專利名稱：應(yīng)用于雙邊偏壓非易失性存儲器的方法與裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及非易失性存儲器技術(shù)領(lǐng)域，更確切地說，涉及在非易失性存儲器上增加電子的操作，尤其涉及應(yīng)用于雙邊偏壓非易失性存儲器的方法與裝置。
背景技術(shù)：
福勒-諾德漢(R)Wler-Nordheim)隧穿是一眾所周知的電荷傳輸機制，將電子自一非易失性存儲器單元的源極與漏極移動至一電荷捕捉結(jié)構(gòu)。然而，由于福勒-諾德漢隧穿需要相對較強的電場，也就是說福勒-諾德漢隧穿需要在該柵極、該源極、漏極與襯底本體間存在有相當(dāng)大的電位差。因此有需要在無需采用如此強的電場與高電壓的情況下，可以將電子自一非易失性存儲器單元的源極與漏極移動至電荷捕捉結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的一目的在于提供一種用來操作非易失性存儲單元的方法，該非易失性存儲單元具有用以儲存電荷的一電荷捕捉結(jié)構(gòu)，以及包括一柵極區(qū)域、源極區(qū)域與漏極區(qū)域，以及一本體區(qū)域的電壓終端。該方法所包括的步驟將描述于下。為響應(yīng)增加電子至該電荷捕捉結(jié)構(gòu)的一指令，故執(zhí)行施加一第一固定偏壓安排至該電壓終端的步驟，以致該第一固定偏壓安排包括相對該本體區(qū)域而正偏壓該源極區(qū)域與漏極區(qū)域，且該第一固定偏壓安排包括相對于該源極區(qū)域與漏極區(qū)域而正偏壓該柵極區(qū)域。在部分實施例中，相對于該本體區(qū)域而正偏壓該源極區(qū)域與漏極區(qū)域，導(dǎo)致空穴自該源極區(qū)域與漏極區(qū)域流動至該本體區(qū)域。該第一固定偏壓安排通過不超過約6V相對于該本體區(qū)域而正偏壓該源極區(qū)域與漏極區(qū)域。在一些實施例中，相對于該源極區(qū)域與該漏極區(qū)域而正偏壓該柵極區(qū)域，將導(dǎo)致電子自該本體區(qū)域流動至該電荷捕捉結(jié)構(gòu)。在部分實施例中，這些電子是產(chǎn)生于該本體區(qū)域中，該第一固定偏壓安排通過不超過約IlV相對于該源極區(qū)域與漏極區(qū)域而正偏壓該柵極區(qū)域。在一些實施例中，該偏壓安排包括以一相同電壓而偏壓該源極區(qū)域與漏極區(qū)域， 并且將該本體區(qū)域接地。有些實施例模擬福勒-諾德漢操作，且該第一固定偏壓安排具有相對于福勒-諾德漢操作來說至少一較低強度電壓。在有些實施例中，為響應(yīng)增加空穴至該電荷捕捉結(jié)構(gòu)的一指令，一第二偏壓安排被提供至該電壓終端，以致該第二偏壓安排包括相對于該本體區(qū)域而正偏壓該源極區(qū)域與漏極區(qū)域，且該第二偏壓安排包括相對于該源極區(qū)域、漏極區(qū)域與本體區(qū)域而負(fù)偏壓該柵極區(qū)域。本發(fā)明的另一目的在于提供具有一非易失性存儲器的集成電路，以及執(zhí)行如上所述的偏壓步驟的控制電路。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)的一非易失性存儲器單元的簡化示意圖，顯示該非易失性存儲器單元經(jīng)由福勒-諾德漢隧穿增加電子至非易失性存儲器單元的電荷捕捉結(jié)構(gòu)，且其相關(guān)于 1)該柵極區(qū)域和該源極區(qū)域與漏極區(qū)域之間，以及幻在該柵極區(qū)域與該襯底本體區(qū)域之間的高電位差。圖2為雙邊偏壓(DSB)程序化的非易失性存儲器單元的簡化示意圖，顯示經(jīng)由產(chǎn)生該些電子的該熱空穴撞擊離子化而增加電子至該非易失性存儲器單元的電荷捕捉結(jié)構(gòu)， 且其相關(guān)于1)該柵極區(qū)域和該源極區(qū)域與漏極區(qū)域之間，以及2、在該柵極區(qū)域與該襯底本體區(qū)域之間的高電位差。同樣地，毋須施加任何襯底偏壓，故簡化了存儲器設(shè)計。圖3為雙邊偏壓(DSB)擦除的非易失性存儲器單元的簡化示意圖，其經(jīng)由同步雙邊能隙至能隙的熱空穴而增加空穴至該非揮性存儲器單元的該電荷捕捉結(jié)構(gòu)。圖4A至圖4C為程序化與擦除一非易失性存儲器單元的一例示流動的示意圖，其包括了在圖4A中增加電子至非易失性存儲器單元的電荷捕捉結(jié)構(gòu)的源極側(cè)與漏極側(cè)兩者，緊接著在圖4B中通過選擇性地增加空穴至該電荷捕捉結(jié)構(gòu)的源極側(cè)，并接著在圖4C通過選擇性地增加空穴至該電荷捕捉結(jié)構(gòu)的漏極側(cè)。圖5為閾值電壓相對于雙邊偏壓程序化的非易失性存儲器單元的電荷捕捉結(jié)構(gòu)的右部份與左部份的程序化時間的關(guān)系圖，其是在該漏極電壓與源極電壓的三種不同偏壓情形下。圖6為閾值電壓相對于非易失性存儲器單元的電荷捕捉結(jié)構(gòu)的右部份與左部份的擦除時間的雙邊偏壓擦除關(guān)系圖，其是在該漏極電壓與源極電壓的三種不同偏壓情形下。圖7為閾值電壓相對于雙邊偏壓操作的非易失性存儲器單元的電荷捕捉結(jié)構(gòu)的右部份與左部份的擦除或程序化設(shè)定的關(guān)系圖。圖8為根據(jù)本發(fā)明的一實施例的一集成電路的簡化示意圖，該集成電路通過產(chǎn)生這些電子的熱空穴撞擊離子化而增加電子至該非易失性存儲器單元的該電荷捕捉結(jié)構(gòu)。主要組件符號說明
101堆棧
102柵極
104源極區(qū)域
106漏極區(qū)域
108本體區(qū)域
111、115、117、119、121、125、127 箭頭
123撞擊離子化
800存儲陣列
801列譯碼器
803行譯碼器
802、804、805、807 總線
806區(qū)塊
808供應(yīng)電壓
809偏壓安排狀態(tài)機器
811數(shù)據(jù)輸入線
815數(shù)據(jù)輸出線
850集成電路
Vb本體電壓
Vd漏極電壓
Vs源極電壓
Vt閾值電壓
具體實施例方式圖1為現(xiàn)有技術(shù)的一非易失性存儲器單元的簡化示意圖，顯示該非易失性存儲器單元經(jīng)由福勒-諾德漢隧穿增加電子至非易失性存儲器單元的電荷捕捉結(jié)構(gòu)，以及其相關(guān)于1)該柵極區(qū)域和該源極區(qū)域與漏極區(qū)域之間，以及2~)在該柵極區(qū)域與該襯底本體區(qū)域之間的高電位差。圖1的該電荷捕捉存儲單元具有一 P摻雜的襯底本體區(qū)域108與N摻雜的源極區(qū)域104與漏極區(qū)域106，該存儲單元的剩余部分包括一堆棧101，其包括位于該襯底本體區(qū)域108上的一底介電結(jié)構(gòu)(底氧化物)、位于該底介電結(jié)構(gòu)上的一電荷捕捉結(jié)構(gòu)，以及在該電荷捕捉結(jié)構(gòu)上的一頂介電結(jié)構(gòu)(頂氧化物)。一柵極102位于該堆棧101上。代表性的頂介電質(zhì)包括具有約5 10納米厚度的二氧化硅與氮氧化硅，或例如氧化鋁(Al2O3)其它相似的高介電常數(shù)材料。代表性的底介電質(zhì)包括具有約3 10納米厚度的二氧化硅與氮氧化硅，或其它相似的高介電常數(shù)材料。代表性的電荷捕捉結(jié)構(gòu)包括具有約3 9納米厚度的氮化硅，或其它相似的高介電常數(shù)材料，包括例如為氧化鋁、氧化鉿(HfO2)或其它氧化物的金屬氧化物。該電荷捕捉結(jié)構(gòu)為電荷捕捉材料的非連續(xù)囊狀物或顆粒，或是如圖1所示的連續(xù)層。用于硅氧氮氧硅(SONOS)單元的存儲單元，例如具有從2納米到10納米的厚度范圍的一底氧化物，具有2納米到10納米厚度范圍的一電荷捕捉層，以及具有2納米到15納米厚度范圍的一頂氧化層。在某些實施例中，該柵極包括具有大于該N型硅的本質(zhì)功函數(shù)的一功函數(shù)的一材料，其中該功函數(shù)也可大于約4. leV，且較佳地可能大于約4. 25eV，而在某些例示中甚至大于約kV。代表性的柵極材料包括P型多晶硅、氮化鈦(TiN)、鉬(Pt)以及其它高功函數(shù)金屬與材料。其它具有相對高功函數(shù)而適宜用于本發(fā)明的實施例的材料包括但不限定于由例如釕(Ru)、銥(Ir)、鎳(Ni)與Co(鈷)所組成的金屬，以及包括但不限定于釕-鈦合金與鎳-鈦合金、金屬氮化物與包括但不限定于氧化釕(RuO2)金屬氧化物。相較于習(xí)知的N型多晶硅柵極而言，高功函數(shù)柵極材料造成電子隧穿的較高入射勢壘，以二氧化硅當(dāng)作頂介電質(zhì)的現(xiàn)有N型多晶硅柵極的入射勢壘為約3. KeV，故，本發(fā)明實施例中用以作為該柵極與該頂介電質(zhì)的材料皆具有高于約3. 15eV的入射勢壘，或是例如高于約3. ^V，且較佳地為高于約4eV。與具有配置二氧化硅頂介電質(zhì)的N型多晶硅柵極的單元相比較，對具有二氧化硅頂介電質(zhì)的P型多晶硅柵極來說，該入射勢壘為約4. 25eV，且將導(dǎo)致這種結(jié)構(gòu)的單元的臨界值下降至約2伏特。在以往的存儲單元中，一浮動?xùn)艠O的材料為一相同電位或近似相同電位的結(jié)構(gòu)， 例如高摻雜的多晶硅，故，被增加到該浮動?xùn)艠O的電荷將傾向于平均地散布于整個浮動?xùn)艠O之間。假使為了提高某一部份的該浮動?xùn)艠O電荷密度之故，而增加了電荷至該浮動?xùn)艠O， 其后由于該浮動?xùn)艠O的等電位特性，通常必須增加足夠電荷至該浮動?xùn)艠O內(nèi)直到整個浮動?xùn)艠O的電荷密度被提高了為止。相較于一浮動?xùn)艠O，推測出一電荷捕捉結(jié)構(gòu)可以被估計為能并非一等電位或近似一等電位結(jié)構(gòu)，當(dāng)增加電荷至該電荷捕捉結(jié)構(gòu)時，該增加的電荷仍局部地存在于一部分的電荷捕捉結(jié)構(gòu)中，而非自動地平均散布于該電荷捕捉結(jié)構(gòu)。因此，當(dāng)為了提高部份電荷捕捉結(jié)構(gòu)的電荷密度，而增加該電荷至該電荷捕捉結(jié)構(gòu)時，也會提高某一部份電荷捕捉結(jié)構(gòu)的電荷密度，而同時該電荷捕捉結(jié)構(gòu)的剩余部份的電荷密度仍相對地保持不變。對該電荷捕捉結(jié)構(gòu)來說，所增加的電荷數(shù)量需求相較于一浮動?xùn)艠O的增加的電荷數(shù)量大幅地減少。圖1的存儲單元的偏壓安排為12V的柵極電壓Vg、-6V的源極電壓Ns、-6V的漏極電壓Vd,以及-6V的襯底本體電壓Vb，在該柵極區(qū)域、及該源極區(qū)域、漏極區(qū)域，以及襯底本體區(qū)域之間存在有相當(dāng)大的電位差的情形下，發(fā)生了如同箭頭111所示的電子的該福勒-諾德漢隧穿，使得電子從源極區(qū)域104與漏極區(qū)域106移動至該電荷捕捉結(jié)構(gòu)。圖2為一非易失性存儲器單元的簡化示意圖，顯示經(jīng)由該熱空穴撞擊離子化所產(chǎn)生該些電子，而增加電子至該非易失性存儲器單元的電荷捕捉結(jié)構(gòu)內(nèi)，且其相關(guān)于1)該柵極區(qū)域和該源極區(qū)域與漏極區(qū)域之間，以及2、在該柵極區(qū)域與該襯底本體區(qū)域之間的高電位差。(此即為雙邊偏壓(DSB)程序化)。圖2的存儲單元的偏壓安排為IOV的柵極電壓Vg、4. 5V的源極電壓Vs、4. 5V的漏極電壓Vd，以及4. 5V的襯底本體電壓Vb。在該柵極區(qū)域、及該源極區(qū)域、漏極區(qū)域，以及襯底本體區(qū)域間存在有相當(dāng)小的電位差的情形下，熱空穴從該源極區(qū)域104與該漏極區(qū)域 106流動進至入該襯底本體區(qū)域108，如同表示電荷移動的箭頭標(biāo)記115與117所顯示的。 該些熱空穴在襯底本體區(qū)域108中導(dǎo)致撞擊離子化123，因而產(chǎn)生了熱電子，如同箭頭標(biāo)記 119與121所示，該些熱電子自該襯底本體區(qū)域移動到該電荷捕捉結(jié)構(gòu)。因此，該偏壓安排模擬了圖1的福勒-諾德漢安排，但僅需要至少一較低強度電壓。圖3為非易失性存儲器單元的簡化示意圖，其經(jīng)由能隙至能隙的熱空穴而同時地增加空穴至該非揮性存儲器單元的電荷捕捉結(jié)構(gòu)的源極側(cè)與漏極側(cè)。(此即為雙邊偏壓 (DSB)擦除)。圖3的存儲單元的偏壓安排為8V的柵極電壓Vg、5V的源極電壓Vs、5V的漏極電壓 Vd,以及OV的襯底本體電壓Vb。在該柵極區(qū)域、及該源極區(qū)域、漏極區(qū)域，以及襯底本體區(qū)域間存在有相當(dāng)大的電位差的情形下，發(fā)生了能隙至能隙的熱空穴移動，如同箭頭標(biāo)記125 與127所示，使得空穴自該源極區(qū)域104與該漏極區(qū)域移動到該電荷捕捉結(jié)構(gòu)。圖4A至圖4C為程序化與擦除一非易失性存儲器單元的一例示流動的示意圖，其包括了在圖4A中增加電子至非易失性存儲器單元的電荷捕捉結(jié)構(gòu)的源極側(cè)與漏極側(cè)兩者，緊接著在圖4B中通過選擇性地增加空穴至該電荷捕捉結(jié)構(gòu)的源極側(cè)，并接著在圖4C通過選擇性地增加空穴至該電荷捕捉結(jié)構(gòu)的漏極側(cè)。圖5為閾值電壓相對于非易失性存儲器單元的電荷捕捉結(jié)構(gòu)的右部份與左部份的程序化時間的關(guān)系圖，其是在該漏極電壓與源極電壓的三種不同偏壓情形下。該關(guān)系圖顯示，當(dāng)該源極/漏極電壓增加時，便縮短了該程序化時間，較大的源極/漏極電壓將產(chǎn)生更多的熱空穴且會誘發(fā)出更多的電子，而造成了撞擊離子化。
權(quán)利要求
1.一種用以操作非易失性存儲器單元的方法，該非易失性存儲器單元具有儲存電荷的一電荷捕捉結(jié)構(gòu)，以及包括一柵極區(qū)域、源極區(qū)域與漏極區(qū)域和一本體區(qū)域的多個電壓終端，該本體區(qū)域具有與源極區(qū)域和漏極區(qū)域相反極性的單一極性區(qū)域，其特征在于，該方法包括響應(yīng)一指令以增加電子至該電荷捕捉結(jié)構(gòu)，施加一第一固定偏壓安排至該多個電壓終端，使得該第一固定偏壓安排包括相對于該本體區(qū)域而為正偏壓的該源極區(qū)域與漏極區(qū)域，并且該第一固定偏壓安排包括相對于該源極區(qū)域與漏極區(qū)域而為正偏壓的該柵極區(qū)域；其中，相對于該本體區(qū)域而為正偏壓的該源極區(qū)域與漏極區(qū)域，將使空穴自該源極區(qū)域與漏極區(qū)域流至該本體區(qū)域，相對于該源極區(qū)域與漏極區(qū)域而為正偏壓的該柵極區(qū)域， 將使電子自該本體區(qū)域流至該電荷捕捉結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用以操作非易失性存儲器單元的方法，其特征在于，相對于該本體區(qū)域而為正偏壓的該源極區(qū)域與漏極區(qū)域，在將使空穴自該源極區(qū)域與漏極區(qū)域流至該本體區(qū)域的同時，將使電子自該本體區(qū)域流至該電荷捕捉結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用以操作非易失性存儲器單元的方法，其特征在于，該第一固定偏壓安排通過不超過6V的偏壓，使得該源極區(qū)域與漏極區(qū)域相對于該本體區(qū)域為正偏壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用以操作非易失性存儲器單元的方法，其特征在于，該第一固定偏壓安排通過不超過IlV的偏壓，使得該柵極區(qū)域相對于該源極區(qū)域與漏極區(qū)域為正偏壓。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用以操作非易失性存儲器單元的方法，其特征在于，相對于該本體區(qū)域而正偏壓該源極區(qū)域與漏極區(qū)域的步驟中，包括以一相同電壓，偏壓該源極區(qū)域與漏極區(qū)域；以及將該本體區(qū)域接地。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用以操作非易失性存儲器單元的方法，其特征在于，該方法模擬福勒-諾德漢操作，且該第一固定偏壓安排相較于福勒-諾德漢操作而言具有一較低強度電壓。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用以操作非易失性存儲器單元的方法，其特征在于，該方法更包括響應(yīng)于一指令以增加空穴至該電荷捕捉結(jié)構(gòu)，施加一第二偏壓安排至該多個電壓終端，使得該第二偏壓安排包括相對于該本體區(qū)域而為正偏壓的該源極區(qū)域與漏極區(qū)域，且該第二偏壓安排包括相對于該源極區(qū)域、漏極區(qū)域與該本體區(qū)域而為負(fù)偏壓的該柵極區(qū)域。
8.一種集成電路，其特征在于，該集成電路包括一非易失性存儲器單元，包括一電荷捕捉結(jié)構(gòu)，用來儲存電荷；以及多個電壓終端，包括一柵極區(qū)域、源極區(qū)域與漏極區(qū)域，以及一本體區(qū)域，該本體區(qū)域具有與源極區(qū)域與漏極區(qū)域相反極性的單一極性區(qū)域；一控制電路，耦接至該非易失性存儲器單元，該控制電路施加一第一固定偏壓安排至該電荷捕捉結(jié)構(gòu)，使得該第一固定偏壓安排包括相對于該本體區(qū)域而為正偏壓的該源極區(qū)域與漏極區(qū)域，并且該第一固定偏壓安排包括相對于該源極區(qū)域與漏極區(qū)域而為正偏壓的該柵極區(qū)域；相對于該本體區(qū)域而為正偏壓的該源極區(qū)域與漏極區(qū)域，使得空穴自該源極區(qū)域與漏極區(qū)域流至該本體區(qū)域，相對于該源極區(qū)域與漏極區(qū)域而為正偏壓的該柵極區(qū)域，將使電子自該本體區(qū)域流至該電荷捕捉結(jié)構(gòu)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的集成電路，其特征在于，相對于該本體區(qū)域而為正偏壓的該源極區(qū)域與漏極區(qū)域，在將使空穴自該源極區(qū)域與漏極區(qū)域流至該本體區(qū)域的同時，將使產(chǎn)生于該本體區(qū)域中的電子自該本體區(qū)域流至該電荷捕捉結(jié)構(gòu)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的集成電路，其特征在于，該第一固定偏壓安排模擬福勒-諾德漢操作，且該第一固定偏壓安排相較于福勒-諾德漢操作而言具有一較低強度電壓。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的集成電路，其特征在于，該控制電路響應(yīng)于一指令而施加一第二偏壓安排至該多個電壓終端，以增加空穴至該電荷捕捉結(jié)構(gòu)，使得該第二偏壓安排包括相對于該本體區(qū)域而為正偏壓的該源極區(qū)域與漏極區(qū)域，且該偏壓安排包括相對于該源極區(qū)域、漏極區(qū)域與該本體區(qū)域而為負(fù)偏壓的該柵極區(qū)域。
12.—種用以操作非易失性存儲器單元的方法，該非易失性存儲器單元具有儲存電荷的一電荷捕捉結(jié)構(gòu)，以及包括一柵極區(qū)域、源極區(qū)域與漏極區(qū)域和一本體區(qū)域的多個電壓終端，該本體區(qū)域具有與源極區(qū)域與漏極區(qū)域相反極性的單一極性區(qū)域，其特征在于，該方法包括響應(yīng)一指令以增加電荷至該電荷捕捉結(jié)構(gòu)，施加一第一固定偏壓安排至該柵極區(qū)域的該電壓終端，施加一第二偏壓安排至該源極區(qū)域與漏極區(qū)域的該電壓終端，施加一第三偏壓安排至該本體區(qū)域的該電壓終端，其中，第一偏壓、第二偏壓與第三偏壓均為固定值，且使得該源極區(qū)域與漏極區(qū)域相對于該本體區(qū)域而為大于等于4. 5V的正偏壓，并且該柵極區(qū)域相對于該本體區(qū)域而為大于等于8V的偏壓；其中，相對于該本體區(qū)域而為大于等于4. 5V的正偏壓的該源極區(qū)域與漏極區(qū)域，將使空穴自該源極區(qū)域與漏極區(qū)域流至該本體區(qū)域；相對于該本體區(qū)域而為大于等于8V的偏壓該柵極區(qū)域，將使電荷自該本體區(qū)域流至該電荷捕捉結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明涉及非易失性存儲器技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種用以操作非易失性存儲器單元的方法，該非易失性存儲器單元具有儲存電荷的一電荷捕捉結(jié)構(gòu)，以及包括一柵極區(qū)域、源極區(qū)域與漏極區(qū)域和一本體區(qū)域的多個電壓終端，該方法包括響應(yīng)一指令以增加電子至該電荷捕捉結(jié)構(gòu)，施加一偏壓安排至該多個電壓終端，使得該偏壓安排包括相對于該本體區(qū)域而為正偏壓的該源極區(qū)域與漏極區(qū)域，并且該偏壓安排包括相對于該源極區(qū)域與漏極區(qū)域而為正偏壓的該柵極區(qū)域。本發(fā)明同時公開了一種應(yīng)用該非易失性存儲器單元的集成電路。利用本發(fā)明，在無需采用如此強的電場與高電壓的情況下，可以將電子自非易失性存儲器單元的源極與漏極移動至電荷捕捉結(jié)構(gòu)。
文檔編號H01L29/792GK102426857SQ20111038233
公開日2012年4月25日 申請日期2007年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月2日
發(fā)明者吳昭誼 申請人:旺宏電子股份有限公司