[发明专利]非易失性存储元件的操作方法

说明书

本案是申请号为200610090051.3在先申请的分案

技术领域

本发明是有关于一种存储元件的操作方法，且特别是有关于一种可以 非易失性存储元件的操作方法。

背景技术

非易失性存储器(Non-volatile memory，“NVM”)是一种能够在去除电 源后仍能够持续地存储信息的半导体存储器。NVM包括光罩式唯读存 储器(Mask ROM)、可编程唯读存储器(PROM)、可擦除编程唯读存储器 (EPROM)、可电除可编程唯读存储器(EEPROM)和快闪存储器(Flash memory)。 非易失性存储器广泛地用于半导体工业且研发来防止编程数据丢失的一类 存储器。通常，可基于设备的最终用途要求对非易失性存储器进行编程、读 出和/或擦除，且可长时间地存储编程数据。

快闪存储器通常包括排列成行列状的存储单元阵列。每个存储单元包 括一个金氧半(MOS)晶体管，MOS晶体管具有栅极、漏极、源极以及由漏极 与源极之间定义的沟道。栅极对应于字线，而漏极/源极对应于存储器阵列 的位线。目前快闪存储器的栅极通常为双栅极结构，包括了栅极与浮置栅 极，其中，浮置栅极夹在两层介电层之间而阻陷载子如电子，以“程式化” 此存储单元。换句话说，在习知存储单元中穿遂氧化层是形成于沟道上；浮 置栅极形成于穿遂氧化层上；闸间介电层形成于浮置栅极上；而栅极再形成 于闸间介电层上。

当进行程式化时，在选定的字线与位线上施加一组程式化偏压。对应于 选定字线与位线的一个或多个存储单元在程式化状态下被施以偏压。就单 一存储单元来说，其源极与漏极施加了不同的偏压，而沿着其沟道形成了 电场，使得电子藉此获得足够的能量以穿隧第一介电层，进入浮置栅极并 存储于其中。由于浮置栅极中存储了电子，改变了存储单元的阈值电压，因 此，由阈值电压的改变可得知存储单元是否受到程式化。

读取存储单元要施加读取偏压，并且由感应元件读取通过存储单元的 电流。假若存储单元受到程式化，或有电子存储于其浮置栅极之中，则其 电流大小会不同于那些未受程式化的存储单元。因此，根据量测到的电流 大小，感应元件便能够得知每个存储单元的状态。

欲擦除快闪存储单元中的讯息，需要对其施加擦除偏压，迫使存储的电 子通过已知的机制，如FN穿隧，自浮置栅极中穿隧而出。

由于目前的非易失性存储器中的穿遂氧化层是形成在沟道上，浅沟渠 隔离结构所造成的鸟嘴现象严重影响穿遂氧化层，使得元件的可靠度下 降，因此，元件不易小型化。另一方面，目前的非易失性存储器诱使电子穿隧 的程式化或擦除操作需要高电压，因此非常耗电，而且速度有待提升。

因此，在存储单元设计与存储单元阵列的元件的技术中，需要能够避 免上述问题的操作存储单元的方法。

发明内容

本发明的目的是提出一种存储元件的操作方法，其存储元件可以避免 浅沟渠隔离结构所造成的鸟嘴现象对于可靠度所造成的影响且其操作速度 快。

本发明包括存储元件的操作方法，此存储元件包括衬底、栅极、绝缘 层、电荷储存层与多层穿隧介电结构。衬底具有二源/漏极区，通过沟道区 分隔。栅极，设置于衬底上。绝缘层设置于沟道区上。电荷储存层，设置 于绝缘层上。穿隧介电结构设置于电荷储存层和栅极之间。通过施加负偏 压于栅极，使多个第一型载子自栅极经由多层穿隧介电结构穿隧进入电荷 储存层，且通过施加正向偏压于栅极，使多个第二型载子自栅极经由多层 穿隧介电结构栅极穿隧进入电荷储存层。

依照本发明实施例所述，上述负偏压为-16至-20伏特左右；上述正偏 压为14至16伏特左右。

依照本发明实施例所述，上述穿隧介电结构包括第一能阶、第二能阶 与第三能阶。第一能阶，位于接近栅极的一第一位置，且低于栅极的价带 能阶。第二能阶，位于距离栅极8-30埃的一第二位置，且在没有施加偏压 时，第二能阶介于第一能阶与栅极的价带能阶之间。第三能阶，位于上述第 二位置与上述电荷存储层之间的一第三位置，且在没有施加偏压时，第三能 阶低于上述栅极的价带能阶且低于上述电荷存储层的价带能阶。

依照本发明实施例所述，上述穿隧介电结构为穿隧介电结构。

依照本发明实施例所述，上述多层穿隧介电结构包括一氧化物/氮化物 /氧化物三层。