[发明专利]对非易失性电荷存储存储器单元编程的衬底电子注入技术

说明书

技术领域

本发明涉及可再编程的非易失性存储器的结构和操作，特别是涉及通过改良的衬底热电子注入技术来对快闪半导体存储器单元编程。本文参考的所有专利、专利申请案、文章和其它公开案、文献和数据的全文针对所有目的而以引用的方式并入本文中。

背景技术

如今有许多商业上成功的非易失性存储器产品正在被使用，尤其是以小型记忆卡和快闪存储器驱动器的形式。一阵列的个别存储器单元形成在具有导电性浮动栅极的半导体晶片上，大多数栅极一般由掺杂多晶硅材料制成，根据待存储在单元中的数据而在其上存储某一水平的电子电荷。浮动栅极位于源极区与漏极区之间的至少一部分沟道上，且栅极电介质位于浮动栅极与衬底之间。存储器单元的阈值电压由浮动栅极上的电荷量控制。

目前最普遍的有两类存储器单元阵列，NOR和NAND，两者主要的不同之处在于存储器单元连接在一起的方式。在NOR阵列中，个别单元的漏极连接与共同位线并联而连接在一起。在第5,070,032号、第5,095,344号、第5,315,541号、第5,343,063号、第5,661,053号和第6,281,075号美国专利中给出NOR存储器单元阵列的实例、其在存储器系统中的使用和制造其的方法。

在NAND配置中，八个、十六个或更多的存储器单元以彼此串联的形式连接成串，通过所述串的每一末端处的选择晶体管，所述串选择性地连接在个别位线与共同电位之间。字线越过多串存储器单元而延伸。通过参考第5,570,315号、第5,774,397号、第6,046,935号、第6,373,746号、第6,456,528号、第6,522,580号、第6,771,536号和第6,781,877号美国专利和第2003/0147278A1号美国专利申请案公开案可获得NAND快闪存储器单元阵列的实例及其作为存储器系统的一部分的操作。

具有用以使电子从衬底通过栅极电介质并移动到浮动栅极上的各种编程技术。在Brown和Brewer所编辑的书“Nonvolatile Semiconductor Memory Technology”，IEEE出版社，1.2部分，第9-25页(1998)中描述了最普通的编程机制。一种称为“Fowler-Nordheim穿隧(Fowler-Nordheim tunneling)”(1.2.1部分)的技术使电子在通过控制栅极与衬底沟道之间的电压差而建立的高场的影响下穿过浮动栅极电介质。另一种通常称为“热电子注入”(1.2.3部分)的漏极区中的沟道热电子注入的技术将电子从单元的沟道注入邻近单元漏极的浮动栅极区中。另一种称为“源极侧注入”(1.2.4部分)的技术以在远离漏极的沟道区中创造用于电子注入的条件的方式沿着存储器单元沟道的长度控制衬底表面电位。在Kamiya等人的文章“EPROM Cell with High Gate Injection Efficiency”，IEDM Technical Digest，1982年，第741-744页中和第4,622,656号和第5,313,421号美国专利中也描述了源极侧注入。如Ogura等人的“Low Voltage，Low Current，High SpeedProgram Step Split Gate Cell with Ballistic Direct Injection for EEPROM/Flash”，IEDM，1998年，第987-990页所述，在另一种称为“弹道注入”的编程技术中，在短沟道内产生高场以将电子直接加速到电荷存储元件上。