專利名稱：Eeprom和閃速eeprom的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體電路，尤其涉及一種EEPROM和閃速EEPROM設計。
背景技術：
許多移動裝置，比如移動電話，PDA(個人數(shù)字助理)，移動計算機和音樂播放器(比如MP3播放器)在電力不足的情況下依靠非易失性半導體存儲器來保持數(shù)據和程序。最流行形式的半導體非易失性存儲器是可以使用UV光擦除的EPROM(可擦除可編程只讀存儲器)，和電可擦除的EEPROM(電可擦除可編程只讀存儲器)。EEPROM的一種變體是閃速EEPROM，可以在一次擦除多個存儲器單元。
一次可編程EPROM較緊湊，但僅可使用UV光擦除，這使它們不適于許多場合。早期的EEPROM是利用多個多晶硅工藝制造的，在浮動柵極上形成控制柵極。該工藝需要多個掩模，更長的工藝周轉時間，較低的產量，較高的成本，和較低的可靠性。最近，已經研制了單個多晶硅方案。單個多晶硅方案尤其適于在集成方案中與處理器和動態(tài)存儲器一起提供EEPROM陣列，在此無需第二多晶硅。
單個多晶硅工藝的問題是單元的尺寸較大。這可能是集成方案中最顯著的問題，而其他部件有更大的晶片需求。
因此，需要一種具有更小的單元尺寸的EEPROM。
發(fā)明內容
在本發(fā)明中，一種電可擦除只讀存儲器包括電容器，該電容器包含在第二導電類型的阱中形成的第一導電類型的擴散層，覆蓋所述擴散層的絕緣層和覆蓋所述擴散層的浮動柵極。MOS晶體管包含在所述阱中形成的鄰近所述浮動柵極的延伸部分的第一和第二有源區(qū)域。
本發(fā)明比現(xiàn)有技術具有顯著的優(yōu)點。首先，存儲器單元與需要多個阱的其他EEPROM相比非常緊湊。第二，該工藝兼容許多其他工藝技術，而不需要額外的多晶硅層。第三，所述單元可以利用Fowler-Nordheim隧道效應或熱電子注入進行編程。第四，所述單元支持閃速擦除。
為了更完整地理解本發(fā)明，及其優(yōu)點，現(xiàn)在結合附圖進行描述，其中圖1a和1b示出了現(xiàn)有技術的EEPROM存儲器單元的平面圖和剖面?zhèn)纫晥D；圖2示出了EEPROM存儲器單元的平面圖；圖3至5示出了圖2的單元的剖面?zhèn)纫晥D；圖6示出了PMOS晶體管的剖面圖；圖7示出了存儲器單元的原理圖；圖8示出了單元編程的實施例；圖9示出了讀取單元的實施例；圖10示出了擦除分區(qū)內的一或多個單元的實施例；圖11示出了單元陣列。
具體實施例方式
參照附圖中的圖1-7，本發(fā)明可以得到最好的理解，在各附圖中相同的附圖標記用于表示相同的元件。
圖1a和1b示出了現(xiàn)有技術的EEPROM存儲器單元10的平面圖和剖面?zhèn)纫晥D。在p阱14內形成的NMOS晶體管12包括n+型源極和漏極有源區(qū)域16和18，和通過柵極氧化層22與p阱14分開的多晶硅浮動柵極20。浮動柵極20延伸入電容器24中。浮動柵極20重疊在n阱28上，浮動柵極通過柵極氧化層22與n阱28分隔。在沒有處于浮動柵極20下面的區(qū)域的n阱28中形成n+有源區(qū)域30。擦除柵極32形成n阱36內的n+區(qū)域34。背柵38形成為p阱42內的p+區(qū)域40。n阱和p阱通過場氧化物區(qū)域44分隔。
在操作過程中，通過對控制柵極(CG)施加約13伏的電壓，同時使擦除柵極(EG)，源極16、漏極18和背柵38接地，利用Fowler-Nordheim電子隧道效應對EEPROM存儲器單元10編程。浮動柵極20，氧化層22和n+有源區(qū)域30(與n阱28一起)形成電容器24。這樣，在控制柵極CG(電容器24的一個板)的電壓增加導致浮動柵極20(電容器24的另一個板)的電壓增加。浮動柵極的電壓增加至約10伏。通過Fowler-Nordheim電子隧道效應，電子將從浮動柵極20下方的接地區(qū)域吸引至浮動柵極本身。當控制柵極(CG)重新接地時，浮動柵極將保持約2-3伏。
為了從EEPROM存儲器單元10讀取，在控制柵極(CG)有0至3伏的電壓，在漏極18上有約1伏的低電壓。如果存儲器單元已經編程，那么浮動柵極上的電壓將導致產生源極16和漏極18之間的反型區(qū)，使電流流過。如果不是，那么電流將不能從源極流向漏極。通過測量源極的電壓，可以確定存儲器單元10是否編程。
為了擦除EEPROM存儲器單元10，給擦除柵極(EG)施加13伏的電壓。因為擦除柵極與浮動柵極僅有較小的電容性關系，所以在有源區(qū)域34的更高電壓將吸引電子從浮動柵極22進入有源區(qū)域34，從而去除浮動柵極上的電荷。
圖1a-b所示類型的EEPROM存儲器單元的問題是它的尺寸。如上所述，小存儲器單元尺寸是許多情況下非常重要的特征。
在圖2-7中示出了一種EEPROM存儲器單元50(也可以在閃速EEPROM單元內排列和使用)。圖2示出了平面圖，圖3-5示出了單元50的剖面?zhèn)纫晥D。圖6示出了PMOS晶體管的剖面圖。圖7示出了存儲器單元50的簡化示意圖。
參照圖2-6，在n阱54內形成的PMOS晶體管52，包括p+型源極和漏極有源區(qū)域56和58，以及通過柵極氧化層62與n阱54分開的多晶硅浮動柵極60。在VTN p-擴散區(qū)域59內形成漏極有源區(qū)域58。浮動柵極60延伸入電容器64中。浮動柵極60重疊在n阱54內形成的VTN p-擴散區(qū)68上，浮動柵極60通過柵極氧化層22與p-擴散區(qū)域68分隔。p+有源區(qū)域70在沒有處于浮動柵極60下方的區(qū)域在p-擴散區(qū)域68中形成。背柵72形成為n阱54內的n+區(qū)域74。有源區(qū)域通過場氧化物區(qū)域76分隔。
存儲器單元在圖7的原理圖中示出。Ccgfg是由浮動柵極60和擴散區(qū)域68以及有源區(qū)域70形成的電容器。Cbgfg表示浮動柵極60和背柵之間的電容。Csfg和Cdfg是源極有源區(qū)域56和浮動柵極60以及漏極有源區(qū)域58和擴散區(qū)域59以及浮動柵極60之間的電容。當單元52通過施加Vcg＝-13伏，進行編程時，浮動柵極電壓為Vfg＝Vcg*Ccgfg/CT，其中CT＝Ccgfg+Cdfg+Csfg+Cbgfg。
在操作中，浮動柵極電勢用于使浮動柵極60下方的區(qū)域反轉為p型，從而在小區(qū)域內形成電容器；VTN p-擴散區(qū)域有助于在浮動柵極下方形成p區(qū)域。存儲器單元50可以使用溝道熱電子(CHE)注入或Fowler-Nordheim電子隧道效應進行編程。使用CHE方案，給控制柵極(CG)施加-10伏，給漏極58施加-6伏，源極56和背柵74接地。由于浮動柵極60和p+有源區(qū)域70以及p-擴散區(qū)域68之間的電容，在控制柵極上的電壓下拉浮動柵極60上的電壓。漏極58上的電壓導致在源極和漏極之間產生電流，其中電子被吸引到浮動柵極60，控制電容器上的電場有助于注入浮動柵極。這樣，浮動柵極將獲得在源極56和漏極58之間產生反型層的電壓?；蛘撸珻HE注入也可以通過相對于控制柵極和漏極給背柵和源極施加7伏而實現(xiàn)。這在圖8中示出。
使用Fowler-Nordheim電子隧道效應，-13伏的電壓施加在控制柵極(CG)上，其中源極56，漏極58和背柵74保持接地。由于浮動柵極60和p+有源區(qū)域70以及p-擴散區(qū)域68之間的電容，在控制柵極上的電壓下拉浮動柵極60上的電壓。在浮動柵極60和浮動柵極下方的接地區(qū)域之間的電壓差將電子吸引至浮動柵極60。再次，浮動柵極將獲得在源極56和漏極58之間產生反型層的電壓。
使用在控制柵極(CG)上的-3.3伏，在漏極上-1伏的電壓，可以讀取存儲器單元?；蛘?，如圖9所示，可以在單元的源極和背柵上施加4伏，同時使漏極和源極連線至讀出放大器比較器電路。為了避免干擾單元的浮動柵極的電荷狀態(tài)，在單元的源極和漏極之間有2伏的箝壓?！熬幊虇卧睂⒃试S源極至漏極的電流流過；但是“未編程單元”將僅有源極至漏極的泄漏電流。在讀出放大器中使用的基準電流是這樣的，即通過單元漏電流和單元編程電流之間的區(qū)別，給出真正的單元狀態(tài)。
為了使用Fowler-Nordheim電子隧道效應擦除存儲器單元50，給漏極58施加-13伏的電壓，其中源極浮動?？刂茤艠O(CG)和背柵72接地。在現(xiàn)有技術的EEPROM中，高達-13伏的電壓將導致結擊穿；然而，利用p-擴散區(qū)域，增大了結擊穿的閾值。所以，漏極上增加的電壓將導致電子從浮動柵極60流至漏極58，從而使浮動柵極60放電。通過使源極56浮動，施加給漏極的電壓將不會由于源極和漏極之間的電流而減小。在存儲器單元陣列中，通過僅給被擦除的單元50的漏極施加-13伏可以擦除選定的單元。
或者，存儲器單元50可以通過在背柵74上施加13伏信號，控制柵極接地，使用Fowler-Nordheim電子隧道效應擦除，如圖10所示。利用在浮動柵極和背柵之間約10伏的差值，電子從浮動柵極吸入n阱54。在存儲器單元陣列(見圖11)中，可以定義分區(qū)；例如，分區(qū)可以定義為控制柵極連接在一起的十六個單元。通過給將不被擦除的單元的控制柵極施加13伏，將消除n阱54和浮動柵極60之間的電壓差，且給將被擦除的那些單元的控制柵極施加0伏，可以實現(xiàn)陣列的選擇性擦除。這樣，陣列可以重新編程，而無需使所述單元經受UV輻射。
應當指出的是上述電壓可以根據所使用的處理技術變化。
在P型襯底上形成存儲器單元50的工藝流程示例如下
(油相)(1)鯨蠟醇 1.0(2)蜂蠟0.5(3)凡士林 2.0(4)角鯊烷 6.0(5)二甲基聚硅氧烷 2.0(水相)(6)甘油4.0(7)1，3-丁二醇 4.0(8)丙烯酸-甲基丙烯酸烷基酯共聚物 1.0(9)木葡聚糖2.0(10)防腐劑 適量(11)色素 適量(12)香料 適量(13)精制水 余量表B1
由此結果，可判定配合有木葡聚糖與增粘多糖類之外用組合物在使用感及經時之粘度穩(wěn)定性兩方面均很優(yōu)良。再者，由實施例B1及B2(表面活性劑中含有POE(20)油醇醚)，與實施例B4及B5(含有代<p>
本發(fā)明比現(xiàn)有技術具有顯著的優(yōu)點。首先，存儲器單元50與需要多個n阱的其他EEPROM相比非常緊湊。在典型的結構中，比如圖1a-b所示，場氧化物區(qū)域通常寬度約4微米，由于需要較深的注入(兩微米)來形成n阱和p阱。另一方面，較小的VTN p-擴散區(qū)域更淺，需要場氧化物寬度僅約1.5微米。
第二，該工藝兼容許多其他工藝技術，而不需要額外的多晶硅層，這使其尤其適于與其他器件集成，比如處理器。第三，所述單元可以利用Fowler-Nordheim隧道效應或熱電子注入進行編程。第四，所述單元支持閃速擦除。
應當指出的是，雖然已經結合在n阱中形成的p型擴散區(qū)域描述了本發(fā)明，但在此所述的原理同樣適于相反極性的擴散(即，具有n型控制電容器，NMOS晶體管的隔離p阱)。
雖然已經針對特定的示例性實施例詳細描述了本發(fā)明，但本領域的技術人員將得到這些實施例的各種改進以及替代實施例的啟示。本發(fā)明包含落入權利要求的范圍內的任何改進或替代實施例。
權利要求
1.一種電可擦除只讀存儲器，包含電容器，包含在第二導電類型的阱中形成的第一導電類型的擴散層；覆蓋所述擴散層的絕緣層；和覆蓋所述擴散層的浮動柵極；以及MOS晶體管，包含在所述阱中形成的、鄰近所述浮動柵極的延伸部分的第一和第二有源區(qū)域。
2.如權利要求1所述的電可擦除只讀存儲器，其特征在于所述第一導電類型是p型，所述第二導電類型是n型。
3.如權利要求1所述的電可擦除只讀存儲器，其特征在于所述第一導電類型是n型，所述第二導電類型是p型。
4.如權利要求1所述的電可擦除只讀存儲器，其特征在于還包含在所述第一和第二有源區(qū)域之一下方的第二擴散層。
5.如權利要求4所述的電可擦除只讀存儲器，其特征在于所述第一有源區(qū)域包含源極，所述第二有源區(qū)域包含漏極，所述浮動柵極的延伸部分包含MOS晶體管的柵極，所述第二擴散層在所述第二有源區(qū)域下方形成。
6.一種形成電可擦除只讀存儲器的方法，包含步驟形成在第二導電類型的阱中形成的第一導電類型的擴散層；形成覆蓋所述擴散層的絕緣層；和形成覆蓋所述擴散層的浮動柵極；以及形成在所述阱中形成的、鄰近所述浮動柵極的延伸部分的第一和第二有源區(qū)域。
7.如權利要求6所述的方法，其特征在于形成擴散層的步驟包含在n導電類型的阱中形成p導電類型的擴散層。
8.如權利要求6所述的方法，其特征在于形成擴散層的步驟包含在p導電類型的阱中形成n導電類型的擴散層。
9.如權利要求6所述的方法，其特征在于還包含在所述第一和第二有源區(qū)域之一下方形成第二擴散層的步驟。
10.如權利要求9所述的方法，其特征在于所述第一有源區(qū)域包含源極，所述第二有源區(qū)域包含漏極，所述浮動柵極的延伸部分包含MOS晶體管的柵極，且形成所述第二擴散層的步驟包含在所述第二有源區(qū)域下方形成所述第二擴散層。
全文摘要
一種EEPROM存儲器單元使用在n阱54中形成的PMOS型浮動柵極晶體管52，其中浮動柵極60在n阱54中形成的p－擴散區(qū)域68上排布而形成控制電容器。PMOS浮動柵極晶體管52使用在形成漏極的p+有源區(qū)域70下方的p型擴散區(qū)域68，而提供更高的擊穿電壓。單元的編程可以通過熱電子注入完成，在控制電容器上有電場，以有助于注入浮動柵極。FN擦除通過使n阱的電勢達到編程電壓，同時保持控制電容器的電勢處于低電壓而實現(xiàn)。
文檔編號H01L27/115GK1638132SQ20041008180
公開日2005年7月13日 申請日期2004年12月30日 優(yōu)先權日2003年12月30日
發(fā)明者約瑟夫·法利, 約瑟夫·米特羅斯, 亞歷克·莫頓, 羅博特·托德 申請人:得州儀器公司