TWI278103B - Electrically alterable memory cell - Google Patents
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Description
1278103 ^ 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關非揮發性記憶體^Memory)，特別是有關電子 式可編％之唯讀記憶體(Electrically Rea(j 〇niy Memories; EPR〇M)以及電子式可抹除與可編程之唯讀記憶體(Electrically Erasable and Programmable Read 〇nly Mem〇ries; EEpR〇M)。更明確言之，本發明係有關 心隱單元結構以及可供記憶單元操作使用之彈道電荷(Ballistic-charge)過濾 器之能障高度的改變方法。 【先前技術】 具電荷儲存能力之非揮發性半導體記憶單元在技術領域内乃眾所皆 知。电荷典型上係儲存於一浮動閘内，用以定義一記憶單元的狀態。典型 上，記憶單元的狀態可有兩具種位準，或可具有兩種以上的位準(使用於多 位準狀恶之儲存）。諸如通道過熱電子(channel H〇t cHE)、源極側 庄入(Source_Side Injection; SSI)、富爾諾罕穿隧(F〇wier-N〇rdheim FN)以及倉b τ至能帶穿隧(Band_t〇_Band T_eiing; BTB丁)等機制皆可用來
在編程和/或抹除操作中改變這類記憶單元之狀態。 電荷載子之彈道式傳輸在固態物理領域内係廣為人知的現象，並可^ 為另-種操作記憶單元之機制。彈道式傳輸意謂電荷載子於—導電材料戶 構成的主動勒傳輸時，完全無散射(Seattering)發生(意即以「彈道式」白 方法來觸。職義絲層必須_，才能賴子於傳輸時大體上不^ 散射。在_條件下，載子㈣是在真空巾傳輸，細卻具有在導電材步 中才有的有效質量鱗速率。這種物理現象的其中_種應用是—種三顧 裝置(或稱「電晶體」），其係由Mead所撰的文章提出（參見㈣妒
ProceedmgsoftheIRE，vol. 48 ^ pp. 359-361,990 rf ^(The Tunnel Emission AmpMer), ) 〇 t , 0881-A31679TWF(5.0) ⑧ 1278103 穿隨結構被提出。然而，這篇著名 尸的彈道傳輸機制時，會有數種基本問題產生當應用至 輸機制與能帶結構財慮制在 ’當這種傳 問題產生。 髓之#作時，會有數種基本 構_的能障高紅鲜觀念，並藉由提供 亚藉由提錄種電荷過濾n的結構，以及藉 ’解決了上述之數種問題。
【發明内容】 本發明之目的係提供―種電子式可變記鮮元。 簡單言之，本發_—個健實施例係提供— 該揮發性記憶單姑括-主體，該 =&4早心 來·。一n >·- 由一具弟一導電型之半導體材料 _ 和—弟—區域形成於該主體内，該第-與第二區域皆為第 型，以及-通道區域形成於該主體内之該第—與第二區域之間二 電何儲存層設置於該通道區域上並無通道區域相絕緣，—彈
本發明藉由提供與能帶結 一種改變能障高度的新方法， 由提供數種記憶單元之新結構 =荷儲存層，與《雜存層相絕緣，以及—穿關設置於該二間 、'利用-電何過妓以與該彈道閘相絕緣。該電荷過顏容許具某種極 性的電荷載子能自射隨層穿過道閘而傳輸至該電荷儲存層，然卻阻 擋具相反極性的電荷載子由該彈道轉輸至該穿隧閘。 —間早言之，本發明之另一個較佳實施例係提供一種非揮發性記憶單 元:雜發性德單兀包括—主體，該主體係由―具第―導麵之半導體 材料來構成。m二區域形成於該主體内，該第_與第二區域皆 為第一‘電型，以及一通道區域形成於該主體内之該第一與第二區域之 間。-電荷贿層設置於該通道區域±並與該通道區軸絕緣。本實施例 更提供-彈道酸-供應閘。轉道閘與該供應_彼此相鄰並與該電荷 儲存層相絕緣。其巾該供應閘係_第二半導體材料，並且其能帶間隙與雜 〇881-A31679TWF(5.0) 6 1278103 .， .不同於該彈道間。—穿隧閘繼而設置於該彈道閘和該供應閘兩者之 取^之上’並利用—電荷過濾器以與該彈道閘和該供應閘兩者之最高處 本發明所具優點之摘要： 1)本發明可對付寄生電荷問題： 朴本發明所提供的記憶單元_彈道閘必須具有大的功函數以使寄生電 乃是—種不必要的要求。更進一步言，本發明移除了需維持向 =、向後牙_载子於類似的電流位準的要求。本發明可藉由上述過遽器 “降低往後穿_電流，因崎決電流浪費的問題； " Θ本發明所提供的職器允許記憶單元时厚錄大的介電質。 由於較厚的介電質在生產控制上較財利，因此本發明之記憶單元比不呈 過濾器的記憶單元更具量產力； '、 3) 本發明允許抹除操作時不會遭受介電質擊穿①威响版咖嶋) 之問題； 4) 本發明避免彈道閘極内和穿隧閘極内發生撞擊游離㈣⑽ Ionization)現象； )本fx月藉由提供較習知技術於單元干擾防治上更有效的能帶結構， 而允許單域作時可不受單元干擾之影響； • 6)本發明抑制大電阻效應，並允許使用具有較低的片電阻(Sheet # )的夕曰3石夕(即N型多晶石夕)來構成彈道閑與穿隧閘，而可藉由移除 對彈道刪+轉(比对p型多晶伙關韻由在本發明之單元内提 供具有獨特能帶結構的供應閘和彈道間來達成此優點， ·以及 7)本發明抑制大電容效應； 、/、本湏域技術者可經由以下内容與圖示所說明的較佳實施例以對上述 或更多的本發_的與優點作更佳瞭解。 0881-A31679TWF(5.0) 7 1278103
【實施方式】 本發明係提供具有過餘構之_發性記碰。本發明更提供一種改 變過濾器之能障高度的新方法以操作本發日狀記憶單元。本發明更提供與 能帶結構相_能障高紅鲜觀念以設計磁^之結構。 本發明之記憶單元 實施例100 本說明書職賴«Ν+係代表_重赫義N型半導體材料，其所 含N型雜質(比方是石申)之摻雜濃度典型上是1〇2〇(原子數/立方公伙數量 級。符號P+則代表-重度摻雜的p型半導體材料，其所含p型雜質(比方是 菊的摻雜濃度典型上是原子數/立方公分)之數量級。 第1A圖係顯示依據本發明一實施例所猶之單元結構刚的剖面圖。 圖中顯示-細(以下簡稱TG) 1G，—過濾器9，_彈道閘(以下簡稱 =浮動閘(以下簡稱峋18，—源極22，一通⑽，一汲㈣，以及 ^體基難方—紐，或鱗層上財(Sili_n知 ==:2係包括一穿__下簡㈣”― h ,貝（以下間满）12。u係夾在TG 1〇與bd η之間。同樣地， 係央在TD η與BG 14之間。BG 14係與祀18相鄰，胸⑽ =用-保留介電質(以下簡獅）16相絕緣。主體μ可以利用一第— 於主體勒，_:=====係形成 22和沒極26典型上係_濃度在丨χ 18子' J 26之間， 子數/立方蝴脈第二導賴比方θ Ν^數=公分㈣5χ1021原 係設置Μ 28之上，並 = ^重鱗獅成。FG 18 貝 以14主體28相絕緣。RD 16 0881-A31679TWF(5.0) ⑧ 8 1278103 •典型上係一厚介電質層，並具有大的能障高度以使電荷能保留在18上 而不會漏出。TG 10係設置於BG 14上以與BG 14之間形成一重疊區域， 而FG 18至少擁有一部分位於該重疊區域的下方。此重疊區域是本單元結 構内不可缺少的要素，原因是電荷载子穿越在BG 14、肋16並最終進入 18的過程中，乃通過此重疊區域來接受過遽。f⑽係用以儲存這些電 荷載子，並且可由多晶型的矽（p〇lycrystamne別丨⑺此）（「多晶矽 (Polysilicon)」）來構成。 BG 14.可以是重度摻雜的半導體，比方是多晶石夕或多晶型的石夕錯 (Polycrystallme Silicon-Germanium)( r ^ ^^it(Poly-SiGe) j ) . 低電阻的互連用(mter_ect)材料，比方是接受金屬㈣ t )」）也可以疋耐火金屬，絲是氮化物_金屬之類的複合物，比方 疋氮化L(TaN)。以下將詳述，利用具大功函數之bgi4(比方是以高濃度摻 雜的p型多晶石夕（「P+多晶石夕」）、翻···等)以抑制由bgi4所發射的寄生電 === 月内並非是必得遵循的標準。则乃希望能具有一令編程操作 抹除操作時供應電洞之功函數，因此典型上可利用重度摻 ==:_鍺，或是金屬石夕之類的低電阻互連材料，或是耐火金 化物、氮化厚度約介於2〇奈米至铜奈米範圍之間°TD 11係由如氧 料. π、亂氧化物、氧化鋁(A1A)、氧化铪(H—ium Oxide)、氧化 ’或是這些材料的合金等介電質材料構成的單一層，並 能帶間隙較则騎==㈣。咖9⑽耶12典型上可為 氮化物、氧化銘、氧化給Γ讀料所構成的單一層，因此可由氮氧化物、 得。BD12的厚度可介於:結’或是這些材料的合金等材料中挑選而 TDn類似或著較高。、'、、' 示米至約6米之範圍，並且其介電質常數可與 本發明所提供單元1〇Λ 矽、-構成TDU的氧化物岛特定實施例係包括-構成TG 10的Ρ+多晶 物層、一構成BD 12的氮化物層，以及一構成Bg 0881-A31679TWF(5.0) 1278103 Μ的重度減N好晶娜+多㈣。烟 料係來自幾點考量。其中最二夕為構成BGU之材 等等)的固溶筆ld S輪素疋由独型雜質(比方是石申、碟 ：：«：：：
及與現今ic技術的相容性。、使5太s乏且只的收最、里產力，以 16之材料亦0央白 、，，、不未至11奈米厚的氧化物來用作RD … 末自相同緣由。構成TD 11的氧化層可具有約20埃至35埃(或 虽早位是奈未時’為約2奈米至約3 5奈米)範圍之厚度。则之厚产範圍 :選荷載子(電子或電洞)主要是以直接穿_:傳 : 予又糸翁為’當-介於1V至2.5V範圍的適當電壓施加於 之間時，能夠阻撞電荷載子(電子或電洞)穿_濾器(即通 ^ / 2兩層）。肋12之厚度更選取為，當一較高的電壓(3V以 加於TG Κ)與BG 14之間時，能夠容許某型的電荷載子财是電洞） 在雨(由TG 10往BG H)傳輸，並且阻播另一型的電荷載子(比方是電子)往 後(由BG 14往TG 10)傳輸。在下述的能障高度工程學觀念内，bd 12的厚 度亦根據其所具有的介電質常數來決定。一般來說，倘若td丨丨和肋a 所構成的穿隨堆疊結構能確實地滿足上述要求，則BD12的厚度可較τ〇 η 尽或薄都了以。舉例來說，在此特定實施例内，如果Td η的厚度選擇為 30埃，則BD 12的最小厚度可約為2〇埃或著更厚。就此特定實施例而言， 構成TD 11的氧化物可以是利用傳統沉積技術所製成的高溫氧化物(扭沙 Temperature Oxide ; HTO)或TEOS層，或是利用本領域為人熟知的熱氧化 (Thermal Oxidation)技術所製成的熱氧化物(Thermal 〇xide)。而構成BD 12 的氮化物則可在含氨(ΝΉ3)的環境中以高溫(比方是1〇5〇。c)進行快速熱氮 化(Rapid Thermal Nitridation; RTN)來製造。 第1B圖係顯示在平能帶(FiatBand)的情況下，單元結構1〇〇内由TG 1〇 0881-A31679TWF(5.0)
1278103 衍伸至FG 18的能帶圖。圖中 及18a係分別為TG 1〇、τ 1不的導電帶10a、lla、12a、⑷、收以 帶。_，圖: 14、奶16以及FG 18之導電 分別為 TG 10、TD 1卜 BD 12 贡 、12b、14b、16b 以及 18b 係 航- m λα ^ 、BG 14、1113 16以及FG 18之價電帶。圖中 顾不，G10的導電帶1〇a與 册 哭Q所A F—貝包贡i〇b，係藉由一能隙l〇g分開。在過濾 ^ ，圖中顯示有一導電帶偏移量11c (△①义灯)介於TG 10盥 TD11之間，一價雷帶偏銘息丫鳩 1 恭册偏浐旦η ΔΦ 里ld(介於TG10與TD11之間，一導 偏移里lie ( Wa—GT)介㈠μ ; BG 14與奶11之間，以及一導電帶偏移量 llf( ra_Gr)介於 BG14 與 TD 11 々叫 lL , 旦π /ΔΦ 11之間。此外，圖中並顯示有一導電帶偏移 ! 12c ( 介於 TG 10 盥 bd 19夕 δφ 、·ΚΙ) 12之間，一價電帶偏移量12d "於TG 10與BD 12之間’-導電帶偏移量12e (△、〜介於bg ι4與bd 間’以及-導電;f偏移量⑵广”)介於Β〇ι4與顚2之間。改 變這些能帶偏移量能為過濾器9提供一種過濾機制。圖中顯示，在TG 1〇 内’傳導電子(CE) 34和電洞36分別存在於TGl〇的導電帶術和價電帶 l〇b内同樣地’圖中亦顯示，在BG 14内，傳導電子(⑶)奶和電洞分 別存在於BG 14的導電帶14a和價電帶地内。雖然圖中並未顯示，但亦 有电子存在於TG 10的價電帶i〇b與BG 14的價電帶撕ν，並分別稱作 仏包子(VE) 42與價電子(VE) 44。在RD 16所在地區中，圖中顯示有一導電 帶偏移量叫⑽”)存在於BG Μ與rd 10之間，以及有一價電帶偏移 量16d(AaV仰)存在於bg 14與RD 16之間。 在選取單元100中過濾器9内TD 11與BD 12的材料時，需要進行幾 點考量。稍加參考第1B圖即能對這幾點考量有更清晰的了解。首先，這些 材料必須選取為能使TG 10與TD 11間的導電帶偏移量llc )大於 TG 10與BD 12間的導電帶偏移量12ο(Δ(Ιν7Β)。此外，這些材料必須選取 為能使TG 10與TD 11間的價電帶偏移量lld(A<1V7T)大於TG 1〇與BD 12 間的價電帶偏移量12d(A(I^^)。因此，這些材料係選取為能使TD 11的能 〇881-A31679TWF(5.0) 11 1278103 大^^的能隙。此外’構成TD11與BD12的材料必須為優質介電 或富爾解力學之軸制(本躺為人熟知的直接穿随法 田質的一側穿越到另一側。最後，丁D i 1和BD 12 ΤΙμΓΓΓ^^與半導雜術她，這是—職且衫置疑的要求。 产則度必顯薄，因為如此才能允許電荷直接穿随其中。BD 12的厚 iTG、:r為能令_器9阻播電荷载子(電子或電洞其中之—)以bg 14 點在於，*的;Γ向祕。本發明與上述著名文章所提丨㈣知麟能帶不同 圖且1明的穿隨結構係由tg/td/bd/bg 1〇/11/12/14構成，並在能帶 舰° _麵_結構是料重獅，因其能夠提供 、、试。此非對稱結構獨特之處在於它能選擇性地容許某一型電荷載 ^比方是電洞)往前(比方是由則往阳靖隨，然而卻阻撞另一型的 If載子往後(比方疋由BG 14往TG丨隨。以下將描述，肋η和扣u 的厚度和物理特能分別就穿隨注入(比方是抑制寄生電荷的往後穿随)以及 介於TG 10和BG 14間的寄生電容兩點執行最佳化。 因此當考慮過濾器9内的BD 12時，第1B所顯示的導電帶偏移量^ 用作有放月b障以避免BG M内的傳導電子㈣如往前穿隨過渡器9並 進入TG 1〇中。同樣地’導電帶偏移量以乃用作-有效能障以避免BG 14 内的電洞41往後穿隨通過BD 12並進入了⑽卜並且’第㈣所顯示 的¥电^偏移夏12c乃甩作一有效能障以避免1(} 14内的傳導電子(ce)料 往前穿越通過BD 12並進入BG 14中。同樣地，價電帶偏移量⑶乃用作 一有效能障以避免TG 10内的電洞36往前穿越通過BD 12並進入bg 14 中。 此處所提供的崎機制乃針對第1B圖中平能帶條件下的能帶來說 明。在此平能帶的條件下，沒有電場橫跨在TD η和BD 12兩介電質間。 當橫跨於ΉΜ1和BD 12間的偏麗適中時，此阻播機制皆繼續維持有效。 然當電壓顧更高時，峨制會與此處所描述的適巾紐下的阻稽機制 12 〇881-A31679TWF(5.0) 1278103 稍許不同，並將於以下為編 壓極性與電壓範圍來加以說明。#作進订解狄就母一細作下的偏 屺憶單元於編程時的能障高度工程學 為了瞭解早疋100是如何進行編程操作，請參考帛Μ 圖斜此圖係顯示’當TG1G因接收__ V : 相對BG14為負偏壓時，自Tg 至:勺5V)而 示有電子，器9傳輪通過BG 4、二的 FG 卜。π 1 14、奶16，並取後被收集和儲存在 「 、私位顯不為比BG 14的電位高了約0.75V至2V。每- f外加電壓的安排情況的-個例子是省加於訓上㈣加於ΒΓ14 ^以及+3V加於源極22私及極26上。此能帶圖係就ρ+多晶石夕材質的见 10以及N+多晶石夕材質的bg 14的έ士士装十日一、 、 、⑽構來齡，目此伽作-範例而已。 ，、他種賴言如氮她⑽3)和材料 TG10和BG14之材料。 ^J亏慮用作 ^Τβ 9 « 11, :=r:二價電烟)42於穿人咖的過濾機制係 了兩個月‘度相關。第一個相關的能障高度是能障高度5〇(~，盆 與電子42直接穿隧過TD n時的第/、 α 、纪 〇弟此卩早有關。該能障高度50之主要項 (flrstorder)乃等於丁 1。,兩者的相加值。而第二個相二 α/ΑΦ , 關的早南度則可參考第7Α圖的能障 54( (π)來獲得更清晰的了解。此能隍盘士 y ^ 此蜂與一由BD 12形成的第二能障有 二=3己=凡處於平能㈣情況下’等於第ib圖内導電帶偏移量以 ==兩者的相加值。類似地，就BG14内價電帶撕的電㈣於往 =日=用的過遽機制而言’亦有兩個能障高度與其相關。參考回第
；®：ί：；；Γ BD 中α不為月如度51(〜。此能障高度5i之主要項乃等於紹4和 〇881-A31679TWF(5.0) 13 ⑧ 1278103 則2間的價電帶偏移量12f(顯示於第m圖）。而第 在圖中顯示為能障高度52(他„)，其舆一由TD =^度則 關。能障高度14的價電帶舆TD !i的價電帶之間於功貝 父界處的偏移量。可明白看出，在平能帶的條件下，能障高度％等於则 和TD η之間的價電帶偏移量llf(顯示於第1Β圖）。再轉回參考第从圖， 可看出為了能阻擔BG 14内的電洞41往後穿隨進入TG 1〇，乃希望編程操 作所使用的整彳_細内’能障高度52與51兩者的高度都能維持得夠 現參考第7A目，與VE 42穿隨相關的第二能障的能障高度54(〜』 之主要項可以利用下述公式表示：
△Φ^ 一丨心 I 其中 是介於TG 10和BD 12間的導電帶偏移量丨2〇， 心是編程操作期間橫跨於TD11的壓降，並可表示為
Kn=(K-^)/[^(stdxtJ/(sbdxTtjdI ， 其中 ^是橫跨於TG 10與BG 14的外加電壓； ~是平能帶電壓； ^和^分別是TD11和BD12的介電常數；以及 &與‘分別是TD 11和BD 12的厚度。 同樣地，與電洞往後穿隧有關的第二能障之能障高度52(Δ(Ινπ)可利 用下式表示： ΜνσΓ=ΔΦΉ&| 其中 ΔΦκδ-α是BG14和TD 11之間的價電帶偏移量Ilf。 &是編程操作期間橫跨於BD 12的壓降，並可表示為 0881-A31679TWF(5.0) 14 ,1278103 VB〇 = (κ - νβ J/[l + (εΒΰ X TTD )/(sm x Tbd )] 以上述的原理為基礎’此處係提出一種可供過濾機制利用的能障高度 工程學之侧概念。由上述公式可明白得知，以及妙”兩者盘^ ，間的關係乃有所差異。這種與電壓間的關係容許可藉由外加—電壓横跨 俯電質上之方式’電子式地改變能障高度％與％。此外，能障高度盘電 壓間的關係為非對稱’並且主要根據介電ff數與介電質厚度兩者伊入 效應而決定(以後簡稱為「εΤ」，而此效應稱為效應」）。換古之^ ^為TD HIBD 12適當地選取—組「ε τ」，可電子式地改變能障高度，曰 並且其中-健障高度的改變錢可與另-轉高度的改變程度不同。一 t制是在某下，射—觀障高㈣失，錢另_個能障高度卻 仍然位於平能帶條件相似的範圍内。 本發明除提出上述效料，並將鞭應朗於電荷過濾、、電荷;主入以 及電 =阻播的過賴制上。參考第2B圖與第2C圖即能更明白此效應。第 圖係顯不每一介電質之跨壓對於τ⑽和BG14間外加電壓之效應❿ BD 12在此係假疋使用上述特定實施例之材料。可明白看丨，在tg⑺ 和BG !4間有相同的外加糕下，心乃較&大得多。換言之，且有較低 Z效應的材料上會橫跨較大的龍。注意到，在假設兩介電質的厚度範圍 φ 1效應主要受到介電常數支配。第2C圖係顯示一個利用此處所 :述原理而貫踐能障高度工程學觀念的範例。可明白看出，與τ㈣内的 3=__度54(，，_14内的電浦穿随相關的 =㈣，二參考第2C圖’當橫跨tg 1〇和Μ Μ間的外加電 52(ΔΦ”ν、了靶P早间度54(〜事實上消失了，然而此時能障高度 -)部仍維持在約3顧的能障高度。第圖即顯示當外加電壓正 位於此電壓位準或超越此位準時的能帶圖。如第Μ圖所示，丁㈣内的 VE 42二直接穿，過TD u而不被BD 12層阻擔。這容許電子可往前穿随。 而W早间度52( 在此賴細内與外加電制的隱較微弱，因此 0881-A31679TWF(5.〇) 15 1278103 子式可變過渡器的操作方法以過麵 所能提供的重要特徵在於其能過濾、掉不想要的載子(比方 疋在後牙_電_不雜财載子的傳輸(比方是往財隧的電子）。 並未提*，但在一般使桃編程電壓範圍内，乃希望BD12 ▲如度51(λφ,為小。希望匕能較能障高度51為小 乃疋因為如此可為BD12地區之電洞能障提供一種梯形能帶結構。參考第 2二圖即可更明瞭此種能障結構。圖中顯示一能障高度53(Δφ")，該能 高度53係和BG 14價電帶與BD 12價電帶之間於TD u與觀2 = 处的偏移里fll講问度51形成該能障某側(電洞41的進人側)的能障高 度，而能障高度53形成該能障另—側(電洞41 _開側)的能障高度。因此 這兩個能障高度為電洞41形成—種梯形能障噶形能障比三角形能障有利 的原因在於它能提供阻擋電洞41往後穿曝有力的屏障。此梯形能障離開 侧的能障高度53之主要項係等於MVG5 -~，其中⑽心是bg 14和如 12間的價電帶偏移量12fe在此特定實施例内，當扣⑺和阳μ間的編 程電壓到達最大值-4V時，鰣高度53約為〇.7eV，因而獅結構仍然保 持，。承上述原理而可明白得知，藉由使TD u和BD 12的介電常數和厚 度最佳化以使^^降低，能使能障高度53提高。 第2A圖中的旎τ是以存在於TG 1〇之價帶(VB) 1仍内並經由u， 通過BD 12而牙進入bg 14區域的電子42來作說明。此圖所繪示的能帶 乃用以反映能障的工程學觀念，並且著重在用卩阻擋電洞叫主後穿隧之奶 11與BD 12的旎障結構。由於BD 12的介電常數較大，因此圖中顯示BD12 僅有些彳政的言曲並因而有一較小的跨壓。在td 11與bd 12的ε T效 應有所差異下，TD 11的跨壓顯示較BD 12為大。希望BD 12的介電常數 較大係來自以下幾點考量。首先，這能使BD 12區域的能帶較接近原先在 平能帶條件下的「長方形」結構(可參見第1B圖）。換言之，在電壓施加下， 0881-A31679TWF(5.0) 16 则2的能帶彎曲較小。如以上所述，希望擁有「長方形」能帶結構的原因 是如此即可在BD丨2内形成-種梯形親能障，從而可提供較有效的能障 以阻措不想要的電荷载子穿隨其中。此外，當BD 12的介電常數較大時， 編程電m能有鮮比例橫跨在TD n之區域上。因此，儘管編程電壓維持 在同-鱗，使想《荷鮮狀效齡祕持。這些穿轉财部分(比 方是電子)將能以彈道式傳輸穿越BG14並到達BG14和奶16的交界處， 並當TG 10與BG I4間有適當偏屢而使其能量高於肋16 16c時，能隨後收集在浮動閘18上。 早回又 記憶單元於抹除時的能障高度工程學 弟3A圖係顯示記憶單元於抹除操作下的能帶圖，其令乃假設記憶單元 原先處於編程狀態(亦即FG 18帶負電，因而相對BG 14為負電位）。抹除操 作係藉由將電洞電荷36注入FG 18，而與FG 18上的負電中和以使FG Μ 轉為帶正電來實行。 筝考第3A圖，此圖係顯示當TG 1〇接收一抹除電壓(比方是約至 6v)因而相對於BGM為正偏壓時，由tgi〇衍伸至則之區域的能 :圖、。此外，圖中顯示電洞36由過濾器9通過bg Μ、肋丨6來傳輸，並 ，後被收木和儲存在FG 18上。每-區域外加電壓之安排情況的一個例子 疋2.5V加於TG 10上，-2.5V加於BG 14上，以及—3V加於源極22和 和上-…扁転操作的此帶圖(參見第2A圖)相似，第3A圖單元上的能 帶圖亦顯示為具有非對稱的穿隨結構，並且BG 14亦由n+多晶魏成。以 下將描述’ N+多晶石夕的功函數較p+多晶石夕為小，因此無法在習知技 術中作為BG 14的材料。 •對j知作中所5兄明的能障高度工程學觀念與過遽機制亦可應用至 ^己匕單元的抹除操作’在此將描述當中的細節。TG 10的價電帶l〇b 上的電洞36於牙隧&人日请用的過濾機制係與兩個能障高度相關。第一個 0881-A31679TWF(5.0) 17 1278103 相關的能障高度係與TD 11的價雷帶能陪丄丄 ， /ΔΦ ^有關’並在圖中顯示魏障高度 Γ:二能障高度55之主要項係等於TG10和td 11間的價電帶偏 1B圖)。第二刪峨障高度則可參考第8a圖的能障高 度56立（以獲得更清晰的了解。此能障高度％係和一由鎖2形成 在λΓ處於平能帶的條件下，等於τ㈣和_間的價 電痛多罝⑶（”）。類似地，就BGl4内 傳 40於往後穿隨時所使用的過誠制而言 的得導電子㈣ 考回第3A®。直中第一相“有兩個此“度與其相關。參 甘,一山 弟相關的月如度在圖中為能障高度57 (〜外 _其，、-纟BD 12形成的導電帶能障相關 乂 BG 14和BD 12間的導電帶偏移量12e ^又之主要項，等於 相關的能障高度則與一由TD11形成的導㈣二’圖）°而第二個 示為能障高度58 (ΔΦ_)。此轉高度 帶之間於则與BD12交界處的偏移量。明 td η ¥電 能障高度58係與第1Β圖的導電帶偏移量u疋在以帶的條件下， 擋BG Μ的電子4〇往後穿隨進入tg i 在弟从圖内’為了阻 電=能障高度_兩者的高度都能;二：所使用的整個 1用下=祕入細㈣：_轉心〜跑要物 ΑΦ, :ΔΦ, -κι 其中 ΑΦ 疋则和删2間的價電㈣移量⑶， 功是抹除操作期間橫跨於1〇11 心降対表示為 同樣地，與電子往後親_ 1 下式表示·· . 4的4向度58(化，）可以 ΔΦ,
GT ΔΦ,
GT -κ\ 0881-A31679TWF(5.0) 18 ^278103 ^ . 其中 ,CB-G\BG14和TD 11間的導電帶偏移量lle。 仙疋抹除操作期間橫跨於BD 12的壓降，並可表示為 匕=(F，〜)/[1 + ()/(½^)]。 據以上么式，可明白得知，能障高度56(A(Dw—烈）以及能障高度 58(兩者與乂間的關係乃有所差異。能障高度與電壓間的關係為 非觸，並且主要根據介電„數與介電質厚度兩者的結合效應而決定(亦 即ετ效應」）。此效應與上述編程操作中能障高度54與52的能障高度 鲁碎學她。因此可_ 了鮮ρ可與編雜作麵似方法以在抹除 操作中電子式地改Μ障。能障高度駐程學觀念亦可以類似的方式在抹 除操作中加以應用。 第3Β圖係顯示利用以上所提供原理而將能障高度工程學觀念運用於 抹Τ作的-個範例。可明白看出，與TG 1〇内電洞穿随相關的能障高度 56( 會比與BG14内電子4〇穿隨相關的能障高度58(ΔΦμ)降低得 决。、事貝上，當杈跨於TG 10和BG 14的外加電壓為+3.5V時，能障高度 56 4失了(也就是等於零)，然而此時能障高度58(M>C£_er)卻仍維持約 •的能障高度。因此，當外加電塵超越此點而變動時，TG 10内的電洞36可 利用量子力學穿隨效應直接穿隨過TD u，而不被BD 12層阻稽。這容許 電洞36可往丽穿隨並變成電洞36a。在此電壓範圍内，能障高度58(Δφ⑽） 與外加電壓間的關係較微弱，因此保持可阻擋電子4〇之能障，結果可避免 電子40往後穿隨進入TG 10。與編程操作展現的效應相似，歧所提供的 能障工程學觀念可提供電子式可變過㈣於抹雜作巾的操作方法，以使 該電子式可變過濾、器能過濾掉不想要的載子(比方是第3Α圖中往後穿随的 電子40a) ’然卻不影響想要載子的傳輸(比方是第3Α目中往前穿隨的電洞 36a)。 在-般使用的抹除電壓範圍内，乃希望⑽12的跨塵(心)能較能障高 〇881-A31679TWF(5.0) 19 ⑧ 1278103 度57(ΔΦ^，)為小，原因是如此BD 12區域内的電子能障就能提供_梯形 能帶結構。參考第3A圖可更明瞭此種能障結構，圖中顯示一能障高/ 59(ΔΦα’），並且該能障高度59係與BG 14導電帶與BD 12導電帶之= 於TD 11與BD 12交界處的偏移量有關。 能障南度57形成該能障其中一側(電子4〇的進入側)的能障高度，而能 障高度59形成該能障另-側(電子40的離開側)的能障高度。因此這兩個能 障高度在BD 12内形成-種可阻播電子4〇穿隧的梯形能障。這種梯形能障 孝父二角形能障有利的原因在於它能提供阻擋電子往後穿隧較有力的屏障。 此梯形能障進入側之能障高度57的主要項係等於BG14#BDl2間的^電 帶偏移量1耐參見第1B圖）。_地，此梯形能障離_之能障高度59$ 主要項係等於，其中是BG 14和肋12間的價電帶偏 移量Ue。在此特定實施例内，當TG 1〇和BG 14敝編㈣壓到達最大 值+W時，轉高度59約為〇.8別。狀，於記鮮元的整姆除操作期 間，梯形能障結構仍然保持住。由上述原理而可明白得知的是，藉由使扣 11和觀2的介電常數和厚度最佳化以使匕降低，能令能障高度59提高。 第3A圖中的能帶係以存在於τ⑽的價帶㈣勘内並經由扣^， 通過刪2而穿隨進入BG 14，而最後被收集在fg i8上之電洞％來作說 明。此__帶係用以反映轉紅程學觀念，並且著重在用以阻 擔電子40往後穿隨之则細12的能障。由於咖2的介電常數較大， 因此圖中顯示BD12有些微的能帶彎曲並因而有—較小的跨壓。在且有較 小的介電常數下’ TD U的跨壓因此顯示較助12為大。希望bd 12的介 大絲自uTt財s H雜使抑u所在輯的能 構能較近㈣先在平能帶條件下的「長謂」轉(可纽第_ ’從而 可提供較纽__賴抑钱電魏子(时是寄生電子，往後穿 隧。此外，當BD 12的介電常數輕女眭，姑
守抹除電壓能有較多比例橫跨在TD η所在區域。因此，儘管抹除電壓維持在同—位準，使想要電雜方是電 0881-A31679TWF(5.0) ⑧ 1278103 •洞36)施穿隨之效應卻保留住。在抹除操作中，這些穿隨電洞施當中有部 刀將施以彈道式傳輸機制穿越BG 14並到達BG 14和肋％的交界處，繼 而再收集於浮動閘18上。 " 如之前所述，純粹運用習知技術的能帶結構以在計憶單元操作中實現 彈道式運輸可能會產生幾點基本問題。明白這些問題可以對本發明的二點 獲得最佳了解，因此，接下來將描述習知技術中所發生的問題。 反· 第4圖係顯示依據習域術之能帶結構而建造的單元結構。此單元與 本發明之單元100相比，除了沒有過濾、器9外，其餘皆非常類似。取代過 •遽器9而夾在穿隧閘(TG 10)與彈道閘(BG 14)之間的是一絕緣層46(比方是 氧化物、氮化物、氧化錯(Zr〇2)、氧化鋁(Ai2〇3)等等），一種具有習知技術 的對稱穿隧結構的單純注入器(Plain Inject〇r)因而形成。BG 14與丁g 兩 者皆必須使用具有大功函數的材料(比方是P型多晶⑦、旬，如此才能對由 BG 14往後穿隧的電子進行控制，並且也才能從TG 1〇提供兩種電荷(電洞 與電子）。為了說明起見，假設TG 10與BG 14兩者皆使用p+多晶矽為組 成材料。 第5A圖與第5B圖係分別顯示第4圖的單元於編程操作與抹除操作期 鲁間的能帶圖。此能帶圖乃就P+多晶矽構成的TG丨〇與p+多晶矽構成的 的情況呈現其能帶結構。絕緣層46具有一導電帶46a與一價電帶46b。這 兩圖更顯示單純注入器具有對稱的穿隧結構，其中該單純注入器係由 10、絕緣層46，以及BG 14來組成。 具有習知技術能帶結構的記憶單元之問題 1.BG和TG内撞擊游離之問題 針對此問題請參考第5A圖。當編程操作使用彈道式傳輸機制時，典型 上需要一2V和+2V的電壓分別施加於TG 10與BQ 14上。TG 10和BG 14 間的壓差必須大於一最小編程電壓，以供應VE42足夠的能量來克服奶^ 0881-A31679TWF(5.0) 21 1278103 r 的能障高度16c。然而即使TG 10是由p+多晶矽來構成，但在絕緣層46擁 有如此高的偏壓下，一由CE 34構成的反轉層(inversi〇n Layer)會形成在TG 10的導電帶l〇a内。此外，還有另一可在TG 10内形成CE 34的機制，其 是一種藉由TG 10内的電洞41a而觸發的撞擊產生過程。由第5A圖可明白 看出，BG 14價電帶14b内的電洞41可往後穿隧至TG 10而變成電洞41a。 當這些電洞進入TG 10時，它們的能量可高到發生撞擊游離之過程，並從 中產生出二次(seccmdary)CE 34。利用此過程而產生的CE乃稱為「撞擊游 離CE」。如第6圖所示’在此偏壓範圍内，CE構成的電流(jCE)較ve構成 φ 的電流(jve)咼得多。換言之，所產生的CE 34(不管是藉由反轉作用產生或 撞擊游離產生)成為TG 10和BG 14間穿隧電流的主要成分。 同樣地，撞擊游離問題亦可能發生在BG 14内，並且可由tg 10的CE 34觸發而得。承上所述，TG 10内的CE 34是在高偏壓下不慎產生。cE 34 的存在是不被希望的，因為它所攜帶的能量比VE42大得多(至少高出約一 個能隙EglOg之多）。如第5A1I所示，CE34在攜帶如此高的能量下，可 穿隧過絕緣層46並進入BG Μ，隨後在BG M内發生撞擊游離而在該處製 造出游離電子電洞對34a/34b。 鲁在此描述的所有效應皆製造出寄生載子(意即TG⑽CE 34，以及bg 14内的3½和34b)。這些效應和其所產生的寄生載子皆無法受到控制。這 些效應所產生的電流可能過度增加，結果使支持記憶操作的相關電路發生 電流負載和/或電路損壞等問題。為了先編程操作中避免這些問題，tg ι〇 和BG 14之間所能容許的最大編程電壓必須限制在—臨界電壓伽⑶隨 age)以^能避免在TG 1〇内形成CE 34。最小編程電壓和最大編程電 屋之間的耗圍係定義出編程操作之可操作電壓範圍，結果此範圍會相當窄 (小於，⑽)。結果’第4圖所示的純注入單元需要接受嚴格的臨界電壓限 制’里產收盈勢必不高’同時實際應用時也會發生困難。 與上述的編程操作類似，在抹除操作過程中(參見第5B圖），從BG Μ 0881-A31679TWF(5.〇) 22 ⑧ 1278103 在後牙隧而至TG 1〇的電子40a亦可能在TG 10内產生撞擊游離的過程。 這些往後穿隧的電子4〇a係來自BG 14内的寄生CE40(以下將描述），並可 具有足夠高的能量以撞擊TG 10内的游離電洞載子，從而使支持記憶操作 的相關電路發生問題。因此，具習知技術能帶結構的單純注入器單元，於 編程和抹除操作中乃面臨了相似的問題，並因而在實際應用時發生困難。 2·寄生電荷往後穿隧之問題 第5B圖亦顯示寄生電子CE4〇與…私往後傳輪之問題。在第诏圖 的BG 14區域内，乃顯示有價電子(VE)44存在於價電帶丨牝内，以及有傳 導電子(CE) 40存在於導電帶14a .當使用帛5B圖單純注入器的能帶結 構來使電洞36往前注入時，藉由選取具較大功函數(或較低費米能階 fermi Level))的材料來構成BG 14，可將往後穿_電子稍微抑制住，比方 是選擇P+多晶石夕。較希望P+多晶石M BG14之材·原因是p+多晶石夕内 的CE 40(第5B圖)通常可予以忽略。然而，由於此能帶結構具有對稱性， 因此$ TG 10用來注入兩種載子時(編程時是電子而抹除時是電剛，無法將 在後穿_ VE 44完全抑制住。此單純注入器的最佳能帶結構可藉由選擇 TG】0、BG 14以及絕緣層46的組成材料來達成，選擇方法是使τ㈣和 :^米能階位於絕緣層46能隙的中央。此選擇所造成的能帶結構可 吏由在後牙_ VE 44與往前穿隨之電洞36具有類似的電流位準。換古 =3後穿_電流純被完全抑制住。當往前穿隧的電 ^ μ Γ 獻的電流時，往後穿_電流會導致整體電流的 浪費’因此成為單純注入器能帶結構内的基本問題。 此外，這鮮餘人雜_有其絲點 5Β圖與第6圖來作描述。 狀以下茶如、弟 多考回第5Β圖如上所舌，當一小電屢施加於丁⑽和bg μ上時， 位於Ρ+多晶獅稀成的BG 14内的⑽通常可予喻。因此，咖 〇881-A31679TWF(5.〇) 23 ⑧ 1278103
所產生的CE穿隧電流也可忽略。在此情況下，寄生電子主要的成分為VE 44’並且VE44會通過一梯形能障而穿隧(亦稱作「直接穿隨」^tgi〇。 BG 14内價電帶(；VB) 14b處的電子44所穿隧的能障高度係等於BG 14和絕 緣層46間的導電帶偏移量46e與BG 14之能隙Eg 14g的相加值。然而，當 一大電壓(比方是5V)施加於TG 10和BG 14間時，BG 14内鄰近絕緣層46 的邛为可能會不慎地反轉，因而在絕緣層46與BG14交界處附近形成一層 CE 40。廷些CE 4〇可能會經由一穿隧過程而發射進入TG 1〇區域内並在該 處^為CE40a。這種穿隧可能是通過一個三角形的親能障(亦稱作「富爾 諾干牙隧」）來達成，其中該三角形穿隧能障的能障高度板與VE44所穿 隨的雜❺度相比，乃低了-Egl4g之多。因此，當CE4()的穿隨過程一 旦展開’可預期到會產生_強大得多的穿隨電流。 -第6圖係針對5A圖和帛5B圖中具有對稱能帶結構的單純注入器，顯 2 CE 40a構成的寄生電流Jce以及由犯构構成的寄生電流jvE。由於 _具有對稱的結構’因此第6圖所示的電流電細係可供第5A圖與第 5B圖兩者使用。在第6圖中，電流心與電壓的關係比寄生電流‘盘 f的關係強烈得多，是電荷於穿_過-三角形能障時，穿隧電、i 與電壓間的關係會強烈得多。在此頓範圍内，CBM較寄生V謹有支 應，因此不論功函數為何，單开去、番 中 果將導致第4圖之單元在I料^ 财_問題。結 _管辦加BG 之能帶結構下，無法適當地運作。 電子trz (或__)以於抹除操作中抑制寄生 二技術的對稱穿隨結構卻會在編程操作中遭遇寄生 電在後牙的問通。參考第5 描 子時，-旦它超過14的功函數增加以抑制寄生電 ^τα ιο,σ^ 46 14^'€'^ 46 ^ 蛤電贡偏移1 46c時，則自BG14穿隧進入丁G 10 0881-A31679TWF(5.0) 24 ⑧ 1278103 的寄生電洞41a的數目可能變得相當龐大，結果會讓編程操作遭遇與抹除 操作中寄生電子所產生的問題相似的難題。因此，此單純注人器的對稱穿 陡結構無法_就絲和抹除射過対寄生電荷奸的抑難行最佳 由於奮知3己饭、單元發生這樣的問題，因而單獨一個的丁G川無法用作 ^應兩種電荷(即電子和電洞)的電極。結果，第4圖的單元勢必需要兩個不 2的穿_ -個供電子穿敝人使用，而另—個供電洞穿難入使用。 ’、、'、而這種*求卻增加了單元尺寸，從而限制第4圖之單元的實際應用性。 3·介電質擊穿問題 7T =述在絲操辦，劍上乃分财2.5V和―2.5V的霞外加於 =〇與BG Η之上。TG 1〇與BG 14間的電壓差異必須大於 势電壓’如此相絲伽6足她量以使其克服觀6之能障高度^ =，對早純注入器結構内的絕緣層46而言，此電壓會導致絕緣層邾上 二、力10 MV/cm至20 MV/cm之最大電場。在此高電場下，絕緣層勢 =產生介電質擊穿之現象(參見第6圖）。為了避免在操 __之擊穿事件，TG K)與BG Μ之間所能容許的最大 视_ 46增·。獅嘯繼抹除電壓= 〇7Γ 操作之可工作電壓範圍，結果此範圍相當小（小於 弟ΒΙ的早凡結構因此需要受到嚴格控制以避免介電質擊穿，生 收益勢必很低，並於實際應用時會發生困難。 4.寄生電容問題 在第4圖内具單純注入器能帶結構的單元之中 典型上係限制在約20埃至40η m L 知度之選取 TG K)峨14之門Hi 會有—大的電容存在於 生負面影響。參考第糊可對此糊題有更佳的了解。在㈣/圖乍中產 〇881-A31679TWF(5.0) 25 1278103
=TG係BG 14與TG 10之間的電容，而Cbgfg是bg 電容。BG 14所男的她雪交r及a , τπτίδ之間的 进似上耸沖 括第圖内的兩個主要電容，並且 支配，翻/⑽與CBG-TG兩者的相加值。在大多數情況中，Cbg係由‘το 緣層46的Γ的厚度約介於⑽埃至觸埃嶋_，因此絕 方:nt又相&奶16乃薄得多。當使用具較高介電常數的介電質時(比 電容_讀較加嚴重，錄往高介電常數的介電質被 思 ，、在抹除操作的電洞注入的過程中能抑制BG 14内的寄生電 7，具單純狀H鱗雜之單猶—錢遇抑悔生電子與抑制 CBG兩者必須相妥協的問題。 5·大電阻問題 —為了能利用彈道傳輸機制來為單元進行操作，乃希望阳㈣的厚度 範圍僅是載子散射平均自由職_上介於於⑽至勘埃的範_幾倍 而已如此即此允許注入載子以良好的傳輸效率通過Μ層。在要求阳 14層的厚度如此低下，不可避免地導致bgi4層具有較高的片電阻。如稍 早所述，為了減輕第4圖單純注入器單元内寄生電子的穿隧現象(參見第5β 圖）’ S多晶石夕用作TG 10與BG 14的材料時，此兩閘都被限制僅能使用p 型的夕晶石夕。由於P+多晶石夕的電阻典型上較n+多晶石夕為高，因而此單純 注入器單元遭遇BG 14的電阻會相當大的困境。大電阻值對於單純注入器 的負面衫響可從幾個方向來了解。第―，它可能導致訊號延遲很大，原因 疋來自大R與大C的結合效應(亦即Rc延遲)。因為RC延遲可能會限制一 大型冗憶陣列中記憶單元畴取速率，因此會在單元操作巾成駐要的問 題。第一’為了避免未選取的記鮮元受到干擾，通常需要_組理想的外 加電Μ施加到那些未選取的單元上。然而，由於受到RC延遲的影響，未選 取單元上的電壓可能與想達成的電壓值不同，結果單元干擾較容易發生。 此外，大R值可能與一大電流〗結合而產生IR效應。當在一訊號線中傳送 〇881-A31679TWF(5.0) 26 ⑧ 1278103 一電壓時，此IR效應會導致賴下降，從而使一記憶單元中所指定的電極 …、法到達所欲達到的位準，結果是對單元操作產生負面影響。汉效應對一 未選取的單摘影響比方是可能產生干擾，·未選取的單元會非 r〇j Γ1 j } ο ^ 取早凡的負面影響可能是減緩單元的操作(比方是編程、抹除，以及讀取操 作)速率。IR效應可能在訊號線内造成相當大的屢降，因而使丁⑽和朗* 間的電壓低於單元操作所需的電壓範圍。在這鋪況下，載子(比方是第认 圖中的VE 42與第5Β圖中的電洞)無法有足夠的能量克服奶16的能障以 收木在FG 18上，結果導致編程或抹除操作之錯誤。 6·穿隧電流與電壓間微弱關係之問題 如上所述，在第4圖單純注人器的能帶結構t，避免往後穿隧的中生 電荷多於往前穿__最好方式，乃是使往鮮_惟方是^
主：Γ載子(比方是寄生電子)所產生的電流彼此間具有類似 冗:位準。然而，這種能帶結構亦導致電流與電壓之間的關係薄弱。舉 :卜§兄’於防制袜除條件(亦即避免未選取單元受抹除操作干擾之條件)下 電流與抹除情況下的電流她，通f僅低1()4倍。類似問題也可能在的 Z編程條射出現。耻，具拉鮮敝人_帶結構之未選取單元 於雜和抹除操作過程巾，都容易產生單元干擾之問題。 本發特讀在概障卫程學觀念所提供的效應。這些效 第4、5A與5B圖内關於單純注入器單元與能帶結構中bg 14轉需^ 大功函數的要求。事實上，本發明使用具有較小功函數的N+多晶二乍 I4 ，卿嗍伽。這概點提供了可鱗具似電阻财 疋申（隊）、礙Phosph〇聰)或其他種材料)的材料之彈性與選 此可避免上^在單純注人器單元崎發生的大電阻問題。 在本發明第ΙΑ、1B、2A與3A圖的相關描述中，過據器9可使則 0881-A31679TWF(5.0) 27 ⑧
1278103 與BGΜ間的總介電質厚度增厚，因此具有抑制 生電容之優點。此外，它亦提供了 一種分割過據10與阳14間的大寄 之功能，如第2Β圖所示的。這種電壓分:內不同區域外加電壓 載子注入相妥協’就能降低横跨於ro n與文應不需與往前的電荷 明帶來幾點利益。第一，它可防,卜α μ笙π 的壓降，因此可為本發 與則内的介電質擊穿問題防另止二^ 況下，则上的較小跨射防止寄生電子CE=用作胸的材料之情 可避免第5A __中發生於BG 14的_==二^而 多晶石夕用作BG 14的材料之情況下，BD 12上的輕 、5 J p+ CE40«於BG14内，從而可避 防止寄生電子 擊游離問題。 關把迷中發生於TG10的撞 請同時參考第2A與5A _ 了解編程操作中往後穿 =3二因Γ4使用具較大功函數的材料而不慎引起的寄生電二1 :後牙㈣象，可利用本發明第2A圖相關描述内的過遽器9來有效地避 免。祕，弟5A圖相關描述中發生於TG 1〇内的撞擊游離ce %的問題， 亦可錯由第2A圖内的過遽器9阻播寄生電洞41往後傳輸以有效地對付。 請^時參考第2B與5B圖以了解抹除操作中往後穿隨的問題。從第汩 圖明白仔知’單純注入器内不慎引起CE4〇之效應，可利用本發明第圖 相關描述内的能障高度工程學和過濾器結構來有效地避免。此外，因受阳 14内的CE 40觸發而發生於TG 1〇的撞擊游離問題，亦可藉由過渡器9阻 擋寄生CE 40往後傳輸以有效地對付。 綜上所述，可明白瞭解，本發明所提供單元内的能量結構在抹除和編 程操作中，白可有效地阻播電荷載子往後穿隧。雖非必要，但普遍上乃希 望BG 14的費米能階於平能帶的情況下係位於BD 12能帶間隙的中央，如 此當使用此種能帶結構來構建單元時，即能最充分地利用電荷阻擋機制。 〇881-A31679TWF(5.0) 28 1278103 用於避免干擾之能障高度工程學 於—陣列環境中時，於有效的使用生命期間，因同 入累積性千/、、他早&實施單元操作(比方是編程、抹除，以及讀取)而引 方曰、「η 早破態(比方是「G」)可能會非刻意地轉變成另一狀態(比 編程干擾 _」、下將描述具習知技術能帶結構的單元容易發生這類干擾問題。 ;這類、4針擾雜除干擾_可_財發社記鮮元予以避免。 …編程預可齡發生在—記斜财未選取的記鮮元内。編程干擾 •取嚴重的情況係對應未選取單元之阳18處於帶正電(比方是處於抹除狀態) 的局第7A圖係顯不在本發明之記憶單元内，對應此情況之能帶圖，其 中蚊有-導致編程干擾的賴—_加於roiG至bgm間。為了避免 、’，矛干擾U冑四個⑪[I*⑧度提供於本發明之單元内。這四個能障高度 與阻撞10内的價電子㈣42往前傳輸有關。第一個能障高度是能障高 度50( -7T”其係對應TG10内的VE42於TG1〇和丁D11交界處所見 的月bP早同度第_個咸障南度是能障高度6〇(Δφπ—m)，其係對應於1〇 内，VE 42於td u和BD u交界處所見的能障高度。而能障高度 φ 60( ’)與50(δφ(ττ)兩者之間係有下述關係存在： △Φ咫一™ =ΔΦ(ΤΤ 卡7^| ’其中心是當編程干擾電壓施加於TG 10和BG 14間時，橫跨於TD 11 上的電壓。這兩個能障高度係在^ u内形成一梯形能障。依進來的電子 42所見，此梯形能障的進入側具有能障高度5〇，而離開側則具有能障高度 60 〇 類似地’第三個能障高度是能障高度54(ΔΦπ-Γ5)，其係對應VE 42於 TD 11和BD 12交界處所見的能障高度。第四個能障高度是能障高度 61( ’其係對應VE42於BDΊ2和BG 14交界處所見的能障高度。 能障高度61(^^—_)與兩者間係有下述之關係式存在： 0881-A31679TWF(5.0) 29 1278103
△Φπ_7^ = △❿-|厂肋I ，其中心是當編程干擾電壓施加於TG 10和BG 14間時，橫跨於BD 12 上的電壓。這第三個能障高度與第四個能障高度，乃在肋12内形成一梯 形能障。依進來的電子42所見，該梯形能障之進入側具有能障高度％，而 離開側具有能障高度61。 ^
第7B圖亦顯示習知技術與第7A圖類似的能帶圖，以作比較。在第7B 圖中，有-能障高度50’，其係對應VE 42於TG 1〇和絕緣層％交界處所 見的能障高度。在避免干擾的偏壓下，圖中顯示VE 42能夠以直接穿_ • 機制傳輸通過絕緣層46並到達BG 14和RD 16的交界處。因此當在記憶單 元中使用習知技術之能帶結構時，為了避免干擾必須完全仰賴使ve 42的 能級低於能障高度16c (⑽”），以令奶16作為阻擒進來的電子進入阳 18之能障，從而避免干擾事件發生。然而，t奶16具有如第7β圖所示 的三角形能帶結構時，仍發生電子利用富爾諾罕穿隧機制來穿隱進入奶16 的導電帶16a隨後再進入FG 18内的一些情況。在這樣的事件中，當夠多 的電子非刻意地引進和被收集在ΚΪ 18内時，可能改變單元的狀態。結果 就是單針擾。第7B圖亦顯示有傳導電子(CE)34存在於p+多晶辦轉成 •的TG 10内，並有一能障高度46c (M>”)與其相關。p+多晶石夕内的⑶弘 於-般電壓範圍内(比方是約2V)通常可予以忽略，❻在高電塵下(比方是約 3V)而P+多晶石夕因此被反轉時，數目會變得相當龐大。帛7b圖顯示，即使
單元是以避免編程干擾的條件來做偏麼，CE 34仍可能非刻意地注入pG 18。此效應產生的累積性干擾亦可能在具有習知技術能帶的單元内造成單 元干擾之問題。 依據能障高度的工程學觀念可知，本發明的能帶結構可較習知技術有 效地避免編程干擾。參考回第7A圖，形成於BD 12内的梯形能障乃為進來 的電子42提供-個額外的阻播能障。承能障高度工程學理論所授，能障高 度54與61之最佳化可藉由適當選取TD n和Bm2的介電常數與厚度來 0881-A31679TWF(5.0) 30 1278103 -達成i如此即能以不同於TD u内能障高度5〇與6〇的改變程度來電子式 地改變能障高度54與6卜一般來說，乃希望梯形能障的能障高度54與61 可以夠高以阻播TG 10之勘内的電子42。為了防範干擾發生，TG ι〇 與=14間的電壓必須選取為能令電子42的能級低於能障高度54與61。 ^ ] BD12内的梯形能障可藉由使能障高度❸(即離開側的能障高度) 維持為正值來保持。方法是藉由適當地選取TD U和肋12的材料，以使 TCH0和肋12間具有大的導電帶偏移量叫⑽”)來達成，或藉由使匕 低於能障破12c、平能帶電壓％，以及能帶間隙M〇g的相加值來達成。 • ^領會本處所提供之防範干擾法的較好方式是參考前述的能障高度6! (㈣)的表不式，該表示式可進一步表示為 ΑΦνΕ_ΤΒβ =A〇C5_7B +Eg -νβ) 上述公式在數學上明白表示著，若將p;維持低於，&以及％的 相加值時，則可維持能障高度 士 _狀，定一:為了 的電[係選擇為介於約_1()v至約_2 ()v的範目。 如之前所述，能障高度工程學允許部分#能橫跨於bd 跨则的電，侧知記憶單元内絕緣層倾= 避免⑴4形成於？+多晶石夕所構成_1()内，從 車^^ CE造錢程干擾之問題。在TG 1〇内確定有⑶3 ^車乂鳴1的 -5；# 61 -^ 抹除干擾 0881-A31679TWF(5.0) ⑧ 1278103
、、員示在本么明之δ己彳思單元内，對應此情況之能帶圖，其中乃假定有一導致 袜除干擾的電壓+2V施加於TG 10至BG丨4間。為了避免抹除干擾發生， ^四個用以阻擋TG 10内的電洞36往前傳輸的能障高度係提供於本發明之 =元内。第一個能障局度是能障高度55(_")，其係對應tg 1〇内的電 洞36於JG 1〇和TD u之交界處所見的能障高度。第二個能障高度是能障 高度62(MV，其係電洞36於TD 11和BD 12之交界處所見的能障高 度。而能障高度62(、，)與55(細”)兩者之間係有下述關係存在： ΑΦν^7ΤΒ =^VH_JT-K\ ’其中&是抹除干擾綱橫跨於TD 11上的電壓。這兩個能障高度乃 fTD 11内形成一價電帶梯形能障，並且依進來的電洞％所見，該梯形能 障^入側具有能障高度55，而離開側具有能障高度62。類似地，第三個 能障高度是能障高度56(Δ”），其係對應電洞36^TD叫肋12交界 處所見的能障高度。第四個能障高度是能障高度63(Μν·)，其係對=於 電洞巧於則2和BG14交界處所見的能障高度。而能障高度咧⑽二、 與56( I”兩者之間係有下述關係存在·· ΑΦ¥Η_ΤΒΟ =ΔΦρτ/_^ -\Kd\ ，其中〜是抹除干擾期間橫跨於BD 12上的霞。這兩個能障高度乃 在BD 12内形成一梯形能障，並且依進來的電洞36所見，該梯形能障:進 入側具有能障高度56，而離開側具有能障高度63。 μ第8B圖亦就習知技術顯示其與第8A圖類似的能帶圖，以作比較。 第8B圖中，有-能障高度偏，其係對應制死於tg iq和絕緣層你六 界處所見障高度。在避免干擾的讎下，圖中顯示制％能夠9二 穿隨的機制傳輸通過絕緣層46並到達BG 14和肋16的交界處。附 憶單元使用習知技術之能帶結構時，必須完全依賴奶16作為阻稽進二己 電洞進入FG 18之能障以避免干擾。由此可知，為了避免干擾事件、 保持電洞的驗低難障高度舰(ΛΦ„)是健要^ ，各如’ 0881-A31679TWF(5.0) 32 ⑧ 1278103 具有如弟8B圖所示的三角形能帶結構時，仍發生電洞可利用富爾諾罕穿隨 機制來穿_入奶16的價電帶16b並隨後再進入F(j Μ内的一些 方是在-個完全編程的單元内）。在這樣的事件中，^音 引進和被，在則内時，可能改變單元的狀態。結^^ 因此，具g知技術能帶結構的單元較易遭受干擾。 的電洞提供—額外的輯能障。承能障高度工程學的理論所授 兄與63尚度的最佳化可藉由適當選取如叫肋u的介電常數盘= ，達成，如此即能以不同於TDU内能障高度55與62的改變程产來= 能障高度56與63。一般來說，乃希望梯形能障的能障高又度脑 在未k取早兀内可以夠高以避免干擾，而在選取單元内可以 抹除操作。為了防範干擾發生，TG 1〇與BG 14間 -貝仃 _:級低於能障高度卿。應注意到，BD :内：= 猎由使能障高度63(即離開側的能障高度)維持為正值 、、= = 適當地選取TD11和BD12的材料，以使 來達成’ _#低於能障高度』 )與平月k電壓’相加值來達成。—個領會本處所提供^六 制方法的較好方式是參考前述之能障高度63(MV7BG)的表示 '、:、炎 么①VH-TBG =么①VB — TB 一 (Va -Vjb) ^ 气為 上述公式在數學上明確表示著，若將K維持低於妙”盘 時，則可維持能障高度63 (、_哪）高度為正畜， 〃 _加值 狀ι對此特定實施例而言，為了避免抹除干擾，^ 係選擇為介於約+2.0V至約+2.W的範圍。 ， 、電壓 第9圖係顯示當TG 10相對BG 14為正偏壓 穿瞻之則知技辑諫獨之_流=^= 〇88l-A31679TWF(5.0) 33 1278103 圍(二至3V)下的電洞電流以及較高偏壓(高於％下的ce電流。如上 見第5B圖）’ CE電流乃來自P+型多晶石夕所構成的bg 14内的反二 且此CE錢在具f知技魏帶之記鮮元的運作上絲轉的問題曰。_ 現到明顯不_是’具有過濾H(本發明)之總_電流僅包括電洞而已 整個偏壓範_完全沒桃察到有任何崎生電流。本發_記憶單 夠免除寄生CE問題的原因是來自過濾器所提供的電壓分割功能，^ 發明電洞電流與電壓間的關係較f知技術強烈^圖所示，样明 電流在抹除電壓約5V時與習知技術具有類似的電流位準，而在約2 + 擾避免電壓下則可予以忽略。在外加電壓為2¥的情況中，圖中顯示本發明 之電洞電技術小約1〇4倍。換言之’根據本發明所提供的能障^度 工私學與•結構而構建的記憶單元，與f知技術所構建的記憶單元相 比，具有強約1〇4倍的防制抹除干擾強度。 弟說圖係顯示在上述的重疊區域内，與BG14有關聯的寄生電容。
c町G是介於BG 14與TG 1〇之間的電容，而Cbg fg是介於BG Μ與F 間的電容。 第10Β圖係顯示本發明能提供抑制寄生電容之利益。因穿隨注入所 • f，單純注入器内的絕緣層46典型上具有約30埃之厚度，而對應此厚度 TG 1〇與BG 14間的寄生電容則約為1·2 X 1〇-6法拉/平方公八 ㈣邊。在本發明中，對約料厚之肋的結構而言，此電容可^ 咸二至Ή X 10 Farad/cm2的範圍。而當BD增厚至如埃與⑼埃時，此 電合可刀別更減至約7 χ 1〇 7與5·8 X 1〇_7之範圍。應注意到， 曰 ㈣厚度對編程和抹除之干擾防範冑不會產生貞面影響。可參考抹除 用的月bl^度63 與編程用的能障高度61 (Δ(Ιν·)的表示式來瞭 解原因對抹除操作而言，可由Δφ^腦(=Δφ^，）—(匕—4))之表示式明白 看能障高度63 (△、_加)與如12的厚度實無關連，因此增加bd 12 的厚度並不B改變能障高度63。如以上第8人圖的相關討論所述，使能障 〇881-A31679TWF(5.〇) 34 ⑧ 1278103 電^载子是十分重要夺的BDi^卢的^電帶能障為梯形，而梯形結構對阻稽穿隨 避免干擾而效應是十分有利的’因為它允許為 中分職行。因此，無妥協狀況發生於最佳化的過程 子穿随，'料料可使獅轉的_她更纽触撞電荷載 bd 12 - 顯示BD 12的厚度對於处卜、土 耽圖#就抹除干擾的情況， 化物分別用作BD 12和f 7的影響，其中氮化物和氧 與肋戦化物)的厚度益關白看出，能障高度幻 高度56 Γ 將_增厚會導致能障 36往前 。士祕圖所示，較高的能障高度56在阻撞電洞 .兄所作的八彳S X 1目此乃希望其制於防範干擾。可比照對抹除情 /斤乍H對編軒擾之效應進行_的分析。 坤之單元中，BG14材料的主要選擇標準之—是需選取 因tt/ 明之能障高度工程學方案將此限制完全移除， 明P取2使晴射綠刪材㈣了姆_，此處的說 、=Γι 函數的N型多晶石夕作為構成_的材料。具本領域 =吊何應可明白，本發明之BG14所使用的材料並不限制為讲型多晶 其他麵_材料，比方是p+型多砂、多晶結構的 .7' P " aa^^(P〇ly SlGe)j)(^(Platimum)^ ^(Au)>^(Tungsten; W) ^ ^(Molybdenu,； Mo)^T(Ruthenium; Ru).|l(Tantalum； Ta> nitnde, TaN)、氮化鈦(丁加出臟NidddN)等等。 〆應注意到，在此處的說明中，BD12的介電常數乃大於td ^的介電 常數。然具本領域通常技術者當可明白，應用本揭露時，亦可將肋u声 所用材料的介電常數改為與TD u的介電常數她，而仍能有效阻擋寄二 電荷载子(電子或㈣往後跡此外，BD12層不需要為具有均勻化學元 〇881-A31679TWF(5.0) 35 ⑧ 1278103 素的材料，而可允許當中元素漸次變化。此外，任何適當的介電質材料， 比方是氮氧化物(Oxynitride ; SiON)、氧化鋁(Aluminum Oxide; Al2〇3)、氧化 铪(Hafcium Oxide; Hf〇2)、氧化鍅(zirconium 0xide; Zr〇2)、氧化鈕(Tamalum Pen-Oxide; TaA)等等，都可以用來取代氧化物或氮化物。更者，這些材料 的合成物或其所形成的合金，比方是氧化銓一氧化物之合金(Hafiiium Oxide-Oxide alloy; Hf02-Si02)、铪一氧化鋁之合金 (Hafhium-Aluminum-Oxide Alloy; HfAIO)、铪-氮氧化物之合金 (Hafeium_Oxynitride Alloy; HfSiON)等都可用來取代氧化物或氮化物。 需了解到，本發明並非限制於此處所說明者以及上述實施例而已，而 包含任何落於所附加申請專利範圍内的所有變化。舉例來說，雖然本發明 疋以EEPROM來作解說，但具本領域通常技術者當可明瞭，本發明可延伸 至任何其他型歧麟發性記憶體（比方是電子式可絲記憶體或 EPROM)。此外，此處所述本發明的非揮發性記憶體，乃利用一個與周圍的 電極電性上相絕緣但電容上相|馬合的導電材料或半導體材料區域(即「浮動 閘」）來齡電荷。在此儲存方案中，電荷乃均勻分佈於整個導電區域中。 然而，具本領域通常技術者應皆可明瞭，本發明並非限制於此處所說明者 以及上述實施例而已，而包括任何其他麵白勺電荷儲存方案。舉例來說， 本發明之記憶單元可將電荷儲存於局部儲存座(St〇rage 内，比方是儲 存於〃電負層内的奈米顆粒(Nan〇_Particle喊味听_以内。這類電荷儲 存方案的優點是記憶陣列内相鄰單元間的干擾作用幾乎可予以忽略。此 外’ X!些儲存座當中若有一個周圍的絕緣層發生局部擊穿事件時，其他儲 存座所儲存的電荷仍可維持住。—擁撕為儲存座的介電質可以是一氮化 物層I成方法比方是利用本領域為人熟知的LpCTO(低壓化學蒸氣沉積） f術。其他諸如氧化鉻_2)和氧化錯㈣j等具有較深捕捉能量狀 貝亦可考慮作為捕捉介電質的材料。，作為儲存座之奈米顆粒可以是擴圓形 的石夕奈米晶體，其直徑介於2奈米至7奈米的範圍，並可利用為人熟知的 〇S81-A31679TWF(5.0) 36 1278103 CVD技減製造。 貞奈米獅_讀並不限制為秒， 能細存電荷之材料(譬如Ge、SiGe合金、_、為== 等）。 从及W等 除此之外，雖然本發明係以單獨一個單元來解說，對 術者顏皆利瞭，可職_本發料元安軸 NAND或NOR列陣列和行陣列。 、次為人热知的 此外，本發财義(即電荷贿區域)__或俯 ❿ ,：, “有舰賴母-記鮮元_雄26和_ 22即 :下區=;上_基板表面在同 "、回 只包有效儲存電荷，並能有效地與BG 14和主體 _電卿合，以及有效地連接每—記憶單元瞻㈣和源極a = 可。同樣’電荷儲存單福下表柯f要與基板表_平行，也不 平坦的平面，而可以具有任何形狀，只要能夠讓儲存區域有效儲存電荷’， 亚能有效地與BG Μ和主體28作電容'_合，以及有效地連接每一纪 X内的没極26和源極22即可。同樣地，TD u與bd 12的上表面與下表 面不需要與基板表面相平行，不需要為平坦的平面，以及不需要與基板在 =表面上，而可以在基板表社方或下額任何高度上，並絲板間的 夾角可為任何角度’只要能夠有效儲存電荷，並能有效地與bg Μ和主體 28作私谷㈣馬口 ’以及有效地連接每一記憶單元内的汲極％和源極r即 可。此外，通道區域之表面不f要絲板表面在同—平面上，而可以在臭 板表面上方或下方的任何高度上，並與基板間的夾角可為任何角度，只^ 有效地連接每-記憶單元内的沒極26和源極22即可。此外，源極區漁 ^極區26亦可互換。應了解到，軸_中呈現了基板_主體部分，但 策所周知的疋於基板内形成的任何和/所有區域(源極/汲極/通道區域等等） 都可以形献-個以上的相_於不同麵的摻财）。 〇881-A31679TWF(5.0) 37 1278103 具本領域通常技術者應可明白，應用本揭 的結構更改，以藉其來達到以上羅列的麵優點。 … 實施例200 第11A和nB圖係分別提供本發明另一實施例的記憶單元勘之社構 以及此結構在平能帶條件下的能帶圖。第u圖除赴 器9内TG 10與BG 14之問的卹八士 降ί在過4 ㈣“、、 _分有所變動外，其餘皆與第1Α所呈現的 …構相似。以下將描述這些變動。表者 — -上穿·電質71「訂〜τ >考圖，其顯示過遽器9係包括 、（下f輪UTD)、_下穿隨介電質 可4化物或其他種類的介電質材料，比方是單元削内考慮為扣U之 :一SI2可為一介電材料，其能隙低於1™ 71而介電常數高於UTD =°兄’㈣71與咖72所使用的材料必縣優質介電材料，以 允許電械子能以量子力學穿隨機制從它的某側雜至它的另—側。已知 利用讀形成軌化物可提供此種優質神，因此可作為咖η的良好 =材料。其他種類的材料，比方是在單元剔内考慮用作BD η材料的 虱氧化物。亦可作為LTD 72的材料。UTD 71與LTD 72的厚㈣圍可與第 1A圖内早凡1〇〇的TD ^與肋12的相關描述類似。第 内削2的阻播效應現改由蘭73執行，以下將詳述之。 — …喊材料73可以是能隙，參見第11B圖)介於約leV至6eV之間的 半導體材料或絕緣介電質。當TG 1〇或阳14這兩個區域的費米能階介於 ㈣料73能為自TG 1G或BG 14發射的 电仃 “ $ $洞)提供—阻撞效應。原因是因為BM 73内沒有可利用 的能量狀態可讓這些電荷载子藉其穿隨。當有適合的偏壓施加於TG⑺與 味門而使TG 10和BG 14的費米能階移出BM 73的能帶間隙％ 的辄圍的Μ吴’阻擒材料73變成可讓這些發射電荷載子穿透過去。如果考 0881-A31679TWF(5.0) 1278103 '慮半導體作為BM73的材料，碳化石夕㈣可以是_練好的選擇，因其具 有較寬的能隙(比方四氫-碳化石夕(4H_SlC)與六匕石夕(6H_sic)分別具有 3.25eV與2.85eV的能隙）。其他具有類似範圍的能帶間隙並與現今汜技術 相容之材料亦可作為BM 73的選擇材料。為了能有效阻擋電荷載子往前或 =穿_ BM 73，乃希望可適當地選取TG 1〇、職73與bg 14的材料， =TG 10與BG Μ的功函數的費米能階於平能帶條件下大致位於應73 能帶間隙73g的中央。現選擇.SlC來作解說，以獲得最佳的了解。假設 TG 10與BG 14的功函數所具有的費米能階位於BM 73的能帶間隙⑼的 •中央，則當TG 1〇與阳14間的跨壓小於UV時，73會提供阻擋效應。 而對絕對值大於1.5V的電壓而言，電荷載子會穿隧通過舰73區域。 、當使用半導體材料作為BM 73的材料時，乃希望BM73的厚度能與電 荷載子(即電子或電洞)的波長差不多或較厚，因此希望介於於觸埃至· 埃之間。厚度介於此範圍的BM 73會在導電帶73a或價電帶现的邊緣上 方分別存在具連續能級的電荷載子(請參見第11B圖)。而對厚度小於電子波 長的BM 73而言，UTD 7；l、BM 73，以及LTD %的導電帶71㈣會 於顧73導電帶所在區域内形成具有一個量子能量井的能帶結構。此量子 鲁井内電子的能級受到量子化，因此具有離散的能級，結果最低能級(亦即第 一旎級）73a’被提升而高於BM 73之導電帶73a。同樣地，utd 7J/LTD72的價電帶™73b/72b，亦在腕73所在地區内形成一個價電帶 1子井。價電帶量子井將電洞的能量量子化而使其有離散的能級，其中第 一能級73b’的電洞能量較BM 73的價電帶7北為高。這種量子井效應的優 點在於能令阻擋電子用的能隙由原先的能隙73變寬為「有效」能隙， 因此擴大阻擋材料73阻擋不想要電荷的範圍。 第11B圖顯示出四個能障高度 以及68( _ )。能卩早咼度65係與第7Α圖中的能障高度54(δφ^)具有 類似的功能，其能在編程干擾的防範期間，阻擋VE載子dTG1〇穿隧 0881-A31679TWF(5.0) 39 ⑧ 1278103 · .到達BG 14(mG 10使用p型多晶石夕）。同樣地，能障高度66(〜^„) 與圖中的能障高度56(λφ”)具有類似的功能，其能在抹除干擾的 防1期間，阻播電洞載子36從TG 10穿隨到達BG 14。此外，能障高度 67(_—你第7A圖中的能障高度51(~，能類似，其能阻擔^ 載子41從BG 14 f隧至丁g 10 *達成防範往後穿隧之作用。同樣地，能障 8A 57(ΔΦ-^^ , 载子40從BG 14穿隧至TG 10而達成防範往後穿隧之作用。而這些能 障鬲度65、66、67、以及68，皆可利用以上能障高度工程學原理所描述的 .類似方法’藉由TG 10與BG 14間電厪來作改變。因此，utd/bm/ltd 71/73/72#結構提供-可濾、除不想要載子(比方是往後穿隨的電洞)而不影響 想要載子(比方是往前穿隧的電子)傳輸的電子式可變過濾器。 單元200的編程與抹除操作可利用第1A圖内單元1〇〇相關的描述方式 來貫行。雖然圖中並未顯示，但當一偏壓施加於TG 1〇與阳14之間時， 會在BM 73上產生微弱的能帶彎曲現象。此外，第8A圖中的其他能障高 度亦可作類似推衍而得到第11B圖能帶結構之情況。此記憶單元結構所能 挺供的利盈與第1A圖内單元10Q之相關描述相似。 實施例300 第12A圖除了將第11A圖的BM 73替換為複數個阻擋奈米晶體(以下 簡稱BNC)74外，其餘皆與第nA圖類似的單元結構類似，並且圖中複數 個BNC 74的能隙皆與TG 1〇的能隙差不多或較大。BNC科可為直徑與電 荷載子(比方是電子或電洞)的波長差不多的球形。典型上，BNC 74的直徑 約為30埃至約2〇〇埃。阻擋奈米晶體74可利用本領域為人熟知的超高真 玉化學蒸氣沉積(Ultra-High Vacimm Chemical-Vapor- Deposition; UHVCVD) 技術來製成。阻擋奈米晶體74係用作TG 1〇與BG 14之間的一個「小島」， 以允許電荷載子能跳耀(h〇p)過它。具體地說，當一適當偏壓施加於TG 1〇 0881-A31679TWF(5.0) 40 1278103 ==間時，TGK)_電荷載子會經由穿關制而發射至 眺入BG14。此單元結構係包括兩麵域。第— 二 ，體㈣TG1〇與BG14之間（比方是沿直線从，），而第二‘ 包含任何奈趣(比方是沿直線册）。在此單元結射，財 ^τ〇 h〇 在不水晶體小島」，因此對從TG10穿隨至BG14的電荷载子而+ 力與LTD 7_厚度會厚得多。結果，则_電荷 ^由 二種區域傳輸至BG 14。 布止、、工由弟 # 师71與LTD 72間的奈米晶體74允許本發明利用庫倫封鎖效岸 (Coulomb Blockade Effect)來使想要注入的載子(亦即往前穿隨的載 隧，並阻擋不想要載子(即往後穿隧的載子)穿隧。一旦有一個電子(或—個 電洞)存在於某-個奈米晶體上時，庫倫效應就會阻翻外的電子(或電洞) 由TG U)經由該奈米晶體傳輸至BG 14。電子(或電洞)之進一步傳輸口可二 與BG14間的電壓更增加之後發生。第11β圖相關描述内的二 能障咼度與電荷載子的相關阻擋效應亦提供於12Α圖的單元3〇〇内。第 圖係顯示第12Α圖中沿直線ΑΑ，的能帶圖。對尺寸範圍較電子或電洞波長 φ大的BNC 74而言，其導電帶74a與價電帶74b邊緣上的電荷載子乃具有連 續的能級。而對厚度小於電子波長的BNC 74而言，UTD 71、BNc %，以 及LTD 72的導電帶7ia/74a/72a會在BNC的導電帶所在區域内形成具有一 個量子能量井的能量結構。此量子井内電子的能級受到量子化，因而具有 離散的邊級’結果最低能級(亦即第一能級）74a’被提升而高於BNC 74之導 電帶74a。同樣地，UTD 71/BNC 74/LTD 72之價電帶71b/74b/72b亦可於 BNC 74所在地區内形成一個價電帶量子井。與導電帶量子井之於電子的影 響類似’價電帶量子井可將電洞的能量量子化而使其有離散的能級，其中 第一能級74b ’的電洞能量高於BNC 74的價電帶74b。這種量子井效應的優 點在於使阻擋電子穿隧的能隙由原先的能隙74變寬為「有效」能隙74g，， 0881-A31679TWF(5.0) 41 1278103 -因此擴大BNC 74阻擋不想要電荷的範圍。 第既圖所顯示的能障高度65、66、67以及68與第nB圖中的 ^具有類㈣魏。單元的編程和抹轉作方式可與之前對第认圖 =兀觸所作的描述類似，並且亦擁有之前陳述的種種利益。第以圖 =早兀結構比弟1A _第11A _满示的單元⑽與具有更小的 =電，Cbg_tg。關於此點可參考第uc圖以獲得較佳的了解，第既 係顯不弟二種區域(沿第12A圖的直線BB，)的能量示終由於祀㈣ 阳14間沿直線BB’方向的介電質厚度增加，第二種區域内的寄生電容 CBT_TG因啸第-涯_遠小得多(典型上約低了^⑴卸因^ 在此兩涯__寄生電容進—賴域纽齡米 = 碎區域而獲得縮減。 吓復息的芩 具本領域之通常技術者應可明白，簡73區域不須要求為導電材料， β不顯求在舰觀上為長謂，也Μ要在勤觀上為長謂，而可以 疋-絕緣介電質，並可以在俯視觀和剖面觀上為任何尺寸和形狀， =偏職圍下能有效阻鮮種電荷載子穿_過，並在高偏壓範圍内能 谷許_載子穿騎過即可。同樣地’觀㉞或在俯視觀上可不須要求為 需要錄板表面在同一表面上’而可位於基板表面下方或上方 咐何4上’只要在射偏壓範圍時能夠有效地阻擋電荷載子穿隨 過並在间偏塵圍内能容許同種載子穿隨通過即可。此外，本發明舰π 與BNC 74所使用的材料可不需限定為礙化石夕(沉，而可涵林 術—⑽1现睛嶋_讓则 吳BG 14的功函數所具有的費米能階大約位於騰 隙中央即可。此外，聰74區域不需要與LTD 72相碰觸，也 =UTD 71 _域内，而可—部分倾LTD 72内而另—部分位於㈣ 71内，或可完全位於LTD 72的區域内。 〇881-A31679TWF(5.0) 1278103 實施例400 承上所述，習知技術能帶所構建單元的缺點之一在於bg μ可容 厚度會受到限制，並因此具有报大的電阻值。當多晶抑作bg u的材料 係利用p型的雜質(比方是哪來將多晶料重度摻雜，其中該p型雜併 乃用作-受體(A⑽帅以為該區域提供足量的制載子以減少該區域二 片電阻。亦可使用Nf!_f(比方是伽多晶树重度摻雜來達到相同目 的。在利用N型雜質的方法中，N型雜質係用作一施體(d〇㈣以提供 蚁篁的電子載子。然而，碎是在哪—種賴中，#作域子的供 …大量的雜質同時轉致載子與雜f之間發生更多的散射事件。由^ 子散射增加，載子移鱗(MGbillty)會降低，結料雜之最小值合 有限值。-解決此問題的方法係顯示於第13圖的實施例彻中。第Η 中的獨特能帶間隙結構能減少特薄半導體板的片電阻，比方是BG ， 電阻’同時卻不受到載子散射效應之影響。 第13圖係顯示具有上賴特結翻能帶圖，包括—第— 粗 =，其具有-較寬的能帶間隙，以及_第二半導體材料8〇，其具有一相對 第-半導體材料78較窄的能帶間隙。該第_轉體細_ρ· 型式_來加讀雜，而第二铸體材制未接受任何摻雜或是以^ 材料78相賴刪來做輕度摻雜。介於這兩種材籠域之間的 ¥電#價電帶偏移量在圖中乃分別顯示為以及 料體材料78是以Ν型雜質81(亦稱作「施體雜質」）來作重度_叹職 於弟-轉體㈣78 «電子倾向第二半導體材料 ，由於第二半導_的導電帶-較第一半導體材料= W8a為低’ @此電子82會被侷限在第二半導體材料⑽内。 體材料80未受摻雜或僅受輕度摻雜，故而其内的電子82與雜^^ ==略。結果’料導體她。的片電阻可較第二半導體料二 重度摻雜下的情況大幅地減低。 〇881-A31679TWF(5.0) 43 !2781〇3 '、、、一本判亚雜限制於此處所贿者與m所描述的 #二而涵盍任何落入所附加中請專利範圍的範.内的所有變化。二'1 '兄，第一半導體材料78不需為Ν型半導體而可為Ρ型半導口牛歹卜 梅咖議ρ w_軸蝴 叮〃80内即可。此外，第13圖所示材料的能帶間隙較寬或較窄 -人序可以互換。換言之，第一半導體材料可以是不受摻雜的半導 能帶間隙較第二半導體材撕，只要能達到降低片電==触 =雖=弟13圖所示的結構具有非對稱的結構，但此處所提‘ :地咖《的能帶結構。舉例來說，第13 =獅較窄的第二半導體材料，以及一重度摻雜而能帶間隙與第—半導 相似的第三料體材料。—替代實施例可包括―不受摻 =_間隙較窄的第-料體材料，—重度摻雜而能帶間隙相對第—半 '體=料較寬的第二半導體材料’以及—與第—半導體相似—不受推雜並 窄的第三半導體材料。在這兩個範例中，第二半導體材料皆 二士弟二材料之間’因而形成一對稱的能帶結構。在上述任何一個 =例中’触具魏寬能_轉财的電荷鮮將會移動進人具有 月匕隙的半導體之内。因此這些載子被侷歸未受摻雜的區域内。社果 =載子的導電期間，導體和介電質間的散射可予以，忽略，從而 非常之低。 曰 第13圖所描述的能帶間隙結構可應用至本發明之記憶單元。第 ，提供-個根據實施例400所構建的單元·，以作為解說觀念用的範例。 早凡500除了—點外其餘各方面皆與第u圖所顯示的單元相同。此不同點 在於，車元5〇〇在過濾、器9内不提供駒2而是提供一供應閑(以下簡稱 SG)76。此外，單元亦與具習知技術能量結構的單元不同。犯％係夹 於TG ω與BG14區域之間。SG 76與BG14係使用第聞所授的能帶間 0881-A31679TWF(5.0) 44 1278103 ，結構所產生的效應，其中SG76對應第—半導體材料78而bgi4則對應 第二半導體材料80 ’因而BG 14擁有較低片電阻之優點。sg %可以是一 重度捧雜的4H-SiC(四氫—碳㈣層，並具有約3··的能帶間隙，以及 BG 14可以是一未受摻雜的多晶獨，並具有約l_14eV的能帶間隙。另-:供雜的耗例疋，SG 76是-重度摻雜的多晶石夕層，而BG 14則是一未 又摻雜的多晶雜層’其忖於⑽鍺層中約佔了 ig %至%的比例。這 使得多晶驗的能帶間隙較多晶石夕窄了約0.05 eV至(U MSG 76層可以
具有3〇埃至3〇0埃的厚度，並且較佳上約介於5〇埃至刚埃之間。BG 14 的厚度則可介於100埃至8〇〇埃之間。 …除了 BG 14具有較低的片電阻的這項優點外，SG 76與BG 14區域所 形成的能帶結構供—種可選擇鎌f荷載子(比方是電洞)穿隨然卻阻 電荷載子(比方是電子)往_之特徵。可參見第Μ圖來對此點 獲歧U解’韻係解說與注人電洞36有關的抹除操作。第Μ圖所示 的月除了在SG70内的物理參數有所差異外，其餘皆與第3八圖所示類 似。在第15圖巾，顯示出SG %的導電帶恤與價電帶施。⑶載子 的2源是SG 76區域的施體雜質，原因是根據第13圖所提 '84(^} ' 3Λ 白、、度。鱗南度83的作用與第3A圖所示的能障高度分(△〜 树^樣地，能障高度84 _與第3A圖所示的能障高度W相似。盘 弟A圖之梯形能帶結構不同的是，能障高度83與84，以及s㈣導0 76a之主要項在第15圖中乃形成一種長方形能帶結構並成為犯 $ …w = 内的_子40往後穿随至_ 疋匕弟3A圖所示的梯形結構更有力的能障 術能帶所構建的單元，罝士 s 々日对於白知技 ,.ςΓ .早70500更此將往後注入的CE 40a抑制隹。此外， 疋’導體’因此其所在區域内的能帶彎曲可予以忽略。這卢且 能谷許大部分的抹除細黃跨在TD n上，結果儘管抹除電屢維持^ ⑧ 0881-A31679TWF(5 0) 45 1278103
位準，使想要電荷(比方是電洞36)能穿随之效應卻能保留注。如第Μ圖所 示，電洞36的某部分可穿隧通過TDn，並將能夠穿隨過奶㈣膨4, = 14與RD 16的父會處。在此抹除操作中，這些電洞最終會跨越 能障高度16d並進入價電帶16b，隨後再收集在FG 18上。 第15圖所不結構優於習知技術的另一利益係與未摻雜(或輕度換雜)之 BG Μ對於彈道載子傳輸之效應相關。由於bg μ内的雜質可忽略不計， ，喊能«子與雜質間的散射也可忽略不計。結果，高能魏荷粧可 精由彈道傳輸機制以更高的效率(注人載子數相對總供應载子數之比率)傳 輸0§BG 14。典型上，本發明單元結構的效率可高於習知技術約倍之 藉由將第7A圖所示梯形能障的高度變換為與SG?6相關的能障高度， 可將對第15圖之抹除操所作說明類推至編程操作。因此，td/sg腿能 進乂射、包子式可雙過渡裔，以令該電子式可變過濾器可遽除不想要 的載子(比方是往後穿_電子)然卻不影響想_子(比方是往前穿隨的電 洞)之傳輸。此外，SG/BG 76/14的結構提供一個具有低片電阻的區域以讓 電子利用彈道式機制傳輸其中。 • 縱然以上並未描述’具本領域之通常技術者當可清楚瞭解到，第I3圖 所示的能帶結構亦可與TD n與BD 12所組成的過據器結構9共同使用， 亦即可在記料元㈣彡成—具有TG/TD/BD/SG/BG丨贈i2/76/i4之結 構。此種結構除可有效地抑制寄生電容外，還能保冑BG 14的低電阻以及 P且擔不想要載子的優點。此外，具本領域之通f技術者#可明白，應用本 揭露之教導時可改變SG 與BG M的能帶結構形狀，以便有效地減少bg 14區域的電Μ及崎寄生储奸(好或朗)往後細。此外，不 /1要求SG 76與BG 14為-具有均勻化學元素的材料，而可讓其組成元素 漸次變化(比方是多晶雜’其巾顯摘次變倾莫秘剛。此外，sg % 與BG 14之區域可以互換位置，並且不須要求SG %的能帶間雜阳i4 0881-A31679TWF(5.0) 46 1278103 '為寬而可以比較窄，只要具較窄能帶間隙的材料是未受摻雜或輕度接雜即 可，如此即能令整個BG 14和SG 76之堆疊結構有效地降低片電阻。^ 最後，將詳細說明本發明單元之讀取操作，以完成整個單元操作的說 明。當單元安排為長方形的行或列陣列之時，複數個本發明單元組成本領 域為人熟知的NOR或NAND結構，如此可對讀轉作最佳描述。可利用 由源極22、汲極26、N型通道24,以及P型主體構成的單元，來解說讀取 操作的進行方式。為了讀取記憶單元，一地電位係施加於單元的源極22 1， 二約+ lv的讀取電壓施加於沒極區26上，以及約2·5ν(依據單元的供應電 鲁壓而定)施加於BG Μ上。其他區域(即TG 1〇與主體μ等區域)則位於地電 位。如果FG 18是帶正電(即FG 18經過電子放電），則通道區％導通。結 果’一電流將由源極區22流向沒極區26。這會是狀態「1」。 另一方面，若FG 18是帶負電，則通道區24要不是輕微地導通或就是 完全關閉。因此即使BG 14與汲極區26都拉抬為讀取電位，極少電流或完 全沒有電流能流經通道區域24。在此情況下，電流相比狀態Γι」的電流乃 相當小，或是甚至完全沒有電流在流動。如此，記憶單元在感測下乃是位 於狀態「0」。在未選取行或列中的單元内，源極區22、汲極區26以及BG 14 ,都是接地，因此僅有被選取的記憶單元被讀取。對被選取或未選取之計憶 單元兩者而言，主體28都是接地。 具本領域之通常技術者應能明白，更可應用本揭露之教導，對能帶結 構加以修改而達到上述優勢，仍屬於本發明之範_。 本發明之s己憶單元可形成於一具有週邊電路的陣列内，而該週邊電路 可包S本領域内皆為人熟知的傳統列位址解碼電路、行位址解碼電路、感 測放大器電路、輸出緩衝電路，以及輸入緩衝電路。 本發明之單元操作與記憶單元結構具有優勢，原因是不需要高電壓(比 方疋2.5V或更高)即能對單元進行操作，故而可移除曹要高電壓之公共結構 的要求，從而避免當中所發生的問題。本發明的另一特徵是由實施例1〇〇、 0881-A31679TWF(5.0) 47
1278103 .200、300以及500所提供BD 12、BM 73、fiNc %以及sg %等措施。 這些措蘭«的電粒人方如，電子或電概自—倾々餘上 穿随閘ω發射出去，之後沿著-晦準於浮動閑18的彈道來作傳輸，狹而 ==卩不會遭如介„擊穿、單元钱(於編程或抹除操作中發生） 本發明所說明的注入方案能提供幾點優於傳統技術(舉例來說，美國專 利案號5，风341以及6,747,310B2)之重大利益。第一，編程效率因將彈道 式電子「晦準」洋動閘18而大為提升。在傳統編程方案中，電子係 ►行於浮動閘的通道區域來傳輸，相當少量的電子能受熱並注射麵動閘 上。傳統編程方案的效率(注入電荷數相對供應電荷總數之比 麵錢，_，_之間。然而在本發明中，高能量的電子係直接 j閘，因此幾乎大部分的電荷皆注射到浮_上，結果估計編程效率合 非吊接近麵。第二，在整個單元操作過程中，最高電難方是2顯 方是BG14與TG _現。換言之，石夕表面下方與 I接面(Me_rglcal J^ti0ns)相關之處(比方是源極22與汲極26之 任値域會於單元操作中會經歷所供應的最高電壓。賴是由於 私作3斜源極a與汲極％兩個區域之基本作用在讀取操作，而讀取 ιΐ广目、低之電壓來進订。雖然這兩個區域也與編程和抹除操作中有 /、:產生或供應4載子等的高電壓效應均無關聯。 太2夠在」13早讀作巾使具有冶金接面的區域轉於—相對低電塵伟 本發明所提供的-侧_徵。蝴_數 二= 單元高度(定義為兩相鄰單元沿通道方向之間距)的尺寸‘，並= 進23使2先進的設計規則之單元尺寸。由於汲極26制低電厂堅， 队己憶早兀財能縮減5〇%之多。在利用13〇彻以及9㈣代 知’本發明的單元面積可分別降至約_〆以及咖〆之低，甚至可 〇881>A31679TWF(5.0) 48 ⑧ 1278103 =(==ΕΖ==22之蝴㈣侧的過熱載子 見第1A m & 免”汲極26和源極22相鄰的絕緣層19(參 /) X功能低劣或其他損害。_顯地與傳統非揮發性記憶體内 發生的損害效應形成對昭。尤羽4 心 m射，單元⑽雜作乃藉由外加一 ί二Ϊ1—以加熱電子來實行，因此不可避免地造成一高電 H W于動閘相4的絕緣層上，結果在該處造成損害 f動間18與其週圍區域(比方是汲____目當小 對迅何的保㈣及轉發性記髓的可雜尤具重要性。 ▲雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任 何熟習此技藝者’在不脫離本發明之精神和範圍内，當可作些許之更動盘 潤飾’因此本發明之保護細t視後附之中請專利範騎界定者鱗。/、 【圖式簡單說明】 第1A圖顯示本發明所提供單元結構之剖面圖； ^第1B關示第ία _示結構之能帶圖，說明在平能帶條件下數個能 障高度； 一第2A關示第1A圖所示結構之能帶圖，說明在編程情況下數個能障 高度’並更齡肋崎電洞載子往後穿社鱗高度與梯形能障結構； 第2B ®顯示根據本發明下TG# BG間電壓對於穿隨介電質跨塵與阻 擋介電質跨壓之效應； ' μ 第2C圖顯示本發明之能障高度工程學觀念對於編程操作之效應，其中 藉由外加-負電胁TG與BG間，可使用以阻擒載子往前輯舆往^穿隨 之能障高度以不同程度作改變； 第3A麵示第1A圖所示結構之能帶圖，侧在抹除情況下數個能障 高度，並更顯示用以阻擋電子載子往後穿隧之能障高度與梯形能障結構； 0881-A31679TWF(5.0) 49 ⑧ 1278103 第3B圖顯示本發明之能障高度工織念對於抹除操作之效應，其中藉 由外加-正電壓於TG與BG間，可使用以阻播載子往前穿隨與往後穿隨之 能障高度以不同程度作改變； 第4圖顯示無具過濾器結構之記憶單元的剖面圖； 第5A關示第4圖所示結構之能帶圖，說明習知技術能帶圖中的撞擊 游離問題； 第5B圖顯示第4圖所示結構之能帶圖，說明習知技術能帶圖中的寄生 傳導電子之效應與問題； 第 _不牙_^密度對應不同穿_流成分與外加電壓的關係， 並更顯示弟4圖ό己憶單元於抹除操作下的介電質擊穿問題· 第7Α醜示第1Α所示圖結構之能帶圖，說明本發明單元於編程操作 避免條件之偏壓下，數個阻擋電荷傳輸用能障； 第7Β圖顯示第4圖所示結構之能帶圖，說明於編程操作避免停件之 壓下，其能障在阻擋電荷傳輸上效果薄弱； 第8Α圖顯示第U圖所示結構之能帶圖，說明本發日月單元於抹除操作 避免條件之偏壓下，數個阻擋電荷傳輸用能障； 第SB圖顯示第4圖所示結構之能帶圖，說明於抹除操作避免條 壓下，其能障在阻擋電荷傳輸上效果薄弱； 兩 第9圖顯示穿隨電流密度的不同電流成分與见與阳電極間跨遂 係，並更說明電流成分在具過濾器之單元(本技術)與不具過滤器 技術)間的差異； 第10A圖顯示與本發明記憶單元有關的幾個寄生電容； 第10B關示具過濾器之單元結構(本技術)與單純注入器之單元 (習知技術)内，BG電極所見之總電容；其顯示㈣渡器之結構於B 適當選取下，總電容大幅減低； ^ 第10C關示阻擔介電質的厚度對於能障高度以及穿隨介電質和阻擒 0881-A31679TWF(5.0) 1278103 ^質間的跨叙效應’並更說明能障高度最佳化以避免干擾舆助 “化以抑制電容兩者不須互相妥協； 子又 第11A圖顯示本發明另—實施例之單元結構的剖面圖· 能帶=1B圖顯示對本發明第11A圖所示記憶單元結構在平能帶條件下之 第12A圖顯示本發明另一實施例之單元結構的剖面圖； 第⑶圖顯示對本發明第12A圖所示記憶單元結 能帶圖，其係沿第12A圖之直線从，緣示； 十_仏件下之 第12C圖顯不對本發明第12A圖所示之記憶單元結構於平 之能帶圖，其係沿第12A圖之直線朋，繪示； 木 弟13圖顯示-具有第_半導體材料與第二半導體材料之 ，.，其中該第-半導體材料之能帶間隙較該第二半導體材料之能帶間^為 見， 第14圖顯示本發明另一實施例之單元結構的剖面圖； 第15圖顯示本發㈣14圖所示結構之能帶圖，抹除摔作下的數 =能障高度，並更綱用雜财讀子往後粮之轉高度與長方形能 【主要元件符號說明】 100-500〜記憶單元； 10〜穿隧閘； l〇b〜穿隧閘之價電帶； 11〜穿隧介電質； lib〜穿隧介電質之價電帶； lid、Ilf〜導電帶偏移量； 12a〜阻擋介電質之導電帶； 9〜過濾器； l〇a〜穿隧閘之導電帶； l〇g〜穿隧閘之能帶間隙； 11a〜穿隧介電質之導電帶； 11c、lie〜價電帶偏移量； 12〜阻擋介電質； 12b〜阻擋介電質之價電帶； 0881 - A31679TWF (5.0) 51 1278103 12c、12e〜導電帶偏移量； 14〜彈道閘； 14b〜彈道閘之價電帶； 16a〜保留介電質之導電帶； 16c〜導電帶偏移量； 18〜浮動閘； 18b〜浮動閘之價電帶； 22〜源極； 26〜汲極； 34〜傳導電子； 34b〜游離電洞； 40〜傳導電子； 41、41a〜電洞； 44、44a〜價電子； 46a〜絕緣層之導電帶； 46c、46e〜導電帶偏移量； 50、50’、51-70〜能障高度； 71a〜上介電質之導電帶； 72〜下介電質； 72b〜下介電質之價電帶； 73a、73a’〜阻擋材料之導電帶； 73g' 73g’〜能障高度； 74a、74a’〜阻擋奈米晶體之導電帶 74b、74b，〜阻擋奈米晶體之價電帶 74g、74g’〜能帶間隙； 76a〜供應閘之導電帶； 12d、12f〜價電帶偏移量； 14a〜彈道閘之導電帶； 16〜保留介電質； 16b〜保留介電質之價電帶； 16d〜價電帶偏移量； 18a〜浮動閘之導電帶； 19〜通道介電質； 24〜通道； 28〜主體； 34a〜游離電子； 36、36a〜電洞； 40a〜傳導電子； 42〜價電子； 46〜絕緣層； 46b〜絕緣層之價電帶； 46d、46f〜價電帶偏移量； 71〜上介電質； 71b〜上介電質之價電帶； 72a〜下介電質之導電帶； 73〜阻擋材料； 73b、73b’〜阻擋材料之價電帶； 74〜阻擋奈米晶體； 76〜供應備; 76b〜供應閘之價電帶； 0881-A31679TWF(5.0) 52 1278103 78〜第一半導體材料； 78a〜第一半導體材料之導電帶； 78b〜第一半導體材料之價電帶；80〜第二半導體材料； 80a〜第二半導體材料之導電帶；80b〜第二半導體材料之價電帶； 81〜N型雜質； 82〜電子； 84〜能障高度； BG〜彈道閘； FG〜浮動閘； TG〜穿隧閘
Cbg-fg〜彈道閘與浮動閘間之寄生電容；
Cbg-tg〜彈道閘與穿隨閘間之寄生電容， ctotal〜彈道閘所見之總電容； vBD〜彈道閘跨壓； Vtd〜穿隨閘跨壓； TBD〜彈道閘厚度； Vtd〜穿隨閘厚度； JVE〜價電子之穿隧電流密度。 JCE〜傳導電子之穿隧電流密度； 0881-A31679TWF(5.0) 53 @
Claims (1)
1278103 、申請專利範圍： 1·一種非揮發性記憶單元，包括·· -主體m導麵之半導體材料構成； 型 絕緣 -第-與-第二區域’形成於該主體内並彼此分離，且皆 -通道區域定義於該主體内該第—與第二區域之間，· -導電 ―電^儲存層’設置於該通道區域之上，並與該通道區域相 =，’嫌崎鍋上，絲晴飾^目絕緣；以及 .牙關，設置於該彈道壯，並—電荷過魅以與該彈道閑相 其中該電荷過濾器允許具某種極性的電荷 彈道鬧财μ # 电㈣于崎指’輸通過該 ^閘再至該如儲制，舰難減雛之電荷載子由 至該穿隧閘。 J 其中該電荷過濾器 2·如申請專利範圍第丨項所述之轉發性記憶單元 更包括： 一第一介電質，與該彈道閘相鄰；以及 第二介電質，與該第—介電質相鄰，其中該第—介電質之能帶間隙 係較該第二介電質之能帶間隙為窄。 3.如申請專利範圍第2項所述之非揮發性記憶單元，其中該第一介電質 之"電常數與該第二介電質厚度之乘積係大體上大於該第二介電質之介電 常數與該第一介電質厚度之乘積。 4_如申請專利範圍第2項所述之非揮發性記憶單元，其中該第二介電質 係包括氧化物，以及該第一介電質係包括由氮化物、氮氧化物、Al2〇3、 Ηί〇2、Ti〇2、Zr〇2、Ta2〇5，以及以上化合物所構成之合金所組成群組中選 擇出的材料。 5·如申請專利範圍第2項所述之非揮發性記憶單元，其中該第二介電質 係包括氮氧化物，以及該第一介電質係包括由氮化物、Al2〇3、Hf〇2、Ti〇2、 0881-A31679TWF(5.0) 54 ⑧ 鬌 1278103 Zr〇2、TaA u及以上化合物所構成的合金所組成軸中選擇出的材料。 6·如巾群機圍第2項所述之非揮發性記憶單元，其巾該穿附 …+半導體，以及該彈道祕包括N+轉體，其中肺+半導體之能册、二 隙係較該第一介電質之能帶間隙為窄。 π曰 一 7如_請補細第2顧狀非性記憶單元，射崎道閑 一費米能階，該費親階在平能帶條件下係讀上位於該第处 帶間隙的中央。 、把 S.如申請專利範圍第！項所述之非揮發性記憶單元，其中該穿隨閉當接 =相對於娜道麟正的偏麟，會發射電職子，以及當接受相對於該 彈道閘為負的偏壓時，會發射電子載子。 Ύ 9.如申請專利範圍第i項所述之非揮發性記憶單元，其中該彈道間係包 ，由P卜Au'W' Mo'RuHTaNLN+多晶石夕十多晶石夕、^ 多晶矽鍺，以及P+多晶矽鍺所組成群組中所選取之材料。 1〇·如申請專利翻第1項所述之非揮發性記憶單元，其中該電荷儲存 層係包括多晶矽。 如”專利細第丨項所述之非揮發性記憶勒，其中該電荷館存 φ 層係包括複數個彼此分離的奈米顆粒。 12.如中請專利範@第U項所述之非揮發性記憶單元，其中該等奈来顆 粒係包括由Si、Ge、石夕錯合金、Hf〇2、Au、c〇以及w所組成群組中所 選取的材料。 13.如申請專利範圍第i項所述之非揮發性記憶單元，其中該電荷健存 層係包括-介«’其巾該介電㈣具有複數個騎儲存解。 如申請專利範圍第1項所述之非揮發性記憶私，其中該電俩滤 器係包括： 一第一介電質，與該彈道閘相鄰； 一阻擋材料，與該第一介電質相鄰；以及 0881-A31679TWF(5.0) 55 ⑧ -第二介電質’與該阻擋材料相鄰，其一 較該第二介電質之能帶間隙為窄。 ¥ 4貝之_間_ 斯!!·如 =請專利範圍第14項所述之非揮發性記憶單元，其中該第-介雷 貝之"電常數係大體上高於雜二介健之介電常數。 !6·如巾請專·_ 14項所狀非料性記 電與該第二介電f厚度之乘積係大體上大於該第二電質二 電吊數與该弟一介電質厚度之乘積。 二如帽專利細第14項所述之非料性記憶單元，其中該阻楷材料 1糸包括SiC。 18. 如申請專利範圍第14項所述之非揮發性記憶單元，其中該阻擔材料 係包括複數個彼此分離的奈米顆粒。 19. 如申請糊細第M刺狀鱗發性記鮮元，其中該穿隨閉係 包括P+半導體，以及該彈道閘係包括讲半導體，其中該N+半導體之能帶 間隙係較該第一介電質之能帶間隙為窄。 20·—種非揮發性記憶單元，包括： 一主體，由一具第一導電型之半導體材料構成； 一第一與一第二區域，形成於該主體内並彼此分離，且皆具第二導電 型，一通道區域定義於主體内該第一與第二區域之間； 一電荷儲存層，設置於該通道區域之上，並與該通道區域相絕緣； 一彈道閘，由一第一半導體材料構成，並相鄰於一供應閘，由一第二 半導體材料組成，其中該彈道閘以及該供應閘係設置於該電荷儲存層上， 並且该彈道閘與該供應閘具有不同的能帶間隙與雜質濃度；以及 一穿隧閘’設置於該彈道閘與該供應閘當中與其最接近者之鄰近區 域，並利用一電荷過濾器以與該彈道閘與該供應閘當中與其最接近者相絕 緣； 其中該電荷過濾器允許具某種極性的電荷載子由該穿隧閘傳輸通過該 0881-A31679TWF(5.0) 56 *1278103 ▲供應閘與該彈道閘到達該電荷儲存層，並阻擋具相反極性之電荷載子由該 彈道閘傳輸至該穿隧閘。 21·如申請專利範圍第20項所述之非揮發性記憶單元，其中該供應閘係 重度摻雜，並且該彈道閘不受摻雜或接受同種導電型之輕度摻雜，以及其 中該彈道閘之能帶間隙係較該供應閘之能帶間隙為窄。 22·如申請專利範圍第21項所述之非揮發性記憶單元，其中該電荷過濾 器係包括該供應閘與一介電質相鄰於該供應閘，其中該介電質之能帶間隙 係較該供應閘之能帶間隙為寬。 鲁 23·如申請專利範圍第22項所述之非揮發性記憶單元，其中該供應閘隙 包括Sic以及該彈道閘係包括多晶矽。 24·如申請專利麵第2〇項所狀非揮發性記憶單元，其巾該電荷過遽 器係包括： 一第一介電質，設置於該供應閘與該彈道閘之上；以及 第一介電貝’设置於該第-介電質與該穿隨閘之鄰近區域，其中該 第一介電質之能帶間隙係較該第二介電質之能帶間隙為窄。 25.如申請專利範圍第24項所述之非揮發性記憶單元，其中該供應閑係 _ 包括多晶矽以及該彈道閘係包括多晶矽鍺。 26·如申印專利範圍帛24項所述之非揮發性記憶單元，其中該第一介電 質之介電常數與該第二介電質厚度之乘積係大體上大於該第二介電質之介 電常數與該第一介電質厚度之乘積。 如巾請專觀圍第2〇項·之轉發性記憶單元，其中該供應閑係 一第一供應閘，該非發性記憶單元更包括： -第二供應閘，該第二供應閘由—第三半導體材料組成並具有與該彈 道間不同的能帶間隙與雜質濃度，其中該彈道閘係設置於該第一供應間與 該第二供應閘之間。 28·如申請專利範圍第27項所述之非揮發性記憶單元，其中該第一供應 0881-A31679TWF(5.0) 57 ⑧ 1278103 ,2麵二供應_重赫雜並且該彈道财受摻雜或接受_導電型之 兮雜以及其中°亥彈道閘之能帶間隙係較該第一供應閘之能帶間隙盘 μ弟二供應閘之能帶間隙為窄。 一 ^如申請專利細第28項所述之非揮發性記憶單元，其中該苐一供應 遠弟二供應閘係包括多晶石夕以及該彈道間係包括多晶石夕錯。 3〇.如_ 4專利祕f μ項所述之_紐記憶單元，其巾該電荷過減 咨係包括： ^ 及 該第-供應閘與該第二供應閘當中相騎該穿隧閘之最近供 應閘；以 為大 —介電質，設置於該最近供蘭上，並且其能帶間隙較該最近供應閑 〇 3丨·如申請專利範圍第27項所述之非揮發性記憶單元，其中該彈道間係 重度摻雜以及該第-供朗與雜二供應閘不受摻誠關種導電型來作 ，度摻雜，以及其中該彈道閘之能帶_較該第—供應閘之能帶間隙與該 弟一供應閘之能帶間隙為寬。 总如申請專利細第31項所叙轉發性織單元，其中該第一供應 閘與δ亥第二供應閘係包括多晶雜，以及該彈道閘係包括多晶石夕。 33.如申請專職圍第27項所叙非揮發性記憶單元，其中該電荷過遽 器係包括： 第"電貝’ 5又置於该第一供應閘與該第二供應閘當中與其最接近 者之鄰近區域；以及 -第二介電質，與該第-介電質相鄰，其中該第_介電質之能帶間隙 係較該第二介電質之能帶間隙為窄。 34_如申請專利翻第33項所述之非揮發性記憶單元，其中該第一介電 質之介電常數與該第二介電質厚度之乘積儀讀上太於該第二介電質之介 電常數與該第一介電質厚度之乘積。 0881-A31679TWF(5.0) 58 ⑧ J278103 受到2G獅叙轉__元，其愧穿隨閉當 彈道門A、雜劍為正的偏塵時係發射電_子，以及當受到相對於今 螬為負的偏壓時係發射電子載子。 x —卜種非揮發性記憶體陣列，其具有複數個安排為列與行之記憶單 70 /、中該複數個記憶單元當中每一記憶單元係包括： 一主體，由一具第一導電型之半導體材料構成；
W弟一與一第二區域’形成於該主體内並彼此分離，且皆呈第-導雷 型’-通道區域定義於主翻該第—與第二區域之間；1、弟一¥電 =何儲存層，設置於麵道區域之上，並與麵道區域相絕緣； ，道閘’設置於該電荷儲存層上，並與該電荷儲存層相絕緣；以及 牙_ ’設置於該彈道閘上’並電荷過絲以與該彈道閘相 至該穿隧閘
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