[发明专利]采用电介质存储元件的多态非易失性集成电路存储系统

说明书

技术领域

本发明具体涉及一类采用电介质材料电荷存储元件的非易失性闪存EEPROM(电擦除与可编程只读存储器)单元阵列。

背景技术

现在已有很多在商业应用上取得成功的非易失性存储器产品，在其存储器单元具有导电的浮动栅，通常是采用掺杂多晶体材料，在其上存储一个电荷以储存数据状态的一个级别。这种存储器单元的通常形式是在源极与漏极扩散区域之间具有一个“分隔沟道”。单元的浮动栅位于一部分沟道的上面，而字线(也称为控制栅)位于沟道的另一部分，这和浮动栅一样。这样就有效地形成了一带有两串联的晶体管的单元，一个晶体管(存储器晶体管)带有浮动栅上的电荷量与字线上的控制流过沟道的字线部分的电流量的电压的结合，另一个晶体管(选择晶体管)具有单独用作选择栅的字线。字线在浮动栅的行上延伸。在美国专利5,070,032号、5,095,344号、5,315,541号、5,343,063号、5,661,053号和6,281,075号的专利中给出了这些单元的例子、在存储器系统的应用、其制造方法，这些专利以引用的方式并入本文。

一种对这种分隔沟道闪存EEPROM单元的改进是增加了一个位于浮动栅和字线之间的导流栅。一阵列中的每一个导流栅在与字线垂直的浮动栅的列上延伸。其作用是当读或编程一选定的单元的同时从必须执行两种功能中减轻对字线的压力。这两种功能是：(1)用作一个选择晶体管的一个门，因此需要个开和关该选择晶体管的正常电压，和(2)通过一个在字线和浮动栅之间的一个电场(电容)耦合将浮动栅的电压驱动到一所需的级别。以一个只具有单个电压的最佳方式执行两种功能通常是比较困难的。增加了导流栅，字线只需执行功能(1)，而增加的导流栅执行功能(2)。另外，可在源极侧编程操作这些单元，这样就具有一个优点：编程电流和/或电压较低。在美国专利，专利号为5,313,421号、5,712,180号、和6,222,762号中描述了导流栅在一个闪存EPPROM阵列中的应用，这些专利以引用的方式并入本文。

上述并入的参考以通常称为NOR结构的方式使它们的存储器单元连接起来。在相邻的位线之间将具有一个或两个浮动栅存储元件的各个存储器单元连接至在单元行上也连接起来的相邻单元。不但将一位线连接至单元列的源极扩散区域，也将其连接至一紧靠的相邻单元列的漏极扩散区域，把其称为一虚地阵列。在另一类阵列结构中，通常是称为NAND结构，将8，6或更多的存储器单元彼此串联连接起来，也和在各个位线与公用电压之间已经串接起来的选择晶体管连接起来。在美国专利,专利号为6,046,935号的专利中描述这类阵列的例子和操作，这个专利的全文明确地以引用的方式并入本文。

已有多种方法可以将电子从衬底穿过栅电介质注入到浮动栅上。在Brown和Brewer编辑的书：IEEE出版社出版的“非易失性半导体存储器技术”(“NonvolatileSemiconductor Memory Technology”，节1.2，第9-25页)中描述了最常用的编程机理。一个称为“福勒-诺德海姆隧穿”(节1.2.1)描述了：在由控制栅和衬底沟道之间的电压差建立的一强场的影响下，电子隧穿浮动栅电介质。另一种在漏极区域中注入沟道热电子的技术，通常称为“热电子注入”(节1.2.3)，从单元的沟道将电子注入进与该单元的漏极相邻的浮动栅的一区域中。还有另一种技术，称为“源极侧注入”，控制衬底表面的电压沿着存储器单元的沟道长度方向以一种在沟道的一部分中产生电子注入条件的方式从漏极离开。在Kami ya等的文章“具有强栅注入效率的EPROM单元”(“EPROMCell with High gate injection Efficiency”，1982年的IEDM技术文摘，第741-744页)中和在美国专利4,622,565和5,313,421中也描述了源极侧注入，这篇文章和专利以引用的方式并入本文。在另一个称为“冲击注入(ballistic injeciton)”编程技术中描述了：在一短的沟道中产生强场以加速电子直接注入到电荷存储元件上，在Ogura等的“具有对于EEPROM/闪存弹道直接注入的低电压、小电流、高速编程步骤分隔栅单元”(Low Voltage，Low Current，High Speed Program Step Split Gate Cell withBallistic Direct Injection for EEPROM/Flash”，IEDM 1998年，第987-990页)中描述了该技术，这篇文章以引用的方式并入本文。