[发明专利]电荷捕获型快闪存储器的编程方法

说明书

本发明提供一种电荷捕获型快闪存储器的编程方法，包括：开启电荷捕获型存储器件的沟道，在源极与漏极之间形成横向电场，以产生从源极流向漏极的一次电子；经过预设时间，一次电子撞击漏极并产生空穴；在漏极及衬底上施加电压，空穴在电场的作用下向下做加速度运动并撞击衬底，产生二次电子；在栅极及衬底上施加电压，形成垂直电场，二次电子在垂直电场的作用下形成三次电子并注入电荷捕获型存储器件的绝缘存储介质层，完成编程操作。本发明在编程过程中，利用横向电场及垂直电场形成三次电子，可有效提高电荷捕获型存储器件的读写电流，减小功耗，提高器件可靠性；结合电荷捕获型存储器件的低成本优点，具有广阔的市场前景。

技术领域

本发明涉及存储器领域，特别是涉及一种电荷捕获型快闪存储器的编程方法。

背景技术

在目前应用广泛的电子产品如MCU(Micro Control Unit，微控制单元)、DSP(digital signal processor，数字信号处理器)、ASIC(application specificintegrated circuit，专用集成电路)、PLD(programmable logic device，可编程逻辑器件)等都会用到嵌入式闪存(embedded Flash简称Eflash)。与传统的EEPROM方案相比，Eflash具有读写速度快，面积小，功耗低等优点，已经在当前物联网(Internet Of Thing，IOT)、汽车电子等应用场景中发挥越来越大的作用。

在嵌入式闪存解决方案中，主要有基于传统浮栅(Floating Gate)结构和电荷捕获(Charge Trap)结构的方案。和传统导电的浮栅结构闪存不同，电荷捕获型结构中采用电荷“捕获”机理，将电荷“俘获”(Trap)在绝缘存储介质中。由于绝缘存储介质本身不导电，即使存在少量缺陷(Defect)，存储的电子也不会流失，同等情况下比浮栅结构的闪存良率更高(浮栅因为本身导电，只要有缺陷就会使电子流失，器件失效)。

与浮栅结构的嵌入式闪存相比，电荷捕获型结构的工艺只需要在标准逻辑工艺平台上增加三层光罩(浮栅结构需要增加七层以上)，制造成本较低，与标准逻辑工艺兼容性较好，工艺简单，在市场上具有相当明显的成本优势。

电荷捕获型结构的缺点在于高温和高电压下电荷容易从绝缘存储介质中逸出，没有浮栅结构的闪存保持数据能力强，不适用于高温和高耐用性应用。但是，在对可靠性要求不高的场景下，可以选择电荷捕获型结构作为低成本的解决方案。

传统的电荷捕获型器件采用热电子CHE(Channel Hot Electron)注入方式或者FN(Fowler Nordheim)隧穿方式编程。

在热电子注入方式中，电压加在控制栅(Control Gate)上，编程时在漏极(Drain)上加电压，产生热电子，在栅极加电压，通过顶部介质层耦合电压在绝缘存储介质上产生电势，帮助电子克服势垒(Energy Barrier)通过隧穿氧化层(Tunnel Oxide)注入进绝缘存储介质，进而完成编程(Program)。由于热电子注入(HCI)的物理机理，产生的热电子是基于幸运电子模型(Lucky Electron)注入，编程效率较低(一般在50％左右)。由于效率较低，需要增加电压来提升编程效率，造成闪存器件功耗大。同时由于电子一般由漏极注入，对漏极端隧穿氧化层损伤较大，时间久后容易在漏极端积累电荷，编程电压Vt的窗口变小，耐久性(Endurance)变差，导致器件性能退化等可靠性问题。

FN隧穿方式编程能减少对隧穿氧化层的损伤，可靠性方面比热电子注入好，但是由于FN注入本身物理机理，编程电流小，读写电流也较小。

因此，如何提出一种新的电荷捕获型器件的编程方法，既对隧穿氧化层损伤小、可靠性高，同时能满足较大读写电流发挥电荷捕获型器件本身的低成本优势，已成为本领域技术人员亟待解决的问题之一。

发明内容