專利名稱：用以解決電荷陷獲非易失性存儲器中難以擦除狀態(tài)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及電可編程可擦除存儲器，并尤其涉及在電荷陷獲存儲器的高循環(huán)耐久度條件下解決難以擦除狀態(tài)的方法。
背景技術(shù)：
基于電荷儲存結(jié)構(gòu)的電可編程可擦除非易失性存儲技術(shù)，例如電可擦除可編程只讀存儲器(EPPROM)以及閃存等，應(yīng)用于許多現(xiàn)代裝置中。閃存的設(shè)計，包括可獨立編程以及讀取的存儲單元陣列。閃存中的檢測放大器，用來檢測儲存在非易失性存儲器中的數(shù)據(jù)值或數(shù)值。在典型的檢測方式中，流經(jīng)此存儲單元的電流被電流檢測放大器檢測與參考電流進行對比。
在EEPROM以及閃存中，使用多個存儲單元結(jié)構(gòu)。隨著集成電路的尺寸縮小，研發(fā)的焦點也著重于以電荷陷獲介質(zhì)層為基礎(chǔ)的存儲單元結(jié)構(gòu)，因為其工藝可縮小而且簡單。以電荷陷獲介質(zhì)層為基礎(chǔ)的存儲單元結(jié)構(gòu)，包括業(yè)界所熟知的氮化物只讀存儲器(NROM)、硅-氧化物-氮化物-氧化物-硅(SONOS)、以及PHINES等。這些存儲單元結(jié)構(gòu)通過在如氮化硅的電荷陷獲介質(zhì)層中陷獲電荷而儲存數(shù)據(jù)。隨著負電荷被陷獲，此存儲單元的臨界電壓則隨之增加。此存儲單元的臨界電壓通過從電荷陷獲層中移除負電荷而降低。
NROM器件使用了相當(dāng)厚的底氧化層以防止電荷流失，其厚度可大于3納米，且典型地為約5至9納米。為了擦除此單元，并不使用直接隧穿，而使用以帶至帶隧穿所引發(fā)的熱空穴注入(BTBTHH)。然而，此熱空穴注入會造成氧化層的破壞，導(dǎo)致高臨界電壓單元中的電荷流失、以及低臨界電壓單元中的電荷增加。此外，由于在電荷陷獲結(jié)構(gòu)中難以擦除的電荷累積，則在編程與擦除循環(huán)時必須逐漸增加擦除時間。此電荷累積的發(fā)生原因，是由于空穴注入點與電子注入點并不重迭，同時在擦除脈沖之后仍殘留有部分電子。此外，在NROM閃存器件的區(qū)段擦除時，每一單元的擦除速度會因為工藝變化(例如溝道長度變化)而不同。此擦除速度的不同將導(dǎo)致擦除狀態(tài)的大范圍臨界電壓(Vt)分布，而使得部分單元變成難以擦除、部分單元過度擦除。因此，在許多次編程與擦除循環(huán)之后，目標臨界電壓區(qū)間會被關(guān)閉，而造成不佳的耐久度。此現(xiàn)象在器件尺度日益縮小時更顯嚴重。
典型的閃速存儲單元結(jié)構(gòu)，是將隧道氧化層置于導(dǎo)電多晶硅層與結(jié)晶硅半導(dǎo)體襯底之間。此襯底指源極區(qū)域與漏極區(qū)域，且此二者以其下的溝道區(qū)域分隔。閃存的讀取動作可通過漏極檢測或源極檢測而執(zhí)行。以源極端檢測而言，一條以上的源極線連接至存儲單元的源極區(qū)域，以讀取從存儲陣列中特定存儲單元所流出的電流。
傳統(tǒng)的浮動?xùn)艠O在導(dǎo)電浮動?xùn)艠O中儲存一位的電荷。NROM單元的出現(xiàn)，則因為在每一NROM單元中可提供二位的快閃單元而儲存電荷于氧化物-氮化物-氧化物(ONO)介電層中。在NROM存儲單元的典型結(jié)構(gòu)中，氮化物層用做為陷獲材料，其設(shè)置于頂氧化物層與底氧化物層之間。此ONO迭層結(jié)構(gòu)有效地取代了在浮動?xùn)艠O器件中的柵極介質(zhì)層。在ONO介質(zhì)層中的氮化物層電荷，可在NROM單元的左側(cè)或右側(cè)被陷獲。
經(jīng)常用以編程NROM陣列中的NROM單元的方法，為熱電子注1入技術(shù)。在擦除操作中，經(jīng)常用以擦除存儲單元的技術(shù)稱為帶至帶隧穿熱空穴注入，其擦除能力與橫向電場息息相關(guān)。NROM單元中位于被擦除側(cè)的側(cè)向電位，可能對于擦除能力會具有側(cè)向電場效應(yīng)。評估NROM陣列中的耐久度以及保存力時，擦除能力的不平均會由于循環(huán)與烘烤而導(dǎo)致裕量損失。NROM單元的另一側(cè)是浮動的(或接地)，而可能連接至不確定的電壓電平(例如1伏特或4伏特)，進而導(dǎo)致陣列單元中不穩(wěn)定的擦除臨界電壓。此將進而導(dǎo)致在擦除操作之后的Vt分布區(qū)間更寬。
NROM型器件典型地歷經(jīng)一連串的編程與擦除循環(huán)，進而導(dǎo)致電子遷徙至更接近溝道區(qū)域的中央位置。在后續(xù)使用BTBTHH等技術(shù)而進行的擦除操作中，則會難以將空穴移往此溝道區(qū)域的中央，進而使得位于接近溝道區(qū)域的電子難以擦除。此難以擦除的狀態(tài)發(fā)生于多位單元中，例如具有局域化熱電子以及熱空穴注入編程與擦除程序的NROM存儲器。
電荷陷獲存儲器中典型的空間分布，為電子與空穴會傾向于局域化。電子的分布通常并不等于空穴的分布，進而造成臨界電壓Vt在每一次編程/擦除循環(huán)之后往上升高，并在氧化物-氮化物-氧化物結(jié)構(gòu)中的溝道區(qū)域留下電子。因此，在高循環(huán)耐久度的要求下，編程事件與擦除事件之間的臨界電壓區(qū)間會變窄，并且電子累積的情形變得更嚴重。此現(xiàn)象一般稱為“難以擦除”狀態(tài)。難以擦除狀態(tài)無法輕易地以帶至帶隧穿熱空穴技術(shù)擦除，因為空穴注入對于空間分布的要求非常高。
因此，需要設(shè)計一種方法以解決氮化物陷獲存儲器中的難以擦除狀態(tài)，以克服在多個編程與擦除循環(huán)后電子與空穴注入失配的現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種操作氮化物陷獲存儲單元的方法，通過使用重置技術(shù)而消除或減少流至結(jié)區(qū)域的中央之電子數(shù)目，以解決難以擦除狀態(tài)的問題。當(dāng)在如500或100次等一連串的編程與擦除循環(huán)后檢測到難以擦除狀態(tài)時，則施加襯底瞬變熱空穴(STHH)重置操作。此襯底瞬變熱空穴重置將空穴注入于遠離帶至帶隧穿空穴(BTBTHH)注入的結(jié)面，使得STHH重置的循環(huán)耐久度可維持于理想的循環(huán)區(qū)間，以消除或減少在后續(xù)編程與擦除循環(huán)中的難以擦除狀態(tài)。
較廣泛地陳述，一種用以解決在電荷陷獲存儲器中難以擦除狀態(tài)的方法，此電荷陷獲存儲器具有柵極電壓以及體電壓，此方法包括響應(yīng)在電荷陷獲存儲器中經(jīng)過多次編程以及擦除循環(huán)之后所顯現(xiàn)的狀態(tài)，以進行襯底的瞬變熱空穴重置；以及進行此襯底瞬變熱空穴重置，是通過將此電荷陷獲存儲器的臨界電壓調(diào)整至等于重置電壓而完成，且此襯底的瞬變熱空穴重置包括施加具有脈沖寬度的柵極電壓；以及施加具有脈沖寬度的體電壓，其中該體電壓的脈沖寬度短于該柵極電壓的脈沖寬度；以及其中該柵極電壓與該體電壓二者的脈沖寬度的差異，足以將空穴從溝道區(qū)域移動至該電荷陷獲存儲器。
一種用以解決在電荷陷獲存儲器中難以擦除狀態(tài)方法，此電荷陷獲存儲器具有柵極電壓以及體電壓，此方法包括在電荷陷獲存儲器中進行多個編程與擦除循環(huán)后，決定狀態(tài)的存在以進行襯底瞬變熱空穴重置；以及進行此襯底瞬變熱電重置，是將此電荷陷獲存儲器的臨界電壓調(diào)整至等于重置電壓而完成，此襯底瞬變熱空穴重置包括重置具有長偏壓脈沖寬度的柵極電壓；重置具有短偏壓寬度的體電壓，此短偏壓脈沖寬度閉柵極電壓的脈沖寬度短；以及制造一時間集合，其足以將空穴從溝道區(qū)域移動至此電荷陷獲存儲器；其中此時間集合為此柵極電壓的長偏壓脈沖寬度與此體電壓的短偏壓脈沖寬度之間的時間差。
本發(fā)明的優(yōu)點在于，其通過以區(qū)域化儲存電荷的兩側(cè)操作，提供了用以解決難以擦除狀態(tài)的方法。本發(fā)明的另一優(yōu)點在于其減少了由襯底瞬變熱空穴重置所造成的擦除劣化，使得其保持性能得以改善，并減少熱空穴的傷害。
以下詳細說明本發(fā)明的結(jié)構(gòu)與方法。本發(fā)明內(nèi)容說明章節(jié)目的并非在于限定本發(fā)明。本發(fā)明由權(quán)利要求所限定。凡本發(fā)明的實施例、特征、目的及優(yōu)點等將可通過下列說明書、權(quán)利要求書及附圖獲得充分了解。


圖1為簡化結(jié)構(gòu)圖，其根據(jù)本發(fā)明而示出進行襯底瞬變熱空穴重置的電荷陷獲存儲器。
圖2為時序圖，其根據(jù)本發(fā)明而示出Vg偏壓相對于Vb偏壓的波形圖。
圖3為簡化流程圖，其根據(jù)本發(fā)明而示出用以執(zhí)行襯底瞬變熱空穴重置的流程。
圖4為示意圖，其根據(jù)本發(fā)明而示出多個臨界電壓收斂至特定電壓的趨勢。
圖5為示意圖，其根據(jù)本發(fā)明而示出所需進行襯底瞬變熱空穴重置操作的總時間集合。
圖6A為在先技術(shù)示意圖，其根據(jù)本發(fā)明繪示代表編程電壓狀態(tài)的第一曲線以及代表擦除電壓狀態(tài)的第二曲線；圖6B為示意圖，其根據(jù)本發(fā)明示出代表編程電壓狀態(tài)的第一曲線以及代表擦除電壓狀態(tài)的第二曲線。
主要器件符號說明100 電荷陷獲存儲器110 多晶硅柵極120 頂介質(zhì)結(jié)構(gòu)130 電荷陷獲結(jié)構(gòu)131，133電子132，134空穴140 底介質(zhì)結(jié)構(gòu)150 襯底152 p摻雜區(qū)域160 n+摻雜區(qū)域170 n+摻雜區(qū)域180 柵極電壓，Vg190 體電壓，Vb410，420，430 臨界電壓510，520，530 曲線610，660第一曲線615，625，665，675 循環(huán)區(qū)間620，670第二曲線具體實施方式
請參照圖1，其顯示簡化結(jié)構(gòu)圖，該圖示出一電荷陷獲存儲器100，以利用襯底瞬變熱空穴重置(STHH)操作而進行重置操作。此電荷陷獲存儲單元在具有帶有n+摻雜區(qū)域160，170與n+摻雜區(qū)域之間的p摻雜區(qū)域152的襯底150上。底介質(zhì)結(jié)構(gòu)140(底氧化物)位于襯底150之上，電荷陷獲結(jié)構(gòu)130(例如氮化硅層)位于此底介質(zhì)結(jié)構(gòu)140之上，且頂介質(zhì)結(jié)構(gòu)120(頂氧化物)位于此電荷陷獲結(jié)構(gòu)130之上，同時N+多晶硅柵極110位于此頂介質(zhì)結(jié)構(gòu)120之上。柵極電壓180Vg，施加至n+多晶硅柵極110，且體電壓190Vb，施加至此p-阱襯底150。代表性的頂介質(zhì)包括厚度約為5至10納米的二氧化硅以及氮氧化硅，或者其它高介電常數(shù)物質(zhì)，包括如氧化鋁等。代表性的底介質(zhì)包括厚度約為3至10納米的二氧化硅以及氮氧化硅，或者其它類似高介電常數(shù)物質(zhì)。代表性電荷陷獲結(jié)構(gòu)包括厚度約為3至9納米的氮化硅，或其它類似高介電常數(shù)材料，包括如氧化鋁、氧化鉿(HfO2)、氧化鈰(CeO2)等。此電荷陷獲結(jié)構(gòu)可為電荷陷獲物質(zhì)的非連續(xù)集合的囊或顆粒，或如圖所示的連續(xù)層。此電荷陷獲結(jié)構(gòu)130可陷獲如電子131，133的電荷。
電子131，133在編程循環(huán)中注入電荷陷獲結(jié)構(gòu)130之中。襯底瞬變熱空穴重置將致使空穴從溝道的中央?yún)R集而移至邊緣，并通過底介質(zhì)結(jié)構(gòu)140、進而進入電荷陷獲結(jié)構(gòu)130中，如圖中的空穴132，134所示。現(xiàn)有的如帶至帶熱空穴擦除的擦除技術(shù)中，空穴典型地施加至n+區(qū)域160，170。在一實施例中，此柵極電壓Vg180設(shè)定為-3伏特，體電壓Vb設(shè)定至8伏特，而源極與漏極則為浮動。
例如NORM型單元的存儲單元，具有厚度介于3至10納米的底氧化物、厚度介于3至9納米的電荷陷獲層、以及厚度介于5至10納米的頂氧化物。例如SONOS型單元的存儲單元，具有厚度介于1至3納米的底氧化物、厚度介于3至9納米的電荷陷獲層、以及厚度介于3至10納米的頂氧化物。
如本文中所述及，“編程”指提升存儲單元的臨界電壓，而“擦除”則指降低存儲單元的臨界電壓。然而，本發(fā)明同時包括產(chǎn)品與方法，其中“編程”指提升存儲單元的臨界電壓，而“擦除”則指降低存儲單元的臨界電壓。同時也可以是產(chǎn)品與方法，其中“編程”指降低存儲單元的臨界電壓，而“擦除”則指升高存儲單元的臨界電壓。
本發(fā)明的柵極至襯底的偏壓根據(jù)實施例中的電荷平衡脈沖所決定，其與介質(zhì)迭層的有效厚度(EOT)相關(guān)，此介質(zhì)迭層包括頂介質(zhì)層、電荷陷獲結(jié)構(gòu)以及底介質(zhì)層，其中有效厚度為根據(jù)二氧化硅的電容率(即介電系數(shù))而歸一化的實際厚度。舉例而言，當(dāng)頂介質(zhì)層、電荷陷獲結(jié)構(gòu)以及底介質(zhì)層分別包括二氧化硅、氮化硅、以及氧化硅時，此結(jié)構(gòu)稱為ONO迭層。以O(shè)NO迭層而言，有效厚度為頂氧化層的厚度、加上底氧化層的厚度、加上(氮化硅的厚度乘以氧化物的電容率、再除以氮化硅電容率)。此時，NROM型與SONOS型存儲單元的電荷平衡脈沖的偏壓設(shè)置如下所示1.符合本說明書目的的NROM型單元具有厚度大于3納米的底氧化層。此介質(zhì)迭層具有有效厚度(例如10至25納米)，且底氧化層的厚度大于3納米，以防止空穴從襯底直接隧穿，同時具有柵極至襯底的偏壓(例如-5至-24伏特)，且由有效厚度所分配的電壓大于0.7伏特/納米，且較佳為約1.0伏特/納米，正負誤差約10％。
NROM單元中ONO之有效厚度計算最小值 最大值頂氧化物(電容率＝3.9)5納米 10納米氮化硅(電容率＝7)3納米 9納米底氧化物(電容率＝3.9)3納米 10納米總和 5+3*3.9/7+3＝10 10+9*3.9/7+10＝25(納米)(納米)2.符合本說明書目的的SONOS型單元具有厚度小于3納米的底氧化層。此介質(zhì)迭層具有有效厚度(例如5至16納米)，且底氧化層的厚度小于3納米，以允許空穴從襯底直接隧穿。此SONOS型單元具有柵極至襯底的偏壓(例如-5至-24伏特)，且由有效厚度所分配的電壓大于0.3伏特/納米，且較佳的為約1.0伏特/納米，正負誤差約10％。在NROM型存儲器或SONOS型存儲器中，柵極至襯底的操作偏壓實質(zhì)上相等或類似。然而，由有效厚度所分配的電壓，隨著NROM型存儲器與SONOS型存儲器的不同而改變。
SONOS型單元中ONO之有效厚度計算
最小值 最大值頂氧化物(電容率＝3.9)3納米 10納米氮化硅(電容率＝7)3納米 5納米底氧化物(電容率＝3.9)1納米 3納米總和 3+3*3.9/7+1＝5.7 10+5*3.9/7+3＝15.8(納米)(納米)位于迭層中除了二氧化硅以及氮化硅以外的材料，其有效厚度以相同方式計算，即以二氧化硅的電容率除以此材料的電容率做為因子而歸一化此材料的厚度。
圖2為一時序圖，其示出柵極偏壓Vg180與體偏壓Vb190之間的時序關(guān)系。此柵極偏壓Vg180的偏壓脈沖寬度大于體偏壓Vb190的偏壓脈沖寬度。當(dāng)柵極偏壓Vg從保持態(tài)轉(zhuǎn)換至充電態(tài)時，柵極偏壓Vg的脈沖寬度將延伸至比體偏壓Vb從保持態(tài)轉(zhuǎn)換至充電態(tài)時的脈沖寬度為長的時間段。在本實施例中，體偏壓Vb190的充電時間脈沖寬度為10μs，并與柵極偏壓Vg180的充電時間脈沖寬度重疊。在柵極偏壓Vg180為-3伏特、而且體偏壓Vg190為8伏特時二者所重迭的充電時間，產(chǎn)生了襯底瞬變熱空穴重置，并使空穴從溝道遷移至中央，因為體偏壓Vb190與柵極偏壓Vg180之間的電壓差而進入底介至結(jié)構(gòu)140、接著進入電荷陷獲結(jié)構(gòu)130。由于體偏壓Vb190的電平大于柵極偏壓180的電平，使得空穴從溝道經(jīng)過底氧化層140而進入電荷陷獲層130。
柵極偏壓Vg180的充電時間脈沖寬度，大于體偏壓190的充電時間脈沖寬度，因此在柵極偏壓Vg180與體偏壓Vb190重迭的充電時間10μs之后，有一段收集時間。在本例中收集時間約為1毫秒，即空穴從溝道經(jīng)過底介電結(jié)構(gòu)140而進入電荷陷獲結(jié)構(gòu)130所需要的時間。
請參見圖3，其為簡化的流程圖，示出用以執(zhí)行襯底瞬變熱空穴重置的流程300。在步驟310中，提供新的氮化物存儲元件如電荷陷獲存儲器100，以進行編程與擦除。在步驟320中，此新的電荷陷獲存儲器100利用襯底瞬變熱空穴技術(shù)而重置，而臨界電壓調(diào)整至等于區(qū)塊重置臨界電壓(Vt＝RV)。此流程300以溝道熱電子(CHE)而編程此電荷陷獲存儲器100，其中此臨界電壓值大于編程確認電平(Vt＞PV)。在步驟340中，此流程300利用帶至帶隧穿熱空穴而擦除此電荷陷獲存儲器100，其中臨界電壓值低于擦除確認電平(Vt＜Ev)。在步驟350中，此流程檢測此氮化物存儲元件100是否位于符合上述用以執(zhí)行襯底瞬變熱空穴重置的狀態(tài)。若此電荷陷獲存儲器100并未符合襯底瞬變熱空穴重置的條件，此流程300則回到步驟330以繼續(xù)在步驟330進行編程、并在步驟340擦除此電荷陷獲存儲器100。然而若此氮化物存儲元件100符合襯底瞬變熱空穴重置的條件，即在電荷陷獲存儲器100中檢測到了難以擦除狀態(tài)時，則此流程300將利用襯底瞬變熱空穴重置技術(shù)而重置此電荷陷獲存儲器100，其中此臨界電壓值設(shè)定至等于區(qū)塊重置臨界電壓(Vt＝RV)。
在替代實施例的步驟350中，此電荷陷獲存儲器100可在預(yù)定數(shù)目的循環(huán)后(例如500或1000次編程/擦除循環(huán))，周期性地進行步驟360重置。在又一實施例中，當(dāng)擦除電壓狀態(tài)高于預(yù)定擦除電壓值或重置電壓某一數(shù)值以上(例如200mV)時，那么接著步驟360以襯底瞬變熱空穴重置技術(shù)而重置此氮化物存儲元件100。在另一實施例中，此襯底熱空穴重置方法可應(yīng)用于標準編程與擦除循環(huán)中的擦除技術(shù)。
圖4為一示意圖，其示出不同臨界電壓收斂至特定電壓。圖400中的Y軸為電壓電平，而X軸則代表擦除循環(huán)的次數(shù)。在圖400中，使用了三個示例臨界電壓Vt1 430，Vt2 420，與Vt3 410，其中每一臨界電壓的起始值位于不同電壓電平。第一臨界電壓Vt1 430起始于約3.5伏特，第二臨界電壓Vt2 420起始于約4.0伏特，第三臨界電壓Vt3 410則起始于約4.6伏特。最終，這三個臨界電壓Vt1 410，Vt2 420，與Vt3 430收斂至大約等于2.2伏特的同一電壓電平。此不同臨界電壓的自我收斂效應(yīng)，意味著電荷陷獲存儲器100在特定的襯底瞬變熱空穴偏壓之下，將重置至相同的電壓電平。
圖5為一示意圖，其示出用以進行襯底瞬變熱空穴重置所需要的時間集合。圖500中的Y軸代表電壓電平，而X軸則代表擦除次數(shù)。在圖500中示出了數(shù)個不同的時間集合的持續(xù)時間，其中曲線510顯示了時間集合等于0的效應(yīng)、即臨界電壓電平的變化相當(dāng)小，而曲線520的時間集合為100ms、使得其臨界電壓電平產(chǎn)生了大幅的間隔。如上所述的時間集合，代表了空穴從溝道經(jīng)過底介質(zhì)結(jié)構(gòu)140而進入電荷陷獲層310中所需要的時間。
圖6A為在先技術(shù)示意圖600，其示出樣本曲線特征，其中第一曲線610代表編程電壓(PV)的狀態(tài)，而第二曲線620則代表擦除電壓(EV)的狀態(tài)。在同一示意圖600中，第一曲線610代表起始編程電壓約為3.8伏特的編程電壓狀態(tài)，而第二曲線620則代表起始擦除電壓約為1.8伏特的擦除電壓狀態(tài)。位于第一曲線610的起始電壓與第二曲線620的起始電壓之間的循環(huán)區(qū)間615，約為3.0伏特。隨著編程與擦除循環(huán)次數(shù)的增加，在第一曲線610與第二曲線620之間的循環(huán)區(qū)間，則為一時間的函數(shù)并逐漸縮小。第二曲線620中擦除電壓狀態(tài)的增加，引起在電荷陷獲存儲器100中的接面區(qū)域中央所聚集的電子。舉例而言，在100次編程與擦除循環(huán)之后，第一曲線610的編程電壓約為4.7伏特，而第二曲線620的擦除電壓約為3.3伏特，使得循環(huán)區(qū)間625僅約為1.5伏特。為了使電荷陷獲存儲器正常運作，則需要在編程電壓狀態(tài)與擦除電壓狀態(tài)之中具有充分的間隔，例如1.8伏特。
在圖6B的進一步說明中，示意圖650說明了示例的曲線特征，其中第一曲線660代表編程電壓狀態(tài)，而第二曲線670則代表以襯底瞬變熱空穴重置的擦除電壓。此襯底瞬變熱空穴重置解決了難以擦除狀態(tài)，因此在編程電壓狀態(tài)660與擦除電壓狀態(tài)670之間的循環(huán)區(qū)間，仍維持有一定間隔而足以使電荷陷獲存儲器100正常運作。在示例示意圖650中，第一曲線660代表著起始編程電壓約為3.8伏特的編程電壓狀態(tài)，而第二曲線670則代表著起始擦除電壓約為1.8伏特的擦除電壓狀態(tài)。在第一曲線660的起始電壓與第二曲線670的起始電壓之間的循環(huán)區(qū)間665約為3.0伏特。即使是在數(shù)百個編程與擦除循環(huán)之后，代表擦除電壓狀態(tài)的第二曲線670仍維持大致上未改變的水平。舉例而言，在1000次編程與擦除循環(huán)之后第一曲線660的編程電壓約為3.8伏特，而第二曲線670的擦除電壓約為1.8伏特，使得循環(huán)區(qū)間675約為1.8伏特。
本發(fā)明已參照較佳實施例來加以描述，例如在本發(fā)明中所使用的方法可是用于任何形式的氮化物陷獲存儲器，包括N溝道與P溝道SONOS型的器件與浮動?xùn)艠O存儲器。此外，雖然上述說明中以帶至帶隧穿熱空穴而擦除溝道熱電子編程，此襯底瞬變熱空穴重置方法也可應(yīng)用于其它編程技術(shù)，包括源極側(cè)注入(SSI)、脈沖激發(fā)襯底熱電子注入(PASHEI)或溝道起始次級電子(CHISEL)，而且同時在氮化物陷獲存儲器的雙位操作中，使用帶至帶熱空穴隧穿熱空穴擦除操作。應(yīng)該了解的是，本發(fā)明創(chuàng)作并不受限于其詳細描述內(nèi)容。替換方式及修改方式已在先前描述中所建議，并且其它替換方式及修改方式是本領(lǐng)域的技術(shù)人員可想到的。特別是，根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)與方法，所有具有實質(zhì)上相同于本發(fā)明的構(gòu)件結(jié)合而達成與本發(fā)明實質(zhì)上相同結(jié)果的，皆不脫離本發(fā)明的精神范疇。因此，所有這些替換方式及修改方式意欲落在本發(fā)明所附的權(quán)利要求書及其等同物所界定的范疇之中。
權(quán)利要求
1.一種用以解決在電荷陷獲存儲器中的難以擦除狀態(tài)的方法，該電荷陷獲存儲器有柵極電壓以及體電壓，該方法包括響應(yīng)在電荷陷獲存儲器中經(jīng)過多次編程以及擦除循環(huán)之后的狀態(tài)，以進行襯底瞬變熱空穴重置；以及進行該襯底瞬變熱空穴重置，其通過將該電荷陷獲存儲器的臨界電壓調(diào)整至等于重置電壓而完成，且該襯底的瞬變熱空穴重置包括施加具有一脈沖寬度的柵極電壓；以及施加具有一脈沖寬度的體電壓，其中該體電壓的脈沖寬度短于該柵極電壓的脈沖寬度；以及其中該柵極電壓與該體電壓二者的脈沖寬度的差異，足以將空穴從溝道區(qū)域移動至該電荷陷獲存儲器。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該重置電壓包括區(qū)塊重置電壓。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該柵極電壓的長偏壓脈沖寬度為1毫秒，且該體電壓的短偏壓脈沖寬度為10微秒。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該襯底瞬變熱空穴重置狀態(tài)包括難以擦除狀態(tài)。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該襯底熱瞬變空穴重置電壓發(fā)生于歷經(jīng)預(yù)定次數(shù)的編程與擦除循環(huán)之后。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該襯底瞬變熱空穴重置狀態(tài)發(fā)生于當(dāng)擦除電壓狀態(tài)的電壓比預(yù)定擦除電壓狀態(tài)高出特定值時。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括在決定步驟之前擦除該電荷陷獲存儲器，其中該臨界電壓低于擦除確認電平。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，還包括在該擦除步驟之前，利用溝道熱電子而對該電荷陷獲存儲器進行編程，其中該臨界電壓大于編程確認電平。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在該進行該襯底的瞬變熱空穴重置之后，返回至編程該電荷陷獲存儲器的編程以及擦除循環(huán)。
10.如權(quán)利要求7所述的方法，其中該電荷陷獲存儲器的擦除步驟，包括襯底瞬變熱空穴擦除技術(shù)。
11.如權(quán)利要求7所述的方法，其中該電荷陷獲存儲器的擦除步驟，包括帶至帶隧穿熱空穴擦除技術(shù)。
12.如權(quán)利要求8所述的方法，其中該編程步驟包括溝道熱電子編程技術(shù)。
13.如權(quán)利要求8所述的方法，其中該編程步驟包括源極端注入編程技術(shù)。
14.如權(quán)利要求8所述的方法，其中該編程步驟包括脈沖激發(fā)襯底熱電子注入編程技術(shù)。
15.如權(quán)利要求8所述的方法，其中該編程步驟包括溝道啟動的次級電子編程技術(shù)。
16.一種集成電路器件，包括多個位于襯底上的存儲單元，這些存儲單元的每一個具有臨界電壓并包括電荷陷獲結(jié)構(gòu)、柵極、以及在襯底中的源極與漏極區(qū)域，該電荷陷獲結(jié)構(gòu)包括頂介質(zhì)層、電荷陷獲材料、以及底質(zhì)電層、位于該電荷陷獲結(jié)構(gòu)上的多晶硅柵極；連接至該電荷陷獲結(jié)構(gòu)的柵極電壓；以及連接至該襯底之體電壓；其中在襯底瞬變熱空穴重置中，以具有第一脈沖寬度的電壓而施加該柵極電壓，并以具有第二脈沖寬度的電壓而施加該體電壓，其中該體電壓的該第二脈沖寬度短于該柵極電壓的該第一脈沖寬度，且其中該第一脈沖寬度與第二脈沖寬度間的差異足以將空穴從溝道區(qū)域移動至該電荷陷獲層。
17.如權(quán)利要求16所述的集成電路器件，其中該電荷陷獲材料包括足以做為電荷儲存層的高介電材料。
18.如權(quán)利要求16所述的集成電路器件，其中該電荷陷獲材料包括氧化鋁、氧化鉿、或氧化鈰。
19.一種用以解決在電荷陷獲存儲器中的難以擦除狀態(tài)的方法，該電荷陷獲存儲器系包括柵極電壓以及體電壓，該方法包括響應(yīng)在電荷陷獲存儲器中經(jīng)過多次編程以及擦除循環(huán)之后的狀態(tài)，以進行襯底瞬變熱空穴重置；以及進行該襯底之瞬變熱空穴重置，其通過將該電荷陷獲存儲器的臨界電壓調(diào)整至相等于重置電壓而完成。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其中該襯底瞬變熱空穴重置包括施加具有一脈沖寬度的柵極電壓；以及施加具有一脈沖寬度的體電壓，該體電壓的脈沖寬度短于該柵極電壓的脈沖寬度；其中該柵極電壓與該體電壓二者的脈沖寬度的差異，足以將空穴從溝道區(qū)域移動至電荷陷獲層。
21.一種用以在電荷陷獲存儲器中處理數(shù)據(jù)的方法，包括通過施加第一電信號至該電荷陷獲存儲器以致使電子移動而編程位于該電荷陷獲存儲器中的數(shù)據(jù)而編程該電荷陷獲存儲器；以及以襯底瞬變空穴重置而擦除該電荷陷獲存儲器中的數(shù)據(jù)，該襯底瞬變空穴重置通過施加第二電信號至該電荷陷獲存儲器、以致使襯底瞬變熱空穴移動而擦除該電荷陷獲存儲器中的數(shù)據(jù)而完成。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用來操作氮化物陷獲存儲單元以解決難以擦除狀態(tài)的方法，其通過使用重置技術(shù)而消除或減少在結(jié)區(qū)域中央的電子數(shù)目。當(dāng)進行如500或100次一連串編程與擦除循環(huán)之后而檢測到難以擦除狀態(tài)時，使用襯底瞬變熱空穴(STHH)重置操作。此襯底瞬變熱空穴重置注入的空穴遠離帶至帶隧穿熱空穴(BTBTHH)注入的結(jié)面，使得STHH重置在循環(huán)耐久度方面可以維持于理想的循環(huán)范圍，以消除或減少在后續(xù)編程與擦除循環(huán)中難以擦除的狀態(tài)。
文檔編號H01L29/792GK1979875SQ20061016420
公開日2007年6月13日 申請日期2006年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月6日
發(fā)明者徐子軒, 施彥豪 申請人:旺宏電子股份有限公司