SNNNS类非挥发性存储胞的数据写入与清除方法技术

一种ＳＮＮＮＳ类非挥发性存储胞的数据写入与清除方法。本发明专利技术是通过从汲极端射出通道热电子至一中间氮化硅层以执行数据写入，而通过从汲极端射出通道热空穴以执行数据清除。在低操作电压下，对于数据的写入与清除，本发明专利技术的ＳＮＮＮＳ类非挥发性存储胞可提供高效率的通道热载子射出。因此，本发明专利技术方法可提供极佳的存储胞操作性能，例如较短的数据写入／清除时间及较低操作电压。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术有关一种存储器元件的数据写入与清除方法；特别是有关一种具有多层栅极介电层的非挥发性存储器元件的数据写入与清除方法。
技术介绍
非挥发性储存数据的存储器元件于现今已被广泛使用。非挥发性半导体存储器元件包括有只读存储器元件(ROM)、可编程只读存储器元件(PROM)、可擦去可编程只读存储器元件(EPROM)、可电抹除可编程只读存储器元件(EEPROM)及快闪式可电擦去可编程只读存储器元件(flash EEPROM)。半导体只读存储器元件的缺点是它非一种可电性程序化存储器元件。此种只读存储器元件是在制程步骤中使用含有欲储存数据的特殊光罩以写入数据于存储胞内，它须于制造前即已决定此只读存储器元件的整个数据内容。因此，此种只读存储器元件于成为完成品前会延迟6周以上的时间。只读存储器元件的优点是其价格低廉。然而一旦于制程步骤中使用特殊光罩以储存数据后，其数据即无法再被更改。若于数据写入过程发生错误，需要花费相当的费用以更改错误的数据。数据写入错误的存货往往遭弃置不再被使用。此外，由于须删除原有光罩上的数据以制造含有新数据内容的光罩，造成制造时间的相当延迟。因此，只有大量制造只读存储器元件时，才能节省此种只读存储器元件费用。虽然可擦去可编程存储器元件(EPROM)不需要使用光罩以写入数据，但其制程复杂度相对地大大提高。另外，由于加入数据写入电路，其芯片(die)会较大，并且在制造此种存储器元件时，皆会增加制程步骤及测试步骤。可擦去可编程存储器元件(EPROM)的优点是可电性程序化以写入数据，但须以紫外光(UV light)照射以清除储存的数据。此种可擦去可编程存储器元件设有透明视窗，以供紫外光照射进行数据清除。此种可擦去可编程存储器元件的主要缺点是无法电性擦去数据。然而许多电路设计上，较佳是能够提供一种可在电路上直接清除数据及重新写入数据的非挥发性存储器元件，而不需移动存储器元件以清除数据及重新写入数据。半导体可电擦去可编程只读存储器元件(EEPROM)较只读存储器元件还涉及更复杂的制程及测试步骤，但其优点是可电性写入数据及擦去数据。在电路设计上使用可电擦去可编程只读存储器元件(EEPROM)可允许在电路上对此种存储器元件进行数据擦去及写入。此种可电擦去可编程只读存储器元件的广泛使用已趋使更多的研究致力于开发可提供更佳性能的存储胞。例如是具有较短数据写入/清除时间、较低操作电压、较长的数据保持时间及更小尺寸的存储胞。一种具有绝缘层栅极电极的存储胞即具有上述特性。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种可电擦去可编程只读存储器元件(EEPROM)的数据写入与清除方法，它可利用存储胞的优异特点以执行数据的写入与清除，以提供更佳的操作性能；具体说，本专利技术的主要目的是提供一种SNNNS类非挥发性存储胞的数据写入方法，其是在预定的低操作电压下，利用高效率的通道热电子射出至一中间电荷捕捉层以执行数据的写入，进而缩短数据写入时间，利用通道热空穴射出至一中间电荷捕捉层以执行数据的清除，进而缩短数据清除时间；并可降低存储器元件功率的消耗。为实现上述目的，根据本专利技术一方面的多晶硅-氮化硅-氮化硅-氮化硅-半导体(SNNNS)类非挥发性存储胞的数据写入方法，所述非挥发性存储胞包括一P型半导体基底、具有N型导电性的一第一扩散区、具有N型导电性的一第二扩散区，所述第一扩散区与所述第二扩散区互相隔开一段距离并且皆位于所述半导体基底表面下方、位于所述半导体基底内的所述第一扩散区与所述第二扩散区之间的一通道区、一多晶硅栅极及位于所述多晶硅栅极与所述通道区之间的包括一顶部氮化硅层、一中间氮化硅层及一底部氮化硅层的一栅极多层介电层，其特点是，所述数据写入方法包括施予一第一写入操作电压于所述多晶硅栅极；施予低于所述第一写入操作电压的一第二写入操作电压于所述第一扩散区；及将所述第二扩散区与所述半导体基底接地；借此使通道热电子射入所述中间氮化硅层以写入一预定数据至所述非挥发性存储胞。根据本专利技术另一方面的SNNNS类非挥发性存储胞的数据清除方法，所述非挥发性存储胞包括一P型半导体基底、具有N型导电性的一第一扩散区、具有N型导电性的一第二扩散区，所述第一扩散区与所述第二扩散区互相隔开一段距离并且皆位于所述半导体基底表面下方、位于所述半导体基底内的所述第一扩散区与所述第二扩散区之间的一通道区、一多晶硅栅极及位于所述多晶硅栅极与所述通道区之间的包括一顶部氮化硅层、一中间氮化硅层及一底部氮化硅层的一栅极多层介电层，其特点是，所述数据清除方法包括施予一第一清除操作电压于所述多晶硅栅极；施予一第二清除操作电压于所述第一扩散区；以及将所述第二扩散区与所述半导体基底接地；所述第一清除操作电压与所述第二清除操作电压足以使通道热空穴射入所述中间氮化硅层，以执行数据清除的操作。为更清楚理解本专利技术的目的、特点和优点，下面将结合附图对本专利技术的较佳实施例进行详细说明。附图说明图1是本专利技术的一SNNNS类非挥发性存储胞的截面示意图；图2是配合图1的栅极结构的电子及空穴能障示意图；以及图3是热载子射出效率相对栅极施予电压的关系图。具体实施例方式图1是本专利技术提供的一种SNNNS(silicon/silicon nitride/siliconnitride/silicon nitride/semiconductor)类非挥发性存储胞1的截面示意图。此SNNNS类非挥发性存储胞1的一P型半导体底材10具有两个埋入N+扩散区，其一为源极11，另一为汲极12。一底部氮化硅层14是位于通道13上，其厚度较佳约为40～100埃，是供做通道13上方的电绝缘层及一底部穿透层(bottom tunneling layer)。底部氮化硅层14上方为一中间氮化硅层15，其厚度较佳约为40～100埃。此中间氮化硅层15是为一存储器数据保持层(memory retention layer)，是供做一电荷捕捉层。一顶部氮化硅层16是形成于中间氮化硅层15上方，其厚度较佳约为40～100埃。顶部氮化硅层16是供做形成于其上方的一多晶硅栅极17的电绝缘层及一顶部穿透层(top tunneling layer)。本专利技术的SNNNS类非挥发性存储胞1是通过由汲极端的通道热电子射出穿过底部穿透层，即底部氮化硅层14，进入中间电荷捕捉层，即中间氮化硅层15，以执行数据写入的操作；而通过由汲极端的通道热空穴射出经过底部氮化硅层14进入中间氮化硅层15，以执行数据清除操作。当欲写入数据于本专利技术的SNNNS类非挥发性存储胞1时，操作电压是施予在汲极12及多晶硅栅极17，并且多晶硅栅极17的操作电压是大于汲极12的操作电压，并将源极11与半导体底材10接地。分别施予在汲极12及多晶硅栅极17的操作电压沿着通道13的长度从源极11至汲极12产生一垂直方向与侧向方向的电场。此电场将电子从源极11拉出，并将电子加速朝向汲极12。当这些电子沿着通道13的长度方向移动时，将获得能量。当此些电子获得足够能量时，即会跨越底部氮化硅层14进入中间氮化硅层15，并被捕捉于其中。图2是电子与空穴相对于底部氮化硅层14的能障示意图。供作底部穿透层的底部氮化硅层14提供给电子的能障约2.1电子伏特，其低于二氧化硅层提供给电子的约3.2电子伏特的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ＳＮＮＮＳ类非挥发性存储胞的数据写入方法，所述非挥发性存储胞包括一Ｐ型半导体基底、具有Ｎ型导电性的一第一扩散区、具有Ｎ型导电性的一第二扩散区，所述第一扩散区与所述第二扩散区互相隔开一段距离并且皆位于所述半导体基底表面下方、位于所述半导体基底内的所述第一扩散区与所述第二扩散区之间的一通道区、一多晶硅栅极及位于所述多晶硅栅极与所述通道区之间的包括一顶部氮化硅层、一中间氮化硅层及一底部氮化硅层的一栅极多层介电层，其特征在于，所述数据写入方法包括： 施予一第一写入操作电压于所述多晶硅栅极； 施予低于所述第一写入操作电压的一第二写入操作电压于所述第一扩散区；及 将所述第二扩散区与所述半导体基底接地； 借此使通道热电子射入所述中间氮化硅层以写入一预定数据至所述非挥发性存储胞。

【技术特征摘要】
1.一种SNNNS类非挥发性存储胞的数据写入方法，所述非挥发性存储胞包括一P型半导体基底、具有N型导电性的一第一扩散区、具有N型导电性的一第二扩散区，所述第一扩散区与所述第二扩散区互相隔开一段距离并且皆位于所述半导体基底表面下方、位于所述半导体基底内的所述第一扩散区与所述第二扩散区之间的一通道区、一多晶硅栅极及位于所述多晶硅栅极与所述通道区之间的包括一顶部氮化硅层、一中间氮化硅层及一底部氮化硅层的一栅极多层介电层，其特征在于，所述数据写入方法包括施予一第一写入操作电压于所述多晶硅栅极；施予低于所述第一写入操作电压的一第二写入操作电压于所述第一扩散区；及将所述第二扩散区与所述半导体基底接地；借此使通道热电子射入所述中间氮化硅层以写入一预定数据至所述非挥发性存储胞。2.如权利要求1所述的数据写入方法，其特征在于，所述的第一写入操作电压约为6～10伏特。3.如权利要求1所述的数据写入方法，其特征在于，所述的第二写入操作电压约为2.5～5伏特。4.如权利要求1所述的数据写入方法，其特征在于，所述的第一写入操作电压约为6～10伏特及所述第二写入操作电压约为2.5～5伏特。...

【专利技术属性】
技术研发人员：范左鸿，卢道政，潘正圣，汪大晖，
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]