專利名稱：存儲器件以及從其中擦除數(shù)據(jù)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種SONOS存儲器件以及從其中擦除數(shù)據(jù)的方法，更具體地說，涉及一種通過采用熱空穴改進擦除速度的SONOS存儲器件，及從其中擦除數(shù)據(jù)的方法。
背景技術(shù)：
圖1A和2A為截面圖，其說明了向傳統(tǒng)的SONOS快閃EEPROM(電可擦可編程的只讀存儲器)的存儲單元中記錄信息和從其中擦除信息的原理。圖1B和2B為示意圖，其示出了當(dāng)向圖1A和2A所示的EEPROM的存儲單元中記錄信息和從其中擦除信息時的能帶間隙。
參照圖1A和2A，SONOS快閃EEPROM包括P-Si襯底1、形成在襯底1中的源電極2和漏極3、以及順序疊置在襯底1上的隧道氧化膜4、氮化膜5、阻塞氧化膜6和多晶Si柵電極7。SONOS快閃存儲器中的隧道氧化膜4、氮化膜5和阻塞氧化膜6稱為氧化/氮化/氧化(ONO)膜。
參照圖1A和1B，為在SONOS快閃EEPROM中記錄信息，將P-Si襯底1接地，并向柵電極7施加預(yù)定的正電壓(VG＞0)。然后，在襯底1與柵電極7之間形成電場，并產(chǎn)生跨過隧道氧化膜4的Fowler-Nordheim(FN)電流。
在源電極2與漏極3之間行進的電子通過經(jīng)隧道氧化膜4能壘的隧穿注入氮化膜5。進入氮化膜5的電子e由阻塞氧化膜6阻擋，并且通過捕獲氮化膜5中的電子在存儲單元中記錄信息。
參照圖2A和2B，在擦除記錄于SONOS快閃EEPROM中的信息時，通過在襯底1接地后向柵電極7施加預(yù)定負電壓(VG＜0)，沿與記錄信息時的方向相對的方向形成電場。因此，沿與記錄時FN電流方向相對的方向形成穿過隧道氧化膜4的FN電流，并且利用FN電流通過經(jīng)隧道氧化膜4隧穿將電子e從氮化膜5移動到襯底1，從而擦除信息。
采用FN電流擦除數(shù)據(jù)時，由于電子e從柵電極7移動到屏蔽氧化膜6將降低擦除速度。當(dāng)在NOR快閃存儲器件中記錄數(shù)據(jù)時，采用通道熱電子注入(CHEI)方法部分地填充電子e，并且采用熱空穴注入(HHI)方法擦除數(shù)據(jù)。但在NAND快閃存儲器的情況下，由于采用HHI方法不能擦除分散在氮化膜中的所有電子，所以采用FN電流記錄和擦除數(shù)據(jù)。
圖3為在SONOS快閃EEPROM中采用FN電流記錄數(shù)據(jù)時，根據(jù)柵極電壓的變化記錄時間與閾值電壓Vth之間的關(guān)系曲線圖。圖4為在SONOS快閃EEPROM中采用FN電流擦除數(shù)據(jù)時，根據(jù)柵極電壓的變化擦除時間與閾值電壓Vth之間的關(guān)系曲線圖。
參照圖3和4，在相同的閾值電壓Vth下擦除時間比記錄時間長。這被認(rèn)為是由從柵電極注入電子導(dǎo)致的現(xiàn)象。
發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述和/或其它的問題，本發(fā)明提供了一種具有高擦除速度的SONOS存儲器件和從其中擦除數(shù)據(jù)的方法。
根據(jù)本發(fā)明一實施方式，提供一種連接到位線和字線的SONOS存儲器件，其包括形成有第一和第二電極的襯底；設(shè)置在襯底上的隧道氧化層；設(shè)置在隧道氧化層上的氮化膜；以及設(shè)置在氮化膜上并連接到字線的柵電極，其中，通過穿過隧道氧化層將熱空穴注入到氮化膜中而從SONOS存儲器件擦除數(shù)據(jù)，而且所述熱空穴由形成在第一和第二電極中至少之一與氮化膜和位線中至少之一之間的強電場產(chǎn)生。
優(yōu)選，向每個第一和第二電極施加相同的正電壓，并向柵電極施加負電壓。
位線接觸所述電極之一，使來自第一和第二電極中之一的熱空穴可以注入到位線中，或者所述位線可以包括分別接觸第一和第二電極的兩條線，使來自第一和第二電極的熱空穴可以注入這兩條線中。
該SONOS存儲器件還包括用于屏蔽電子隧穿的阻塞氧化膜，其介于氮化膜與柵電極之間。
通過穿過隧道氧化膜使FN電流的電子隧穿到氮化膜中而記錄數(shù)據(jù)?？梢酝ㄟ^流過隧道氧化膜的FN電流使熱空穴隧穿到氮化膜中而擦除數(shù)據(jù)，在此情況下，向柵電極施加負電壓。
優(yōu)選，第一和第二電極具有小于100nm的通道長度。
根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式，提供一種擦除數(shù)據(jù)的方法，包括向與至少一條位線接觸的第一和第二電極中之一施加預(yù)定正電壓；以及通過向與能使由第一和第二電極中的至少之一產(chǎn)生的熱空穴注入到氮化膜中的字線接觸的柵電極施加預(yù)定負電壓而在第一和第二電極中之一與柵電極之間形成強電場。
可以通過向第一和第二電極中之一施加預(yù)定正電壓、利用一電極注入熱空穴。
也可以通過將相同的正電壓施加到兩條分別連接第一和第二電極的位線、利用兩電極注入空穴。
用于屏蔽電子移動的阻塞氧化膜介于氮化膜與柵電極之間。
優(yōu)選，第一和第二電極具有小于100nm的通道長度。
通過參照附圖詳細描述本發(fā)明的具體實施方式
，將使本發(fā)明的上述及其它特征和優(yōu)點更加明顯，附圖中圖1A為一截面圖，其圖示說明了傳統(tǒng)的SONOS快閃EEPROM記錄信息的原理；圖1B示意性地示出了采用圖1A所示的方法記錄時的能帶；圖2A為一截面圖，其圖示說明了傳統(tǒng)的SONOS快閃EEPROM擦除信息的原理；圖2B示意性地示出了采用圖2A所示的方法擦除時的能帶；圖3為一曲線圖，其示出了SONOS快閃EEPROM中柵電極電壓Vg的變化時記錄時間與閾值電壓Vth之間的關(guān)系；圖4為一曲線圖，其示出了SONOS快閃EEPROM中柵電極電壓Vg變化時擦除時間與閾值電壓Vth之間的關(guān)系；圖5A為本發(fā)明一實施方式的SONOS存儲器件構(gòu)造的電路圖；圖5B為本發(fā)明一實施方式的SONOS存儲陣列構(gòu)造的電路圖；圖6為本發(fā)明一實施方式的截面圖，其圖示說明了從SONOS存儲器件中擦除信息的原理；圖7A為一曲線圖，其圖示說明了本發(fā)明一實施方式的SONOS存儲器件中，在柵極電壓Vg固定時，隨源極電壓Vs的變化擦除時間與閾值電壓Vth之間的關(guān)系；
圖7B為一曲線圖，其圖示說明了本發(fā)明一實施方式的SONOS存儲器件中，在源極電壓Vs固定時，隨柵極電壓Vg的變化擦除時間與閾值電壓Vth之間的關(guān)系；圖7C為一曲線圖，其圖示說明了本發(fā)明一實施方式的SONOS存儲器件中，在柵極電壓Vg固定時，隨源極電壓Vs和漏極電壓Vd的變化擦除時間與閾值電壓Vth之間的關(guān)系；圖8為一曲線圖，其圖示說明了本發(fā)明一實施方式的SONOS存儲器件中，根據(jù)記錄和擦除循環(huán)閾值電壓Vth的變化；以及圖9為一曲線圖，其圖示說明了本發(fā)明一實施方式的SONOS存儲器件中，記錄和擦除循環(huán)之后，停留時間與閾值電壓Vth之間的關(guān)系。
具體實施例方式
以下，將參照附圖對本發(fā)明實施方式的從SONOS存儲器件中擦除數(shù)據(jù)的方法進行更全面的說明。
圖5A為本發(fā)明一實施方式的SONOS存儲器件構(gòu)造的電路圖。參照圖5A，該SONOS存儲器件包括多個存儲單元M，每個存儲單元包括堆疊型柵極。沿縱向排列的存儲單元M串聯(lián)，共用MOS晶體管的第一和第二電極，即源極和漏極。通過選擇柵極晶體管SG將存儲單元M的源電極和漏極中之一共同連接到第一位線BL1。
在本實施方式的存儲器件中，其它沒有連接到第一位線BL1的電極被連接到第二位線BL2。當(dāng)不存在額外的第二位線BL2時，從連接到第一位線BL1的電極之一注入熱空穴，但當(dāng)存在額外的第二位線BL2時，可以從源電極和漏極兩者注入熱空穴。
圖5B為本發(fā)明的SONOS存儲陣列構(gòu)造的電路圖。在圖5B中示出了多個存儲單元的陣列，每個存儲單元具有堆疊的柵極結(jié)構(gòu)。
如圖5A的SONOS存儲器件那樣，沿縱向排列的存儲單元相互連接，共用MOS晶體管的第一和第二電極，即源極和漏極。第一電極，即源電極通常連接到源極線SL0、SL1、SL2...，第二電極，即漏極通常連接到位線BL0、BL1、BL2...。沿橫向排列的存儲單元的柵電極通常連接到字線WL0、WL1、WL2...。
源極線SL0、SL1、SL2...是不同于連接到漏極的位線BL0、BL1和BL2的位線。換言之，在圖5B中，源極線SL0、SL1、SL2...、以及位線BL0、BL1和BL2對應(yīng)于第一和第二位線BL1和BL2。通過向源極、漏極和柵電極施加電壓，可以從具有特殊地址的、具有圖2A的構(gòu)造的存儲單元中擦除信息。
圖6為本發(fā)明一實施方式的截面圖，其圖示說明了從SONOS存儲器件中擦除信息的原理。
通常，數(shù)據(jù)被記錄在SONOS存儲器件上，使第一和第二電極，即源極和漏極及襯底11接地，如圖1所示，通過向柵電極17施加正向高電壓VG，在隧道氧化膜14中產(chǎn)生FN電流。然后，F(xiàn)N電流的電子從通道的前表面注入懸浮柵極，即氮化膜，由此將數(shù)據(jù)記錄在SONOS存儲器件上。如記錄操作那樣，可隨意定義氮化膜中電子的注入。換言之，可以通過將電子注入到氮化膜內(nèi)“擦除”信息，也可以通過去除電子，即注入空穴，“記錄”信息。下文將電子注入氮化膜15稱為信息記錄操作，而將電子擦除(注入空穴)稱為信息擦除操作。
當(dāng)然，對于擦除數(shù)據(jù)，必須去除儲存在氮化膜15中的電子。為此，p型阱襯底1接地后，通過向n+型第一和第二電極中之一、即源極和漏極12和13中之一施加正電壓并向柵電極17施加負電壓，在源極和漏極12和13中之一與柵電極17之間形成強電場。此時，若向體狀襯底11施加預(yù)定正電壓，可以形成更有效的電場。
也可選擇同時向源極和漏極12和13施加正電壓Vs和Vd，并向柵電極17施加負電壓Ve，在源極和漏極12和13與柵電極17之間形成強電場而可以形成熱空穴。施加到源極的電壓Vs和施加到漏極的電壓Vd可以是相同的，在此情況下，通過施加預(yù)定正電壓到襯底1同樣可以有效地得到強電場。
通過穿過隧道氧化膜14由強電場加速的熱空穴h被注入氮化膜15中。通過與電子的電性反應(yīng)抵消負電荷，注入到氮化膜15的熱空穴h擦除數(shù)據(jù)。本實施方式的SONOS存儲器件采用熱空穴注入(HHI)方法，其中注入熱空穴h以擦除數(shù)據(jù)。為了有效擦除，采用FN電流來擦除電子的傳統(tǒng)方法可以與HHI方法一起執(zhí)行。
在傳統(tǒng)的NAND快閃存儲器件中，不能采用HHI方法擦除數(shù)據(jù)，因為通過產(chǎn)生40至60nm長的熱空穴注入線只能局部實現(xiàn)擦除操作。然而，在本實施方式的SONOS存儲器件中，由于源極與漏極12與13之間的通道長度小于100nm，從源極和漏極12和13兩者注入熱空穴，并且通過隧道氧化膜的每個熱空穴的總長度大于100nm，因此擴散在氮化膜15中的電子可以抵消。特別是，當(dāng)在芯片系統(tǒng)(SoC)中采用絕緣硅(SOI)襯底時，因為隧道氧化膜14太厚，因此采用FN電流的擦除方法是無效的。在此情況下，可以采用本實施方式的HHI方法有效地逐出電子。
圖7A的曲線示出了在本發(fā)明一實施方式的SONOS存儲器件中，柵極電壓Vg固定為-6V、漏極電壓Vd固定為0V、源極電壓Vs分別變化為3V、4V和5V時，擦除時間與閾值電壓Vth之間的關(guān)系。
參照圖7A，因為閾值電壓Vth與源極電壓Vs之間的差值隨源極電壓Vs的增加而增加，所以對于給定的閾值電壓Vth，擦除時間減少。從源電極注入的熱空穴的數(shù)量與源極電壓Vs與柵極電壓Vg之間的差值成比例。
圖7B的曲線示出了本發(fā)明一實施方式的SONOS存儲器件中，源極電壓Vs固定為4V、漏極電壓Vd固定為0V、柵電極電壓Vg分別變化為-4V、-5V和-6V時，擦除時間與閾值電壓Vth之間的關(guān)系。
參照圖7B，因為柵極電壓Vg與源極電壓Vs之間的差值隨柵極電壓Vg的增加而增加，所以對于給定的閾值電壓Vth，擦除時間減少。擦除時間相對于源極電壓Vs或柵極電壓Vg變化的變化與圖7A和圖7B所示的曲線圖中類似，擦除速度與傳統(tǒng)的NAND快閃存儲器件中的擦除速度類似。
圖7C的曲線示出了本發(fā)明一實施方式的SONOS存儲器件中，柵極電壓Vg固定為-6V、源極電壓Vs和漏極電壓Vd分別變化為3V、4V和5V時，擦除時間與閾值電壓Vth之間的關(guān)系。
參照圖7C，對于給定的閾值電壓Vth，擦除時間顯著減少，而不像圖7A和7B中示出的曲線。這意味著從源極和漏極兩者注入熱空穴比僅從一個電極注入更有效。
圖8的曲線示出了根據(jù)本發(fā)明一實施方式的SONOS存儲器件中，閾值電壓Vth相對于采用FN電流記錄和采用HHI方法擦除的循環(huán)的數(shù)量的變化。
圖9的曲線示出了本發(fā)明一實施方式的SONOS存儲器件中，多于105的記錄和擦除循環(huán)之后，停留時間與閾值電壓Vth之間的關(guān)系。
參照圖8，施加12V柵極電壓Vg 1ms用以記錄數(shù)據(jù)，并且施加-6V柵極電壓Vg、5V源極電壓Vs和5V漏極電壓Vd 5ms用以擦除。在104與105的記錄和擦除循環(huán)之間，記錄數(shù)據(jù)時閾值電壓保持在約1至2V，擦除數(shù)據(jù)時保持在約-1.3至-1V。也就是說，本發(fā)明實施方式的SONOS存儲器件具有高可靠性。
參照圖9，經(jīng)10萬次記錄和擦除循環(huán)之后，106秒的停留時間后閾值電壓之間的差值是0.75V。因此，根據(jù)本發(fā)明實施方式的SONOS存儲器件適于用作快閃存儲器件。如果數(shù)據(jù)擦除的檢測界限限定為0.5V，本發(fā)明的擦除方法將在有效范圍內(nèi)產(chǎn)生電壓。
增加接觸源極和漏極的位線后，當(dāng)源極和漏極與柵電極之間形成強電場時，通過將熱空穴注入氮化膜，本發(fā)明實施方式的存儲器件可以可靠地擦除數(shù)據(jù)。
如上所述，本發(fā)明實施方式的SONOS存儲器件和擦除的方法可以高速擦除數(shù)據(jù)。
雖然已參照優(yōu)選實施方式具體示出和描述了本發(fā)明，但對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說應(yīng)該理解，在不超出由所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的構(gòu)思和范圍的前提下，可在形式上和細節(jié)上作出各種改變。
權(quán)利要求
1.一種連接到位線和字線的SONOS存儲器件，包括內(nèi)部形成有第一和第二電極的襯底；設(shè)置在所述襯底上的隧道氧化層；設(shè)置在所述隧道氧化層上的氮化膜；以及設(shè)置在所述氮化膜上并連接到所述字線的柵電極；其中，通過穿過所述隧道氧化層將熱空穴注入到所述氮化膜中而從所述SONOS存儲器件擦除數(shù)據(jù)，而且所述熱空穴由形成于所述第一和第二電極中至少之一與所述氮化膜和位線中至少之一之間的強電場產(chǎn)生。
2.如權(quán)利要求1所述的SONOS存儲器件，其中，在每個所述第一和第二電極上施加相同的正電壓，并在所述柵電極上施加負電壓。
3.如權(quán)利要求1所述的SONOS存儲器件，其中，所述位線接觸所述電極中之一，使來自所述第一和第二電極中之一的熱空穴注入所述位線中。
4.如權(quán)利要求1所述的SONOS存儲器件，其中，所述位線包括分別接觸所述第一和第二電極的兩條線，使來自所述第一和第二電極的熱空穴注入這兩條線中。
5.如權(quán)利要求1所述的SONOS存儲器件，其中，還包括用于屏蔽電子隧穿的阻塞氧化膜，其介于所述氮化膜與所述柵電極之間。
6.如權(quán)利要求1所述的SONOS存儲器件，其中，通過穿過所述隧道氧化膜使FN電流的電子隧穿到所述氮化膜中而記錄數(shù)據(jù)。
7.如權(quán)利要求1所述的SONOS存儲器件，其中，通過流過所述隧道氧化膜的FN電流使所述熱空穴隧穿到所述氮化膜中而擦除數(shù)據(jù)。
8.如權(quán)利要求7所述的SONOS存儲器件，其中，在所述柵電極上施加負電壓。
9.如權(quán)利要求1所述的SONOS存儲器件，其中，所述第一和第二電極具有小于100nm的通道長度。
10.一種擦除數(shù)據(jù)的方法，包括向與至少一條位線接觸的第一和第二電極中之一施加預(yù)定正電壓；以及通過向與能使由所述第一和第二電極中至少之一產(chǎn)生的熱空穴注入到氮化膜中的字線接觸的柵電極施加預(yù)定負電壓而在所述第一和第二電極中之一與所述柵電極之間形成強電場。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，向所述第一和第二電極中之一施加正電壓，而使另一電極接地。
12.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，向兩條分別連接所述第一和第二電極的位線施加相同的正電壓。
13.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，用于屏蔽電子移動的阻塞氧化膜介于所述氮化膜與所述柵電極之間。
14.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述第一和第二電極具有小于100nm的通道長度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種SONOS存儲器件及從其中擦除數(shù)據(jù)的方法。通過穿過隧道氧化膜能壘將熱空穴注入到氮化膜中而擦除數(shù)據(jù)。所述熱空穴通過形成于至少與一條位線接觸的第一和第二電極中之一和與字線接觸的柵電極之間的強電場而產(chǎn)生。該擦除方法提高了擦除速度，因此改進了SONOS存儲器件的性能。
文檔編號H01L29/792GK1585132SQ200410079460
公開日2005年2月23日 申請日期2004年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月16日
發(fā)明者蔡洙杜, 金楨雨, 李兆遠, 金汶慶 申請人:三星電子株式會社