发明名称 一种具有反转扩散区域之单层复晶矽非挥发记忆元件及其操作方法
摘要
申请公布号 TWI357131 申请公布日期 2012.01.21
申请号 TW095122854 申请日期 2006.06.23
申请人 旺宏电子股份有限公司 发明人 郭明昌;吴昭谊
分类号 H01L21/8239 主分类号 H01L21/8239
代理机构 代理人 李贵敏 台北市松山区敦化北路168号15楼
主权项 一种非挥发记忆元件,包含:一基板;一介电层,形成于该基板之上;一浮动闸极,形成于该介电层之上;一控制闸极,形成于该介电层之上;一第一辅助闸极,形成于该介电层之上靠近该浮动闸极;一第二辅助闸极,形成于该介电层之上靠近该控制闸极;以及一第三辅助闸极,形成于该介电层之上介于该浮动闸极与该控制闸极之间,其中该浮动闸极、该控制闸极、该第一辅助闸极、该第二辅助闸极、该第三辅助闸极系直接接触该介电层。如申请专利范围第1项所述之非挥发记忆元件,其中该第一、第二及第三辅助闸极被组态为可以在施加电压至该第一、第二及第三辅助闸极时,在该基板中形成反转扩散区域。如申请专利范围第1项所述之非挥发记忆元件,其中该基板为p型基板。如申请专利范围第1项所述之非挥发记忆元件,其中该基板为n型基板。如申请专利范围第1项所述之非挥发记忆元件,其中该浮动闸极、控制闸极、和第一、第二及第三辅助闸极可以用一单层复晶矽制程制造。如申请专利范围第1项所述之非挥发记忆元件,其中该第一和第三辅助闸极被组态为施加电压至该第一和第三辅助闸极时,可以与该浮动闸极耦合。如申请专利范围第6项所述之非挥发记忆元件,其中介于该些辅助闸极与浮动闸极之间的电容是介电系数ε乘上该辅助闸极的高度,再乘上该辅助闸极的宽度,然后除以该辅助闸极与该浮动闸极之间的距离。如申请专利范围第7项所述之非挥发记忆元件,其中该辅助闸极的高度系介于800到1500埃之间。如申请专利范围第7项所述之非挥发记忆元件,其该辅助闸极与该浮动闸极之间的距离系介于160到300埃之间。一种程式化一非挥发记忆元件的方法,该非挥发记忆元件包括一基板、一介电层、一浮动闸极、一控制闸极、和一第一、第二及第三辅助闸极可以用一单层复晶矽制程制造,其中该浮动闸极、该控制闸极、该第一辅助闸极、该第二辅助闸极、该第三辅助闸极系直接接触该介电层,该方法系包含下列步骤:施加一第一电压至该第一、第二及第三辅助闸极,以在该基板内形成反转扩散区域,其中该第一及第三辅助闸极系与该浮动闸极耦合以形成一通道于该基板内;施加一第二电压至该控制闸极;以及施加一第三电压至该第一辅助闸极的该反转扩散区域,及施加一第四电压至该第二辅助闸极的该反转扩散区域,其中该第一、第二及第三电压系大于该第四电压。如申请专利范围第10项所述之方法,其中施加至该第一、第二及第三辅助闸极的该第一电压系介于6到9伏特之间。如申请专利范围第10项所述之方法,其中施加至该控制闸极的该第二电压系介于0.5到1.5伏特之间。如申请专利范围第10项所述之方法,其中施加至该第一辅助闸极的该反转扩散区域之该第三电压系介于4到6伏特之间,而施加至该第二辅助闸极的该反转扩散区域之该第四电压系约为0伏特。一种抹除一非挥发记忆元件的方法,该非挥发记忆元件包括一基板、一介电层、一浮动闸极、一控制闸极、和一第一、第二及第三辅助闸极,其中该浮动闸极、该控制闸极、该第一辅助闸极、该第二辅助闸极、该第三辅助闸极系直接接触该介电层,该方法系包含下列步骤:施加一第一电压至该第一、第二及第三辅助闸极,以在该基板内形成反转扩散区域,其中该第一及第三辅助闸极细与该浮动闸极耦合以形成一通道于该基板内;施加一第二电压至该控制闸极;以及施加一第三电压至该第一辅助闸极的该反转扩散区域,及施加一第四电压至该第二辅助闸极的该反转扩散区域,其中该第一、第二及第三电压系大于该第四电压。如申请专利范围第14项所述之方法,其中施加至该第一、第二及第三辅助闸极的该第一电压系介于2到5伏特之间。如申请专利范围第14项所述之方法,其中施加至该控制闸极的该第二电压系介于3到5伏特之间。如申请专利范围第14项所述之方法,其中施加至该第一辅助闸极的该反转扩散区域之该第三电压系介于4到6伏特之间,而施加至该第二辅助闸极的该反转扩散区域之该第四电压系约为0伏特。一种读取一非挥发记忆元件的方法,该非挥发记忆元件包括一基板、一介电层、一浮动闸极、一控制闸极、和一第一、第二及第三辅助闸极,其中该浮动闸极、该控制闸极、该第一辅助闸极、该第二辅助闸极、该第三辅助闸极系直接接触该介电层,该方法系包含下列步骤:施加一第一电压至该第一、第二及第三辅助闸极,以在该基板内形成反转扩散区域;施加一第四电压至该第一辅助闸极的该反转扩散区域;施加一第二电压至该第二辅助闸极的该反转扩散区域;以及施加一第三电压至该控制闸极,其中该第一、第二及第三电压系大于该第四电压。如申请专利范围第18项所述之方法,其中施加至该第一、第二及第三辅助闸极的该第一电压系介于6到9伏特之间。如申请专利范围第18项所述之方法,其中施加至该控制闸极的该第三电压系介于1到2.5伏特之间。如申请专利范围第18项所述之方法,其中施加至该第一辅助闸极的该反转扩散区域之该第四电压系为0伏特。如申请专利范围第18项所述之方法,其中施加至该第二辅助闸极的该反转扩散区域之该第二电压系介于1到1.6伏特之间。一种非挥发记忆元件,包含:一基板;一介电层,形成于该基板之上;一浮动闸极,形成于该介电层之上;一控制闸极,形成于该介电层之上;一辅助闸极,形成于该介电层之上介于该浮动闸极与该控制闸极之间,其中该辅助闸极被组态为当施加一足够电压时会于该基板内形成一反转扩散区域,其中该浮动闸极、该控制闸极、该辅助闸极系直接接触该介电层;一第一扩散区域,形成于该基板之上靠近该浮动闸极;以及一第二扩散区域,形成于该基板之上靠近该控制闸极。如申请专利范围第23项所述之非挥发记忆元件,其中该基板为p型基板。如申请专利范围第23项所述之非挥发记忆元件,其中该基板为n型基板。如申请专利范围第23项所述之非挥发记忆元件,其中该浮动闸极、控制闸极、和辅助闸极可以用一单层复晶矽制程制造。如申请专利范围第23项所述之非挥发记忆元件,其中该辅助闸极及该第一扩散区域被组态为可以在施加电压至该辅助闸极及该第一扩散区域时,可以与该浮动闸极耦合。如申请专利范围第27项所述之非挥发记忆元件,其中介于该辅助闸极与浮动闸极之间的电容是介电系数ε乘上该辅助闸极的高度,再乘上该辅助闸极的宽度,然后除以该辅助闸极与该浮动闸极之间的距离。如申请专利范围第28项所述之非挥发记忆元件,其中该辅助闸极的高度系介于800到1500埃之间。如申请专利范围第28项所述之非挥发记忆元件,其该辅助闸极与该浮动闸极之间的距离系介于160到300埃之间。如申请专利范围第28项所述之非挥发记忆元件,其中介于该浮动闸极与第一扩散区域之间的电容是介电系数ε乘上该介电层于该浮动闸极之下而在该第一扩散区域之上的长度,再乘上该浮动闸极的宽度,然后除以该介电层的厚度。如申请专利范围第31项所述之非挥发记忆元件,其中该介电层于该浮动闸极之下而在该第一扩散区域之上的长度系介于100到300埃之间。如申请专利范围第31项所述之非挥发记忆元件,其该介电层的厚度系介于50到250埃之间。一种程式化一非挥发记忆元件的方法,该非挥发记忆元件包括一基板、一介电层、一浮动闸极、一控制闸极、一辅助闸极位于该介电层之上介于该浮动闸极与该控制闸极之间、一第一扩散区域位于该基板之上靠近该浮动闸极、和一第二扩散区域位于该基板之上靠近该控制闸极,其中该浮动闸极、该控制闸极、该辅助闸极系直接接触该介电层,该方法系包含下列步骤:施加一第一电压至该辅助闸极,以在该基板内形成反转扩散区域,其中该辅助闸极系与该浮动闸极耦合以形成一通道于该基板内;施加一第二电压至该控制闸极;施加一第三电压至该第一扩散区域,其中该第一扩散区域系与该浮动闸极耦合;以及施加一第四电压至该第二扩散区域,其中该第一、第二及第三电压系大于该第四电压。如申请专利范围第34项所述之方法,其中施加至该辅助闸极的该第一电压系介于6到9伏特之间。如申请专利范围第34项所述之方法,其中施加至该控制闸极的该第二电压系介于0.5到1.5伏特之间。如申请专利范围第34项所述之方法,其中施加至该第一扩散区域之该第三电压系介于4到6伏特之间,而施加至该第二扩散区域之该第四电压系约为0伏特。一种抹除一非挥发记忆元件的方法,该非挥发记忆元件包括一基板、一介电层、一浮动闸极、一控制闸极、一辅助闸极位于该介电层之上介于该浮动闸极与该控制闸极之间、一第一扩散区域位于该基板之上靠近该浮动闸极、和一第二扩散区域位于该基板之上靠近该控制闸极,其中该浮动闸极、该控制闸极、该辅助闸极系直接接触该介电层,该方法系包含下列步骤:施加一第一电压至该辅助闸极,以在该基板内形成反转扩散区域,其中该辅助闸极系与该浮动闸极耦合以形成一通道于该基板内;施加一第二电压至该控制闸极;施加一第三电压至该第一扩散区域,其中该第一扩散区域系与该浮动闸极耦合;以及施加一第四电压至该第二扩散区域,其中该第一、第二及第三电压系大于该第四电压。如申请专利范围第38项所述之方法,其中施加至该辅助闸极的该第一电压系介于2到5伏特之间。如申请专利范围第38项所述之方法,其中施加至该控制闸极的该第二电压系介于3到5伏特之间。如申请专利范围第38项所述之方法,其中施加至该第一扩散区域之该第三电压系介于4到6伏特之间,而施加至该第二扩散区域之该第四电压系约为0伏特。一种读取一非挥发记忆元件的方法,该非挥发记忆元件包括一基板、一介电层、一浮动闸极、一控制闸极、一辅助闸极位于该介电层之上介于该浮动闸极与该控制闸极之间、一第一扩散区域位于该基板之上靠近该浮动闸极、和一第二扩散区域位于该基板之上靠近该控制闸极,其中该浮动闸极、该控制闸极、该辅助闸极系直接接触该介电层,该方法系包含下列步骤:施加一第一电压至该辅助闸极,以在该基板内形成一反转扩散区域;施加一第四电压至该第一扩散区域;施加一第二电压至该第二扩散区域;以及施加一第三电压至该控制闸极,其中该第一、第二及第三电压系大于该第四电压。如申请专利范围第42项所述之方法,其中施加至该辅助闸极的该第一电压系介于6到9伏特之间。如申请专利范围第42项所述之方法,其中施加至该控制闸极的该第三电压系介于1到2.5伏特之间。如申请专利范围第42项所述之方法,其中施加至该第一扩散区域之该第四电压系为0伏特。如申请专利范围第42项所述之方法,其中施加至该第二扩散区域之该第二电压系介于1到1.6伏特之间。
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