[发明专利]一种使SONOS电晶体兼具开关以及记忆体的方法

说明书

技术领域

本发明是有关于一种使SONOS电晶体兼具开关以及记忆体的方法，特别是有关于一种具有可以保持稳定临界电压的方法。

背景技术

目前，一般的快闪记忆体(flash type nonvolatile memory)判别记忆状态的方式系在栅极(gate)施加一个介于写入(program)与抹除(erase)临界电压(Threshold voltage)之间的读取电压Vread来读取相对应的电流，借此判别记忆状态为“0”或“1”。而这写入与抹除之间的临界电压差(或记忆窗口memory window)的大小会影响记忆状态的误判机率，记忆窗口范围要大，才可避免记忆状态的误判。一旦记忆体的临界电压改变，电晶体就无法在开与关之间正确的切换，因此无法作为开关(switch)使用。

传统的快闪式记忆体写入方式主要有两种：FN穿遂写入(Fowler-Nordheim tunneling)或是通道热电子(channel-hot-electron)写入，而抹除方式则为FN穿遂为主。一般热电子写入SONOS记忆体的优点为可令记忆体具有二位元(two bits)的记忆效果，此时将电子储存在靠近源极(source)或漏极(drain)端上方的氮化硅(Si3N4)层，使单一记忆胞(cell)在源极与漏极端能单独储存讯息，达成二位元效果。缺点则是通道热电子写入时需消耗大量能量(power consumption)，若同时写入多个记忆胞，功率消耗是一个大问题。此外热电子写入记忆体会产生劣化降低可靠度(reliability)。至于FN穿遂写入的优点在于不需要消耗大量的功率，可是FN穿遂后电子会被注入至整个通道上方的氮化硅层中，无法达成二位元的记忆效果。

鉴于现有技术的各项问题，为了能够兼顾解决之，本发明人基于多年研究开发与诸多实务经验，提出一种使SONOS电晶体兼具开关以及记忆体的方法，以作为改善上述问题的实现方式与依据。

发明内容

本发明可提供一种非挥发性记忆体写入与抹除之方法，其可利用SONOS电晶体的源极端或是漏极端进行FN穿遂，改变漏极端或源极端附近的上方电荷储存层内的电子储存状态，并利用栅极感应漏极漏电流(GIDL)变化判别漏极或源极的记忆状态，使SONOS电晶体具备二位元的记忆效果，具有较高的记忆密度。相较于一般二位元的记忆效果利用通道热电子方法写入需消耗大量能量(power consumption)，利用此非挥发性记忆体写入与抹除的方法所消耗的能量较一般现有技术少。

本发明亦可提供一种使SONOS电晶体兼具开关以及记忆体的方法，利用上述SONOS电晶体的源极端或是漏极端进行FN穿遂，此时通道上方电荷储存层内的电荷变化不大，FN穿遂主要在电晶体的源极端或是漏极端上方进行。运作时，电晶体一直保持稳定的临界电压，使SONOS电晶体不但具备记忆体功能，同时保留开关特性。因此当电晶体作为逻辑电路或者是LCD画素开关切换时，能在同一电晶体中存储额外的资料，且能增加电路设计或使用上的弹性。其中，SONOS电晶体包含一栅极、一电荷储存层、一源极、一漏极和一基底。且该一种使SONOS电晶体兼具开关以及记忆体的方法之步骤包含：

先给予栅极一较大或是操作时间较久的第一操作电压，此时源极和漏极接地，通道中的电子会注入该电晶体的电荷储存层之中，此时，该电晶体的栅极感应漏极漏电流(GIDL)与临界电压(Vt)增加，临界电压由一第一临界电压增加至一第二临界电压后，停止供应该第一操作电压，此步骤结束。

抹除动作。进行抹除动作时，首先分别就漏极和源极个别操作，选择源极或是漏极给予一抹除电压，以下以漏极为例，漏极加设该抹除电压后，此时栅极与源极接地，使得漏极附近上方的电荷储存层中的电子被抹除(或是电洞注入电荷储存层)。源极的操作方式亦同。此方法抑制漏极或源极端的栅极感应漏极电流，且源极端和漏极端的上方可分别存储电子，因此SONOS电晶体具有二位元记忆效果，并且具备较高的记忆密度。

写入动作，执行写入动作时，给予栅极一写入电压，此时源极和漏极接地。因为提供给该栅极的该写入电压比该第一操作电压较小(或是操作时间较短)，因此不会影响到该电晶体的临界电压值，而栅极-漏极以及栅极-源极附近可产生较大的电场，电子将会注入漏极端与源极端上方的电荷储存层中，再度形成栅极感应漏极漏电流(GIDL)。