體管220。浮置柵極206越過(guò) 電容器210、晶體管220和FN隧穿器件230。該些器件中的每個(gè)均包括襯底的單獨(dú)存在的 有源區(qū)214a至214c。目P，電容器210包括第H有源區(qū)214c，F(xiàn)N隧穿器件230包括第一有 源區(qū)214a，W及晶體管包括第二有源區(qū)214b。
[0033] 位單元200是PM0S位單元，該是因?yàn)殡娙萜?10和FN隧穿器件230中的每一個(gè) 形成為具有N阱注入?yún)^(qū)212a、212b。有源區(qū)214a、214b和214c通過(guò)一個(gè)或多個(gè)非導(dǎo)電性 區(qū)（未示出）而在很大程度上（雖然不是完美地）彼此電隔離。非導(dǎo)電性區(qū)可W使用氧化 物、淺溝槽隔離（STI)、深溝槽隔離、或其它類(lèi)似的機(jī)構(gòu)構(gòu)建而成。FN隧穿器件230沿著線 J-K定位在電容器210和晶體管220之間。該器件定位有助于提高NVM存儲(chǔ)器件的位單元 密度。在一些實(shí)施例中，電容器210可W在行之間共用。通過(guò)將電容器放置在位單元的邊 緣（頂部或底部）上，在陣列中位單元可W被鏡像，從而電容器在兩行之間共用。
[0034] 浮置柵極206由導(dǎo)電性材料（諸如多晶娃）層形成。浮置柵極206可W是形成在 襯底的頂部上的平面層。作為替代方案，浮置柵極206可W實(shí)施為多柵極晶體管，諸如Fin 場(chǎng)效應(yīng)晶體管（或FinFETH未示出）。FinFET與常規(guī)FET的不同之處在于；浮置柵極包裹 住在源極與漏極之間的導(dǎo)電溝道，從而創(chuàng)建出像"錯(cuò)"一樣的結(jié)構(gòu)。在相同或不同的實(shí)施例 中，形成有有源區(qū)的襯底可W是具有大約5nm厚度的超薄體絕緣體上娃扣TB-S0I)。該類(lèi)設(shè) 計(jì)通過(guò)將柵極電容保持為更接近整個(gè)溝道，而降低了短溝道效應(yīng)并且抑制了泄露。
[00巧]針對(duì)晶體管220,第二有源區(qū)214b包括晶體管的源極202和漏極204兩者。由在 浮置柵極206的與第二有源區(qū)214b重疊的部分下方的溝道區(qū)域208,將源極202和漏極204 隔開(kāi)。源極202和漏極204形成在第二有源區(qū)214b的部分中，第二有源區(qū)214b的該部分 在浮置柵極206的與第二有源區(qū)214b重疊的部分的邊緣周?chē)由斓牟糠种?。第二有源區(qū) 214b包括在浮置柵極206下方的P阱慘雜。下面將參照?qǐng)D2B對(duì)晶體管220的慘雜和截面 結(jié)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)一步描述。
[0036] 電容器210由兩個(gè)極板限定，第一極板為第H有源區(qū)214c，并且第二極板為浮置 柵極206的在第H有源區(qū)214c之上延伸的部分。電容器210可W形成在于本征區(qū)21化內(nèi) 形成的慘雜N阱區(qū)21化中（如圖所示），或者電容器210可W形成在不具有N阱的本征區(qū) 中（見(jiàn)圖3A和圖3B)，該取決于實(shí)施方式。為了保護(hù)本征區(qū)，在制備過(guò)程期間，使用覆蓋本 征區(qū)216的一個(gè)或多個(gè)掩模來(lái)阻擋將用于在位單元的其余部分中慘雜襯底的注入?yún)^(qū)。該有 助于確保來(lái)自該些其它慘雜（諸如，晶體管220的P阱慘雜）的電荷載流子不會(huì)滲入第H 有源區(qū)214c中。下面將參照?qǐng)D7A和圖7B對(duì)用于保護(hù)本征區(qū)的掩模進(jìn)行進(jìn)一步描述。下 面將參照?qǐng)D2C對(duì)電容器210的慘雜和截面結(jié)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)一步描述。
[0037] 本征區(qū)是在沉積浮置柵極之前的、襯底或晶片的制造商在其有序狀態(tài)無(wú)慘雜的一 部分。一般而言，購(gòu)買(mǎi)的晶片具有特定電荷載流子密度（例如，l〇i 5cc/cm3)。所有其它慘雜， 例如P阱、N阱、N\S/D延伸區(qū)、LDD等，在該區(qū)域中從本征區(qū)的原始密度改變電荷載流子密 度。在一些工藝中，通過(guò)生長(zhǎng)薄的娃外延層，來(lái)用電荷載流子密度小于或者等于l〇i 6cc/cm3 的很低慘雜的區(qū)代替本征區(qū)。當(dāng)在位單元的其它區(qū)域上執(zhí)行注入時(shí)，使用掩模W保護(hù)本征 區(qū)處于其初始的無(wú)慘雜狀態(tài)。
[0038] 掩模的范圍確定本征區(qū)的大小。在圖2A的示例實(shí)施例中，掩模延伸超過(guò)第一有源 區(qū)214a和第二有源區(qū)214c的邊緣。存在襯底的作為本征區(qū)的區(qū)域，該些本征區(qū)不是被掩 模的有源區(qū)（未單獨(dú)標(biāo)注）的一部分。該些區(qū)域稱(chēng)為非有源本征區(qū)或隔離區(qū)。當(dāng)緊挨N阱 放置時(shí)，本征區(qū)增加了 N/P二極管擊穿。例如，具有電荷載流子濃度為10"cc/cm3的N阱的 器件、電荷載流子濃度為l〇i 5cc/cm3的本征區(qū)、W及電荷載流子濃度為l〇"cc/cm3的P阱會(huì) 具有明顯高于僅為N阱/P阱組合的二極管擊穿電壓的二極管擊穿電壓，其中二極管擊穿電 壓為本征區(qū)寬度的函數(shù)。在電容器和隧穿器件為NM0S的位單元中，使用本征區(qū)W增加二極 管擊穿并且有助于電容器的形成，例如如圖3A所圖示。
[0039] FN隧穿器件230由第一有源區(qū)214a和浮置柵極206形成。FN隧穿器件230形成 在于本征區(qū)216a內(nèi)形成的慘雜N阱區(qū)212a中（如圖2A所圖示），或者可W形成在不具有 N阱的本征區(qū)中（見(jiàn)圖3A和圖3B)。正如對(duì)于電容器210,在FN隧穿器件230中浮置柵極 206至少部分地在第一有源區(qū)214a之上延伸。然而，相反，浮置柵極206的在第一有源區(qū) 214a之上的部分的表面積窄于且小于浮置柵極206的在第H有源區(qū)214c之上的部分。結(jié) 果，在浮置柵極206的該部分下方的第一有源區(qū)214a中的慘雜將在浮置柵極206兩側(cè)的第 一有源區(qū)214a電短路。該電短路允許向第一有源區(qū)214a施加寬范圍內(nèi)的電壓W引起FN 隧穿，并且允許在沿著行的其它位單元的FN隧穿器件之間共用第一有源區(qū)214a。FN隧穿 器件230使用掩模形成在本征區(qū)中，具有注入的N阱或者不具有注入的N阱，在該兩種情況 下都用于確定在柵極206兩側(cè)的有源區(qū)之間存在電短路，并且用于在無(wú)二極管擊穿行為發(fā) 生的情況下提高可W施加至有源區(qū)214a的電壓。下面將參照?qǐng)D2D對(duì)FN隧穿器件230的 截面結(jié)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)一步描述。
[0040] 位單元200與可W向位單元200施加電壓/電流的至少四個(gè)獨(dú)立存在的電觸點(diǎn) 相關(guān)聯(lián)，從而影響在浮置柵極206上的電壓電平和電荷量。晶體管220的源極202電禪合 至與源極金屬線Vs禪合的第一觸點(diǎn)，晶體管220的漏極204電禪合至與漏極金屬線Vd禪 合的第二觸點(diǎn)，電容器210電禪合至與電容器金屬線Vcap禪合的第H觸點(diǎn)，W及FN隧穿器 件電禪合至與編程/擦除金屬線Verase禪合的第四觸點(diǎn)。第H觸點(diǎn)可W在沿著行的多個(gè) 位單元的多個(gè)電容器之間共用，第四觸點(diǎn)可W在沿著一個(gè)或多個(gè)行的多個(gè)位單元的多個(gè)FN 隧穿器件之間共用。為清楚起見(jiàn)，該些觸點(diǎn)均未分別標(biāo)注。
[0041] 通常，用于位單元的起始晶片為輕P型（P襯底）。如上面所描述的，起始原料限 定本征區(qū)或襯底。襯底的具有相同慘雜類(lèi)型的任意連續(xù)區(qū)域與自身電短路。例如，觸及P 襯底（本征區(qū)）的P阱彼此電短路。與本征區(qū)相鄰的本征抽頭272a和27化用作至該些電 短路區(qū)的外部接入點(diǎn)。本征抽頭可W在每個(gè)位單元之間如圖2A所示，或者在每N個(gè)位單元 (例如，其中N為8或16個(gè)位單元）之間。
[0042] 圖2E是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的沿圖2A中的線J-K所做出的PM0S NVM位單元200的 包括電容器210和FN隧穿器件230的部分的截面圖。電容器210和FN隧穿器件230中的 每一個(gè)形成在本征區(qū)216內(nèi)的N阱212中。有源區(qū)214由一個(gè)或多個(gè)STI 280隔開(kāi)。圖2E 圖示了本征區(qū)掩模（被繪制用于限定本征區(qū)W及注入有P阱218的區(qū)域）如何幫助使電容 器210的N阱21化與FN隧穿器件230的N阱212a彼此電隔離。本征區(qū)的非有源部分在 付出了額外襯底空間的代價(jià)下協(xié)助隔離。然而，在向電容器210和/或FN隧穿器件230施 加高電壓的情況下，可W發(fā)生穿通（punch t虹ou曲）現(xiàn)象，因此限制了在位單元100內(nèi)可W 發(fā)生FN隧穿的電壓。
[0043] N阱21化的一個(gè)優(yōu)勢(shì)在于，電容器210也總是具有與第H有源區(qū)214c的良好接 觸，即使是在向第二有源區(qū)214b施加高隧穿電壓Vtun時(shí)。結(jié)果，電容器210的大小和形狀 比在NM0S實(shí)施方式中的大小和形狀更靈活。
[0044] 在P阱放在電容器下面的位單元200的P阱實(shí)施方式中，為了在保持類(lèi)似電容禪 合的同時(shí)抵消P阱電容器的薄層電阻，電容器被配置W確保在浮置柵極206的下面出現(xiàn)相 對(duì)更多的慘雜劑。該一般涉及構(gòu)建具有增加的周界距離的、更窄的浮置柵極206(例如，具 有更小的溝道長(zhǎng)度C)，從而為慘雜劑提供更多的邊緣W便在其下面注入。該些額外的慘雜 劑抵消P阱的反慘雜劑（counter-dopant)，從而預(yù)防薄層電阻增加，并且在更低的施加電 壓下提供更好的電容禪合。
[0045] 然而，增加電容器的周界一般需要占用額外的襯底表面積，因此降低了位單元密 度。相反，在本征區(qū)中形成位單元節(jié)省了形成電容器所需的空間。盡管獲得了該節(jié)省，但 是，在本征區(qū)中形成電容器卻消耗了空間，用于在第二有源區(qū)214b和第H有源區(qū)214c之間 的分隔，W確保用于第二有源區(qū)214b的P阱慘雜劑不會(huì)注入第H有源區(qū)214c中。雖然掩 模阻擋了大部分該些慘雜劑，但是阱鄰近效應(yīng)仍可W導(dǎo)致一些慘雜劑注入，無(wú)關(guān)掩模。在第 二有源區(qū)214b與第H有源區(qū)214c之間的額外空間可W阻止至第H有源區(qū)214c中的該種 形式的注入，代價(jià)是增加了兩個(gè)區(qū)之間的距離，從而代價(jià)還有增加了比特位的大小。結(jié)果， 采用一種實(shí)施方式在一個(gè)區(qū)域中獲得的空間節(jié)省會(huì)導(dǎo)致另一中實(shí)施方式中的空間消耗。該 兩種方法都是可行的，它們僅僅是權(quán)衡了不同的要求。第H種方法是添加額外的工藝步驟。 例如，淺N阱可W被添加至該工藝中。淺N阱通常用于制作高密度巧Onm及W下）的SRAM 單元。如果將淺N阱添加至制作位單元200的工藝中，那么其可W用于增強(qiáng)位單元的器件 的期望行為。一些工藝具有Vt調(diào)整光刻/注入?yún)^(qū)（Photo/implant)步驟。適當(dāng)極性的任 意Vt調(diào)整注入?yún)^(qū)都可W用于增強(qiáng)在FN隧穿器件或電容器下面的短路。
[0046] <晶體管的示例結(jié)構(gòu)和操作〉
[0047] 晶體管220用作讀出器件。圖2B是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的沿圖2A中的線X-Y所做出 的NVM位單元的晶體管的截面圖。浮置柵極206位于柵極氧化物250的頂部。浮置柵極 206由一個(gè)或多個(gè)間隔體258包圍。間隔體可W由氧化物或另一非導(dǎo)電性材料制成。第二 有源區(qū)214b的頂部支撐柵極氧化物250。有源區(qū)214可W是娃襯底或絕緣體上娃（SOI)類(lèi) 型的襯底。
[0048] 對(duì)第二有源區(qū)214b慘雜W創(chuàng)建在浮置柵極206下方具有大約每立方厘米 切的1〇17電荷載流子kc)的P阱218。源極202和漏極204包圍著P阱218,并且各個(gè)附 接至單獨(dú)存在的電觸點(diǎn)（未示出）。當(dāng)適當(dāng)差分的偏置電壓施加在源極202與漏極204之 間時(shí)，并且當(dāng)在浮置柵極206上的電壓足夠高時(shí)，電荷載流子的溝道208形成在靠近P阱 218的在浮置柵極206下方的表面。當(dāng)發(fā)生該種情況時(shí)，晶體管處于"接通"狀態(tài)。電荷載 流子流動(dòng)受多種因素的影響，包括例如在源極202與漏極204上的電壓、在浮置柵極206上 的電荷、向電容器210施加的電壓、源極202與漏極204的慘雜、P阱218的慘雜、柵極氧化 物250的厚度、W及位單元200的其它特性諸如各個(gè)部件的尺寸W及所用材料。
[0049] 晶體管220的源極202和漏極204具有相似的慘雜。兩者均包括具有大約l〇2°cc/ cm3的N+慘雜，其中N+慘雜在間隔件258下面半途地延伸。兩者也包括5V NMOS注入?yún)^(qū)，為 輕慘雜漏極（LDD)注入?yún)^(qū)或源極漏極延伸區(qū)（S/D)注入?yún)^(qū)。LDD和S/D延伸區(qū)注入?yún)^(qū)的注 入?yún)^(qū)極性相同，如果電荷載流子的濃度為l〇i 9cc/cm3,那么注入?yún)^(qū)稱(chēng)為L(zhǎng)DD注入?yún)^(qū)，而如果 電荷載流子的濃度為l〇2°cc/cm 3,那么替代地注入?yún)^(qū)稱(chēng)為S/D延伸區(qū)注入?yún)^(qū)，該是由于電荷 載流子濃度類(lèi)似于N+慘雜。LDD注入?yún)^(qū)可W使用加熱步驟進(jìn)行擴(kuò)散，W使結(jié)對(duì)于P阱218 漸變，從而允許施加更高的電壓。
[0050] 晶體管220的其它實(shí)施方式改變P阱218。在一些情況下，如果P阱218具有更 高的慘雜濃度，那么位單元可W更有效地運(yùn)行。可W通過(guò)添加在5V NM0S器件中不常使用 的額外的和/或不同的P型注入?yún)^(qū)，來(lái)增加P阱慘雜濃度。例如，P阱218可W被慘雜W包 括5V P注入?yún)^(qū)和1.8VP注入?yún)^(qū)兩者。作為另一示例，使用1.8V注入?yún)^(qū)而不是如上面所描 述的5V注入?yún)^(qū)，可W形成P阱218。作為另一示例，可W使用1. 8V注入?yún)^(qū)來(lái)形成P阱218 的一部分，可W使用5V注入?yún)^(qū)來(lái)形成P阱218的另一部分。作為另一示例，P阱218可W 包括改變晶體管接通電壓的闊值電壓的調(diào)整注入?yún)^(qū)Vt。在一個(gè)實(shí)施例中，闊值電壓調(diào)整注 入?yún)^(qū)使晶體管220成為高Vt讀出器件。在NM0S晶體管中，該發(fā)生在闊值電壓調(diào)整注入?yún)^(qū) 在跨過(guò)在浮置柵極下方的部分或所有溝道區(qū)域208處添加更多P型慘雜劑的地方。
[0051] 下面對(duì)晶體管220的與其余的位單元200協(xié)同的操作進(jìn)行描述。
[0052] <FN隧穿器件的示例結(jié)構(gòu)和操作〉
[0053] NVM位單元允許單獨(dú)的或多個(gè)位單元被分別編程，并且對(duì)于在單個(gè)行或多個(gè)行上 的多個(gè)位單元來(lái)講允許被同時(shí)擦除。圖2D是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的、在第一有源區(qū)214a中的 沿圖2A中的線Q-R所做出的NVM位單元200的FN隧穿器件230的截面圖。如上面參考圖 2A和圖2E所描述的，第一有源區(qū)214a形成在包括N阱注入?yún)^(qū)212a的本征區(qū)216a中。
[0054] 在襯底的上方，位單元與晶體管220相同，除了浮置柵極206的寬度之外。一般而 言，浮置柵極206的在第一有源區(qū)214a之上的部分與在位單元200中的其它地方的寬度相 比是窄的。在第一有源區(qū)214a內(nèi)的襯底的下方，器件的不同之處在于；第一有源區(qū)214a包 括，在間隔件下方半途地延伸的礦注入?yún)^(qū)262、W及在浮置柵極206下面一路延伸至注入?yún)^(qū) 260在浮置柵極206下方重疊自身的程度的5VN-LDD注入?yún)^(qū)260。
[00巧]在本征區(qū)216中形成FN隧穿器件230,使得在浮置柵極206下方創(chuàng)建了能夠處理 高電壓的二極管狀結(jié)。FN隧穿誘發(fā)電子至或從浮置柵極206隧穿至第一有源區(qū)214a，該增 加或降低了在浮置柵極上的電壓，從而對(duì)浮置柵極進(jìn)行編程或擦除。觸點(diǎn)上的電壓量確定 FN隧穿發(fā)生的程度，因此通過(guò)改變觸點(diǎn)上的電壓可W控制FN隧穿的量和速率。例如，向第 一有源區(qū)214a施加正闊值電壓（例如，18V)并且將所有其它的有源區(qū)保持為接地（0V)，弓I 起電子離開(kāi)浮置柵極206隧穿至第一有源區(qū)，從而增加了浮置柵極206的電壓（擦除）。作 為替代方案，通過(guò)將電容器和隧穿器件均增加至Vtun (例如18V)來(lái)將浮置柵極206向上電 容性禪合至正闊值電壓，并且將讀出晶體管保持接地（源極202和漏極204為0V)，引起電 子從第二有源區(qū)214b隧穿至浮置柵極206上，從而降低了浮置柵極206的電壓（編程）。 擦除或編程浮置柵極206所需的電壓取決于柵極氧化物的厚度和期望的擦除時(shí)間。對(duì)于具 有大約125埃厚度的5V柵極氧化物，F(xiàn)N隧穿會(huì)在13V至19V范圍內(nèi)發(fā)生。對(duì)于具有大約 75埃厚度的3. 3V柵極氧化物，F(xiàn)N隧穿會(huì)在8V至10V范圍內(nèi)發(fā)生。
[0056] 在一個(gè)實(shí)施例中，擦除操作作為批量操作執(zhí)行，即在一次傳遞（pass)中在多個(gè)位 上執(zhí)行的操作；而編程（或?qū)懭耄┎僮鲃t是在位的基礎(chǔ)上在位上執(zhí)行。例如，通過(guò)在器件 (如FN隧穿器件230)中激發(fā)FN隧穿來(lái)使它們都進(jìn)入"接通"狀態(tài)（例如，具有高浮置柵極 電壓），擦除操作可擦除頁(yè)（例如，一千位）。然后程序操作可W選擇性地將任意單個(gè)浮置 柵極編程至"斷開(kāi)"狀態(tài)（例如，具有低浮置柵極電壓）。
[0057] 當(dāng)向第一有源區(qū)214a施加任意正電壓時(shí)，電子從慘雜區(qū)260耗盡，從而在浮置柵 極下方創(chuàng)建了耗盡區(qū)。根據(jù)位單元的結(jié)構(gòu)，如果該些耗盡區(qū)生長(zhǎng)得足夠大（例如，如果施加 了足夠的正電壓），那么耗盡區(qū)會(huì)在高度上從本征區(qū)向上上升至在浮置柵極206的正下方 的溝道，最終延伸跨過(guò)在浮置柵極206下方的第一有源區(qū)214a的整個(gè)溝道長(zhǎng)度L。在該種 情況下，終止了在浮置柵極206下方的短路，并且阻止了 FN隧穿。
[005引在NM0S器件中，5V N-L孤注入?yún)^(qū)在浮置柵極206下面重疊的越多，越能夠?qū)⒑谋M 區(qū)的生長(zhǎng)延遲到更高的電壓，該通過(guò)簡(jiǎn)單地使更多的待耗盡電荷載流子出現(xiàn)在該區(qū)域中而 實(shí)現(xiàn)；從而提供更大的執(zhí)行FN隧穿用的電壓范圍。在本征區(qū)216a中形成FN隧穿器件，通 過(guò)提供較少的反慘雜電荷載流子（例如，空穴）而增強(qiáng)了該效果，該反慘雜電荷載流子會(huì)相 反地干擾N-L孤注入?yún)^(qū)160重疊、并且加速耗盡區(qū)的生長(zhǎng)、并且阻止FN隧穿。
[0059] 為了進(jìn)一步促進(jìn)FN隧穿在高的電壓下發(fā)生，F(xiàn)N隧穿器件230被配置為，其在第一 有源區(qū)214a之上具有窄浮置柵極206,該窄浮置柵極206具有窄溝道（長(zhǎng)度L)。如果浮置 柵極206更寬（例如，如果溝道長(zhǎng)度L增加），那么FN隧穿在更低電壓（例如，低于14V) 下關(guān)斷。由于FN隧穿器件被配置為在高于電容器210的電壓下運(yùn)行，所W在本征區(qū)216a 的在浮置柵極206下面的部分周?chē)姆怯性幢菊鲄^(qū)的表面積，可W被配置為大于在電容器 210中的表面積。在浮置柵極周?chē)幕蛘咧辽俨糠职鼑≈脰艠O的（在俯視圖中）非有源 本征區(qū)圍繞區(qū)（enclosure)越大，該結(jié)的二極管擊穿越高。
[0060] 在其它實(shí)施例中，可W添加具有與LDD相同極性的額外表面注入?yún)^(qū)，W提高在表 面處或在表面附近的慘雜水平。n型表面注入?yún)^(qū)的一些示例為PM0S n型Vt調(diào)整注入?yún)^(qū)或 者NPN雙極射極注入?yún)^(qū)化ipolar emitter implant)。
[0061] <電容器的示例結(jié)構(gòu)和操作〉
[0062] 圖2C是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的沿圖2A中的線M-N所做出的NVM位單元的電容器210 的截面圖。如上面參考圖2A和圖2E所描述的，第H有源區(qū)214c形成為包括N阱注入?yún)^(qū) 21化的本征區(qū)216b。
[0063] 電容器210的在第H有源區(qū)214c上方的部分沿著線M-N所做出的截面，與圖2B 和圖2D相同，還是除了浮置柵極206的寬度W外。在第H有源區(qū)214c內(nèi)，器件的不同之處 在于：第H有源區(qū)214c包括在所有側(cè)在間隔件下方半途地延伸的N+注入?yún)^(qū)262。第H有源 區(qū)214c也包括5V N-LLD注入?yún)^(qū)160,該5V N-LLD注入?yún)^(qū)160在可能除了柵極朝著FN隧穿 器件230延伸的地方W外的所有側(cè)（除浮置之外）、在浮置柵極206下面半途地延伸或一路 延伸。
[0064] 由在浮置柵極206與第H有源區(qū)214c之間的重疊程度，來(lái)確定電容器210在浮置 柵極206與第H有源區(qū)214c之間的電容。對(duì)于PM0S電容器，第H有源區(qū)214c在浮置柵極 206下面的全部部分都電容性禪合至浮置柵極，由于N-L孤260和N+262注入?yún)^(qū)W及N阱 21化的相似極性的影響，該全部部分電短路。
[0065] 當(dāng)向第H有源區(qū)214c施加正電壓時(shí)，在第H有源區(qū)214c中形成耗盡區(qū)，該耗盡區(qū) 的大小隨著電壓的增加而增加。如果耗盡區(qū)接觸到襯底的表面，那么由于在耗盡區(qū)中缺少 電荷載流子的影響，電容器的該部分不再電容性禪合至浮置柵極206。因此，限制了在電容 性禪合由于耗盡的影響而斷開(kāi)之前，可W拉動(dòng)第H有源區(qū)214c到多高的電壓。該就又限制 了通過(guò)施加的電壓，浮置柵極206可W電容性禪合到多高的電壓。
[0066] 再次簡(jiǎn)單地參考圖2A，受掩模不對(duì)準(zhǔn)（misalignment)和光刻膠開(kāi)口大小偏差 (variation)的影響，在制造期間，限定本征區(qū)的掩模的放置可能變化。建立電容器的最小 非有源本征區(qū)圍繞區(qū)，W便確保一定的最小圍繞區(qū)距離，即使是在最差情況不對(duì)準(zhǔn)或者開(kāi) 口大小偏差情形下。類(lèi)似地，位單元200的N阱21化注入?yún)^(qū)也具有第H有源區(qū)214c的最 小圍繞區(qū)，W確保器件被正確地慘雜。如果N阱光刻膠墻太靠近FN隧穿器件230,那么可W 存在由于阱鄰近效應(yīng)而注入的電荷載流子，該就削弱了位單元的功能。
[0067] 與下面參照?qǐng)D3至圖5所描述的NM0S實(shí)施方式相反，在電容器210的PM0S版本 中，N阱21化和P+S/D觸點(diǎn)（代替N-LDD 260)已經(jīng)短路在一起了，因此LDD區(qū)不需要在浮 置柵極下面合并。進(jìn)一步地，對(duì)于具有在FN隧穿器件230下方具有N阱212的FN隧穿器 件200的PM0S位單元200,耗盡區(qū)到達(dá)表面的電壓通常遠(yuǎn)大于編程或擦除位單元所需的電 壓。
[006引 < 本征NM0S NVM位單元的整體結(jié)構(gòu)〉
[0069] 圖3A圖示了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的NM0S NVM位單元300的頂視圖。位單元300大部 分與位單元200相同，除了位單元300是NM0S位單元之外，該是因?yàn)镕N隧穿器件330和電 容器310中的每一個(gè)分別形成在本征區(qū)316a和31化中。在位單元300中明顯缺少了在位 單元200中存在的N阱注入?yún)^(qū)212。結(jié)果，位單元300比位單元200更加緊湊，該是由于不 要求額外的間隙，用于使N阱注入?yún)^(qū)212與位單元200隔離。在本征區(qū)中形成FN隧穿器 件330和電容器310也具有使得與在位單元200中相比更不大可能發(fā)生穿通現(xiàn)象的有益效 果，如下面即將在圖3B中所圖示的。在其它方面，位單元300的部件與在位單元200中的 部件相同。由此，在其它方面電容器310與電容器210類(lèi)似，在其它方面晶體管320與晶體 管220類(lèi)似，并且在其它方面FN隧穿器件330與FN隧穿器件230類(lèi)似。在圖3A中，位單 元300的部件用數(shù)字"3"開(kāi)頭而不是"2"開(kāi)頭的附圖標(biāo)記進(jìn)行標(biāo)注，W指示相對(duì)于在位單元 200中的它們的相似物在尺寸、形狀和位置上的差異，但是最后的兩個(gè)數(shù)字保持相同W便比 較。該些部件在位單元300中的功能與其在位單元200中的功能類(lèi)似，出于簡(jiǎn)潔起見(jiàn)，在此 不再重復(fù)描述。
[0070] 圖3B是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的沿圖3A中的線J-K所做出的NM0SNVM位單元300的包 括電容器310和FN隧穿器件330的部分的截面圖。在位單元300中，電容器310和FN隧 穿器件330中的每一個(gè)形成在本征區(qū)316中。有源區(qū)314a、314b由一個(gè)或多個(gè)STI 380隔 開(kāi)。圖3B圖示了本征區(qū)掩模（被繪制用于限定本征區(qū)316 W及注入有P阱318的區(qū)域） 如何幫助使電容器310的獨(dú)立本征區(qū)31化與FN隧穿器件330的獨(dú)立本征區(qū)316a彼此電 隔離。
[0071] 正如對(duì)于位單元200,本征區(qū)316的非有源部分（未標(biāo)注）在付出了額外襯底空 間的代價(jià)下協(xié)助電隔離。然而，缺少N阱注入?yún)^(qū)212使得電隔離位單元300的器件所需的 空間總量減少。與位單元200類(lèi)似，當(dāng)向跨過(guò)電容器310和/或FN隧穿器件330施加高電 壓時(shí)，在位單元300中可W發(fā)生穿通現(xiàn)象。然而，與位單元200相反，在位單元300中，由于 電荷載流子在可w發(fā)生穿通現(xiàn)象之前運(yùn)動(dòng)的距離增加了的影響，穿通現(xiàn)象被削弱。尤其，對(duì) 于在位單元300中發(fā)生的穿通現(xiàn)象，電荷載流子除了在P阱318周?chē)竭\(yùn)動(dòng)之外，還在N+ 區(qū)362之間垂直運(yùn)動(dòng)。將該與圖2E的位單元200對(duì)比，在曾經(jīng)發(fā)生穿通現(xiàn)象處，電荷載流 子僅在N阱注入?yún)^(qū)212之間水平運(yùn)動(dòng)。
[0072] 與位單元200相比，去除N阱212減小了位單元300的整體大小。該允許更密集 的NVM存儲(chǔ)器件。在一個(gè)實(shí)施例中，相對(duì)于位單元200,僅去除位單元200的N阱212a節(jié) 省了位單元30012%的表面積。僅去除N阱21化節(jié)省了位單元4%的表面積。去除兩個(gè)N 阱212使得位單元300節(jié)省了 20%的表面積大小。例如，對(duì)于0. 18 ym 5V工藝，N阱一般 與有源區(qū)重疊0. 6 y m。由此，去除兩個(gè)N阱減小了 3*0. 6 = 1. 8 y m的位單元大?。∟阱在 隧穿器件的兩側(cè)W及在電容器的至少一側(cè)圍繞有源區(qū)）。
[0073] 去除N阱也具有其它制造益處。N阱最終一般會(huì)大于所繪制的大小，如圖2E所圖 示的。該現(xiàn)象的發(fā)生可能是由于，在注入期間離子側(cè)向彈跳（ricochet)并且超出所繪制區(qū) 域地注入而發(fā)生的"橫向擴(kuò)展（lateral straggle)"的影響。其它工藝步驟中的加熱可W 導(dǎo)致N阱注入?yún)^(qū)在所繪區(qū)域外部進(jìn)一步擴(kuò)散。結(jié)果，設(shè)計(jì)包括N阱注入?yún)^(qū)的位單元必須考 慮到該效應(yīng)，不必要地增加位單元的大小。進(jìn)一步地，由于N阱不是自對(duì)準(zhǔn)的，所W N阱會(huì) 存在不對(duì)準(zhǔn)，該意味著位單元可能會(huì)存在制造偏差。可W將不對(duì)準(zhǔn)納入考慮，但是代價(jià)是需 要額外的位單元大小。由于P阱也會(huì)存在不對(duì)準(zhǔn)，該意味著用于創(chuàng)建PM0S位單元300的制 造工藝必須對(duì)不對(duì)準(zhǔn)的兩個(gè)不同層有很強(qiáng)的魯棒性。相反，對(duì)于N阱，位單元300則不會(huì)面 臨該問(wèn)題。進(jìn)一步地，可W通過(guò)具有不同的本征區(qū)316圍繞區(qū)（即，非有源本征區(qū)）寬度， 消除PM0S位單元300對(duì)一個(gè)方向上的P阱的不對(duì)準(zhǔn)的靈敏度。
[0074] 在NM0S位單元中，P阱318對(duì)本征區(qū)316a和31化短路。一個(gè)位單元的本征區(qū)316 對(duì)在相同存儲(chǔ)器件中的許多（如果不是所有）其它P阱和本征區(qū)電短路，也通常對(duì)地短路。 在位單元300中，不能如在位單元200中一樣，使P阱318和本征區(qū)316達(dá)到用于制成LDD 需要合并的電容器的足夠高的電壓。相反，每個(gè)P阱對(duì)本征區(qū)的結(jié)都形成二極管。出于該 考慮，可W控制浮置柵極306的在第一有源區(qū)314a和第H有源區(qū)314c之上的形狀，W生成 功能電容器310和FN隧穿器件330。結(jié)果，NM0S位單元300對(duì)形狀敏感，尤其是電容器310 和FN隧穿器件330的形狀。
[00巧]彌補(bǔ)NM0S電容器310中的N阱缺少有多種選擇。對(duì)于形成在本征區(qū)31化中的 NM0S電容器310,將浮置柵極306的在第H有源區(qū)314c之上延伸的部分成形為，使進(jìn)入 第H有源區(qū)314c中的電荷載流子慘雜能夠滲入到浮置柵極306的該部分下方。在不增加 N+362和/或5V L孤注入?yún)^(qū)的范圍的情況下，增加在第H有源區(qū)314c之上的浮置柵極的大 小不會(huì)顯著提高電容性禪合。因此，為了減小位單元大小，對(duì)LDD和N+362注入?yún)^(qū)W及浮置 柵極306形狀進(jìn)行配置，W確保該注入?yún)^(qū)也要盡可能多地在浮置柵極306下方延伸，如果不 是在整個(gè)浮置柵極306下面一路延伸的話(huà)。對(duì)于NM0S電容器理想的是，L孤注入?yún)^(qū)360在 柵極下面合并。
[0076] 在本征區(qū)中形成電容器310有利地允許更大的電容性表面積，該是因?yàn)楸菊鲄^(qū)缺 少反慘雜電荷載流子。缺少P阱造成兩件事。首先，允許N-LDD區(qū)即使是在位單元的FN隧 穿器件具有更長(zhǎng)的溝道長(zhǎng)度L的地方也合并，該是因?yàn)椴淮嬖诜磻K雜。第二，通過(guò)使在注入 區(qū)和本征區(qū)之間的二極管結(jié)漸變，提高了二極管擊穿電壓。相較于P阱實(shí)施方式，低慘雜本 征區(qū)形成更大的耗盡區(qū)。
[0077] 圖4是用于NM0S隧穿器件位單元實(shí)施方式的NM0S電容器器件430的替代結(jié)構(gòu)的 頂視圖，其中L很短的FN隧穿器件的短路具有更好的性能。電容器410的額外指部增加了 用于控制在浮置柵極406上的電壓的電容性禪合表面積。在一些實(shí)施例中，使FN隧穿器件 在浮置柵極下方的第一有源區(qū)中短路不可行，如在圖2D中圖示的實(shí)施方式中實(shí)現(xiàn)的。在位 單元中的任意器件中最高電壓注入?yún)^(qū)為2. 5V的實(shí)施方式中，該是個(gè)問(wèn)題。該可W是關(guān)于特 定注入?yún)^(qū)工藝的情況，例如2. 5V N-LDD注入?yún)^(qū)在浮置柵極下面，不能W充分到達(dá)的方式被 注入從而與自身重疊。盡管如此，使用如圖2D所圖示的PM0S隧穿器件和如圖4所圖示的 NM0S電容器430,仍然可W構(gòu)建功能NVM位單元。
[0078] 在圖4的實(shí)施方式中，相對(duì)于在圖2A中圖示的FN隧穿器件230,浮置柵極406的 在第H有源區(qū)414c之上的部分具有擴(kuò)展的周界。浮置柵極406的周界等于兩倍長(zhǎng)度40化 加上兩倍長(zhǎng)度406a加上兩倍長(zhǎng)度406c減去長(zhǎng)度406d。基于其它浮置柵極形狀（未圖示）， 其它周界也是可能的。用于浮置柵極406的擴(kuò)展的周界增加了在浮置柵極406下方的、注 入?yún)^(qū)（諸如，2. 5V N-LDD注入?yún)^(qū)）滲入的面積。該允許在第H有源區(qū)414c中的LDD注入?yún)^(qū) 與浮置柵極406之間的更大的重疊面積。也可W調(diào)整本征區(qū)的非有源部分的大小W恰當(dāng)隔 離電容器430。
[0079] 圖5圖示了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的NM0S電容器510形成為具有大周界W抵消在施加 的電壓下生成的耗盡區(qū)的位單元500的替代實(shí)施方式。浮置柵極506的在第H有源區(qū)之上 的部分被配置為小于特定寬度，從而5V N-LDD注入?yún)^(qū)在電子浮置柵極506的該部分下面一 路滲入。該有助于維持電容性禪合，即使是在高施加電壓（例如，在7V至10V范圍內(nèi)）時(shí)。 例如，浮置柵極506可W具有外部寬度506a和長(zhǎng)度50化，具有寬度506c和長(zhǎng)度506d的間 隙。
[0080] <NVM位單元的操作〉
[0081] 位單元使用FN隧穿器件上的FN隧穿來(lái)編程和擦除浮置柵極。通過(guò)激活晶體管來(lái) 讀出位單元。電容器協(xié)助進(jìn)行所有H種操作。應(yīng)注意到，位單元不包括選擇器件，選擇器件 通常用于隔離出讀出哪位。
[0082] 位單元的許多優(yōu)點(diǎn)中的一個(gè)是；因?yàn)殡娙萜髋c源極和漏極解禪合，所W電容器可 W在不影響在源極和漏極處的電壓的情況下調(diào)整在浮置柵極上的電壓。由于在浮置柵極 與第H有源區(qū)之間的電容的作用，浮置柵極電壓將是施加至第H有源區(qū)處的任意電壓的比 例。例如，如果在浮置柵極與第H有源區(qū)之間有70%總電容禪合，浮置柵極在STI之上的場(chǎng) 氧化物柵極區(qū)域、至附近的金屬線（?。┑碾娙荻U合、W及任意橫向電容禪合（例如，至觸 點(diǎn)或相鄰浮置柵極的禪合），那么浮置柵極電壓會(huì)禪合施加至第H有源區(qū)（即，在電禪合至 第H有源區(qū)的金屬觸點(diǎn)處）的電壓變化的50%。在不影響源極電壓或漏極的情況下偏置浮 置柵極的能力，提高了對(duì)讀出和FN編程/擦除操作的控制。
[0083] 下文說(shuō)明的表1圖示了用于示例實(shí)施例的讀出、編程W及擦除操作。Vdd在操作期 間可W變化（例如，多個(gè)電源具有+/-10%的規(guī)格，所W 5V可W在4.5V至5.5V)。在一些 設(shè)計(jì)中會(huì)使用編程/檢查/編程（如果需要的話(huà)）算法，其中Vtun隨著每個(gè)連續(xù)的程序操 作而增加。該算法允許每個(gè)芯片能夠取決于工藝偏差（即，柵極氧化物的厚度）和溫度來(lái) 調(diào)整其Vtun電平。
[0084] 表1 ;位單元100操作巧V示例）
[0085]

【權(quán)利要求】
1. 一種非易失性存儲(chǔ)器位單元，包括： 隧穿器件，包括： 浮置柵極的第一部分，W及 襯底的第一有源區(qū)，在所述浮置柵極的所述第一部分下方，向所述第一有源區(qū)施加隧 穿電壓導(dǎo)致電荷載流子轉(zhuǎn)移至所述浮置柵極； 晶體管，包括： 所述浮置柵極的第二部分， 源極，在所述襯底的第二有源區(qū)中，W及 漏極，在所述第二有源區(qū)中，電流基于所述浮置柵極的電壓電平W及在所述源極與所 述漏極之間的電壓差而在所述源極和所述漏極之間流動(dòng)；W及 電容器，包括： 第一極板，包括所述襯底的第H有源區(qū)，W及 第二極板，包括所述浮置柵極的第H部分，所述浮置柵極的所述第H部分在所述第H 有源區(qū)上方，所述浮置柵極的所述第H部分將所述浮置柵極電容性禪合至所述第H有源 區(qū)，W便控制在所述隧穿器件中的電荷載流子轉(zhuǎn)移W及在所述晶體管的所述源極與所述漏 極之間的所述電流。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的非易失性存儲(chǔ)器位單元，其中所述第一有源區(qū)和所述第H有 源區(qū)中的至少一個(gè)形成在本征區(qū)中。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的非易失性存儲(chǔ)器位單元，其中所述第一有源區(qū)和所述第H有 源區(qū)中的至少一個(gè)包括N阱注入?yún)^(qū)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的非易失性存儲(chǔ)器位單元，其中所述晶體管的所述源極電禪合 至在第一相鄰位單元中的晶體管的源極，W及其中所述晶體管的所述漏極電禪合至在所述 第一相鄰位單元中的晶體管的漏極。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的非易失性存儲(chǔ)器位單元，其中所述第一有源區(qū)電禪合至第二 相鄰位單元的有源區(qū)，W及其中所述第H有源區(qū)電禪合至所述第二相鄰位單元的電容器。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的非易失性存儲(chǔ)器位單元，其中所述隧穿器件是福勒-諾德海 姆（FN)隧穿器件。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的非易失性存儲(chǔ)器位單元，其中所述第一有源區(qū)、所述第二有 源區(qū)和所述第H有源區(qū)被非導(dǎo)電性區(qū)隔開(kāi)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的非易失性存儲(chǔ)器位單元，其中所述浮置柵極的所述第一部 分、所述第二部分和所述第H部分電禪合在一起。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的非易失性存儲(chǔ)器位單元，其中所述隧穿器件被配置為，在所 述第一有源區(qū)至少提高至足夠產(chǎn)生FN隧穿的闊值電壓時(shí)，避免在所述第一有源區(qū)中的二 極管擊穿行為。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的非易失性存儲(chǔ)器位單元，其中所述第二有源區(qū)包括電荷載 流子的阱注入?yún)^(qū)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的非易失性存儲(chǔ)器位單元，其中所述第一有源區(qū)包括在所述 浮置柵極的所述第一部分下方延伸的電荷載流子注入?yún)^(qū)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的非易失性存儲(chǔ)器位單元，其中注入的所述電荷載流子在所 述浮置柵極的所述第一部分的整個(gè)長(zhǎng)度下方延伸。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的非易失性存儲(chǔ)器位單元，其中注入的所述電荷載流子在所 述浮置柵極的所述第一部分下方重疊。
14. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的非易失性存儲(chǔ)器位單元，其中所述電荷載流子注入?yún)^(qū)是N 型輕慘雜漏極（LDD)注入?yún)^(qū)。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的非易失性存儲(chǔ)器位單元，其中所述第H有源區(qū)包括在所述 浮置柵極的所述第H部分下方延伸的電荷載流子注入?yún)^(qū)。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的非易失性存儲(chǔ)器位單元，其中注入的所述電荷載流子在所 述浮置柵極的所述第H部分的整個(gè)長(zhǎng)度下方延伸。
17. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的非易失性存儲(chǔ)器位單元，其中所述電荷載流子注入?yún)^(qū)是N 型輕慘雜漏極（LDD)注入?yún)^(qū)。
18. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的非易失性存儲(chǔ)器位單元，其中所述位單元使用標(biāo)準(zhǔn)互補(bǔ)金 屬氧化物半導(dǎo)體（CMO巧邏輯工藝制備而成。
19. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的非易失性存儲(chǔ)器位單元，其中所述電容器和所述FN隧穿器 件為NMOS，W及兩者均包括通常被配置用于使用PMOS器件的闊值電壓調(diào)整注入?yún)^(qū)。
20. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的非易失性存儲(chǔ)器位單元，其中所述電容器和所述FN隧穿器 件為PMOS，W及兩者均包括用于NMOS器件的闊值電壓調(diào)整注入?yún)^(qū)。
21. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的非易失性存儲(chǔ)器位單元，其中所述電容器和所述FN隧穿器 件中的至少一個(gè)包括與在SRAM單元中所使用的相同的阱注入?yún)^(qū)。
22. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的非易失性存儲(chǔ)器位單元，其中所述晶體管的溝道區(qū)包括闊 值電壓調(diào)整注入?yún)^(qū)，所述闊值電壓調(diào)整注入?yún)^(qū)包括與所述溝道區(qū)相同的極性類(lèi)型、并且與 所述源極和所述漏極不同的極性類(lèi)型。
23. -種非易失性存儲(chǔ)器件，包括： 采用襯底形成的多個(gè)非易失性存儲(chǔ)器位單元，所述位單元沿著多個(gè)行和多個(gè)列布置， 每個(gè)位單元包括： 隧穿器件，包括所述襯底的第一有源區(qū)W及浮置柵極的第一部分，所述浮置柵極的所 述第一部分在所述第一有源區(qū)之上延伸； 晶體管，包括所述襯底的第二有源區(qū)，所述襯底的所述第二有源區(qū)包括源極、漏極，所 述晶體管進(jìn)一步包括所述浮置柵極的第二部分，所述浮置柵極的所述第二部分在所述第二 有源區(qū)之上延伸；W及 電容器，包括所述襯底的第H有源區(qū)W及所述浮置柵極的第H部分，所述浮置柵極的 所述第H部分在所述第H有源區(qū)之上延伸； 第一導(dǎo)電性線，沿著所述多個(gè)行中的一行將第一多個(gè)所述位單元的隧穿器件電禪合； 第二導(dǎo)電性線，沿著相同所述行將所述第一多個(gè)位單元的電容器電禪合； 第H導(dǎo)電性線，沿著所述多個(gè)列中的一列將第二多個(gè)所述位單元的源極電禪合；W及 第四金屬線，用于沿著相同所述列將所述第二多個(gè)所述位單元的漏極電禪合。
24. -種存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的非臨時(shí)性機(jī)器可讀介質(zhì)，代表非易失性存儲(chǔ)器位單元，包括： 隧穿器件，包括： 浮置柵極的第一部分，W及 襯底的第一有源區(qū)，在所述浮置柵極的所述第一部分下方，向所述第一有源區(qū)施加隧 穿電壓導(dǎo)致電荷載流子轉(zhuǎn)移至所述浮置柵極； 晶體管，包括： 所述浮置柵極的第二部分， 源極，在所述襯底的第二有源區(qū)中，W及 漏極，在所述第二有源區(qū)中，電流基于所述浮置柵極的電壓電平W及在所述源極與所 述漏極之間的電壓差而在所述源極和所述漏極之間流動(dòng)；W及 電容器，包括： 第一極板，包括所述襯底的第H有源區(qū)，W及 第二極板，包括所述浮置柵極的第H部分，所述浮置柵極的所述第H部分在所述第H 有源區(qū)上方，所述浮置柵極的所述第H部分將所述浮置柵極電容性禪合至所述第H有源 區(qū)，W便控制在所述隧穿器件中的電荷載流子轉(zhuǎn)移W及在所述晶體管的所述源極與所述漏 極之間的所述電流。
25. -種包括指令的計(jì)算機(jī)可讀有形介質(zhì)，被配置為被計(jì)算機(jī)系統(tǒng)操作W便： 在行的位單元上執(zhí)行擦除操作， 每個(gè)位單元包括，在形成隧穿器件的第一有源區(qū)上方的浮置柵極、形成晶體管并且包 括源極和漏極的第二有源區(qū)、W及形成電容器的第H有源區(qū)， 所述擦除操作包括指令，用于： 將禪合至所述第一有源區(qū)的第一金屬線調(diào)節(jié)至隧穿電壓； 在所述行的其中一個(gè)所述位單元上執(zhí)行編程操作，所述編程操作包括指令，用于： 將所述第一金屬線W及禪合至所述第H有源區(qū)的第二金屬線調(diào)節(jié)至所述隧穿電壓， 將禪合至沿著列的多個(gè)位單元的多個(gè)源極的第H金屬線調(diào)節(jié)至中等電壓，所述列的其 中一個(gè)所述位單元也是所述行的一部分，W及 將禪合至沿著所述列的所述位單元的多個(gè)漏極的第四金屬線調(diào)節(jié)至相同的所述中等 電壓；W及 在經(jīng)編程的所述位單元上執(zhí)行讀出操作，所述讀出操作包括指令，用于： 將所述第二金屬線調(diào)節(jié)至所述中等電壓；W及 將所述第H金屬線調(diào)節(jié)至與所述第四金屬線的電壓不同的電壓。
26. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的計(jì)算機(jī)可讀有形存儲(chǔ)介質(zhì)，其中所述隧穿電壓足W激發(fā)電 子在所述行的其中一個(gè)所述位單元的其中一個(gè)所述第一有源區(qū)與所述位單元的相應(yīng)浮置 柵極之間隧穿。
【文檔編號(hào)】H01L27/112GK104465661SQ201410494289
【公開(kāi)日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年9月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月25日
【發(fā)明者】A·E·霍奇, T·N·吉利蘭德 申請(qǐng)人:美商新思科技有限公司