專利名稱：一種非易失性存儲(chǔ)單元的編程及擦除方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種非易失性存儲(chǔ)單元(non-volatile memory cell)的編程(programming)及擦除(erasing)方法，具體涉及一種可選擇性編程(selectivelyprogramming)一非易失性存儲(chǔ)器陣列(non-volatile memory array)的一存儲(chǔ)單元。
背景技術(shù)：
過(guò)去幾年，非易失性存儲(chǔ)器(non-volatile memory)的市場(chǎng)正持續(xù)性地增長(zhǎng)，特別是快速存儲(chǔ)器(flash memory)。由于快速存儲(chǔ)器相對(duì)于電可編程只讀存儲(chǔ)器(electrically programmable read-only memory，EPROM)而言，它具有較大的應(yīng)用空間和彈性，于是近年來(lái)呈現(xiàn)蓬勃發(fā)展的趨勢(shì)。就目前快速存儲(chǔ)器的發(fā)展來(lái)說(shuō)，它主要有兩種不同的應(yīng)用范圍。其一是利用非易失性存儲(chǔ)器與邏輯系統(tǒng)(logic system)集成以進(jìn)行軟件升級(jí)(software update)、存儲(chǔ)識(shí)別碼(identification code)、重組系統(tǒng)，或做為智能卡(smart card)等應(yīng)用。另一就是利用快速存儲(chǔ)器陣列(array)來(lái)制作存儲(chǔ)元件(storage element)，例如，存儲(chǔ)板(memory board)或是固態(tài)硬盤(solid-state hard disk)等，借以與微型硬盤(miniature hard disk)競(jìng)爭(zhēng)。
通常，快速存儲(chǔ)器分別通過(guò)隧道熱電子(channel hot electron，CHE)以及及福樂(lè)爾-諾德漢隧道效應(yīng)(Fowler-Nordheim tunneling，F(xiàn)N tunneling)來(lái)進(jìn)行編程(programming)和擦除(erasing)的操作。然而，當(dāng)該快速存儲(chǔ)器通過(guò)該隧道熱電子來(lái)執(zhí)行編程操作時(shí)，它會(huì)出現(xiàn)熱能消耗過(guò)高的問(wèn)題。雖然目前已開(kāi)發(fā)出一種可利用較低操作電壓來(lái)操作的ONO型(oxide-nitride-oxide type(氧化物-氮化物-氧化物))快速存儲(chǔ)器，然而，大多數(shù)的快速存儲(chǔ)器仍然會(huì)在進(jìn)行編程操作時(shí)遇到過(guò)高能量消耗的問(wèn)題。
圖1是現(xiàn)有ONO型快速存儲(chǔ)單元10的剖面圖。如圖1所示，ONO型快速存儲(chǔ)單元10包括P型阱(Well)12、N型源極(source)14、N型漏極(drain)16、ONO結(jié)構(gòu)20，以及控制柵(control gate)18。其中，N型源極14以及N型漏極16形成于P型阱12中，而ONO結(jié)構(gòu)20形成于P型阱12的一個(gè)表面上，且介于N型源極14與N型漏極16之間，此外，控制柵18形成于ONO結(jié)構(gòu)20上。并且，ONO結(jié)構(gòu)20由上至下依次包括有由氧化硅(silicon oxide)構(gòu)成的絕緣層(insulating layer)22、由氮化硅(silicon nitride)構(gòu)成的電荷俘獲層(charge trapping layer)24，以及由氧化硅構(gòu)成的絕緣層26。由于ONO結(jié)構(gòu)20的耦合率為1，當(dāng)執(zhí)行ONO型快速存儲(chǔ)單元10的編程或者擦除操作時(shí)，僅需要一較低的操作電壓即可。
然而，由此現(xiàn)有ONO型快速存儲(chǔ)單元10構(gòu)成的快速存儲(chǔ)器仍有其缺點(diǎn)。圖2為現(xiàn)有ONO型快速存儲(chǔ)單元10的陣列30的剖面示意圖。圖2A則為現(xiàn)有ONO型快速存儲(chǔ)單元10的陣列30的等效電路圖。如圖2和圖2A所示，所有的ONO型快速存儲(chǔ)單元10均形成于同一P型阱12上，而位線(bit line)32連接在P型阱12中的擴(kuò)散區(qū)域34上。
在編程操作過(guò)程中，為了誘發(fā)福樂(lè)爾-諾漢德隧道效應(yīng)以對(duì)一選定的存儲(chǔ)單元10a進(jìn)行編程操作，位線電壓(bit line voltage)VBL施加在選定的位線32a上，同時(shí)，一字線電壓(word line voltage)VWL施加在選定的字線36a上。由于選定的存儲(chǔ)單元10a與未選定的存儲(chǔ)單元10b均形成于同一P型阱12上，于是原來(lái)針對(duì)選定存儲(chǔ)單元10a所施加的電壓也會(huì)造成選定字線36a下的所有未選定的存儲(chǔ)單元10b誘發(fā)該福樂(lè)爾-諾漢德隧道效應(yīng)。因此，未選定的存儲(chǔ)單元10b將會(huì)對(duì)選定的存儲(chǔ)單元10a的操作造成嚴(yán)重的干擾，于是，則會(huì)造成此快速存儲(chǔ)器失去其編程選擇性(programmingselectivity)，并導(dǎo)致該快速存儲(chǔ)器的效能大幅下降。并且，迄今為止，并沒(méi)有其它的先前技術(shù)公開(kāi)可對(duì)此類ONO型非易失性存儲(chǔ)器的任一存儲(chǔ)單元進(jìn)行選擇性編程的方法。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的主要目的在于提供一種非易失性存儲(chǔ)單元(non-volatilememory cell)的編程(programming)及擦除(erasing)方法，以解決上述的現(xiàn)有問(wèn)題。
本發(fā)明公開(kāi)了一種選擇性編程(selectively programming)非易失性存儲(chǔ)器陣列(non-volatile memory array)中的存儲(chǔ)單元(memory cell)的方法。該方法首先提供存儲(chǔ)單元陣列，每一存儲(chǔ)單元包括一第一導(dǎo)電類型的阱(well)、一設(shè)置在該阱中并由一具有第二導(dǎo)電類型的局部阱區(qū)域(localized wellregion)包圍的第一導(dǎo)電類型的擴(kuò)散漏極(diffusion drain)、一橫向設(shè)置在該阱中的第一導(dǎo)電類型的擴(kuò)散源極(diffusion source)、一位于該擴(kuò)散漏極與該擴(kuò)散源極之間的該局部阱區(qū)域和該阱之上的電荷俘獲層(charge trappinglayer)，以及一位于該電荷俘獲層之上的柵極(gate)。該方法還包括通過(guò)一選定的位線(bit line)同時(shí)施加一第一電壓(first voltage)在一選定的該存儲(chǔ)單元的該擴(kuò)散漏極和該局部阱區(qū)域上，浮置(floating)該選定存儲(chǔ)單元的該擴(kuò)散源極，以及施加一第二電壓在該選定存儲(chǔ)單元的該柵極上，借以在該電荷俘獲層與該局部阱區(qū)域之間誘發(fā)福樂(lè)爾-諾漢德隧道效應(yīng)(Fowler-Nordheimtunneling，F(xiàn)N tunneling)。
由于本發(fā)明的每個(gè)存儲(chǔ)單元均分別具有一個(gè)由局部阱區(qū)域所包圍的擴(kuò)散漏極，所以當(dāng)選定的存儲(chǔ)單元利用所誘發(fā)的福樂(lè)爾-諾漢德隧道效應(yīng)來(lái)進(jìn)行編程操作時(shí)，本發(fā)明的非易失性存儲(chǔ)器陣列可以有效避免現(xiàn)有方法中，位于同一選定字線下的未選定的存儲(chǔ)單元對(duì)選定的存儲(chǔ)單元產(chǎn)生的干擾。此外，由于本發(fā)明的存儲(chǔ)單元利用ONO結(jié)構(gòu)來(lái)作為浮置柵(floatinggate)，所以，本發(fā)明的非易失性存儲(chǔ)器陣列在進(jìn)行編程和擦除操作時(shí)所需要的操作電壓可大幅降低，并且，該非易失性存儲(chǔ)器的選擇性和效能也可因此而顯著提高。此外，除了福樂(lè)爾-諾漢德隧道效應(yīng)之外，本發(fā)明的非易失性存儲(chǔ)器陣列還可利用熱空穴注入(hot hole injection)和隧道熱電子(channel hot electron)機(jī)制來(lái)進(jìn)行該編程操作。同時(shí)，由于現(xiàn)有方法中該存儲(chǔ)單元的擴(kuò)散漏極所需要的電壓可由本發(fā)明的擴(kuò)散漏極與局部阱區(qū)域同時(shí)分擔(dān)，所以，本發(fā)明的操作電壓可更進(jìn)一步降低。


圖1是現(xiàn)有ONO型快速存儲(chǔ)單元的剖面圖；圖2是現(xiàn)有ONO型快速存儲(chǔ)單元陣列的剖面示意圖；圖2A是現(xiàn)有ONO型快速存儲(chǔ)單元陣列的等效電路圖；
圖3是本發(fā)明第一實(shí)施例的ONO型存儲(chǔ)單元的剖面圖；圖4是本發(fā)明第一實(shí)施例的ONO型存儲(chǔ)單元的剖面圖，該存儲(chǔ)單元的擴(kuò)散源極和局部阱區(qū)域部分重疊；圖5是本發(fā)明第一實(shí)施例的ONO型存儲(chǔ)單元陣列的剖面示意圖；圖5A為本發(fā)明第一實(shí)施例的ONO型存儲(chǔ)單元陣列的等效電路圖；圖5B為本發(fā)明第一實(shí)施例的ONO型存儲(chǔ)單元陣列的操作條件；圖5C為本發(fā)明第一實(shí)施例的另一ONO型存儲(chǔ)單元陣列的操作條件；圖6是本發(fā)明第二實(shí)施例的ONO型存儲(chǔ)單元的剖面圖；圖7是本發(fā)明第二實(shí)施例的ONO型存儲(chǔ)單元的剖面圖，該存儲(chǔ)單元的擴(kuò)散源極和局部阱區(qū)域?yàn)椴糠种丿B；圖7A是本發(fā)明第二實(shí)施例的ONO型存儲(chǔ)單元陣列的操作條件；圖8為本發(fā)明第三實(shí)施例的ONO型存儲(chǔ)單元的剖面圖；圖9是本發(fā)明第三實(shí)施例的ONO型存儲(chǔ)單元的剖面圖，該存儲(chǔ)單元的擴(kuò)散源極與局部阱區(qū)域部分重疊；以及圖9A為本發(fā)明第三實(shí)施例的ONO型存儲(chǔ)單元陣列的操作條件。
附圖中的標(biāo)記說(shuō)明10、10a、10b ONO型快速存儲(chǔ)單元12P型阱14N型源極16N型漏極18控制柵20、50、90、120 ONO結(jié)構(gòu)22、26、54、58、94、98、124、128 絕緣層24、56、56a、96、126 電荷俘獲層30、70陣列32、32a、32b、72 位線34擴(kuò)散區(qū)域36a、36b、76a、76b字線40、40′、40a、40b、80、80′、110、110′ ONO型存儲(chǔ)單元42、82、112 阱44、84、114擴(kuò)散漏極46、46′、86、86′、116、116′ 局部阱區(qū)域48、88、118擴(kuò)散源極52、52a、92、122 柵極60、60a、60b 金屬接觸部100耗散區(qū)130通道具體實(shí)施方式
參照?qǐng)D3，圖3是本發(fā)明第一實(shí)施例的ONO型存儲(chǔ)單元(ONO-typememory cell)40的剖面圖。如圖3所示，ONO型存儲(chǔ)單元40包括一第一導(dǎo)電類型的阱(well)42、一設(shè)置在阱42中并由一具有第二導(dǎo)電類型的局部阱區(qū)域(localized well region)46包圍的第一導(dǎo)電類型的擴(kuò)散漏極(diffusiondrain)44、一橫向設(shè)于阱42中的第一導(dǎo)電類型的擴(kuò)散源極(diffusionsource)48、一位于擴(kuò)散漏極44與擴(kuò)散源極48之間的局部阱區(qū)域46和阱42之上的ONO結(jié)構(gòu)50，以及一位于ONO結(jié)構(gòu)50之上的柵極(gate)(或稱為控制柵(control gate)52。此外，ONO結(jié)構(gòu)50由上至下依次包括有一由氧化硅(silicon oxide)構(gòu)成的絕緣層(insulating layer)54、一由氮化硅(silicon nitride)構(gòu)成的電荷俘獲層(charge trapping layer)56，以及一由氧化硅構(gòu)成的絕緣層58。要注意的是，局部阱區(qū)域46為一形成于阱42中的摻雜區(qū)域，它用以包覆擴(kuò)散漏極44而使得擴(kuò)散漏極44可與阱42隔離。
根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例，該第一導(dǎo)電類型為N型且該第二導(dǎo)電類型為P型。此外，局部阱區(qū)域46與擴(kuò)散漏極44可利用如圖3中所示的一金屬接觸部(metal contact)60而短路(short-circuit)。金屬接觸部60穿過(guò)擴(kuò)散漏極44而進(jìn)入局部阱區(qū)域46內(nèi)，用以將擴(kuò)散漏極44與局部阱區(qū)域46短路在一起。并且，擴(kuò)散源極48可以如圖3所示那樣與局部阱區(qū)域46隔開(kāi)，或者可以如圖4所示的存儲(chǔ)單元40′那樣，與局部阱區(qū)域46′部分地重疊在一起。
參照?qǐng)D5，圖5是本發(fā)明第一實(shí)施例的ONO型存儲(chǔ)單元40的陣列70的剖面示意圖。圖5A是本發(fā)明第一實(shí)施例的ONO型存儲(chǔ)單元40的陣列70的等效電路圖。圖5B是本發(fā)明第一實(shí)施例的ONO型存儲(chǔ)單元陣列的操作條件。如圖5和圖5A所示，ONO型存儲(chǔ)單元40的陣列70形成在第一導(dǎo)電類型的阱42上，且位線(bit line)72連接在金屬接觸部60上，如上所述，金屬接觸部60穿過(guò)ONO型存儲(chǔ)單元40的擴(kuò)散漏極44進(jìn)入局部阱區(qū)域46內(nèi)。對(duì)于此非易失性存儲(chǔ)器的操作模式請(qǐng)同時(shí)參照?qǐng)D5、圖5A和圖5B。
如圖5B所示，為了對(duì)一選定的存儲(chǔ)單元40a執(zhí)行編程操作，該非易失性存儲(chǔ)器可通過(guò)一選定的金屬接觸部60a(它連接至位線72)同時(shí)施加一第一電壓(first voltage)V1于選定存儲(chǔ)單元40a的擴(kuò)散漏極44和局部阱區(qū)域46上。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，V1＝3～7V，尤其當(dāng)V1＝5V時(shí)，可為一最優(yōu)選狀態(tài)。同時(shí)，施加一第二電壓V2于選定存儲(chǔ)單元40a的柵極52a上。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，V2＝-7～-3V，尤其當(dāng)V2＝-5V時(shí)，可為一最優(yōu)選狀態(tài)。此外，選定存儲(chǔ)單元40a的擴(kuò)散源極48是浮置的(floating)。于是，在此布置下，則可以在電荷俘獲層56a與局部阱區(qū)域46之間誘發(fā)福樂(lè)爾-諾漢德隧道效應(yīng)效應(yīng)(Fowler-Nordheim(FN)tunneling effect)，還可以使電子得以從電荷俘獲層56a內(nèi)射出至擴(kuò)散漏極44和局部阱區(qū)域46而完成編程操作。
由于選定的存儲(chǔ)單元40a的擴(kuò)散漏極44局部形成在阱42中且被局部阱區(qū)域46包覆，因此，在操作過(guò)程中施加的電壓不會(huì)造成同樣位于選定字線76a之下的未選定存儲(chǔ)單元40b也同時(shí)誘發(fā)該福樂(lè)爾-諾漢德隧道效應(yīng)效應(yīng)。于是，未選定的存儲(chǔ)單元40b不會(huì)干擾選定存儲(chǔ)單元40a的編程操作，并且該非易失性存儲(chǔ)器因此而具有較為準(zhǔn)確的編程選擇性。此外，由于該編程操作由福樂(lè)爾-諾漢德隧道效應(yīng)誘發(fā)，因此，該非易失性存儲(chǔ)器可消耗較少的能量。
對(duì)于進(jìn)行擦除操作，則是施加一第三電壓V3于選定存儲(chǔ)單元40a的擴(kuò)散源極48上。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，V3＝-7～-3V，尤其當(dāng)V3＝-5V時(shí)，可為一最優(yōu)選狀態(tài)。同時(shí)，施加一第四電壓V4于選定存儲(chǔ)單元40a的柵極52a上。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，V4＝3～7V，尤其當(dāng)V4＝5V時(shí)，可為一最優(yōu)選狀態(tài)。此外，選定存儲(chǔ)單元40a的擴(kuò)散漏極44與局部阱區(qū)域46為浮置。于是，在此布置下，則可誘發(fā)福樂(lè)爾-諾漢德隧道效應(yīng)，以使電荷俘獲層56a得以俘獲電子而完成擦除操作。
當(dāng)然，除了上述第一實(shí)施例的該非易失性存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)外，本發(fā)明中用以摻雜的離子導(dǎo)電類型也可有一些變化。例如，上述的第一導(dǎo)電類型摻雜離子也可以為P型導(dǎo)電類型，這樣，第二導(dǎo)電類型摻雜離子就是N型導(dǎo)電類型。于是，在此條件下，非易失性存儲(chǔ)器的操作模式則參照?qǐng)D5C。
如圖5C所示，為了要對(duì)一選定的存儲(chǔ)單元40a執(zhí)行編程操作，該非易失性存儲(chǔ)器可通過(guò)一選定的金屬接觸部60a(它連接至位線72)同時(shí)施加一第一電壓V1于選定存儲(chǔ)單元40a的擴(kuò)散漏極44與局部阱區(qū)域46上。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，V1＝-7～-3V，尤其當(dāng)V1＝-5V時(shí)，可為一最優(yōu)選狀態(tài)。同時(shí)，施加一第二電壓V2于選定存儲(chǔ)單元40a的柵極52a上。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，V2＝3～7V，尤其當(dāng)V2＝5V時(shí)，可為一最優(yōu)選狀態(tài)。此外，選定的存儲(chǔ)單元40a的擴(kuò)散源極48浮置。對(duì)于進(jìn)行擦除操作時(shí)，則是施加一第三電壓V3于選定的存儲(chǔ)單元40a的擴(kuò)散源極48上。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，V3＝3～7V，尤其當(dāng)V3＝5V時(shí)，可為一最優(yōu)選狀態(tài)。同時(shí)，施加一第四電壓V4于選定的存儲(chǔ)單元40a的柵極52a上。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，V4＝-7～-3V，尤其當(dāng)V4＝-5V時(shí)，可為一最優(yōu)選狀態(tài)。此外，選定的存儲(chǔ)單元40a的擴(kuò)散漏極44與局部阱區(qū)域46浮置。
參照?qǐng)D6，圖6為本發(fā)明第二實(shí)施例的ONO型存儲(chǔ)單元80的剖面圖。如圖6所示，ONO型存儲(chǔ)單元80除了沒(méi)有金屬接觸部60外，其余的結(jié)構(gòu)都和ONO型存儲(chǔ)單元40相同。根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例，一阱82、一擴(kuò)散漏極84、一擴(kuò)散源極88均為N型導(dǎo)電類型，而一局部阱區(qū)域86則為P型導(dǎo)電類型。此外，擴(kuò)散源極88可以如圖6所示那樣與局部阱區(qū)域86隔開(kāi)，或者可以如圖7所示的存儲(chǔ)單元80′那樣，與局部阱區(qū)域86′部分地重疊在一起。
圖6同時(shí)圖示出該非易失性存儲(chǔ)器中的電接觸部(electric contact)位置。如果把存儲(chǔ)單元80作為選定的存儲(chǔ)單元，則該非易失性存儲(chǔ)器可通過(guò)一選定的位線施加一第一電壓V1在選定的存儲(chǔ)單元80的擴(kuò)散漏極84上，并且施加一第二電壓V2在其局部阱區(qū)域86上。同時(shí)，施加一第三電壓V3在選定的存儲(chǔ)單元80的柵極92上，并施加一第四電壓V4在選定的存儲(chǔ)單元80的擴(kuò)散源極88上。對(duì)于本實(shí)施例的操作電壓則請(qǐng)參照?qǐng)D7A。
如圖6和圖7A所示，為了對(duì)一選定的存儲(chǔ)單元80執(zhí)行編程操作，該第一電壓V1需要為一正電壓，并且該第二電壓V2為一負(fù)電壓。于是，可在擴(kuò)散漏極84和局部阱區(qū)域86的結(jié)(junction)處形成耗散區(qū)(depletionregion)100，并且因而產(chǎn)生電子空穴對(duì)(electron-hole pair)。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，V1＝1～4V，V2＝-4～-1V，尤其當(dāng)V1＝2.5V，而V2＝-2.5V時(shí)，可為一最優(yōu)選狀態(tài)。同時(shí)，該第三電壓V3為一負(fù)電壓，且該第四電壓V4接地(grounded)。于是，可通過(guò)能帶間的隧道效應(yīng)(band-to-band tunneling，BTBT)而在電荷俘獲層96與耗散區(qū)100之間誘發(fā)熱空穴注入(hot holeinjection)并完成該編程操作。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，V3＝-5～-1V，尤其當(dāng)V3＝-3.3V時(shí)，可為一最優(yōu)選狀態(tài)。
當(dāng)進(jìn)行擦除操作時(shí)，則將該第一電壓V1浮置，而該第二電壓V2為一負(fù)電壓，如V2＝-7～-3V，尤其當(dāng)V2＝-5V時(shí)，可為一最優(yōu)選狀態(tài)。同時(shí)，該第三電壓V3為一正電壓，如V3＝1～5V，尤其當(dāng)V3＝3.3V時(shí)，可為一最佳狀態(tài)，并且，該第四電壓V4接地。
與存儲(chǔ)單元40相比，存儲(chǔ)單元80并不具有一金屬接觸部來(lái)將擴(kuò)散漏極84與局部阱區(qū)域86短路，因此，擴(kuò)散漏極84和局部阱區(qū)域86可以共同分擔(dān)原來(lái)僅施加于存儲(chǔ)單元40的擴(kuò)散漏極44上的電壓，這樣就可以大幅降低非易失性存儲(chǔ)器的操作電壓。
當(dāng)然，除了上述第二實(shí)施例的該非易失性存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)外，本發(fā)明中用以摻雜的離子導(dǎo)電類型也可以有一些變化。例如，上述的阱82、擴(kuò)散漏極84，以及擴(kuò)散源極88也可以為P型導(dǎo)電類型，這樣，局部阱區(qū)域86就為N型導(dǎo)電類型。于是，在此條件下，非易失性存儲(chǔ)器的操作電壓的大小及符號(hào)將需要根據(jù)上述條件做適當(dāng)?shù)母淖儭?br> 此外，除了本發(fā)明第二實(shí)施例中所示的熱空穴注入外，存儲(chǔ)單元80還可利用隧道熱電子(channel hot electron)來(lái)完成編程操作。參照?qǐng)D8，圖8為本發(fā)明第三實(shí)施例的ONO型存儲(chǔ)單元110的剖面圖。如圖8所示，ONO型存儲(chǔ)單元110具有與ONO型存儲(chǔ)單元80相同的結(jié)構(gòu)。相似的，根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例，一阱112、一擴(kuò)散漏極114和一擴(kuò)散源極118均為N型導(dǎo)電類型，而一局部阱區(qū)域116則為P型導(dǎo)電類型。此外，擴(kuò)散源極118可以如圖8所示那樣與局部阱區(qū)域116隔開(kāi)，或者可以如圖9所示的存儲(chǔ)單元110′那樣，與局部阱區(qū)域116′部分地重疊在一起。
圖8同時(shí)圖示出于該非易失性存儲(chǔ)器中的電接觸部的位置。如果把存儲(chǔ)單元110作為選定的存儲(chǔ)單元，則該非易失性存儲(chǔ)器可通過(guò)一選定的位線施加一第一電壓V1在選定的存儲(chǔ)單元110的擴(kuò)散漏極114上，并且施加一第二電壓V2在其局部阱區(qū)域116上。同時(shí)，施加一第三電壓V3在選定的存儲(chǔ)單元110的柵極122上，并施加一第四電壓V4在選定的存儲(chǔ)單元110的擴(kuò)散源極118上。關(guān)于本實(shí)施例的操作電壓則請(qǐng)參照?qǐng)D9A。
如圖8和圖9A所示，為了對(duì)一選定的存儲(chǔ)單元110執(zhí)行編程操作，該第一電壓V1需要為一正電壓，且該第二電壓V2為一負(fù)電壓。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，V1＝1～4V，V2＝-4～-1V，尤其當(dāng)V1＝2.5V，而V2＝-2.5V時(shí)，可為一最優(yōu)選狀態(tài)。同時(shí)，該第三電壓V3為一正電壓，且該第四電壓V4接地。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，V3＝3～7V，尤其當(dāng)V3＝5V時(shí)，可為一最優(yōu)選狀態(tài)。這樣，位于存儲(chǔ)單元110的阱112和擴(kuò)散漏極114之間的通道130將會(huì)有一電流流過(guò)。而后，所謂的隧道熱電子將通過(guò)施加于柵極122上的電壓所產(chǎn)生的電場(chǎng)而注入到電荷俘獲層126內(nèi)。這樣，電子儲(chǔ)存于柵極122中，并完成該編程操作。
當(dāng)執(zhí)行擦除操作時(shí)，則該第一電壓V1為一正電壓，如V1＝1～4V，尤其當(dāng)V1＝2.5V時(shí)，可為一最優(yōu)選狀態(tài)，而該第二電壓V2為一負(fù)電壓，如V2＝-4～-1V，尤其當(dāng)V2＝-2.5V時(shí)，可為一最優(yōu)選狀態(tài)。同時(shí)，該第三電壓V3為一負(fù)電壓，如V3＝-5～-1V，尤其當(dāng)V3＝-3.3V時(shí)，可為一最優(yōu)選狀態(tài)，并且，該第四電壓V4接地。此時(shí)，熱空穴可通過(guò)施加在柵極122上的電壓所產(chǎn)生的電場(chǎng)而注入到電荷俘獲層126之中。這樣，該空穴可中和儲(chǔ)存在柵極122中的電子而可以完成該擦除操作。
與現(xiàn)有存儲(chǔ)單元10相比，存儲(chǔ)單元110的擴(kuò)散漏極114與局部阱區(qū)域116可以共同分擔(dān)原來(lái)僅施加在存儲(chǔ)單元10的擴(kuò)散漏極16上的電壓，這樣則可以大幅降低非易失性存儲(chǔ)器的操作電壓。
當(dāng)然，除了上述第三實(shí)施例的非易失性存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)外，本發(fā)明中用以摻雜的離子導(dǎo)電類型也可以有一些變化。例如，上述的阱112、擴(kuò)散漏極114和擴(kuò)散源極118也可以為P型導(dǎo)電類型，于是，局部阱區(qū)域116就為N型導(dǎo)電類型。于是，在此條件下，非易失性存儲(chǔ)器的操作電壓的大小和符號(hào)將需要根據(jù)上述條件作適當(dāng)?shù)母淖儭?br> 對(duì)于編程非易失性存儲(chǔ)器的現(xiàn)有方法而言，為了誘發(fā)福樂(lè)爾-諾漢德隧道效應(yīng)以對(duì)選定的存儲(chǔ)單元執(zhí)行編程操作，位線電壓(bit line voltage)VBL施加在選定的位線上，同時(shí)，字線電壓(word line voltage)VWL施加在選定的字線上。由于選定的存儲(chǔ)單元與未選定的存儲(chǔ)單元均形成在同一阱上，于是原來(lái)針對(duì)選定的存儲(chǔ)單元所施加的電壓也會(huì)造成選定的字線下的所有未選定的存儲(chǔ)單元誘發(fā)該福樂(lè)爾-諾漢德隧道效應(yīng)。因此，未選的定存儲(chǔ)單元會(huì)對(duì)于選定的存儲(chǔ)單元的操作造成嚴(yán)重的干擾，如此一來(lái)，則會(huì)造成此快速存儲(chǔ)器失去其編程選擇性(programming selectivity)，并導(dǎo)致該快速存儲(chǔ)器的效能大幅下降。
與現(xiàn)有方法相比，本發(fā)明的每一個(gè)存儲(chǔ)單元均分別具有一由一局部阱區(qū)域所包圍的擴(kuò)散漏極，因此當(dāng)選定的存儲(chǔ)單元利用所誘發(fā)的福樂(lè)爾-諾漢德隧道效應(yīng)來(lái)進(jìn)行編程操作時(shí)，本發(fā)明的非易失性存儲(chǔ)器陣列可以有效避免現(xiàn)有方法中，位于同一選定字線下的未選定的存儲(chǔ)單元對(duì)選定的存儲(chǔ)單元所產(chǎn)生的干擾。此外，由于本發(fā)明的存儲(chǔ)單元利用一ONO結(jié)構(gòu)作為一浮置柵(floating gate)，因此，本發(fā)明的非易失性存儲(chǔ)器陣列在執(zhí)行編程及擦除操作時(shí)所需要的操作電壓可大幅降低，并且，該非易失性存儲(chǔ)器的選擇性及效能也可因此而顯著提高。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，凡是根據(jù)本發(fā)明權(quán)利要求所做的變化與修飾，均應(yīng)當(dāng)屬于本發(fā)明專利的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
1.一種選擇性編程非易失性存儲(chǔ)器陣列中的存儲(chǔ)單元的方法，包括提供一存儲(chǔ)單元陣列，每個(gè)存儲(chǔ)單元包括一阱，該阱具有第一導(dǎo)電類型；一第一導(dǎo)電類型的擴(kuò)散漏極，設(shè)置在該阱中并被一具有第二導(dǎo)電類型的局部阱區(qū)域包圍；一第一導(dǎo)電類型的擴(kuò)散源極，橫向設(shè)置在該阱中；一電荷俘獲層，位于該擴(kuò)散漏極與該擴(kuò)散源極之間的該局部阱區(qū)域和該阱之上；以及一柵極，位于該電荷俘獲層之上；通過(guò)一選定的位線同時(shí)施加一第一電壓于一選定的該存儲(chǔ)單元的該擴(kuò)散漏極與該局部阱區(qū)域上；浮置該選定的存儲(chǔ)單元的該擴(kuò)散源極；以及施加一第二電壓在該選定的存儲(chǔ)單元的該柵極上，籍此在該電荷俘獲層與該局部阱區(qū)域之間誘發(fā)福樂(lè)爾-諾漢德隧道效應(yīng)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該第一導(dǎo)電類型為N型，該第二導(dǎo)電類型為P型，該第一電壓為一正電壓，以及該第二電壓為一負(fù)電壓。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中該第一電壓約為3至7伏特，該第二電壓約為-7至-3伏特。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該擴(kuò)散源極與該局部阱區(qū)域重疊。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該擴(kuò)散源極并不與該局部阱區(qū)域重疊。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該電荷俘獲層包括氮化硅。
7.一種編程快速存儲(chǔ)單元的方法，包括選擇一快速存儲(chǔ)單元，該快速存儲(chǔ)單元包括一阱，該阱具有第一導(dǎo)電類型；一擴(kuò)散漏極，設(shè)置在該阱中并被一具有第二導(dǎo)電類型的局部阱區(qū)域包圍；一擴(kuò)散源極，橫向設(shè)置在該阱中；一電荷俘獲層，位于該擴(kuò)散漏極與該擴(kuò)散源極之間的該局部阱區(qū)域和該阱之上；以及一柵極，位于該電荷俘獲層之上；通過(guò)一選定的位線施加一第一電壓在該擴(kuò)散漏極上，以及施加一第二電壓在該選定的存儲(chǔ)單元的該局部阱區(qū)域上，籍此在該擴(kuò)散漏極與該局部阱區(qū)域的結(jié)處形成一耗散區(qū)；接地該選定的存儲(chǔ)單元的該擴(kuò)散源極；以及施加一第三電壓在該選定的存儲(chǔ)單元的該柵極上，籍此在該電荷俘獲層與該耗散區(qū)之間誘發(fā)熱空穴注入。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中該擴(kuò)散漏極與該擴(kuò)散源極由摻雜具有該第一導(dǎo)電類型的離子所形成。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其中該第一導(dǎo)電類型為N型，該第二導(dǎo)電類型為P型，該第一電壓為一正電壓，該第二電壓為一負(fù)電壓，該第三電壓為一負(fù)電壓。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中該第一電壓約為1至4伏特，該第二電壓約為-4至-1伏特，該第三電壓約為-1至-5伏特。
11.如權(quán)利要求7所述的方法，其中該擴(kuò)散源極與該局部阱區(qū)域重疊。
12.如權(quán)利要求7所述的方法，其中該擴(kuò)散源極并不與該局部阱區(qū)域重疊。
13.如權(quán)利要求7所述的方法，其中該電荷俘獲層包括氮化硅。
14.一種編程和擦除快速存儲(chǔ)單元的方法，每個(gè)該快速存儲(chǔ)單元包括一第一導(dǎo)電類型的阱、一設(shè)置在該阱中并被一具有第二導(dǎo)電類型的局部阱區(qū)域包圍的擴(kuò)散漏極、一橫向設(shè)置在該阱中的擴(kuò)散源極、一位于該擴(kuò)散漏極與該擴(kuò)散源極之間的該局部阱區(qū)域和該阱之上的電荷俘獲層、以及一位于該電荷俘獲層之上的柵極，該方法包括有選擇一快速存儲(chǔ)單元并執(zhí)行編程操作，該編程操作包括下列步驟通過(guò)一選定的位線同時(shí)施加一第一電壓在該選定的快速存儲(chǔ)單元的該擴(kuò)散漏極和該局部阱區(qū)域上；浮置該選定的快速存儲(chǔ)單元的該擴(kuò)散源極；以及施加一第二電壓于該選定的快速存儲(chǔ)單元的該柵極上；以及執(zhí)行擦除操作，該擦除操作包括下列步驟浮置該選定的快速存儲(chǔ)單元的該擴(kuò)散漏極與該局部阱區(qū)域；施加一第三電壓于該選定的快速存儲(chǔ)單元的該擴(kuò)散源極上；以及施加一第四電壓在該選定的快速存儲(chǔ)單元的該柵極上。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中該第一導(dǎo)電類型為N型，該第二導(dǎo)電類型為P型，該第一電壓為一正電壓，該第二電壓為一負(fù)電壓，該第三電壓為一負(fù)電壓，該第四電壓為一正電壓。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中該第一電壓約為3至7伏特，該第二電壓約為-7至-3伏特，該第三電壓約為-7至-3伏特，該第四電壓約為3至7伏特。
17.如權(quán)利要求14所述的方法，其中該電荷俘獲層包括氮化硅。
18.一種編程快速存儲(chǔ)單元的方法，包括選擇一快速存儲(chǔ)單元，該快速存儲(chǔ)單元包括一N型阱；一擴(kuò)散漏極，設(shè)置在該N型阱中并被一局部P型阱區(qū)域包圍；一擴(kuò)散源極，橫向設(shè)置在該N型阱中；一電荷俘獲層，位于該擴(kuò)散漏極與該擴(kuò)散源極之間的該局部P型阱區(qū)域和該N型阱之上；以及一柵極，位于該電荷俘獲層之上；通過(guò)一選定的位線施加一第一電壓在該擴(kuò)散漏極上，以及施加一第二電壓在該選定的存儲(chǔ)單元的該局部P型阱區(qū)域上，籍此在該擴(kuò)散漏極與該局部P型阱區(qū)域的結(jié)處形成一耗散區(qū)；接地該選定的存儲(chǔ)單元的該擴(kuò)散源極；以及施加一第三電壓在該選定的存儲(chǔ)單元的該柵極上。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中該第一電壓約為1至4伏特，該第二電壓約為-4至-1伏特，該第三電壓約為3至7伏特。
20.如權(quán)利要求18所述的方法，其中該電荷俘獲層包括氮化硅。
全文摘要
本發(fā)明提供一種選擇性編程非易失性存儲(chǔ)器陣列的各存儲(chǔ)單元的方法。該方法首先提供一存儲(chǔ)單元陣列，每一存儲(chǔ)單元包括一阱、一設(shè)于該阱中并被一具有第二導(dǎo)電類型的局部阱區(qū)域包圍的第一導(dǎo)電類型的漏極、一橫向設(shè)置于該阱中的第一導(dǎo)電類型的源極、一電荷俘獲層、以及一柵極。該方法還包括通過(guò)一選定的位線同時(shí)施加一第一電壓于一選定的存儲(chǔ)單元的漏極和局部阱區(qū)域上，浮置該選定的存儲(chǔ)單元的源極，并施加一第二電壓于該選定存儲(chǔ)單元的柵極上。
文檔編號(hào)H01L21/82GK1441480SQ0210517
公開(kāi)日2003年9月10日 申請(qǐng)日期2002年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2002年2月25日
發(fā)明者楊青松, 徐清祥 申請(qǐng)人:力旺電子股份有限公司