具有解耦合電容器的非對稱致密浮置柵極非易失性存儲(chǔ)器的制造方法
【專利摘要】具有一個(gè)或多個(gè)有源區(qū)域的非易失性儲(chǔ)存器(“NVM”)，該一個(gè)或多個(gè)有源區(qū)域被電容耦合到浮置柵極但是與源極和漏極二者分離。包括與源極和漏極分離的電容器允許對浮置柵極的電壓的改進(jìn)控制。這繼而允許以比在現(xiàn)有的位單元中高得多的效率執(zhí)行CHEI(或者IHEI)，由此減少用于向位單元提供電流的電荷泵的需要，最終減小位單元的總尺寸。位單元可以成對構(gòu)建，進(jìn)一步減小了每個(gè)位單元的空間要求，由此緩解了單獨(dú)的電容器的空間要求。位單元也可以根據(jù)在源極、漏極和電容器處所施加的電壓由CHEI(或IHEI)操作或者單獨(dú)地由BTBT操作。
【專利說明】具有解耦合電容器的非對稱致密浮置柵極非易失性存儲(chǔ)器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開總體涉及非易失性存儲(chǔ)器領(lǐng)域，特別地涉及非易失性存儲(chǔ)器位單元布局。

【背景技術(shù)】
[0002]非易失性存儲(chǔ)器(NVM)指的是在未被供電時(shí)持久地存儲(chǔ)信息位的存儲(chǔ)器。非易失性存儲(chǔ)器位單元(NVM位單元)存儲(chǔ)單個(gè)數(shù)據(jù)位。一些類型的NVM位單元使用具有浮置柵極的晶體管來實(shí)現(xiàn)。駐留在浮置柵極上的電荷量確定位單元存儲(chǔ)邏輯“I”還是邏輯“O”。浮置柵極被稱作“浮置”，這是因?yàn)闁艠O通過氧化物或電介質(zhì)而與周圍部分電隔離。一些NVM可以在位單元中存儲(chǔ)不止一個(gè)狀態(tài)。
[0003]為了擴(kuò)展應(yīng)用并且減小存儲(chǔ)器器件的成本，希望在給定區(qū)域中容納大量位單元。也希望減少通過使用標(biāo)準(zhǔn)的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體制造工藝(“CMOS工藝”)制作每個(gè)位單元的成本。當(dāng)前可用的存儲(chǔ)器器件包括EEPROM和eFLASH，二者均具有缺點(diǎn)。當(dāng)前，eFLASH具有非常小的位單元，但是需要除了標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝之外的步驟，這增加了生產(chǎn)位單元的成本并且可能改變所生產(chǎn)的器件的性能和特性。EEPROM與標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝兼容，但是具有相當(dāng)大的位單元，并且因此僅適用于低位數(shù)量的存儲(chǔ)器。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]實(shí)施例涉及具有一個(gè)或多個(gè)有源區(qū)域的非易失性存儲(chǔ)器(“NVM”)位單位，該一個(gè)或多個(gè)有源區(qū)域被電容耦合到浮置柵極但是與源極和漏極二者分離。包括與源極和漏極分離的電容器允許對浮置柵極的電壓的改進(jìn)控制。這繼而允許以比在現(xiàn)有的位單元中高得多的效率執(zhí)行溝道熱電子注入(“CHEI”)或者沖擊電離熱電子注入(“IHEI”)，由此減小了電荷泵的尺寸，在一些情況下甚至不需要電荷泵提供電流至位單元，從而能減小位單元的總尺寸。位單元可以成對構(gòu)建，進(jìn)一步減小了每個(gè)位單元的空間要求，由此緩解了單獨(dú)的電容器接觸的空間要求。取決于在源極、漏極和電容器處施加的電壓，位單元還可以通過CHEI (或IHEI)進(jìn)行操作并且由帶帶隧穿(BTBT)分離。
[0005]在一個(gè)示例實(shí)施例中，非易失性存儲(chǔ)器位單元包括在襯底中的第一有源區(qū)域，第一有源區(qū)域包括源極和漏極。第二有源區(qū)域也存在于襯底中，其中第二有源區(qū)域通過非導(dǎo)電區(qū)域與第一有源區(qū)域分離。浮置柵極位于第一有源區(qū)域上方而在源極和漏極之間。浮置柵極也位于第二有源區(qū)域和非導(dǎo)電區(qū)域上方。電容器由第一極板和第二極板形成，第一極板由浮置柵極的在第二有源區(qū)域上方的部分構(gòu)成，第二極板由第二有源區(qū)域的在浮置柵極下方的部分構(gòu)成。電容器與源極和漏極分離。
[0006]在另一示例實(shí)施例中，非易失性存儲(chǔ)器位單元包括在襯底中的第一有源區(qū)域，第一有源區(qū)域包括源極和漏極。第二有源區(qū)域也存在于襯底中，并且通過第一非導(dǎo)電區(qū)域與第一有源區(qū)域分離。第三有源區(qū)域也存在于襯底中，并且通過第二非導(dǎo)電區(qū)域與第一有源區(qū)域和第二有源區(qū)域分離。浮置柵極位于第一有源區(qū)域上方而在源極和漏極之間。浮置柵極也位于第二有源區(qū)域、第三有源區(qū)域和兩個(gè)非導(dǎo)電區(qū)域上方。電容器由第一極板和第二極板形成，第一極板由浮置柵極的在第二有源區(qū)域上方的部分構(gòu)成，第二極板由第二有源區(qū)域的在浮置柵極下方的部分構(gòu)成。附加地，帶帶隧穿(BTBT)電容器由第一極板和第二極板形成，第一極板由浮置柵極的在第三有源區(qū)域上方的部分構(gòu)成，第二極板由第三有源區(qū)域的在浮置柵極下方的部分構(gòu)成。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1A圖示了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的NVM位單元的頂視圖。
[0008]圖1B和圖1C是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的NVM位單元的截面圖。
[0009]圖1D是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的成對的NVM位單元的電路圖。
[0010]圖1E是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的成對的NVM位單元的頂視圖。
[0011]圖2A是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的成對的NVM位單元陣列的電路圖。
[0012]圖2B是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的成對的NVM位單元陣列的頂視圖。
[0013]圖2C是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的具有金屬層的成對的NVM位單元陣列的頂視圖。
[0014]圖3A是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的具有修改的電容器結(jié)構(gòu)的NVM位單元的頂視圖。
[0015]圖3B是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的具有含有附加的光刻注入的修改的電容器結(jié)構(gòu)的NVM位單元的頂視圖。
[0016]圖3C是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的具有額外的金屬接觸的NVM位單元的電路圖。
[0017]圖4A是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的NVM位單元的頂視圖。
[0018]圖4B是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的成對的NVM位單元的電路圖。
[0019]圖4C是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的成對的NVM位單元的頂視圖。
[0020]圖5A是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的成對的NVM位單元陣列的電路圖。
[0021 ] 圖5B是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的成對的NVM位單元陣列的頂視圖。
[0022]圖5C是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的具有金屬層的成對的NVM位單元陣列的頂視圖。
[0023]圖6是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的具有修改的電容器結(jié)構(gòu)的成對的NVM位單元陣列的頂視圖。
[0024]圖7是圖示了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的集成電路的設(shè)計(jì)和制作中的各種操作的流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0025]實(shí)施例涉及具有一個(gè)或多個(gè)有源區(qū)域的非易失性儲(chǔ)存器(“NVM”)位單元，一個(gè)或多個(gè)有源區(qū)域被電容耦合到浮置柵極但是從源極和漏極二者電解耦合。包括與源極和漏極分離的電容器允許對浮置柵極的電壓的改進(jìn)控制。這繼而允許以比在現(xiàn)有的位單元中高得多的效率執(zhí)行CHEI (或IHEI)，由此減小了向位單元提供電流所需的電荷泵的尺寸，從而減小了存儲(chǔ)器的總尺寸。位單元可以成對構(gòu)建，進(jìn)一步減小了每個(gè)位單元的空間要求，由此緩解了單獨(dú)的電容器接觸的空間要求。取決于在源極、漏極和電容器處所施加的電壓，位單元也可以由CHEI (或IHEI)以及由BTBT單獨(dú)地操作。
[0026]位單元可以使用標(biāo)準(zhǔn)的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體制造工藝(“CMOS工藝”)來創(chuàng)建。在本文中所描述的“NVM位單元”、“位單元”或“位”指的是CMOS類型(即基于晶體管)的非易失性存儲(chǔ)器。CMOS NVM位單元與其它類型的NVM存儲(chǔ)器不同，諸如存在于軟盤中的磁存儲(chǔ)器或存在于⑶或DVD中的光存儲(chǔ)器。NVM位單元使用CMOS工藝來生產(chǎn)，CMOS工藝包括在制造設(shè)施(“fab”)中的多個(gè)工藝步驟。
[0027]解耦合電容器位單元
[0028]圖1圖示了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的NVM位單元的頂視圖。位單元100被體現(xiàn)為P型或N型浮置柵極M0SFET。位單元100包括浮置柵極106，浮置柵極106橫貫兩個(gè)分離的有源區(qū)域114a、114b，有源區(qū)域114a、114b通過非導(dǎo)電區(qū)域112彼此分離。非導(dǎo)電區(qū)域112也可以包圍有源區(qū)域114a、114b。第一有源區(qū)域114a包括位單元的源極102和漏極104 二者。源極102和漏極104通過在浮置柵極106下方的溝道區(qū)域108分離。
[0029]浮置柵極106也至少部分地(partway)在第二有源區(qū)域114b之上延伸。第二有源區(qū)域114b之上的浮置柵極106的表面區(qū)域覆蓋被成形為使得在注入工藝期間電荷載流子向第二有源區(qū)域114b中的離子注入能夠穿透浮置柵極106的駐留在第二有源區(qū)域114b之上的部分的下方。在一個(gè)實(shí)施例中，浮置柵極106的寬度140在閾值以下，使得電荷載流子向第二有源區(qū)域114b中的離子注入能夠在浮置柵極106的駐留在第二有源區(qū)域114b之上的部分的下方穿透。在一個(gè)實(shí)施例中，這些注入的電荷載流子完全(all the way)穿透浮置柵極106下方。因此，形成了電容器110，其中電容器的第一極板是浮置柵極106，并且電容器的第二極板是第二有源區(qū)域114b。
[0030]位單元100具有三個(gè)單獨(dú)的電接觸，其可以向位單元施加電壓，由此影響浮置柵極106上的電荷。源極102耦合到第一接觸116a，漏極104耦合到第二接觸116b，并且電容器110耦合到第三接觸116c。
[0031]圖1B和圖1C是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的NVM位單元的截面圖。圖1B圖示了 NVM位單元100的在對應(yīng)于第一有源區(qū)域114a的位單元的區(qū)域中沿著來自圖1A的軸X/Y截取的截面。位單元100包括位于柵極氧化物150上面的浮置柵極106。浮置柵極106由一個(gè)或多個(gè)間隔體158包圍。間隔體可以由氧化物或另一非導(dǎo)電材料制成。柵極氧化物150停留在有源區(qū)域114a的上面。有源區(qū)域114可以是硅襯底，或者備選地它們可以是絕緣體上硅(SOI)型襯底。在另一實(shí)施例中，位單元100是多柵極(或FinFET)器件的一部分。
[0032]有源區(qū)域114a包括阱156，其中在接通位單元100時(shí)靠近阱156的表面形成溝道區(qū)域108。溝道區(qū)域108被浮置柵極106覆蓋。有源區(qū)域114a也包括源極102和漏極104。溝道區(qū)域208的尺寸以源極102和漏極104之間的載流子的流動(dòng)為特征，該載流子的流動(dòng)取決于在源極102、漏極104處的電壓、浮置柵極106上的電荷、電容器110上的電壓、源極102和漏極104的摻雜、柵極氧化物150的厚度以及位單元100的其它特性(諸如尺寸和所使用的材料)。
[0033]源極102和漏極104可以包括不同級別的注入電荷載流子。在一個(gè)實(shí)施例中，源極102和/或漏極104包括源極-漏極(S/D)延伸部152。在一個(gè)實(shí)施例中，源極102和/或漏極104包括輕摻雜漏極(LDD)注入部152。在一個(gè)實(shí)施例中，源極102和/或漏極104包括暈環(huán)注入部154。源極和漏極區(qū)域可以被彼此不同地?fù)诫s，以形成非對稱器件。例如，漏極可以具有源極所不具有的注入，反之亦然。
[0034]在各個(gè)實(shí)施例中，可以改變源極102、漏極104、第一有源區(qū)域114a和第二有源區(qū)域114b的摻雜，以改變器件的行為。在一個(gè)實(shí)施例中，第二有源區(qū)域114b具有與第一有源區(qū)域中的源極/漏極注入相同極性的注入部。這調(diào)節(jié)了電容器110和讀取器件(即通過溝道區(qū)域)二者的閾值電壓VT。電容器110可以接收注入以降低其VT，并且讀取器件將接收該注入以增加其VT。在另一實(shí)施例中，漏極包括暈環(huán)注入部和源極/漏極延伸注入部。在漏極上的暈環(huán)注入部可以使用兩個(gè)不同的光/注入步驟來形成。在另一實(shí)施例中，第一有源區(qū)域114a具有與源極和漏極相反極性的注入部，并且第二有源區(qū)域114b不具有注入部。在另一實(shí)施例中，源極和漏極均具有暈環(huán)注入部。在這一情況下，漏極的暈環(huán)注入部具有比源極的暈環(huán)注入部更高的電荷載流子濃度。在另一實(shí)施例中，第二有源區(qū)域114b具有與源極和漏極相同極性的注入部。在這一情況下，該注入部將第二有源區(qū)域114的在浮置柵極106之下的部分短接(short)。
[0035]圖1C圖示了 NVM位單元100的沿著來自圖1A的軸M/N截取的截面，在對應(yīng)于第二有源區(qū)域114b的位單元的區(qū)域中。與圖1B相比，在圖1C中，第二有源區(qū)域114b包括S/D延伸部160或LDD注入部160中的至少一項(xiàng)。由于在第二有源區(qū)域114b之上的浮置柵極106的形狀，注入的電荷載流子160在浮置柵極106下方延伸，在一些實(shí)施例中，在浮置柵極下方完全延伸，如圖1C中所示。浮置柵極106和電荷載流子注入部160形成電容器110的兩個(gè)極板。
[0036]為了減小位單元100的空間要求，位單元100可以“成對”。成對的位單元被構(gòu)造為彼此的適當(dāng)?shù)姆D(zhuǎn)的倒置體，如圖1D和圖1E所示。圖1E是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的成對的NVM位單元的電路圖。成對的位單元120包括兩個(gè)單獨(dú)的個(gè)體位單元IlOa和110b。每個(gè)位單元10a和10b包括相似的浮置柵極106、源極102、漏極104和電容器110。例如，位單元10a包括浮置柵極106a、源極102a、漏極104a和電容器110a，而位單元10b包括浮置柵極106b、源極102b、漏極104b和電容器110b。
[0037]盡管個(gè)體位單元10a和10b具有三個(gè)電接觸，該三個(gè)電接觸被操作以使得位單元工作，但是在一個(gè)實(shí)施例中成對的位單元200僅具有四個(gè)電接觸以控制兩個(gè)個(gè)體位單元10a和10b的操作。在這一構(gòu)造中，位單元10a和10b共享兩個(gè)電接觸，以便減小操作位單元所需的電接觸的總數(shù)。每個(gè)漏極104a和104b具有其自身的電接觸。在具有許多按陣列樣式布置的位單元的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)中，這些電接觸可以被分配標(biāo)識，以將位彼此區(qū)分。例如，用于漏極104a的電接觸可以被稱作頁面1、位O接觸，并且用于漏極104b的電接觸可以被稱作頁面O、位I接觸。
[0038]然而，源極102a和102b分別與該對中的另一位單元(在這一情況下為IlOb和IlOa)的電容器共享電接觸。例如，位單元10a的源極102a與位單元10b的電容器IlOb共享電接觸。這一電接觸可以被稱作行O頂部接觸。位單元10b的源極102b與位單元10a的電容器IlOa共享電接觸。這一電接觸可以被稱作行O底部接觸。
[0039]圖1D圖示了布置用于成對的位單元200的電接觸線的一種可能的方式。在一個(gè)實(shí)施例中，用于成對的位單元200的電接觸使用單獨(dú)地沉積的多個(gè)金屬層來創(chuàng)建，使得他們彼此電隔離。圖1E是根據(jù)在圖1D中描繪的相同實(shí)施例的成對的NVM位單元的頂視圖。
[0040]圖2A是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的成對的NVM位單元陣列的電路圖。位單元陣列共享在位單元之間的電接觸，以便最小化操作位單元陣列所需的電接觸的數(shù)目。位單元陣列以行和列的形式共享電接觸，使得通過選擇性地為特定的行和列供電，可以控制陣列中的個(gè)體位單元。
[0041]列被耦合至陣列中的位單元的漏極104。每個(gè)列可以被稱作“頁面”，因?yàn)槲粏卧?00具有列頁面結(jié)構(gòu)，例如圖2A中的頁面I至5。每個(gè)頁面可以在不同行的位單元陣列中的位單元的漏極104之間共享。例如，用于列的電接觸在行之間共享，使得位單元10a與位單元10g的漏極104g共享漏極104a電接觸，在此為頁面O。行被耦合至陣列中的位單元的源極102和電容器110，例如圖2A中的行O和I。在一個(gè)實(shí)施例中，行均被分裂成兩個(gè)單獨(dú)的組，行頂部接觸和行底部接觸。
[0042]圖2B是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的成對的NVM位單元的頂視圖。圖2B圖示了單個(gè)行的三個(gè)成對的位單元200以及陣列的六個(gè)列。圖2B圖示了在位單元陣列的單個(gè)行中的三個(gè)成對的位單元200或六個(gè)個(gè)體位單元100，然而所示的行的位單元陣列可以如在附圖的邊緣處的虛線指示的那樣繼續(xù)。圖2B僅圖示了單個(gè)行的位單元，然而位單元陣列可以包括許多類似的行。位單元10a和10b組成第一成對的位單元陣列200a，位單元10c和10d組成第二成對的位單元陣列200b，并且位單元10e和10f組成第三成對的位單元陣列200c。
[0043]在圖2B的示例中，行O頂部接觸與第一位單元10a的電容器110a、第四位單元10d的源極102d、第三位單元10c的電容器110c、第六位單元10f的源極102f、第五位單元10e的電容器IlOe和連接至行O頂部的第一行中的其它位單元(未示出)的源極和電容器共享第二位單元10b的源極102b。類似地，行O底部接觸與第四位單元的電容器110d、第三位單元102c的源極102c、第五位單元10e的源極102e、第六位單元102f的電容器IlOf和未連接至行O頂部的第一行中的其它位單元(未示出)的源極電容器共享第一位單元的源極102a。
[0044]圖2C是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的具有金屬層的成對的NVM位單元陣列的頂視圖。在圖2C中，位單元100的浮置柵極106被覆蓋以僅用于可讀性，因?yàn)楦≈脰艠O與為位單元供電的金屬層電隔離。在圖2C中，頁面金屬層被豎直地沉積，而行金屬層水平地沉積。在一個(gè)實(shí)施例中，行金屬層一般地垂直于列金屬層延伸。在一個(gè)實(shí)施例中，行金屬層包括重疊部分220，其從行金屬層突出以將行金屬層耦合到位單元100的源極102和電容器110。電接觸之間的耦合豎直地發(fā)生，垂直于襯底的平面。這些重疊部分220可以在行頂部金屬層和行底部金屬層之間交錯(cuò)，以便在位單元陣列的總體尺寸方面進(jìn)一步節(jié)省空間。
[0045]圖3A是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的具有修改的電容器結(jié)構(gòu)的NVM位單元300a的頂視圖。電容器310a的電容由在第二有源區(qū)域114b之上的浮置柵極306a的形狀確定，因?yàn)楦≈脰艠O306a用作電容器的一個(gè)極板。附加地，浮置柵極306a的形狀至少部分確定在哪里附加的電荷載流子的注入將進(jìn)入第二有源區(qū)域114b，由此形成電容器310a的第二極板。取決于在第二有源區(qū)域114b之上的浮置柵極306a的尺寸和形狀，浮置柵極306a和第二有源區(qū)域114b之間的電容將改變。總體而言，增加在第二有源區(qū)域114b之上的浮置柵極306b的尺寸增加了浮置柵極306b的其中在第二有源區(qū)域114b中的注入能夠穿透浮置柵極306下方的區(qū)域中的電容。
[0046]如果浮置柵極306a的寬度大于指定寬度340a，則附加的電荷載流子的注入將不能完全穿透浮置柵極306a的這一加寬的區(qū)域下方，不管注入的角度如何。這允許用于在加寬的區(qū)域下方的溝道的空間。浮置柵極的加寬的區(qū)域用作晶體管。當(dāng)浮置柵極的寬度等于指定寬度340a或更小時(shí)，則LDD注入部在浮置柵極之下短接在一起。當(dāng)注入部在浮置柵極306之下短接時(shí)，浮置柵極306完全電容耦合到有源區(qū)域114b。另外，在這一情況下，浮置柵極306與在有源區(qū)域114b下方的阱或襯底隔離。
[0047]在圖3A的實(shí)施例中，浮置柵極306a的形狀和尺寸已經(jīng)從圖1A中所示的浮置柵極106的實(shí)施例改變，以與圖1A中所示的實(shí)施例相比增加浮置柵極306a在第二有源區(qū)域114b之上的表面面積。在第二有源區(qū)域114b上方的所有點(diǎn)處，浮置柵極306a具有寬度A340a，寬度A小于或等于閾值寬度，該閾值寬度注入的電荷載流子在不再能夠完全穿透浮置柵極306a下方。還構(gòu)思了在不超出指定寬度的情況下增加浮置柵極306a在第二有源區(qū)域114b之上的表面面積的形狀。還構(gòu)思增加浮置柵極306a在第二有源區(qū)域114b之上的表面面積而還超過指定寬度的其它形狀。
[0048]圖3B是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的具有含有附加的光刻注入的修改的電容器結(jié)構(gòu)的NVM位單元300b的頂視圖。在這一實(shí)施例中，除了約束浮置柵極寬度之外，附加的光刻或光注入步驟也被添加至標(biāo)準(zhǔn)的CMOS邏輯工藝。在這一實(shí)施例中，在浮置柵極306b被添加至位單元300b之前，光注入步驟向第二有源區(qū)域114b中注入附加的電荷載流子。由于浮置柵極306a尚未被添加至位單元，所以光注入可以將電荷載流子注入第二有源區(qū)域114b上的任何地方，以形成電容器310b的極板之一，不管浮置柵極306b的寬度340b如何。附加的注入隔離了浮置柵極電容器310b與在其下方的阱和襯底。在其它實(shí)施例中，電容器不與在其之下的阱隔離。
[0049]因此，浮置柵極306b不需要被限制為如上所述的閾值寬度，以便增加在浮置柵極306b與第二有源區(qū)域114b之間的電容。在一個(gè)實(shí)施例中，浮置柵極306b具有大于寬度A340a的寬度B340b，有源區(qū)域114b具有附加的電荷載流子的光注入。
[0050]圖3C是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的具有額外的金屬接觸的成對的NVM位單元300c的電路圖。成對的位單元300c并不在源極102a和電容器IlOb之間共享電接觸。相反，每個(gè)源極102和電容器110具有其自身的電接觸，其與位單元陣列的相同行中的其它位單元(未示出)共享。
[0051]位單元陣列的單個(gè)行中的成對的位單元300c中的各位單元的源極102與行源極頂部電接觸或者與行源極底部電接觸共享電接觸。位單元陣列的單個(gè)行中的成對的位單元300c中的各位單元的電容器110與行電容器頂部電接觸或者與行電容器底部電接觸共享電接觸。具有單獨(dú)的電接觸用于成對的位單元300c中的各位單元的源極102和電容器110允許在電流被施加至位單元陣列時(shí)對哪些位被寫入、讀取或擦除進(jìn)行更好的控制和靈活性。
[0052]解耦合電容器位單元操作
[0053]位單元100的結(jié)構(gòu)允許對如何操作位單元100的很大控制。位單元100使用帶帶隧穿(BTBT)來編程浮置柵極，并且使用溝道熱電子注入(CHEI)或沖擊電離熱電子注入(IHEI)(取決于位單元是N型還是P型)來擦除浮置柵極。以下描述描述了使用CHEI來擦除的N型位單元的操作，然而該概念同樣適用于使用IHEI來擦除的P型位單元。
[0054]位單元100的許多優(yōu)點(diǎn)之一在于，因?yàn)殡娙萜?10從源極102和漏極104 二者解耦合，所以電容器110可以用來調(diào)節(jié)浮置柵極106上的電壓，而不影響在源極102和漏極104處的電壓。由于浮置柵極106和第二有源區(qū)域114b之間的電容，浮置柵極106電壓將是在第二有源區(qū)域114b處施加的任何電壓的一定比例。例如，如果在浮置柵極106與第二有源區(qū)域114b之間存在50%的電容耦合，則浮置柵極106電壓將以被施加至第二有源區(qū)域114b(即電容器110電接觸)的電壓改變的50%被耦合。偏置浮置柵極而不影響源極102電壓或漏極104的能力改進(jìn)了讀取和CHEI/IHEI操作的效率，并且改進(jìn)了對BTBT操作的控制。
[0055]為了經(jīng)由CHEI擦除浮置柵極106，源極102和漏極104電壓單獨(dú)地被調(diào)節(jié)以創(chuàng)建在源極102和漏極104之間的電壓降。源極被設(shè)置為高電壓，例如7伏(V)，并且漏極被設(shè)置為低電壓，例如0V。電壓降在源極102和漏極104之間跨溝道區(qū)域108建立高強(qiáng)度電場。電場使得電子從源極102朝著漏極104加速。一些電子將具有足夠的能量(例如它們足夠“熱”)，以被注入到浮置柵極106上。
[0056]通過控制柵極電壓，通過電容器，CHEI可以被更好地優(yōu)化。通過獨(dú)立地使得柵極電壓高于源極-漏極電壓Vds，CHEI高效地被增加至某個(gè)點(diǎn)。在一個(gè)實(shí)施方式中，CHEI可以通過將浮置柵極引至上至8V而將源極和漏極之間的電壓降(Vds)引至5V來有效地完成。在一個(gè)實(shí)施方式中，位單元100是具有在源極和漏極上的非對稱注入的5V位單元。
[0057]在位單元100中，在擦除操作期間，浮置柵極106的電壓可以在CHEI發(fā)生時(shí)被調(diào)整以最大化電子注入效率。例如，通過在電容器I1處施加低電壓來將浮置柵極106耦合至低電壓改進(jìn)了注入效率，而不影響在源極102或漏極104處的電壓。CHEI可以進(jìn)一步通過改變電容器110電壓的值進(jìn)行優(yōu)化，因?yàn)樵诟≈脰艠O106處的電壓由于CHEI而改變，以便維持更高的CHEI效率。
[0058]維持高CHEI效率減小了位單元執(zhí)行CHEI并且因此擦除浮置柵極106所需的電流的量。減小執(zhí)行擦除操作所需的電流的量意味著可以利用用于源極和漏極電壓的電源電壓執(zhí)行CHEI，因此去除了對于電荷泵的需要，該電荷泵產(chǎn)生足夠高的電流以執(zhí)行CHEI。從位單元去除電荷泵大大減小了包括位單元100的存儲(chǔ)器基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的尺寸和復(fù)雜度。此外，在一些實(shí)施例中，電荷泵可以僅用來驅(qū)動(dòng)電容器，由此減小了電荷泵上的負(fù)載，并且由此減小了驅(qū)動(dòng)電容器負(fù)載所必需的電荷泵的尺寸。
[0059]為了經(jīng)由BTBT向浮置柵極106寫入，源極102和漏極104電壓被單獨(dú)地調(diào)節(jié)，以創(chuàng)建漏極104附近強(qiáng)電場。BTBT在強(qiáng)電場存在于靠近位于在漏極104和溝道區(qū)域108處的摻雜區(qū)域的邊界附近的耗盡區(qū)域處時(shí)發(fā)生。在漏極104的摻雜區(qū)域的邊緣處的高電壓(例如6至8V)和在溝道區(qū)域108的耗盡區(qū)域中的少量電荷載流子的存在使得空穴隧穿至浮置柵極106之上。
[0060]BTBT也可以被描述為反向二極管擊穿效應(yīng)，其中正向方向會(huì)是電流從源極102和溝道區(qū)域108傳送到漏極104。在反向方向上，在大電壓下，二極管擊穿并且空穴隧穿到浮置柵極106上。如果漏極上的電壓保持相對恒定，當(dāng)大量空穴隧穿到浮置柵極106上時(shí)，柵控二極管將不再在擊穿電壓以上，并且BTBT將關(guān)閉。因此，BTBT允許對于被添加至浮置柵極106的電荷載流子數(shù)目的相當(dāng)精確的控制。
[0061]在一個(gè)實(shí)施例中，BTBT可以通過與源極102相比非對稱地?fù)诫s漏極104來增強(qiáng)。例如，暈環(huán)注入部154的添加使得耗盡區(qū)域尺寸減小，從而在高電壓被施加至漏極104時(shí)創(chuàng)建用于空穴隧穿到浮置柵極106上的更合適的條件。增加摻雜劑濃度使得耗盡區(qū)域?qū)挾瓤s減。給定電壓跨越的距離越小，電場將越高。電場越高，電子或空穴在穿過耗盡區(qū)域時(shí)將拾取更多的能量。
[0062]為了讀取浮置柵極106上的電壓，源極102、漏極104和電容器被設(shè)置為不同電壓，該不同電壓取決于浮置柵極106上的電壓而將接通或關(guān)斷位單元100。對于示例N型位單元100而言，假設(shè)位單元100具有0.5V的閾值電壓VT。邏輯狀態(tài)O (即位單元100處于“關(guān)斷”狀態(tài))可以由-1V的浮置柵極106電壓表示(假設(shè)源極102、漏極104和電容器110被設(shè)置為OV偏置)。相反，邏輯狀態(tài)I (即位單元處于“導(dǎo)通”狀態(tài))可以由OV的浮置柵極106電壓表不。
[0063]當(dāng)從位單元100讀取時(shí)，源極102電壓被提升至使得如果位單元100具有邏輯狀態(tài)I則位單元100接通并且電流流經(jīng)源極102和漏極104之間的溝道108的電平。如果位單元具有邏輯狀態(tài)O并且源極102電壓被提升至相同電平，則位單元100將不接通并且電流將不流經(jīng)源極102和漏極104之間的溝道108。
[0064]在位單元陣列中，電容器110上的電壓可以被改變以選擇性地讀取位單元陣列中的特定位單元100。在位單元陣列的一個(gè)實(shí)施例中，單獨(dú)提升源極102電壓不足以激活位單元，不管位單元100具有存儲(chǔ)在浮置柵極106上的邏輯值I還是O。在這一實(shí)施例中，提升電容器110電壓使得浮置柵極106電壓被提升至電容器電壓的一個(gè)百分比。提升電容器110電壓連同提升源極電壓102允許激活位單元100，使得電流流經(jīng)溝道108。選擇適當(dāng)?shù)碾娙萜鱅1電壓和源極102電壓降使得位單元100如果浮置柵極106具有邏輯值I則接通，而如果浮置柵極具有邏輯值O則保持關(guān)斷。
[0065]總體而言，對于非易失性存儲(chǔ)器位單元而言具有快速讀取時(shí)間是有利的。一種實(shí)現(xiàn)快速讀取時(shí)間的方式是使用在位單元的源極和漏極處的電壓的較大差來讀取。然而，如果電容器被短路至源極，如現(xiàn)有的非易失性存儲(chǔ)器位單元的情況一樣，提升源極電壓太高可以使得浮置柵極由于電容耦合而接通，而其此時(shí)應(yīng)當(dāng)保持關(guān)斷。由于電容器110從位單元100中的源極102和漏極104解耦合，位單元100并不受困于這一問題。位單元可以利用源極和漏極上的低電壓和柵極上的高電壓進(jìn)行讀取。這允許相對高的溝道電流，因?yàn)槠陂g在飽和狀態(tài)下被使用，但是源極至漏極電壓足夠低以避免使任何電子獲得足夠能量以穿過柵極氧化物被注入到浮置柵極上。
[0066]使用在位單元的源極和漏極之間的大壓差來執(zhí)行快速讀取也可以使得非易失性存儲(chǔ)器位單元經(jīng)受意外的CHEI干擾，其中CHEI即使在其由于高讀取電壓而不被期望時(shí)也發(fā)生。位單元100能夠通過在讀取期間使用電容器110來將浮置柵極106耦合至更高的電壓來補(bǔ)償并且防止CHEI干擾，從而允許低源極-漏極電壓差用于快速讀取，而不引起CHEI干擾。
[0067]位單元100也可以使用適應(yīng)性讀取方案，該方案調(diào)節(jié)電容器110上的電壓，以補(bǔ)償工藝電壓溫度(PVT)變化。PVT變化可以影響在讀取期間提供的電流量。重復(fù)的循環(huán)(編程和擦除)可以導(dǎo)致在溝道108和柵極氧化物150之間的界面處的電荷俘獲。電荷俘獲可以引起位單元的閾值電壓Vt的偏移，由此影響位單元的性能。適合性讀取方案可以用來補(bǔ)償由于PVT或電荷俘獲引起的錯(cuò)誤的位單元性能。在一個(gè)實(shí)施例中，通過使用參考位單元來實(shí)現(xiàn)適合的讀取方案，參考位單元被編程至邏輯狀態(tài)I以設(shè)置偏置條件，從而提供已知的讀取電流。參考位單元的讀取電流可以用來調(diào)整用來讀取位單元的各種電壓。參考位單元應(yīng)當(dāng)與在各種PVT條件下的為電源表現(xiàn)相同。適應(yīng)性讀取方案隨后可以調(diào)節(jié)電容器110電壓，以補(bǔ)償位單元的閾值電壓的由于PVT變化而引起的任何改變。在一個(gè)實(shí)施例中，關(guān)于位單元陣列中的行循環(huán)參考位單元，以更好地模擬電荷俘獲行為，并且因此更好的控制適合的讀取方案。
[0068]表I針對示例性N型實(shí)施例列出以下說明性的讀取、寫入和擦除操作。
[0069]表1:位單元100操作
[0070]

【權(quán)利要求】
1.一種非易失性存儲(chǔ)器位單元，包括: 在襯底中的第一有源區(qū)域，所述第一有源區(qū)域包括源極和漏極； 第二有源區(qū)域，通過第一非導(dǎo)電區(qū)域與所述第一有源區(qū)域分離； 第三有源區(qū)域，通過第二非導(dǎo)電區(qū)域與所述第一有源區(qū)域和所述第二有源區(qū)域分離；浮置柵極，位于所述第一有源區(qū)域上方而在所述源極和所述漏極之間、位于所述第二有源區(qū)域上方、所述第三有源區(qū)域上方以及兩個(gè)非導(dǎo)電區(qū)域上方； 電容器，包括第一極板和第二極板，所述電容器與所述源極和所述漏極分離，所述第一極板包括所述浮置柵極的在所述第二有源區(qū)域上方的部分，并且所述第二極板包括所述第二有源區(qū)域的在所述浮置柵極下方的部分；以及 帶帶隧穿(BTBT)電容器，包括第一極板和第二極板，所述BTBT電容器與所述源極和所述漏極分離，所述第一極板包括所述浮置柵極的在所述第三有源區(qū)域上方的部分，并且所述第二極板包括所述第三有源區(qū)域的在所述浮置柵極下方的部分。
2.一種非易失性存儲(chǔ)器位單元，包括: 在襯底中的第一有源區(qū)域，所述第一有源區(qū)域包括源極和漏極； 第二有源區(qū)域，通過第一非導(dǎo)電區(qū)域與所述第一有源區(qū)域分離； 第三有源區(qū)域，通過第二非導(dǎo)電區(qū)域與所述第一有源區(qū)域和所述第二有源區(qū)域分離；浮置柵極，位于所述第一有源區(qū)域上方而在所述源極和所述漏極之間、位于所述第二有源區(qū)域上方、所述第三有源區(qū)域上方以及兩個(gè)非導(dǎo)電區(qū)域上方； 電容器，包括第一極板和第二極板，所述第一極板包括所述浮置柵極的在所述第二有源區(qū)域上方的部分，并且所述第二極板包括所述第二有源區(qū)域的在所述浮置柵極下方的部分；以及 帶帶隧穿(BTBT)電容器，包括第一極板和第二極板，所述第一極板包括所述浮置柵極的在所述第三有源區(qū)域上方的部分，并且所述第二極板包括所述第三有源區(qū)域的在所述浮置柵極下方的部分。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的非易失性存儲(chǔ)器位單元，其中所述電容器和所述BTBT電容器均與所述源極和所述漏極分離。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的非易失性存儲(chǔ)器位單元，其中所述第三有源區(qū)域包括帶帶隧穿注入部，所述帶帶隧穿注入部被配置用于向所述第三有源區(qū)域施加電壓時(shí)有助于BTBT。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的非易失性存儲(chǔ)器位單元，其中所述BTBT注入部包括暈環(huán)注入部。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的非易失性存儲(chǔ)器位單元，其中所述暈環(huán)注入部包括通過兩種不同的光步驟利用兩種注入形成的暈環(huán)區(qū)域。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的非易失性存儲(chǔ)器位單元，其中所述暈環(huán)區(qū)域利用第一注入步驟形成，并且所述源極漏極延伸區(qū)域利用第二注入步驟形成。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的非易失性存儲(chǔ)器位單元，其中所述第二有源區(qū)域包括電荷載流子的注入，所述注入包括源極漏極延伸注入和輕摻雜漏極(LDD)注入中的至少一項(xiàng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的非易失性存儲(chǔ)器位單元，其中所述注入被配置用于在所述浮置柵極的在所述第二有源區(qū)域之上的整個(gè)部分之下注入電荷載流子。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的非易失性存儲(chǔ)器位單元，其中所述浮置柵極的在所述第二有源區(qū)域之上的所述部分包括小于或等于指定寬度的寬度，電荷載流子的附加注入在所述指定寬度無法穿透所述第二有源區(qū)域的在所述浮置柵極的所述部分下方的整個(gè)部分。
11.根據(jù)權(quán)利要求2所述的非易失性存儲(chǔ)器位單元，其中所述第一有源區(qū)域包括源極漏極延伸注入部和輕摻雜漏極(LDD)注入部中的至少一項(xiàng)，并且其中所述漏極包括暈環(huán)注入部。
12.—種成對的非易失性存儲(chǔ)器位單元，包括: 在襯底中的第一有源區(qū)域，所述第一有源區(qū)域包括第一源極和第二源極以及第一漏極和第二漏極； 第二有源區(qū)域，通過非導(dǎo)電區(qū)域與所述第一有源區(qū)域分離，所述第二有源區(qū)域包括第一電容器和第二電容器； 第三有源區(qū)域，通過第二非導(dǎo)電區(qū)域與所述第一有源區(qū)域和所述第二有源區(qū)域分離，所述第三有源區(qū)域包括第一 BTBT電容器和第二 BTBT電容器； 第一浮置柵極，位于所述第一有源區(qū)域、所述第二有源區(qū)域和所述第三有源區(qū)域以及所述非導(dǎo)電區(qū)域上方，并且位于所述第一源極和所述第一漏極之間；以及 第二浮置柵極，位于所述第一有源區(qū)域、所述第二有源區(qū)域和所述第三有源區(qū)域以及所述非導(dǎo)電區(qū)域上方，并且位于所述第二源極和所述第二漏極之間。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的非易失性存儲(chǔ)器位單元，其中所述第一電容器和所述第一BTBT電容器與所述第一源極和所述第一漏極分離，并且所述第二電容器和所述第二 BTBT電容器與所述第二源極和所述第二漏極分離。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的非易失性存儲(chǔ)器位單元，其中所述第一電容器包括第一極板和第二極板，所述第一極板包括所述第一浮置柵極的在所述第二有源區(qū)域上方的部分，并且所述第二極板包括所述第二有源區(qū)域的在所述第一浮置柵極下方的部分。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的非易失性存儲(chǔ)器位單元，所述第一BTBT電容器包括第一極板和第二極板，所述第一極板包括所述第一浮置柵極的在所述第三有源區(qū)域上方的部分，并且所述第二極板包括所述第三有源區(qū)域的在所述第一浮置柵極下方的部分。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的非易失性存儲(chǔ)器位單元，其中所述第三有源區(qū)域包括帶帶隧穿注入部，所述帶帶隧穿注入部被配置用于在向所述第三有源區(qū)域施加電壓時(shí)有助于BTBT。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的非易失性存儲(chǔ)器位單元，其中所述BTBT注入包括暈環(huán)注入。
18.根據(jù)權(quán)利要求12所述的非易失性存儲(chǔ)器位單元，包括被連接至所述第一源極和所述第二源極的第一電接觸、被連接至所述第一漏極的第二電接觸、被連接至所述第二漏極的第三電接觸、被連接至所述第一電容器和所述第二電容器的第四電接觸、被連接至所述第一 BTBT電容器和所述第二 BTBT電容器的第五電接觸。
19.一種機(jī)器可讀介質(zhì)，其存儲(chǔ)表示非易失性存儲(chǔ)器位單元的數(shù)據(jù)，所述機(jī)器可讀介質(zhì)包括: 非易失性存儲(chǔ)器位單元，包括: 在襯底中的第一有源區(qū)域，所述第一有源區(qū)域包括源極和漏極； 第二有源區(qū)域，通過第一非導(dǎo)電區(qū)域與所述第一有源區(qū)域分離；第三有源區(qū)域，通過第二非導(dǎo)電區(qū)域與所述第一有源區(qū)域和所述第二有源區(qū)域分離；浮置柵極，位于所述第一有源區(qū)域上方而在所述源極和所述漏極之間、位于所述第二有源區(qū)域上方并且位于所述第三有源區(qū)域上方； 電容器，包括第一極板和第二極板，所述第一極板包括所述浮置柵極的在所述第二有源區(qū)域上方的部分，并且所述第二極板包括所述第二有源區(qū)域的在所述浮置柵極下方的部分；以及 帶帶隧穿(BTBT)電容器，包括第一極板和第二極板，所述第一極板包括所述浮置柵極的在所述第三有源區(qū)域上方的部分，并且所述第二極板包括所述第三有源區(qū)域的在所述浮置柵極下方的部分。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的非瞬態(tài)機(jī)器可讀介質(zhì)，其中所述電容器和所述BTBT電容器均與所述源極和所 述漏極分離。
【文檔編號】H01L21/337GK104081509SQ201380007152
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2013年1月17日 優(yōu)先權(quán)日:2012年1月30日
【發(fā)明者】A·E·霍奇 申請人:美商新思科技有限公司