[发明专利]在控制栅极边缘上操作存储装置的方法与结构

说明书

相关申请

本申请要求享有美国临时专利申请号60/805,448的优先权，该申请的申请日为2006/6/21，发明人为Chao-I Wu，发明名称为“Method and Structure for Operating MemoryDevices on Fringes of Control Gate”。

技术领域

本发明一般地涉及电可编程与可擦除存储器，并尤其有关于增加存储操作区间、并在单元多位操作中减少第二位效应的方法与装置。

背景技术

以电荷储存结构为基础的电可编程与可擦除非易失性存储技术，称为电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)以及闪速存储器，这些存储器用于许多当前的应用中。闪速存储器的设计基于可以独立可编程与读取的存储单元所组成的阵列。闪速存储器中的传感放大器用以决定数据数值、或者储存在非易失性存储器中的数值。在典型的感应机制中，通过存储单元的电流被感应，并在电流传感放大器中与参考电流作比较。

在EEPROM和闪速存储器中使用了多种存储单元结构。随着集成电路的体积缩小，此领域的研究能量逐渐投注于以电荷捕捉介质层为基础的存储单元结构，因为其工艺可缩小尺寸、且相对简单。以电荷捕捉介质层为基础的存储单元结构，包括称为“N位存储器”的结构。此存储单元结构通过在电荷捕捉介质层中捕捉电荷而储存数据，电荷捕捉介质层可举例如氮化硅。负电荷被捕捉后，存储单元的临界电压会上升。存储单元的临界电压通过从电荷捕捉层移除负电荷而降低。

NROM装置使用了相当厚的底氧化物以避免电荷流失，其厚度大于例如3纳米，典型地介于约5至9纳米。用以擦除单元的技术并非直接隧穿，而是带至带隧穿所诱发的热空穴注入(BTBTHH)。然而，热空穴注入会造成氧化物的损害，导致高临界电压单元中的电荷流失，并导致低临界电压单元中的电荷累积。在编程与擦除循环时，擦除时间必须逐渐增加，因为在电荷捕捉结构中的电荷将会因为逐渐累积而难以擦除。电荷累积的发生缘于空穴注入点与电子注入点并不彼此重叠，因此在擦除脉冲之后仍留下部分电子。此外，在N位存储器的区块擦除操作之后，每一单元的擦除速度会因为工艺变化(例如沟道长度的不同)而产生差异。在擦除速度的差异将导致擦除状态下的大V_t分布，使得某些单元难以擦除、而某些单元则过度擦除。因此，目标临界电压区间(Vtwindow)在每一编程与擦除循环之后关闭，因而得到不良的耐久性。随着工艺技术持续微小化，此现象会变得更加严重。

传统的浮动栅极装置，在导电浮动栅极中储存一位的电荷。NROM单元的发明，提供了二位的闪速单元而可在氧化物-氮化物-氧化物(ONO)介质层中储存电荷。在NROM存储器的典型结构中，氮化物层用作为捕捉材料，而设置于顶氧化物层与底氧化物层之间。在ONO结构的氮化物层中，可以将电荷捕捉于NROM单元的左侧或右侧。“第二位效应”影响了操作区间，也因此成为问题。第二位效应由左位与右位的交互作用所引起。因此，优选能提供可增加电荷捕捉存储器的存储操作区间的方法与装置，而能大幅降低第二位效应。

发明内容

电荷捕捉存储装置与方法通过边缘诱发效应，而增加第二位操作区间。边际诱发效应发生于字线底下的区域，使得施加空穴注入方法于存储装置时，空穴电荷储存于电荷捕捉层中，此电荷捕捉层正交于字线，且空穴电荷沿着字线的边缘储存。在电荷捕捉存储器的第一实施例中，虚拟接地阵列包括电荷捕捉层，其设置于二介质层之间，使得源极与漏极区域的上之上没有电荷捕捉层。施加空穴注入至此虚拟接地阵列之后，空穴电荷沿着每一字线的边缘储存，因为字线的边缘与非边缘部分相较之下，其电场较大。沿着边缘的空穴电荷将导致沟道的临界电压Vt降低。虚拟存储阵列的典型装置操作，由低临界电压所控制。在电荷捕捉存储器的第二实施例中，虚拟接地阵列包括电荷捕捉层，此电荷捕捉层延伸至源极与漏极区域的上之上。额外的空穴电荷被注入到延伸至源极与漏极区域的上之上的电荷捕捉层中。