具有去耦電容器的非對稱密集浮置柵極非易失性存儲器的制造方法

具有去耦電容器的非對稱密集浮置柵極非易失性存儲器的制造方法
【專利摘要】一種非易失性存儲器(“NVM”)位單元，具有電容性耦合至浮置柵極但是與源極和漏極兩者分離的一個或多個有源區域。包括與源極和漏極分離的電容器允許對浮置柵極的電壓的改進的控制。這轉而允許以比現有位單元效率高得多的執行CHEI(或IHEI)，由此消除了對于向位單元提供電流的電荷泵的需求，最終減小了位單元的總尺寸。位單元可以被成對構造，從而進一步減小每個位單元的空間需求，由此減輕分離電容器的空間需求。位單元也可以取決于施加在源極、漏極和電容器處的電壓由CHEI(或IHEI)以及分離地由BTBT操作。
【專利說明】具有去耦電容器的非對稱密集浮置柵極非易失性存儲器
【技術領域】
[0001]本公開內容總體上涉及非易失性存儲器領域，特別地涉及非易失性存儲器位單元布局。
【背景技術】
[0002]非易失性存儲器(NVM)涉及當未被供電時持久地存儲信息位的存儲器。非易失性存儲器位單元(NVM位單元)存儲單個位的數據。使用具有浮置柵極的晶體管實施一些類型的NVM位單元。駐留在浮置柵極上的電荷的數量確定位單元是存儲邏輯“I”還是邏輯“O”。浮置柵極被稱作“浮置”，因為柵極由氧化物或電介質與周圍環境電隔離。一些NVM可以在位單元中存儲多于一個狀態。
[0003]為了擴展應用并且減少存儲器器件的成本，希望在給定面積中容納大量位單元。也希望通過使用標準的互補金屬氧化物半導體制造工藝(“CMOS工藝”)以降低制造每個位單元的成本。當前可用的存儲器器件包括EEPROM和eFLASH，兩者均具有缺點。當前，eFLASH具有非常小的位單元，但是需要除了標準CMOS工藝之外的步驟，這增加了制造位單元的成本并且可能改變所生產的器件的性能或特性。EEPROM與標準CMOS工藝兼容，但是具有相對大的位單元尺寸，并且因此僅適用于低位計數存儲器。

【發明內容】

[0004]各實施例涉及一種非易失性存儲器(“NVM”)位單元，其具有電容性耦合至浮置柵極但是與源極和漏極二者分離的一個或多個有源區域。包含與源極和漏極分離的電容器允許對于浮置柵極的電壓的改進的控制。這轉而允許以與現有位單元相比高得多的效率執行溝道熱電子注入(“CHEI”)或沖擊離子化熱電子注入(“IHEI”)，由此減小電荷泵的尺寸，并且在一些情形下甚至減小了對于電荷泵向位單元提供電流的需求，從而降低位單元的總尺寸。位單元可以被成對構造，從而進一步減小每個位單元的空間需求，因此減輕分離的電容器接觸的空間需求。位單元也可以由CHEI (或IHEI)操作并且由帶間隧穿(“BTBT”)分離，這取決于施加在源極、漏極和電容器處的電壓。
[0005]在一個示例實施例中，非易失性存儲器位單元包括在襯底中的第一有源區域，第一有源區域包括源極和漏極。第二有源區域也位于襯底中，其中由非導電區域分離第一有源區域和第二有源區域。浮置柵極位于在源極和漏極之間的第一有源區域之上。浮置柵極也位于第二有源區域和非導電區域之上。電容器由在第二有源區域之上的浮置柵極的一部分構成的第一極板、以及在浮置柵極之下的第二有源區域的一部分構成的第二極板形成。電容器與源極和漏極分離。
[0006]在另一示例實施例中，非易失性存儲位單元包括在襯底中的第一有源區域，包括源極和漏極。第二有源區域也在襯底中，并且由第一非導電區域與第一有源區域分離。第三有源區域也在襯底中，并且由第二非導電區域與第一有源區域和第二有源區域分離。浮置柵極位于在源極和漏極之間的第一有源區域之上。浮置柵極也位于第二有源區域、第三有源區域和兩個非導電區域之上。電容器由在第二有源區域之上的浮置柵極的一部分構成的第一極板、以及在浮置柵極之下的第二有源區域的一部分構成的第二極板形成。此外，帶間隧穿(BTBT)電容器由在第三有源區域之上的浮置柵極的一部分構成的第一極板、以及在浮置柵極之下的第三有源區域的一部分構成的第二極板形成。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1A圖示了根據一個實施例的NVM位單元的頂視圖。
[0008]圖1B和圖1C是根據一個實施例的NVM位單元的截面圖。
[0009]圖1D是根據一個實施例的成對NVM位單元的電路圖。
[0010]圖1E是根據一個實施例的成對NVM位單元的頂視圖。
[0011]圖2A是根據一個實施例的成對NVM位單元陣列的電路圖。
[0012]圖2B是根據一個實施例的成對NVM位單元陣列的頂視圖。
[0013]圖2C是根據一個實施例的具有金屬層的成對NVM位單元陣列的頂視圖。
[0014]圖3A是根據一個實施例的具有修改的電容器結構的NVM位單元的頂視圖。
[0015]圖3B是根據一個實施例的具有附加光刻注入的具有修改的電容器結構的NVM位單元的頂視圖。
[0016]圖3C是根據一個實施例的具有額外金屬接觸的NVM位單元的電路圖。
[0017]圖4A是根據一個實施例的NVM位單元的頂視圖。
[0018]圖4B是根據一個實施例的成對NMV位單元的電路圖。
[0019]圖4C是根據一個實施例的成對NVM位單元的頂視圖。
[0020]圖5A是根據一個實施例的成對NVM位單元陣列的電路圖。
[0021 ] 圖5B是根據一個實施例的成對NVM位單元陣列的頂視圖。
[0022]圖5C是根據一個實施例的具有金屬層的成對NVM位單元陣列的頂視圖。
[0023]圖6是根據一個實施例的具有修改的電容器結構的成對NVM位單元陣列的頂視圖。
[0024]圖7是根據一個實施例的圖示了在集成電路的設計和制造中的各種操作的流程圖。
【具體實施方式】
[0025]各實施例涉及一種非易失性存儲器(“NVM”)位單元，其具有電容性耦合至浮置柵極但是與源極和漏極二者電去耦的一個或多個有源區域。包含與源極和漏極分離的電容器允許對于浮置柵極的電壓的改進的控制。這轉而允許以與現有位單元相比高得多的效率執行CHEI (或IHEI)，由此減小向位單元提供電流所需的電荷泵的尺寸，從而降低存儲器的總尺寸。位單元可以被成對構造，從而進一步減小每個位單元的空間需求，由此減輕分離的電容器接觸的空間需求。位單元也可以由CHEI (或IHEI)操作并且由BTBT分離，這取決于施加在源極、漏極和電容器處的電壓。
[0026]可以使用標準的互補型金屬氧化物半導體制造工藝(“CMOS”工藝)創建位單元。在此描述的“NVM位單元”、“位單元”或“位”涉及CMOS型(即，基于晶體管的)非易失性存儲器。CMOS NVM位單元區別于其他類型NVM存儲器，諸如磁性存儲器，諸如在軟盤中找到的，或者諸如在⑶或DVD中找到的光學存儲器。在制造工廠(“fab”)中使用包括大量工藝步驟的CMOS工藝制造NVM位單元。
[0027]去耦電容器位單元
[0028]圖1A圖示了根據一個實施例的NVM位單元的頂視圖。位單元100被體現為P型或N型浮置柵極MOSFET。位單元100包括浮置柵極106，其橫跨兩個分離的有源區域114a、114b，兩者由非導電區域112相互隔離。非導電區域112也可以圍繞有源區域114a、114b。第一有源區域114a包括位單元的源極102和漏極104 二者。源極102和漏極104由浮置柵極106之下的溝道區域108所分離。
[0029]浮置柵極106也在第二有源區域114b之上至少延伸一部分。在第二有源區域114b之上的浮置柵極106的表面面積覆蓋被成型為使得在注入工藝期間電荷載流子向第二有源區域114b中的離子注入能夠穿透駐留在第二有源區域114b之上的浮置柵極106的部分至其之下。在一個實施例中，浮置柵極106的寬度140低于閾值以使得電荷載流子向第二有源區域114b中的注入能夠穿透駐留在第二有源區域114b之上的浮置柵極106的部分至其之下。在一個實施例中，這些注入的電荷載流子貫穿了浮置柵極106至其之下。因此，形成了電容器110，其中電容器的第一極板是浮置柵極106，而電容器的第二極板是第二有源區域114bο
[0030]位單元100具有可以向位單元施加電壓的三個分離的電接觸，從而由此影響浮置柵極106上的電荷。源極102被耦合至第一接觸116a，漏極104被耦合至第二接觸116b，并且電容器110被耦合至第三接觸116c。
[0031]圖1B和圖1C是根據一個實施例的NVM位單元的截面圖。圖1B圖示了在對應于第一有源區域114a的位單元的區域中、從圖1A沿著軸X/Y獲得的NVM位單元100的截面。位單元100包括位于柵極氧化物150頂部上的浮置柵極106。浮置柵極106由一個或多個間隔體158所圍繞。間隔體可以由氧化物或其他非導電材料制成。柵極氧化物150位于有源區域114a的頂部上。有源區域114可以是硅襯底，或者備選地它們可以是絕緣體上硅(SOI)型襯底。在另一實施例中，位單元100是多柵極(或FinFET)器件的一部分。
[0032]有源區域114a包括阱156，當位單元100導通時靠近阱156的表面處形成溝道區域108。溝道區域108被浮置柵極106覆蓋。有源區域114a也包括源極102和漏極104。溝道區域208的尺寸由源極102和漏極104區域之間的載流子的流動所限定，這取決于在源極102、漏極104處的電壓、浮置柵極106上的電荷、電容器110上的電壓、源極102和漏極104的摻雜、柵極氧化物150的厚度以及位單元100的諸如所使用的尺寸和材料的其他特性。
[0033]源極102和漏極104可以包括不同水平的注入電荷載流子。在一個實施例中，源極102和/或漏極104包括源-漏(S/D)延伸152。在一個實施例中，源極102和/或漏極104包括輕摻雜漏極(LDD)注入152。在一個實施例中，源極102和/或漏極104包括暈環注入154。源極和漏極區域可以被相互不同地摻雜以形成非對稱器件。例如，漏極可以具有注入而源極沒有，反之亦然。
[0034]在各種實施例中，源極102、漏極104、第一有源區域114a和第二有源區域114b的摻雜可以被改變以改變器件的性能。在一個實施例中，第二有源區域114b具有與第一有源區域中的源極/漏極注入相同極性的注入。這調整了電容器110以及讀取器件二者(即，通過溝道區域108)的閾值電壓VT。電容器110將接收注入以降低其VT，并且讀取器件將接收注入以提高其VT。在另一實施例中，漏極包括暈環注入和源極/漏極延伸注入。在漏極上的暈環注入可以使用兩個不同的光刻/注入步驟被形成。在另一實施例中，第一有源區域114a具有與源極和漏極相反極性的注入，并且第二有源區域114b并不具有注入。在另一實施例中，源極和漏極均具有暈環注入。在這一情形下，漏極的暈環注入具有比源極的暈環注入更高濃度的電荷載流子。在另一實施例中，第二有源區域114b具有與源極和漏極注入相同極性的注入。在這一情形下，注入短接了在浮置柵極106下方的第二有源區域114的部分。
[0035]圖1C圖示了在對應于第二有源區域114b的位單元的區域中、從圖1A沿著軸M/N獲取的NVM位單元100的截面圖。與圖1B相比，在圖1C中，第二有源區域114b包括S/D延伸160或LDD注入160中的至少一個。由于在第二有源區域114b之上的浮置柵極106的形狀，注入的電荷載流子160延伸至浮置柵極106下方，在一些實施例中如圖1C中所示貫穿至浮置柵極之下。浮置柵極106和電荷載流子注入160形成了電容器110的兩個極板。
[0036]為了減小位單元100的空間需求，位單元100可以是“成對的”。成對位單元被構造為近似是相互的翻轉反相(flipped inverse),如圖1D和圖1E中所示。圖1E是根據一個實施例的成對NVM位單元的電路圖。成對的位單元200包括兩個分離的單個位單元IOOa和100b。每個位單元IOOa和IOOb包括類似的浮置柵極106、源極102、漏極104和電容器110。例如，位單元IOOa包括浮置柵極106a、源極102a、漏極104a和電容器110a，而位單元IOOb包括浮置柵極106b、源極102b、漏極104b和電容器110b。
[0037]盡管單個位單元IOOa或IOOb具有被操作以形成位單元功能的三個電接觸，但在一個實施例中成對的位單元200僅具有四個電接觸以控制兩個單獨位單元IOOa和IOOb的操作。在這種結構中，位單元IOOa和IOOb共用兩個電接觸以便于減少操作位單元所需的電接觸的總數目。每個漏極104a和104b具有其自身的電接觸。在具有以陣列方式布置的許多位單元的存儲器結構中，這些電接觸可以賦值身份以相互區別位。例如，用于漏極104a的電接觸可以被稱作頁面1、位O接觸，并且用于漏極104b的電接觸可以被稱作頁面O、位I接觸。
[0038]然而，源極102a和102b與配對中的另一個位單元的電容器(在這一情形中分別是電容器IlOb和IlOa)共用電接觸。例如，位單元IOOa的源極102a與位單元IOOb的電容器IlOb共用電接觸。這一電接觸可以被稱作行O頂部接觸。位單元IOOb的源極102b與位單元IOOa的電容器IlOa共用電接觸。這一電接觸可以被稱作行O底部接觸。
[0039]圖1D圖示了布置用于成對位單元200的電接觸的一種可能方式。在一個實施例中，使用被分離地沉積以使得它們相互電隔離的多層金屬來形成用于成對位單元200的電接觸。圖1E是根據在圖1D所描繪的相同實施例的成對NVM位單元的頂視圖。
[0040]圖2A是根據一個實施例的成對NVM位單元陣列的電路圖。位單元陣列共用在位單元之間的電接觸以便于最小化操作位單元陣列所需的電接觸的數目。位單元陣列以行和列格式共用電接觸以使得通過選擇性地控制向特定行和陣列供電，可以控制陣列中的單個位單元。
[0041]列被耦合至陣列中位單元的漏極104。每個列可以被稱作“頁面”，因為位單元100具有列-頁面架構，例如，在圖2A中的頁面I至頁面5。每個頁面可以在位單元陣列的不同行中在位單元的漏極104之間被共用。例如，在行之間共用用于列的電接觸，以使得位單元IOOa與位單元IOOg的漏極104g共用了漏極104a電接觸，此處為頁面O。行被耦合至陣列中的位單元的源極102和電容器110，例如圖2A中的行O和I。在一個實施例中，行被各自劃分為兩個分離的群組，行頂部接觸和行底部接觸。
[0042]圖2B是根據一個實施例的成對NVM位單元陣列的頂視圖。圖2B圖示了單個行的三個成對位單元200以及陣列的六個列。圖2B圖示了在位單元陣列的單個行中的三個成對位單元200或六個單獨位單元100，然而，所圖示的位單元的行可以繼續如由在附圖中邊緣處的虛線所指示。圖2B僅圖示了位單元的單個行，然而，位單元陣列可以包括許多類似的行。位單元IOOa和IOOb構成了第一成對位單元200a，位單元IOOc和IOOd構成了第二成對位單元200b，并且位單元IOOe和IOOf構成了第三成對位單元200c。
[0043]在圖2B的示例中，行O頂部接觸與第一位單元IOOa的電容器110a、第四位單元IOOd的源極102d、第三位單元IOOc的電容器110c、第六位單元IOOf的源極102f、第五位單元IOOe的電容器IlOe以及連接至行O頂部的第一行(未示出)中的其他位單元的源極和電容器共用第二位單元IOOb的源極102b。類似地，行O底部接觸與第四位單元的電容器110d、第三位單元102c的源極102c、第五位單元IOOe的源極102e、第六位單元102f的電容器IlOf以及在并未連接至行O頂部的第一行(未示出)中的其他位單元的源極和電容器共用第一位單元的源極102a。
[0044]圖2C是根據一個實施例的具有金屬層的成對NVM位單元陣列的頂視圖。在圖2C中，僅為了可讀性而覆蓋了位單元100的浮置柵極106，因為浮置柵極與向位單元供電的金屬層電隔離。在圖2C中，豎直地沉積頁面金屬層,而水平地沉積行金屬層。在一個實施例中，行金屬層通常垂直于列金屬層。在一個實施例中，行金屬層包括重疊區段220，其從行金屬層突起以將行金屬層耦合至位單元100的源極102和電容器110。電接觸之間的耦合豎直地發生，垂直于襯底的平面。這些重疊區段220可以被交織在行頂部和行底部金屬層之間以便于進一步節省位單元陣列的總尺寸中的空間。
[0045]圖3A是根據一個實施例的具有修改的電容器結構的NVM位單元300a的頂視圖。電容器310a的電容由在第二有源區域114b之上的浮置柵極306a的形狀確定，因為浮置柵極306a用作電容器的一個極板。此外，浮置柵極306a的形狀至少部分地確定附加電荷載流子的注入將在何處進入第二有源區域114b，從而由此形成電容器310a的第二極板。取決于在第二有源區域114b之上的浮置柵極306a的尺寸和形狀，在浮置柵極306a與第二有源區域114b之間的電容將改變。通常，增大在第二有源區域114b之上的浮置柵極306b的尺寸增加浮置柵極306b的其中第二有源區域114b中的注入物能夠穿過浮置柵極306至其下方的區域中的電容。
[0046]如果浮置柵極306a的寬度大于指定寬度340a，則附加電荷載流子的注入將無法穿透浮置柵極306a的擴寬區域至其下方，不論注入的角度如何。這在擴寬區域下方為溝道區域留下了空間。浮置柵極的擴寬區域用作晶體管。當浮置柵極的寬度等于指定寬度340a或更小時，則LDD注入在浮置柵極之下短接在一起。當注入在浮置柵極306下方短接時，浮置柵極306完全電容性耦合至有源區域114b。此外，在這種情形下，其與阱或有源區域114b下方的襯底隔離開。
[0047]在圖3A的實施例中，浮置柵極306a的形狀和尺寸已經從在圖1A中所示的浮置柵極106的實施例被變更，以與在圖1A中所圖示的實施例相比增大在第二有源區域114b之上的浮置柵極306a的表面積。在第二有源區域114b之上所有點處，浮置柵極306a具有小于或等于閾值寬度的寬度A340a，在閾值寬度的注入的電荷載流子不再穿透浮置柵極306a至其下方。增大第二有源區域114b之上的浮置柵極306a的表面積而不超過指定寬度的其他形狀也在預期之中。增大第二有源區域114b之上的浮置柵極306a的表面積而同時也超過指定寬度的其他形狀也在預期之中。
[0048]圖3B是根據一個實施例的具有附加光刻注入的具有修改的電容器結構的NVM位單元300b的頂視圖。在這一實施例中，不是約束浮置柵極的寬度，而是將附加光刻或光刻注入步驟添加至標準的CMOS邏輯工藝。在這一實施例中，在浮置柵極306b被添加至位單元300b之前，光刻注入步驟將附加電荷載流子注入第二有源區域114b中。因為浮置柵極306a尚未被添加至位單元，所以光刻注入可以在第二有源區域114b上的任意位置注入電荷載流子以形成電容器310b極板中的一個極板，不論浮置柵極306b的寬度340b如何。附加注入將浮置柵極電容器310b與其下方的阱或襯底隔離開。在其他實施例中，電容器并未與其下方的阱隔離開。
[0049]作為結果，浮置柵極306b無需被限定為以上描述的閾值寬度，以便增大在浮置柵極306b與第二有源區域114b之間的電容值。在一個實施例中，浮置柵極306b具有大于寬度A340a的寬度B340b。在這一實施例中，有源區域114b具有附加電荷載流子的光刻注入。
[0050]圖3C是根據一個實施例的具有額外電接觸的成對NVM位單元300c的電路圖。成對位單元300c并未在源極102a和電容器IlOb之間共用電接觸。作為替代，每個源極102和電容器110具有其自身的電接觸，其與位單元陣列的相同行中的其他位單元共用(未示出)。
[0051]在位單元陣列的單個行中的成對位單元300c中的位單元的源極102與行源極頂部電接觸或者與行源極底部電接觸共用電接觸。在位單元陣列的單個行中的成對位單元300c中的位單元的電容器110與行電容器頂部電接觸或者與行電容器底部電接觸共用電接觸。對于成對位單元300c中的位單元的源極102和電容器110具有分離的電接觸允許當電流被施加至位單元陣列時在電接觸之上寫入、讀取或擦除位時的更好的控制和靈活性。去耦電容器位單元操作
[0052]位單元100的結構允許更好地處理對于如何操作位單元100的控制。位單元100使用帶間隧穿(BTBT)以對浮置柵極編程，并且取決于位單元是N型還是P型而使用溝道熱電子注入(CHEI)或沖擊離子化熱電子注入(IHEI)以擦除浮置柵極。以下描述對使用CHEI進行擦除的N型位單元100的操作進行了描述，然而，概念同樣適用于作為替代的使用IHEI進行擦除的P型位單元。
[0053]位單元100的許多優點之一是因為電容器110從源極102和漏極104 二者去耦，所以電容器Iio可以用來調整浮置柵極106上的電壓而不會影響在源極102或漏極104處的電壓。由于在浮置柵極106和第二有源區域114b之間的電容，浮置柵極106電壓將正比于施加在第二有源區域114b處的電壓。例如，如果在浮置柵極106和第二有源區域114b之間具有50%電容性耦合，則浮置柵極106電壓將被耦合施加至第二有源區域114b的電壓變化的50% (即，電容器110電接觸)。偏置浮置柵極而不影響源極102電壓或漏極104的能力改進了讀取和CHEI/IHEI操作的效率，并且改進了對BTBT操作的控制。[0054]為了經由CHEI擦除浮置柵極106，源極102和漏極104電壓被分離地調整以在源極102和漏極104之間形成電壓降。源極被設置為高電壓，例如7伏(V)，并且漏極被設置為低電壓，例如為0V。電壓降跨溝道區域108在源極102和漏極104之間建立了高強度電場。電場使得電子從源極102朝向漏極104加速。一些電子將具有足夠能量(例如，它們足夠“熱”)以被注入至浮置柵極106上。
[0055]通過經由電容器控制柵極電壓，CHEI可以被更好地優化。通過獨立地使得柵極電壓高于源極-漏極電壓Vds，在每一點上有效地增大CHEI。在一種實現方式中，可以通過使得浮置柵極高達8V而在源極和漏極之間電壓降(Vds)為OV而有效地完成CHEI。在一種實現方式中，位單元100是在源極和漏極上的具有非對稱注入的5V位單元。
[0056]在擦除操作期間的位單元100中，可以調整浮置柵極106的電壓而同時發生CHEI以最大化電子注入效率。例如，通過在電容器Iio處施加低電壓而將浮置柵極106耦合至低電壓改進了注入效率，而沒有影響在源極102或漏極104處的電壓。通過隨著在浮置柵極106處的電壓由于CHEI而改變而改變電容器110電壓的值可以進一步優化CHEI，以便于維持更高的CHEI效率。
[0057]維持高CHEI效率降低了位單元執行CHEI并且因此擦除浮置柵極106所需的電流的量。降低執行擦除操作所需的電流量意味著可以對于源極和漏極電壓采用電源電壓執行CHEI，由此消除了對于產生足夠高電流以執行CHEI的電荷泵的需要。從位單元移除了電荷泵大大減小了包括位單元100的存儲器基礎結構的尺寸和復雜性。此外，在一些實施例中，電荷泵可以僅用于驅動電容器，從而由此減小電荷泵上的負載，并且從而因此減小驅動電容器負載所需電荷泵的尺寸。
[0058]為了經由BTBT對浮置柵極106寫入，源極102和漏極104電壓被分離地調整以在漏極104附近形成強電場。當在位于漏極104和溝道區域108處的摻雜區域的邊界附近的耗盡區域附近存在強電場時，BTBT發生。在漏極104的摻雜區域的邊緣處存在例如6至8V的高電壓、以及在溝道區域108的耗盡區域中存在極少量電荷載流子，引起空穴隧穿至浮置柵極106。
[0059]BTBT也可以被描述為反向二極管擊穿效應，其中正向方向將是電流從源極102和溝道區域108流至漏極104的方向。在大電壓下沿反向方向，二極管擊穿并且空穴隧穿至浮置柵極106上。如果漏極上的電壓保持相對恒定，則當足夠的空穴隧穿至浮置柵極106時，柵控二極管將不再處于擊穿電壓之上并且BTBT將關斷。因此，BTBT允許相當精確地控制添加至浮置柵極106的電荷載流子數目。
[0060]在一個實施例中，可以通過與源極102相比非對稱地摻雜漏極104而增強BTBT。例如，暈環注入154的添加引起耗盡區域尺寸減小，當高電壓被施加至漏極104時為空穴隧穿至浮置柵極106上創造了更好的條件。摻雜劑濃度增大引起耗盡區域寬度縮減。給定電壓跨越的距離越小，電場將越強。電場越強，則當越過耗盡區域時電子或空穴將獲得更多能量。
[0061]為了讀取浮置柵極106上的電壓，源極102、漏極104和電容器被設置為將取決于浮置柵極106上的電壓而導通或者關斷位單元100的不同電壓。對于示例N型位單元100而言，假設位單元10具有0.5V的閾值電壓VT。可以由一 IV(假設源極102、漏極104和電容器110被設置為OV偏置)的浮置柵極106電壓表示O的邏輯狀態(即，位單元100處于“關斷”狀態)。相反地，可以由OV的浮置柵極106電壓表示I的邏輯狀態(即，位單元處于“導通”狀態)。
[0062]當從位單元100讀取時，源極102電壓被提高至一電平以使得如果位單元100具有I的邏輯狀態，則位單元100導通并且電流流過在源極102和漏極104之間的溝道108。如果位單元具有O的邏輯狀態并且源極102電壓被提高至相同電平，則位單元100將不導通并且電流將不流過源極102與漏極104之間的溝道108。
[0063]在位單元陣列中，電容器110上的電壓可以被改變以選擇性地讀取位單元陣列中的特定位單元100。在位單元陣列的一個實施例中，單獨提高源極102電壓不足以激活位單元，不論位單元100具有存儲在浮置柵極106上的I或O的邏輯值。在這一實施例中，提高電容器100電壓使得浮置柵極106電壓被提高至電容器電壓的一定百分比。提高電容器110電壓與提高源極102電壓結合起來允許激活位單元100以使得電流流過溝道108。選擇合適的電容器110電壓和源極102電壓如果浮置柵極106具有I的邏輯值則將引起位單元100導通，并且如果浮置柵極具有O的邏輯值則保持關斷。
[0064]通常，有利的是非易失性存儲器位單元具有快速讀取時間。實現快速讀取時間的一種方式是使用在位單元的源極和漏極處的電壓的大差值來讀取。然而，如果電容器被短接至源極，如現有非易失性存儲器位單元的情形，則源極電壓提高過多可以由于電容性耦合而使得浮置柵極導通，此時浮置柵極應該替代地保持關斷。因為電容器110從位單元100中源極102和漏極104去耦,所以位單元100并不受該問題困擾。可以采用在源極和漏極上低電壓以及柵極上高電壓來讀取位單元。這允許相對較高的溝道電流，因為器件在飽和狀態下被使用，但是源極至漏極電壓足夠低以避免任何電子獲得足夠能量而穿過柵極氧化物注入至浮置柵極上。
[0065]使用位單元源極和漏極之間的電壓的大差值以執行快速讀取也可以引起非易失性存儲器位單元經受不期望的CHEI干擾，其中即使并非有意但是由于高讀取電壓仍將發生CHEI。位單元100能夠通過使用電容器100以在讀取期間將浮置柵極106耦合至更高電壓而補償并且防止CHEI干擾，從而允許對于快速讀取使用低的源極-漏極電壓差而不會引起CHEI干擾。
[0066]位單元100也可以利用自適應讀取方案，其調整電容器100上的電壓以補償工藝-電壓-溫度(PVT)變化。PVT變化可以影響在讀取期間提供的電流量。重復周期循環(編程和擦除)可以導致電荷俘獲在溝道108與柵極氧化物150之間的界面處。電荷俘獲可以引起位單元的閾值電壓Vt的偏移，從而由此影響位單元的性能。自適應讀取方案可以用來補償由于PVT或電荷俘獲導致的不正確位單元性能。在一個實施例中，通過使用被編程為I的邏輯狀態的參考位單元以設置偏置條件以使得提供已知的讀取電流而實施自適應讀取方案。參考位單元的讀取電流可以用來調整用以讀取位單元的各種電壓。參考位單元應該與在各種PVT條件下的位單元表現相同。自適應讀取方案隨后可以調整電容器110電壓以補償由于PVT變化導致的位單兀的閾值電壓的任何改變。在一個實施例中，參考位單元相對于位單元陣列中的行而周期循環以更好地模仿電荷俘獲行為并且因此更好地控制自適應讀取方案。
[0067]以下闡明的表I圖示了對于示例N型實施例的讀取、寫入和擦除操作。
[0068]表1:位單元100操作
【權利要求】
1.一種非易失性存儲器位單元，包括: 在襯底中的第一有源區域，所述第一有源區域包括源極和漏極，所述漏極具有暈環注入并且所述源極不具有暈環注入； 在所述襯底中的第二有源區域，由非導電區域與所述第一有源區域分離； 浮置柵極，位于在所述源極和所述漏極之間的所述第一有源區域之上、所述第二有源區域之上以及所述非導電區域之上；以及 電容器，包括第一極板和第二極板，所述電容器與所述源極和所述漏極分離，所述第一極板包括所述浮置柵極的在所述第二有源區域之上的一部分，并且所述第二極板包括所述第二有源區域的在所述浮置柵極之下的一部分。
2.一種非易失性存儲器位單元，包括: 在襯底中的第一有源區域，所述第一有源區域包括源極和漏極； 在所述襯底中的第二有源區域，由非導電區域與所述第一有源區域分離； 浮置柵極，位于在所述源極和所述漏極之間的所述第一有源區域之上、所述第二有源區域之上以及所述非導電區域之上；以及 電容器，包括第一極板和第二極板，所述第一極板包括所述浮置柵極的在所述第二有源區域之上的一部分，并且所述第二極板包括所述第二有源區域的在所述浮置柵極之下的一部分。
3.根據權利要求2所述的非易失性存儲器位單元，其中所述電容器與所述源極和所述漏極分尚。
4.根據權利要求2所述的非易失性存儲器位單元，其中所述第二有源區域包括電荷載流子的注入，所述注入包括源極漏極延伸注入與輕摻雜漏極(LDD)注入中的至少一個。
5.根據權利要求4所述的非易失性存儲器位單元，其中所述注入被配置用于將電荷載流子注入所述浮置柵極的在所述第二有源區域之上的整個部分之下。
6.根據權利要求2所述的非易失性存儲器位單元，其中所述浮置柵極的在所述第二有源區域之上延伸的所述一部分包括小于或者等于指定寬度的寬度，在所述指定寬度之上電荷載流子的附加注入無法穿透所述第二有源的區域的位于所述浮置柵極的所述一部分之下的整個部分。
7.根據權利要求2所述的非易失性存儲器位單元，其中所述第一有源區域包括源極漏極延伸注入和輕摻雜漏極(LDD)注入中的至少一個，并且其中所述漏極包括暈環注入。
8.根據權利要求2所述的非易失性存儲器位單元，包括連接至所述源極的第一電接觸，連接至所述漏極的第二電接觸，以及連接至所述第二有源區域的第三電接觸。
9.根據權利要求8所述的非易失性存儲器位單元，其中所述第一電接觸與第二位單元的第二電容器被共用，并且所述第三電接觸與所述第二位單元的第二源極被共用。
10.根據權利要求2所述的非易失性存儲器位單元，其中所述第二有源區域具有與在所述第一有源區域中的源極/漏極注入相同極性的注入。
11.根據權利要求2所述的非易失性存儲器位單元，其中所述漏極包括暈環注入和源極/漏極延伸注入。
12.根據權利要求11所述的非易失性存儲器位單元，其中，使用兩個不同的光刻/注入步驟在所述漏極上形成所述暈環注入。
13.根據權利要求2所述的非易失性存儲器位單元，其中所述第一有源區域具有與所述源極和漏極相反極性的注入，并且所述第二有源區域不具有注入。
14.根據權利要求2所述的非易失性存儲器位單元，其中所述源極和漏極均具有暈環注入，并且其中所述漏極的暈環注入具有比所述源極的暈環注入更高的電荷載流子濃度。
15.根據權利要求2所述的非易失性存儲器位單元，其中所述第二有源區域具有與源極和漏極注入相同極性的注入，所述注入短接所述第二有源區域的在所述浮置柵極之下的所述一部分。
16.一種成對非易失性存儲器位單元，包括: 在襯底中的第一有源區域，所述第一有源區域包括第一源極、第一漏極和第二電容器； 第二有源區域，由非導電區域與所述第一有源區域分離，所述第二有源區域包括第二漏極、第二源極和第一電容器； 第一浮置柵極，位于在所述第一源極和所述第一漏極之間的所述第一有源區域之上、所述第二有源區域之上以及所述非導電區域之上； 第二浮置柵極，位于在所述第二源極和所述第二漏極之間的所述第二有源區域之上、所述第一有源區域之上以及所述非導電區域之上； 第一電容器，包括第一 極板和第二極板，所述第一極板包括所述第一浮置柵極的在所述第二有源區域之上的一部分，并且所述第二極板包括所述第二有源區域的在所述第一浮置柵極之下的一部分；以及 第二電容器，包括第一極板和第二極板，所述第一極板包括所述第二浮置柵極的在所述第一有源區域之上的一部分，并且所述第二極板包括所述第一有源區域的在所述第二浮置柵極之下的一部分。
17.根據權利要求16所述的非易失性存儲器位單元，其中所述第一電容器與所述第一源極和所述第一漏極分離，并且其中所述第二電容器與所述第二源極和所述第二漏極分離。
18.根據權利要求16所述的非易失性存儲器位單元，其中所述第二有源區域包括電荷載流子的注入，所述注入包括源極漏極延伸注入、輕摻雜漏極(LDD)注入以及暈環注入中的至少一個。
19.根據權利要求18所述的非易失性存儲器位單元，其中所述注入被配置用于將電荷載流子注入所述第二有源區域的在所述第一浮置柵極的所述一部分之下的整個部分。
20.根據權利要求16所述的非易失性存儲器位單元，其中所述第一浮置柵極的在所述第二有源區域之上延伸的所述一部分包括小于等于指定寬度的寬度，在所述指定寬度之上電荷載流子的附加注入無法穿透所述第二有源區域的在所述第一浮置柵極的所述一部分之下的整個部分。
21.根據權利要求16所述的非易失性存儲器位單元，其中所述第一源極和所述第一漏極包括源極漏極延伸注入和輕摻雜漏極(LDD)注入中的至少一個。
22.根據權利要求16所述的非易失性存儲器位單元，包括連接至所述第一源極和所述第二電容器的第一電接觸，連接至所述第一漏極的第二電接觸。
23.根據權利要求22所述的非易失性存儲器位單元，包括連接至所述第二源極和所述第一電容器的第三電接觸，連接至所述第二漏極的第四電接觸。
24.根據權利要求16所述的非易失性存儲器位單元，包括連接至所述第一源極的第一電接觸，連接至所述第一漏極的第二電接觸，連接至所述第一電容器的第三電接觸，連接至所述第二源極的第四電接觸，連接至所述第二漏極的第五電接觸，以及連接至所述第二電容器的第六電接觸。
25.一種非瞬態機器可讀介質，存儲代表非易失性存儲器位單元的數據，所述非易失性存儲器位單元包括: 在襯底中的第一有源區域，所述第一有源區域包括源極和漏極； 第二有源區域，由非導電區域與所述第一有源區域分離； 浮置柵極，位于在所述源極和所述漏極之間的所述第一有源區域之上、所述第二有源區域之上以及所述非導電區域之上；以及 電容器，包括第一極板和第二極板，以使得所述第一極板是所述浮置柵極的在所述第二有源區域之上的一部分，并且所述第二極板是所述第二有源區域的在所述浮置柵極之下的一部分。
26.根據權利要求25所述的非瞬態機器可讀介質，其中所述電容器與所述源極和所述漏極分離 。
【文檔編號】G06F13/00GK104040514SQ201380005155
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2013年1月17日 優先權日:2012年1月30日
【發明者】A·E·霍奇 申請人:美商新思科技有限公司