形成且操作辅助电荷存储元件之方法技术

本发明专利技术提供一种形成一辅助电荷记忆（ＡＣ内存）单元之方法。该方法使用一包括二侧电荷设陷层之二侧电荷陷阱记忆单元。一电荷系形成在该二侧电荷设陷层之至少一部份中。该二侧电荷设陷层中之一侧（ＡＣ侧）恒具有一固定高临限电压（Ｖｔ）位准，该电荷系用于ＡＣ记忆单元之辅助电荷。该另一侧（资料侧）系用于记忆体操作。

【技术实现步骤摘要】
相关申请案交互参考本申请案主张2004年12月7日申请之美国临时申请案60/633,415号之优先权，其标题为「辅助电荷式氮化物陷阱存储元件及其操作(Assisted Charged Nitride-Trap MemoryDevice and its Operation.)」。专利技术所属之
非挥发性内存(NVM)指一种即使当移走电力供应时亦能持续储存信息(如，资料)之半导体内存。NVM包括屏蔽只读存储器(Mask ROM)，可程序化只读存储器(PROM)，可抹除可程序化只读存储器(EPROM)及电子式可抹除可程序化只读存储器(EEPROM)。传统上，NVM系以亦可储存达长时间且可多次读取、抹除及再程序化之资料程序化。先前技术传统之EPROM隧道氧化物(ETOX)及氮化物设陷只读存储器(NROM)使用信道热电子(CHE)注入，以将记忆单元程序化至一高临限电压(Vt)位准。藉由使用信道热电子(CHE)注入以迅速程序化一记忆单元时，因为CHE具有不良之程序化效率而需要大程序化电流。结果，记忆单元程序化速率系因其高功率消耗而受到限制。另一范例系藉由热电洞注入氮化物电子储存(Hot HoleInjection Nitride Electron Storage；PHINES)单元而程序化，其使用频带对频带热电洞(Band-to-Band Hot Hole；BTBHH)注入以将该单元程序化成一低临限电压(Vt)位准。然而，BTBHH注入系极慢且需要较长程序化时间以程序化该单元。此限制单元程序化速率，从而使PHINES单元不具效率。为克服此等缺点，所提供之记忆单元在存储元件(AC内存)之电荷陷阱层中具有一辅助电荷(AC)。辅助电荷改进用于AC存储元件中之氮化物设陷记忆单元的总操作效率及速率。
技术实现思路
本专利技术之一较佳具体实施例在一电荷陷阱AC存储元件中形成一辅助电荷记忆(AC内存)单元，其系用于储存资料且执行记忆体操作。AC记忆单元具有一p型基板，形成在基板一部份中的一源极区域及一汲极区域。一信道系插入在基板一部份中的源极及汲极区域间，且一第一介电层系形成在基板上之该信道上方。AC内存进一步包括二侧(即，AC侧及资料侧)电荷设陷层，其系形成在第一介电层上。一第二介电层系形成在电荷设陷层上且一控制闸极系形成在第二介电层上方。此外，电荷设陷层之数据侧能够以一多位准单元操作，其中该资料侧可具有代表不同临限电压(Vt)位准之位准的各种程度的电荷。为制备用于形成该电荷之单元，一接地电位系供应至源极区域或汲极区域中至少一区域。一操作电压(如，偏压电位)系接着供应至源极区域或汲极区域中至少一区域，且一控制电压系供应至控制闸极。电荷系形成在AC记忆单元之电荷设陷层的至少一部份中。储存该电荷之侧系二侧电荷设陷层的AC侧，且恒具有一固定高临限电压(Vt)位准，该电荷系用于AC记忆单元之辅助电荷。二侧电荷设陷层之另一侧系用于储存资料及执行记忆体操作之资料侧。AC记忆单元之AC侧系藉由在电荷设陷层陷捕该辅助电荷而固定在一高临限电压(Vt)位准。资料侧系用来储存资料，其可根据记忆体操作而在任何临限电压位准。记忆体操作包括程序化、读取及抹除。藉由在AC侧中使辅助电荷固定在一高临限电压(Vt)位准，一陡(abrupt)电场会存在于AC侧及资料侧间。该陡电场增强用于AC存储元件之AC记忆单元的程序化效率。AC侧之固定高临限电压(Vt)位准限制在AC内存上之热电子(HE)程序化操作期间所需的程序化电流。结果，电荷陷阱AC记忆单元达到低程序化功率需求且因此具有更高程序化效率及更高速率。本专利技术之AC内存的较佳具体实施例包括信道热电子(CHE AC内存)、Fowler-Nordheim(FN AC内存)及混合AC内存。为形成CHE AC内存，信道热电子注入系使用在AC记忆单元的一侧(AC侧)上，以使其增加到固定高临限电压(Vt)，同时保持二侧记忆单元的另一侧(数据侧)在低临限电压(Vt)。为形成FN AC内存，系使用正FN注入(+FN)或负FN注入(-FN)以程序化整个电荷设陷层。FN注入系藉由在闸极及基板间施加一正或负偏压，以均匀地增加AC记忆单元之整个电荷设陷层的临限电压(Vt)。为完成FN AC记忆单元的形成，频带对频带热电洞(BTBHH)注入系用以将数据侧降低到低临限电压，同时维持AC侧中之辅助电荷在固定高临限电压。在使用BTBHH以后，该资料侧现已制备用于储存资料。该资料可能在任何临限电压位准。为形成混合AC内存，信道热电子(CHE)系被用来将AC侧带至极高的临限电压(Vt)位准。接着在二侧AC记忆单元的另一侧(数据侧)使用频带对频带热电洞(BTBHH)注入，以将数据侧降低到低临限电压(Vt)位准，其可为用于储存数据之任何临限电压(Vt)位准。附图简单说明当并同各随附图式而阅览时，即可更佳了解本专利技术之前揭摘要以及上文详细说明。为达本专利技术之说明目的，各图式里图绘有现属较佳之各具体实施例。然应了解本专利技术并不限于所绘之精确排置方式及设备装置。附图说明图1系显示使用依据本专利技术一较佳具体实施例之一侧信道热电子(CHE)注入形成一AC内存之结构及范例性方法的示意图；图2A系显示依据本专利技术另一较佳具体实施例藉由以FN电荷填充一设陷层以形成一Fowler-Nordheim(FN)AC内存之范例性方法的示意图；图2B系显示使用一侧频带对频带热电洞(BTBHH)供抹除一部份设陷，用于完成Fowler-Nordheim(FN)AC内存之形成(如图2A显示)的范例性方法的示意图；图3A系显示依据本专利技术另一较佳具体实施例使用在AC内存之AC侧处的一侧信道热电子(CHE)，用于形成混合AC内存之范例性方法的示意图；图3B系显示针对图3A之资料侧使用一侧频带对频带热电洞(BTBHH)供抹除一混合AC内存的范例性方法的示意图；图4A系针对图1-3之具体实施例使用AC内存之热电子(HE)程序化以在资料侧处程序化操作之范例性方法的示意图；图4B系针对图1-3之具体实施例使用AC内存之频带对频带热电洞(BTBHH)抹除以在资料侧处抹除操作之范例性方法的示意图；图5系一显示针对图1-3之具体实施例用于AC内存(Vd在AC侧)之资料侧的读取操作之范例性方法的示意图；图6系显示当与一般电荷内存结构比较时，示范图2之内存结构的FN AC内存及图3之内存结构的混合AC内存之程序化速率比较的实验资料之图形；图7系显示实验资料之图形，其显示用于图3之内存结构的混合AC记忆单元在10,000P/E循环(如，程序化/抹除循环)期间于资料侧处的高及低临限电压状态之电压窗口；图8系显示在针对图3之内存结构的10K循环之混合AC内存的资料侧处漂移之室温(RT)电压的实验数据之图形；图9系显示实验资料之图形，其示范图3之内存结构在Vg＝-5V处的Vg应力后之临限电压偏移；及图10系显示图3之内存结构的读取干扰测验后之临限电压偏移的实验数据之图形。主要组件符号说明100 AC记忆单元105 p型基板110 源极区域115 汲极区域120 信道125 第一介电层130 二侧电荷设陷层135 AC侧140 第二介电层145 控制闸极150 陡电场155 辅助电荷160 通路本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种形成一辅助电荷记忆（ＡＣ内存）单元之方法，其包含：（ａ）设置一电荷陷阱记忆单元，其包括一二侧电荷设陷层；及（ｂ）在该二侧电荷设陷层之至少一部份中形成一电荷，其中该电荷设陷层之一侧（ＡＣ侧）系恒具有一高临限电压（Ｖｔ）位准，该电荷系用于该ＡＣ记忆单元之该辅助电荷，且该另一侧（资料侧）系用于记忆体操作。

【技术特征摘要】
US 2004-12-7 60/633,415;US 2005-12-1 11/292,0241.一种形成一辅助电荷记忆(AC内存)单元之方法，其包含(a)设置一电荷陷阱记忆单元，其包括一二侧电荷设陷层；及(b)在该二侧电荷设陷层之至少一部份中形成一电荷，其中该电荷设陷层之一侧(AC侧)系恒具有一高临限电压(Vt)位准，该电荷系用于该AC记忆单元之该辅助电荷，且该另一侧(资料侧)系用于记忆体操作。2.如请求项1之方法，其中步骤(b)进一步包含在该AC侧上使用一侧信道热电子(CHE)以增加该高临限电压(Vt)位准，该数据侧系在一低临限电压(Vt)。3.如请求项1之方法，其中该电荷设陷层系一氮化物电荷设陷层。4.一种在一执行一记忆体操作的电荷陷阱存储元件中形成一辅助电荷记忆(AC内存)单元之方法，该单元包含(i)一p型基板，(ii)一在该基板之一部份中的源极区域，(iii)一在该基板之一部分中的汲极区域，(iv)一信道，其系插入该源极和汲极区域间且在该基板之一部份中，(v)一在该基板上且在该信道上方的第一介电层，(vi)一在该第一介电层上之二侧电荷设陷层，(vii)一在该电荷设陷层上之第二介电层，及(viii)一在该第二介电层上之控制闸极，该方法包含(a)供应一接地电位至该汲极区域；(b)供应一偏压电位电压至该源极区域；(c)供应一控制电压至该控制闸极；及(d)在该二侧电荷设陷层之至少一部份中形成一电荷，其中该二侧电荷设陷层之一侧(AC侧)系恒具有一高临限电压(Vt)位准，该电荷系用于该AC记忆单元之该辅助电荷，且该另一侧(资料侧)系用于记忆体操作。5.如请求项4之方法，其中该记忆体操作系一读取操作，且步骤(a)进一步包含供应一接地电位至该汲极区域，且步骤(b)进一步包含供应一偏压电位电压至该源极区域，该方法进一步包含(e)从该二侧电荷设陷层之该资料侧读取该资料。6.如请求项5之方法，其中该AC内存的该二侧电荷设陷层之记忆体操作系多位准单元，并且该资料侧可具有一用于该临限电压(Vt)位准之电荷位准的各种程度。7.如请求项4之方法，其中步骤(d)在该AC侧上使用一种一侧信道热电子(CHE)以增加至该高临限电压(Vt)位准，该数据侧系在一低临限电压(Vt)，其中一陡电场区域系在该汲极及源极区域间之该信道中的该AC侧和该数据侧间产生，从而形成一CHE AC内存。8.如请求项4之方法，其中步骤(a)进一步包含供应一接地电位至该源极区域及汲极区域，步骤(c)进一步包含供应一偏压电位电压至该控制闸极，步骤(d)藉由在该控制闸极及该基板间施加一负偏压以均匀地增加在该电荷设陷层中形成该电荷的临限电压(Vt)，以使用一负Fowler-Nordheim(-FN)注入，该电荷系形成在该整个电荷设陷层中，步骤(b)系藉由从该汲极移走该接地电位且供应一偏压电位电压至该汲极区域而重复，步骤(c)系藉由将该控制电压改变成一不同控制电压而重复，且步骤(d)使用一频带对频带热电洞(BTBHH)注入用于抹除该二侧电荷设陷层之该资料侧，同时维持该AC侧在一高临限电压(Vt)位准，其中一陡电场区域系在该汲极及源极区域间之该信道中的该AC侧和该数据侧间产生，从而形成一FN AC内存。9.如请求项4之方法，其中步骤(a)进一步包含供应一接地电位至该源极区域及汲极区域，步骤(c)进一步包含供应一偏压电位电压至该控制闸极，步骤(d)藉由在该控制闸极及该基板间施加一正偏压以均匀地增加在该电荷设陷层中形成该电荷的临限电压(Vt)，以使用一正Fowler-Nordheim(+FN)注入，该电荷系形成在该整个氮化物设陷层中，步骤(b)系藉由从该汲极移走该接地电位且供应一偏压电位电压至该汲极区域而重复，步骤(c)系藉由将该控制电压改变成一不同控制电压而重复，及步骤(d)使用一频带对频带热电洞(BTBHH)注入用于抹除该记忆单元之该二侧电荷设陷层之该资料侧，同时维持该AC侧在一高临限电压(Vt)位准，其中一陡电场区域系在该汲极及源极区域间之该信道中的该AC侧和该数据侧间产生，从而形成一FN AC内存。10.如请求项4之方法，其中步骤(a)进一步包含供应一接地电位至该汲极区域，步骤(b)进一步包含供应一偏压电位电压至该源极区域，步骤(d)藉由在该电荷设陷层之一侧中形成该电荷以使用一侧信道热电子(CHE)注入来增加至一高临限电压，该电荷系形成在该电荷设陷层之该AC侧中，步骤(a)系藉由移走该接地电位且供应一偏压电位电压至该汲极区域而重复，步骤(b)系藉由从该源极移走该偏压电位且供应一接地电位至该源极而重复，步骤(c)系藉由将该控制电压改变成一不同控制电压而重复，及步骤(d)使用频带对频带热电洞(BTBHH)注入，用于抹除该AC记忆单元之该二侧电荷设陷层之数据侧，同时维持该AC侧在一固定高临限电压(Vt)位准，其中一陡电场区域系在该汲极及源极区域间之该信道中的该AC侧和该数据侧间产生，从而形成一混合AC内存。11.如请求项4之方法，其中该记忆体操作系一程序化操作，且步骤(a)进一步包含供应一接地电位至该源极区域，步骤(b)进一步包含供应一偏压电位电压至该汲极区域，且步骤(d)藉由形成一从该源极区域通过该信道之通路供电子自该源极区域传导至该资料侧，以使用热电子(HE)...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭明昌，吴昭谊，李明修，徐子轩，
申请(专利权)人：旺宏电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]