專利名稱：非揮發(fā)性存儲單元裝置及其操作方法和制造方法
技術領域：
本發(fā)明是有關于一種非揮發(fā)存儲單元裝置及其操作方法，本發(fā)明提出擦除非揮發(fā)性存儲單元的方法與狀態(tài)，特別強調(diào)運用在三相多晶硅源極射入快閃的電可擦可編程只讀存儲器(EEPROM)單元中。
快閃存儲單元(flash memory cell)利用浮置柵(floating gate)儲存電荷。此電荷總量與極性影響下層溝道導通電流的能力?，F(xiàn)今所采用的閃存結構為一具四端點的裝置(漏極、控制的柵極、源極、以及基底)，基本上利用雙多晶硅制程(double-polysilicon process)而形成；或者是利用五端點的裝置(漏極、控制柵極、選擇柵極、源極、以及基底)，基本上是利用三相多晶硅制程(triple-polysilicon process)形成。不論采用何種結構，浮置柵皆位于控制柵與基底之間。
第1A圖所示為典型四端點漏極側射入單元10的剖面圖。此單元10包括p行基底12、N+源極14、控制柵16、浮置柵18、以及N+漏極20。擦除動作是發(fā)生在此單元的源極區(qū)域14，如圖所示其可為輕微或雙重擴散接面。第1B圖所示為存儲單元10的擦除模式偏壓情形，其中關系兩擦除信號，意即正源極電壓(Vs)22與負控制柵(Vcg)24。
第2A圖為五端點快閃存儲單元30的剖面圖。單元30包括P型基底32、N+源極34、側壁柵36、控制柵38、浮置柵40、以及N+漏極42。第2B圖所示為存儲單元30的擦除模式偏壓情形，其中關系兩擦除信號，意即正漏極電壓(Vd)46與負控制柵(Vcg)44。
第3A圖所示為源極側射入單元60，包括P型硅基底62、濃摻雜N型源極與漏極區(qū)64、72、以及被介電物質圍繞的三層多晶硅層。第一多晶硅層包括浮置柵70，為儲存電荷處，而第二多晶硅層包括控制柵68。如同所有源極側射入單元的特點，此單元亦包括一選取柵66，其由覆蓋或延展于源極64的第三多晶硅構成，部分溝道區(qū)域74、控制柵70、以及漏極72。在操作此類存儲單元60時，源極64、漏極72、控制柵68、以及選取柵66接連接至電壓供應源，基底端62則連接至地端。單元溝道74定義于源極與漏極端點64、72間的基底表面62，被區(qū)隔成兩連續(xù)區(qū)間，其一區(qū)間連接至漏極72并置于浮置柵70的下方，另一區(qū)間與源極64連接并置于選取柵66的下方。利用漏極對源極的電壓可溝道電流在(1)浮置柵70與(2)選取柵66。為導通電流，在浮置柵70與選取柵66的電壓必須為正值；終止電流僅需使浮置柵70或選取柵66所出現(xiàn)的電壓低于地端電壓即可。
第3B圖為另一種五端點單元80的剖面圖。單元80包括P型基底82、N+源極84、選取柵86、控制柵88、浮置柵90、以及N+型漏極92。選取柵86延伸至部分的溝道區(qū)域74，部分則重疊或延伸于控制柵88，而第3A圖的選取柵66則完全地覆蓋源極64、控制柵68、以及漏極72。第3B圖所示的源極側射入單元80與第3A圖所示的功能相同。第3C圖所示則為單元80的擦除模式偏壓情形。利用此兩相關聯(lián)的擦除信號，在漏極92端為正電壓(Vd)94且在控制柵端88為負值電壓(Vcg)96。此處值得注意的是相同的擦除狀態(tài)亦適用于第3A圖的單元60。
由Y.Ma et al.于美國專利第5280446及5278439號所提出三相多晶硅快閃存儲數(shù)組的源極側射入單元，基本上較現(xiàn)有四端點單元擁有兩種優(yōu)點第一，在寫入模式時，源極側射入單元提供較好的可程序效率而降低溝道電流的需求；第二，在擦除模式下，必要的隔離柵消除所謂”過度擦除”情形發(fā)生，避開無隔離柵單元所需面對的問題。根據(jù)三相多晶硅技術，F(xiàn)ukumoto的美國專利(第5394360號)亦提出對源極側射入存儲單元的多種形成方式。
快閃存儲單元的基本應用包括寫入、擦除、以及讀取。對一單元寫入亦即將負電荷射至浮置柵。擦除一單元即將浮置柵上的負電荷移除，或將其置換為正電荷。讀取一單元亦即利用浮置柵下流經(jīng)漏極至源極溝道的電流流動情形，偵測浮置柵儲存電荷的狀態(tài)，借以得知為二位邏輯狀態(tài)或是多及位準邏輯狀態(tài)。
電荷由浮置柵傳送至基底其主要的擦除機制為Fowler-Nordheim隧道效應。Haddad et al.等人揭示擦除一四端點單元的方法，其為利用一極大負值控制柵電壓(如-12伏特至-17伏特)結合一低正值源極電壓(如+0.5伏特至+5伏特)的方法。在擦除期間，在浮置柵與源極接面間重疊電容發(fā)生電荷轉換。Caywood(美國專利第5235544號)揭示利用相同的方法(如Vcg＝-11伏特且Vd＝+5伏特)以擦除五端點單元，但選取柵端點必須為非主動(inactive)。此例中是在浮置柵與漏極接面間重疊電容發(fā)生電荷轉換。兩方法相同處為在單元擦除期間皆運用到兩種信號一為正值一為負值；且在基底保持地端電壓。而相對低正值的擦除信號則直接可取得，無須由”標準5伏特電壓源”打入電荷來供應。但控制柵的負值擦除信號需要密集地打入電荷以供應強電場使電子通過。如前所述，在改良技術中并不希望發(fā)生此類于負電壓與正電壓間所造成”震幅差異”的情形。特別是此類震幅差異會在某一單元介電部分產(chǎn)生過于集中的電壓壓力(voltage stress)。
在先進的存儲芯片中，內(nèi)含更高密度的存儲單元與更小的晶體管，其所需的電源供應需降低低于”現(xiàn)有5伏特標準”的程度。因此，現(xiàn)今的電源供應標準重新設定為如3.3、2.5、或1.8伏特。在低電壓供應的情況下，電壓泵需要同時具正負電極以適用擦除狀態(tài)。此時，正負電壓間振幅差異因為三個原因而無法實現(xiàn)(1)低位準電壓(如3.3伏特)較”舊式5伏特標準”難以提升電壓；(2)電壓泵汲似受限于芯片上晶體管的截止電壓，特別是在晶體管變得更小時；以及(3)因為存儲單元的尺寸越來越小，數(shù)組譯碼器亦需隨之變小以符合單元的結構，此使得在高壓譯碼操作更加困難甚至無法作業(yè)。
本發(fā)明針對五端點源極側射入的存儲單元提供一種加強型擦除方法以改善單元的擦除效率。再者，為在基底隔離N井的”內(nèi)部P井”中形成存儲單元，由實驗數(shù)據(jù)顯示，在擦除操作時，若維持快速地擦除操作可使各類裝置端點所需的電壓達到較佳的振幅平衡。此可在制造規(guī)范下達到產(chǎn)品可靠度的好處。
因此，本發(fā)明的一目的即是提供一種新式的非揮發(fā)性存儲單元裝置及其操作方法，用以操作快閃存儲單元，特別是在源極側射入此單元以及其它非揮發(fā)性存儲單元。
本發(fā)明的目的可以通過以下措施來達到一種非揮發(fā)性存儲單元裝置，包括一非揮發(fā)性存儲單元，包括一源極區(qū)與一漏極區(qū)，位于一半導體基底中，且其間具有一溝道區(qū)；一浮置柵，位于該溝道區(qū)上但與該溝道區(qū)的一第一部份隔離；一控制柵，位于該浮置柵上但與該浮置柵隔離；以及一選取柵，位于該控制柵上但與該控制柵隔離，該選取柵延伸于該溝道區(qū)域的剩余部分，但與之相隔離；以及一電供應源，在該浮置柵上擦除電荷期間用以供應負值電壓至該選取柵。
一種擦除一非揮發(fā)性存儲單元裝置的操作方法，該存儲單元包括一源極區(qū)與一漏極區(qū)，是位于一半導體基底中，且該源極區(qū)與該漏極區(qū)間具有一溝道區(qū)；一浮置柵，位于該溝道區(qū)上但與該溝道區(qū)的一第一部份隔離；一控制柵，位于該浮置柵上但與該浮置柵隔離；以及一選擇柵，位于該控制柵上但與該控制柵隔離，該選擇柵并延伸至該溝道區(qū)的其余的部分，但與該溝道區(qū)的其余的部分隔離，該方法包括下列步驟(A)提供一負值電壓至該選擇柵。
一種非揮發(fā)性存儲單元裝置，包括一存儲單元，包括一源極區(qū)與一漏極區(qū)，位于一半導體基底中一本體區(qū)內(nèi)，且該源極區(qū)與該漏極區(qū)間具有一溝道區(qū)；一浮置柵，位于該溝道區(qū)上但與該溝道區(qū)的一第一部份隔離；以及一控制柵，位于該浮置柵上但與該浮置柵隔離；其中，該本體區(qū)與該基底電性隔離使該本體區(qū)可被獨立地偏壓。
一種擦除非揮發(fā)性存儲單元裝置的操作方法，該存儲單元包括一源極區(qū)與一漏極區(qū)，位于一半導體基底中一本體區(qū)內(nèi)，且該源極區(qū)與該漏極區(qū)間具有一溝道區(qū)；一浮置柵，位于該溝道區(qū)上但與該溝道區(qū)的一第一部份隔離；以及一控制柵，位于該浮置柵上但與該浮置柵隔離；其中，該本體區(qū)與該基底電性隔離使該本體區(qū)可被獨立地偏壓，該方法包括下列步驟(A)提供一電壓至該本體區(qū)。
一種制造非揮發(fā)性存儲單元裝置的方法，包括下列步驟(A)電性隔離一半導體基底與其中的一本體區(qū)，使該本體區(qū)可獨立地被施以偏壓；(B)形成一源極區(qū)與一漏極區(qū)，位于一半導體基底中一本體區(qū)內(nèi)，且該源極區(qū)與該漏極區(qū)間具有一溝道區(qū)；(C)形成一浮置柵，位于該溝道區(qū)上但與該溝道區(qū)的一第一部份隔離；以及(D)形成一控制柵，位于該浮置柵上但與該浮置柵隔離。
本發(fā)明相比現(xiàn)有技術具有如下優(yōu)點關于五端源極側射入單元已揭示于各類現(xiàn)有技術并刊載于技術書刊中，而本發(fā)明則是針對此類單元結構的擦除操作作進一部地探究。下述所將引用的實驗數(shù)據(jù)是利用負值電壓激活單元的選取柵端，首次被發(fā)現(xiàn)可改進擦除操作的功能。此類改進包括(1)在擦除速度或是降低擦除電壓方面改進擦除效率，且(2)選取柵與控制柵間的電壓壓力的降低使單元的可靠度獲得改進。雖然此類改進在機構方面并不明顯，但事實上其可在三代制程技術(包括0.35um、0.5um、0.6um光刻技術)獲得穩(wěn)定且可再現(xiàn)的表現(xiàn)，表示本發(fā)明可適用于所有三相多晶硅源極側射入的單元。
本發(fā)明另一個優(yōu)點是此五端點單元在一本體區(qū)(body region)中可被電性隔離半導體基底，使得此本體區(qū)可被單獨地偏壓。在一實施例中，此單元為一源極側射入單元，其位于一般P型基底上一深N井中”內(nèi)部P井”內(nèi)。在操作期間，若”內(nèi)部P井”被偏壓在小的正電壓值時極可達到較佳的擦除操作。為達到改進細線光刻制程技術的目的，較佳的擦除操作是定義為可在控制柵與漏極端的正負電壓間形成良好的”振幅平衡”。此較佳的操作結果可使N溝道與P溝道晶體管操作在適中的截止位準，而無須不同的柵氧化層厚度或深二極管接面。
為讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征、和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉一較佳實施例，并配合所附圖
式，作詳細說明如下第1A圖是顯示基本四端點、漏極側射入單元的剖面圖；第1B圖是顯示第1A圖中存儲單元的擦除模式的偏壓狀態(tài)；第2A圖是顯示現(xiàn)有五端點快閃存儲單元的剖面圖；第2B圖是顯示第2A圖中存儲單元的擦除模式的偏壓狀態(tài)；第3A圖是顯示現(xiàn)有五端點、漏極側射入單元的剖面圖；第3B圖是顯示另一現(xiàn)有五端點、漏極側射入單元的剖面圖；第3C圖是顯示第3B圖中存儲單元的擦除模式的偏壓狀態(tài)；第4A圖所示為本發(fā)明中所采用的三種擦除信號；第4B圖是顯示根據(jù)第4A圖所示而得的實驗數(shù)據(jù)；第5A圖所示為形成于”內(nèi)部P井”中的五端點存儲單元的剖面圖，其利用深N井與基底相隔離；第5B圖是顯示第5A圖中存儲單元的擦除模式的偏壓狀態(tài)；第6圖是顯示根據(jù)第5B圖所示而得的實驗數(shù)據(jù)；以及第7圖是顯示本發(fā)明中三種浮置柵單元所采用”內(nèi)部P井”本體隔離結構的剖面圖。
符號說明10、30、60、80、100、130、180、182、184~存儲單元；12、32、62、82、102、132、174~P型基底；14、34、64、84、104、132、140~源極；16、38、68、88、108、144~控制柵；18、40、70、90、110、146~浮置柵；20、42、72、92、112、148~漏極；22、24、44、46、94、96、114、116、118、160、162、164、166~電源；36~側壁柵；66、86、106、142~選取柵；136、138、170~內(nèi)部P井；134、172~N井。
本說明書首先以五端點閃存為實例作說明。本發(fā)明適用于所有五端點源極側射入存儲單元結構，包括第2與3圖所舉的實例。新的存儲單元結構具有可加以隔離的單元本體端點，此為優(yōu)于現(xiàn)有單元結構之處。此特點可運用在四端點與五端點的快閃存儲單元上。本發(fā)明將以較佳實施例揭露如下，然其并非用以限定本發(fā)明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當可作更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護范圍當視后附的權利要求保護范圍為準。
當選取柵下源極側溝道部分被開啟時，即通入一電壓于漏極與源極端之間，五端點源極側射入單元即所謂”被選取”。在此狀況下溝道電流由儲存于浮置柵上的電荷，亦即等效于控制柵所采用的電壓所影響。為符合工程便利性以感測浮置柵儲存電荷的狀態(tài)，此處定義單元閥值電壓(Vt)作為溝道剛開始導通1Ua電流所需的控制柵電壓。更進一步定義寫入狀態(tài)為一相對高值Vt，其中超過儲存在浮置柵上的負電荷(電子)；且擦除狀態(tài)為一低值或負值Vt，其中在浮置柵上的負電荷呈現(xiàn)空乏或被正電荷置換。Vt(W)與Vt(E)分別表示在寫入與擦除狀態(tài)時單元的閥值電壓，且Vt(W)＞Vt(E)，因此可產(chǎn)生二進制邏輯。
利用寫入或擦除狀態(tài)，或是結合兩者亦可通過多級單元的閥值電壓完成多級位準邏輯。為簡化說明，本說明書以二進制的實例作說明，足以清楚地說明本發(fā)明的原理。而本發(fā)明相同地可應用在多級邏輯位準。
為輔助采用單元閥值電壓(Vt)感測浮置柵電荷的狀態(tài)，此可僅在固定控制柵電壓下量測單元的電流作為等效指針。在一般情況下，為讀取單元的狀態(tài)，會對選取柵輸入3.3伏特或5伏特電壓，將小于Vt(W)的合適電壓如4伏特輸入控制柵，并將大約1伏特或2伏特的電壓輸入源極，而漏極與基底則接地。為應用在二進制的存儲單元，存儲單元的兩邏輯位準”0”與”1”分別被定義為低電流(寫入)狀態(tài)與高電流(擦除)狀態(tài)。此值得注意的是在讀取狀態(tài)下，依各應用實例而定，溝道電流為由漏極流向源極或由源極流向漏極。
一般寫入源極側單元的操作是將高正電壓(如10伏特)輸入控制柵，將適合電壓(如約5伏特)輸入漏極，并將選取柵設定為2伏特。源極與基底維持為地端電位。利用偏壓特性，在接近浮置柵源極側的單元導通溝道中產(chǎn)生熱電子(hot)，其位于上述兩串聯(lián)溝道部分之間的區(qū)域。部分熱電子被控制柵電壓形成的垂直電場轉向并射入浮置柵中。利用儲存在浮置柵的過量電子，Vt值升高且單元處于”寫入”狀態(tài)。在讀取模式操作期間，溝道電流被截止且位之邏輯狀態(tài)為”0”。
傳統(tǒng)上利用兩重疊擦除信號，將高負值電壓(如大約-11伏特)輸入控制柵，大約5伏特電壓輸入漏極，源極為浮動的，且選取柵與基底接地，則單元可被擦除。第3C圖顯示現(xiàn)有技術所采用的擦除方法。電子由浮置柵移動至漏極間形成高電位，即所謂的福勒-諾爾德哈姆(Fowler-Nordheim)隧道效應。將浮置柵上儲存的電子移除，或被一些正電荷取代，”擦除”狀態(tài)的特征可利用低Vt達成。在讀取模式期間，假若在此狀態(tài)下被選取的單元電流為較高值(相對寫入狀態(tài))，則紀錄為邏輯狀態(tài)”1”。
第4A圖顯示本發(fā)明第一實施例所采用的一般五端點源極側射入存儲單元100。單元100包括一P型基底102、N+源極104、選取柵106、控制柵108、浮置柵110、以及N+漏極112。在擦除期間，與現(xiàn)有技術中非主動選取柵狀況相反，選取柵端106被依負值電壓(Vsg)118激活(在擦除期間將正電壓(Vd)114輸入漏極112并將負電壓(Vcg)116輸入控制柵108)。在采用高控制柵電壓(大約-10伏特)與合適的漏極電壓(大約+5伏特)時，與第3C圖中單元80相同地，第4A圖中被致動的選取柵106被大約0伏特至-5伏特的負值電壓偏壓。舉例而言，第4B圖顯示單元100擦除特性的選取柵偏壓效應，擦除單元的閥值電壓Vt(E)以在擦除操作期間選取柵的電壓的函數(shù)繪于圖標。第4B圖的數(shù)據(jù)則是在控制柵電壓為-10伏特、漏極電壓為5伏特、而源極電壓浮動且本體接地的情形下而取得。
擦除時間為500ms，此數(shù)據(jù)顯示擦除閥值隨選取柵電壓呈線性變化。擦除性能的改良可利用選取柵的負偏壓而達成。例如，將選取柵設為-5伏特，單元可擦除大約-4.8伏特的閥值電壓。與傳統(tǒng)接地的選取柵相較，當單元的擦除閥值大約為-3.9伏特時，在擦除效能上大約有1伏特的增益。此類選取柵的負值偏壓所造成擦除模式加強效應為固定的(robust)，并且在各類不同的制程與單元尺寸中獲得證實。
除擦除閥值深度獲得的增益之外，此負值選取柵偏壓對改進存儲單元的可靠度亦有相當?shù)膸椭?。以前述擦除狀態(tài)為實例，比較第4A圖與第3C圖中因偏壓導致單元介電質而產(chǎn)生電子壓力。在第3C圖所示的實例中，選取柵與控制柵間介電質的壓力電壓大約為10伏特，此為控制柵電壓的最大振幅。而在第4A圖的實例中，此電壓被降低至5伏特，為現(xiàn)有實例的一半。在單元介電質的電壓壓力有效地”分配”于單元的兩個不同的介電質間，所以不會發(fā)生現(xiàn)有技術中所出現(xiàn)的”熱點(hot spot)”現(xiàn)象。站在存儲數(shù)組可信度的觀點來看，在內(nèi)柵極介電層上降低電壓壓力會明顯地使更少的電荷被保留下來，并使介電崩潰的相關單元失效。
如第5A圖所示，采用選取柵的偏壓效應并于”內(nèi)部P井”中制造存儲單元130可獲得額外的好處。在P型基底132上形成N井134。接著，在N井134上形成內(nèi)部P井136以形成存儲單元130的本體。內(nèi)部P井136是經(jīng)由P+擴散138形成。單元130的其余部分尚包括源極140、選取柵142、控制柵144、浮置柵146、以及漏極148。此三井結構將存儲單元130的本體與共基底132隔離，使得存儲單元的本體(內(nèi)部P井136)成為一主動端。第5B圖顯示擦除第5A圖的單元130的偏壓特性，包括正漏極電壓(Vd)160，正本體電壓(Vb)162，負選取柵電壓(Vsg)164，以及負控制柵電壓(Vcg)166。與現(xiàn)有技術不同地，本實施例中單元130的本體可獨立于接地的共基底132而被偏壓。
由第5圖存儲單元130的三組實驗數(shù)據(jù)可顯示此單元結構的操作優(yōu)點，比較結果列于第6圖中。圖中擦除閥值被繪為每一偏壓狀態(tài)的擦除時間函數(shù)。實點線組表示上述第3C圖中現(xiàn)有狀態(tài)，其具有一非主動或接地的選取柵。虛點線組顯示在-5伏特時對選取柵偏壓的效果。對應在上述第4A與4B圖的實驗，此數(shù)據(jù)亦顯示新選取柵偏壓所得的擦除閥值獲得改進的情形，校現(xiàn)有接地選取柵所得的曲線更深約1伏特。
第6圖中交錯符號組是對應第5B圖的擦除情形，其中選取柵為-2.5伏特，且單元本體為+2.5伏特(亦即內(nèi)部P井136)?？刂茤烹妷涸O定為-7.5伏特，且漏極電壓為+7.5伏特，此時源極為浮動的且共基底接地。選擇此狀況下所產(chǎn)生的結果完全等效于虛點線組。第6圖顯示出后者狀況是在前者狀況下加入一定值偏壓2.5伏特至每一偏壓值中而得。例如漏極電壓由前者5伏特增加至7.5伏特，而控制柵電壓由-10伏特增加至-7.5伏特，依此類推。因為單元的端點電壓是參考芯片的共同地端或基底132，其與單元本體132利用N井134呈現(xiàn)電性隔離，對單獨存儲單元而言僅有單元端點的相對壓差才有實質意義。雖然加入一定值偏壓并未改變單元結構，但電壓的置換明顯的對電荷泵汲操作有很大的幫助。以下將對此點加以詳述。
在具單一供應電壓的芯片內(nèi)，欲升高內(nèi)部電路的電壓需進行電荷泵汲。此泵汲所生電壓的最大值受限于周邊電路中各晶體管的崩潰電壓。如上所述，任何正負泵汲電壓位準間的振幅差異需要分別采用在柵極氧化層、亦即N溝道與P溝道晶體管的不同的接面崩潰電壓，也因此成為缺點。然而將一偏壓加入存儲單元主體中，可讓芯片在擦除期間的電荷泵汲所需正負電壓的振幅達到平衡。在第6圖的實例中，對此被偏壓的單元主體而言，所須的正負電荷泵汲電壓已獲得正確地平衡，兩者振幅皆等于7.5伏特。由第6圖(交叉線組)所示數(shù)據(jù)證實無須犧牲擦除效能即可達成此項平衡。
注意第5A與3B圖間的基本單元結構的相似處，明顯地可以看出相同的隔離本體三井結構可適用于第3A、2A、與1A圖中的單元，其中在P形基底上N井172中內(nèi)部P井170包含兩個五端點單元180與182，以及一個四端點單元184。
利用四個等效操作電壓情況以比較結果，表1顯示兩信號、三信號、四信號狀態(tài)下擦除本體被隔離的源極側射入存儲單元的擦除特性?；旧?，行A表示現(xiàn)有技術所采用的方法，行B與C則表示本發(fā)明的第一與第二實施例的操作結果。行D將于下述討論。每一狀態(tài)是在固定的0.5秒內(nèi)將單元擦除至相同Vt(E)即-4.8伏特。
表1
在A行中，列出根據(jù)現(xiàn)有擦除方法操作一單元達到Vt(E)所需的條件，其中選取柵與本體為接地。在B行中，則列出根據(jù)本發(fā)明所建構的單元結構的操作條件。因選取柵偏壓而提升效能使得所需控制柵電壓振幅減少1伏特(即由-11伏特變?yōu)?10伏特)。而選取柵與控制柵間單元介電質的最大壓力電壓亦明顯地降低。在第C行中激活本體端將額外偏壓2.5伏特輸入各單元端點中。維持相同的擦除閥值電壓Vt(E)＝-4.8伏特，即可達成最高正與負擦除電壓振幅的平衡，與現(xiàn)有單元結構(第B行)相較，對Vd與Vcg而言做高的擦除信號值僅為7.5伏特。由支持電路周邊晶體管崩潰電壓的觀點來看，最大驅動電壓由10伏特降低至7.5伏特的降幅對制造規(guī)范(fabrication margins)、制造合格率、以及產(chǎn)品使用壽命而言已相當足夠。
第D行為本發(fā)明的另一實例適用于所有前述現(xiàn)有單元結構，包括第1A圖所示的四端點結構的單元。在此例中選取柵為接地(或是在第四端點單元中并無選取柵)，而三井式結構仍提供顯著地優(yōu)點使本體可獨立于接地基底而被偏壓。與第A行所示的現(xiàn)有技術相較，雖然并不適用于第C行的條件，但第D行的條件卻使峰值電壓由11伏特降低至8伏特。而本發(fā)明提供一種機制，既使當選取柵在非偏壓或未使的條件下改進操作擦除電壓的振幅平衡。例如在四端點單元中可在浮置柵與源極間進行擦除操作，而漏極可保持浮動狀態(tài)。
綜上所述，本發(fā)明改進源極側射入存儲單元的擦除模式操作。在存儲單元層中，負值的選取柵偏壓改進擦除效能，減少柵極間介電質上不必要的電壓壓力，并加強存儲單元的可信度。當與三井技術相結合時，此新的存儲單元結構依據(jù)周邊支持電路與制程需要降低所需的芯片電壓。此類三井技術亦可擴展運用到接地與不需選取柵特征的實例。
雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當可作更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護范圍當視權利要求并結合說明書及附圖為準。
權利要求
1.一種非揮發(fā)性存儲單元裝置，其特征是包括一非揮發(fā)性存儲單元，包括一源極區(qū)與一漏極區(qū)，位于一半導體基底中，且其間具有一溝道區(qū)；一浮置柵，位于該溝道區(qū)上但與該溝道區(qū)的一第一部份隔離；一控制柵，位于該浮置柵上但與該浮置柵隔離；以及一選取柵，位于該控制柵上但與該控制柵隔離，該選取柵延伸于該溝道區(qū)域的剩余部分，但與之相隔離；以及一電供應源，在該浮置柵上擦除電荷期間用以供應負值電壓至該選取柵。
2.如權利要求1所述的非揮發(fā)性存儲單元裝置，其特征是該溝道區(qū)的該第一部份相鄰于該漏極區(qū)；以及該半導體內(nèi)存包括一電供應源，供應一正值電壓至該漏極區(qū)，供應一負值電壓至該控制柵，一負值電壓至該選取柵，并使該源極區(qū)域的電位浮動，并使該基底連接地端電位作為一參考電壓。
3.如權利要求2所述的非揮發(fā)性存儲單元裝置，其特征是該基底為P型，且該源極與該漏極皆為N型。
4.如權利要求3所述的非揮發(fā)性存儲單元裝置，其特征是擦除的漏極電壓約為5伏特，控制柵極電壓約為-10伏特，且選擇柵極電壓約為-5伏特。
5.如權利要求3所述的非揮發(fā)性存儲單元裝置，其特征是該非揮發(fā)性存儲單元為一快閃電可擦可編程只讀存儲器。
6.如權利要求2所述的非揮發(fā)性存儲單元裝置，其特征是該選擇柵更延伸至該整個控制柵與該漏極與該源極區(qū)域。
7.一種擦除一非揮發(fā)性存儲單元裝置的操作方法，該存儲單元包括一源極區(qū)與一漏極區(qū)，是位于一半導體基底中，且該源極區(qū)與該漏極區(qū)間具有一溝道區(qū)；一浮置柵，位于該溝道區(qū)上但與該溝道區(qū)的一第一部份隔離；一控制柵，位于該浮置柵上但與該浮置柵隔離；以及一選擇柵，位于該控制柵上但與該控制柵隔離，該選擇柵并延伸至該溝道區(qū)的其余的部分，但與該溝道區(qū)的其余的部分隔離，其特征是該方法包括下列步驟A)提供一負值電壓至該選擇柵。8.如權利要求7所述的擦除非揮發(fā)性存儲單元裝置的操作方法，該溝道區(qū)之第一部份系鄰近于該汲極區(qū)，其特征是其特征是且該方法更包括下列步驟B)提供一正值電壓至該漏極區(qū)域；C)提供一負值電壓至該控制柵；D)使該源極區(qū)域的電位浮動；E)提供該基底一接地電位作為一參考電位。
9.如權利要求8所述的擦除非揮發(fā)性存儲單元裝置的操作方法，其特征是其中該基底為P型，且該源極區(qū)與漏極區(qū)為N型。
10.如權利要求9所述的擦除一非揮發(fā)性存儲單元裝置操作的方法，其特征是其中步驟A)中該負值電壓大約為-5伏特，其中步驟B)中該正值電壓大約為5伏特，其中步驟C)中該負值電壓大約為-10伏特。
11.如權利要求9所述的擦除一非揮發(fā)性存儲單元裝置操作的方法，其特征是其中該非揮發(fā)性存儲單元為一快閃電可擦可編程只讀存儲器。
12.一種非揮發(fā)性存儲單元裝置，其特征是包括一存儲單元，包括一源極區(qū)與一漏極區(qū)，位于一半導體基底中一本體區(qū)內(nèi)，且該源極區(qū)與該漏極區(qū)間具有一溝道區(qū)；一浮置柵，位于該溝道區(qū)上但與該溝道區(qū)的一第一部份隔離；以及一控制柵，位于該浮置柵上但與該浮置柵隔離；該本體區(qū)與該基底電性隔離使該本體區(qū)可被獨立地偏壓。
13.如權利要求12所述的非揮發(fā)性存儲單元裝置，其特征是還包括擦除該存儲單元的結構，包括一第一裝置，供應一正值電壓至該漏極區(qū)；一第二裝置，供應一負值電壓至該控制柵；一第三裝置，供應一正值電壓至該本體區(qū)；一第四裝置，使該源極區(qū)電位浮動；以及一第五裝置，連接該基底至地端電位作為一參考電壓。
14.如權利要求13述的非揮發(fā)性存儲單元裝置，其特征是其中該非揮發(fā)性存儲單元還包括一第一井區(qū)，位于該基底中且具一第一導電形式，該基底具與該第一導電形式相反的一第二導電形式；以及一第二井區(qū)，位于該本體區(qū)中，具與該第一導電形式相反的一導電形式。
15.如權利要求14所述的非揮發(fā)性存儲單元裝置，其特征是其中該浮置柵與該控制柵延伸至全部該溝道區(qū)上。
16.如權利要求15所述的非揮發(fā)性存儲單元裝置，其特征是其中該基底與該第二井區(qū)為P型，該第一井區(qū)與該源極區(qū)與該漏極區(qū)為N型。
17.如權利要求16所述的非揮發(fā)性存儲單元裝置，其特征是其中在擦除期間，該漏極電壓約為7.5伏特、該控制柵電壓約為-8伏特、且該本體電壓約為2.5伏特。
18.如權利要求16所述的非揮發(fā)性存儲單元裝置，其特征是其中該非揮發(fā)性存儲單元為一快閃電可擦可編程只讀存儲器。
19.如權利要求15所述的非揮發(fā)性存儲單元裝置，其特征是其中在擦除該單元期間，提供一正電壓至該源極區(qū)，且使該漏極區(qū)電壓為浮動。
20.如權利要求19所述的非揮發(fā)性存儲單元裝置，其特征是其中該浮置柵與該控制柵延伸至鄰近該漏極區(qū)的該溝道區(qū)上的第一部分，該存儲單元還包括一側壁柵極，位于該溝道區(qū)的剩余部分上，但與的隔離，且該側壁柵亦與該浮置柵與該控制柵隔離。
21.如權利要求14所述的非揮發(fā)性存儲單元裝置，其特征是其中該浮置柵與該控制柵延伸至鄰近該漏極區(qū)的該溝道區(qū)上的第一部分，該存儲單元還包括一選取柵，位于該控制柵上但與該控制柵隔離，該選取柵延伸于該溝道區(qū)域的剩余部分，但與的相隔離；以及一電源，在擦除該單元期間提供一小于或等于0伏特的電壓至該選取柵。
22.如權利要求15所述的非揮發(fā)性存儲單元裝置，其特征是其中該選取柵延伸至一部份該控制柵上。
23.如權利要求22項所述的非揮發(fā)性存儲單元裝置，其特征是其中該基底與該第二井區(qū)為P型，該第一井區(qū)與該源極區(qū)與該漏極區(qū)為N型。
24.如權利要求23所述的非揮發(fā)性存儲單元裝置，其特征是其中在擦除該非揮發(fā)性存儲單元期間，該漏極電壓約為7.5伏特、該控制柵電壓約為-7.5伏特、該選取柵電壓約為-2.5伏特、且該本體電壓約為2.5伏特。
25.如權利要求23所述的非揮發(fā)性存儲單元裝置，其特征是其中在擦除該非揮發(fā)性存儲單元期間，該漏極電壓約為7.5伏特、該控制柵電壓約為-8伏特、該選取柵電壓約為0伏特、且該本體電壓約為2.5伏特。
26.如權利要求21所述的非揮發(fā)性存儲單元裝置，其特征是其中該選取柵延伸于全部該控制柵、漏極區(qū)以及源極區(qū)上。
27.一種擦除非揮發(fā)性存儲單元裝置的操作方法，該存儲單元包括一源極區(qū)與一漏極區(qū)，位于一半導體基底中一本體區(qū)內(nèi)，且該源極區(qū)與該漏極區(qū)間具有一溝道區(qū)；一浮置柵，位于該溝道區(qū)上但與該溝道區(qū)的一第一部份隔離；以及一控制柵，位于該浮置柵上但與該浮置柵隔離；其中，該本體區(qū)與該基底電性隔離使該本體區(qū)可被獨立地偏壓，其特征是該方法包括下列步驟A)提供一電壓至該本體區(qū)。
28.如權利要求27所述的擦除非揮發(fā)性存儲單元裝置的操作方法，其特征是還包括下列步驟B)供應一正值電壓至該漏極區(qū)；C)供應一負值電壓至該控制柵；D)使該源極區(qū)電位浮動；以及E)連接該基底至地端電位作為一參考電壓，其中，在本體區(qū)中的電壓為正值。
29.如權利要求28所述的擦除非揮發(fā)性存儲單元裝置的操作方法，其特征是其中該單元還包括一第一井區(qū)，位于該基底中且具一第一導電形式，該基底具與該第一導電形式相反的一第二導電形式；以及一第二井區(qū)，位于該本體區(qū)中，具與該第一導電形式相反的一第二導電形式。
30.如權利要求29所述的擦除非揮發(fā)性存儲單元裝置的操作方法，其特征是其中該浮置柵與該控制柵延伸至全部該溝道區(qū)上。
31.如權利要求30所述的擦除非揮發(fā)性存儲單元裝置的操作方法，其特征是其中該基底與該第二井區(qū)為P型，該第一井區(qū)與該源極區(qū)與該漏極區(qū)為N型。
32.如權利要求29所述的擦除非揮發(fā)性存儲單元裝置的操作方法，其特征是其中步驟A)中的電壓約為2.5伏特，步驟B)中的正電壓約為7.5伏特，步驟C)中的負電壓約為-8伏特。
33.如權利要求31項所述的擦除非揮發(fā)性存儲單元裝置的操作方法，其特征是其中該非揮發(fā)性存儲單元為一快閃電可擦可編程只讀存儲器。
34.如權利要求30所述的擦除非揮發(fā)性存儲單元裝置的操作方法，其特征是其中在步驟B)還包括在擦除該單元期間，提供一正電壓至該源極區(qū)，且使該漏極區(qū)電位為浮動。
35.如權利要求34所述的擦除非揮發(fā)性存儲單元裝置的操作方法，其特征是其中該浮置柵與該控制柵延伸至鄰近該漏極區(qū)的該溝道區(qū)上的第一部分，該存儲單元還包括一側壁柵極，位于該溝道區(qū)的剩余部分上，但與的隔離，且該側壁柵亦與該浮置柵與該控制柵隔離。
36.如權利要求29所述的擦除非揮發(fā)性存儲單元裝置的操作方法，其特征是其中該浮置柵與該控制柵延伸至鄰近該漏極區(qū)的該溝道區(qū)上的第一部分，該存儲單元還包括一選取柵，位于該控制柵上但與該控制柵隔離，該選取柵延伸于該溝道區(qū)域的剩余部分，但與的相隔離，還包括下列步驟D)在擦除該單元期間提供一小于或等于0伏特的電壓至該選取柵。
37.如權利要求36所述的擦除非揮發(fā)性存儲單元裝置的操作方法，其特征是其中該選取柵延伸至一部份該控制柵上。
38.如權利要求37所述的擦除非揮發(fā)性存儲單元裝置的操作方法，其特征是其中該基底與該第二井區(qū)為P型，該第一井區(qū)與該源極區(qū)與該漏極區(qū)為N型。
39.如權利要求38所述的擦除非揮發(fā)性存儲單元裝置的方法，其特征是其中步驟A)中的電壓約為2.5伏特，步驟B)中的正電壓約為7.5伏特，步驟C)中的負電壓約為-7.5伏特，且步驟D)中的電壓約為-2.5伏特。
40.如權利要求38所述的擦除非揮發(fā)性存儲單元裝置的操作方法，其特征是其中步驟A)中的電壓約為2.5伏特，步驟B)中的正電壓約為7.5伏特，步驟C)中的負電壓約為-8伏特，且步驟D)中的電壓約為0伏特。
41.如權利要求36所述的擦除非揮發(fā)性存儲單元裝置的操作方法，其特征是其中該選取柵延伸于全部該控制柵、漏極區(qū)以及源極區(qū)上。
42.一種制造非揮發(fā)性存儲單元裝置的方法，其特征是包括下列步驟A)電性隔離一半導體基底與其中的一本體區(qū)，使該本體區(qū)可獨立地被施以偏壓；B)形成一源極區(qū)與一漏極區(qū)，位于一半導體基底中一本體區(qū)內(nèi)，且該源極區(qū)與該漏極區(qū)間具有一溝道區(qū)；C)形成一浮置柵，位于該溝道區(qū)上但與該溝道區(qū)的一第一部份隔離；以及D)形成一控制柵，位于該浮置柵上但與該浮置柵隔離。
43.如權利要求42所述的制造非揮發(fā)性存儲單元裝置的方法，其特征是還包括下列步驟E)在該基底上形成一第一井區(qū)；以及F)在該第一井區(qū)中形成一第二井區(qū)，該第二井區(qū)形成該本體區(qū)。
44.如權利要求43所述的制造非揮發(fā)性存儲單元裝置的方法，其特征是其中該基底與該第二井區(qū)為P型，該第一井區(qū)與該源極區(qū)與該漏極區(qū)為N型。
45.如權利要求44所述的制造非揮發(fā)性存儲單元裝置的方法，其特征是其中該非揮發(fā)性存儲單元為一快閃電可擦可編程只讀存儲器。
全文摘要
本發(fā)明提供一種非揮發(fā)性存儲單元裝置及其操作方法,一負值電壓致動此單元的選取柵端點,擦除效能明顯地改善。提供三個重疊信號送入單元端點,其中兩信號為負值,一信號為正值。在另一實施例中,存儲單元設于P型基底上隔離N井中一內(nèi)部P井上。調(diào)整存儲單元本體電位方式,以四個重疊信號進行擦除模式,其中兩信號為正值,兩信號為負值,兩相反極性的最大擦除電壓達到“振幅平衡”,維持擦除速率僅需適當電壓,可減緩對應芯片電壓泵汲及驅動電路的要求。
文檔編號G11C16/02GK1381896SQ0111071
公開日2002年11月27日 申請日期2001年4月13日 優(yōu)先權日2001年4月13日
發(fā)明者坎茲R·華德, 潘詹綏, 馬育耶 申請人:華邦電子股份有限公司