专利名称：存储器件以及从其中擦除数据的方法
技术领域：
本发明涉及一种SONOS存储器件以及从其中擦除数据的方法，更具体地说，涉及一种通过采用热空穴改进擦除速度的SONOS存储器件，及从其中擦除数据的方法。
背景技术：
图1A和2A为截面图，其说明了向传统的SONOS快闪EEPROM(电可擦可编程的只读存储器)的存储单元中记录信息和从其中擦除信息的原理。图1B和2B为示意图，其示出了当向图1A和2A所示的EEPROM的存储单元中记录信息和从其中擦除信息时的能带间隙。
参照图1A和2A，SONOS快闪EEPROM包括P-Si衬底1、形成在衬底1中的源电极2和漏极3、以及顺序叠置在衬底1上的隧道氧化膜4、氮化膜5、阻塞氧化膜6和多晶Si栅电极7。SONOS快闪存储器中的隧道氧化膜4、氮化膜5和阻塞氧化膜6称为氧化/氮化/氧化(ONO)膜。
参照图1A和1B，为在SONOS快闪EEPROM中记录信息，将P-Si衬底1接地，并向栅电极7施加预定的正电压(VG＞0)。然后，在衬底1与栅电极7之间形成电场，并产生跨过隧道氧化膜4的Fowler-Nordheim(FN)电流。
在源电极2与漏极3之间行进的电子通过经隧道氧化膜4能垒的隧穿注入氮化膜5。进入氮化膜5的电子e由阻塞氧化膜6阻挡，并且通过捕获氮化膜5中的电子在存储单元中记录信息。
参照图2A和2B，在擦除记录于SONOS快闪EEPROM中的信息时，通过在衬底1接地后向栅电极7施加预定负电压(VG＜0)，沿与记录信息时的方向相对的方向形成电场。因此，沿与记录时FN电流方向相对的方向形成穿过隧道氧化膜4的FN电流，并且利用FN电流通过经隧道氧化膜4隧穿将电子e从氮化膜5移动到衬底1，从而擦除信息。
采用FN电流擦除数据时，由于电子e从栅电极7移动到屏蔽氧化膜6将降低擦除速度。当在NOR快闪存储器件中记录数据时，采用通道热电子注入(CHEI)方法部分地填充电子e，并且采用热空穴注入(HHI)方法擦除数据。但在NAND快闪存储器的情况下，由于采用HHI方法不能擦除分散在氮化膜中的所有电子，所以采用FN电流记录和擦除数据。
图3为在SONOS快闪EEPROM中采用FN电流记录数据时，根据栅极电压的变化记录时间与阈值电压Vth之间的关系曲线图。图4为在SONOS快闪EEPROM中采用FN电流擦除数据时，根据栅极电压的变化擦除时间与阈值电压Vth之间的关系曲线图。
参照图3和4，在相同的阈值电压Vth下擦除时间比记录时间长。这被认为是由从栅电极注入电子导致的现象。
发明内容
为了解决上述和/或其它的问题，本发明提供了一种具有高擦除速度的SONOS存储器件和从其中擦除数据的方法。
根据本发明一实施方式，提供一种连接到位线和字线的SONOS存储器件，其包括形成有第一和第二电极的衬底；设置在衬底上的隧道氧化层；设置在隧道氧化层上的氮化膜；以及设置在氮化膜上并连接到字线的栅电极，其中，通过穿过隧道氧化层将热空穴注入到氮化膜中而从SONOS存储器件擦除数据，而且所述热空穴由形成在第一和第二电极中至少之一与氮化膜和位线中至少之一之间的强电场产生。
优选，向每个第一和第二电极施加相同的正电压，并向栅电极施加负电压。
位线接触所述电极之一，使来自第一和第二电极中之一的热空穴可以注入到位线中，或者所述位线可以包括分别接触第一和第二电极的两条线，使来自第一和第二电极的热空穴可以注入这两条线中。
该SONOS存储器件还包括用于屏蔽电子隧穿的阻塞氧化膜，其介于氮化膜与栅电极之间。
通过穿过隧道氧化膜使FN电流的电子隧穿到氮化膜中而记录数据。可以通过流过隧道氧化膜的FN电流使热空穴隧穿到氮化膜中而擦除数据，在此情况下，向栅电极施加负电压。
优选，第一和第二电极具有小于100nm的通道长度。
根据本发明的另一实施方式，提供一种擦除数据的方法，包括向与至少一条位线接触的第一和第二电极中之一施加预定正电压；以及通过向与能使由第一和第二电极中的至少之一产生的热空穴注入到氮化膜中的字线接触的栅电极施加预定负电压而在第一和第二电极中之一与栅电极之间形成强电场。
可以通过向第一和第二电极中之一施加预定正电压、利用一电极注入热空穴。
也可以通过将相同的正电压施加到两条分别连接第一和第二电极的位线、利用两电极注入空穴。
用于屏蔽电子移动的阻塞氧化膜介于氮化膜与栅电极之间。
优选，第一和第二电极具有小于100nm的通道长度。
通过参照附图详细描述本发明的具体实施方式
，将使本发明的上述及其它特征和优点更加明显，附图中图1A为一截面图，其图示说明了传统的SONOS快闪EEPROM记录信息的原理；图1B示意性地示出了采用图1A所示的方法记录时的能带；图2A为一截面图，其图示说明了传统的SONOS快闪EEPROM擦除信息的原理；图2B示意性地示出了采用图2A所示的方法擦除时的能带；图3为一曲线图，其示出了SONOS快闪EEPROM中栅电极电压Vg的变化时记录时间与阈值电压Vth之间的关系；图4为一曲线图，其示出了SONOS快闪EEPROM中栅电极电压Vg变化时擦除时间与阈值电压Vth之间的关系；图5A为本发明一实施方式的SONOS存储器件构造的电路图；图5B为本发明一实施方式的SONOS存储阵列构造的电路图；图6为本发明一实施方式的截面图，其图示说明了从SONOS存储器件中擦除信息的原理；图7A为一曲线图，其图示说明了本发明一实施方式的SONOS存储器件中，在栅极电压Vg固定时，随源极电压Vs的变化擦除时间与阈值电压Vth之间的关系；
图7B为一曲线图，其图示说明了本发明一实施方式的SONOS存储器件中，在源极电压Vs固定时，随栅极电压Vg的变化擦除时间与阈值电压Vth之间的关系；图7C为一曲线图，其图示说明了本发明一实施方式的SONOS存储器件中，在栅极电压Vg固定时，随源极电压Vs和漏极电压Vd的变化擦除时间与阈值电压Vth之间的关系；图8为一曲线图，其图示说明了本发明一实施方式的SONOS存储器件中，根据记录和擦除循环阈值电压Vth的变化；以及图9为一曲线图，其图示说明了本发明一实施方式的SONOS存储器件中，记录和擦除循环之后，停留时间与阈值电压Vth之间的关系。
具体实施例方式
以下，将参照附图对本发明实施方式的从SONOS存储器件中擦除数据的方法进行更全面的说明。
图5A为本发明一实施方式的SONOS存储器件构造的电路图。参照图5A，该SONOS存储器件包括多个存储单元M，每个存储单元包括堆叠型栅极。沿纵向排列的存储单元M串联，共用MOS晶体管的第一和第二电极，即源极和漏极。通过选择栅极晶体管SG将存储单元M的源电极和漏极中之一共同连接到第一位线BL1。
在本实施方式的存储器件中，其它没有连接到第一位线BL1的电极被连接到第二位线BL2。当不存在额外的第二位线BL2时，从连接到第一位线BL1的电极之一注入热空穴，但当存在额外的第二位线BL2时，可以从源电极和漏极两者注入热空穴。
图5B为本发明的SONOS存储阵列构造的电路图。在图5B中示出了多个存储单元的阵列，每个存储单元具有堆叠的栅极结构。
如图5A的SONOS存储器件那样，沿纵向排列的存储单元相互连接，共用MOS晶体管的第一和第二电极，即源极和漏极。第一电极，即源电极通常连接到源极线SL0、SL1、SL2...，第二电极，即漏极通常连接到位线BL0、BL1、BL2...。沿横向排列的存储单元的栅电极通常连接到字线WL0、WL1、WL2...。
源极线SL0、SL1、SL2...是不同于连接到漏极的位线BL0、BL1和BL2的位线。换言之，在图5B中，源极线SL0、SL1、SL2...、以及位线BL0、BL1和BL2对应于第一和第二位线BL1和BL2。通过向源极、漏极和栅电极施加电压，可以从具有特殊地址的、具有图2A的构造的存储单元中擦除信息。
图6为本发明一实施方式的截面图，其图示说明了从SONOS存储器件中擦除信息的原理。
通常，数据被记录在SONOS存储器件上，使第一和第二电极，即源极和漏极及衬底11接地，如图1所示，通过向栅电极17施加正向高电压VG，在隧道氧化膜14中产生FN电流。然后，FN电流的电子从通道的前表面注入悬浮栅极，即氮化膜，由此将数据记录在SONOS存储器件上。如记录操作那样，可随意定义氮化膜中电子的注入。换言之，可以通过将电子注入到氮化膜内“擦除”信息，也可以通过去除电子，即注入空穴，“记录”信息。下文将电子注入氮化膜15称为信息记录操作，而将电子擦除(注入空穴)称为信息擦除操作。
当然，对于擦除数据，必须去除储存在氮化膜15中的电子。为此，p型阱衬底1接地后，通过向n+型第一和第二电极中之一、即源极和漏极12和13中之一施加正电压并向栅电极17施加负电压，在源极和漏极12和13中之一与栅电极17之间形成强电场。此时，若向体状衬底11施加预定正电压，可以形成更有效的电场。
也可选择同时向源极和漏极12和13施加正电压Vs和Vd，并向栅电极17施加负电压Ve，在源极和漏极12和13与栅电极17之间形成强电场而可以形成热空穴。施加到源极的电压Vs和施加到漏极的电压Vd可以是相同的，在此情况下，通过施加预定正电压到衬底1同样可以有效地得到强电场。
通过穿过隧道氧化膜14由强电场加速的热空穴h被注入氮化膜15中。通过与电子的电性反应抵消负电荷，注入到氮化膜15的热空穴h擦除数据。本实施方式的SONOS存储器件采用热空穴注入(HHI)方法，其中注入热空穴h以擦除数据。为了有效擦除，采用FN电流来擦除电子的传统方法可以与HHI方法一起执行。
在传统的NAND快闪存储器件中，不能采用HHI方法擦除数据，因为通过产生40至60nm长的热空穴注入线只能局部实现擦除操作。然而，在本实施方式的SONOS存储器件中，由于源极与漏极12与13之间的通道长度小于100nm，从源极和漏极12和13两者注入热空穴，并且通过隧道氧化膜的每个热空穴的总长度大于100nm，因此扩散在氮化膜15中的电子可以抵消。特别是，当在芯片系统(SoC)中采用绝缘硅(SOI)衬底时，因为隧道氧化膜14太厚，因此采用FN电流的擦除方法是无效的。在此情况下，可以采用本实施方式的HHI方法有效地逐出电子。
图7A的曲线示出了在本发明一实施方式的SONOS存储器件中，栅极电压Vg固定为-6V、漏极电压Vd固定为0V、源极电压Vs分别变化为3V、4V和5V时，擦除时间与阈值电压Vth之间的关系。
参照图7A，因为阈值电压Vth与源极电压Vs之间的差值随源极电压Vs的增加而增加，所以对于给定的阈值电压Vth，擦除时间减少。从源电极注入的热空穴的数量与源极电压Vs与栅极电压Vg之间的差值成比例。
图7B的曲线示出了本发明一实施方式的SONOS存储器件中，源极电压Vs固定为4V、漏极电压Vd固定为0V、栅电极电压Vg分别变化为-4V、-5V和-6V时，擦除时间与阈值电压Vth之间的关系。
参照图7B，因为栅极电压Vg与源极电压Vs之间的差值随栅极电压Vg的增加而增加，所以对于给定的阈值电压Vth，擦除时间减少。擦除时间相对于源极电压Vs或栅极电压Vg变化的变化与图7A和图7B所示的曲线图中类似，擦除速度与传统的NAND快闪存储器件中的擦除速度类似。
图7C的曲线示出了本发明一实施方式的SONOS存储器件中，栅极电压Vg固定为-6V、源极电压Vs和漏极电压Vd分别变化为3V、4V和5V时，擦除时间与阈值电压Vth之间的关系。
参照图7C，对于给定的阈值电压Vth，擦除时间显著减少，而不像图7A和7B中示出的曲线。这意味着从源极和漏极两者注入热空穴比仅从一个电极注入更有效。
图8的曲线示出了根据本发明一实施方式的SONOS存储器件中，阈值电压Vth相对于采用FN电流记录和采用HHI方法擦除的循环的数量的变化。
图9的曲线示出了本发明一实施方式的SONOS存储器件中，多于105的记录和擦除循环之后，停留时间与阈值电压Vth之间的关系。
参照图8，施加12V栅极电压Vg 1ms用以记录数据，并且施加-6V栅极电压Vg、5V源极电压Vs和5V漏极电压Vd 5ms用以擦除。在104与105的记录和擦除循环之间，记录数据时阈值电压保持在约1至2V，擦除数据时保持在约-1.3至-1V。也就是说，本发明实施方式的SONOS存储器件具有高可靠性。
参照图9，经10万次记录和擦除循环之后，106秒的停留时间后阈值电压之间的差值是0.75V。因此，根据本发明实施方式的SONOS存储器件适于用作快闪存储器件。如果数据擦除的检测界限限定为0.5V，本发明的擦除方法将在有效范围内产生电压。
增加接触源极和漏极的位线后，当源极和漏极与栅电极之间形成强电场时，通过将热空穴注入氮化膜，本发明实施方式的存储器件可以可靠地擦除数据。
如上所述，本发明实施方式的SONOS存储器件和擦除的方法可以高速擦除数据。
虽然已参照优选实施方式具体示出和描述了本发明，但对本领域技术人员来说应该理解，在不超出由所附权利要求所限定的本发明的构思和范围的前提下，可在形式上和细节上作出各种改变。
权利要求
1.一种连接到位线和字线的SONOS存储器件，包括内部形成有第一和第二电极的衬底；设置在所述衬底上的隧道氧化层；设置在所述隧道氧化层上的氮化膜；以及设置在所述氮化膜上并连接到所述字线的栅电极；其中，通过穿过所述隧道氧化层将热空穴注入到所述氮化膜中而从所述SONOS存储器件擦除数据，而且所述热空穴由形成于所述第一和第二电极中至少之一与所述氮化膜和位线中至少之一之间的强电场产生。
2.如权利要求1所述的SONOS存储器件，其中，在每个所述第一和第二电极上施加相同的正电压，并在所述栅电极上施加负电压。
3.如权利要求1所述的SONOS存储器件，其中，所述位线接触所述电极中之一，使来自所述第一和第二电极中之一的热空穴注入所述位线中。
4.如权利要求1所述的SONOS存储器件，其中，所述位线包括分别接触所述第一和第二电极的两条线，使来自所述第一和第二电极的热空穴注入这两条线中。
5.如权利要求1所述的SONOS存储器件，其中，还包括用于屏蔽电子隧穿的阻塞氧化膜，其介于所述氮化膜与所述栅电极之间。
6.如权利要求1所述的SONOS存储器件，其中，通过穿过所述隧道氧化膜使FN电流的电子隧穿到所述氮化膜中而记录数据。
7.如权利要求1所述的SONOS存储器件，其中，通过流过所述隧道氧化膜的FN电流使所述热空穴隧穿到所述氮化膜中而擦除数据。
8.如权利要求7所述的SONOS存储器件，其中，在所述栅电极上施加负电压。
9.如权利要求1所述的SONOS存储器件，其中，所述第一和第二电极具有小于100nm的通道长度。
10.一种擦除数据的方法，包括向与至少一条位线接触的第一和第二电极中之一施加预定正电压；以及通过向与能使由所述第一和第二电极中至少之一产生的热空穴注入到氮化膜中的字线接触的栅电极施加预定负电压而在所述第一和第二电极中之一与所述栅电极之间形成强电场。
11.如权利要求10所述的方法，其中，向所述第一和第二电极中之一施加正电压，而使另一电极接地。
12.如权利要求10所述的方法，其中，向两条分别连接所述第一和第二电极的位线施加相同的正电压。
13.如权利要求10所述的方法，其中，用于屏蔽电子移动的阻塞氧化膜介于所述氮化膜与所述栅电极之间。
14.如权利要求10所述的方法，其中，所述第一和第二电极具有小于100nm的通道长度。
全文摘要
本发明公开了一种SONOS存储器件及从其中擦除数据的方法。通过穿过隧道氧化膜能垒将热空穴注入到氮化膜中而擦除数据。所述热空穴通过形成于至少与一条位线接触的第一和第二电极中之一和与字线接触的栅电极之间的强电场而产生。该擦除方法提高了擦除速度，因此改进了SONOS存储器件的性能。
文档编号H01L29/792GK1585132SQ200410079460
公开日2005年2月23日 申请日期2004年6月16日 优先权日2003年6月16日
发明者蔡洙杜, 金桢雨, 李兆远, 金汶庆 申请人:三星电子株式会社