專利名稱：Eeprom和閃速eeprom的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體電路，尤其涉及一種EEPROM和閃速EEPROM設(shè)計。
背景技術(shù)：
許多移動裝置，比如移動電話，PDA(個人數(shù)字助理)，移動計算機和音樂播放器(比如MP3播放器)在電力不足的情況下依靠非易失性半導(dǎo)體存儲器來保持數(shù)據(jù)和程序。最流行形式的半導(dǎo)體非易失性存儲器是可以使用UV光擦除的EPROM(可擦除可編程只讀存儲器)，和電可擦除的EEPROM(電可擦除可編程只讀存儲器)。EEPROM的一種變體是閃速EEPROM，可以在一次擦除多個存儲器單元。
一次可編程EPROM較緊湊，但僅可使用UV光擦除，這使它們不適于許多場合。早期的EEPROM是利用多個多晶硅工藝制造的，在浮動?xùn)艠O上形成控制柵極。該工藝需要多個掩模，更長的工藝周轉(zhuǎn)時間，較低的產(chǎn)量，較高的成本，和較低的可靠性。最近，已經(jīng)研制了單個多晶硅方案。單個多晶硅方案尤其適于在集成方案中與處理器和動態(tài)存儲器一起提供EEPROM陣列，在此無需第二多晶硅。
單個多晶硅工藝的問題是單元的尺寸較大。這可能是集成方案中最顯著的問題，而其他部件有更大的晶片需求。
因此，需要一種具有更小的單元尺寸的EEPROM。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明中，一種電可擦除只讀存儲器包括電容器，該電容器包含在第二導(dǎo)電類型的阱中形成的第一導(dǎo)電類型的擴散層，覆蓋所述擴散層的絕緣層和覆蓋所述擴散層的浮動?xùn)艠O。MOS晶體管包含在所述阱中形成的鄰近所述浮動?xùn)艠O的延伸部分的第一和第二有源區(qū)域。
本發(fā)明比現(xiàn)有技術(shù)具有顯著的優(yōu)點。首先，存儲器單元與需要多個阱的其他EEPROM相比非常緊湊。第二，該工藝兼容許多其他工藝技術(shù)，而不需要額外的多晶硅層。第三，所述單元可以利用Fowler-Nordheim隧道效應(yīng)或熱電子注入進行編程。第四，所述單元支持閃速擦除。


為了更完整地理解本發(fā)明，及其優(yōu)點，現(xiàn)在結(jié)合附圖進行描述，其中圖1a和1b示出了現(xiàn)有技術(shù)的EEPROM存儲器單元的平面圖和剖面?zhèn)纫晥D；圖2示出了EEPROM存儲器單元的平面圖；圖3至5示出了圖2的單元的剖面?zhèn)纫晥D；圖6示出了PMOS晶體管的剖面圖；圖7示出了存儲器單元的原理圖；圖8示出了單元編程的實施例；圖9示出了讀取單元的實施例；圖10示出了擦除分區(qū)內(nèi)的一或多個單元的實施例；圖11示出了單元陣列。
具體實施例方式
參照附圖中的圖1-7，本發(fā)明可以得到最好的理解，在各附圖中相同的附圖標記用于表示相同的元件。
圖1a和1b示出了現(xiàn)有技術(shù)的EEPROM存儲器單元10的平面圖和剖面?zhèn)纫晥D。在p阱14內(nèi)形成的NMOS晶體管12包括n+型源極和漏極有源區(qū)域16和18，和通過柵極氧化層22與p阱14分開的多晶硅浮動?xùn)艠O20。浮動?xùn)艠O20延伸入電容器24中。浮動?xùn)艠O20重疊在n阱28上，浮動?xùn)艠O通過柵極氧化層22與n阱28分隔。在沒有處于浮動?xùn)艠O20下面的區(qū)域的n阱28中形成n+有源區(qū)域30。擦除柵極32形成n阱36內(nèi)的n+區(qū)域34。背柵38形成為p阱42內(nèi)的p+區(qū)域40。n阱和p阱通過場氧化物區(qū)域44分隔。
在操作過程中，通過對控制柵極(CG)施加約13伏的電壓，同時使擦除柵極(EG)，源極16、漏極18和背柵38接地，利用Fowler-Nordheim電子隧道效應(yīng)對EEPROM存儲器單元10編程。浮動?xùn)艠O20，氧化層22和n+有源區(qū)域30(與n阱28一起)形成電容器24。這樣，在控制柵極CG(電容器24的一個板)的電壓增加導(dǎo)致浮動?xùn)艠O20(電容器24的另一個板)的電壓增加。浮動?xùn)艠O的電壓增加至約10伏。通過Fowler-Nordheim電子隧道效應(yīng)，電子將從浮動?xùn)艠O20下方的接地區(qū)域吸引至浮動?xùn)艠O本身。當(dāng)控制柵極(CG)重新接地時，浮動?xùn)艠O將保持約2-3伏。
為了從EEPROM存儲器單元10讀取，在控制柵極(CG)有0至3伏的電壓，在漏極18上有約1伏的低電壓。如果存儲器單元已經(jīng)編程，那么浮動?xùn)艠O上的電壓將導(dǎo)致產(chǎn)生源極16和漏極18之間的反型區(qū)，使電流流過。如果不是，那么電流將不能從源極流向漏極。通過測量源極的電壓，可以確定存儲器單元10是否編程。
為了擦除EEPROM存儲器單元10，給擦除柵極(EG)施加13伏的電壓。因為擦除柵極與浮動?xùn)艠O僅有較小的電容性關(guān)系，所以在有源區(qū)域34的更高電壓將吸引電子從浮動?xùn)艠O22進入有源區(qū)域34，從而去除浮動?xùn)艠O上的電荷。
圖1a-b所示類型的EEPROM存儲器單元的問題是它的尺寸。如上所述，小存儲器單元尺寸是許多情況下非常重要的特征。
在圖2-7中示出了一種EEPROM存儲器單元50(也可以在閃速EEPROM單元內(nèi)排列和使用)。圖2示出了平面圖，圖3-5示出了單元50的剖面?zhèn)纫晥D。圖6示出了PMOS晶體管的剖面圖。圖7示出了存儲器單元50的簡化示意圖。
參照圖2-6，在n阱54內(nèi)形成的PMOS晶體管52，包括p+型源極和漏極有源區(qū)域56和58，以及通過柵極氧化層62與n阱54分開的多晶硅浮動?xùn)艠O60。在VTN p-擴散區(qū)域59內(nèi)形成漏極有源區(qū)域58。浮動?xùn)艠O60延伸入電容器64中。浮動?xùn)艠O60重疊在n阱54內(nèi)形成的VTN p-擴散區(qū)68上，浮動?xùn)艠O60通過柵極氧化層22與p-擴散區(qū)域68分隔。p+有源區(qū)域70在沒有處于浮動?xùn)艠O60下方的區(qū)域在p-擴散區(qū)域68中形成。背柵72形成為n阱54內(nèi)的n+區(qū)域74。有源區(qū)域通過場氧化物區(qū)域76分隔。
存儲器單元在圖7的原理圖中示出。Ccgfg是由浮動?xùn)艠O60和擴散區(qū)域68以及有源區(qū)域70形成的電容器。Cbgfg表示浮動?xùn)艠O60和背柵之間的電容。Csfg和Cdfg是源極有源區(qū)域56和浮動?xùn)艠O60以及漏極有源區(qū)域58和擴散區(qū)域59以及浮動?xùn)艠O60之間的電容。當(dāng)單元52通過施加Vcg＝-13伏，進行編程時，浮動?xùn)艠O電壓為Vfg＝Vcg*Ccgfg/CT，其中CT＝Ccgfg+Cdfg+Csfg+Cbgfg。
在操作中，浮動?xùn)艠O電勢用于使浮動?xùn)艠O60下方的區(qū)域反轉(zhuǎn)為p型，從而在小區(qū)域內(nèi)形成電容器；VTN p-擴散區(qū)域有助于在浮動?xùn)艠O下方形成p區(qū)域。存儲器單元50可以使用溝道熱電子(CHE)注入或Fowler-Nordheim電子隧道效應(yīng)進行編程。使用CHE方案，給控制柵極(CG)施加-10伏，給漏極58施加-6伏，源極56和背柵74接地。由于浮動?xùn)艠O60和p+有源區(qū)域70以及p-擴散區(qū)域68之間的電容，在控制柵極上的電壓下拉浮動?xùn)艠O60上的電壓。漏極58上的電壓導(dǎo)致在源極和漏極之間產(chǎn)生電流，其中電子被吸引到浮動?xùn)艠O60，控制電容器上的電場有助于注入浮動?xùn)艠O。這樣，浮動?xùn)艠O將獲得在源極56和漏極58之間產(chǎn)生反型層的電壓?；蛘?，CHE注入也可以通過相對于控制柵極和漏極給背柵和源極施加7伏而實現(xiàn)。這在圖8中示出。
使用Fowler-Nordheim電子隧道效應(yīng)，-13伏的電壓施加在控制柵極(CG)上，其中源極56，漏極58和背柵74保持接地。由于浮動?xùn)艠O60和p+有源區(qū)域70以及p-擴散區(qū)域68之間的電容，在控制柵極上的電壓下拉浮動?xùn)艠O60上的電壓。在浮動?xùn)艠O60和浮動?xùn)艠O下方的接地區(qū)域之間的電壓差將電子吸引至浮動?xùn)艠O60。再次，浮動?xùn)艠O將獲得在源極56和漏極58之間產(chǎn)生反型層的電壓。
使用在控制柵極(CG)上的-3.3伏，在漏極上-1伏的電壓，可以讀取存儲器單元?；蛘?，如圖9所示，可以在單元的源極和背柵上施加4伏，同時使漏極和源極連線至讀出放大器比較器電路。為了避免干擾單元的浮動?xùn)艠O的電荷狀態(tài)，在單元的源極和漏極之間有2伏的箝壓?！熬幊虇卧睂⒃试S源極至漏極的電流流過；但是“未編程單元”將僅有源極至漏極的泄漏電流。在讀出放大器中使用的基準電流是這樣的，即通過單元漏電流和單元編程電流之間的區(qū)別，給出真正的單元狀態(tài)。
為了使用Fowler-Nordheim電子隧道效應(yīng)擦除存儲器單元50，給漏極58施加-13伏的電壓，其中源極浮動?？刂茤艠O(CG)和背柵72接地。在現(xiàn)有技術(shù)的EEPROM中，高達-13伏的電壓將導(dǎo)致結(jié)擊穿；然而，利用p-擴散區(qū)域，增大了結(jié)擊穿的閾值。所以，漏極上增加的電壓將導(dǎo)致電子從浮動?xùn)艠O60流至漏極58，從而使浮動?xùn)艠O60放電。通過使源極56浮動，施加給漏極的電壓將不會由于源極和漏極之間的電流而減小。在存儲器單元陣列中，通過僅給被擦除的單元50的漏極施加-13伏可以擦除選定的單元。
或者，存儲器單元50可以通過在背柵74上施加13伏信號，控制柵極接地，使用Fowler-Nordheim電子隧道效應(yīng)擦除，如圖10所示。利用在浮動?xùn)艠O和背柵之間約10伏的差值，電子從浮動?xùn)艠O吸入n阱54。在存儲器單元陣列(見圖11)中，可以定義分區(qū)；例如，分區(qū)可以定義為控制柵極連接在一起的十六個單元。通過給將不被擦除的單元的控制柵極施加13伏，將消除n阱54和浮動?xùn)艠O60之間的電壓差，且給將被擦除的那些單元的控制柵極施加0伏，可以實現(xiàn)陣列的選擇性擦除。這樣，陣列可以重新編程，而無需使所述單元經(jīng)受UV輻射。
應(yīng)當(dāng)指出的是上述電壓可以根據(jù)所使用的處理技術(shù)變化。
在P型襯底上形成存儲器單元50的工藝流程示例如下

(油相)(1)鯨蠟醇 1.0(2)蜂蠟0.5(3)凡士林 2.0(4)角鯊?fù)? 6.0(5)二甲基聚硅氧烷 2.0(水相)(6)甘油4.0(7)1，3-丁二醇 4.0(8)丙烯酸-甲基丙烯酸烷基酯共聚物 1.0(9)木葡聚糖2.0(10)防腐劑 適量(11)色素 適量(12)香料 適量(13)精制水 余量表B1

由此結(jié)果，可判定配合有木葡聚糖與增粘多糖類之外用組合物在使用感及經(jīng)時之粘度穩(wěn)定性兩方面均很優(yōu)良。再者，由實施例B1及B2(表面活性劑中含有POE(20)油醇醚)，與實施例B4及B5(含有代<p>

本發(fā)明比現(xiàn)有技術(shù)具有顯著的優(yōu)點。首先，存儲器單元50與需要多個n阱的其他EEPROM相比非常緊湊。在典型的結(jié)構(gòu)中，比如圖1a-b所示，場氧化物區(qū)域通常寬度約4微米，由于需要較深的注入(兩微米)來形成n阱和p阱。另一方面，較小的VTN p-擴散區(qū)域更淺，需要場氧化物寬度僅約1.5微米。
第二，該工藝兼容許多其他工藝技術(shù)，而不需要額外的多晶硅層，這使其尤其適于與其他器件集成，比如處理器。第三，所述單元可以利用Fowler-Nordheim隧道效應(yīng)或熱電子注入進行編程。第四，所述單元支持閃速擦除。
應(yīng)當(dāng)指出的是，雖然已經(jīng)結(jié)合在n阱中形成的p型擴散區(qū)域描述了本發(fā)明，但在此所述的原理同樣適于相反極性的擴散(即，具有n型控制電容器，NMOS晶體管的隔離p阱)。
雖然已經(jīng)針對特定的示例性實施例詳細描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員將得到這些實施例的各種改進以及替代實施例的啟示。本發(fā)明包含落入權(quán)利要求的范圍內(nèi)的任何改進或替代實施例。
權(quán)利要求
1.一種電可擦除只讀存儲器，包含電容器，包含在第二導(dǎo)電類型的阱中形成的第一導(dǎo)電類型的擴散層；覆蓋所述擴散層的絕緣層；和覆蓋所述擴散層的浮動?xùn)艠O；以及MOS晶體管，包含在所述阱中形成的、鄰近所述浮動?xùn)艠O的延伸部分的第一和第二有源區(qū)域。
2.如權(quán)利要求1所述的電可擦除只讀存儲器，其特征在于所述第一導(dǎo)電類型是p型，所述第二導(dǎo)電類型是n型。
3.如權(quán)利要求1所述的電可擦除只讀存儲器，其特征在于所述第一導(dǎo)電類型是n型，所述第二導(dǎo)電類型是p型。
4.如權(quán)利要求1所述的電可擦除只讀存儲器，其特征在于還包含在所述第一和第二有源區(qū)域之一下方的第二擴散層。
5.如權(quán)利要求4所述的電可擦除只讀存儲器，其特征在于所述第一有源區(qū)域包含源極，所述第二有源區(qū)域包含漏極，所述浮動?xùn)艠O的延伸部分包含MOS晶體管的柵極，所述第二擴散層在所述第二有源區(qū)域下方形成。
6.一種形成電可擦除只讀存儲器的方法，包含步驟形成在第二導(dǎo)電類型的阱中形成的第一導(dǎo)電類型的擴散層；形成覆蓋所述擴散層的絕緣層；和形成覆蓋所述擴散層的浮動?xùn)艠O；以及形成在所述阱中形成的、鄰近所述浮動?xùn)艠O的延伸部分的第一和第二有源區(qū)域。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于形成擴散層的步驟包含在n導(dǎo)電類型的阱中形成p導(dǎo)電類型的擴散層。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于形成擴散層的步驟包含在p導(dǎo)電類型的阱中形成n導(dǎo)電類型的擴散層。
9.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于還包含在所述第一和第二有源區(qū)域之一下方形成第二擴散層的步驟。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于所述第一有源區(qū)域包含源極，所述第二有源區(qū)域包含漏極，所述浮動?xùn)艠O的延伸部分包含MOS晶體管的柵極，且形成所述第二擴散層的步驟包含在所述第二有源區(qū)域下方形成所述第二擴散層。
全文摘要
一種EEPROM存儲器單元使用在n阱54中形成的PMOS型浮動?xùn)艠O晶體管52，其中浮動?xùn)艠O60在n阱54中形成的p－擴散區(qū)域68上排布而形成控制電容器。PMOS浮動?xùn)艠O晶體管52使用在形成漏極的p+有源區(qū)域70下方的p型擴散區(qū)域68，而提供更高的擊穿電壓。單元的編程可以通過熱電子注入完成，在控制電容器上有電場，以有助于注入浮動?xùn)艠O。FN擦除通過使n阱的電勢達到編程電壓，同時保持控制電容器的電勢處于低電壓而實現(xiàn)。
文檔編號H01L27/115GK1638132SQ20041008180
公開日2005年7月13日 申請日期2004年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月30日
發(fā)明者約瑟夫·法利, 約瑟夫·米特羅斯, 亞歷克·莫頓, 羅博特·托德 申請人:得州儀器公司