專利名稱：內(nèi)存元件的增進(jìn)抹除并且避免過度抹除的方法及其結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種存貯器元件，特別是涉及一種針對(duì)非易失性存貯器的過度抹除(Over-Erase)問題的處理方法。
背景技術(shù)：
一般的半導(dǎo)體元件包括多個(gè)形成于基底上或是基底中的單一構(gòu)件。此構(gòu)件例如是一個(gè)存貯器元件，其用來儲(chǔ)存電子數(shù)據(jù)(Data)之用，其可以是通過電子處理器來執(zhí)行計(jì)算機(jī)程序或是通過處理器來操作邏輯數(shù)據(jù)。一般來說，不需要通過周邊電源供應(yīng)即可儲(chǔ)存電子數(shù)據(jù)的存貯器元件稱為非易失性存貯器(Non-Volatile Memory)元件。只讀存儲(chǔ)器(Read-Only Memory)是一種常用于電子設(shè)備中的非易失性存貯器，其中這些電子設(shè)備例如是具有微處理器的數(shù)字電子設(shè)備或是便攜式電子元件，此便攜式電子元件例如是手機(jī)。
一般來說，只讀存儲(chǔ)器元件是布局于數(shù)個(gè)存儲(chǔ)器數(shù)組中。每一個(gè)存儲(chǔ)器包括有一個(gè)晶體管，且此晶體管包括有并列于一條相交的位線與一條字符線之間的金屬氧化半導(dǎo)體場(chǎng)效晶體管(MOSFET)。通過這些存儲(chǔ)器晶體管，可以將數(shù)據(jù)的位值(Bit Value)或是編碼經(jīng)由個(gè)別存儲(chǔ)器的物理性質(zhì)或是電性質(zhì)永久儲(chǔ)存(直到刻意抹除)。一般來說，一個(gè)只讀存儲(chǔ)器的非易失(Non-Volatile)特性可使得儲(chǔ)存于其中的數(shù)據(jù)其僅提供讀取的用。
可程序化的非易失性只讀存儲(chǔ)器是非易失性存貯器的一種特定形式，在這樣存貯器中，邏輯數(shù)據(jù)位不只可以讀取，還可被寫入(例如程序化)存儲(chǔ)器中。一般來說，多個(gè)存儲(chǔ)器所組成的族群稱為一個(gè)字符，多個(gè)字符所組成的族群稱為一個(gè)頁(Page)，多個(gè)頁所組成的族群稱為一個(gè)扇區(qū)，其中數(shù)據(jù)可以通過字符或是頁來讀取或是程序化(例如寫入)的動(dòng)作，而整個(gè)扇區(qū)一般是用來進(jìn)行抹除之用。
公知的三種非易失性存貯器的形式為可抹除可程序化的只讀存儲(chǔ)器(Erasable Programmable ROMs，EPROMs)、可電除可程序化的只讀存儲(chǔ)器(Electrically Erasable Programmable ROMs，EEPROMs)以及快閃(Flash)可電除可程序化的只讀存儲(chǔ)器，其中快閃(Flash)可電除可程序化的只讀存儲(chǔ)器又稱為閃存，這些存貯器都可以通過一種或是二種的方式來進(jìn)行寫入動(dòng)作。第一種寫入方式是通過信道熱電子(Channel Hot Electron，CHE)注入來達(dá)成，即通過注入電子來改變位于晶體管的浮置柵極的電壓值。第二種寫入的方式是應(yīng)用一種Fowler-Nordheim(F-N)穿隧的場(chǎng)發(fā)射機(jī)制(Field Emissionmechanism)。Fowler-Nordheim(F-N)穿隧為在高電場(chǎng)的作用下電子穿過能障(Barrier)的過程。這個(gè)量子力學(xué)穿隧過程對(duì)于此薄層的能障來說是相當(dāng)重要的機(jī)制，而此能障例如是存在于高度摻雜的半導(dǎo)體的金屬半導(dǎo)體接面(Juction)或是氧化半導(dǎo)體接面中。F-N穿隧可以通過使用一個(gè)橫跨此具有絕緣性質(zhì)的能障的電場(chǎng)，并且使得電子穿過其中而達(dá)成的。此外，上述存貯器的抹除則可以利用F-N穿隧或是使其暴露在紫外光下達(dá)成的?？呻姵沙绦蚧闹蛔x存儲(chǔ)器EPROMs則是可以利用信道電子CHE進(jìn)行寫入，并利用紫外光進(jìn)行抹除?？呻姵沙绦蚧闹蛔x存儲(chǔ)器EEPROMs則是可以利用F-N穿隧來進(jìn)行寫入及抹除的動(dòng)作。閃存則是可以利用信道電子CHE進(jìn)行寫入，并利用F-N穿隧進(jìn)行抹除。
公知一種具有浮置柵極的閃存元件(例如具有浮置柵極EEPROM)包括有一晶體管，且其具有特定的可程序化的啟始電壓值(Threshold Voltage，Vt)。晶體管的啟始電壓值可以沿著最大啟始電壓極限值與最低啟始電壓極限值之間的模擬量表進(jìn)行設(shè)定或是程序化，而達(dá)到所欲設(shè)定的數(shù)值，其中最大啟始電壓極限值與最低啟始電壓極限值是由所設(shè)計(jì)的晶體管參數(shù)來決定。一般來說，晶體管包括一個(gè)位于半導(dǎo)體基底上的堆疊式柵極結(jié)構(gòu)，此堆疊式柵極結(jié)構(gòu)包括位于基底上，且厚度相對(duì)較薄的穿隧氧化層(例如氧化硅)。此外，此堆疊式柵極結(jié)構(gòu)還包括有位于穿隧氧化層上、材質(zhì)為經(jīng)摻雜的多晶硅的浮置柵極，以及位于浮置柵極上的多晶硅間介電層(Interpoly Dielectric)。最后，還有位于多晶硅間介電層上、材質(zhì)為經(jīng)摻雜的多晶硅的控制柵極。另外，此晶體管還包括有源極區(qū)與漏極區(qū)，其與堆疊式柵極結(jié)構(gòu)的側(cè)壁自行對(duì)準(zhǔn)(Self-Aligned)的。
一般來說，具有浮置柵極的閃存元件是通過誘導(dǎo)電子從源極區(qū)或是漏極區(qū)注入浮置柵極中，以進(jìn)行程序化，其中電子從源極區(qū)或是漏極區(qū)注入浮置柵極中由所施加的偏壓來決定。電子會(huì)通過所謂的Fowler-Nordheim(F-N)穿隧機(jī)制穿過穿隧氧化層，而進(jìn)入浮置柵極中。當(dāng)浮置柵極累積足夠的負(fù)電荷后，浮置柵極的負(fù)位能會(huì)產(chǎn)生一個(gè)與場(chǎng)效晶體管(FET)有關(guān)的啟始電壓值，并且在后續(xù)的讀取模式中，抑制電流流過信道區(qū)。此外，浮置柵極放電的動(dòng)作(例如是抹除功能)，則是可以通過誘導(dǎo)這些已儲(chǔ)存于浮置柵極中的電子，并使其移動(dòng)至源極區(qū)達(dá)成的。而且，使電子移動(dòng)至浮置柵極或是移出浮置柵極的方式有多種方式，其例如是可以通過電力的方式將電子拉出，或是通過紫外光輻射的方式將電子拉出。
在最近的非易失性存貯器的發(fā)展中，已出現(xiàn)一種具有定域化捕捉電荷的元件(Localized Trapped Charge Device)，此元件稱為氮化物只讀存儲(chǔ)器(Nitride Read-Only Memory，NROM)元件，其中“NROM”一詞為SaifunSemiconductors Ltd.(Netaya，Israel)的結(jié)合商標(biāo)的一部份。氮化物只讀存儲(chǔ)器NROM元件由于具有很多的優(yōu)點(diǎn)，因此其性能已超越近30年來以浮置柵極為主，且將電荷儲(chǔ)存于具有導(dǎo)電性的浮置柵極中的存貯器元件，其例如是EPROM、閃存以及EEPROM等元件。
在一個(gè)具有定域化捕捉電荷的數(shù)組中，每一個(gè)存貯器元件為具有氧化硅/氮化硅/氧化硅(ONO)介電層結(jié)構(gòu)的n型信道區(qū)的MOS晶體管(nMOS)，其中ONO介電層結(jié)構(gòu)作為閘介電層之用。數(shù)據(jù)會(huì)儲(chǔ)存于鄰近nMOS的源極區(qū)與漏極區(qū)端的各別的二個(gè)位置上，而使得在此nMOS晶體管結(jié)構(gòu)中可以儲(chǔ)存2位的數(shù)據(jù)。
一個(gè)具有定域化捕捉電荷的存貯器元件(例如NROM元件)會(huì)通過信道熱電子(CHE)注入穿過位于ONO介電層結(jié)構(gòu)底部的氧化層，來進(jìn)行程序化的動(dòng)作。也就是說，通過誘導(dǎo)電子從漏極區(qū)注入電荷捕捉層中，其中電子通過以前所提及的F-N穿隧機(jī)制穿過穿隧氧化層，而到達(dá)電荷捕捉層。在程序化的過程中，帶電的電荷會(huì)在電荷捕捉層中被捕捉。由于在此電荷捕捉層中包括有非導(dǎo)電或是低導(dǎo)電率的材料(例如氮化硅)，再加上在此電荷捕捉層中的橫向電場(chǎng)強(qiáng)度相對(duì)較低，因此各個(gè)帶電電荷將不會(huì)在電荷捕捉層中移動(dòng)。
一個(gè)具有定域化捕捉電荷的存貯器元件可以通過穿隧增進(jìn)熱電洞(Tunneling Enhanced Hot Hole，TEHH)注入來進(jìn)行抹除。在穿隧增進(jìn)熱電洞注入的機(jī)制中，電洞是通過在ONO介電層結(jié)構(gòu)下方進(jìn)行能帶間(Band-to-Band)穿隧來產(chǎn)生的。在橫向電場(chǎng)的作用下，電洞的動(dòng)能會(huì)隨之增加，并且通過垂直電場(chǎng)的作用可使部分的電洞注入ONO介電層結(jié)構(gòu)中。一旦電洞進(jìn)入ONO介電層結(jié)構(gòu)中，其會(huì)與已儲(chǔ)存于ONO介電層結(jié)構(gòu)的電子結(jié)合。此外，抹除周期也可通過正電壓的施予來進(jìn)行的，即從漏極到源極施予一正偏壓，并且使得柵極接地。此外，抹除周期的進(jìn)行也可對(duì)漏極施予正電壓，并且對(duì)柵極施予負(fù)電壓。NROM元件的操作模式如同具有定域化電荷的儲(chǔ)存元件(LocalizedCharge Storage Device)一般，在此元件中，被捕捉的電荷僅會(huì)保留在注入點(diǎn)(Injection Point)處。因此，NROM元件較不會(huì)受到因采用浮置柵極的技術(shù)而造成的單一晶胞故障(Single Bit Failure)的影響，而且此單一晶胞故障的問題也較不易發(fā)生。因此，可以進(jìn)一步地進(jìn)行縮小化(例如尺寸縮小)，以降低整個(gè)元件的尺寸，并且在不使元件表現(xiàn)效能劣化(Degradation)的情況下，增加元件的密度。
然而，關(guān)于具有定域化捕捉電荷的存貯器元件卻會(huì)產(chǎn)生過度抹除的問題。一般來說，在對(duì)一個(gè)點(diǎn)進(jìn)行抹除操作的過程中，存儲(chǔ)器或是位線的啟始電壓值的降低會(huì)導(dǎo)致過度抹除的問題，此問題的發(fā)生是由于當(dāng)后續(xù)欲關(guān)閉(De-Selected)此抹除操作時(shí)，此抹除點(diǎn)不能有效地被關(guān)閉所造成的。因此，對(duì)于NROM存貯器元件來說，過度抹除的問題可說是從NROM存貯器元件的電荷捕捉層中移出太多的電子所致。例如，在NROM存貯器元件中，從電荷捕捉層移出的電子數(shù)超過原本置入的電子數(shù)，此時(shí)過度抹除的問題就會(huì)發(fā)生。
因此，一個(gè)良好的抹除方法對(duì)于非易失性存儲(chǔ)元件來說是相當(dāng)有助益的，如此可有效減少甚至完全解決過度抹除的問題，其中非易失性存儲(chǔ)元件例如是NROM元件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問題是提供一種非易失性存貯器元件的程序化與抹除的方法。此方法包括在進(jìn)行程序化/抹除周期之前，先進(jìn)行存貯器的預(yù)調(diào)適(Precondition)步驟。此方法包括進(jìn)行一個(gè)穿隧程序的步驟，以在進(jìn)行程序化/抹除之前，增加非易失性存貯器元件的啟始電壓值，其中此穿隧程序的步驟例如是F-N穿隧程序。特別是，此方法可應(yīng)用在具有NROM元件的存貯器元件中，而且通過此方法可以避免過度抹除的問題。
此處所提到的非易失性存貯器元件的預(yù)抹除機(jī)制包括一個(gè)臨時(shí)形成的結(jié)構(gòu)，在此結(jié)構(gòu)中，穿隧程序的進(jìn)行可使得電子注入捕捉層中，以抵銷捕捉層中的過多的電洞，其中這些電洞來自非易失性存貯器元件的過度抹除的操作。因此，在具有此結(jié)構(gòu)的存貯器元件中，其啟始電壓值會(huì)有效地增加，以克服過度抹除的問題。
為解決上述問題，本發(fā)明提供一種存貯器元件的增進(jìn)抹除的方法，其中此存貯器元件具有定域化捕捉電荷的存貯器元件結(jié)構(gòu)。此方法包括先提供一個(gè)存貯器元件，且此存貯器元件具有特定的啟始電壓值。然后，于程序化周期或是抹除周期進(jìn)行之前，先執(zhí)行一個(gè)程序，以增加存貯器元件的啟始電壓值。之后，進(jìn)行程序化周期或是抹除周期。
本發(fā)明還提供一種可程序化的只讀存儲(chǔ)器元件，此元件包括位于基底中的二個(gè)擴(kuò)散區(qū)以及位于此二擴(kuò)散區(qū)之間的信道區(qū)；具有特定厚度的第一絕緣層；位于第一絕緣層上，且厚度未大于100埃的具有非導(dǎo)電性的電荷捕捉層；位于電荷捕捉層上，且其厚度具有與第一絕緣層相同的大小等級(jí)(Order ofMagnitude)的第二絕緣層；至少位于第二絕緣層上的柵極；位于電荷捕捉層中的多個(gè)過度抹除注入電洞(Over-Erase Injected Hole)；以及位于電荷捕捉層中的多個(gè)注入電子，其中，這些注入電子與這些過度抹除注入電洞具有實(shí)質(zhì)上相同的大小等級(jí)。
本發(fā)明再提供一種避免氮化硅只讀存儲(chǔ)器(NROM)過度抹除的方法，所述方法包括先提供一個(gè)NROM元件，且此NROM元件具有特定的啟始電壓值。然后，進(jìn)行Fowler-Nordeim(F-N)穿隧程序，以在進(jìn)行程序化/抹除周期前，增加NROM元件的啟始電壓值。之后，進(jìn)行程序化/抹除周期。
于此所敘述的特征或是各個(gè)特征的結(jié)合都包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)，而且本發(fā)明所具有的特征或是各個(gè)特征的結(jié)合都不會(huì)相互抵觸。此外，這些特征可以通過內(nèi)容的描述、說明以及熟悉此技術(shù)者對(duì)于背景技術(shù)的了解而更加顯而易見。為了說明本發(fā)明要解決的技問題，于此處描述本發(fā)明的觀點(diǎn)、優(yōu)點(diǎn)與新穎的特征。當(dāng)然，在本發(fā)明的任何特定的實(shí)施例中，并不需要將所有的觀點(diǎn)、優(yōu)點(diǎn)與特征置入其中。本發(fā)明的其它的優(yōu)點(diǎn)與觀點(diǎn)會(huì)于下面的描述與權(quán)利要求中加以說明。
為讓本發(fā)明的上述和其它要解決的技術(shù)問題、特征、和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉一較佳實(shí)施例，并配合所附圖式，作詳細(xì)說明如下


圖1是是在進(jìn)行程序化之前，一個(gè)具有定域化捕捉電荷的存貯器元件的剖面圖，其中此定域化捕捉電荷的存貯器元件形成于半導(dǎo)體基底上。
圖2是在進(jìn)行程序化的后，一個(gè)已知的具有定域化捕捉電荷的存貯器元件的剖面圖，其中此定域化捕捉電荷的存貯器元件形成于半導(dǎo)體基底上。
圖3是在進(jìn)行本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的應(yīng)用時(shí)，所得的一個(gè)已知的具有定域化捕捉電荷的存貯器元件的剖面圖。
圖號(hào)說明110、210、310只讀存儲(chǔ)器元件(NROM)112信道區(qū)120電荷捕捉層122第二氧化層124第一氧化層130電子132接觸窗140源極141源極區(qū)150漏極151漏極區(qū)170柵極
220虛線區(qū)域 320過度抹除注入電洞340抹除區(qū)域具體實(shí)施方式
以下僅舉較佳實(shí)施例以說明本發(fā)明，在此實(shí)施例的圖標(biāo)與文字?jǐn)⑹鲋?，相同或相似的參考?biāo)號(hào)是指相同的或相似的部分。而且，圖標(biāo)都為示意圖，其并非實(shí)際尺寸。在此為了方便及清楚的說明，與位置方向有關(guān)的用語，例如頂部、底部、左邊、右邊、往上、往下、之上、之下、底下、前面以及后面等，僅用以說明圖標(biāo)的結(jié)構(gòu)，而非構(gòu)成本發(fā)明的限制。
雖然在本實(shí)施例中是以特定圖標(biāo)以詳細(xì)說明的，但并非用以限定本發(fā)明。以下詳細(xì)的描述，雖然為一較佳實(shí)施例，但在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的更動(dòng)與潤(rùn)飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求所界定者為準(zhǔn)。除此之外，下述所提及的用來減少或是完全解決過度抹除問題的具有定域化捕捉電荷的存貯器元件，以及此元件的增進(jìn)抹除的方法，其并無法涵蓋一個(gè)完整的具有定域化捕捉電荷的存貯器元件的結(jié)構(gòu)及其制程。本發(fā)明可以與許多常用的集成電路制造技術(shù)結(jié)合，但此處僅提及有限的制程步驟，其是用以解釋本發(fā)明所需。本發(fā)明適用于一般的半導(dǎo)體元件及其制程，不過，為了說明本發(fā)明要解決的技術(shù)問題的，下面的敘述僅與具有定域化捕捉電荷的存貯器元件結(jié)構(gòu)，以及與其結(jié)構(gòu)相關(guān)的程序化以及/或是抹除的方法有關(guān)。
此外，值得注意的是，在此所討論的存貯器元件，其電位勢(shì)(Voltage Level)假定為個(gè)別獨(dú)立的電源供應(yīng)電壓器。因此，可以通過改變負(fù)責(zé)供應(yīng)柵極、漏極與源極電壓的電壓源，而使得施予于包含有存貯器元件的芯片的電源供應(yīng)電壓改變。此外，使電子移入或是移出電荷捕捉層中可通過數(shù)種方式以達(dá)成的。
一個(gè)程序化/抹除周期可以是一個(gè)程序化周期、一個(gè)抹除周期或是一個(gè)程序化的過程，其中在寫入進(jìn)行之后會(huì)進(jìn)行讀取。對(duì)具有定域化捕捉電荷的存貯器元件進(jìn)行程序化的方式，例如是對(duì)NROM或是其它非易失性存貯器元件施予一個(gè)短的程序化脈沖，以誘導(dǎo)電子由漏極區(qū)注入至電荷捕捉層中，進(jìn)而增加存貯器元件的啟始電壓值。此外，與此步驟后更可選擇性地進(jìn)行讀取操作。事實(shí)上，通過讀取操作可以有效地測(cè)量柵極的啟始電壓值，此方式例如是對(duì)于漏極與柵極分別施予電壓與分離電壓，當(dāng)柵極上的電壓值由零逐漸提升時(shí)，進(jìn)行由漏極區(qū)流向源極區(qū)的信道區(qū)電流的量測(cè)。例如，對(duì)柵極上所施予的電壓值是提供一微安培的信道區(qū)電流，則此時(shí)所施子的電壓值視為啟始電壓值。
在程序化脈沖(例如，寫入脈沖)之后一般會(huì)進(jìn)行讀取周期，其中讀取進(jìn)行的方向與提供的程序化脈沖相同。此機(jī)制稱之為對(duì)稱式程序化與讀取。例如，當(dāng)柵極啟始電壓值到達(dá)某一個(gè)預(yù)定達(dá)到的點(diǎn)時(shí)(例如信道區(qū)電流會(huì)降到一個(gè)相當(dāng)?shù)偷某潭?，程序化會(huì)停止。并且通過選擇此點(diǎn)，以確?！?”位可以與“1”位有所區(qū)分，而且還能確保達(dá)到一定的數(shù)據(jù)保持時(shí)間。
與程序化與讀取操作有關(guān)的數(shù)據(jù)的抹除，其可通過執(zhí)行一個(gè)抹除程序而使得數(shù)據(jù)從存貯器元件中清除。例如，通過降低啟始電壓值，來誘導(dǎo)這些儲(chǔ)存于電荷捕捉層的電子往源極區(qū)移動(dòng)。在對(duì)一個(gè)點(diǎn)進(jìn)行抹除操作的過程中，存貯器的啟始電壓值的降低會(huì)導(dǎo)致過度抹除的問題，此問題的發(fā)生是由于當(dāng)后續(xù)欲關(guān)閉(De-Selected)此抹除操作時(shí)，此抹除點(diǎn)不能有效地被關(guān)閉所造成的。
本發(fā)明提供一種具有捕捉電荷層的存貯器件的程序化以及/或者抹除的方法，且此方法可以減少甚至完全解決過度抹除的問題，其中此元件例如是如圖1所示的氮化物只讀存儲(chǔ)器(NROM)110。NROM元件110包括第一絕緣層與電荷捕捉層120。其中，此第一絕緣層在本實(shí)施例中，為第一氧化層124，而電荷捕捉層120的材質(zhì)包括非導(dǎo)電或是低導(dǎo)電的材料，其例如是氮化硅。電荷捕捉層120位于第一氧化層124上。第二絕緣層位于電荷捕捉層120上，在此實(shí)施例中，此第二絕緣層為第二氧化層122。其中，第一氧化層124、電荷捕捉層120與第二氧化層122構(gòu)成氧化硅/氮化硅/氧化硅(ONO)的介電層結(jié)構(gòu)。電荷捕捉層120包括二個(gè)可儲(chǔ)存的區(qū)域，以使儲(chǔ)存于此處的電荷可以呈現(xiàn)出二位的數(shù)據(jù)型態(tài)。不過，電荷儲(chǔ)存區(qū)域的尺寸必須夠窄，以在進(jìn)行抹除周期時(shí)，可將已儲(chǔ)存的電荷抹除。
NROM元件110還包括第一擴(kuò)散區(qū)與第二擴(kuò)散區(qū)，其例如是圖1中所標(biāo)示的源極區(qū)141與漏極區(qū)151。源極區(qū)141與漏極區(qū)151在本實(shí)施例的說明中為對(duì)稱配置，但此對(duì)稱配置并非必要限制，即可采用其它種的配置方式。
圖1中所示的NROM元件110表示一個(gè)尚未程序化的NROM元件。電荷捕捉層120包括多個(gè)電子130分布于其中，且圖1所繪示的電荷捕捉層120為NROM元件110的尚未程序化的電荷捕捉層120。對(duì)NROM元件110進(jìn)行程序化的技術(shù)例如是信道熱電子(CHE)注入。在信道熱電子(CHE)注入的技術(shù)中，是對(duì)漏極150與柵極170施予電壓，并使源極140接地。例如，于柵極170上施予大約8-12伏特的電壓，且于漏極150上施予大約-5--8伏特的電壓，此電壓會(huì)沿著源極140至漏極150之間的信道區(qū)112產(chǎn)生一個(gè)垂直以及橫向的電場(chǎng)。在電場(chǎng)的作用下，會(huì)使得電子被拉出源極140，且開始朝向漏極150方向加速。當(dāng)電子沿著信道區(qū)112移動(dòng)時(shí)，電子會(huì)獲得能量。當(dāng)電子獲得充足的能量時(shí)，電子可以跨越氧化層124的能障，而進(jìn)入電荷捕捉層120中。其中，電荷捕捉層120的材質(zhì)例如是氮化硅。之后，電子會(huì)如圖1所示的電子130被捕捉于電荷捕捉層120中。上述電荷捕捉現(xiàn)象最易發(fā)生在鄰近漏極150的信道區(qū)112中，因?yàn)樵卩徑O150處，電子具有最大的能量。這些加速的電子稱為“熱電子”(Hot Electrons)，且一旦這些電子進(jìn)入電荷捕捉層120中，其將被捕捉并儲(chǔ)存于其中。由于電荷捕捉層120是由低導(dǎo)電性的材料所構(gòu)成，再加上在電荷捕捉層120中的橫向電場(chǎng)強(qiáng)度是相對(duì)較低，因此這些被捕捉的電子并不會(huì)擴(kuò)散至整個(gè)電荷捕捉層120。所以，被捕捉的電荷(例如電子130)會(huì)留在電荷捕捉層120的定域化的捕捉區(qū)域中，特別是位于靠近漏極150處。此外，NROM元件110還包括一個(gè)導(dǎo)電接觸窗132，用以連接其它距離較遠(yuǎn)的元件。
圖2的NROM元件210表示一個(gè)已經(jīng)過程序化的NROM元件，其中程序化的方式為使用CHE將電子注入電荷捕捉層120中。在圖2中是以虛線220表示電子在靠近漏極150附近會(huì)發(fā)生電子捕捉的區(qū)域。虛線220也表示在進(jìn)行過程序化周期后，且在進(jìn)行抹除周期前，電荷捕捉層120中的一個(gè)已程序化的區(qū)域。在先前所述的相對(duì)較高電場(chǎng)的作用的下，電子130會(huì)被捕捉于鄰近漏極區(qū)151的上方的部分電荷捕捉層120中。當(dāng)越來越多的電子160注入電荷捕捉層120時(shí)，位于區(qū)域220下方，且位于源極區(qū)141與漏極區(qū)151之間的部分信道區(qū)112，其啟始電壓會(huì)愈來愈大。在一較佳實(shí)施例中，電荷捕捉層120的材質(zhì)除了氮化硅外，也可為其它的介電材質(zhì)，其例如是具有埋入式島狀多晶硅的二氧化硅或是摻雜的氧化硅，或是摻雜合適的不純物的氧化物，其中所摻雜的不純物例如是砷。
以下請(qǐng)繼續(xù)參照?qǐng)D2，并通過圖2來說明本發(fā)明的讀取已程序化的NROM元件210的方法。一個(gè)讀取具有電荷捕捉層的存貯器元件(例如NROM元件210)的方法是在柵極170與漏極150上施加一個(gè)讀取電壓，并且使得源極140接地。此方法與上述的程序化的方法相似，其唯一的差異在于讀取時(shí)所施予的電壓值較低，而程序化所施予的電壓值較高。由于柵極170是具有導(dǎo)電性的，因此被捕捉的電荷(電子130)會(huì)平均地分布在整個(gè)導(dǎo)體中。在一個(gè)已程序化的NROM元件210中，此二位例如是被程序化成“0”，則對(duì)于整個(gè)信道區(qū)112來說，啟始電壓會(huì)較高，所以在讀取NROM元件210的過程中會(huì)變成對(duì)稱，如此不論是對(duì)漏極150施予電壓，并且使得源極140接地，或是對(duì)源極140施予電壓，并且使得漏極150接地，二者之間將無差異存在。
請(qǐng)參照?qǐng)D3，其提出一種可以減少甚至解決具有定域化捕捉電子的存貯器結(jié)構(gòu)的過度抹除的方法，其以NROM元件為例加以說明。在本實(shí)施例中，提供一個(gè)已程序化的NROM存貯器元件。在本發(fā)明中，提供一種用于已程序化的NROM存貯器元件的進(jìn)行抹除周期的方法，其中被抹除的NROM存貯器元件310如圖3所示。此方法包括一個(gè)F-N穿隧程序，此程序可解決上述過度抹除的問題。在本發(fā)明的其它實(shí)施方式中，F(xiàn)-N穿隧程序可于程序化周期前進(jìn)行，且在此程序化周期中，NROM存貯器元件例如是通過信道熱電子注入來進(jìn)行程序化。此外，F(xiàn)-N穿隧程序可于抹除周期前進(jìn)行，且在此抹除周期中，NROM存貯器元件例如是通過漏極信道熱電洞注入來進(jìn)行抹除。
一個(gè)抹除周期與電洞注入電荷捕捉層120的機(jī)制有關(guān)，此種機(jī)制例如是穿隧增進(jìn)熱電洞(Tunneling Enhanced Hot Hole，TEHH)機(jī)制，其中電洞是通過ONO介電層結(jié)構(gòu)下方的接面處的能帶間穿隧來產(chǎn)生的。由于橫向電場(chǎng)的作用，會(huì)使得電洞的動(dòng)能增加，并且通過垂直電場(chǎng)的作用，電洞會(huì)注入ONO介電結(jié)構(gòu)中，以使得電洞與已儲(chǔ)存于電荷捕捉層120中電子再次結(jié)合，其中電子例如是來自前次程序化操作。抹除周期的進(jìn)行系通過正電壓設(shè)計(jì)(例如由漏極到源極之間產(chǎn)生正電壓)，并且使得柵極接地來達(dá)成的。此外，另一種方式則是對(duì)漏極施予正電壓，且對(duì)柵極施予負(fù)電壓，如此可以加快抹除的時(shí)間。
在NROM元件中，過度抹除可以通過監(jiān)控元件的啟始電壓來偵測(cè)。一旦過度抹除通過上述的方法被偵測(cè)，或是說一個(gè)過度抹除是可以被預(yù)期，本發(fā)明提供一個(gè)調(diào)適(Conditioning)機(jī)制，以消除過多的過度抹除注入電洞320，這些電洞例如是在上述的漏極熱電洞注入抹除的過程中所產(chǎn)生的。在另一實(shí)施例中，本發(fā)明可以提供一個(gè)預(yù)調(diào)適(Preconditioning)的機(jī)制，以消除過多的過度抹除的注入電洞320，這些電洞例如會(huì)在后續(xù)的漏極熱電洞注入抹除的過程中所產(chǎn)生的。
在一較佳實(shí)施例中，無論是否進(jìn)行上述所提及的偵測(cè)或是過度抹除是否可被預(yù)期，本發(fā)明的預(yù)調(diào)適的方法可以自動(dòng)執(zhí)行，其例如是在程序化操作之前執(zhí)行，或是在抹除操作之后執(zhí)行。例如，對(duì)每個(gè)位來說，上述所提及的TEHH注入會(huì)產(chǎn)生多個(gè)過度抹除注入電洞320，且分布在電荷捕捉層120中。在這樣的情況下，在此預(yù)調(diào)適的步驟中，額外的電子130會(huì)被注入電荷捕捉層120中，并且與已儲(chǔ)存于電荷捕捉層120中的過度抹除時(shí)注入的電洞320抵銷或是結(jié)合。其中，這些電洞來自于先前的抹除操作，且在此預(yù)調(diào)適操作中，過多的電子會(huì)被引入到電荷捕捉層120中?；诒景l(fā)明的觀點(diǎn)，此預(yù)調(diào)適機(jī)制為Fowler-Nordheim(F-N)穿隧程序，其可提供額外的電子130注入電荷捕捉層120中，即這些額外的電子130會(huì)從信道區(qū)112移動(dòng)到電荷捕捉層120中。例如，進(jìn)行F-N穿隧程序可以使得電子從抹除區(qū)340進(jìn)入至之前已程序化的區(qū)域220(位于電荷捕捉層120中)，且此區(qū)域220系已過度抹除。這些注入的電子可以有效地抵銷之前由漏極熱電洞注入抹除所產(chǎn)生的過多的電洞320，以通過這些過多的電洞320的減少或是完全消失，來減少甚至完全解決NROM元件310的過度抹除問題。
F-N穿隧機(jī)制可以應(yīng)用在各個(gè)NROM元件中，或是作為多數(shù)個(gè)NROM元件的整體技術(shù)。F-N穿隧的量以及/或是持續(xù)的時(shí)間是與多個(gè)參數(shù)有關(guān)。
此預(yù)調(diào)適機(jī)制還可使用于在另一個(gè)程序化周期或是抹除周期之前，以對(duì)NROM元件進(jìn)行準(zhǔn)備或是預(yù)調(diào)適，如此可以使得啟始電壓值充分提升。啟始電壓值是與漏極及源極偏壓相關(guān)，且此偏壓對(duì)于具有相對(duì)短的信道區(qū)的元件中來說，會(huì)造成半導(dǎo)體信道區(qū)的空乏(Depletion)。由于半導(dǎo)體信道區(qū)的空乏僅需較少柵極電壓即可達(dá)成，所以電子從源極跨越至漏極能障會(huì)隨的降低，此現(xiàn)象就是所謂的漏極感應(yīng)能障降低(Drain Induced Barrier Lowering，DIBL)。在程序化周期或是抹除周期中，DIBL的發(fā)生會(huì)限制元件效能表現(xiàn)，且此限制在深次微米元件(例如NROM元件)中，會(huì)造成次啟始擺幅(Sub-ThresholdSwing)降低。值得注意的是，DIBL所表現(xiàn)的，為在漏極與源極之間的信道區(qū)長(zhǎng)度縮小時(shí)，其能障降低的現(xiàn)象。當(dāng)漏極電壓增加時(shí)，在漏極周圍的空乏區(qū)域會(huì)增加，而且漏極區(qū)的電場(chǎng)會(huì)降低信道區(qū)的能障，如此會(huì)使得源極與漏極的間的關(guān)閉狀態(tài)(Off-State)電流增加。為了避免DIBL的發(fā)生，啟始電壓值較佳是保持在一個(gè)正常的范圍，以限制次啟始漏電流流進(jìn)漏極的量。
另外，由于預(yù)調(diào)適機(jī)制的作用，信道區(qū)112的長(zhǎng)度會(huì)有效地縮減，例如信道區(qū)112的長(zhǎng)度由原本長(zhǎng)度被縮短。上述這些效用的結(jié)合可以減少甚至完全解決由過度抹除所造成的不利的影響。另外，此預(yù)調(diào)適機(jī)制除了可以應(yīng)用在本實(shí)施例所提及的NROM與具有定域化電荷捕捉層的存貯器元件之外，還能應(yīng)用在其它的非易失性存貯器。
在上面的描述中，可以了解到利用本發(fā)明的方法可以在集成電路中形成一個(gè)只讀存儲(chǔ)器元件，特別是具有定域化電子捕捉的只讀存儲(chǔ)器元件。雖然在上面的描述中，由數(shù)個(gè)實(shí)施例來說明本發(fā)明，但并非用以限定本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的更動(dòng)與潤(rùn)飾。此外，熟悉此技術(shù)者對(duì)于此所公開的觀點(diǎn)可以進(jìn)行整合、刪去、取代以及潤(rùn)飾，而使其更淺顯易見。雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例公開如上，然其并非用以限定本發(fā)明，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種存貯器元件的增進(jìn)抹除的方法，且該存貯器元件包括一具有定域化捕捉電荷的存貯器元件結(jié)構(gòu)，其特征在于，該方法包括提供一存貯器元件，且該存貯器元件具有一特定的啟始電壓值；于進(jìn)行一程序化/抹除周期之前，執(zhí)行一程序，以增加該存貯器元件的該特定的啟始電壓值；以及進(jìn)行該程序化/抹除周期。
2.根據(jù)權(quán)利要1所述的存貯器元件的增進(jìn)抹除的方法，其特征在于，該程序化/抹除周期包括通過信道熱電子注入程序化該具有定域化捕捉電荷的存貯器元件。
3.根權(quán)利要求1所述的存貯器元件的增進(jìn)抹除的方法，其特征在于，該程序化/抹除周期包括通過漏極熱電洞注入抹除該具有定域化捕捉電荷的存貯器元件。
4.根據(jù)權(quán)利要1所述的存貯器元件的增進(jìn)抹除的方法，其特征在于，該存貯器元件為一氮化物只讀存儲(chǔ)器元件。
5.根據(jù)權(quán)利要4所述的存貯器元件的增進(jìn)抹除的方法，其特征在于，該穿隧程序?yàn)橐籉owler-Nordheim穿隧程序。
6.根據(jù)權(quán)利要5所述的存貯器元件的增進(jìn)抹除的方法，其特征在于，該程序化/抹除周期包括通過信道熱電子注入程序化該存貯器元件。
7.根據(jù)權(quán)利要5所述的存貯器元件的增進(jìn)抹除的方法，其特征在于，該程序化/抹除周期包括通過漏極熱電洞注入抹除該存貯器元件。
8.根據(jù)權(quán)利要1所述的存貯器元件的增進(jìn)抹除的方法，其特征在于，該存貯器元件具有一漏極感應(yīng)能障降低的特性，且在該程序化/抹除周期中，該漏極感應(yīng)能障降低不會(huì)被誘導(dǎo)。
9.根據(jù)權(quán)利要1所述的存貯器元件的增進(jìn)抹除的方法，其特征在于，該存貯器元件包括一氮化物電荷捕捉層。
10.一種可程序化的只讀存儲(chǔ)器元件，其特征在于，包括二個(gè)擴(kuò)散區(qū)位于一基底中，且一信道區(qū)形成于該二擴(kuò)散區(qū)之間；一第一絕緣層；一非導(dǎo)電電荷捕捉層，位于該第一絕緣層上；一第二絕緣層，該第二絕緣層位于該電荷捕捉層上；一柵極，至少位于該第二絕緣層上；多數(shù)個(gè)過度抹除注入電洞，分布于該電荷捕捉層中；以及多數(shù)個(gè)注入電子，分布于該電荷捕捉層中，其中，這些注入電子與這些過度抹除注入電洞具有相同的大小等級(jí)，以避免在該可程序化的只讀存儲(chǔ)器中發(fā)生一過度抹除的問題。
11.根據(jù)權(quán)利要10所述的可程序化的只讀存儲(chǔ)器元件，其特征在于，該第一絕緣層具有一預(yù)定形成的厚度；該非導(dǎo)電電荷捕捉層的厚度不大于100埃；該第二絕緣層具有一厚度，且該厚度與該第一絕緣層具有相同的大小等級(jí)；以及該擴(kuò)散區(qū)彼此對(duì)稱配置。
12.根據(jù)權(quán)利要10所述的可程序化的只讀存儲(chǔ)器元件，其特征在于，電荷可儲(chǔ)存于該電荷捕捉層的一電荷儲(chǔ)存區(qū)域，且該電荷儲(chǔ)存區(qū)域的寬度必須夠窄，以使已儲(chǔ)存于該區(qū)域的電荷可以從該電荷儲(chǔ)存區(qū)抹除。
13.根據(jù)權(quán)利要10所述的可程序化的只讀存儲(chǔ)器元件，其特征在于，該注入電子通過一穿隧程序機(jī)制被誘導(dǎo)。
14.根據(jù)權(quán)利要13所述的可程序化的只讀存儲(chǔ)器元件，其特征在于，該穿隧程序機(jī)制為一Foeler-Nordheim穿隧程序。
15.根據(jù)權(quán)利要10所述的可程序化的只讀存儲(chǔ)器元件，其特征在于，在該電荷捕捉層中，可以避免一過度抹除問題的發(fā)生。
16.根據(jù)權(quán)利要10所述的可程序化的只讀存儲(chǔ)器元件，其特征在于，該信道區(qū)具有一信道區(qū)長(zhǎng)度，該信道區(qū)長(zhǎng)度在進(jìn)行一抹除周期時(shí)不會(huì)縮短。
17.根據(jù)權(quán)利要10所述的可程序化的只讀存儲(chǔ)器元件，其特征在于，該信道區(qū)具有一漏極感應(yīng)能障降低的特性，且在一抹除周期中，該漏極感應(yīng)能障降低不會(huì)被誘導(dǎo)。
18.根據(jù)權(quán)利要10所述的可程序化的只讀存儲(chǔ)器元件，其特征在于，該可程序化的只讀存儲(chǔ)器元件為一氮化物只讀存儲(chǔ)器元件。
19.根據(jù)權(quán)利要10所述的可程序化的只讀存儲(chǔ)器元件，其特征在于，該元件具有的一特定的啟始電壓值，且該特定的啟始電壓值為一正常值，而且分布于該捕捉層中的這些注入電子會(huì)使得該特定的啟始電壓值增加，而使該特定的啟始電壓值大于該正常值。
20.一種避免過度抹除的方法，其特征在于，包括提供一氮化硅只讀存儲(chǔ)器元件，且該氮化硅只讀存儲(chǔ)器元件具有一特定的啟始電壓值；進(jìn)行一穿隧程序，以在進(jìn)行一程序化/抹除周期前，增加該氮化硅只讀存儲(chǔ)器元件的該特定的啟始電壓值；以及進(jìn)行該程序化/抹除周期。
21.根據(jù)權(quán)利要20所述的避免氮化硅只讀存儲(chǔ)器過度抹除的方法，其特征在于，該程序化/抹除周期包括通過信道熱電子注入程序化該氮化硅只讀存儲(chǔ)器元件。
22.根據(jù)權(quán)利要20所述的避免氮化硅只讀存儲(chǔ)器過度抹除的方法，其特征在于，該程序化/抹除周期包括通過漏極熱電洞注入抹除該氮化硅只讀存儲(chǔ)器元件。
全文摘要
本發(fā)明涉及非易失性存貯器元件的增進(jìn)抹除的方法，且此方法可以避免存貯器元件發(fā)生過度抹除的問題。此方法包括多數(shù)個(gè)步驟，且在進(jìn)行程序化/抹除周期前，可先進(jìn)行這些步驟，以對(duì)存貯器元件進(jìn)行預(yù)調(diào)適。此方法包括進(jìn)行一個(gè)穿隧程序的步驟，以在進(jìn)行程序化/抹除周期前，增加非易失性存貯器元件的啟始電壓值，其例如Fowler－Nordheim穿隧程序。特別是，此方法可應(yīng)用具有氮化硅只讀存儲(chǔ)器元件的非易失性存貯器元件中。此方法可以減少或是完全解決非易失性存貯器元件的過度抹除的問題。另外，關(guān)于在預(yù)調(diào)適步驟中所使用的相關(guān)的結(jié)構(gòu)一并揭露的。
文檔編號(hào)G11C16/34GK1619702SQ20041008062
公開日2005年5月25日 申請(qǐng)日期2004年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月10日
發(fā)明者劉振欽, 潘正圣 申請(qǐng)人:旺宏電子股份有限公司