[发明专利]使用具有非均匀厚度的电介质的存储器单元

说明书

技术领域

本发明通常涉及半导体器件，更具体地，涉及非易失存储器件及制造方法。

背景技术

非易失存储器利用离散的电荷贮存元件，诸如氮化物中的电子和空穴陷阱，典型地通过将电子插入到离散的电荷贮存元件中进行编程。由于存储介质是不导电的，因此电子在存储介质中很少移动。将电子插入到氮化物中的一种典型的且最有效的方法是热载流子注入(HCI)。这具有以非均匀的方式将电子注入到氮化物中的效果。在电子具有最高能量的位置，该位置典型地位于漏附近，电荷密度最高。结果是电子较集中在最接近漏的区域中的氮化物中。这有效地为可检测的存储器单元的阈值电压提供足够的改变。

另一技术是热空穴注入。这提供了注入到氮化物中的空穴以中和氮化物中的电子。通过在PN结上提供反向偏置并且在控制栅上提供负电压，该热空穴也在漏附近产生。这些偏置条件引起了空穴/电子对的形成。这些空穴中的一些在漏和衬底之间加速到足够的能量以越过衬底和氮化物之间的势垒。能够到达氮化物的空穴根据一定的模式执行该操作。尽管该模式与利用HCI的编程模式相似，但不是相同的。T.Y.Chan等人在“A True Single-Transistor Oxide-Nitride-Oxide EEPROMDevice(真正的单晶体管氧-氮-氧器件)”，IEEE Electron Device Letters，Vol.EDL-8，No.3，March 1987中描述了利用产生晶体管的饱和条件相同的高栅电压和漏电压进行存储器编程。饱和条件下的编程产生了具有相对广的分布的漏中的电子分布。该编程利用HCI，且往往不仅具有漏附近的一个峰值，而且还具有稍微远离漏的额外的峰值。热空穴注入(HHI)往往不具有该第二峰值，由此作为第二峰值一部分而注入的电子不能非常有效地由HHI完全中和。因此，在利用HHI擦除时，电子往往留在氮化物中。在写/擦除周期之后，积累的电子使得擦除的阈值电压升高，导致了用于存储器工作的不足的电压裕度。

窄的电子分布允许在单独的存储器单元中存储两个离散的数据状态。独立的数据状态可以存储在两个源/漏端中的每一个，在存储器单元的两个比特之间不存在严重的互串干扰。然而，用于产生窄的电子分布所需的高编程栅电压的使用，需要能够处理该高的栅电压的大的外围晶体管。为了承受诸如10伏的栅电压，晶体管必须利用厚的栅氧化物，该厚的栅氧化物直接增加了所需外围电路的尺寸。现有的非易失存储器模块利用具有足够高的用于电荷定位的栅偏置的存储介质层，该非易失存储器模块，典型地具有尺寸缺陷，特别是在需要快速读取访问时间时。

附图说明

本发明借助于示例说明，并且不限于附图，在附图中相同的附图标记表示相似的元件。

图1以截面的形式示出了在其中的沟道中具有不需要的电荷存储分布的存储器单元；

图2-7以截面的形式示出了根据本发明的一种形式的利用多步骤编程的存储器单元；

图8以流程图的形式说示出存储器单元的多步骤编程方法；

图9以流程图的形式示出了利用多步骤编程对存储器阵列编程的方法；

图10以截面的形式示出了利用多步骤编程的存储器单元的另一形式；

图11-15以截面的形式示出了制造利用多步骤编程的存储器单元的栅叠层结构的另一形式；

图16-20以截面的形式示出了制造利用多步骤编程的存储器单元的栅叠层结构的另一形式；以及

图21-25以截面的形式示出了利用多步骤编程的根据本发明的另一形式的存储器阵列。

本领域的技术人员应该理解在附图中示出的元件仅用于简化和清晰目的，没有必要依比例绘制。例如，附图中的某些元件的尺寸可以相对于其它元件放大，以有助于改善对本发明的实施例的理解。

具体实施方式