多階氮化硅只讀記憶胞的程序化方法

專利名稱：多階氮化硅只讀記憶胞的程序化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種半導(dǎo)體內(nèi)存程序化的方法，且特別是有關(guān)于一種多階氮化硅只讀記憶胞的程序化方法。
背景技術(shù)：
非揮發(fā)性(Non-volatile)半導(dǎo)體內(nèi)存組件是設(shè)計用以在即使沒有電能的情況下，仍保持其中已程序化的信息?，F(xiàn)今普遍采用的非揮發(fā)性半導(dǎo)體內(nèi)存，包括有只讀存儲器(read-only memories，ROMs)，它在制造時就程序化用以存儲固定不變的位格式，并在隨后不可以再次對其程序化。可編程只讀存儲器(Programmable read-only memories，PROMs)是實際可編程內(nèi)存組件的一種形式，它可以由可編程只讀存儲器編程器(PROMprogrammer)做一次的程序化?？赡ǔ目删幊讨蛔x存儲器(Erasableprogrammable read-only memories EPROMs)可以像可編程只讀存儲器那樣的程序化，但它可以被抹除，例如，將其暴露在紫外線下，此紫外線將其所有的位都設(shè)置到一已知狀態(tài)(比如，邏輯1)?？呻娦阅ǔ目删幊讨蛔x存儲器(Electrically erasable programmable read-only memories，EEPROMs)與可抹除的可編程只讀存儲器相似，除了其單個的存儲位可以被電性地抹除之外。一種可電性抹除的可編程只讀存儲器的具體形式，即稱作閃存(flash memories)的，雖然其記憶胞可單獨地程序化，但它通常都是按塊為單位來抹除。
氮化硅只讀存儲器(Nitride read-only memory，NROM)組件代表了非揮發(fā)性內(nèi)存相對新穎的一種發(fā)展。(首字母縮寫詞“NROM”是以色列Netanya的Saifun半導(dǎo)體有限公司的聯(lián)合商標(biāo)的一部分。)這些組件將信息以局部化的捕陷電荷(trapped charges)的形式而存儲。某些氮化硅只讀存儲器組件可以在每個記憶胞存儲多個位。按照一典型的實施，電荷可以存儲在一氮化硅層的兩個區(qū)域，此兩個區(qū)域構(gòu)成典型的氮化硅只讀記憶胞的一部分。此外，一多位的氮化硅只讀記憶胞可以由一單個的晶體管而構(gòu)成，由此獲得的氮化硅只讀存儲器數(shù)組的密度，比其它非揮發(fā)性內(nèi)存的密度要高，這些其它的非揮發(fā)性內(nèi)存則是由許多其它的方式而獲得。
一氮化硅只讀存儲器組件，例如一氮化硅只讀記憶胞，通常是通過對其終端施加程序化的電壓而程序化。程序化電壓具有將電荷注入到氮化硅只讀存儲器組件的電荷捕陷(charge-trapping)層的作用，并由此修改了其中的臨界電壓Vt。一些氮化硅只讀存儲器組件在其電荷捕陷層有兩個數(shù)據(jù)區(qū)域，通過修改靠近氮化硅只讀記憶胞的源極或汲極的一局部化區(qū)域的臨界電壓Vt值，此兩個數(shù)據(jù)區(qū)域可以存儲各自獨立的數(shù)據(jù)值。當(dāng)臨界電壓Vt可以呈現(xiàn)兩個可區(qū)別的值時，每個數(shù)據(jù)區(qū)域就可以存儲一位的信息。
一氮化硅只讀記憶胞中兩個數(shù)據(jù)區(qū)域之間可能存在一些不可避免的數(shù)據(jù)干擾。因此，對一數(shù)據(jù)區(qū)的程序化可能影響到對同一記憶胞中另一數(shù)據(jù)區(qū)的程序化，有一相關(guān)現(xiàn)象被稱作為“第二位作用”(second-bit effect)。此“第二位作用”會減低氮化硅只讀存儲器組件的結(jié)構(gòu)的有效操作區(qū)域。
因此，在此先前技術(shù)中就存在一種需要，即提供一種方法用以程序化氮化硅只讀記憶胞，而此方法可以減輕“第二位作用”。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明通過提供一種程序化記憶胞的方法而致力于上述這些需要，例如電荷捕陷記憶胞，它可以作為氮化硅只讀記憶胞的形式，且其中的“第二位作用”可以減少。在此揭示的發(fā)明，包括一方法，此方法包括提供含有多個數(shù)據(jù)區(qū)域的一記憶胞的步驟，每個數(shù)據(jù)區(qū)域程序化為多個程序值的其中之一，接著是這樣一步驟，即根據(jù)多個數(shù)據(jù)區(qū)的每個數(shù)據(jù)區(qū)的程序值，獲得一程序化驗證(program verify，PV)位階。從而，定義出收集到的程序化驗證位階和數(shù)據(jù)區(qū)的關(guān)聯(lián)(或稱對)。此方法繼續(xù)按照這些數(shù)據(jù)區(qū)關(guān)聯(lián)的程序化驗證位階，生成收集到的數(shù)據(jù)區(qū)關(guān)聯(lián)的一排列次序。隨后，數(shù)據(jù)區(qū)中至少的其中之一，按照這排列次序而程序化。
本發(fā)明包括提供另一氮化硅只讀記憶胞的方法，這氮化硅只讀記憶胞具有多個數(shù)據(jù)區(qū)，每個數(shù)據(jù)區(qū)可程序化為一臨界電壓Vt的多個數(shù)值的其中之一。按照此方法一代表性的實施例，氮化硅只讀記憶胞提供有兩個數(shù)據(jù)區(qū)，每個數(shù)據(jù)0區(qū)可程序化為四個臨界電壓Vt數(shù)值的其中之一。根據(jù)一臨界電壓Vt的數(shù)值，每個數(shù)據(jù)區(qū)接收到一個程序化驗證位階，并且多個收集的(程序化驗證位階，數(shù)據(jù)區(qū))對將得以定義。然后，此(程序化驗證位階，數(shù)據(jù)區(qū))對可按收集中的每一對的程序化驗證位階而排列順序，因而數(shù)據(jù)區(qū)就可按此排列順序而先后地被程序化。
本發(fā)明還包括提供一氮化硅只讀記憶胞，它含有一源極、一汲極、一閘極，和多個數(shù)據(jù)區(qū)，每個數(shù)據(jù)區(qū)可程序化為臨界電壓Vt的多個數(shù)值的其中之一。在一已抹除狀態(tài)下，一氮化硅只讀記憶胞的較佳實施例展現(xiàn)一低的臨界電壓Vt。在此氮化硅只讀記憶胞實施例的一數(shù)據(jù)區(qū)，可通過對其源極、汲極、閘極施加電位(potentials)而程序化，這電位的施加使得信道熱電子(channel hot electron)被注入到數(shù)據(jù)區(qū)。在一已抹除狀態(tài)下，一氮化硅只讀記憶胞的另一說明實施例展現(xiàn)一高的臨界電壓Vt。在此氮化硅只讀記憶胞實施例的一數(shù)據(jù)區(qū)，可通過對其源極、汲極、閘極施加電位而程序化，這電位的施加使得能帶至能帶(band-to-band)熱電洞被注入到資料區(qū)。
為讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，并配合所附圖式，作詳細(xì)說明如下。


圖1是一氮化硅只讀記憶胞的橫截面圖示。
圖2A是一氮化硅只讀記憶胞的橫截面圖標(biāo)，說明其通過信道熱電子的注入而程序化。
圖2B是一氮化硅只讀記憶胞的橫截面圖示，說明其通過能帶至能帶熱電洞的注入而程序化或抹除。
圖3繪示一氮化硅只讀記憶胞，它可以存儲四個位的信息。
圖4A、4B、5A、5B、6A和6B是象征性的圖示，它繪示使用信道熱電子方法的程序化技術(shù)的實驗結(jié)果。
圖7是一氮化硅只讀記憶胞的橫截面圖示，說明其通過富勒-諾得漢穿隧方法(Fowler-Nordheim tunneling)而抹除。
圖8是一流程圖，它概括了本發(fā)明一實施例的方法。
10氮化硅只讀記憶胞12P-型基底14具有源極作用的N+擴散區(qū)域16具有汲極作用的N+擴散區(qū)域18第一氧化物層20硅氮化物層22第二氧化物層24閘極26左資料區(qū)28右資料區(qū)30汲極終端31閘極終端32源極終端33負(fù)電子流34能帶至能帶熱電洞35電子00 state00狀態(tài)01 state01狀態(tài)
10 state10狀態(tài)11 state11狀態(tài)Vtvalues臨界電壓值PV程序化驗證位階L左資料區(qū)R右資料區(qū)40、42、44、46、48、50、52、56、58、60、64、66、68、72、74、76、80、82、84、88、90、92臨界電壓Vt分布值54臨界電壓Vt數(shù)值48和臨界電壓Vt數(shù)值52之間的差異62臨界電壓Vt數(shù)值56和臨界電壓Vt數(shù)值60之間的差異70臨界電壓Vt數(shù)值64和臨界電壓Vt數(shù)值68之間的差異78臨界電壓Vt數(shù)值76和臨界電壓Vt數(shù)值72之間的差異86臨界電壓Vt數(shù)值84和臨界電壓Vt數(shù)值80之間的差異94臨界電壓Vt數(shù)值92和臨界電壓Vt數(shù)值88之間的差異具體實施方式
在如下的詳細(xì)說明中，只要可能，繪示中相同或相似的引用標(biāo)號及其描述都是指相同或相似的部分。要注意的是，繪示是以簡單的形式而且并不是以精確的比例尺寸給出。在此對本揭示的引用，只為方便和清楚的目的，在所附圖式中使用了如下方向性的術(shù)語，例如，頂部、底部、左邊、右邊、向上、向下、在…之上、在…上面、在…下面、在…之下、后面，以及前面。這些方向性的術(shù)語不應(yīng)解釋作以任何方式限制本發(fā)明的范圍。
雖然在此的本揭示引用幾個圖解的實施例，這些實施例應(yīng)該理解為示范性地給出，而非限制性地給出。雖然是討論較佳實施例，然以下詳細(xì)描述的目的，應(yīng)解釋為涵蓋所有這些實施例的些許修改、可選擇的方法，以及這些實施例的等同物，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，上述這些所涵蓋的方面，都為本發(fā)明后附的申請專利范圍所界定。應(yīng)理解并鑒賞的是，在此描述的處理步驟和結(jié)構(gòu)，并不覆蓋對氮化硅只讀記憶胞程序化或抹除的整個處理流程。本發(fā)明可以結(jié)合本領(lǐng)域傳統(tǒng)采用的各種各樣集成電路的運作方法而實施，正是如此多的普通實際步驟包括于此，本發(fā)明才得以被明白理解。本發(fā)明具有在半導(dǎo)體組件及其一般處理方法的領(lǐng)域的適用性。不過，為圖示說明的目的，以下的描述屬于程序化一氮化硅只讀記憶胞的方法。
請具體參考圖標(biāo)，圖1是一記憶胞的橫截面圖示，其正如一非揮發(fā)性電荷捕陷記憶胞。如現(xiàn)在具體表達(dá)的，非揮發(fā)性電荷捕陷記憶胞包含一氮化硅只讀記憶胞10。氮化硅只讀記憶胞10形成在一P-型基底12上，此P-型基底里也形成具有一源極作用的N+擴散區(qū)域14，以及具有一汲極作用的N+擴散區(qū)域16。在操作中，在基底12處于源極14和汲極16之間形成一通道。這圖標(biāo)的實施例還包括在這通道上面形成的一第一氧化物層18。一硅氮化物層20蓋在第一氧化物層18的上面，一第二氧化物層22蓋在硅氮化物層20的上面，還有一閘極24蓋在第二氧化物層22的上面。第一和第二氧化物層18和22可由二氧化硅物而構(gòu)成，而閘極24可由多晶硅而構(gòu)成。在實施例繪示的三層特征，包括這第一氧化物層18、硅氮化物層20，以及第二氧化物層22，它們可認(rèn)為是一電荷捕陷結(jié)構(gòu)，或者如當(dāng)前圖標(biāo)說明的，歸作為一氧化物-氮化物-氧化物(oxide-nitride-oxide，ONO)層。本實施例中的此氧化物-氮化物-氧化物層在圖標(biāo)中含有左數(shù)據(jù)區(qū)26和右數(shù)據(jù)區(qū)28。在本發(fā)明些許修改的實施例中，可采用少一些或多一些的數(shù)據(jù)區(qū)。
在圖1繪示的實施例，終端通常連接到汲極，源極和閘極。如圖2A所示，一汲極終端30可連接到汲極16。此外，一閘極終端31可連接到閘極24，還有一源極終端32可連接到源極14。當(dāng)合適的電位施加到汲極終端30、閘極終端31、源極終端32的時候，電荷就注入到氧化物-氮化物-氧化物層，從而程序化氮化硅只讀記憶胞。一種操作氮化硅只讀記憶胞的可仿效的模式，稱作為程序到高(Program-to-High)，抹除到低(Erase-to-Low)，或簡稱作一高程序(High Program，HP)模式。根據(jù)高程序模式，一大的正電位(如10伏特)施加到閘極終端31，源極終端32是接地的，并且一中等的正電位(如6伏特)施加到汲極終端30。此時會有偏壓(Bias)的情形，使得在氮化硅只讀記憶胞10處于源極14和汲極16之間的一信道，建立起一電子流33。在一具有橫向和垂直成分的電場的影響下，電子流33中的一些電子，可充分地加速到獲得足夠的動能去克服一電位障礙，此電位障礙是由第一氧化物層18形成并阻礙進入氧化物-氮化物-氧化物層的右數(shù)據(jù)區(qū)28的障礙。這些電子，其可稱作熱電子，可進入到右數(shù)據(jù)區(qū)28，從而提高了與右數(shù)據(jù)區(qū)28關(guān)聯(lián)的一臨界電壓Vt。依據(jù)結(jié)果的Vt值，右數(shù)據(jù)區(qū)28可被認(rèn)為使用一信道熱電子的程序化方法而被程序化了。因為氮化硅只讀記憶胞10是一對稱的組件，只需對換源極終端32和汲極終端30在上述過程中的角色，本領(lǐng)域的技藝者可清楚左數(shù)據(jù)區(qū)26可通過類似的方式而被程序化。
對氮化硅只讀記憶胞10程序化的結(jié)果，可以由一抹除數(shù)據(jù)區(qū)的方法而消除。按照一與高程序運作模式相關(guān)的示例抹除方法，并請參考圖2B，源極終端32是接地的。一中等的正電位(如5伏特)可施加到汲極終端30，一中等的負(fù)電位(如-5伏特)可施加到閘極終端31。在這些偏壓條件下，可在閘極24之下并且是汲極16的周圍，形成一深空乏(Deep depletion)區(qū)域。電子-電洞對(Electron-hole pairs)在此空乏區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生并分開。由閘極、汲極，和源極電位所建立的電場，其生成的電子被掃到汲極16，而電洞被掃到基底12。通常，施加到閘極終端31的負(fù)電位可吸引這些電洞向閘極24移動，但大多數(shù)的電洞沒有足夠的動能去克服第一氧化物層18的障礙。然而，其中一些電洞，稱作為能帶至能帶(band-to-band)熱電洞34的，從那空乏區(qū)域加速到充分的動能，并能夠克服由第一氧化物層18所形成的障礙。這些熱電洞34可到達(dá)氧化物-氮化物-氧化物層的右資料區(qū)28，并被捕陷(trapped)。這些捕陷電洞(trapped holes)可以到右數(shù)據(jù)區(qū)28中產(chǎn)生中和電子的作用。另一選擇是，這些捕陷電洞在右數(shù)據(jù)區(qū)28可以和電子再結(jié)合。在兩者的任一情況下，由于電洞注入到右數(shù)據(jù)區(qū)28，和此右數(shù)據(jù)區(qū)28關(guān)聯(lián)的臨界電壓Vt，都變得降低了。按照一運作的圖標(biāo)模式，當(dāng)一數(shù)據(jù)區(qū)有一充分低的臨界電壓Vt時，它就認(rèn)為是被抹除了。另外，由于氮化硅只讀記憶胞10的對稱結(jié)構(gòu)，只需對換源極終端32和汲極終端30在上述過程中的角色，可通過類似的方式抹除左數(shù)據(jù)區(qū)26。
依據(jù)可程序化進入氮化硅只讀記憶胞一數(shù)據(jù)區(qū)其可區(qū)別的臨界電壓Vt的數(shù)量，氮化硅只讀記憶胞可存儲不同數(shù)量的數(shù)據(jù)。通常，在一數(shù)據(jù)區(qū)可存儲的數(shù)據(jù)的數(shù)量，是以位來計算，并且是以2為底的這樣一數(shù)值的對數(shù)，這數(shù)值是可程序化(或被抹除)進入此數(shù)據(jù)區(qū)的可區(qū)別的臨界電壓Vt的數(shù)量。例如，如果在一數(shù)據(jù)區(qū)中可程序化(或被抹除)進入兩個可區(qū)別的臨界電壓Vt數(shù)值的其中之一，則此資料區(qū)可存儲log2(2)＝1位的信息。如果在一數(shù)據(jù)區(qū)中可程序化(或被抹除)進入四個可區(qū)別的臨界電壓Vt數(shù)值的其中之一，則此資料區(qū)可存儲log2(4)＝2位的信息。類似地情況是，如果在一數(shù)據(jù)區(qū)中可程序化(或被抹除)進入八個可區(qū)別的臨界電壓Vt數(shù)值的其中之一，則此資料區(qū)可存儲log2(8)＝3位的信息。而如果有十六個可區(qū)別的臨界電壓Vt數(shù)值，則此數(shù)據(jù)區(qū)可存儲log2(16)＝4位的信息，如此等等。
圖3繪示一氮化硅只讀記憶胞(即如圖1所示的氮化硅只讀記憶胞10)，它可以存儲四個位的信息。也就是其左數(shù)據(jù)區(qū)(L)可存儲兩個位，右數(shù)據(jù)區(qū)(R)可存儲另外兩個位，每數(shù)據(jù)區(qū)可獲取四個可區(qū)別的臨界電壓Vt數(shù)值的其中之一。將存儲在一數(shù)據(jù)區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)編碼的其中之一個方法是，把這數(shù)據(jù)和此數(shù)據(jù)區(qū)的一狀態(tài)做關(guān)聯(lián)，然后把臨界電壓Vt數(shù)值的分布和這狀態(tài)做關(guān)聯(lián)。圖3所繪示的氮化硅只讀記憶胞，在每個數(shù)據(jù)區(qū)支持四個這樣的狀態(tài)，此四個狀態(tài)定義為一‘00’狀態(tài)，它和臨界電壓Vt分布值40有關(guān)聯(lián)，并對應(yīng)于5.0伏特的程序化驗證位階；一‘01’狀態(tài)，它和臨界電壓Vt分布值42有關(guān)聯(lián)，并有一4.2伏特的程序化驗證位階；一‘10’狀態(tài)，它和臨界電壓Vt分布值44有關(guān)聯(lián)，并且有程序化驗證位階PV＝3.5伏特；一‘11’狀態(tài)，其稱作為“抹除狀態(tài)”，它和臨界電壓Vt分布值46有關(guān)聯(lián)，并且有PV＝2.0伏特。程序化驗證位階(PV)的術(shù)語是指對氮化硅只讀記憶胞程序化的一較佳方法。當(dāng)以高程序化(HP)模式操作時，一數(shù)據(jù)區(qū)可先被抹除到一低臨界電壓Vt狀態(tài)。然后，一序列的程序化電壓脈沖可施加到氮化硅只讀記憶胞的各終端，以此將和一數(shù)據(jù)區(qū)關(guān)聯(lián)的臨界電壓Vt提升到一相對高的水平。每個程序化電壓脈沖后面接著是一讀取操作，它評估和正被程序化的數(shù)據(jù)區(qū)關(guān)聯(lián)的臨界電壓Vt的數(shù)值。當(dāng)此讀取操作檢驗到臨界電壓Vt的數(shù)值超過程序化驗證位階(在高程序化模式下)時，這數(shù)據(jù)區(qū)就認(rèn)為被程序化了。
圖4A和4B繪示兩個可供選擇的技術(shù)，它們使用上述討論的信道熱電子的程序化方法，在高程序化模式運作下，對氮化硅只讀記憶胞組件程序化。圖4A和4B繪示的例子，展現(xiàn)從圖1所示的氮化硅只讀記憶胞作測量所獲得的實驗數(shù)據(jù)。除非另外說明，圖3所示的各種狀態(tài)和臨界電壓Vt數(shù)值之間的關(guān)聯(lián)，應(yīng)用在以下所有的例子。在圖4A和4B繪示的例子，左數(shù)據(jù)區(qū)(L)要被程序化到‘10’狀態(tài)，其中程序化驗證位階PV＝3.5伏特；而右數(shù)據(jù)區(qū)(R)要被程序化到‘00’狀態(tài)，其中程序化驗證位階PV＝5.0伏特。
按照本發(fā)明一較佳的方法，一氮化硅只讀記憶胞包含兩個要被程序化的數(shù)據(jù)區(qū)。當(dāng)程序化入一數(shù)據(jù)區(qū)的臨界電壓Vt數(shù)值，比程序化入另一數(shù)據(jù)區(qū)的臨界電壓Vt數(shù)值大的時候，則要被程序化成較大臨界電壓Vt數(shù)值的數(shù)據(jù)區(qū)，在時間上先被程序化。因此，在本例子中，右數(shù)據(jù)區(qū)(R)要先被程序化到5.060伏特的臨界電壓Vt數(shù)值48。而左數(shù)據(jù)區(qū)(L)隨后被程序化到3.564伏特的臨界電壓Vt數(shù)值50。實驗上，已經(jīng)觀察到這樣一現(xiàn)象，即對左數(shù)據(jù)區(qū)(L)的程序化，由于“第二位作用”，使得和右數(shù)據(jù)區(qū)(R)關(guān)聯(lián)的臨界電壓Vt數(shù)值改變到一新的5.208伏特的臨界電壓Vt數(shù)值52。右數(shù)據(jù)區(qū)(R)介于最初的臨界電壓Vt數(shù)值48和最后的臨界電壓Vt數(shù)值52之間的差異54是5.208-5.060＝0.148伏特。
和圖4A所繪示的情形相反，圖4B繪示了首先對要被程序化為較小臨界電壓Vt數(shù)值的數(shù)據(jù)區(qū)做程序化的結(jié)果。在這種情況下，右數(shù)據(jù)區(qū)(R)要被程序化到‘10’狀態(tài)，其中程序化驗證位階PV＝3.5伏特；而左數(shù)據(jù)區(qū)(L)要被程序化到‘00’狀態(tài)，其中程序化驗證位階PV＝5.0伏特。先對右數(shù)據(jù)區(qū)(R)做程序化，結(jié)果右數(shù)據(jù)區(qū)(R)的臨界電壓Vt數(shù)值56是3.591伏特。隨后對左數(shù)據(jù)區(qū)(L)做程序化，產(chǎn)生的臨界電壓Vt數(shù)值58是5.002伏特。對左數(shù)據(jù)區(qū)(L)的程序化，同樣因為“第二位作用”的影響，也使得右數(shù)據(jù)區(qū)(R)的臨界電壓Vt數(shù)值改變到一新的4.116伏特的Vt數(shù)值60。介于最初的臨界電壓Vt數(shù)值56和最后的臨界電壓Vt數(shù)值60之間的差異62是4.116-3.591＝0.525伏特，這是一比如圖4A所示的差異0.148伏特大不小的數(shù)值，這0.148伏特的差異是首先對要被程序化為較大臨界電壓Vt數(shù)值的數(shù)據(jù)區(qū)做程序化的結(jié)果。
圖5A和圖5B繪示一類似的情形，它示范了本發(fā)明的首選方法，也就是，首先對要被程序化為較大臨界電壓Vt數(shù)值的數(shù)據(jù)區(qū)做程序化，這比首先對要被程序化為較小臨界電壓Vt數(shù)值的數(shù)據(jù)區(qū)做程序化產(chǎn)生較小的“第二位作用”。在圖5A所示的例子，右數(shù)據(jù)區(qū)(R)要被程序化到‘00’狀態(tài)，其中程序化驗證位階PV＝5.0伏特。而左數(shù)據(jù)區(qū)(L)要被程序化到‘01’狀態(tài)，其中程序化驗證位階PV＝4.2伏特。按照本發(fā)明的首選方法，將右數(shù)據(jù)區(qū)(R)先程序化，它被程序化到5.145伏特的臨界電壓Vt數(shù)值64。左數(shù)據(jù)區(qū)(L)隨后被程序化到4.223伏特的臨界電壓Vt數(shù)值66。由于“第二位作用”的影響，在此情況下的實驗數(shù)據(jù)顯示，和右數(shù)據(jù)區(qū)(R)關(guān)聯(lián)的臨界電壓Vt數(shù)值改變到一新的5.451伏特的數(shù)值68。介于最初的和最后的臨界電壓Vt數(shù)值之間的差異70是5.451-5.145＝0.306伏特。
比較圖5A所示的情形和圖5B繪示的結(jié)果，后者是首先對要被程序化為較小臨界電壓Vt數(shù)值的數(shù)據(jù)區(qū)做程序化，其中右數(shù)據(jù)區(qū)(R)先被程序化到‘01’狀態(tài)，其中程序化驗證位階PV＝4.2伏特，而左數(shù)據(jù)區(qū)(L)隨后被程序化到‘00’狀態(tài)，其中程序化驗證位階PV＝5.0伏特。對右數(shù)據(jù)區(qū)(R)程序化的結(jié)果是一4.201伏特的初始臨界電壓Vt數(shù)值72。對左數(shù)據(jù)區(qū)(L)程序化的結(jié)果是一5.125伏特的臨界電壓Vt數(shù)值74，這并把右數(shù)據(jù)區(qū)的臨界電壓Vt數(shù)值提升到一4.784伏特的數(shù)值76，而且差異78等于4.784-4.201＝0.583伏特。再一次的，已經(jīng)觀察到，當(dāng)首先對要被程序化為較小臨界電壓Vt數(shù)值的數(shù)據(jù)區(qū)做程序化時，非期望的“第二位作用”是較大的。
圖6A和圖6B繪示一和圖4A、4B、5A和圖5B所繪示的類似的實驗結(jié)果。再次的，本發(fā)明的方法的實施例在圖6A中得以繪示，其中右數(shù)據(jù)區(qū)(R)被程序化到‘01’狀態(tài)，其中程序化驗證位階PV＝4.2伏特，而左數(shù)據(jù)區(qū)(L)被程序化到‘00’狀態(tài)，其中程序化驗證位階PV＝3.5伏特。先對右數(shù)據(jù)區(qū)(R)程序化，結(jié)果是一4.239伏特的初始臨界電壓Vt數(shù)值80。隨后對左數(shù)據(jù)區(qū)(L)程序化，結(jié)果產(chǎn)生一3.562伏特的臨界電壓Vt數(shù)值82。由于“第二位作用”，對左數(shù)據(jù)區(qū)(L)的程序化，使得右數(shù)據(jù)區(qū)(R)的臨界電壓Vt數(shù)值提升到一新的4.368伏特的臨界電壓Vt數(shù)值84，并且差異86等于4.368-4.239＝0.129伏特。
相反，如果如圖6B所示那樣，當(dāng)首先對要被程序化為較低程序化驗證位階PV的數(shù)據(jù)區(qū)做程序化時，右數(shù)據(jù)區(qū)(R)先被程序化為一3.552伏特的臨界電壓Vt數(shù)值88，隨后左數(shù)據(jù)區(qū)(L)被程序化為一4.216伏特的臨界電壓Vt數(shù)值90。在這情況下的“第二位作用”，使得右數(shù)據(jù)區(qū)(R)的臨界電壓Vt數(shù)值提升到一新的3.795伏特的臨界電壓Vt數(shù)值92，并且差異94等于3.795-3.552＝0.243伏特。再次可看到此0.243伏特的差異，比首先對要被程序化為較大程序化驗證位階PV的數(shù)據(jù)區(qū)做程序化時的0.129伏特的差異86顯著的大，如圖6A所示。
圖4A至6B繪示的結(jié)果，屬于一氮化硅只讀記憶胞在高程序化HP模式下操作，這操作是按照圖2A(即通過溝通熱電子的注入，程序化到一高臨界電壓Vt數(shù)值)和圖2B(即通過能帶至能帶熱電洞的注入，抹除到一低臨界電壓Vt數(shù)值)的繪示。在這些實例里，本發(fā)明方法的較佳實施例，就是首先對具有與最大程序化驗證位階PV值關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)區(qū)做程序化，接著對同一氮化硅只讀記憶胞中、具有與較低程序化驗證位階PV關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)區(qū)做程序化。
概括而言，當(dāng)?shù)柚蛔x記憶胞是一對應(yīng)于相對低的臨界電壓Vt數(shù)值的抹除狀態(tài)時，本發(fā)明所繪示的一方法，即首先對氮化硅只讀記憶胞中、分配有最大程序化驗證位階PV數(shù)值的數(shù)據(jù)區(qū)做程序化。余下的數(shù)據(jù)區(qū)，按照每數(shù)據(jù)區(qū)的程序化驗證位階PV值，從最高到最低，逐一先后被程序化。在一有兩個數(shù)據(jù)區(qū)的氮化硅只讀記憶胞中，分配有較高程序化驗證位階PV值的數(shù)據(jù)區(qū)先被程序化。然后對另一數(shù)據(jù)區(qū)程序化。
根據(jù)本發(fā)明的另一方法，對氮化硅只讀記憶胞的程序化和抹除可以臨界電壓Vt數(shù)值為參考，即利用能帶至能帶熱電洞的注入，把氮化硅只讀記憶胞的一數(shù)據(jù)區(qū)程序化到一相對低的臨界電壓Vt數(shù)值。此一操作模式引用為一程序化到低，抹除到高(Program-to-Low，Erase-to-High)，或簡稱作低程序化(Low Program，LP)模式。在低程序化LP模式操作下，氮化硅只讀記憶胞的所有數(shù)據(jù)區(qū)，通過另一稱為富勒-諾得漢穿隧(FN tunneling)的方法，全部被抹除到一高的臨界電壓Vt數(shù)值。圖7說明應(yīng)用富勒-諾得漢穿隧方法時，氮化硅只讀記憶胞10中，為何電子從基底12注入到氧化物-氮化物-氧化物層。富勒-諾得漢穿隧可通過如下而產(chǎn)生，即將源極和汲極終端32和30接地，并對氮化硅只讀記憶胞10的閘極終端31施加一大的正電壓(比如一典型實施例中的18伏特)。這些電壓的施加，使得電子35從基底12移動進入到氧化物-氮化物-氧化物層，并占據(jù)左數(shù)據(jù)區(qū)26和右數(shù)據(jù)區(qū)28。左數(shù)據(jù)區(qū)26和右數(shù)據(jù)區(qū)28的臨界電壓Vt數(shù)值，因此都被提升到一較高的電平(如5.0伏特)，這對應(yīng)著在此模式操作下，氮化硅只讀記憶胞10的一抹除狀態(tài)。
對運作在低程序化LP模式下的氮化硅只讀記憶胞，本發(fā)明的一較佳方法，是首先對氮化硅只讀記憶胞中具有最低程序化驗證位階PV的數(shù)據(jù)區(qū)做程序化。余下的數(shù)據(jù)區(qū)，按照每數(shù)據(jù)區(qū)的程序化驗證位階PV值，從最低到最高，逐一先后被程序化。
圖8說明本發(fā)明方法的一實施例。按照此一較佳實施例，一記憶胞，比如一非揮發(fā)性的電荷捕陷記憶胞，正如現(xiàn)在具體表達(dá)的，一氮化硅只讀記憶胞(例如圖1所示的氮化硅只讀記憶胞10)在步驟100提供。這記憶胞包含多個數(shù)據(jù)區(qū)，每數(shù)據(jù)區(qū)可被程序化到多個臨界電壓Vt數(shù)值的其中之一。在一氮化硅只讀記憶胞的圖標(biāo)實施例中，每數(shù)據(jù)區(qū)(如圖1所示的左數(shù)據(jù)區(qū)26和右數(shù)據(jù)區(qū)28)可被程序化到多個臨界電壓Vt數(shù)值的其中之一。圖3說明多個臨界電壓Vt數(shù)值的一例子，其中展示出每資料區(qū)的四個臨界電壓Vt數(shù)值。如在這里描述的，為了對數(shù)據(jù)區(qū)程序化的目的，程序化驗證位階PV關(guān)聯(lián)到臨界電壓Vt數(shù)值。按照在氮化硅只讀記憶胞中存儲的數(shù)據(jù)，在步驟105中，每數(shù)據(jù)區(qū)接收或由別的方式得到(比如產(chǎn)生出來)一程序化驗證位階。通常，每程序化驗證位階和一狀態(tài)相關(guān)聯(lián)(比如在圖3繪示的‘00’，‘01’，‘10’或‘11’)，這些狀態(tài)可根據(jù)接收到的資料而從中選擇。例如，請參考圖3，要存儲的數(shù)據(jù)可包括4位，比如0110，此數(shù)據(jù)被解釋成兩個狀態(tài)值，每個狀態(tài)值對應(yīng)于兩數(shù)據(jù)區(qū)的其中之一。在此例中，根據(jù)要存儲的前兩位數(shù)據(jù)，左數(shù)據(jù)區(qū)(L)的狀態(tài)可選擇為‘01’。根據(jù)要存儲的后兩位數(shù)據(jù)，右數(shù)據(jù)區(qū)(R)的狀態(tài)可選擇為‘10’。圖3展示左數(shù)據(jù)區(qū)(L)和右數(shù)據(jù)區(qū)(R)各自接收到的程序化驗證位階分別是4.2伏特和3.5伏特。然后，在步驟110，定義多個有順序的關(guān)聯(lián)，或在繪示實施例中稱作“對”(每數(shù)據(jù)區(qū)各一)。例如，在一圖解實施例中，多個關(guān)聯(lián)對可定義為(4.2，L)和(3.5，R)，其中，每個有順序的對(ordered pair)中的第二元素標(biāo)識要被程序化的數(shù)據(jù)區(qū)，而每個有順序的對中的第一元素，標(biāo)識此數(shù)據(jù)區(qū)要被程序化到的程序化驗證位階。接著，在步驟110生成有順序的對，在步驟115中按照每對中的程序化驗證位階來排序。此排序按照程序化驗證位階從最大到最小，或從最小到最大而進行，這依賴于此方法應(yīng)用于的氮化硅只讀記憶胞的類型而定。
對抹除到一低臨界電壓Vt值的氮化硅只讀記憶胞，即操作在高程序化模式下的，此有順序的對在步驟115中，按照每對中的程序化驗證位階從最大到最小來排序。然后，在步驟120中，按照從最大到最小的排序，先后逐一對各數(shù)據(jù)區(qū)做程序化。對抹除到一高臨界電壓Vt值的氮化硅只讀記憶胞，即操作在低程序化模式下的，此有順序的對在步驟115中，按照每對中的程序化驗證位階從最小到最大來排序。然后，在步驟120中，按照從最小到最大的排序，先后逐一對各數(shù)據(jù)區(qū)做程序化。
本發(fā)明的此方法，已展示如何減少“第二位作用”，以及如何縮小臨界電壓Vt值的分配，此臨界電壓Vt值的分配與氮化硅只讀記憶胞中多個數(shù)據(jù)區(qū)的各程序化電平相關(guān)聯(lián)。
按照前述的觀點，本領(lǐng)域的技藝者都可理解，本發(fā)明的方法，可以減少氮化硅只讀記憶胞組件中，以及縮小和數(shù)據(jù)區(qū)的狀態(tài)相關(guān)的臨界電壓Vt值分配。
雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何熟習(xí)此技藝者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護范圍當(dāng)視權(quán)利要求所界定為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種多階氮化硅只讀記憶胞的程序化方法，包括提供具有多個數(shù)據(jù)區(qū)的一記憶胞，每該數(shù)據(jù)區(qū)可被程序化到多個程序化值的其中之一；根據(jù)該些程序化值，獲得該些數(shù)據(jù)區(qū)的多個程序化驗證位階(PV)，從而定義出程序化驗證位階和數(shù)據(jù)區(qū)關(guān)聯(lián)的一收集；按照該些關(guān)聯(lián)的該些程序化驗證位階，生成該收集的該些關(guān)聯(lián)的一排列次序；以及按照該排列次序，程序化該些數(shù)據(jù)區(qū)中至少的其中之一。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多階氮化硅只讀記憶胞的程序化方法，其中該提供包括提供一非揮發(fā)性的電荷捕陷記憶胞。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多階氮化硅只讀記憶胞的程序化方法，其中該些程序化值包括臨界電壓Vt值；以及該提供包括提供一非揮發(fā)性的電荷捕陷記憶胞，該記憶胞含有多個數(shù)據(jù)區(qū)，每該數(shù)據(jù)區(qū)可程序化到多個臨界電壓Vt值的其中之一。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多階氮化硅只讀記憶胞的程序化方法，其中程序化驗證位階和數(shù)據(jù)區(qū)關(guān)聯(lián)的該收集包括多個(程序化驗證位階，數(shù)據(jù)區(qū))對的收集。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多階氮化硅只讀記憶胞的程序化方法，其中該非揮發(fā)性電荷捕陷記憶胞包括一氮化硅只讀記憶胞。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多階氮化硅只讀記憶胞的程序化方法，其中提供的該氮化硅只讀記憶胞包括提供含有兩個數(shù)據(jù)區(qū)的一氮化硅只讀記憶胞。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多階氮化硅只讀記憶胞的程序化方法，其中提供的該氮化硅只讀記憶胞，包括提供含有多個數(shù)據(jù)區(qū)的一氮化硅只讀記憶胞，每該數(shù)據(jù)區(qū)可程序化到多個臨界電壓Vt值的其中之一。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多階氮化硅只讀記憶胞的程序化方法，其中提供的該氮化硅只讀記憶胞，包括提供含有多個數(shù)據(jù)區(qū)的一氮化硅只讀記憶胞，每該數(shù)據(jù)區(qū)可程序化到四個臨界電壓Vt值的其中之一。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的多階氮化硅只讀記憶胞的程序化方法，其中多個關(guān)聯(lián)的排列次序的產(chǎn)生，包括按照其對應(yīng)程序化驗證位階從最高到最低，對該些關(guān)聯(lián)來排序。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的多階氮化硅只讀記憶胞的程序化方法，還包括抹除該些數(shù)據(jù)區(qū)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的多階氮化硅只讀記憶胞的程序化方法，其中提供的該氮化硅只讀記憶胞，包括提供含有一源極、一汲極、一閘極的一氮化硅只讀記憶胞，而且其中對該些數(shù)據(jù)區(qū)中每一個的抹除，包括對該源極、該汲極、該閘極施加電位，以此使得能帶至能帶熱電洞被注入到該資料區(qū)，從而將該數(shù)據(jù)區(qū)置于一相對低的臨界電壓Vt狀態(tài)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的多階氮化硅只讀記憶胞的程序化方法，其中對該些數(shù)據(jù)區(qū)至少其中之一的程序化，包括對該源極、該汲極、該閘極施加電位，使得信道熱電子被注入到該數(shù)據(jù)區(qū)。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的多階氮化硅只讀記憶胞的程序化方法，其中多個關(guān)聯(lián)的排列次序的產(chǎn)生，包括按照其對應(yīng)程序化驗證位階從最低到最高，對該些關(guān)聯(lián)來排序。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的多階氮化硅只讀記憶胞的程序化方法，還包括抹除該些數(shù)據(jù)區(qū)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的多階氮化硅只讀記憶胞的程序化方法，其中提供的該氮化硅只讀記憶胞，包括提供含有一源極、一汲極、一閘極的一氮化硅只讀記憶胞，而且其中對該些數(shù)據(jù)區(qū)中每一個的抹除，包括對該源極、該汲極、該閘極施加電位，以此通過富勒-諾得漢穿隧方式，使得電子被注入到該些數(shù)據(jù)區(qū)，從而將該數(shù)據(jù)區(qū)置于高的臨界電壓Vt狀態(tài)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的多階氮化硅只讀記憶胞的程序化方法，其中對該些數(shù)據(jù)區(qū)至少其中之一的程序化，包括對該源極、該汲極、該閘極施加電位，使得能帶至能帶熱電洞被注入到該資料區(qū)。
17.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多階氮化硅只讀記憶胞的程序化方法，其中提供的該氮化硅只讀記憶胞，包括提供含有多個數(shù)據(jù)區(qū)的一氮化硅只讀記憶胞，每該數(shù)據(jù)區(qū)可程序化到八個臨界電壓Vt值的其中之一。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多階氮化硅只讀記憶胞的程序化方法，其中每該程序化值包括一臨界電壓Vt值；該提供包括提供一非揮發(fā)性的電荷捕陷記憶胞，該記憶胞含有多個數(shù)據(jù)區(qū)，每該數(shù)據(jù)區(qū)可程序化到多個臨界電壓Vt值的其中之一；該獲得包括每該數(shù)據(jù)區(qū)獲得一程序化驗證位階值，從而定義出程序化驗證位階和數(shù)據(jù)區(qū)關(guān)聯(lián)的一收集；該生成包括按照在該收集中的每該關(guān)聯(lián)的程序化驗證位階，產(chǎn)生一程序化驗證位階和數(shù)據(jù)區(qū)關(guān)聯(lián)的排列次序；以及該程序化包括按照該程序化驗證位階和數(shù)據(jù)區(qū)關(guān)聯(lián)的排列次序，時間上先后地對該些數(shù)據(jù)區(qū)的每一個做程序化。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的多階氮化硅只讀記憶胞的程序化方法，其中程序化驗證位階和數(shù)據(jù)區(qū)關(guān)聯(lián)的該收集包括多個(程序化驗證位階，數(shù)據(jù)區(qū))對的收集。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的多階氮化硅只讀記憶胞的程序化方法，其中該非揮發(fā)性電荷捕陷記憶胞包括一氮化硅只讀記憶胞。
21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的多階氮化硅只讀記憶胞的程序化方法，其中提供的該非揮發(fā)性電荷捕陷記憶胞，包括提供含有多個數(shù)據(jù)區(qū)的一氮化硅只讀記憶胞，其每該數(shù)據(jù)區(qū)可程序化到多個臨界電壓Vt值的其中之一。
22.根據(jù)權(quán)利要求18所述的多階氮化硅只讀記憶胞的程序化方法，其中提供的該非揮發(fā)性電荷捕陷記憶胞，包括提供含有兩個數(shù)據(jù)區(qū)的一氮化硅只讀記憶胞，每該數(shù)據(jù)區(qū)可程序化到四個臨界電壓Vt值的其中之一。
23.根據(jù)權(quán)利要求18所述的多階氮化硅只讀記憶胞的程序化方法，其中程序化驗證位階和數(shù)據(jù)區(qū)關(guān)聯(lián)的排列次序的生成，包括按照該收集的每該關(guān)聯(lián)中的程序化驗證位階值的大小，對該些程序化驗證位階和數(shù)據(jù)區(qū)關(guān)聯(lián)作排序。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的多階氮化硅只讀記憶胞的程序化方法，還包括抹除該些數(shù)據(jù)區(qū)。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的多階氮化硅只讀記憶胞的程序化方法，其中程序化驗證位階和數(shù)據(jù)區(qū)關(guān)聯(lián)的排列次序的該生成，包括按照該收集的每該關(guān)聯(lián)中的程序化驗證位階的從最高到最低，對該些程序化驗證位階和數(shù)據(jù)區(qū)關(guān)聯(lián)作排序；提供的該非揮發(fā)性電荷捕陷記憶胞，包括提供含有一源極、一汲極和一閘極的一氮化硅只讀記憶胞，而且其中對一數(shù)據(jù)區(qū)的抹除，包括對該源極、該汲極和該閘極施加電位，以此使得能帶至能帶熱電洞被注入到該資料區(qū)，從而將該數(shù)據(jù)區(qū)置于一相對低的臨界電壓Vt狀態(tài)。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的多階氮化硅只讀記憶胞的程序化方法，其中程序化驗證位階和數(shù)據(jù)區(qū)的該關(guān)聯(lián)，是按照該收集的所有該些關(guān)聯(lián)中的程序化驗證位階值，從最高到最低而排序。
27.根據(jù)權(quán)利要求25所述的多階氮化硅只讀記憶胞的程序化方法，其中對一數(shù)據(jù)區(qū)的程序化，包括對該源極、該汲極、該閘極施加電位，使得信道熱電子被注入到該數(shù)據(jù)區(qū)。
28.根據(jù)權(quán)利要求24所述的多階氮化硅只讀記憶胞的程序化方法，其中程序化驗證位階和數(shù)據(jù)區(qū)關(guān)聯(lián)的排列次序的生成，包括按照該收集的每該關(guān)聯(lián)中的程序化驗證位階的從最低到最高，對該些程序化驗證位階和數(shù)據(jù)區(qū)關(guān)聯(lián)作排序；提供的該非揮發(fā)性電荷捕陷記憶胞，包括提供含有一源極、一汲極和一閘極的一氮化硅只讀記憶胞，而且其中對一數(shù)據(jù)區(qū)的抹除，包括對該源極、該汲極和該閘極施加電位，以此通過富勒-諾得漢穿隧方式，使得電子被注入到該些數(shù)據(jù)區(qū)，從而將該數(shù)據(jù)區(qū)置于一相對高的臨界電壓Vt狀態(tài)。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的多階氮化硅只讀記憶胞的程序化方法，其中程序化驗證位階和數(shù)據(jù)區(qū)的關(guān)聯(lián)，是按照該收集的所有關(guān)聯(lián)中的程序化驗證位階值，從最低到最高而排序。
30.根據(jù)權(quán)利要求28所述的多階氮化硅只讀記憶胞的程序化方法，其中對一數(shù)據(jù)區(qū)的程序化，包括對該源極、該汲極和該閘極施加電位，以此使得能帶至能帶熱電洞被注入到該資料區(qū)。
全文摘要
一種在氮化硅只讀記憶胞(nitride read－onlymemory cell)程序化數(shù)據(jù)區(qū)(data region)的方法。在已抹除狀態(tài)下(erased state)，氮化硅只讀記憶胞展示一低臨界電壓(threshold voltage)V
文檔編號G11C16/04GK1822232SQ20051009748
公開日2006年8月23日 申請日期2005年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月29日
發(fā)明者龍翔瀾, 吳昭誼 申請人:旺宏電子股份有限公司