TW548833B - Erase scheme for non-volatile memory - Google Patents

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Description

548833 五、發明說明（1) t發明係有關於一種半導體記憶裝置之資料抹除 法，^是有關於-種於間極具有電荷捕捉介電=料 編程唯讀記憶體之資料抹除方法。 '之可 目月ίι，用以儲存貧料之非揮發記憶體相當普遍且 Ϊ: J丨其應用之領域廣泛，例如各種可攜式通訊系统：美 國專利編號5768 1 92 (Eltan)揭露―種裝置、編程方法吳 以及於兩乳化石夕層之間具有捕捉電荷介電層 記憶體（PROM )單元之資料讀取方法。 f唯3貝 第1圖係顯示於美國專利編號5 768 1 92中所揭露之 記憶體（P_)單元的結構剖面圖，其中，該傳統技術二、 利用0N0作為閘極絕緣層。此類型之pR〇M可利用使電子陷、 (trap )於氮化矽層2〇鄰近於源極14以及汲極16之兩端以 遂行編程之動作。氮化矽層2〇係位於矽氧化層18以及。之 間。由於此類型PR0M之材料特性所致， 存兩位元之資料。 早早凡上储 以下描述可編程唯讀記憶體之資料抹除方式。傳统資 料抹除方法為帶對帶熱電洞抹除法（band_t〇_band 、 hot-hole erase)。當矽氧化層18甚厚時，例如為“⑽ ^以上，必須提高位於閘極24與^^型區14或“之間的偏 壓，才能使得Flowler-Nordheim隧穿電流流過矽氧化層 18 口此N型區1 4或1 6與通道區之間的電壓差將比閘極 24與N型區14或16之間的電壓差先行變大而導致N 16之末端發生電壓崩潰。 & ^ 由電子帶對帶隧穿效應所產生的熱電洞係由空乏區中
548833 五、發明說明（2) ^電場所加速。當熱電洞得到足夠之能量時，可注入 持於低電位之閘極24並停留於氡化 ' 儲存於氮化石夕層2。之電石夕層2°中。因此，先前 儲存之資料= 電润結合，故能將先前所 誤r然^傳統帶對帶熱電洞抹除法將導致嚴重之讀取錯 ^-r,VT"b) 層18，會加強短通道側向電場以及幫助 i::子穿越氧化層’造成資料可靠度上的問題。 提供-：非2 L為了解決上述問胃，本發明主要目的在於 i除；^發記憶體之抹除方法，在執行帶對帶熱電洞 抹除，、再執仃-道修補編程程序（s〇ft Pr〇gram a^n，ea並改ϊ 口 ί因為殘留於氧化層之電洞所造成之讀取錯 、因為過度抹除所導致之短通道效應。 之抹：ίί上的2發明提出-種非揮發記憶單元 以及第-源桎/ ；5 ^ k早兀具有基底、第一源極/汲極 ^ 及極’第一源極/汲極與第二 具有位於第-絕缘有閘#，而閘極與通道區之間 捕捉材料，非揮；=第2緣層之間的非導電性電荷 ί捕=電洞抹除程序，•由注入熱電洞至非導；性； 二此日士 1 =移除儲存於非導電性電荷捕捉材料之第一電 子’此日守尚有部分電洞存在於之第電 實施例：移除存在於第二絕緣層之電洞。 548833 五 發明說明（3) 第2圖係顯示根據本發明實施二 元的結構剖面圖以月勃r册 η 唯靖记憶體單 A狂〇 另者為汲極36。通道區上古炎一斤 夕層3 8，其為一絕緣層，厚产 為一氧化 層38上方為氮化矽層4〇，厚^約 、。^圭。二氧化矽 兮？橋仅六陆 又 為〇〇矣。鼠化秒声 4保存層，能夠捕捉注入至氮化矽層40之 “〇為一 一乳化矽層42係形成於氮化矽層4〇上， ^子。另一 佳，二氧化矽層42隔離, 卜 子度為80-1〇〇埃較 “，另夕卜，开氧化石夕層42上之導電閑極 另外，形成閘極44之材料可為複晶矽。 电位 當欲於PROM記憶單元之汲極端寫 與汲極36端提供電壓以產生垂直以及，* :閘極44 沿著通道區移動之電子。當電 处二:藉以加速 :切層38之能障時穿過二氧化彻跨越- i 化矽層4°中’如第2圖中虛線所標示之區 s電子所陷入之區域係靠近沒極36， ς 之電場最強’ θ此電子最有可能得 處 ，秒⑽之能障。當越多電子被捕捉於“。=二 單元之源極端寫入資料時，只要=旛：要_記憶 供應至源極端即可。 將原供應於&極之電壓改 因為氮化矽層40並非導電材料，故 同之區域’例如氣化柳靠近源極不 端。因此，本發明所述之記憶單元能夠儲存一位元；：之
548833 五、發明說明（4) 資料。 根據本發日月實施例所揭露之非揮發記憶 係先使用帶對帶熱電洞抹除法（band_t〇_band h(；t方=， erase)。熱電洞係由帶對帶隨穿電子效應所產生，le 由位於空乏區之電場所加速。在&，源/没極36所施加： 正偏Μ為3〜10伏特’而施加於閘極之負偏壓為_ι〇〜 特。 夂 當熱電洞得到足夠之能量時，可注入至維持於 =極”並停留於氮切層4"。因&，先前寫人動 儲存於氮化矽層4 0之電子即可與電洞，^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ 儲存之資料消除。 又月匕將先别所 然而，因為帶對帶熱電洞抹除法所造成之殘 化層38的多餘電洞，因此導致嚴重之讀取錯誤（^以夕虱 disturb)。為了解決上述問題，因此本發明於執行 ▼熱電洞抹除法清除資料後’再執行一道修補編程十 (soft program anneal )以克服上述問題。 第3圖係顯示根據本發明實施例所述之唯讀記情 元的結構剖面圖以及執行修補編程程序時所加之偏‘壓。 補編程程序（soft program anneal )係直接使殘餘夕 洞脫離或藉由施加大電場所產生之隧穿效應而使得電 入矽氧化層38以與位於矽氧化層38之多餘電洞結合’ 之。在此，約9〜10伏特之正電壓係直接至閘極44以移除于、 多餘電洞，或驅動位於基底32之電子，使其穿過矽氧化、 38以抵銷電洞。在此，源極/汲極以及基底之偏壓皆為^
548833 五、發明說明（5) 特，而修補編程程岸之勃# 士 π狂斤之執订日守間約為5〇ms。 /汲極34接地，並提供〇〜8伏另外將源極 提供3〜13伏特之電堡至=之源f汲極⑼，且 的效果。 冋樣可以達到修補編程 第4圖係顯示根據本發明實施例所述之非揮發記慎體 抹除方法之刼作流程圖。首先，執行預編程 ^
Pnr〇gram)以提高各記憶單元隻臨界電壓以 抹除（over erasing) (S1 01)。接著，劫一册虹慨光 除法以消除儲存於記憶*元之電子（sm) y此^、 元之臨界電壓降低。接下來，執行抹除驗證 口=早 (verification)動作以確認各記憶單元之臨界電壓皆位於 預期之位準（S1 03)。#未通過驗證，則 執行資料抹除步驟，直到記情單元夕#與^^ UZ重新 ^ ^ ^早70之界電壓達到目標位 準為止。若通過驗證，則執行修補編程程序（SO” program anneal ) (S104)以消除因為執行 除所遺留於記憶單元之電洞。 V ,，、、电，Π抹 根據本實施例，修補編程程序可利用 Flowler-Nordheim 隧穿效應（F_N tunneHng effect)、熱 載子效應、以及二次熱載子效應等來達成。最後，再執 修補編程程序後之驗證步驟（S1 05)以檢驗修補編程程序是 否完成，#未完成，則回到步驟S1 04重複執行修補編程程 序，直到通過S1 0 5之驗證步驟為止。 苐5圖係顯示g品界電壓△ v t與讀取時間變化之關係 圖。如第5圖所示，在執行同樣次數之讀取測試中，執行
548833 、發明說明（6) __ =補^程序之記憶單元的臨界電壓Δη變化量遠小於 所程程序之記憶單元，顯示根據本發明實施例 電洞，法所產生之問‘除方/有放解決執行帶對帶熱 、、、示上所述，本發明在献雷洞抹除德 程程庠以欲作々降抑牡熱窀/U体陈後再增加一道修補編 菇#序修思早元被熱電洞所損壞之區域。在勃杆倏 加之電場= 電洞因為被注入之電子抵銷或被施 電、、间J推離5己早70而消失。若減少留在記憶單元事之 目，可有效減少執行讀取動作時 ^ 及編程動作時所流失之雷/廿、““I:生錯决之機會以 11。另外，由於根據本發 、+保存特 知'，且電力消耗低，因此六i7、、、私私序執行時間 本發明雖以較佳實於1 現仃儀器架構下使用。 本發明的範圍，任何熟m路如上’然其並非用以限定 精神和範圍内，當可做些=技藝者，在不脫離本發明之 保護範圍當視後附之申、更動與潤飾，因此本發明 甲巧專利範圍所界定者為準。月之
0389-74651wf(η);Ρ900512;ROBERT.pt d 548833 圖式簡單說明 為使本發明之上 -一 /χ ^ 目的、特徵和優點能费B日& n 下文特舉一較佳實施 W 此文明顯易懂， 下· 例，並配合所附圖式，作1 Λ 下· 作砰細說明如 圖示說明： 第1圖係顯示於美爾击 記憶體單元的結構剖面2專利編號5 768 1 92中所揭露之唯讀 弟2圖係顯示根摅β 壓 元的結構剖面圖以及發明實施例所述之唯讀記憶體單 。 及執行帶對帶熱電洞抹除時所加之偏早 弟3圖係顯示根摅 元的結構剖面圖以及發明實施例所述之唯讀記憶體單 第4圖係顯示根行修補編程程序時所加之偏壓。 抹除方法之操作流程圖本發明實施例所述之非揮發記憶體 第5圖係顯示臨界° ^ 符麥★兒明： 電壓與讀取時間變化之關係圖。 14、34〜源極； 1 6、3 6〜汲極； 18、22、38、42 〜矽氧 2〇、40〜氮化矽層；虱化層， 24、44〜閘極； 3 2〜基底。 0389-7465twf(n);P900512;ROBERT.ptd 第10頁

Claims (1)

  1. 548833 /、、申請專利範圍 執行ί非揮發記憶單元之抹除方法，包括下μ丰· 情星-、、、電洞抹除程序，夢由、、主入埶念 丨】V驟·· 氐早兀以移 汁猎由/入熱電洞至一非揎恭# 中尚有部分上述非揮發記憶單元之第-電ΐϊ 執行修補上切揮發記憶單元；以及/、 之電2洞。…以移除存在於上述非揮發記憶單元 除方^如Π ΐ利範圍第1項所述之非揮發記怜單元之姑 揮發記憶程程序係注入第二電^ 3.如申试專汨^存在於上述非揮發記憶單元之電、，同。 除方法，“ ”範圍第1項所述之非揮發記憶單元Λ ^ , ’、 上述修補編程程序#利用γ 1 抹 於上4述：揮發記憶單元之電;同=她加電場而將存在 口 口一·種非揮發記憶單元之抹除方、本, 早兀具有一基底、一第一 Μ方法，上述非揮發記憶 極，上述第-源極//極/第極及-第二源極/汲 區，上述通道區上具有一/一源極^汲極之間具有一通道 有位於—第—絕声、1"。，上述閘極與通道區之間且 荷捕捉材料，上述“發二間的非導電性電 驟： 隐早70之抹除方法包括下列步 執行熱電洞抹除程序，葬 性電荷捕捉材料以移=^ ，入熱電洞至上述非導電 之第一電子，其中尚 罨丨電何捕捉材料 以及 卩刀電洞存在於上述第二絕緣層； 執行修補編程程序以孩^ + 序以移除存在於上述第二絕緣層之電 第11頁 0389-7465twf(n);P900512;ROBERT.ptd 548833 六、申請專利範圍 洞0 5·如申請專利範圍第4項所述之非揮發記憶單元之抹 除方法，其中上述第二源極/汲極於執行熱電洞 時係施加正偏壓。 ^ # 6 ·如申睛專利範圍第5項所述之非揮發記憶單元之抹 除方法，其中上述正偏壓之範園係位於3伏特至丨〇伏特之 間。 、 7·如申請專利範圍第4項所述之非揮發記憶單元之抹 除方法，其中上述閘極於執行熱電洞抹除程序時係施加 偏壓。 、 8.如申請專利範圍第7項所述之非揮發記憶單元之抹 除方法，其中上述負偏壓之範園係位於—〇 · 〇丨伏特至—丨〇伏 特之間。 9 ·如申請專利範圍第4項所述之非揮發記憶單元之抹 除方法，其中上述基底、第一源極/汲極以及第二源極/汲 極於執行修補編程程序時係接地。 1 0 ·如申請專利範圍第4項所述之非揮發記憶單元之抹 除方法，其中上述基底以及第一源極/汲極於執行修補編 程程序時係接地，而上述第二源極/汲極係施加〇 · Q 1伏特 至8伏特之偏壓。 11 ·如申請專利範圍第4項所述之非揮發記憶單元之抹 除方法，其中上述第二絕緣層係位於上述通道區之上。
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