[发明专利]一种低压快速非挥发存储器编程方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种针对半导体非挥发性存储器的编程方法，尤其是基于多阱浮栅结构的一种快速有效的低压编程方法。

背景技术

闪存作为一种非挥发性的存储器件从发明以来得到了快速的发展，作为快速存储的典型代表他在如数码相机、U盘、手机等领域都有发挥了很好的应用价值，浮栅型结构的闪存单元在非挥发存储器领域一直被广泛应用，尤其是多阱工艺的浮栅结构，多阱工艺的浮栅结构有双阱工艺、三阱工艺等，如图1所示一种常见的结构，他包含P型衬底0，在P型衬底中注入形成深N阱1，在深N阱中再次通过注入形成P阱3，然后通过两个高浓度注入形成n+的区域作分别为漏极4和源极8，在源漏直接衬底表面从底部到顶层分别为底层介质7，浮栅6，顶层介质5，控制栅4。这种多阱结构被广泛应用于浮栅型闪存器件中，目的是为了降低器件之间的干扰，比如可以通过在深N阱加一个正向电压使pn结反向偏压，起到有效隔离器件的作用，

目前浮栅型结构仍然起着很重要的作用。并向着更小尺寸更低功耗进行发展。随着器件尺寸的不断缩小，要求器件的操作电压不能太高，传统的浮栅器件编程过程中可以通过在栅和衬底之间加一个正向偏压，电子通过FN隧穿形式进入氧化层，电子进入浮栅后使器件的阈值电压发生变化。如图2表示了该操作方式，这种编程方式电流小效率高，但是这种工作方式要求足够的隧穿电场，所以需要很高的操作电压，在设计过程中带来不便。而且隧穿带来的氧化层缺陷也容易导致一些可靠性问题。另外一种重要的编程形式是沟道热单子注入方式CHE(如图3)，操作过程中源漏加一个4V以上的电压，栅压大约在9V左右，电子在沟道运行过程中在栅压横向电场的作用下如果能量高于底层介质的势垒，就可以越过介质层势垒高度进入浮栅，在编程过程中漏端会有很大的一个电流，而且电流其中只有很少部分电子才可以进入浮栅存储层，所以效率不高。为了进一步降低操作电压提高编程速度一直是一个比较重要的研究问题。

发明内容

本发明目的是：提出一种基于传统的浮栅闪存结构和基于低压快速非挥发存储器编程方法，尤其是基于多阱工艺结构的浮栅闪存结构，提出一种利用正偏pn结电子注入编程方式，有效降低编程电压提高编程速度。

本发明的技术方案是：基于低压快速非挥发存储器及编程方法，低压快速编程方式所涉及的器件结构是：

1)采用P型半导体衬底0

2)半导体衬底中通过离子注入形成深N阱1

3)深N阱中通过注入形成顶层P阱2

4)P阱中通过注入形成n+源区及源极8和n+漏区及漏极3

5)在源漏区之间衬底表面从下到上依次为底层介质7，浮栅6，控制栅介质5，控制栅极4；其中深N阱与P阱形成底部pn结，而源漏两区和P阱形成两个pn结，称为源漏pn结。

在编程过程中，在控制栅极加一个正向电压以提供电子注入电场，源极8和漏极3接地，深N阱1接地，通过控制P阱2电压从高到低两段电压的变化来实现器件的编程；在控制栅极4加一个正向电压Vgp，源极8接电压Vsp和漏极3接电压Vdp，深N阱1接电压Vnp，通过控制P阱2电压从高到低两段电压的变化来实现器件的编程；编程各个端口波形参考示例图4；

编程开始第一阶段，P阱2所加电压Vp₁较高要使底部pn结和源漏pn结都处于正向偏压状态，第一阶段因底部pn结处于正偏状态，有明显的电子电流会从深N阱1向P阱2方向移动，同时源漏区也有电子向P阱2注入；

编程第二阶段P阱2所加电压Vp₂使源漏pn结处于反向偏压，在第二个电压阶段，P阱2的电压迅速反向，因为栅压已经存在，来自深N阱1的电子会更迅速的在P阱电压和栅极电压的驱动下以热电子的方式注入浮栅6，而源漏区注入的电子也会在反向pn结电场和栅极电场的驱动下反向运动，同样，如果电子能力足够高也会以热电子的方式注入浮栅6，最终实现编程，使器件阈值发生明显的变化。