TW434843B - Channel hot electron programmed memory device having improved reliability and operability - Google Patents

Description

經濟部中央標準扃貝工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（i) 發aa之枋術領域 本發明與半導體裝置’且更特別的與記憶體裝置諸如 EPROM及快閃EPROM有關，以及甚至更特別的，與改 良可靠度及操作性之通道熱電子（CHE)規劃記憶體裝置有 關。 發明赀景 CHE規劃電氣可抹除可程式化唯讀記憶體EPROM及 快閃EPROM可產生50微安至1〇〇微安間的胞元電流。 » 以現階段最高技藝的裝置，通常在低電阻性基底上的P-型外延結晶層，此基底電流沉入低電阻層而未產生顯著的 電壓降。但是，對使用非外延結晶層基底的唯讀記憶體 EPROM及快閃EPROM，或建造在四週被深N-井園繞的 一絕緣P-井，諸如在三井的處理，在程式化期間產生的. 基底電流可在電阻性FAMOS P-井區域跨越建立大的壓 降。 如果電壓降超過二極體約0.7伏特的接通電壓，源極 接面將為順向偏壓。此電阻性井飽合的問題可在浮動 閘極崩潰喷射金屬氧化物半導體(FAMOS)降低BVCEO 電壓值發覺。不幸的，降低BVCEO電壓值減少蓼置的 最大汲極電位。對定電流程式化負載線，此將減少閘極電 流並降低EPROM及快閃EPROM的可程式度》 圖1及2顯示低BVCEO電壓值不良的影響。特別在 圖—中插述在一個三井結構上建立的快閃EPROM胞元之 兩個BVCEO的特性曲線圖，包括在一個在深N·井中的 _____ _^_； 本紙張尺度ϋ用中ϋ岭轉（CNS) A4^_ (21()><297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本瓦) '裝. 訂 434B43 A7 B7 經濟部中央標準局貝工消费合作社印製 五、發明説明（2 ) 絕緣P-井°在線1〇的第一個案例中，絕緣p_井的絕緣民 好且深N-井的電位為接地。電阻R等於〗5歐姆^在線U 的第二個案例中，絕緣P-井模擬電阻值為15K歐姆》線 10顧示在BVCE〇特性的改變造成降低了的程式化電廖 及一般性能衰減的記憶體。 當基底電流在電阻性FAM〇s p-井上跨越建立一彳固電 壓降所造成另一個問題為，一旦源極接面順向偏壓，它將 喷麗電子到基底上。一部分電子將被在位元線應力模式# 近胞元的汲極接面所蒐集。在此狀況下，電子進入靠近浓 極的高電場區域形成熱電洞對。因為靠近汲極之閘極電磁 的極性’有將這些熱電動對注入閘極氧化物的趨勢且造成 浮動閘極電荷的損失。 圖2中的表顯示提昇在位元線應力上實質電位所造成 的影響。在圖2的表中，閘極電壓，等於0伏特；浓 極電壓Vd ’等於6伏特；以及源極電壓Vs，等於〇伏特。 在此例中，位元線應力發生為時約一秒鐘。參數Vb代表 跨越於電阻性FAMOS P-井區域上的電壓。如圖2的表所 示’當Vb超過0.7伏特時，臨界電壓\為〇·〇ι、0·05且 當Vb為0.7伏特或更低時則為〇 5。因此，當降低的vt 顯示降低了造成源極接面二極體崩潰的可程式度。基本 上，當基底電位上昇，由浮動閘極電荷的損失也相對的上 昇。此現象顯示原因及影響間約為指數的關係。同時，由 於熱電洞的注入，預期上述位元線應力機構造成快閃記憶 體裝置微量的退化 4 本紙張尺度適用中國國家榇準（CNS ) A4規格（210X297公釐） I--------------tr-------^1 广請先閲读背希·Μ法多Ϊ真填寫ί 一

經濟部中央標率局貝工消費合作社印«. 五、發明説明（3 ) 為避免上述狀況，在程式化期間基底的電壓降將停留 在約為0刀伏特低於二極體的接通電壓。達到這個結果的 一個方法為減少FAMOS P-井的平面電阻。不幸的在三井 技術中，此方法增加處理的複雜度。因此，希望建立單一 絕緣P-井以符合CMOS負電壓切換的需求且在FAMOS 裝置上使用相同的絕緣井。在此狀況下，絕緣P·井的高 平面電阻不符合FAMOS裝置的需求。對大的陣列，在程 式化期間建立的基底偏壓將源極接面順向偏壓且造成上述 有關裝置的可靠度β 此問題其它已知的解決方法視處理而定，可使用低平 面電阻FAMOS Ρ-井或一非常高的能量植入。但是兩種解 決方法均增加處理及裝置設計的複雜度。 #明概述 由上述所指出的限制中，對CHE程式化記憶體裝置的 玎靠度及操作度有改良的必要，以期能夠實質上免除或減 少絕緣Ρ-井接面順向偏壓的問題及將電子放射至基底的 問題’而不會有影響現存方法及裝置不需要之處理及裝置 設計上的複雜度。 依據本發明之一個觀點，假定一種CHE規劃記憶體裝 置具有改良的可靠度及操作度，以將SN_井相對於絕緣ρ_ 丼稍微順向偏壓以避免在絕緣Ρ_井接面順向偏壓及將電牛 放射至Ρ-基底。 在本發明之一具體實施例中，順向偏壓是一範圍在_〇 3 伏特至-0.5伏特的電壓施加至深Ν_井上，或一約為_1〇微 本紙張尺纽财H ® c叫A4^ χ 297L ) I^------j 裝-- ' (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂. 4-3^843 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 A7 B7 五、發明説明（4 ) 安培的負定電流抽運至具有絕緣P-井接地之深N-井上。將 絕緣P-井/深N-井二極體稍微的順偏，任何在程式化期間 產生的基底電流可將此二極體更為的順偏。此造成將電洞 抽運至P-基底上。在此狀況下，絕緣井電位上昇不超過 0.2-0.3伏特。此實質上免除了順向偏壓絕緣p_井接面及喷 灑電子至P-基底的問題。 本發明一技術上的優點為在程式化期間將基底電流轉 向流入低電阻性Ρ-基底以實際化在三井設計中電阻性絕緣 Ρ-井的應用。本發明經由免除分離式低平面電阻、FAMOS Ρ-井的需求，簡化在三井上建立一快閃EPROM陣列的處 理’因而減少了製造成本。本發明不需要額外的井且僅需 對電路作小的變更。更甚者，本發明可使用於所有建構在 三井上之EPROM。 圖例簡诚 為了更完整的瞭解本發明及其優點，現參考下列說明配合 相關附圖，圖中相同的參考編號表示相同的特性且其中： 圖1顯示一諸如在三井處理中，在深N-井上使用非外 延結晶的快閃EPROM，其BVCEO為汲極電流的函數圖； 圖2提供一表概述提昇在位元線應力實質電位不利的 影響； 圖3顯示一諸如與圖1及2相關的，在深N·井上使用 非外延結晶的快閃EPROM，其BVCEO為汲極電流的函 數圖，但是應用本發明之教義； 圖4描述本發明之一實施例；以及 -6 - 本紙張A度適用中國國家榇準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） ---1------装--- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂' 線 經濟部中央標準局貝工消費合作社印裝 ^34843 A7 ----^__— B7__ 五、發明説明（5 ) 圖5顯示本發明之另—實施例。 曼明之詳細說明 本發明之較佳實施例描述於圖中，使用相同的编號代 表各圖中相同且對應的部分。 圖3敘述一 BVCE〇線14顯示應用歐姆及深 N•'井定電流為-5微安培，產生一大約為_〇 4伏特深n-井 電位概念的結果。如圖j所繪之与vce〇圖案例，將一稍 微為負的電壓加至深N-井上，在BVCE〇曲線上未發生 偏移。依此’在位疋線應力發生後丨電塵未見減少。此 結果為本發明未發生可程式度的退化或閘極電流的減知 圖4顯林發明之—實施例包括本身在接地點μ接 也的Ρ·基底32上形成記舰就3G ^可使料 造 ^理方法形成記鍾胞元3G的元件。深N•井％包^ 緣P-井38。以約為-0.4伏特稍微的負電壓 七μ i vdn在接點40 施加至深N-井36以取代將祕井36接地。將絕緣 38在接點42接地至接地電位。在絕緣p—井38中’， 域44形成記憶體胞元的源極區域及Ν•區 區 、击以、 „ Λ 46形成相關 運的 '及極區域。將閘極介電質區域48安置在介於、原極* 區域44及汲極Ν·區域46間的絕緣Ρ-井％之上。 圖5救述本發明之另一實施例其參考編號通常參考圖 4的元件。但是圖5顯示深Ν-井電流源50，取代^ ν 13 電壓源40，連接至深井36。電流源50抽運—約為$ 微安培的負電流至深Ν-井36 如前述，將絕緣^井3 接地。將深Ν-井36及絕緣Ρ-井38間之接面稍微的順3向8 本紙張又度通用中圏國家榡準（CNS ) A4規格（210X297公釐） I--------qy 裝------訂---------^m (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 43484 3 A7 B7 五、發明説明（6 ) 偏壓，任何電流ISUB在P-基底32之内。所造成的結果為 絕緣P-井38的電位不會超過0.2-0,3伏特之間。此本質 上免除了習知技術裝置閘極電流減少及可程式度的問題。 雖然本發明在此已參考說明實施例來詳細敘述，應瞭 解此描述僅係舉例說明且不意圖解釋為限定的意義。因 此，更進一步瞭解，對本發明實施例及其它實施例許多細 節的改變，對熟悉此技術的人士在參考本敘述後將會很明 顯並作出變更。因此所有如此的修訂及其它的實施例均屬 本發明後附專利申請企圖之精神及實際範圍内。 -------------'τι 裝-------訂------線 -· (請先間請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 本紙張尺度適用中國國家梯準（CNS > Α4規格（210Χ297公釐）

Claims (1)

1. 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 專利申請案第86118729號 r 7'尨 修正 / 更ROC Patent Appln·N〇. 平u产』#山u 人 修正之申請專利範圍中文本-附件一 '~ Amended Claims in Chinese-Encl. I 运 _λ_、由杜直刹鈴[fj (民國S8年11月;日送呈） J /、、Ψ 明寻利犯囷 (Submitted on November 9〇, 1999) ；1 1. 一種具改良可靠度及操作度的通道熱電子規_|轉體裝置， 包括： 一 P-基底； 在該P-基底内之深1ST-井， 在該深N-井區域内之一絕緣P-井； 在該絕緣P-井區域内之一源極區域； 在該絕緣P-井區域内之一汲極區域； 在該源極.II域及汲極區域間的閘極區域；以及 二」嗔向偏壓電路連接至該深N-井以將該深N-井區域 相關於該絕緣P-丼區域順向偏壓，以維持在該絕緣P-井區域的電壓降低於該絕緣P-井區域及該深N-井區域 間接面的二極體接通電壓。 2. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中順向偏壓電路 包括一電流偏塵電路以抽運一偏壓電流至該N-井中。 3. 如申請專利範圍‘第1項所述之裝置，其中順向偏壓電路 包括一電壓偏壓電路供應一偏壓電流至該N-井中。 4. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該記憶體裝置 包括一電氣可抹除、可程式唯讀記憶體。 5. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該記憶體裝置 包括一快閃電氣可抹除、可程式唯讀記德體。 6. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該順向偏壓電 路包括一電壓偏壓電路供施加一電壓足以限制絕緣P-井的電位不大於約0.3伏特。 7. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該順向偏壓電 . -9- ' 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ____________--------訂---------線-) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁. 434g4| 頜 . S 六、申請專利範圍 路包括-電流源偏壓電路供施加一電流足以限制絕緣 P-井的電位不大於約0.3伏特。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) δ_ —種改良通道熱電子規劃記憶體裝置操作的方法包括一厂基 底，在該Ρ-基底内之深Ν-井，在該深^井區域内之— 絕緣Ρ-井，在該絕緣Ρ-井區域内之一源極區域，在該 絕緣Ρ-井區域内之一汲極區域，在該源極區域及汲極 區域間的閘極區域，此方法包括下列步驟： 將該深Ν»·#區域相關於該絕緣p-井區域順向偏壓，以 維持在該絕緣Ρ-井區域的電壓降低於二極體的接通 壓。 9·如申請專利範圍第8項所述之方法，其中該順向偏塵步 驟更包括將偏壓電流馈入該Ν·井中。 10_如申請專利範圍第8項所述之方法，其中該順向偏壓步 驟更包括供應一偏屋電流至該深井中。 11. 如申請專利範圍第8項所述之方法，其中該順向偏壓步 騾更包括施加一電屋足夠限制該絕緣心井電位不大於 約0.2伏特的步驟。 12. 如申請專利範圍第8項所述之方法，其中該順向偏壓步 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 系統，更包括施加一電流足夠限制該絕緣心井電位不 大於約0.2伏特的步驟》 13. —種形成具改良可靠度及操作度之通道熱電子規劃記 憶體裝置之方法，包括下列步驟： 形成一 Ρ-基底： 在該Ρ-基底内形成一深Ν·井： -10- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNSM4規格（210 X 297公釐） 4348 A8 B8 ca D8 六、申請專利範圍 在該深N-井區域内形成一絕緣p-井； 在遠絕緣P-井區域内形成一源極區域； 在該絕緣P-井區域内形成一沒極區域； 在該源極區域及汲極區域間形成一閘極區域；以及 形成一順向偏壓電路連接至該深井以將該深]^井 區域相關於該絕緣P-井區域順向偏壓，以維持在該絕 緣P-井區域的電壓降低於該絕緣P·井區域的二極體接 通電壓。 14. 如申請專利範圍第】3項所述之方法，其中該順向偏壓 電路形.成步驟更包括形成一電流偏壓電路以將偏壓電 流饋入該Ν-井的步驟β 15. 如申請專利範圍第13項所述之方法，其中該順向偏壓 電路形成步驟更包括形成一電壓偏壓電路以供應一偏 壓電流至該深Ν·井的步驟。 16. 如申清專利祀圍第13項所述之方法，其中該記憶趙裝 置包括一電氣可抹除、可程式唯讀記憶體。 17. 如申請專利範圍第13項所述之方法，其中該記憶體裝 置包括一快閃電氣可抹除、可程式唯讀記憶體。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 18. 如申請專利範圍第13項所述之方法，其中形成該順向 偏壓電路之步驟更包括形成一電壓偏壓電路供施加— 電壓足以限制絕緣Ρ-井之電位不大於約〇 2伏特的步驟 19. 如申請專利範圍第13項所述之方法，其中形成該順向 偏壓電路之步驟更包括形成一電流源偏壓電路供施2 -Π 托ρ痒滴用中國國家標準（CnS)a4規格（21〇 X 297公餐） 六 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 申請專利範圍 一電流足以限制絕緣P-井之電位不大於約0.2伏特的步 驟。 -12- ------------^ ii (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)：.

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