TW406436B - Erase method of the split gate flash memory - Google Patents

Description

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Λ7 \V 五、發明説明（l ) '~' --- 本發明係㈣於-種記憶體的抹除方法，特別係有 關於一種分離閘極快閃記憶單元的抹除方法。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 在傳統的快閃記憶單元的操作過程中，若要將電子 從漂浮閘極（floating gate)中拉出，通常是利用F〇 Nordhelrn隧穿的方式將電子拉出。請參閱第ι圖在抹 除的過程中，源極端10視電路選擇的不同而被接地或 浮接，控制閘極12被加上-12V的電壓，汲極14被加上 5V的電壓，如此漂浮閘極16中的電子受電場作用，根 據Fowler-Nordhelm效應而被放電，同時電洞因為侧向 的電位差所形成電場，而獲得能量，變成熱電洞，進而 增加電洞在氧化層中被捕取的機率。 再者，隨著快閃記憶單元尺寸的縮小，其通道長度 變短，因之其側向電場的強度也就跟著增加，當通道長 度小於0·8μιη時，便可明顯地看到由於熱電洞的影響， 造成抹除效率變差的情況，特別是對於通道長度小於 〇.4μιη的分離閘極快閃記憶單元，在抹除時的側向電場 將會提高熱電洞的形成機率，使得分離閘極快閃記憶單 元更容易被損壞。 經濟部中央標準局貝工消費合作社印裂 快閃記憶體由於其低耗電量和快速存取的特性，使 其可廣泛地運用在手提電腦、數位照相機、以及數位式 行動電話等產品中’但必須提高晶片的可重寫次數’如 此才能得到更廣的應用，目前每顆快閃記憶體大約可重 寫1 Ok次，而要造出理想的矽碟機，便需要高達iM次 的重寫週期方可達成。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公徒） 經濟部中央標準局貝工消費合作社印裝 406436 五、發明説明（2) 造成快閃記憶體在經過數千次重複寫入後，無法再 抹除或是單元電流減少的主要原因，是相當量的熱電洞 在單元抹除時，在隧穿氧化物中被捕取，當被捕取的電 洞達到一定的量後，由電洞所形成的電場會減低抹除的 效率，而使得單元無法抹除。要減少抹除時所形成的電 洞陷阱，則必須有效地降低在抹除時，電洞經由電場加 速所得到的能量。 然而，一般在分離閘極快閃記憶單元中是利用源極 側注入的方式來進行規劃，例如Naruka et al.在 Technical Digest of IEEE Electron Device Meeting 1988 中之"A new flash-erase EEPROM cell with a sidewall select-gate on its source side”所述之方式，其係在源極端 進行規劃，請參閱第2圖，亦即使源極10接地，控制 閘極12被加上12V的電壓，汲極14被加上5V的電壓， 選擇閘極18被加上1.8V的電壓，如此電子可自源極端 被注入至漂浮閘極16中。所以在記憶單元進行抹除時， 則是利用没極端的Fowler-Nordhelm隧穿的方式進行抹 除。在傳統的電路設計中，都是將源極接地或是空接 (floating)來進行抹除，但是如此將會使得電洞受到側向 電場的加速，導致熱電洞的捕取增加，而造成記憶單元 可重寫週期的減少。 更進一步來說，在抹除的過程中，由於由能帶間隧 穿（band-to-band tunneling)電流所造成的電洞，會被側向 電場加速而變成熱電洞，同時又被加在控制閘極上的負 3 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨0X297公t ) ----：——L---气------ΐτ------.^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局負工消費合作社印聚 406436 五、發明説明（3 ) …-- 電壓吸引而向上運動，與氧化層發生碰撞’而在氧化層 中造成電洞陷解，並形成許多介面狀態。當氧化層中累 積了許多電洞後，電洞所造成的電場會對形成於沒極與 控制閘極間的電場產生阻隔的效果，導致即使分別在没 極與控制閘極上加上正電壓與負電壓，其間所形成的電 場也無法有效地使漂㈣減電，也就使得記憶單元的 重寫週期減少。 _有鑑於此’本發明乃提出—種分離閘極快閃記憶單 _的抹除方法’其適用於分離閘極快閃記憶單元的運 作’可有效地增加快閃記憶單元重新讀寫的次數，特別 是針對於〇加以下製程的快閃記憶單元更有明顯的幫 助。 本發明係採用—降低側向電場的方式，即在源極端 ^上-平衡電壓，例如i〜3v，即可有效地降低側向電 :對電洞的加速’進而減少熱電洞在氧化層中被捕獲的 機率，藉以達到增加讀寫次數的目的。 、本發明之分離閘極快閃記憶單元的抹除方法主要 係適用於具有源極、波極、漂浮閘極、控制閘極及選擇 閘極的快閃記憶單元’其包括下列步驟： 首先，對控制閘極加上一負電壓，並對汲極加上一 正電壓，以在汲極與控制閘極間形成-正向電場，使得 漂浮閘極中的電子受電場作用經由FqwU卜Ν(^ίιη随 穿效應而放電’藉以抹除前述分離閘極快閃記憶單元的 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 線 本紙張尺度適210X 297 公釐）

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406436 、發明説明（4) 接著，在源極端加上-正電壓，減核極 ’避免電洞受到電場加速而形成為熱電洞，： 的=層中’藉以增加前述分離間極快閃記憶單元 、架構及優點 為了更進一步地揭露本發明之方法 兹配合附圖說明較佳實施例如下，其令 前技術中快閃記憶單元進行抹 前技術中快閃記憶單元進行規 第1圖係緣示在先 除操作的示意圖； 第2圖係槽示在先 劃操作的示意圖； 操作:示3意Γ㈣本發明中快閃記憶單元進行抹除 别述圖式中’相同的元件以相同的標號標示之。 參考標號的說明 10〜源極、12〜控制閘極、14〜沒極、16〜漂浮間極、 18〜選擇閘極、20〜隧穿氧化層。 實施例之說明 請參閲第3圖，本發明之分離閘極快閃記憶單元的 除方法’主要係適詩具有源極10、>及極14 '漂浮 閘極16、控制閘極12及選擇閘極18的快閃記憶單元。 其抹除方法主要包括下列步驟： 首先，與先前技街中之分離閘極快閃記憶單元的抹 ” 樣本發明之抹除方法先對控制閘極12加上 負電壓冑壓大小為12V，並對汲極14加上一正電 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 406436 Λ7 -- --'___Η 7 五、發明説明（5 ) 壓’電壓大小為5V ’以在汲極14與控制閘極12間形 成一正向電場，使得漂浮閘極16中的電子受電場作用 經由Fowler-Nordheim隧穿效應而放電，藉以抹除前述 分離閘極快閃記憶單元的規劃。 上述步驟便是先前技術中之分離閘極快閃記憶單 元的抹除方法，但是如同前面所述，上述電場同時會使 電洞加速產生熱電洞，且熱電洞會與隧穿氧化層 20(Umneling oxide)發生碰撞，並堆積在氧化層2〇中， 造成抹除效率的降低，使得快閃記憶單元的重寫週期減 少 〇 因此，本發明之另一個步驟即在源極端1Q加上一 正電壓，如第3圖所示，以減小汲極14與源極1〇間的 電壓差，藉以可避免電洞受到電場加速而形成為熱電 洞，故而電洞不會具備足夠的能量去碰撞並累積於氧化 層20中，如此可增加前述分離閘極快閃記憶單元的重 寫週期。 在此一實施例中，於抹除分離閘極快閃記憶單元 時，外加至其源極端1 〇的正電壓的大小為〇 5V至Vcc。 不過，這個電壓的範圍只是適用於在此實施例中提到的 情況’即加在控制閘極12上的負電壓之電壓大小為 12V ’而加在汲極14上的正電壓之電壓大小為5V。其 實際使用的數值尚需視電路的設計而定。但不論此一正 電壓使用的數值為何，此一正電壓的存在，會有效地減 少側向電場，如此可避免產生熱電洞，而對快閃記憶單 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS > A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

、1T 線 406436五、發明説明（6 ) 元造成損害。 ----；--L---^------1T------年 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 7 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）

Claims (1)

1. 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A 0 406436 ?88 D8 六、申請專利範圍 1. 一種分離閘極快閃記憶單元的抹除方法，適用於 具有源極、汲極、漂浮閘極、控制閘極及選擇閘極的快 閃記憶單元，包括下列步驟： ⑴首先對控制閘極加上一負電壓，並對汲極加上一 正電壓，以在汲極與控制閘極間形成一正向電場，使得 漂浮閘極中的電子受電場作用經由Fowler_N〇rdheim隧 穿效應而放電，藉以抹除前述分離閘極快閃記憶單元的 規劃； (Π)在源極端加上一正電壓，減小汲極與源極間的 電壓差，避免電洞受到電場加速而形成為熱電洞，並累 積於氧化層中，藉以增加前述分離閘極快閃記憶單元的 重寫週期。 2. 如申請專利範圍第丨項的分離閘極快閃記憶單 元的抹除方法，其中，加在前述控制閘極上的負電壓為 -12V，加在前述汲極上的正電壓5V，而加在前述源極 上的電壓為0.5V〜Vcc。 3·如申請專利範圍第丨項的分離閘極快閃記憶單 疋的抹除方法，其中，前述的分離閘極快閃記憶單元係 利用源極端進行規劃，而利用汲極端進行抹除。 4.種分離閘極快閃記憶單元的抹除方法，適用 於具有源極、汲極、漂浮閘極、控制閘極及選擇閘極的 快閃記憶單元，包括下列步驟：首先對控制閘極加上一 負電壓’並對汲極加上—正電壓，以在汲極與控制閑極 間形成一正向電場，使得漂浮閘極中的電子受電場作用 ----------- ^--^------------i (請先閲讀背面之注^項再填寫本頁) 8

   申請專利範圍 經由Fowler-Nordheim隧穿效應而放電，藉以抹除前述 分離閘極快閃記憶單元的規劃；其特徵在於當進行抹除 時’在前述分離閘極快閃記憶單元的源極端加上一正電 壓’減小汲極與源極間的電壓差，避免電洞受到電場加 速而形成為熱電洞，並累積於氧化層中，藉以增加前述 分離閘極快閃記憶單元的重寫週期。 5.如申請專利範圍第4項的分離閘極快閃記憶單 元的抹除方法，其中’加在前述控制閘極上的負電壓為 -12V，加在前述汲極上的正電壓5v，而加在前述源極 上的電壓為0.5V〜Vcc。 (請先閲讀背面之注$項再填寫本頁) 訂 線-I 經濟部中央標率局員工消費合作社印製 9 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS )八4祕（21GX2·董）