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具有氮化物穿隧層的非揮發(fā)性破碎器的編程以及抹除方法

文檔序號:7213331閱讀:278來源:國知局
專利名稱:具有氮化物穿隧層的非揮發(fā)性破碎器的編程以及抹除方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明是有關(guān)于一種非揮發(fā)性存儲器(non-volatile memory)的編程以及抹除方法,且特別是有關(guān)于一種具有氮化物穿隧層(Nitridetunneling layer)的非揮發(fā)性存儲器的編程以及抹除方法。
在現(xiàn)今所發(fā)展的此種非揮發(fā)性存儲器中,有一類具有氧化物-氮化硅-氧化硅(Oxide-Nitride-Oxide,以下簡稱為ONO)結(jié)構(gòu)的非揮發(fā)性存儲器,其中已被提出者有硅-氧化硅-氮化硅-氧化硅-硅(Silicon-Oxide-Nitride-Oxide-Silicon,以下簡稱SONOS)存儲器以及氮化硅只讀存儲器(Nitride Read Only Rom,NROM)等。上述的ONO結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)以摻雜多晶硅制作浮置柵的非揮發(fā)性存儲器相較之下,其中SONOS存儲器具有較一般的非揮發(fā)性存儲器的操作電壓低的優(yōu)點(diǎn),因此組件的尺寸能夠縮小,有助于組件集成度的提高。而NROM具有注入于氮化硅層的電子僅集中于局部的區(qū)域,對于隧穿氧化層其缺陷的敏感度較小,較不容易產(chǎn)生漏電流,并且其為一存儲單元二位(1cell 2bit)的非揮發(fā)性存儲器,可以在單一存儲單元中寫入四種狀態(tài)等的優(yōu)點(diǎn),因此,能夠使用此種具有ONO結(jié)構(gòu)的非揮發(fā)性存儲器以求取更佳的組件效能。
公知的無論是SONOS存儲器或是氮化硅只讀存儲器,其穿隧層所使用的材質(zhì)皆為氧化硅,然而此種以氧化硅為穿隧層的非揮發(fā)性存儲器,在編程或抹除的操作上具有下述的缺點(diǎn)由于氧化硅材質(zhì)具有較高的能障(barrier)以及較低的介電常數(shù)(dielectric constant),因此在使用信道熱載子注入法(channel hot carrierinjection)進(jìn)行編程或抹除時,電子或是電洞必須克服較大的能障才得以注入穿隧層中,因而導(dǎo)致信道熱電子注入法的效率不佳,進(jìn)而造成了存儲器組件在編程或是抹除時的低效率。
為實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明提出一種具有氮化物穿隧層的非揮發(fā)性存儲器的編程方法,此方法是對具有氮化物穿隧層的非揮發(fā)性存儲器的柵極導(dǎo)體層施加一第一電壓,并將基底接地,以打開氮化物穿隧層下方以及源極區(qū)與漏極區(qū)之間的信道區(qū),再對漏極區(qū)施加一第二電壓,并將源極區(qū)接地,以于信道區(qū)引發(fā)一電流并于信道區(qū)產(chǎn)生熱電子,并使熱電子經(jīng)由氮化物穿隧層注入電荷陷入層中。
本發(fā)明另提出一種具有氮化物穿隧層的非揮發(fā)性存儲器的抹除方法,此方法是對具有氮化物穿隧層的非揮發(fā)性存儲器的漏極區(qū)施加一第一正偏壓,以及對柵極導(dǎo)體層施加一第二正偏壓,并將基底與源極區(qū)接地,以于氮化物穿隧層下方以及源極區(qū)與漏極區(qū)之間的信道區(qū)中產(chǎn)生熱電洞,并使熱電洞經(jīng)由氮化物穿隧層注入電荷陷入層中。
并且,在上述具有氮化物穿隧層的非揮發(fā)性存儲器的編程以及抹除操作中,第一電壓、第二電壓、第一正偏壓以及第二正偏壓,都小于同尺寸的SONOS存儲器在操作時所使用的電壓。
綜上所述,由于本發(fā)明中穿隧層的材質(zhì)采用能障比氧化硅低的氮化硅,因此在使用信道熱載子注入法進(jìn)行編程或抹除時,能夠提高載子注入的效率,進(jìn)而提高存儲器組件的操作效率。
而且,由于本發(fā)明中穿隧層的材質(zhì)為介電常數(shù)比氧化硅高的氮化硅,故得以使用較低的操作電壓進(jìn)行編程或抹除的操作,因此存儲單元的尺寸能夠再向下縮小,而達(dá)到高集成化的目的。
100基底102氮化物穿隧層104電荷陷入層106介電層108柵極導(dǎo)體層110柵極結(jié)構(gòu)112源極區(qū)114漏極區(qū)116信道區(qū)118電流120電洞請參照

圖1,本發(fā)明較佳實施例的具有氮化物穿隧層的非揮發(fā)性存儲器的結(jié)構(gòu)包括基底100、氮化物穿隧層102、電荷陷入層104、介電層106、導(dǎo)體層108、源極區(qū)112、漏極區(qū)114以及信道區(qū)116。
基底100的材質(zhì)例如是硅,并且此基底100依所形成為p型信道存儲器或是n型信道存儲器,而具有n型或是p型的摻雜型態(tài)。
氮化物穿隧層102設(shè)置于基底100上,形成此氮化物穿隧層102的方法例如是化學(xué)氣相沉積法。
電荷陷入層104設(shè)置于氮化物穿隧層102上,其中電荷陷入層104的材質(zhì)例如是氮化硅,形成電荷陷入層104的方法例如是化學(xué)氣相沉積法。
介電層106系設(shè)置于電荷陷入層104上,其中介電層106的材質(zhì)例如是氧化硅,形成介電層106的方法例如是化學(xué)氣相沉積法。
柵極導(dǎo)體層108設(shè)置于介電層106上,其中柵極導(dǎo)體層108的材質(zhì)例如是多晶硅,形成的方法例如是化學(xué)氣相沉積法。并且,上述的氮化物穿隧層102、電荷陷入層104、介電層106、柵極導(dǎo)體層108的堆棧結(jié)構(gòu)構(gòu)成柵極結(jié)構(gòu)110。
源極區(qū)112以及漏極區(qū)114設(shè)置于柵極結(jié)構(gòu)110兩側(cè)的基底100中,其中源極區(qū)112以及漏極區(qū)114的摻雜型態(tài)異于基底100的摻雜型態(tài),即當(dāng)基底100為n型摻雜時,源極區(qū)112以及漏極區(qū)114為p型摻雜;當(dāng)基底100為p型摻雜時,源極區(qū)112以及漏極區(qū)114則為n型摻雜。
并且,信道區(qū)116設(shè)置于柵極結(jié)構(gòu)110的下方、源極區(qū)112以及漏極區(qū)114之間的基底100中。
圖2為本發(fā)明較佳實施例的一種具有氮化物穿隧層的非揮發(fā)性存儲器的編程方法,請參照圖2,在對本發(fā)明的氮化物穿隧層的非揮發(fā)性存儲器進(jìn)行編程時,首先對氮化物穿隧層的非揮發(fā)性存儲器的柵極110施加一第一電壓V1,并將基底100接地,以打開氮化物穿隧層102下方以及源極區(qū)112以及漏極區(qū)114之間的一信道區(qū)116,其中第一電壓為6伏特至12伏特左右。接著,對漏極區(qū)114施加一第二電壓V2,并將源極區(qū)112接地,以引發(fā)一電流118并于信道區(qū)116產(chǎn)生熱電子,并使熱電子經(jīng)由氮化物穿隧層102注入電荷陷入層104中,其中第二電壓V2為2.5伏特至5伏特左右。
圖3為本發(fā)明較佳實施例的一種具有氮化物穿隧層的非揮發(fā)性存儲器的抹除方法,請參照圖3,在對本發(fā)明的氮化物穿隧層的非揮發(fā)性存儲器進(jìn)行抹除時,首先對具有氮化物穿隧層的非揮發(fā)性存儲器的漏極區(qū)114施加一第一正偏壓VB1,并于柵極導(dǎo)體層108施加一第二正偏壓VB2,且將基底100與源極區(qū)112接地,以于氮化物穿隧層102下方的源極區(qū)112與漏極區(qū)114之間的信道區(qū)116中產(chǎn)生熱電洞120,并使熱電洞120經(jīng)由氮化物穿隧層102注入電荷陷入104層中,其中第一正偏壓VB1為2伏特至5伏特左右,且第二正偏壓VB2為2.5伏特至5伏特左右。
在上述具有氮化物穿隧層的非揮發(fā)性存儲器的編程以及抹除操作中,所使用的第一電壓V1、第二電壓V2、第一正偏壓VB1以及第二正偏壓VB2,皆小于同尺寸的SONOS存儲器在操作時所使用的電壓。
綜上所述,本發(fā)明的特征在于
由于本發(fā)明中穿隧層的材質(zhì)采用能障比氧化硅低的氮化硅,因此在使用信道熱載子注入法進(jìn)行編程或抹除時,電子能夠較容易的穿過穿隧層,進(jìn)而提高存儲器組件的操作效率。
而且,由于本發(fā)明中穿隧層的材質(zhì)為介電常數(shù)比氧化硅高的氮化硅,故得以使用較低的操作電壓進(jìn)行編程或抹除的操作,因此存儲單元的尺寸能夠再進(jìn)一步縮小,而達(dá)到高集成化的目的。
權(quán)利要求
1.一種具有氮化物穿隧層的非揮發(fā)性存儲器的編程方法,其中該具有氮化物穿隧層的非揮發(fā)性存儲器具有一基底,設(shè)置于該基底上的一氮化物穿隧層,設(shè)置于該氮化物穿隧層上的一電荷陷入層,設(shè)置于該電荷陷入層上的一介電層,設(shè)置于該介電層上的一柵極導(dǎo)體層,設(shè)置于該柵極導(dǎo)體層兩側(cè)的該基底中的一源極區(qū)與一漏極區(qū),其特征是,該方法包括下列步驟對該具有氮化物穿隧層的非揮發(fā)性存儲器的該柵極導(dǎo)體層施加一第一電壓,并將該基底接地,以打開該氮化物穿隧層下方以及該源極區(qū)與該漏極區(qū)之間的一信道區(qū);以及對該漏極區(qū)施加一第二電壓,并將該源極區(qū)接地,以于該信道區(qū)引發(fā)一電流并于該信道區(qū)產(chǎn)生一熱電子,并使該熱電子經(jīng)由該氮化物穿隧層注入該電荷陷入層中。
2.如權(quán)利要求1所述的具有氮化物穿隧層的非揮發(fā)性存儲器的編程方法,其特征是,該第一電壓為6伏特至12伏特左右。
3.如權(quán)利要求1所述的具有氮化物穿隧層的非揮發(fā)性存儲器的編程方法,其特征是,該第二電壓V2為2.5伏特至5伏特左右。
4.如權(quán)利要求1所述的具有氮化物穿隧層的非揮發(fā)性存儲器的編程方法,其特征是,該第一電壓與該第二電壓小于與該具有氮化物穿隧層的非揮發(fā)性存儲器同尺寸的硅-氧化物-氮化物-氧化物-硅(SONOS)存儲器的編程操作電壓。
5.一種具有氮化物穿隧層的非揮發(fā)性存儲器的抹除方法,該具有氮化物穿隧層的非揮發(fā)性存儲器具有一基底,設(shè)置于該基底上的一氮化物穿隧層,設(shè)置于該氮化物穿隧層上的一電荷陷入層,設(shè)置于該電荷陷入層上的一介電層,設(shè)置于該介電層上的一柵極導(dǎo)體層,設(shè)置于該柵極導(dǎo)體層兩側(cè)的該基底中的一源極區(qū)與一漏極區(qū),其特征是,該方法包括下列步驟對該氮化物穿隧層的非揮發(fā)性存儲器的該漏極區(qū)施加一第一正偏電壓,以及對該柵極導(dǎo)體層施加一第二正偏電壓,并將該基底與該源極區(qū)接地,以于該氮化物穿隧層下方以及該源極區(qū)與該漏極區(qū)之間的一信道區(qū)中產(chǎn)生一熱電洞,并使該熱電洞經(jīng)由該氮化物穿隧層注入該電荷陷入層中。
6.如權(quán)利要求5所述的具有氮化物穿隧層的非揮發(fā)性存儲器的抹除方法,其特征是,該第一正偏壓為2伏特至5伏特左右。
7.如權(quán)利要求5所述的具有氮化物穿隧層的非揮發(fā)性存儲器的抹除方法,其特征是,該第二正偏壓為2.5伏特至5伏特左右。
8.如權(quán)利要求5所述的具有氮化物穿隧層的非揮發(fā)性存儲器的抹除方法,其特征是,該第一正偏壓與該第二正偏壓小于與該具有氮化物穿隧層的非揮發(fā)性存儲器同尺寸的硅-氧化物-氮化物-氧化物-硅(SONOS)存儲器的抹除操作電壓。
全文摘要
一種具有氮化物穿隧層的非揮發(fā)性存儲器的編程以及抹除方法,其中編程方法是對此存儲器的柵極導(dǎo)體層施加一第一電壓,并將基底接地,以打開氮化物穿隧層下方以及源極區(qū)與漏極區(qū)之間的信道區(qū),再對漏極區(qū)施加一第二電壓,并將源極區(qū)接地,以于信道區(qū)引發(fā)一電流并于信道區(qū)產(chǎn)生熱電子,并使熱電子經(jīng)由氮化物穿隧層注入電荷陷入層中。其中抹除方法是對存儲器的漏極區(qū)施加一第一正偏壓,以及對柵極導(dǎo)體層施加一第二正偏壓,并將基底與源極區(qū)接地,以于氮化物穿隧層下方以及源極區(qū)與漏極區(qū)之間的信道區(qū)中產(chǎn)生熱電洞,并使熱電洞經(jīng)由氮化物穿隧層注入電荷陷入層中。
文檔編號H01L27/115GK1427482SQ0114034
公開日2003年7月2日 申請日期2001年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月17日
發(fā)明者范左鴻, 葉彥宏, 詹光陽, 劉慕義, 盧道政 申請人:旺宏電子股份有限公司
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