[發(fā)明專利]操作具有氧化/氮化多層絕緣結(jié)構(gòu)非易失存儲(chǔ)單元的方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200810001908.9
• 申請(qǐng)日: 2008-01-03
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101221956A
• 公開(kāi)（公告）日: 2008-07-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 賴二琨;施彥豪;徐子軒;李士勤;謝榮裕;謝光宇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 旺宏電子股份有限公司
• 主分類號(hào): H01L27/115
• 分類號(hào): H01L27/115;H01L29/792;H01L29/51;G11C16/14
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 周國(guó)城

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明公開(kāi)了一種操作存儲(chǔ)單元的方法，特別是針對(duì)施加一電壓于柵極，造成從柵極至電荷儲(chǔ)存層的空穴發(fā)生隧穿，以擦除、編程或讀取一存儲(chǔ)單元的方法。

背景技術(shù)

非易失性存儲(chǔ)器(NVM)是指半導(dǎo)體存儲(chǔ)器可持續(xù)地儲(chǔ)存信息，即使是在包含NVM單元的裝置的電源供應(yīng)被移除時(shí)仍可持續(xù)地儲(chǔ)存信息。NVM包含掩膜只讀存儲(chǔ)器(Mask?ROM)、可編程只讀存儲(chǔ)器(PROM)、可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器(EPROM)、電可擦寫(xiě)可編程只讀存儲(chǔ)器(EEPROM)、和閃存。而非易失性存儲(chǔ)器被大量地應(yīng)用在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中，以及成為一種用以防止編程數(shù)據(jù)遺失的存儲(chǔ)器類型。一般來(lái)說(shuō)，非易失性存儲(chǔ)器可依照此裝置的最終使用需求來(lái)被編程、讀取、及/或擦除，以及可以長(zhǎng)時(shí)間地儲(chǔ)存編程數(shù)據(jù)。

非易失性存儲(chǔ)裝置可使用多種不同的設(shè)計(jì)，包含具有電荷儲(chǔ)存層的『浮動(dòng)?xùn)艠O型』，以及具有電荷捕捉層而將電荷以局部方式儲(chǔ)存。局部電荷儲(chǔ)存(或捕捉)是指可利用電荷捕捉層將電荷儲(chǔ)存的能力，而且不會(huì)在儲(chǔ)存層中造成大量的電荷水平移動(dòng)。習(xí)知的『浮動(dòng)?xùn)艠O』存儲(chǔ)單元包含一電荷儲(chǔ)存層，而該電荷儲(chǔ)存層為一導(dǎo)體且被儲(chǔ)存的電荷水平地分散于整層中(例如：分散在整個(gè)浮動(dòng)?xùn)艠O中)。

隨著過(guò)去近二十年來(lái)信息科技市場(chǎng)的大幅成長(zhǎng)，便攜式計(jì)算機(jī)與電子通訊產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為半導(dǎo)體超大規(guī)模集成電路與極大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)的主要驅(qū)動(dòng)力。因此，低消耗功率、高密度、以及可再編程非易失性存儲(chǔ)器有非常大的市場(chǎng)需求。這些類型的可編程與可擦寫(xiě)存儲(chǔ)器已經(jīng)成為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的重要裝置。

對(duì)于存儲(chǔ)容量的大幅需求，轉(zhuǎn)變成對(duì)于集成度和存儲(chǔ)器密度的高度需求。在每一單元中可以儲(chǔ)存二個(gè)位信息的雙位單元在此領(lǐng)域中雖已為習(xí)知技藝，但并未被廣泛使用。某些雙位單元具有多重閾值電壓級(jí)，其中每二個(gè)閾值電壓級(jí)之間儲(chǔ)存了一個(gè)不同的位。這些類型的雙位單元牽涉的操作復(fù)雜度，阻礙了其廣泛應(yīng)用。其它雙位單元使用電荷捕捉層且具有二個(gè)分離的儲(chǔ)存位置，并在同單元的二側(cè)之一儲(chǔ)存一位信息。此種雙位單元的其中一種為氮化物電荷捕捉非易失存儲(chǔ)器(NROM)。

一般來(lái)說(shuō)，氮化物電荷捕捉非易失存儲(chǔ)器單元在半導(dǎo)體層與電荷捕捉氮化物層之間使用一較厚的溝道氧化物層，來(lái)避免在數(shù)據(jù)保存狀態(tài)時(shí)的電荷流失。然而，較厚的溝道氧化物層可能會(huì)影響溝道擦除速度。因此，帶對(duì)帶隧穿熱空穴(BTBTHH)擦除法經(jīng)常被用來(lái)從溝道注射空穴陷阱來(lái)抵銷儲(chǔ)存的電子。然而，BTBTHH擦除方法可能會(huì)引起可靠度問(wèn)題。舉例來(lái)說(shuō)，NVM裝置使用BTBTHH擦除方法的性能特征系數(shù)，在多次編程/擦除(P/E)循環(huán)之后可能會(huì)快速劣化，因?yàn)榘雽?dǎo)體層/氧化物接口可能因?yàn)锽TBTHH方法而產(chǎn)生損壞。本發(fā)明中，『半導(dǎo)體層』是指源極/漏極區(qū)域靠近于此層表面的層結(jié)構(gòu)，而『半導(dǎo)體襯底』或『襯底』是指鄰近于半導(dǎo)體層的支撐或絕緣結(jié)構(gòu)，但并不包含源極/漏極區(qū)域。并非所有的半導(dǎo)體裝置都具有半導(dǎo)體襯底，以及在不具有半導(dǎo)體襯底的例子中，半導(dǎo)體層則通常也被認(rèn)為是襯底。

在其它電荷捕捉NVM單元設(shè)計(jì)的實(shí)施例中，SONOS裝置(硅-氧化物-氮化物-氧化物-硅)，而其可包含在半導(dǎo)體層和電荷捕捉層間的一層薄的隧穿氧化物層，以允許空穴直接隧穿擦除操作。雖然此種設(shè)計(jì)可達(dá)到好的擦除速度，但數(shù)據(jù)保存性能則通常不佳，其部分是因?yàn)橹苯铀泶┘纯梢栽诘碗妶?chǎng)強(qiáng)度下發(fā)生，而低電場(chǎng)強(qiáng)度則可在存儲(chǔ)裝置的保存狀態(tài)時(shí)就已經(jīng)存在。

因此，在現(xiàn)有技術(shù)領(lǐng)域中需要具有改良的數(shù)據(jù)保存性能、強(qiáng)化操作速度上可多次重復(fù)地進(jìn)行編程與擦除的非易失性存儲(chǔ)單元設(shè)計(jì)與陣列，以及不會(huì)受到從半導(dǎo)體層發(fā)生的熱空穴隧穿所引起的半導(dǎo)體層/氧化物界面損害。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種關(guān)于非易失存儲(chǔ)單元與包含此等存儲(chǔ)單元裝置的操作方法，更具體地為一非易失存儲(chǔ)單元設(shè)計(jì)的操作，而其包含一絕緣氧化物/氮化物多層結(jié)構(gòu)位于一電荷儲(chǔ)存層和一柵極之間，而其可加速正電壓擦除操作和允許柵極注射空穴擦除。依據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施例中，正電壓擦除操作可以降低當(dāng)使用存儲(chǔ)單元擦除方法，由半導(dǎo)體層帶對(duì)帶熱空穴注射而引起的半導(dǎo)體層/氧化層界面損害。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)之一便在于允許正電壓編程和擦除操作，例如以熱電子效應(yīng)來(lái)編程和以空穴注射來(lái)擦除。而此特征并不需要外圍電路對(duì)于編程/擦除用途的負(fù)電壓操作。