一種對具有單獨擦除柵極的分柵式非易失性浮置柵極存儲單元進(jìn)行編程的方法
【專利摘要】在非易失性存儲單元的編程期間，在電壓脈沖被施加到單元的其它元件之后的一延遲時間，電壓脈沖被施加到單元的擦除柵極。擦除柵極電壓脈沖基本上在與其它電壓結(jié)束的相同時間結(jié)束。
【專利說明】一種對具有單獨擦除柵極的分柵式非易失性浮置柵極存儲單元進(jìn)行編程的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種對具有浮置柵極的非易失性存儲單元進(jìn)行編程的方法，并且更具體地涉及一種對具有單獨擦除柵極的分柵式非易失性存儲單元進(jìn)行編程的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]具有用于在其上存儲電荷的浮置柵極的非易失性存儲單元是本領(lǐng)域眾所周知的。參考圖1，其示出了現(xiàn)有技術(shù)的非易失性存儲單元10的剖視圖。存儲單元10包括第一導(dǎo)電類型(諸如，P型)的單晶基底12。在或接近基底12表面的是第二導(dǎo)電類型(諸如，N型)的第一區(qū)域14。與第一區(qū)域14間隔開的是也屬于第二導(dǎo)電類型的第二區(qū)域16。在第一區(qū)域14和第二區(qū)域16之間是溝道區(qū)域18。由多晶硅制成的字線20被定位在溝道區(qū)域18的第一部分之上。字線20通過絕緣層22 (諸如，(二)氧化硅)與溝道區(qū)域18間隔開。與字線20緊鄰并與其間隔開的是浮置柵極24，其也由多晶硅制成并被定位在溝道區(qū)域18的另一部分之上。浮置柵極24通過另一絕緣層30 (通常也是(二)氧化硅)與溝道區(qū)域18分離。也由多晶硅制成的耦合柵極26被定位在浮置柵極24之上，并且通過另一絕緣層32與該浮置柵極24絕緣。在浮置柵極24的另一側(cè)上并與其間隔開的是也由多晶硅制成的擦除柵極
28。擦除柵極28被定位在第二區(qū)域16之上并且與其絕緣。擦除柵極28與耦合柵極26相鄰并與其間隔開。擦除柵極28可以具有在浮置柵極24之上的微小懸突。在存儲單元10的操作中，在浮置柵極24上所存儲的電荷控制第一區(qū)域14和第二區(qū)域16之間電流的流動。在浮置柵極24其上帶負(fù)電荷的情形下，存儲單元被編程。在浮置柵極24其上帶正電荷的情形下，存儲單元被擦除。存儲單元10在美國專利7，868，375中被完全公開，其公開內(nèi)容通過引用以其整體并入于此。
[0003]存儲單元10如下進(jìn)行操作。在編程操作期間，當(dāng)電子通過熱電子注入被注入到浮置柵極24時，其中在浮置柵極24之下的溝道18的部分反型，脈沖形狀的第一正電壓被施加到字線20，從而使在字線20之下的溝道區(qū)域18的部分導(dǎo)電。第二正電壓(也是脈沖形狀)被施加到耦合柵極26以利用耦合柵極26與浮置柵極24之間的高耦合比來使耦合到浮置柵極24的電壓最大化。第三正電壓(也是脈沖形狀)被施加到擦除柵極28以利用擦除柵極28與浮置柵極24之間的耦合比來使耦合到浮置柵極24的電壓最大化。電壓差動(也以脈沖形狀)被施加在第一區(qū)域14和第二區(qū)域16之間，以提供在溝道18中的熱電子生成。全部第一正電壓、第二正電壓、第三正電壓和電壓差動被基本上同時施加，并且基本上同時地終止。在編程操作期間，浮置柵極24上的電勢從編程操作開始時的最高值單調(diào)減少到編程操作結(jié)束時的最低值。
[0004]在擦除操作期間，當(dāng)電子被從浮置柵極24移除時，高正電壓被施加到擦除柵極28。負(fù)電壓或地電壓可以被施加到耦合柵極26和/或字線20。通過福勒諾德海姆(Fowler-Nordheim)遂穿浮置柵極24和擦除柵極28之間的絕緣層來把電子從浮置柵極24轉(zhuǎn)移到擦除柵極28。特別地，浮置柵極24可以被形成為具有面向擦除柵極28的銳利尖端，從而促進(jìn)所述電子的遂穿。
[0005]在讀取操作期間，第一正電壓被施加到字線20以接通在字線20之下的溝道區(qū)域18的部分。第二正電壓被施加到耦合柵極26。電壓差動被施加到第一區(qū)域14和第二區(qū)域16。如果浮置柵極24被編程(S卩，浮置柵極24存儲電子)，則施加到耦合柵極26的第二正電壓不能夠克服在浮置柵極24上所存儲的負(fù)電子，并且在浮置柵極24之下的溝道區(qū)域18的部分保持不導(dǎo)電。因此，沒有電流或可忽略地少量電流會在第一區(qū)域14和第二區(qū)域16之間流動。然而，如果浮置柵極24未被編程(即，浮置柵極24保持中性或帶正電荷)，則施加到耦合柵極26的第二正電壓能夠使在浮置柵極24之下的溝道區(qū)域18的部分導(dǎo)電。因此，電流會在第一區(qū)域14和第二區(qū)域16之間流動。
[0006]如眾所周知的，存儲單元10通常在半導(dǎo)體晶片上形成陣列，該陣列具有存儲單元10的多個行和列。針對浮置柵極非易失性存儲單元的陣列的用途之一是作為智能卡。然而，在此類應(yīng)用中，非易失性存儲單元的陣列必須具有高編程/擦除持久性。在現(xiàn)有技術(shù)中，在編程期間，高電壓已被施加到耦合柵極26和擦除柵極28以便在浮置柵極24上感應(yīng)足夠的電勢，從而使熱電子從溝道區(qū)域18被注入到浮置柵極24。然而，在編程操作開始時浮置柵極24上所感應(yīng)的最大電勢可以使浮置柵極24與溝道區(qū)域18之間的絕緣層30、以及溝道區(qū)域18與絕緣層30之間的界面相對快速地退化。這些區(qū)域的退化是影響存儲單元的編程/擦除持久性的主要因素。
[0007]現(xiàn)有技術(shù)還公開了在編程期間把斜坡電壓施加到具有字線柵極20和耦合柵極26(但沒有擦除柵極)的存儲單元的耦合柵極26，以增加存儲單元的持久性。參見Method ForEndurance Optimization of The HIMOS Flash Memory Cell”, Yao 等，IEEE 第 43 屆年度國際可靠性物理論文集(IEEE 43rd Annual International Reliability Physics Symposium),圣何塞(San Jose), 2005 年，第 662-663 頁。
[0008]存儲單元10不要求高電壓被施加到第二區(qū)域16來引起編程，這實現(xiàn)了高編程/擦除持久性。然而，現(xiàn)有技術(shù)的編程方法還未被針對高編程/擦除持久性優(yōu)化。因此，本發(fā)明的一個目的是優(yōu)化用于對圖1中所示類型的存儲單元進(jìn)行編程的參數(shù)，使得持久性被進(jìn)一步增加。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明是一種對如下類型的非易失性存儲單元進(jìn)行編程的方法:該非易失性存儲單元具有第一導(dǎo)電類型的并且具有頂表面的單晶基底。第二導(dǎo)電類型的第一區(qū)域在所述基底中沿著所述頂表面。第二導(dǎo)電類型的第二區(qū)域在所述基底中沿著所述頂表面，與所述第一區(qū)域間隔開，其中溝道區(qū)域在第一區(qū)域與第二區(qū)域之間。字線柵極被定位在溝道區(qū)域的第一部分之上，通過第一絕緣層與溝道區(qū)域間隔開。浮置柵極被定位在溝道區(qū)域的另一個部分之上，與字線柵極相鄰并且與其分離。所述浮置柵極通過第二絕緣層與溝道區(qū)域分離。耦合柵極被定位在浮置柵極之上并且通過第三絕緣層與其絕緣。擦除柵極被定位為與浮置柵極相鄰并且在與字線柵極相反的側(cè)。所述擦除柵極被定位在第二區(qū)域之上并且與其絕緣。在所述編程方法中，第一正電壓被施加到字線柵極以接通在字線柵極之下的溝道區(qū)域的部分。電壓差動基本上與第一正電壓同時地被施加在第一區(qū)域與第二區(qū)域之間，以提供所述溝道中的熱電子的生成。第二正電壓基本上與第一正電壓同時地被施加到耦合柵極，以把熱電子注入從所述溝道提供到浮置柵極。第三正電壓施加到擦除柵極柵極。第三正電壓在第一和第二正電壓以及第一區(qū)域與第二區(qū)域之間的電壓差動開始之后的延遲時段之后被施加，以減小編程操作期間的浮置柵極的最大電勢，并且因此改進(jìn)所述存儲單元的編程/擦除持久性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]附圖1是可適用本發(fā)明的編程方法的、在其上具有用于存儲電荷的浮置柵極的、現(xiàn)有技術(shù)中的非易失性存儲單元的剖視圖。
[0011]圖2是示出了電壓的各種波形的圖形，該被用于以本發(fā)明的方法對圖1的存儲單兀進(jìn)行編程。
[0012]圖3是示出了作為其中電壓脈沖被基本上同時地施加到擦除柵極和控制柵極的現(xiàn)有技術(shù)方法的結(jié)果、以及作為它們不被同時地施加的本方法的結(jié)果的浮置柵極上的電壓電勢的圖形。
【具體實施方式】
[0013]參考圖2，其示出了各種波形的圖形，該波形被用于本發(fā)明的方法中以對圖1中所示的存儲單元10進(jìn)行編程。在本發(fā)明的方法中，基本上為脈沖形式形狀的第一正電壓50被施加到字線柵極20。被施加到字線柵極20的脈沖在圖2中被標(biāo)識為脈沖Vwl。基本上為脈沖形式形狀的第二正電壓52被施加到耦合柵極26。被施加到耦合柵極26的脈沖在圖2中被標(biāo)識為脈沖Vcg。脈沖Vwl和Vcg被基本上同時施加，并基本同時地結(jié)束。由施加到第二區(qū)域16的電壓Vcs 54和施加到第一區(qū)域14的電壓Vdp 56組成的電壓差動也基本上是脈沖形狀形式，并且也被基本上與脈沖Vwl和Vcg同時施加。基本上為脈沖形式形狀的第三正電壓60被施加到擦除柵極28。被施加到擦除柵極28的脈沖在圖2中被標(biāo)識為脈沖Veg0脈沖Veg在脈沖Vwl和Vcg開始之后的延遲時段T之后被施加,但其中脈沖Veg基本上與脈沖Vwl和Vcg同時地終止。
[0014]在本發(fā)明的編程方法中，第一正電壓被施加到字線柵極以接通所述字線柵極之下的溝道區(qū)域的部分。電壓差動基本上與第一正電壓同時被施加在第一區(qū)域與第二區(qū)域之間，以提供所述溝道中的熱電子的生成。第二正電壓基本上與第一正電壓同時地被施加到耦合柵極以減小對浮置柵極的高電勢，并且因此使熱電子從溝道區(qū)域被注入到浮置柵極。第三正電壓被施加到擦除柵極以提供附加電壓來吸引電子被注入到浮置柵極。在從第一正電壓、第二正電壓、以及第一區(qū)域與第二區(qū)域之間的電壓差動的施加開始的延遲時段之后施加第三正電壓，以改進(jìn)存儲單元的編程/擦除的持久性。
[0015]在現(xiàn)有技術(shù)中，當(dāng)脈沖Vcg、脈沖Vwl和脈沖Veg全部基本上同時地被施加時,浮置柵極24經(jīng)歷的電壓處于最高峰值，并且浮置柵極24與溝道區(qū)域18之間的絕緣層30被施加最大應(yīng)力。這減小了存儲單元10的持久性。
[0016]在本發(fā)明中，通過延遲施加Veg，在編程操作期間的最大浮置柵極的電勢被減小，從而減少了浮置柵極24與溝道區(qū)域18之間的絕緣層30以及溝道區(qū)域18與所述絕緣層30之間界面的退化，并且因此增加了所述存儲單元10的持久性。
[0017]參考圖3，其示出了作為電壓脈沖被基本上同時地施加到擦除柵極28和控制柵極26 (如在現(xiàn)有技術(shù)的方法中)的結(jié)果的浮置柵極24上電壓的圖形80，以及作為電壓脈沖在從電壓施加到控制柵極26開始的延伸時段之后被施加到擦除柵極28的結(jié)果的浮置柵極24上電壓的圖形82。由于在延遲時段T之后發(fā)生的電壓對擦除柵極28的施加中的延遲，本發(fā)明的方法中的峰值電壓Vfg2比現(xiàn)有技術(shù)方法中的峰值電壓Vfgl低。因此，減少了浮置柵極24與溝道區(qū)域18之間的絕緣層30、以及溝道區(qū)域18與絕緣層30之間界面的退化。
【權(quán)利要求】
1.一種對非易失性存儲單元進(jìn)行編程的方法，所述非易失性存儲單元具有:第一導(dǎo)電類型的并且具有頂表面的單晶基底，其中第二導(dǎo)電類型的第一區(qū)域在所述基底中沿著所述頂表面，并且與所述第一區(qū)域間隔開的第二導(dǎo)電類型的第二區(qū)域在所述基底中沿著所述頂表面，其中溝道區(qū)域在第一區(qū)域與第二區(qū)域之間；字線柵極，被定位在溝道區(qū)域的第一部分之上，通過第一絕緣層與溝道區(qū)域間隔開；浮置柵極，被定位在溝道區(qū)域的另一部分之上，與字線柵極相鄰并且與其分離，其中所述浮置柵極通過第二絕緣層與溝道區(qū)域分離；耦合柵極，被定位在浮置柵極之上并且通過第三絕緣層與其絕緣；以及，擦除柵極，被定位為與浮置柵極相鄰并且在與字線柵極相反的側(cè)；所述擦除柵極被定位在第二區(qū)域之上并且與其絕緣；所述方法包括: 把第一正電壓施加到字線柵極以接通在字線柵極之下的溝道區(qū)域的部分； 在第一區(qū)域與第二區(qū)域之間施加電壓差動； 把第二正電壓基本上與第一正電壓同時地施加到耦合柵極，以使熱電子從溝道區(qū)域被注入到浮置柵極； 在第一和第二正電壓以及第一區(qū)域與第二區(qū)域之間的電壓差動開始之后的延遲時段之后，把第三正電壓施加到擦除柵極，以使電子被注入到浮置柵極。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一、第二和第三正電壓基本上同時地終止。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中第一區(qū)域與第二區(qū)域之間的所述電壓差動被與第一和第二正電壓基本上同時地施加。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一、第二和第三電壓中的每一個都是脈沖形狀的信號，并且其中所述第三電壓是被延遲的脈沖信號。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述第一、第二和第三正電壓基本上同時地終止。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，由此所述延遲時段足夠長以減小編程操作期間的浮置柵極上的最大電勢。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述擦除柵極具有在浮置柵極之上的懸突。
【文檔編號】G11C11/34GK104011799SQ201280065391
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2012年10月10日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月1日
【發(fā)明者】V.馬科夫, J-W.俞, H.Q.阮, A.科托夫 申請人:硅存儲技術(shù)公司