[发明专利]存储器元件

说明书

技术领域

本发明大体上涉及电可程序化且可抹除存储器，且更明确地说涉及用于在单一存储单元二位的操作中增大存储器操作裕度并减小第二位效应(second bit effect)的方法和元件。

背景技术

基于已知为电可抹除可程序化只读存储器(EEPROM)和快闪存储器的电荷储存结构的电可程序化且可抹除非易失性存储器技术用于多种现代应用中。快闪存储器经设计而具有可独立地被程序化并读取的存储单元阵列。快闪存储器中的感测放大器(sense amplifier)可用来确定储存在非易失性存储器中的数据值(一个或多个)。在典型的感测方案中，电流感测放大器将流经正感测的存储单元的电流与参考电流比较。

许多存储单元结构用于EEPROM和快闪存储器。随着集成电路的尺寸缩减，由于制造过程的可量测性和简易性，所以对基于电荷陷入介电层的存储单元结构正产生较大关注。基于电荷陷入介电层的存储单元结构包含以产业名称，例如氮化物只读存储器(Nitride Read-Only Memory)、半导体-氧化物-氮化物-氧化物-半导体(SONOS)和通过热空穴注入氮化物进行程序化的电子存储器(PHINES)而为人所知的结构。这些存储单元结构通过将电荷陷入在电荷陷入介电层(例如，氮化硅)中来储存数据。当陷入负电荷时，存储单元的临界电压增大。通过从电荷陷入层去除负电荷来减小存储单元的临界电压。

氮化物只读存储器元件使用相对较厚(例如，大于3纳米，且通常约为5到9纳米)的底部氧化物来防止电荷损失。替代于直接隧穿，可使用能带-导带间的隧穿诱导热空穴注入(BTBTHH)来抹除存储单元。然而，热空穴注入促使氧化物损坏，从而导致高临界电压存储单元中电荷损失和低临界电压存储单元中电荷增益。此外，由于电荷陷入结构中电荷的难以抹  除的积聚，程序化和抹除循环期间抹除时间一定会逐渐增加。此电荷积聚是因为空穴注入点和电子注入点彼此不一致且在抹除脉冲之后一些电子残留而发生的。另外，在氮化物只读存储器快闪存储器元件的区段抹除期间，每一存储单元的抹除速度由于过程变化(例如，通道长度变化)而不同。此抹除速度差异导致抹除状态的较大Vt分布，其中一些存储单元变得难以抹除而一些存储单元被过度抹除。因此，多次程序化和抹除循环之后，目标临界电压Vt裕度关闭，且观察到较差耐久性。此现象当所述技术保持按比例缩减时将变得更为严重。

传统的浮动栅极元件在导电浮动栅极中储存一位电荷。出现了氮化物只读存储器存储单元，其中每一氮化物只读存储器存储单元提供将电荷储存在氧化物-氮化物-氧化物(ONO)电介质中的二位的快闪存储单元。在氮化物只读存储器存储单元的典型结构中，氮化物层用作定位在顶部氧化物层与底部氧化物层之间的陷入材料。具有氮化物层的ONO电介质中的电荷可被陷入在氮化物只读存储器存储单元的左侧(即，左位)或右侧(即，右位)。对左位应用的操作影响右位，或反之亦然，此已知为第二位效应。第二位效应影响氮化物只读存储器存储单元的操作裕度。

一种程序化氮化物只读存储器阵列中的氮化物只读存储器存储单元的常用技术为热电子注入方法。在抹除操作期间，一种用来抹除存储单元的常见技术称作能带-导带间的隧穿热空穴注入。第二位效应的固有问题影响操作裕度。第二位效应是由氮化物只读存储器存储单元中左位与右位的相互作用而导致的。希望具有在电荷陷入存储器中增大存储器操作裕度从而显著减小第二位效应的方法和元件。

本申请案与同时申请且同时在审查阶段的美国专利第940222(11/425482)号申请案相关，其发明名称为“Methods and Structures forExpanding a Memory Operaion Window and Reducing a Second Bit Effect”，由吴昭谊所发明，由本中请案的申请人所拥有。

本申请案与同时申请且同时在审查阶段的美国专利第940233(11/425523)号申请案相关，其发明名称为”Memory Structure for Expanding aSecond Bit Operaion Window”，由吴昭谊所发明，由本申请案的申请人所拥有。

本申请案与同时申请且同时在审查阶段的美国专利第940259(11/425541)号申请案相关，其发明名称为”Top Dielectric Structures inMemory Devices and Methods for Expanding a Second Bit OperaionWindow”，由吴昭谊所发明，由本申请案的申请人所拥有。

发明内容