CN100468747C - 非易失性存储器的操作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种非易失性存储器的操作方法，适用于操作一存储单元，此存储单元包括设置于衬底中的源极与漏极；设置于源极与漏极之间的衬底上的堆叠栅极结构，堆叠栅极结构由下而上包括浮置栅极与控制栅极；以及设置于堆叠栅极结构侧壁的选择栅极，此选择栅极位于堆叠栅极结构与漏极之间的衬底上。这个操作方法例如是在进行编程操作时，于控制栅极施加第一正电压，于漏极施加第二正电压，于选择栅极施加第一负电压，于衬底施加第二负电压，并且使源极浮置，以利用沟道启始二次电子注入效应，将电子注入浮置栅极中。
Description
技术领域
本发明涉及一种存储器元件的操作方法，且特别是涉及一种非易失性存储器的操作方法。
背景技术
在各种非易失性存储器产品中，具有可进行多次数据的存入、读取、抹除等动作，且存入的数据在断电后也不会消失的优点的可电擦除可编程只读存储器(EEPROM)，已成为个人计算机和电子设备所广泛采用的一种存储器元件。
典型的可电擦除可编程只读存储器以掺杂的多晶硅制作浮置栅极与控制栅极。而且，浮置栅极与控制栅极之间以栅间介电层相隔，而浮置栅极与衬底间以穿隧介电层相隔。
对此存储器进行编程(program)操作，将数据写入存储器的方法，是通过将电压施加到控制栅极与源极、漏极，利用源极侧注入(source side injection)效应以使电荷注入浮置栅极或使电荷从浮置栅极拉出。
然而，随着市面上对于轻薄短小的可携式信息电子产品的需求日增，存储器元件不但要求尺寸小，还要能够兼顾低电压、低功率消耗以及稳定度高等特性。而上述源极侧注入效应，往往需要在控制栅极或漏极侧施加相当高的电压(如10伏特以上)，其功率消耗高，相当不利于电子产品的应用。
此外，由于上述可电擦除可编程只读存储器是将电压施加到控制栅极与源极、漏极，利用源极侧注入效应进行编程操作。因此，倘若漏极端的电压高，很容易会导致其它未选定的存储单元，同样会有电荷注入浮置栅极，使存储器因编程干扰而造成错误写入的情况，降低了存储器的可靠度(reliability)。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的就是在提供一种非易失性存储器的操作方法，可以降低操作电压与功率消耗，并且减少编程干扰的现象。
本发明提出一种非易失性存储器的操作方法，适用于操作一存储单元，此存储单元包括设置于衬底中的源极与漏极；堆叠栅极结构，设置于源极与漏极之间的衬底上，堆叠栅极结构由下而上包括浮置栅极与控制栅极；选择栅极，设置于堆叠栅极结构与漏极之间的衬底上，且位于堆叠栅极结构的侧壁，此操作方法例如是在进行编程操作时，将第一正电压施加到控制栅极，将第二正电压施加到漏极，将第一负电压施加到选择栅极，将第二负电压施加到衬底，并且使源极浮置，以利用沟道启始二次电子注入(channel initiatedsecondary electron injection)效应，将电子注入浮置栅极中。
上述非易失性存储器的操作方法中，施加到选择栅极的第一负电压使选择栅极下方的沟道关闭。
上述非易失性存储器的操作方法中，第一正电压例如是介于4～6伏特之间。第二正电压例如是介于4～6伏特之间。第一负电压例如是介于-1～-5伏特之间。第二负电压例如是介于-2～-4伏特之间。
上述非易失性存储器的操作方法中，衬底中还包括设置有P阱，且存储单元设置于P阱上。上述第二负电压例如施加于P阱。
上述非易失性存储器的操作方法中，存储单元还包括位于浮置栅极与衬底之间的穿隧介电层。
上述非易失性存储器的操作方法中，存储单元还包括位于浮置栅极与控制栅极之间的栅间介电层。
上述非易失性存储器的操作方法中，存储器还包括选择栅极介电层，位于选择栅极与堆叠栅极结构，以及选择栅极与衬底之间。
上述非易失性存储器的操作方法中，浮置栅极的材料例如是掺杂多晶硅。
本发明因采用沟道启始二次电子注入效应编程此存储器，可以降低操作电压，减少功率消耗。此外，由于将一个负电压施加到选择栅极，因此能够关闭选择栅极下方的沟道，从而达到避免编程干扰的效果，提高存储器的可靠度。
为让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，以下配合附图以及优选实施例，以更详细地说明本发明。
附图说明
图1是绘示本发明一实施例的一种非易失性存储器的操作示意图。
简单符号说明
100:衬底
110:P阱
120:源极
130:漏极
140:堆叠栅极结构
141:穿隧介电层
143:浮置栅极
145:栅间介电层
147:控制栅极
150:选择栅极
155:选择栅极介电层
MC:存储单元
具体实施方式
图1是绘示本发明一实施例的一种非易失性存储器的操作示意图。请参照图1，本发明提出的非易失性存储器的操作方法，适用于操作存储单元MC，此存储单元MC设置于衬底100上，其例如由源极120、漏极130、堆叠栅极结构140与选择栅极150构成。
其中，衬底100例如是P型硅衬底，而源极120、漏极130中例如掺杂有砷等N型掺杂剂。或者，衬底100可以是N型硅衬底，在衬底100中设置有P阱110，搭配N型的源极120、漏极130。
堆叠栅极结构140例如设置于源极120与漏极130之间的衬底100上。堆叠栅极结构140由下而上包括浮置栅极143与控制栅极147。浮置栅极143与控制栅极147的材料例如是掺杂多晶硅。浮置栅极143与衬底100之间例如设置有一层穿隧介电层141，控制栅极147与浮置栅极143之间例如设置有一层栅间介电层145。穿隧介电层141的材料例如是氧化硅或其它介电材料。栅间介电层145的材料例如是氧化硅、氮化硅或氧化硅/氮化硅、氧化硅/氮化硅/氧化硅等复合介电层。
选择栅极150例如设置于堆叠栅极结构140与漏极130之间的衬底100上，且位于堆叠栅极结构140的侧壁。选择栅极150的材料例如是掺杂多晶硅，其例如是表面为弧状的导体间隙壁，如图1所示。当然，选择栅极150也可以是方型的导体间隙壁，设置于堆叠栅极结构140的侧壁，而不限于弧状表面。选择栅极150与衬底100、堆叠栅极结构140之间例如设置有一层选择栅极介电层155。
本发明提出的操作方法例如是在进行编程操作时，于控制栅极147施加正电压Vg，其例如为4～6伏特；于漏极130施加正电压Vd，其例如为4～6伏特的；于选择栅极150施加负电压Vs，其例如为-1～-5伏特，负电压Vs的施加可以关闭选择栅极150下方的沟道，以避免编程干扰的发生；于P阱110施加负电压Vb，其例如为-2～-4伏特，并且使源极120浮置。
在高漏极电压，以及P阱低电压的情况下，漏极区域处会发生深度耗尽(deep depletion)的现象。此时，由于垂直于穿隧介电层表面的高电场，使得电子空穴对自价带穿隧至导带而产生。结耗尽区内的高横向电场具有将载流子加速并再碰撞出新的电子空穴对的能力。于是，部分高动能的载流子变会横越穿隧介电层141而注入浮置栅极143之中。此即为二次电子注入效应。
值得注意的是，上述实施例中虽然是以一个存储单元MC为例做说明，惟此存储单元MC也可以呈行列式排列，将多个存储单元MC串接起来，构成一个存储单元阵列。通过接触窗、导线的设置，同样可以利用上述操作方法，编程此存储单元阵列。
由于上述非易失性存储器的操作方法中，于选择栅极150施加了-1～-5伏特的负电压Vs，因此，可以关闭选择栅极150下方的沟道，而避免因高漏极电压而造成错误写入的编程干扰的现象，提高存储器的可靠度。
此外，利用二次电子注入效应编程上述的存储器，无须于漏极130与控制栅极147施加高电压，而得以降低操作电压，减少功率消耗，进而得以增进存储器的效能。
虽然本发明以优选实施例揭露如上，然而其并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围应当以后附的权利要求所界定者为准。
Claims (11)
1、一种非易失性存储器的操作方法，适用于操作存储单元，所述存储单元包括设置于衬底中的源极与漏极；堆叠栅极结构，设置于所述源极与所述漏极之间的所述衬底上，所述堆叠栅极结构由下而上包括浮置栅极与控制栅极；选择栅极，设置于所述堆叠栅极结构与所述漏极之间的所述衬底上，且位于所述堆叠栅极结构的侧壁，所述操作方法包括:
进行编程操作时，于所述控制栅极施加第一正电压，于所述漏极施加第二正电压，于所述选择栅极施加第一负电压，使所述选择栅极下方的沟道关闭，于所述衬底施加第二负电压，并且使所述源极浮置，以利用二次电子注入效应，将电子注入所述浮置栅极中。
2、如权利要求1所述的非易失性存储器的操作方法，其中所述第一正电压介于4～6伏特之间。
3、如权利要求1所述的非易失性存储器的操作方法，其中所述第二正电压介于4～6伏特之间。
4、如权利要求1所述的非易失性存储器的操作方法，其中所述第一负电压介于-1～-5伏特之间。
5、如权利要求1所述的非易失性存储器的操作方法，其中所述第二负电压介于-2～-4伏特之间。
6、如权利要求1所述的非易失性存储器的操作方法，其中所述衬底中还包括设置有P阱，且所述存储单元是设置于所述P阱上。
7、如权利要求6所述的非易失性存储器的操作方法，还包括施加所述第二负电压于所述P阱。
8、如权利要求1所述的非易失性存储器的操作方法，其中所述存储单元还包括位于所述浮置栅极与所述衬底之间的穿隧介电层。
9、如权利要求1所述的非易失性存储器的操作方法，其中所述存储单元还包括位于浮置栅极与控制栅极之间的栅间介电层。
10、如权利要求1所述的非易失性存储器的操作方法，其中所述存储单元还包括选择栅极介电层，位于所述选择栅极与所述堆叠栅极结构，以及所述选择栅极与所述衬底之间。
11、如权利要求1所述的非易失性存储器的操作方法，其中所述浮置栅极的材料包括掺杂多晶硅。
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