專利名稱：非易失性存儲器的存儲單元的過擦除保護(hù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體存儲器裝置，特別是涉及非易失性存儲器的存儲單元的過擦除保護(hù)的方法及統(tǒng)。
背景技術(shù)：
用于非易失性信息儲存的存儲器裝置普遍地用于本領(lǐng)域的技術(shù)之中。示例性的非易失性半導(dǎo)體存儲器裝置包括有只讀存儲器(ROM)、閃存、可編程只讀存儲器(PROM)、可擦除且可編程只讀存儲器(EPROM)、可電擦除且可編程只讀存儲器(EEPROM)以及閃速EEPROM。
閃速EEPROM與EEPROM的相似處在于，存儲單元可以被編程(亦即被寫入)及被電子擦除。另外，閃速EEPROM還具有立即擦除其中的所有存儲單元的額外功能。EEPROM半導(dǎo)體存儲器的廣泛使用促使了具有最佳效能特征的EEPROM存儲單元的發(fā)展，諸如較短的編程時間、使用較低電壓于編程及讀取、較長的數(shù)據(jù)保留時間、較短的擦除時間以及較小和微型化的物理尺寸。
非易失性存儲器裝置已由半導(dǎo)體集成電路行業(yè)發(fā)展用于各種應(yīng)用，諸如計(jì)算機(jī)和數(shù)字通訊。并且已經(jīng)發(fā)展出各種具有氧化物-氮化物-氧化物(ONO)結(jié)構(gòu)的非易失性存儲器裝置。一個典型的具有ONO結(jié)構(gòu)的非易失性存儲器的例子包含一具有源極和漏極區(qū)域的半導(dǎo)體襯底，以及一位于襯底表面頂部且介于源極與漏極之間的氧化物-氮化物-氧化物膜。該ONO膜中的氮化物層能夠捕獲在編程操作期間于半導(dǎo)體襯底的溝道區(qū)域中產(chǎn)生的電子。
在進(jìn)行存儲單元的編程時，各個氮化物層被充以電子，使得存儲單元的開啟閾值相應(yīng)地增加。由于存儲單元正在被編程，因此當(dāng)其被施加至控制柵極的一讀取電勢(Potentials)尋址時，存儲單元將不會被開啟并且保持不導(dǎo)通。在進(jìn)行存儲單元的擦除時，空穴被注入至氮化物層中以再結(jié)合或補(bǔ)償儲存的電子，以相應(yīng)地降低閾值。有了較低的閾值，當(dāng)被施加至控制柵的一讀取電勢尋址時，此存儲單元相應(yīng)地被開啟并且變?yōu)橐粚?dǎo)通狀態(tài)。
對于局部捕獲儲存非易失性存儲器而言，存儲器的編程藉由在溝道處的熱電子注入來執(zhí)行，而存儲器的擦除則藉由帶至帶(Band-to-band)熱空穴注入來執(zhí)行。圖1為一說明根據(jù)使用熱空穴注入的本領(lǐng)域的方法的閃存單元的示例性擦除操作的示意圖。在每一擦除擊發(fā)(Erase Shot)時，一正電壓被施加于漏極101，柵極102為負(fù)偏壓，源極100為浮置以及襯底被接地。根據(jù)本領(lǐng)域技術(shù)中擦除操作的此一特定例子，在每一擦除擊發(fā)時的柵極電壓為-4伏特(V)而漏極電壓為6伏特。由于一正電壓被施加于漏極101，因此一電場沿著由漏極101至柵極102的路徑而形成。從漏極101流出的空穴因而被引導(dǎo)至柵極102，并且接著被捕獲于捕獲層中以完成擦除操作。在每一次擦除擊發(fā)之后執(zhí)行一擦除驗(yàn)證步驟，以驗(yàn)證擦除操作的完整性。
圖2為進(jìn)一步說明在本領(lǐng)域技術(shù)中使用帶至帶熱空穴注入的另一示例性存儲器擦除操作的示意圖。相對于圖1所描述的示例性存儲器擦除操作，施加于漏極101的正電壓隨著擦除擊發(fā)的增加而提升，因?yàn)樵诿恳淮尾脸龘舭l(fā)時，柵極102被加以偏壓，源極100為浮置以及襯底106為接地。漏極101中的空穴包含電壓電勢的提升。使用提升的電壓能夠增加激勵至捕獲層內(nèi)的熱空穴的數(shù)量并且使擦除強(qiáng)度隨著擊發(fā)次數(shù)的增加而增強(qiáng)，以及能夠大大地降低擦除時間。存儲器擦除操作的速度受到溝道長度的影響。相對短的溝道的擦除速度比長溝道的擦除速度高出許多，導(dǎo)致短溝道單元的過擦除。圖3為一說明圖2所示存儲器擦除操作的電壓閾值與編程狀態(tài)間之間的示例性關(guān)的示意圖。根據(jù)此擦除操作演算得到一巨大的擦除速度差異，這將會導(dǎo)致快速擦除單元中的過擦除。
對于根據(jù)本領(lǐng)域技術(shù)的方法對存儲單元的存儲器陣列進(jìn)行編程而言，尋址單元(Addressed Cells)的各個氮化物層被注入電子，致使負(fù)電荷因而聚集在浮柵處并且使存儲單元的開啟閾值增加。如同在此及以上所述者，當(dāng)被施加于各個控制柵的讀取電勢尋址時，尋址單元在被編程時將不會被開啟，而且將相應(yīng)地保持不導(dǎo)通。在擦除一帶有負(fù)充電氮化物層的存儲單元時，空穴被注入至氮化物層內(nèi)以再結(jié)合或是補(bǔ)償儲存的電子，因而降低了閾值。利用該較低的閾值，當(dāng)被施加于控制柵一讀取電勢尋址時，存儲單元被開啟并且相應(yīng)地變成導(dǎo)通狀態(tài)。
由于存儲器擦除需要藉由注入熱空穴以再結(jié)合或補(bǔ)償各氮化物層中所儲存的電子從而降低閾值，因此存儲單元不幸地面臨著過擦除的危險(xiǎn)。如果過多的空穴被注入至各氮化物層內(nèi)便會發(fā)生過擦除，其遺留下些微的正電荷于其中。此正電荷為存儲單元施以偏壓并且稍微地將其開啟。結(jié)果，少量的電流可能經(jīng)由存儲單元而泄漏，即使在電流泄漏時其并未被尋址。沿著一給定數(shù)據(jù)線的若干過擦除的存儲單元可能不利地使得泄漏電流累積而導(dǎo)致數(shù)據(jù)錯誤讀取。
除了導(dǎo)致數(shù)據(jù)錯誤讀取之外，使用熱電子編程很難順利地來對過擦除的存儲單元進(jìn)行再編程(Reprogram)，尤其是在集成電路中存在嵌入式算法時。這一困難的形成起因于將一過擦除的存儲單元轉(zhuǎn)變成已編程狀態(tài)所需的電子的量往往比未受過擦除妨礙的存儲單元的高。此外，由于存儲器擦除及編程操作對存儲器陣列中的多個存儲單元造成不同程度的沖擊，因而很難整體地確認(rèn)存儲器陣列的存儲器擦除及寫入操作的成功性。無論如何，修補(bǔ)及修補(bǔ)驗(yàn)證過程通常是浪費(fèi)資源和消耗時間的。
因此，本領(lǐng)域中需要有一種具有最佳存儲器擦除功能的非易失性存儲器及其相關(guān)方法，尤其是一種至少能夠有利地克服前述此項(xiàng)技術(shù)的缺點(diǎn)的非易失性存儲器及相關(guān)方法。再者，本領(lǐng)域中需要有一種能夠在快速且有效的方式，最佳地校正及修補(bǔ)過擦除的非易失性存儲器(諸如閃速、浮柵與ONO薄膜儲存非易失性存儲器)的方法及裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種具有最佳存儲器擦除功能的非易失性存儲器及其相應(yīng)方法，特別是一種能在快速且有效方式下最佳地校正及修復(fù)過擦除的非易失性存儲器(諸如閃速及浮柵非易失性存儲器)的非易失性存儲器及其相應(yīng)方法。本發(fā)明的各種實(shí)施例可應(yīng)用于許多非易失性存儲器裝置，包括只讀存儲器(ROM)、閃存、可編程只讀存儲器(PROM)、可擦除且可編程只讀存儲器(EPROM)、可電擦除且可編程只讀存儲器(EEPROM)、閃速EEPROM，特別是硅-氧化物-氮化物-氧化物-硅(SONOS)非易失性存儲器以及浮柵非易失性存儲器。
根據(jù)本發(fā)明的一較佳實(shí)施例有利地提供一種用于擦除非易失性存儲器的方法，其中該非易失性存儲器包括有一源極、一柵極、一漏極、一溝道及一電荷儲存層。根據(jù)本發(fā)明的該實(shí)施例的方法總體上包括以下步驟在每一擦除擊發(fā)時施加一非零柵極電壓于該柵極、在每一擦除擊發(fā)時施加一非零源極電壓于該源極、在每一擦除擊發(fā)時施加一非零漏極電壓于該漏極且其中該漏極電壓的幅值總體上高于該源極電壓、在該非易失性存儲器中產(chǎn)生熱空穴、注入該產(chǎn)生的熱空穴于該漏結(jié)附近的電荷儲存層中，以及相應(yīng)地擦除該非易失性存儲器。根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的擦除方法包括在每一擦除擊發(fā)之后進(jìn)行一驗(yàn)證步驟，以用于驗(yàn)證該非易失性存儲器的存儲器擦除，以及如果該存儲器擦除并未被驗(yàn)證時則重復(fù)根據(jù)本發(fā)明的過程步驟。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例有利地提供一種用于擦除非易失性存儲器的方法，其中該非易失性存儲器包括有一源極、一柵極、一漏極、一溝道及一電荷儲存層。根據(jù)本發(fā)明的此實(shí)施例的方法包括以下步驟在每一擦除擊發(fā)時施加一負(fù)的且總體上為定值的柵極電壓于該柵極、在每一擦除擊發(fā)時施加一正源極電壓于該源極且其中該源極電壓隨著擦除擊發(fā)數(shù)增加而增加、在每一擦除擊發(fā)時施加一正漏極電壓于該漏極且其中該漏極電壓總體上高于該源極電壓以及該漏極電壓隨著擦除擊發(fā)次數(shù)增加而增加、在該非易失性存儲器中產(chǎn)生熱空穴、注入該產(chǎn)生的熱空穴于漏結(jié)附近的電荷儲存層中，以及相應(yīng)地擦除該非易失性存儲器。根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的擦除方法包括在每一擦除擊發(fā)之后進(jìn)行一驗(yàn)證步驟，以用于驗(yàn)證該非易失性存儲器的存儲器擦除，以及如果該存儲器擦除未被驗(yàn)證時則重復(fù)根據(jù)本發(fā)明的過程步驟。
根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施例有利地提供一種用于擦除非易失性存儲器的方法，其中該非易失性存儲器包括有一源極、一柵極、一漏極、一溝道及一電荷儲存層。根據(jù)本發(fā)明的此實(shí)施例的方法包括以下步驟施加一柵極電壓于該柵極且其中該柵極電壓隨著擦除擊發(fā)次數(shù)增加而降低、在每一擦除擊發(fā)時施加一正的且總體上為定值的源極電壓于該源極、在每一擦除擊發(fā)時施加一正的且總體上為正值的漏極電壓于該漏極并且其中該漏極電壓總體上高于該源極電壓、在該非易失性存儲中產(chǎn)生熱空穴、注入該產(chǎn)生的熱空穴于漏結(jié)附近的電荷儲存層中，以及相應(yīng)地擦除該非易失性存儲器。根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的擦除方法包括在每一擦除擊發(fā)之后進(jìn)行一驗(yàn)證步驟，以用于驗(yàn)證該非易失性存儲器的存儲器擦除，以及如果存儲器擦除未被驗(yàn)證時則重復(fù)根據(jù)本發(fā)明的過程步驟。
根據(jù)本發(fā)明再一附加的實(shí)施例有利地提供一種用于擦除非易失性存儲器的方法，其中該非易失性存儲器包括有一源極、一柵極、一漏極、一溝道及一電荷儲存層。根據(jù)本發(fā)明的此實(shí)施例的方法包括以下步驟施加一負(fù)的且總體上為定值的柵極電壓于該柵極、施加一正的且總體上為定值的源極電壓于該源極、施加一正的且總體上為定值的漏極電壓于該漏極并且其中該漏極電壓總體上高于源極電壓、在該非易失性存儲中產(chǎn)生熱空穴、注入該產(chǎn)生的熱空穴于漏結(jié)附近的電荷儲存層中，以及相應(yīng)地擦除該非易失性存儲器。根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的擦除方法包括在每一擦除擊發(fā)之后進(jìn)行一驗(yàn)證步驟，以用于驗(yàn)證該非易失性存儲器的存儲器擦除，以及如果該存儲器擦除未被驗(yàn)證時則重復(fù)根據(jù)本發(fā)明的過程步驟。


本發(fā)明的較佳及其它實(shí)施例將連同附圖(未依比例繪制)而在此及下文中作更詳細(xì)的說明，其中圖1為說明根據(jù)本領(lǐng)域中使用熱空穴注入的方法用于一閃存單元的示例性擦除操作的示意圖；圖2為進(jìn)一步說明本領(lǐng)域中使用帶至帶熱空穴注入的另一示例性存儲器擦除操作的示意圖；圖3為說明圖2所示的存儲器擦除操作的電壓閾值與寫入狀態(tài)間的示例性關(guān)系的示意圖表；圖4A、4B、4C及4D為分別說明根據(jù)本發(fā)明使用帶至帶熱空穴注入的示例性存儲器擦除操作中，一長溝道單元與一短溝道單元的耦合效應(yīng)的示意圖；圖5A為說明根據(jù)本發(fā)明使用熱空穴注入的示例性存儲器擦除操作的示意圖；圖5B為說明圖5A所示的非易失性存儲器的電壓閾值與寫入狀態(tài)間的示例性關(guān)系的示意圖表；圖6為總體上說明根據(jù)本發(fā)明的示例性存儲器擦除操作的過程步驟的流程圖；
圖7為進(jìn)一步說明根據(jù)本發(fā)明存儲器擦除方法的另一實(shí)施例的示意圖；圖8為進(jìn)一步說明根據(jù)本發(fā)明存儲器擦除方法的又一實(shí)施例的示意圖；圖9為總體上說明使用根據(jù)本發(fā)明存儲器擦除功能的示例性硅-氧化物-氮化物-氧化物-硅(SONOS)非易失性存儲器的示意圖；以及圖10為總體上說明使用根據(jù)本發(fā)明存儲器擦除功能的浮柵非易失性存儲器的示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的細(xì)節(jié)將結(jié)合附圖在下文中進(jìn)行描述。熟習(xí)此項(xiàng)技術(shù)的人士應(yīng)當(dāng)了解的是，以下描述內(nèi)容包含本發(fā)明的示例性描述。在本發(fā)明的范圍與精神內(nèi)的修改及變化據(jù)此為本發(fā)明的范疇所涵蓋，且本發(fā)明的范疇藉由權(quán)利要求書及其等效物所界定。
根據(jù)本發(fā)明的一較佳實(shí)施例有利地提供一種用于擦除非易失性存儲器的方法，其中該非易失性存儲器包括有一源極、一柵極、一漏極、一溝道及一捕獲層。根據(jù)本發(fā)明的此特殊實(shí)施例的方法總體上包括以下步驟(a)施加一非零柵極電壓于該柵極，(b)施加一非零源極電壓于該源極，(c)施加一非零漏極電壓于該漏極并且其中該漏極電壓的幅值通常高于該源極電壓，(d)在該非易失性存儲器中產(chǎn)生熱空穴，(e)注入所產(chǎn)生的熱空穴至捕獲層中，以及(f)相應(yīng)地擦除非易失性存儲器。根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的擦除方法包括一用于驗(yàn)證非易失性存儲器的存儲器擦除，即步驟(f)的驗(yàn)證步驟，如果存儲器擦除未被驗(yàn)證時，則重復(fù)步驟(a)、(b)、(c)、(d)和(e)。
本發(fā)明的各種實(shí)施例可應(yīng)用于許多非易失性存儲器裝置，包括只讀存儲器(ROM)、閃存、可編程只讀存儲器(PROM)、可擦除且可編程只讀存儲器(EPROM)、可電擦除且可編程只讀存儲器(EEPROM)、閃速EEPROM，尤其是硅-氧化物-氮化物-氧化物-硅(SONOS)非易失性存儲器以及浮柵非易失性存儲器。
圖4A、4B、4C及4D為分別說明在根據(jù)本發(fā)明使用帶至帶熱空穴注入的示例性存儲器擦除操作中，一短溝道單元與一長溝道單元的耦合效應(yīng)的示意圖。一負(fù)的且總體上為定值的柵極電壓(例如-4V)施加于非易失性存儲器的柵極，而一正的且總體上為定值的漏極電壓(例如6V)施加于漏極。一同樣為正的且總體上為定值的修正的源極電壓(例如2V)施加于源極。存儲單元的物理尺寸的變化將會造成擦除速度的變化(即，相對程度而言，有高速位、普通位、或低速位)，這取決于存儲器擦除操作的過程步驟的變化。如圖4所示，當(dāng)具有相對快速擦除速度的存儲單元(即短溝道單元)被擦除至一低閾值的程度時，源極偏壓將耦合至漏極并且因而減少橫向(lateral)電場，如圖4B所示。高速位的擦除速度于是減慢下來。對于其它具有較低擦除速度的長溝道位而言(如圖4C)，源極偏壓將不會耦合至漏極側(cè)(圖4D)。結(jié)果，長溝道位與短溝道位的速度大小相近。因?yàn)樵礃O偏壓所導(dǎo)致的負(fù)面過擦除效應(yīng)，在驗(yàn)證存儲器擦除之后能夠得到相對小的電壓閾值Vt分布。
根據(jù)本發(fā)明另一較佳實(shí)施例有利地提供一種用于擦除非易失性存儲器的方法，其中該非易失性存儲器包括有一源極、一柵極、一漏極、一溝道及一捕獲層。根據(jù)本發(fā)明的此實(shí)施例的方法包括以下步驟施加一負(fù)的且通常為定值的柵極電壓于該柵極，施加一正源極電壓于該源極且其中該源極電壓隨著擦除擊發(fā)次數(shù)增加而提升，施加一正漏極電壓于該漏極且其中該漏極電壓總體上高于該源極電壓以及該漏極電壓隨著擦除擊發(fā)次數(shù)增加而提升，在該非易失性存儲器中產(chǎn)生熱空穴，注入該產(chǎn)生的熱空穴于漏結(jié)附近的捕獲層內(nèi)，以及據(jù)此擦除該非易失性存儲器。根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的擦除方法包括在每一擦除擊發(fā)之后進(jìn)行一驗(yàn)證步驟，以用于驗(yàn)證非易失性存儲器的存儲器擦除，以及如果該存儲器擦除未被驗(yàn)證則重復(fù)根據(jù)本發(fā)明的過程步驟。
圖5A為說明在此及以上所述的根據(jù)本發(fā)明的該特定實(shí)施例使用熱空穴注入的示例性存儲器擦除操作的示意圖。圖5B為說明圖5A中所示的非易失性存儲器的電壓閾值與寫入狀態(tài)間的示例性關(guān)系的示意圖表。該非易失性存儲單元藉由熱空穴注入而被擦除，其中柵極102為負(fù)偏壓，以及襯底為接地。隨著擦除擊發(fā)次數(shù)增加而增大的第一正電壓脈波Vd施加于漏極101，以及隨著擦除擊發(fā)次數(shù)增加而增大的一第二正電壓脈波Vs施加于源極100。根據(jù)本發(fā)明的此特定實(shí)施例，柵極電壓為-4V，而當(dāng)擦除擊發(fā)增加時第一電壓從5V增加到8V。當(dāng)擦除擊發(fā)次數(shù)增加時，第二電壓脈波Vs從1V增加到4V，其相應(yīng)地與第一電壓相差4V。當(dāng)一正電壓施加于漏極101時，一電場沿著從漏極101到柵極102的路徑而形成，由漏極101流出的熱空穴被引導(dǎo)至柵極102并且隨后被捕獲至漏結(jié)附近的捕獲層內(nèi)，以完成存儲器擦除操作。第二電壓被施加于源極100。當(dāng)具有相對快擦除速度的存儲單元(即，短溝道單元)以低閾值程度擦除時，源極偏壓將會耦合至漏極并且因而減小橫向電場。相對快速位的擦除速度減慢下來而且其它位(例如長溝道單元)的擦除速度總體上相同。在驗(yàn)證存儲器擦除之后能夠獲得相對較小的Vt分布，這是由源極偏壓所引起的不利的過擦除影響所致。結(jié)果，短溝道與長溝道的存儲單元具有實(shí)質(zhì)上相似的存儲器擦除時間并且因而可避免過擦除的問題。
圖6為總體上說明根據(jù)本發(fā)明用于一非易失性存儲器的示例性擦除操作的流程圖。存儲器擦除操作從步驟601開始。在步驟602中，執(zhí)行一帶至帶(BTB)熱空穴注入，以擦除非易失性存儲器中的捕獲層。漏極101和源極100被施加以根據(jù)本發(fā)明(如在此及以上所述)的一第一及一第二電壓，以執(zhí)行存儲器擦除操作。在步驟603中，執(zhí)行一驗(yàn)證步驟以驗(yàn)證捕獲層的狀態(tài)。如果在步驟603中未驗(yàn)證存儲器擦除，則控制流程返回至熱空穴注入的步驟602，以施加另外兩個電壓至源極與漏極以在非易失性存儲器中執(zhí)行另一個存儲器擦除操作。如果在步驟603中驗(yàn)證了存儲器擦除，則控制流程在步驟604完成并且根據(jù)本發(fā)明的流程結(jié)束。
圖3和圖5B分別說明在本領(lǐng)域中及根據(jù)本發(fā)明的存儲器擦除操作中，一非易失性存儲器的電壓閾值與寫入狀態(tài)間的示例性關(guān)系示意圖表。電壓閾值在柵極102與襯底106之間測量，其強(qiáng)烈地受到捕獲層中的電壓所影響。如果捕獲層包含相對大量的空穴時，電壓閾值將因而降低。在根據(jù)圖3及圖5B所示的存儲器擦除操作中，漏極側(cè)被擦除，并且一個-4V的電壓施加于柵極，其中每一擦除擊發(fā)的時寬(Time Width)為1毫秒(ms)。在以黑點(diǎn)表示的第一種情形中，溝道長度與溝道寬度的比大約是0.25/0.2。在以白點(diǎn)表示的第二種情形中，溝道長度與溝道寬度的比大約是0.27/0.2。第一情形包括一短溝道存儲單元，而第二種情形包括一長溝道存儲單元。對于本領(lǐng)域中的存儲器擦除操作而言，圖3中顯示短溝道位(黑點(diǎn))以相對快的速度擦除，而長溝道位(白點(diǎn))則以相對較慢的速度擦除。如果意欲完全地擦除長溝道位，結(jié)果可能會導(dǎo)致短溝道位被過擦除。對于根據(jù)本發(fā)明的存儲器擦除操作而言，圖5B中顯示由黑點(diǎn)所連接的線緩慢地下降，其明顯地表示出一相對較長的擦除時間。因此，短溝道位的存儲器擦除時間被延長，并且有利地避免過擦除的問題。
根據(jù)本發(fā)明又一附加實(shí)施例有利地提供一種用于擦除非易失性存儲器的方法，其中該非易失性存儲器包括有一源極、一柵極、一漏極、一溝道及一捕獲層。根據(jù)本發(fā)明的此實(shí)施例的方法包括以下步驟在每一擦除擊發(fā)時施加一負(fù)的且總體上為定值的柵極電壓于該柵極、在每一擦除擊發(fā)時施加一正的且總體上為定值的源極電壓于該源極、在每一擦除擊發(fā)時施加一正的且總體上為定值的漏極電壓于該漏極并且其中該漏極電壓總體上高于該源極電壓、在非易失性存儲器中產(chǎn)生熱空穴、注入該產(chǎn)生的熱空穴至漏結(jié)附近的捕獲層之中，以及據(jù)此擦除該非易失性存儲器。根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的擦除方法包括在每一擦除擊發(fā)之后進(jìn)行一驗(yàn)證步驟，以用于驗(yàn)證非易失性存儲器的存儲器擦除，以及如果該存儲器擦除未被驗(yàn)證時則重復(fù)根據(jù)本發(fā)明的過程步驟。
圖7為進(jìn)一步說明根據(jù)本發(fā)明于此及上文中描述的特定實(shí)施例的示例性存儲器擦除操作示意圖。參照圖7，總體上為定值的電壓被施加于柵極、漏極和源極。圖7所示的示例性實(shí)施例與圖5A中所示者相似，除了施加于漏極和源極的電壓總體上為定值之外，以及源極被施加一修正電壓，其使得源極100被耦合至漏極101，這由溝道長度相對短所致。
根據(jù)本發(fā)明的再一實(shí)施例有利地提供一種擦除非易失性存儲器的方法，其中該非易失性存儲器包括有一源極、一柵極、一漏極、一溝道及一捕獲層。根據(jù)本發(fā)明的此實(shí)施例的方法包括以下步驟施加一柵極電壓于該柵極且其中該柵極電壓為負(fù)電壓并且隨著擦除擊發(fā)增加而降低，在每一擦除擊發(fā)時施加一正的且總體上為定值的源極電壓于該源極，在每一擦除擊發(fā)時施加一正的且總體上為定值的漏極電壓于該漏極并且其中該漏極電壓總體上高于該源極電壓，在該非易失性存儲器中產(chǎn)生熱空穴，注入該產(chǎn)生的熱空穴于漏結(jié)附近的捕獲層中，以及相應(yīng)地擦除該非易失性存儲器。根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的擦除方法包括在每一擦除擊發(fā)之后進(jìn)行一驗(yàn)證步驟，以用于驗(yàn)證非易失性存儲器的存儲器擦除，以及如果該存儲器擦除未被驗(yàn)證時則重復(fù)根據(jù)本發(fā)明的過程步驟。
圖8為進(jìn)一步說明根據(jù)本發(fā)明于此及上文中描述的特定實(shí)施例中的示例性存儲器擦除操作的示意圖。參照圖8，一隨著擦除擊發(fā)次數(shù)增加而降低的負(fù)電壓施加于柵極，以及一修正的源極電壓施加于源極。圖8中所示的示例性實(shí)施例與圖7中所示者相似，除了在柵極102上施加一隨著擦除擊發(fā)次數(shù)增加而降低的負(fù)電壓之外。施加于源極100的電壓經(jīng)選擇以使得對于一短溝道單元，當(dāng)電壓閾值達(dá)到一預(yù)定的低程度時，源極100將會耦合至漏極101。將正確定義的電壓施加于源極100、漏極101和柵極102將會導(dǎo)致存儲單元中具有實(shí)質(zhì)相似的存儲器擦除速度，因此有利地避免了過擦除問題。
本發(fā)明的另一較佳實(shí)施例提供一種具有存儲器擦除功能的非易失性存儲器，其包含有一襯底、一源極且該源極在每一擦除擊發(fā)時被施加一非零源極電壓、一漏極且該漏極在每一擦除擊發(fā)時被施加一非零漏極電壓并且其中該漏極電壓總體上高于該源極電壓、形成于該源極與該漏極之間的一溝道、一第一絕緣層位于該溝道上、一捕獲層位于該第一絕緣層上且其中熱空穴產(chǎn)生及注入至該捕獲層中、一第二絕緣層位于該第一絕緣層上、一柵極形成于該第二絕緣層之上并被該第二絕緣層所隔離并且其中一柵極電壓施加于該柵極。根據(jù)本發(fā)明的此實(shí)施例的非易失性存儲器響應(yīng)于注入的熱空穴、施加的柵極電壓、施加的源極電壓以及施加的漏極電壓而被擦除。
本發(fā)明的又一實(shí)施例提供一種具有存儲器擦除功能的非易失性存儲器，其包含有一襯底、一源極且該源極在每一擦除擊發(fā)時被施加一非零源極電壓、一漏極且該漏極在每一擦除擊發(fā)時被施加一非零漏極電壓并且其中該漏極電壓總體上高于該源極電壓、形成于該源極與該漏極之間的溝道、一捕獲層位于該溝道上并且其中熱空穴產(chǎn)生及注入至該捕獲層中、一柵極包圍該捕獲層并且其中一柵極電壓施加于該柵極。根據(jù)本發(fā)明的此實(shí)施例的非易失性存儲器響應(yīng)于注入的熱空穴、施加的柵極電壓、施加的源極電壓以及施加的漏極電壓而被擦除。
以上所述的實(shí)施例根據(jù)在非易失性存儲器中擦除漏極位進(jìn)行了描述，然而大體而言，根據(jù)本發(fā)明的相同過程步驟可使用于擦除源極位。所使用的方法總體上與在此及以上所述者相同。所有在此及以上所述的實(shí)施例能夠相同地應(yīng)用于擦除源極位，以便同樣地且有利地避免非易失性存儲器中的存儲器擦除操作的過擦除問題。此外，雖然上述實(shí)施例總體上應(yīng)用于SONOS非易失性存儲器，丹熟習(xí)此項(xiàng)技術(shù)者將理解的是本發(fā)明能夠類似地應(yīng)用于浮柵非易失性存儲器并且可實(shí)質(zhì)地達(dá)成在此及以上所述的相同效果。
圖9和圖10為分別說明使用根據(jù)本發(fā)明存儲器擦除功能的SONOS非易失性存儲器與浮柵非易失性存儲器的示意圖。圖9為一說明硅-氧化物-氮化物-氧化物-硅(SONOS)非易失性存儲單元結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖，其中一非易失性存儲單元70包括一N溝道MOSFET結(jié)構(gòu)。該非易失性存儲單元70包括一具有兩個埋入式N+結(jié)的P型襯底706，其中一個為源極700而另一個為漏極701。一溝道707形成于源極700與漏極701之間。溝道上方有一第一絕緣層703，其通常為一氧化硅層。在第一絕緣層703上方為一捕獲層704，其為一氮化物層。捕獲層704形成存儲器保留層，當(dāng)電子被注入氮化物層時該捕獲層704捕獲電子。一第二絕緣層705(其為一氧化物層)形成覆蓋于氮化硅層上。氧化硅層705與一傳導(dǎo)柵極702形成電絕緣，該柵極702形成于第二絕緣層705上。這兩個氧化硅層703和705具有絕緣介電層的作用。
除了SONOS非易失性存儲器之外，還可以利用浮柵非易失性存儲器構(gòu)建存儲器陣列，如圖10的示例性說明。該浮柵非易失性存儲器元70包括一具有兩個埋入式N+結(jié)的P型襯底706，其中一個為源極700而另一個為漏極701。一溝道707形成介于源極700與漏極701之間。該溝道上有一第一絕緣層703，其通常為一氧化硅層。在第一絕緣層703上方為一傳導(dǎo)浮柵層704，其通常為一多晶硅層。浮柵層704形成存儲器保留層，當(dāng)電子被注入浮柵層時儲存電子。一第二絕緣層705(其通常為一疊加的氧化物-氮化物-氧化物(ONO)層)形成覆蓋多晶硅層。該ONO層與一傳導(dǎo)柵極702形成電絕緣，該柵極702形成于第二絕緣層705上。這兩個層703和705具有絕緣介電層的作用。
雖然本發(fā)明已參照較佳實(shí)施例進(jìn)行了描述，但應(yīng)該了解的是，本發(fā)明并未受限于其中詳細(xì)的描述內(nèi)容。替換方式及修改樣式已于先前描述中建議，而且其它替換方式及修改樣式將為熟習(xí)此項(xiàng)技術(shù)人士所思及。特別是，根據(jù)本發(fā)明的方法的過程步驟，將包括具有實(shí)質(zhì)上相同于本發(fā)明的方法的過程步驟以達(dá)成實(shí)質(zhì)上相同結(jié)果的方法。因此，所有此類替換方式及修改樣式都將落在本發(fā)明于權(quán)利要求書及其均等物所界定的范疇之中。
權(quán)利要求
1.一種擦除一非易失性存儲器的方法，該非易失性存儲器包括有一源極、一柵極、一漏極、一溝道及一電荷儲存層，該方法包括以下步驟(a)施加一非零柵極電壓至該柵極；(b)施加一非零源極電壓至該源極；(c)施加一非零漏極電壓至該漏極，其中該漏極電壓總體上高于該源極電壓；(d)在該存儲器中產(chǎn)生熱空穴；(e)注入產(chǎn)生的熱空穴至該電荷儲存層之中；以及(f)擦除該存儲器。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該柵極電壓在每一擦除擊發(fā)中為負(fù)值并且總體上為定值，該源極電壓為正值并且還包括該源極電壓隨著擦除擊發(fā)次數(shù)增加而增加，以及該漏極電壓為正值并且還包括該漏極電壓隨著擦除擊發(fā)次數(shù)增加而增加。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該源極電壓和該漏極電壓為正值并且總體上為定值，以及該柵極電壓為一負(fù)值并且該柵極電壓隨著擦除擊發(fā)次數(shù)增加而降低。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在每一擦除擊發(fā)中該柵極電壓為負(fù)值并且總體上為定值，該源極電壓和該漏極電壓為正值并且總體上為定值。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括一驗(yàn)證所述擦除步驟的步驟。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，還包括如果所述擦除步驟沒有被驗(yàn)證通過，則重復(fù)步驟(a)、(b)、(c)、(d)及(e)的步驟。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括在該非易失性存儲器中執(zhí)行一帶至帶熱空穴注入的步驟。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該非易失性存儲器包括SONOS及浮柵非易失性存儲器。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該非易失性存儲器包括只讀存儲器(ROM)、閃速存儲器、可編程只讀存儲器(PROM)、可擦除且可編程只讀存儲器(EPROM)、可電擦除且可編程只讀存儲器(EEPROM)以及閃速EEPROM。
10.一種具有存儲器擦除功能的非易失性存儲器，包括一襯底；一源極，被施加以一非零源極電壓；一漏極，被施加以一非零漏極電壓，其中該漏極電壓總體上高于該源極電壓；一溝道，其形成于該源極與該漏極之間；一第一絕緣層位于該溝道之上；一電荷儲存層位于該第一絕緣層之上，其中熱空穴產(chǎn)生并且注入至該電荷儲存層之中；一第二絕緣層位于該電荷儲存層之上；以及一柵極，其形成于該第二絕緣層之上并且被該第二絕緣層所隔離，其中一柵極電壓施加于該柵極；其中該存儲器響應(yīng)于所述注入的熱空穴、施加的柵極電壓、施加的源極電壓以及施加的漏極電壓而被擦除。
11.如權(quán)利要求10所述的存儲器，其中該襯底為一P型襯底，該源極和該漏極為n+型結(jié)。
12.如權(quán)利要求10所述的存儲器，其中該電荷儲存層為一氮化物層，該第一絕緣層為氧化硅層以及該第二絕緣層為一氧化物層。
13.如權(quán)利要求10所述的存儲器，其中該柵極電壓為負(fù)值并且在每一擦除擊發(fā)中總體上為定值，該源極電壓為正值并且還包括該源極電壓隨著擦除擊發(fā)次數(shù)增加而增加，以及該漏極電壓為正值并且還包括該漏極電壓隨著擦除擊發(fā)次數(shù)增加而增加。
14.如權(quán)利要求10所述的存儲器，其中該源極電壓和該漏極電壓為正值并且在每一擦除擊發(fā)中總體上為定值，以及該柵極電壓為一負(fù)電壓并且還包括該柵極電壓隨著擦除擊發(fā)次數(shù)增加而降低。
15.如權(quán)利要求10所述的存儲器，其中在每一擦除擊發(fā)時該柵極電壓為負(fù)值并且總體上為定值，該源極電壓和該漏極電壓為正值并且總體上為定值。
16.如權(quán)利要求10所述的存儲器，其中該存儲器擦除功能被驗(yàn)證。
17.如權(quán)利要求16所述的存儲器，其中如果該存儲器擦除功能沒有被驗(yàn)證，則再次施加所述柵極電壓、所述源極電壓以及所述漏極電壓。
18.如權(quán)利要求10所述的存儲器，其中在該非易失性存儲器中執(zhí)行一帶至帶熱空穴注入。
19.一種具有存儲器擦除功能的非易失性存儲器，包括一襯底；一源極，被施加以一非零源極電壓；一漏極，被施加以一非零漏極電壓，其中該漏極電壓總體上高于該源極電壓；一溝道，其形成于該源極與該漏極之間；一電荷儲存層位于該溝道之上，其中熱空穴產(chǎn)生并且注入至該電荷儲存層之中；以及一柵極，其包圍住該電荷儲存層，其中一柵極電壓施加于該柵極；其中該存儲器響應(yīng)于所述注入的熱空穴、所述施加的柵極電壓、所述施加的源極電壓以及所述施加的漏極電壓而被擦除。
20.如權(quán)利要求19所述的存儲器，其中該襯底為一P型襯底，該源極和該漏極為n+型結(jié)。
21.如權(quán)利要求19所述的存儲器，其中該電荷儲存層為一氮化物層以及該柵極為可傳導(dǎo)的。
22.如權(quán)利要求19所述的存儲器，其中該柵極電壓為負(fù)值并且在每一擦除擊發(fā)中總體上為定值，該源極電壓為正值并且還包括該源極電壓隨著擦除擊發(fā)次數(shù)增加而增加，以及該漏極電壓為正值并且還包括該漏極電壓隨著擦除擊發(fā)次數(shù)增加而增加。
23.如權(quán)利要求19所述的存儲器，其中該源極電壓和該漏極電壓為正值并且在每一擦除擊發(fā)中總體上為定值，以及該柵極電壓為一負(fù)電壓并且還包括該柵極電壓隨著擦除擊發(fā)次數(shù)增加而降低。
24.如權(quán)利要求19所述的存儲器，其中在每一擦除擊發(fā)中，該柵極電壓為負(fù)值并且總體上為定值，該源極電壓和該漏極電壓為正值并且總體上為定值。
25.如權(quán)利要求19所述的存儲器，其中該存儲器擦除功能被驗(yàn)證。
26.如權(quán)利要求25所述的存儲器，其中如果所述存儲器擦除功能沒有被驗(yàn)證通過，則再次施加所述柵極電壓、所述源極電壓以及所述漏極電壓。
27.如權(quán)利要求19所述的存儲器，其中在該非易失性存儲器中執(zhí)行一帶至帶熱空穴注入。
全文摘要
本發(fā)明提供一種具最佳存儲器擦除功能的非易失性存儲器及相應(yīng)的方法，特別是一種擦除非易失性存儲器的方法，該非易失性存儲器包括一源極、一柵極、一漏極、一溝道和一捕獲層。根據(jù)本發(fā)明的一較佳實(shí)施例的方法總體上包括以下步驟施加一非零柵極電壓于該柵極、施加一非零源極電壓于該源極、在每一擦除擊發(fā)時施加一非零漏極電壓于該漏極并且其中該漏極電壓的幅值總體上高于該源極電壓、在該非易失性存儲中產(chǎn)生熱空穴、注入該產(chǎn)生的熱空穴于該漏結(jié)附近的捕獲層中，以及相應(yīng)地擦除該非易失性存儲器。根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的擦除方法包括在每一擦除擊發(fā)之后進(jìn)行一驗(yàn)證步驟，以用于驗(yàn)證非易失性存儲器的存儲器擦除，以及如果該存儲器擦除未被驗(yàn)證時則重復(fù)根據(jù)本發(fā)明的過程步驟。
文檔編號G11C16/22GK1574098SQ200410006760
公開日2005年2月2日 申請日期2004年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月17日
發(fā)明者葉致鍇, 蔡文哲, 盧道政 申請人:旺宏電子股份有限公司