[发明专利]非易失性存储器的热载流子注入编程的方法和结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种采用高效热载流子注入(hot carrier injection，HCI)对非 易失性存储器(NVM)单元编程的方法和结构。

背景技术

如图1所示，金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)10包括源极 13和漏极14(分别连接到源电极13a和漏电极14a)，源极13和漏极14的 每个都带有与衬底15的杂质类型相反的杂质类型。源极13和漏极14被衬 底15中的沟道区域分开，该沟道区域在硅衬底15顶部上的电介质层12上 形成的控制栅极11的下面。当施加到栅电极11a(其电连接到控制栅极11) 上的电压超过MOSFET 10的阈值电压时，衬底15中的在源极13和漏极14 之间的并且正好在MOSFET器件10的控制栅极11之下的电介质12下面的 沟道区域，被转变成与源极13和漏极14相同的导电类型，以建立源极13 和漏极14之间的电连接。非易失性存储器(NVM)单元通过将电荷放置在 MOSFET 10的控制栅极11和沟道区域之间的存储材料12b中来存储信息。 在图1中，电荷被示出为存储在电介质12的区域12b中，但应该理解，电 荷可以存储在区域12b中的导电的浮置栅极上或者在电介质12中的纳米晶 体中。因此，存储材料可以是导电材料例如高掺杂多晶硅、例如氮化物膜的 电荷俘获电介质或者纳米晶体。通过将电荷放置在NVM单元中的存储材料 12b中，MOSFET器件10的阈值电压可以被改变。通过在存储材料12b中 放置不同数量的电荷以改变NVM单元的阈值电压水平，信息的不同数值由 此可以存储在NVM单元中。所存储的信息的数值对应于所存储的电荷的数 量，其可以通过确定单元中MOSFET器件10的阈值电压来依次确定。即使 当NVM器件的电源被切断时，NVM单元中所存储的电荷也是非易失的。 NVM单元中所存储的信息可以通过确定并读出NVM单元中的MOSFET 10 的阈值电压来重新得到。

在NVM单元的存储材料12b中放置不同数量的电荷被称为“编程”或者 “写”。相反地，为了擦除NVM单元，所存储的电荷必须从存储材料12b中 去除。用于对NVM单元编程的方法基于三种机理：1.热载流子注入(HCI)； 2.Fower-Nordheim(FN)隧穿；3.带间(band-to-band)隧穿(见IEEE标准 1005-1998以及IEEE标准641-1987)。HCI和FN隧穿是用于NVM器件 的最常用的两种编程机理。HCI是获得与NVM单元中的MOSFET 10相关 的所期望的阈值电压漂移的最快的编程方法，但使用大的编程电流；而FN 隧穿使用小的编程电流，但需要较长的编程时间以实现所期望的阈值电压漂 移。