[發明專利]半導體裝置與快閃電子式可擦除可編程只讀存儲器

有效

• 申請號: 200710143732.6
• 申請日: 2007-08-02
• 公開（公告）號: CN101266998A
• 公開（公告）日: 2008-09-17
• 發明（設計）人: 李自強
• 申請（專利權）人: 臺灣積體電路制造股份有限公司
• 主分類號: H01L29/423
• 分類號: H01L29/423;H01L29/792;H01L27/115
• 代理公司: 隆天國際知識產權代理有限公司
• 代理人: 陳晨

技術領域

本發明涉及半導體技術，特別涉及一種存儲器。

背景技術

目前非易失性存儲裝置已廣泛用于需要在電源關閉時依然保留信息的電子構件中。非易失性存儲裝置包含只讀存儲器(read?only?memory；ROM)、可編程只讀存儲器(programmable?read?only?memory；PROM)、可擦除可編程只讀存儲器(erasable?programmable?read?only?memory；EPROM)、與電子式可擦除可編程只讀存儲器(electrically?erasable?programmable?read?only?memory；EEPROM)。電子式可擦除可編程只讀存儲器與其它非易失性存儲裝置的不同之處在于，其可電子式地進行編程寫入與擦除。快閃電子式可擦除可編程只讀存儲器則與電子式可擦除可編程只讀存儲器相似，可電子式地進行編程寫入與擦除。然而，快閃電子式可擦除可編程只讀存儲器使用單一電流脈沖，就可以對裝置內的所有存儲單元進行擦除。

通常，電子式可擦除可編程只讀存儲器包含浮置柵極，而電荷則存儲于其上。在快閃電子式可擦除可編程只讀存儲器中，經由晶體管的溝道區上的介電層，而將電子傳遞至浮動柵極。電子的傳輸是由熱電子注入(hot?electroninjection)或FN隧穿(Fowler-Nordheim?tunneling)所起始。用于制造上述浮置柵極的一種重要的介電材料為氧化物-氮化物-氧化物(oxide-nitride-oxide；ONO)結構。在程序寫入的過程中，電荷是由基底傳送至氧化物-氮化物-氧化物結構中的氮化硅層中，并被捕獲于其中。另外非易失性存儲器的設計者利用儲存在氮化硅層中的電子的局部化的特性，已設計出利用氧化物-氮化物-氧化物結構中的兩個區域來儲存電荷，此種形式的非易失性存儲器稱為雙位電子式可擦除可編程只讀存儲器。在相同大小的存儲陣列中，雙位電子式可擦除可編程只讀存儲器所能儲存的信息，是傳統電子式可擦除可編程只讀存儲器的兩倍。在每個存儲單元的左邊區域與右邊區域的附近，左位與右位是存儲在氮化硅層中結構上互異的區域。

請參考圖1，顯示相關技術，其引進電子式可擦除可編程只讀存儲器裝置10、也就是硅-氧化物-氮化物-氧化物-硅(silicon-oxide-nitride-oxide-silicon；SONOS)裝置的操作方法，其在基底12上具有作為電絕緣體的非導電性的電荷捕獲介電質，例如為兩個氧化硅層18與22、及夾在其間的氮化硅層20。在氮化硅層20的局部性電荷捕獲能力方面，電子式可擦除可編程只讀存儲器10具有存儲兩位的信息的能力，例如每個存儲單元兩位信息的能力。在每個存儲單元(電子式可擦除可編程只讀存儲器)10的左邊區域與右邊區域的附近，左位與右位是儲存在氮化硅層20中結構上互異的區域。

例如為了在右位作編程寫入，編程寫入的電壓作用在柵極24與漏極16，且熱電子注入虛線圓形23所定義的漏極附近的區域中的電荷捕獲層(氮化硅層)20，并為其所捕獲。與其對應的是在被捕獲電荷下方的那一部分的溝道區，其臨界電壓(threshold?voltage)會隨著電荷捕獲層(氮化硅層)20中注入愈來愈多的熱電子而增加。相同地，通過編程寫入的電壓作用在柵極24與源極14，而在左位作編程寫入，熱電子注入虛線圓形21所定義的區域中的電荷捕獲層(氮化硅層)20，并為其所捕獲。在被捕獲電荷下方的那一部分的溝道區，其臨界電壓會隨著電荷捕獲層(氮化硅層)20中注入愈來愈多的熱電子而增加。

以上述右位為例，擦除的技術同時施加負電位于柵極24與正電位于漏極16，而使來自漏極16的空穴經由底部的氧化硅層18流入電荷捕獲層(氮化硅層)20中，而與電荷捕獲層(氮化硅層)20中的被捕獲電荷結合。在左位的擦除方面，除了正電位是施加在源極14而非漏極16之外，與右位擦除使用的方式相同。以上述右位為例，另一公知的擦除的技術同時施加正電位于柵極24與零電位例如接地于漏極16，而使來自柵極24的空穴經由上氧化硅層22流入電荷捕獲層(氮化硅層)20中，而與電荷捕獲層(氮化硅層)20中的被捕獲電荷結合。在左位的擦除方面，使用相同的方式，在源極14施加零電位。

隨著集成電路的集成度(integrity)的增加，半導體裝置的尺寸例如圖1所示的柵極24的寬度逐漸縮減，而使上述右位與左位愈來愈近。最后，上述右位與左位有可能“統一”成一個單一的位，而使該存儲裝置不再是雙位電子式可擦除可編程只讀存儲器。