專(zhuān)利名稱(chēng)：操作電可寫(xiě)和可擦除存儲(chǔ)單元的方法及用于電存儲(chǔ)的存儲(chǔ)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
根據(jù)對(duì)應(yīng)相等的權(quán)利要求，本發(fā)明涉及一種用于操作一電可寫(xiě)和可擦除存儲(chǔ)單元的方法，以及用于電可寫(xiě)和可擦除的非易失性存儲(chǔ)單元的裝置。
背景技術(shù)：
特別是用于虛擬接地(virtual ground)架構(gòu)中的電可寫(xiě)和可擦除非易失性存儲(chǔ)單元亦包含所謂的電荷捕捉存儲(chǔ)單元，其中在溝道區(qū)域和/或源極/漏極區(qū)域以及柵極電極之間，有一部分的柵極介電質(zhì)，它在用于捕捉電荷載體且用于改變存儲(chǔ)單元計(jì)劃狀態(tài)的邊界層之間的具有非傳導(dǎo)性的存儲(chǔ)層。此存儲(chǔ)單元例如于美國(guó)專(zhuān)利5,768,192、美國(guó)專(zhuān)利6,011,725以及WO99/60631所描述。在這些存儲(chǔ)單元中，各個(gè)邊界層是一氧化物，且所述存儲(chǔ)層是半導(dǎo)體材料的氮化物，通常為硅的氮化物。較佳是通過(guò)溝道熱電子(CHE)以編程電荷捕捉存儲(chǔ)單元，以及可通過(guò)自所述溝道區(qū)域通過(guò)熱電子或是通過(guò)富爾諾罕穿隧(Fowler-Nordheim tunnels)而將電荷捕捉存儲(chǔ)單元擦除。使用于編程程序相反方向中，以讀取電壓(逆向讀取獨(dú))于特定操作模式提供一SONOS存儲(chǔ)單元，它所具有的邊界層厚度符合此操作模式，且它通常被設(shè)計(jì)為NROM存儲(chǔ)單元。這部分更詳細(xì)的說(shuō)明請(qǐng)參閱2000年IEEE電子裝置信函21冊(cè)第543-545頁(yè)中，Boaz Eitan等人所著的“NORM新的局部化捕捉，2位元非易失性存儲(chǔ)單元”。電荷捕捉存儲(chǔ)單元的存儲(chǔ)層是位于一邊界層中，所述邊界層包含的材料所具有的能量間隙(band gap)高于所述存儲(chǔ)層的能量間隙，因此在所述存儲(chǔ)層中所捕捉的電荷載體維持其位置。一氮化物被認(rèn)為是所述存儲(chǔ)層較佳的材料；氧化物主要適用于周?chē)牧?。例如在硅材料系統(tǒng)中氧化物-氮化物-氧化物(ONO)存儲(chǔ)層順序，它的能量間隙約為5eV。所述周?chē)吔鐚訛槟芰块g隙約為9eV的硅氧化物。所述存儲(chǔ)層可為不同的材料，其能量間隙小于所述邊界層的能量間隙，其中能量間隙的差應(yīng)該盡可能地大，以用于所述電荷載體的電性限制。在接合硅氧化物作為邊界層，例如鉭氧化物、硅酸鉿、鈦氧化物(化學(xué)劑量組合為T(mén)iO2)、鋯氧化物(化學(xué)劑量組合為ZrO2)、鋁氧化物(化學(xué)劑量組合為Al2O3)或是固有的傳導(dǎo)(未摻雜的)硅可用于作為所述存儲(chǔ)層的材料。此2-位NROM存儲(chǔ)單元的編程，如同WO 98/03977中所述，因此通過(guò)存儲(chǔ)單元溝道區(qū)域中的柵極電壓與漏極源極電壓，產(chǎn)生垂直與側(cè)向電場(chǎng)，其沿著溝道長(zhǎng)度加速電子。加速一些電子，因而在電場(chǎng)最強(qiáng)的漏極區(qū)域附近，其跳過(guò)所述電位障蔽且達(dá)到所述氮化物層。在此方式中，所述溝道區(qū)域的門(mén)檻電壓改變，可通過(guò)在相反方向中施加一讀取電壓而偵測(cè)所述改變。在此存儲(chǔ)單元中第二位的編程是通過(guò)相較于先前描述的存寫(xiě)存儲(chǔ)單元程序而交換漏極與源極，因而在電荷捕捉層中電荷的重要調(diào)整。在此方式中，2-位元信息可存儲(chǔ)在一非易失性存儲(chǔ)單元中，例如存儲(chǔ)在一NROM單元。
這個(gè)已知程序的缺點(diǎn)是在單元的一側(cè)中進(jìn)行電荷合并到電荷捕捉層(charge trapping layer)的期間內(nèi)，反應(yīng)可以在存儲(chǔ)單元中各個(gè)其它側(cè)的閾值電壓觀察到，如此結(jié)果可稱(chēng)為串?dāng)_(erosstalk)，而所述串?dāng)_將會(huì)增加一單元的兩側(cè)的閾值電壓間的差異。
串?dāng)_可能會(huì)有以下的影響，為了讀取NROM存儲(chǔ)單元的特定柵極電壓和特定漏極/源極電壓而提供給所述單元，而定義出漏極和源極，由此可讀取所述單元的所欲部份。如果沒(méi)有提供一特定柵極電壓，就不會(huì)有電荷存儲(chǔ)在所述電荷捕捉層中而有意義的漏極電流將會(huì)流動(dòng)。當(dāng)一特定電荷存儲(chǔ)在所述電荷捕捉層(氮化物層)中，氮化物層將阻礙在源極和漏極間的溝道發(fā)展，且漏極電流將不會(huì)以相同柵極電壓流動(dòng)，或是漏極電流將是至少有顯著較低的位準(zhǔn)。這個(gè)行為在平常移轉(zhuǎn)特征中是值得的。所述NROM單元的一側(cè)的編程化可以導(dǎo)致單元其它側(cè)的轉(zhuǎn)移特征的改良，于是舉例來(lái)說(shuō)，即使沒(méi)有電荷存儲(chǔ)在所述電荷捕捉層內(nèi)，而一漏極電流仍可流動(dòng)。
當(dāng)技術(shù)更進(jìn)一步的發(fā)展后，有效的溝道長(zhǎng)度，就是在一單元兩側(cè)的電荷間物理距離就會(huì)縮短，這樣會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)大的串?dāng)_。于是可以推想未來(lái)將因此串?dāng)_結(jié)果而產(chǎn)生有更多數(shù)目的誤差。

發(fā)明內(nèi)容
于是，本發(fā)明的一個(gè)目的是在于提供一種電可寫(xiě)和可擦除存儲(chǔ)單元方法及用于電存儲(chǔ)的存儲(chǔ)裝置與操作這樣的存儲(chǔ)裝置的方法，以便于避免前述誤差的發(fā)生。
根據(jù)本發(fā)明，這目的借著使用具體指明于依附權(quán)利要求中的測(cè)量而得到解決。選擇閾值電壓作為有效參數(shù)將借著在一單元的兩側(cè)間未曾發(fā)生的過(guò)大的閾值電壓差異的事實(shí)而將串?dāng)_的影響減到最小。這特別是可以借著至少某些信息而達(dá)成的，那就是一位(bit)存儲(chǔ)作為溝道區(qū)域的閾值電壓的差異，并依序而不被串?dāng)_與誤差的發(fā)生所影響，于是可以因此而避免在存儲(chǔ)單元的串?dāng)_。此外，由于使用閾值電壓差異的編程化，因此可以避免參考單元的使用。如此可以達(dá)成只是應(yīng)用在一位存儲(chǔ)單元的有效參數(shù)差異的信息而具有巨大的可靠性。
更多優(yōu)點(diǎn)的實(shí)施例已在從屬的權(quán)利要求中具體指明。尤其是由于事實(shí)是除了閾值電壓差異之外，并由閾值電壓所在的絕對(duì)幅度中具體指出一電壓范圍，而當(dāng)在一存儲(chǔ)單元中可存儲(chǔ)多于二位時(shí)，可以借著促進(jìn)兩個(gè)或是更多電壓幅度而取得測(cè)量。


本發(fā)明可借著接續(xù)的有關(guān)于使用示范實(shí)施例的圖式而得到說(shuō)明。
圖1是一NROM存儲(chǔ)單元的第一示范性實(shí)施例；圖2是一NROM存儲(chǔ)單元的第二示范性實(shí)施例；圖3是NROM存儲(chǔ)單元的常用存儲(chǔ)單元排列；圖4是在一非易失性存儲(chǔ)單元中四個(gè)狀態(tài)的存儲(chǔ)的示范實(shí)施例；以及圖5是在一常用NROM存儲(chǔ)單元中關(guān)于四個(gè)狀態(tài)的存儲(chǔ)到目前為止的常用程序。
具體實(shí)施例方式
圖1顯示一傳統(tǒng)式NROM氮化物只讀存儲(chǔ)器存儲(chǔ)單元的基本結(jié)構(gòu)。彼此間有一距離的漏極/源極區(qū)域D/S排列在一忖底1上，在這之間建構(gòu)有一柵極2。所述柵極2是由三個(gè)層所構(gòu)成，所述的這些層依序?yàn)橐谎趸飳印⒁坏飳右约耙谎趸飳?。所述柵極2由一覆蓋的柵極接觸G而完整，透過(guò)所述柵極接觸G，通過(guò)所述柵極2而可應(yīng)用柵極電壓。在這種情況下，所述柵極接觸G與所述漏極/源極區(qū)域D/S以絕緣層3分隔，而所述絕緣層3是一氧化物。所以所述NROM氮化物只讀存儲(chǔ)器單元相當(dāng)于一MOS互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的結(jié)構(gòu)，如以下所述的“單元晶體管”。所以，如同已在本說(shuō)明書(shū)的前言中說(shuō)過(guò)的，依據(jù)所述的兩個(gè)漏極/源極區(qū)域D/S中的哪一個(gè)分別是漏極或是源極，在所述柵極2的C2區(qū)域或是C3區(qū)域中來(lái)存儲(chǔ)或是刪除一電荷，通過(guò)所謂的熱電子注入，達(dá)到于所述氮化物層的電荷存儲(chǔ)。通過(guò)所謂的富爾諾罕穿隧(Fowler-Nordheim tunnels)達(dá)到刪除。在這種情況下，編程發(fā)生在物理上相鄰于所述個(gè)別漏極的C2區(qū)域或是C3區(qū)域。所述編程數(shù)據(jù)是在與編程或是寫(xiě)入反向的讀取方向所偵測(cè)。通過(guò)所述單元晶體管的閾值電壓或是臨界電壓來(lái)達(dá)成偵測(cè)所述被存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。關(guān)于讀取相鄰于所述源極區(qū)域的被存儲(chǔ)電荷是有意義的。
圖4顯示依據(jù)根據(jù)本發(fā)明的狀態(tài)式編程的編程狀態(tài)。在這種情況下，實(shí)心圓點(diǎn)分別顯示一存儲(chǔ)單元的左側(cè)與右側(cè)的閾值電壓值。在第1狀態(tài)下，左邊區(qū)域的閾值電壓比右邊區(qū)域的閾值電壓低。其中所述狀態(tài)必然地通過(guò)于閾值電壓位準(zhǔn)L上的由左右所決定的閾值電壓差來(lái)決定。這表示一個(gè)存儲(chǔ)單元，如圖1中所顯示的一范例，在位準(zhǔn)“L”上通過(guò)交換漏極與源極，而于左側(cè)編程一次，于右側(cè)編程一次，來(lái)完成所述編程，而使得在單元右側(cè)部分的閾值電壓較在單元左側(cè)部分的閾值電壓為高，并且在一區(qū)域中得到一閾值電壓差。
現(xiàn)在，是以類(lèi)似的情況下得到第2狀態(tài)，其中，在左側(cè)部分的閾值電壓比在右側(cè)部分的閾值電壓為高。第1狀態(tài)與第2狀態(tài)兩者間的差異被認(rèn)為是完全相同的，所不同的地方僅在所述的兩個(gè)閾值電壓差值用以決定存儲(chǔ)邏輯狀態(tài)的決定性數(shù)學(xué)符號(hào)。
圖4中的第3狀態(tài)與第4狀態(tài)是以一種可與第1狀態(tài)與第2狀態(tài)相比的方式所得到。這里所顯示的閾值電壓落在位準(zhǔn)“H”的范圍內(nèi)。于此，同樣的，對(duì)第3狀態(tài)與第4狀態(tài)間的差異來(lái)說(shuō)，個(gè)別差值的數(shù)學(xué)符號(hào)是具決定性的。舉例來(lái)說(shuō)，如同圖5所顯示的，一般的編程以如此的形式第1狀態(tài)通過(guò)單元左側(cè)部分的閾值電壓與單元右側(cè)部分的閾值電壓各自落在位準(zhǔn)“L”上的事實(shí)被定義。相反地，第2狀態(tài)通過(guò)單元左側(cè)部分的閾值電壓與單元右側(cè)部分的閾值電壓分別落在位準(zhǔn)“H”上的事實(shí)被定義。
此外，該單元左邊部分的電壓是處于“L”位準(zhǔn)且右邊部分是處于“H”位準(zhǔn)，此事實(shí)定義了狀態(tài)3；而該單元左邊部分的閾值電壓是處于“H”位準(zhǔn)且右邊部分是處于“L”位準(zhǔn)，此事實(shí)則定義為狀態(tài)4。
在一個(gè)可能的情形中，在該“L”位準(zhǔn)與該“H”位準(zhǔn)之間的閾值電壓差約為1.5V，且于該“L”位準(zhǔn)或該“H”位準(zhǔn)內(nèi)(其分別表示狀態(tài)1與2或狀態(tài)3或4之間)的閾值電壓差則約各為300mY；然亦可能有其它的差異。
在上述實(shí)施例中的先前狀態(tài)是以分布于兩位準(zhǔn)而說(shuō)明，這表示其為一個(gè)二位的存儲(chǔ)單元。除了該“H”位準(zhǔn)與該“L”位準(zhǔn)之外，亦可于一模以方式中以一或多種位準(zhǔn)來(lái)定義可存儲(chǔ)于一存儲(chǔ)單元中的額外位。
根據(jù)圖4的狀態(tài)定義有利于分別對(duì)該單元左邊部分與該單元右邊部分之間的差異加以編程，其具有的閾值電壓位準(zhǔn)皆位于同一范圍內(nèi)；在一單元的兩邊之間從不會(huì)產(chǎn)生較大的閾值電壓差。
在以已知方法對(duì)狀態(tài)3加以編程的期間，右邊的閾值電壓將明顯高于左邊的閾值電壓，亦會(huì)增加該單元左邊部分所產(chǎn)生的串?dāng)_(crosstalk)。
圖2為一NROM單元的不同排列的立體圖，相較于圖1所示的實(shí)施例，其差異僅在于該柵極接觸G與該漏極/源極區(qū)域D/S的接觸。在此處，該柵極結(jié)構(gòu)中亦具有兩電荷區(qū)域C1與C2，而電荷即被植入或擦除于該柵極結(jié)構(gòu)中。根據(jù)本發(fā)明的編程可應(yīng)用于所示的NROM存儲(chǔ)單元的實(shí)施例，亦可應(yīng)用于具有柵極結(jié)構(gòu)的其它存儲(chǔ)單元，而該柵極結(jié)構(gòu)具有可影響一有效參數(shù)(例如閾值電壓)的至少兩局部存儲(chǔ)區(qū)域。
圖3所示為可用于本發(fā)明的非易失性存儲(chǔ)的一傳統(tǒng)存儲(chǔ)單元排列，其說(shuō)明了多個(gè)列的存儲(chǔ)單元，其在各列中，一單元的一漏極/源極連接D/S是連接至鄰近單元的一漏極/源極連接D/S；該一漏極/源極連接是連接至位線(xiàn)BL且通過(guò)所謂的感測(cè)放大器SA加以控制。在一列中的各所述存儲(chǔ)單元的所述柵極連接G則由一串行譯碼器RD經(jīng)由各柵極線(xiàn)GL加以控制；所述存儲(chǔ)單元是經(jīng)由該串行譯碼器RD與一位線(xiàn)譯碼器BDL加以尋址。一個(gè)多位譯碼器BD則排列在該位線(xiàn)譯碼器BDL與感測(cè)放大器SA之間，如前述說(shuō)明者，在該存儲(chǔ)單元中的一編程過(guò)程期間中，該多位譯碼器BD是用以確認(rèn)各閾值電壓差是設(shè)定為所需要的各位準(zhǔn)，或是用以經(jīng)由各所述存儲(chǔ)單元的前向或后向讀取而于該閾值電壓差的各位準(zhǔn)決定該編程狀態(tài)，并遞送至該數(shù)據(jù)輸出5；因此該多位譯碼器BD包含了一個(gè)用于在各所述存儲(chǔ)單元中產(chǎn)生閾值電壓差的裝置以及一個(gè)用于偵測(cè)此一閾值電壓差的裝置。在該位譯碼器、該感測(cè)放大器與該串行譯碼器RD之間的作用則由一個(gè)時(shí)鐘控制4所控制，最后產(chǎn)生一狀態(tài)控制ST，其指明了是否提供一讀取過(guò)程R、一寫(xiě)入過(guò)程W或是一擦除過(guò)程E。
上述實(shí)施例雖直接以一NROM單元為例，然而本發(fā)明并非僅限于此，而是可應(yīng)用于具有至少兩種可影響存儲(chǔ)單元有效參數(shù)的獨(dú)立存儲(chǔ)區(qū)域的各種存儲(chǔ)單元中。
附圖標(biāo)記說(shuō)明1 Substrate 襯底2 Gate structure柵極結(jié)構(gòu)3 Insulation絕緣4 Clock control 時(shí)鐘控制5 Data output 數(shù)據(jù)輸出G gate connection 柵極連接GL Gate lead柵極D/S Drain/source area 漏極/源極區(qū)域BL Bit lead 位線(xiàn)C1 Charge region 1 電荷區(qū)域1C2 Charge region 2 電荷區(qū)域2AS Address control 地址控制RD Series decoder 串行譯碼器ST State control狀態(tài)控制SA Write amplifier 寫(xiě)入放大器BD Multi-bit decoder多位譯碼器BDL Bit lead decoder位線(xiàn)譯碼器Cell單元Memory 存儲(chǔ)器
權(quán)利要求
1.一種用以操作電可寫(xiě)和可擦除存儲(chǔ)單元的方法，所述電可寫(xiě)和可擦除存儲(chǔ)單元具有一可在一第一方向以及一第二方向中操作的溝道區(qū)域(2)，所述存儲(chǔ)單元的特征在于具有至少一有效的參數(shù)，其中信息將以在所述第一方向中的所述溝道區(qū)域操作的有效參數(shù)與在所述第二方向中的所述溝道區(qū)域操作的有效參數(shù)間的差異來(lái)存儲(chǔ)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中兩組信息可透過(guò)在哪個(gè)溝道區(qū)域的操作方向中的有效參數(shù)是較高的來(lái)進(jìn)行區(qū)分，其中在各方向中所述有效參數(shù)差異是相同的。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述有效參數(shù)是一存儲(chǔ)單元晶體管的閾值電壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中兩個(gè)閾值電壓(VT)是規(guī)定在一預(yù)定電壓范圍內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中另外的信息是規(guī)定在另外的預(yù)定電壓范圍內(nèi)。
6.一種用于電可寫(xiě)和可擦除信息存儲(chǔ)的存儲(chǔ)裝置，所述存儲(chǔ)裝置包括一個(gè)存儲(chǔ)單元域，所述存儲(chǔ)單元域具有至少一個(gè)存儲(chǔ)單元，所述存儲(chǔ)單元具有在一漏極區(qū)域以及一源極區(qū)域間的溝道區(qū)域，所述溝道區(qū)域是可雙向操作并且具有一可調(diào)整的存儲(chǔ)區(qū)域(C1，C2)，使得在操作一第一方向中的所述溝道區(qū)域時(shí)的所述存儲(chǔ)單元的有效參數(shù)是與在操作具有第二方向的所述溝道區(qū)域時(shí)的所述存儲(chǔ)單元的有效參數(shù)不同；以及一讀取裝置(10，12)，所述讀取裝置(10，12)是用以判定所述有效參數(shù)的差異以及分派至一編程級(jí)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的存儲(chǔ)裝置，所述存儲(chǔ)裝置具有一調(diào)整所述存儲(chǔ)區(qū)域的寫(xiě)入裝置，使得將要被存儲(chǔ)的信息轉(zhuǎn)換為所述溝道區(qū)域的閾值電壓差異。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的存儲(chǔ)裝置，其中所述要被存儲(chǔ)的信息包括一位。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的存儲(chǔ)裝置，所述存儲(chǔ)單元是一種氮化物只讀存儲(chǔ)器存儲(chǔ)單元組件。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的存儲(chǔ)裝置，所述存儲(chǔ)單元的存儲(chǔ)區(qū)域包括一局部電荷存儲(chǔ)裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及操作電可寫(xiě)和可擦除存儲(chǔ)單元方法及用于電存儲(chǔ)的存儲(chǔ)裝置。本發(fā)明提供一種操作電可寫(xiě)和可擦除存儲(chǔ)單元的方法，電可寫(xiě)和可擦除存儲(chǔ)單元具有可在一第一方向以及一第二方向中操作的溝道區(qū)域(2)，其中信息是以有效參數(shù)的差異來(lái)進(jìn)行存儲(chǔ)。
文檔編號(hào)H01L29/792GK1665019SQ20051005304
公開(kāi)日2005年9月7日 申請(qǐng)日期2005年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月5日
發(fā)明者J·德佩, M·伊斯勒, C·魯?shù)马f格, J·－U·薩奇塞, J·－M·費(fèi)希爾, R·P·米卡洛 申請(qǐng)人:因芬尼昂技術(shù)股份公司