專(zhuān)利名稱(chēng)：非易失存儲(chǔ)單元的抹除方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的數(shù)據(jù)抹除方法，特別涉及一種于柵極具有電荷捕捉介電材料的可編程只讀存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)抹除方法。


圖1為在美國(guó)專(zhuān)利編號(hào)5768192中所公開(kāi)的只讀存儲(chǔ)器(PROM)單元的結(jié)構(gòu)剖面圖，其中，該傳統(tǒng)技術(shù)利用ONO作為柵極絕緣層。此類(lèi)型的PROM可利用使電子陷(trap)于氮化硅層20鄰近于源極14以及漏極16的兩端以執(zhí)行編程的動(dòng)作。氮化硅層20位于硅氧化層18以及22之間。由于此類(lèi)型PROM的材料特性所致，可在單一單元上儲(chǔ)存兩位的數(shù)據(jù)。
以下描述可編程只讀存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)抹除方式。傳統(tǒng)數(shù)據(jù)抹除方法為帶對(duì)帶熱空穴抹除法(band-to-band hot-hole erase)。當(dāng)硅氧化層18甚厚時(shí)，例如為20nm或以上，必須提高位于柵極24與N型區(qū)14或16之間的偏壓，才能使得Flowler-Nordheim隧穿電流流過(guò)硅氧化層18。因此，N型區(qū)14或16與信道區(qū)之間的電壓差將比柵極24與N型區(qū)14或16之間的電壓差先行變大而導(dǎo)致N型區(qū)14或16的末端發(fā)生電壓崩潰。
由電子帶對(duì)帶隧穿效應(yīng)所產(chǎn)生的熱空穴由空乏區(qū)中的電場(chǎng)所加速，當(dāng)熱空穴得到足夠的能量時(shí)，可注入至維持于低電位的柵極24并停留于氮化硅層20中。因此，先前儲(chǔ)存于氮化硅層20的電子即可與空穴結(jié)合，故能將先前所儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)消除。
然而，傳統(tǒng)帶對(duì)帶熱空穴抹除法將導(dǎo)致嚴(yán)重的讀取錯(cuò)誤(read disturb)，原因在于數(shù)據(jù)抹除時(shí)，若有多余的空穴殘留于硅氧化層18，會(huì)加強(qiáng)短通道側(cè)向電場(chǎng)以及幫助非預(yù)期的電子穿越氧化層，造成數(shù)據(jù)可靠度上的問(wèn)題。
為實(shí)現(xiàn)所述的目的，本發(fā)明提出一種非易失存儲(chǔ)單元的抹除方法，非易失存儲(chǔ)單元具有基底、第一源極/漏極以及第二源極/漏極，第一源極/漏極與第二源極/漏極之間具有信道區(qū)，信道區(qū)上具有柵極，而柵極與通道區(qū)之間具有位于第一絕緣層以及第二絕緣層之間的非導(dǎo)電性電荷捕捉材料，非易失存儲(chǔ)單元的抹除方法包括下列步驟。首先，執(zhí)行熱空穴抹除程序，利用注入熱空穴至非導(dǎo)電性電荷捕捉材料以移除儲(chǔ)存于非導(dǎo)電性電荷捕捉材料的第一電子，此時(shí)尚有部分空穴存在于第二絕緣層。接著，執(zhí)行修補(bǔ)編程程序以移除存在于第二絕緣層的空穴。
圖2為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例所述的只讀存儲(chǔ)器單元的結(jié)構(gòu)剖面圖以及執(zhí)行帶對(duì)帶熱空穴抹除時(shí)所加的偏壓。
圖3為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例所述的只讀存儲(chǔ)器單元的結(jié)構(gòu)剖面圖以及執(zhí)行修補(bǔ)編程程序時(shí)所加的偏壓。
圖4為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例所述的非易失內(nèi)存抹除方法的操作流程圖。
圖5為臨界電壓與讀取時(shí)間變化的關(guān)系圖。符號(hào)說(shuō)明14、34～源極；16、36～漏極；18、22、38、42～硅氧化層；
20、40～氮化硅層；24、44～柵極；32～基底。
當(dāng)欲在PROM存儲(chǔ)單元的漏極端寫(xiě)入數(shù)據(jù)時(shí)，在柵極44與漏極36端提供電壓以產(chǎn)生垂直以及側(cè)向電場(chǎng)，從而加速沿著信道區(qū)移動(dòng)的電子。當(dāng)電子的動(dòng)能增加到足以跨越二氧化硅層38的能障時(shí)，其穿過(guò)二氧化硅層38并陷于(trapped)氮化硅層40中，如圖2中虛線所標(biāo)示的區(qū)域。電子所陷入的區(qū)域靠近漏極36，原因在于此時(shí)該處的電場(chǎng)最強(qiáng)，因此電子最有可能得到足夠的能量以跨越二氧化硅層38的能障。當(dāng)越多電子被捕捉于氮化硅層40時(shí)，此區(qū)域的臨界電壓會(huì)逐漸提高。同樣的，當(dāng)要在PROM存儲(chǔ)單元的源極端寫(xiě)入數(shù)據(jù)時(shí)，只要將原供應(yīng)于漏極的電壓改供應(yīng)至源極端即可。
因?yàn)榈鑼?0并非導(dǎo)電材料，故電子能夠陷入于不同的區(qū)域，例如氮化硅層40靠近源極34以及漏極36的兩端。因此，本發(fā)明所述的存儲(chǔ)單元能夠儲(chǔ)存一位以上的數(shù)據(jù)。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例所公開(kāi)的非易失內(nèi)存抹除方法，先使用帶對(duì)帶熱空穴抹除法(band-to-band hot hole erase)。熱空穴由帶對(duì)帶隧穿電子效應(yīng)所產(chǎn)生，并利用位于空乏區(qū)的電場(chǎng)所加速。在此，源/漏極36所施加的正偏壓為3～10伏特，而施加于柵極的負(fù)偏壓為-10～0伏特。
當(dāng)熱空穴得到足夠的能量時(shí)，可注入至維持于低電位的柵極44并停留于氮化硅層40中。因此，先前寫(xiě)入動(dòng)作所儲(chǔ)存于氮化硅層40的電子即可與空穴結(jié)合，故能將先前所儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)消除。
然而，因?yàn)閹?duì)帶熱空穴抹除法所造成的殘留于硅氧化層38的多余空穴，因此導(dǎo)致嚴(yán)重的讀取錯(cuò)誤(read disturb)。為了解決所述問(wèn)題，因此本發(fā)明于執(zhí)行帶對(duì)帶熱空穴抹除法清除數(shù)據(jù)后，再執(zhí)行一道修補(bǔ)編程程序(soft programanneal)以克服所述問(wèn)題。
圖3為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例所述的只讀存儲(chǔ)器單元的結(jié)構(gòu)剖面圖以及執(zhí)行修補(bǔ)編程程序時(shí)所加的偏壓。修補(bǔ)編程程序(soft program anneal)直接使殘余的空穴脫離或利用施加大電場(chǎng)所產(chǎn)生的隧穿效應(yīng)而使得電子注入硅氧化層38以與位于硅氧化層38的多余空穴結(jié)合以消除的。在此，約9～10伏特的正電壓直接至柵極44以移除多余空穴，或驅(qū)動(dòng)位于基底32的電子，使其穿過(guò)硅氧化層38以抵銷(xiāo)空穴。在此，源極/漏極以及基底的偏壓皆為0伏特，而修補(bǔ)編程程序的執(zhí)行時(shí)間約為50ms。另外，將源極/漏極34接地，并提供0～8伏特的電壓至源極/漏極36，且提供3～13伏特的電壓至柵極44，同樣可以達(dá)到修補(bǔ)編程的效果。
圖4為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例所述的非易失內(nèi)存抹除方法的操作流程圖。首先，執(zhí)行預(yù)編程(pre-program)以提高各存儲(chǔ)單元只臨界電壓以避免過(guò)度抹除(over erasing)(S101)。接著，執(zhí)行帶對(duì)帶熱空穴抹除法以消除儲(chǔ)存于存儲(chǔ)單元的電子(S102)。此時(shí)，存儲(chǔ)單元的臨界電壓降低。接下來(lái)，執(zhí)行抹除驗(yàn)證(verification)動(dòng)作以確認(rèn)各存儲(chǔ)單元的臨界電壓皆位于預(yù)期的位準(zhǔn)(S103)。若未通過(guò)驗(yàn)證，則回到步驟S102重新執(zhí)行數(shù)據(jù)抹除步驟，直到存儲(chǔ)單元的臨界電壓達(dá)到目標(biāo)位準(zhǔn)為止。若通過(guò)驗(yàn)證，則執(zhí)行修補(bǔ)編程程序(soft programanneal)(S104)以消除因?yàn)閳?zhí)行帶對(duì)帶熱空穴抹除所遺留于存儲(chǔ)單元的空穴。
根據(jù)本實(shí)施例，修補(bǔ)編程程序可利用Flowler-Nordheim隧穿效應(yīng)(F-Ntunneling effect)、熱載流子效應(yīng)、以及二次熱載流子效應(yīng)等來(lái)達(dá)成。最后，再執(zhí)行修補(bǔ)編程程序后的驗(yàn)證步驟(S105)以檢驗(yàn)修補(bǔ)編程程序是否完成，若未完成，則回到步驟S104重復(fù)執(zhí)行修補(bǔ)編程程序，直到通過(guò)S105的驗(yàn)證步驟為止。
圖5為臨界電壓ΔVt與讀取時(shí)間變化的關(guān)系圖。如圖5所示，在執(zhí)行同樣次數(shù)的讀取測(cè)試中，執(zhí)行過(guò)修補(bǔ)編程程序的存儲(chǔ)單元的臨界電壓ΔVt變化量遠(yuǎn)小于未執(zhí)行修補(bǔ)編程程序的存儲(chǔ)單元，顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例所公開(kāi)的非易失內(nèi)存抹除方法已有效解決執(zhí)行帶對(duì)帶熱空穴抹除法所產(chǎn)生的問(wèn)題。
綜上所述，本發(fā)明在熱空穴抹除后再增加一道修補(bǔ)編程程序以修復(fù)存儲(chǔ)單元被熱空穴所損壞的區(qū)域。在執(zhí)行修補(bǔ)編程程序的過(guò)程中，空穴因?yàn)楸蛔⑷氲碾娮拥咒N(xiāo)或被施加的電場(chǎng)推離存儲(chǔ)單元而消失。若減少留在存儲(chǔ)單元里的空穴數(shù)目，可有效減少執(zhí)行讀取動(dòng)作時(shí)發(fā)生錯(cuò)誤的機(jī)會(huì)以及編程動(dòng)作時(shí)所流失的電荷，并達(dá)到較佳的數(shù)據(jù)保存特性。另外，由于根據(jù)本發(fā)明所述的修補(bǔ)編程程序執(zhí)行時(shí)間短，且電力消耗低，因此容易在現(xiàn)行儀器架構(gòu)下使用。
本發(fā)明雖以較佳實(shí)施例公開(kāi)如上，然其并非用于限定本發(fā)明的范圍，任何本領(lǐng)域普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，可做一些的等效變動(dòng)與修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍以權(quán)利要求為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種非易失存儲(chǔ)單元的抹除方法，其特征在于，包括下列步驟執(zhí)行熱空穴抹除程序，利用注入熱空穴至一非易失存儲(chǔ)單元以移除儲(chǔ)存于所述非易失存儲(chǔ)單元的第一電子，其中尚有部分空穴存在于所述非易失存儲(chǔ)單元；以及執(zhí)行修補(bǔ)編程程序以移除存在于所述非易失存儲(chǔ)單元的空穴。
2.如權(quán)利要求1所述的非易失存儲(chǔ)單元的抹除方法，其特征在于，所述修補(bǔ)編程程序是注入第二電子至所述非易失存儲(chǔ)單元而抵銷(xiāo)存在于所述非易失存儲(chǔ)單元的空穴。
3.如權(quán)利要求1所述的非易失存儲(chǔ)單元的抹除方法，其特征在于，所述修補(bǔ)編程程序是利用施加電場(chǎng)而將存在于所述非易失存儲(chǔ)單元的空穴推離。
4.一種非易失存儲(chǔ)單元的抹除方法，其特征在于，所述非易失存儲(chǔ)單元具有一基底、一第一源極/漏極以及一第二源極/漏極，所述第一源極/漏極與第二源極/漏極之間具有一信道區(qū)，所述信道區(qū)上具有一柵極，所述柵極與通道區(qū)之間具有位于一第一絕緣層以及一第二絕緣層之間的非導(dǎo)電性電荷捕捉材料，所述非易失存儲(chǔ)單元的抹除方法包括下列步驟執(zhí)行熱空穴抹除程序，利用注入熱空穴至所述非導(dǎo)電性電荷捕捉材料以移除儲(chǔ)存于所述非導(dǎo)電性電荷捕捉材料的第一電子，其中尚有部分空穴存在于所述第二絕緣層；以及執(zhí)行修補(bǔ)編程程序以移除存在于所述第二絕緣層的空穴。
5.如權(quán)利要求4所述的非易失存儲(chǔ)單元的抹除方法，其特征在于，所述第二源極/漏極在執(zhí)行熱空穴抹除程序時(shí)，施加正偏壓。
6.如權(quán)利要求5所述的非易失存儲(chǔ)單元的抹除方法，其特征在于，所述正偏壓的范圍在3伏特至10伏特之間。
7.如權(quán)利要求4所述的非易失存儲(chǔ)單元的抹除方法，其特征在于，所述柵極在執(zhí)行熱空穴抹除程序時(shí)，施加負(fù)偏壓。
8.如權(quán)利要求7所述的非易失存儲(chǔ)單元的抹除方法，其特征在于，所述負(fù)偏壓的范圍在-0.01伏特至-10伏特之間。
9.如權(quán)利要求4所述的非易失存儲(chǔ)單元的抹除方法，其特征在于，所述基底、第一源極/漏極以及第二源極/漏極在執(zhí)行修補(bǔ)編程程序時(shí)接地。
10.如權(quán)利要求4所述的非易失存儲(chǔ)單元的抹除方法，其特征在于，所述基底以及第一源極/漏極在執(zhí)行修補(bǔ)編程程序時(shí)接地，而所述第二源極/漏極施加0.01伏特至8伏特的偏壓。
11.如權(quán)利要求4所述的非易失存儲(chǔ)單元的抹除方法，其特征在于，所述第二絕緣層位于所述通道區(qū)之上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種非易失存儲(chǔ)單元的抹除方法，非易失存儲(chǔ)單元具有基底、第一源極/漏極以及第二源極/漏極，第一源極/漏極與第二源極/漏極之間具有信道區(qū)，信道區(qū)上具有柵極，而柵極與通道區(qū)之間具有位于第一絕緣層以及第二絕緣層之間的非導(dǎo)電性電荷捕捉材料，非易失存儲(chǔ)單元的抹除方法包括下列步驟。首先，執(zhí)行熱空穴抹除程序，利用注入熱空穴至非導(dǎo)電性電荷捕捉材料以移除儲(chǔ)存于非導(dǎo)電性電荷捕捉材料的第一電子，此時(shí)還有部分空穴存在于第二絕緣層。接著，執(zhí)行修補(bǔ)編程程序以移除存在于第二絕緣層的空穴。
文檔編號(hào)G11C16/04GK1449024SQ0212732
公開(kāi)日2003年10月15日 申請(qǐng)日期2002年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月2日
發(fā)明者葉致鍇, 蔡文哲, 盧道政 申請(qǐng)人:旺宏電子股份有限公司