具有保护二极管的氮化硅只读存储器结构及其操作方法技术

一种具有保护二极管的氮化硅只读存储器结构，此结构是由基底、氮化硅只读存储器存储单元、Ｎ＃＋［＋］掺杂区、Ｎ＃＋［＋］保护环与多晶硅保护环构成。氮化硅只读存储器存储单元位于基底上。Ｎ＃＋［＋］掺杂区位于基底中，且Ｎ＃＋［＋］掺杂区与氮化硅只读存储器存储单元的一字符线电接触。Ｎ＃＋［＋］保护环位于环绕Ｎ＃＋［＋］掺杂区的基底中。多晶硅保护环位于Ｎ＃＋［＋］掺杂区与Ｎ＃＋［＋］保护环之间的基底上。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是有关于一种非挥发性内存(Non-Volatile Memory)元件的结构，且特别是有关于一种。典型的可电擦除且可编程只读存储器以掺杂的多晶硅制作浮置栅极(Floating Gate)与控制栅极(Control Gate)。当内存进行程序化(Program)时，适当程序化的电压分别加到源极区、漏极区与控制栅极上，电子将由源极区经由信道(Channel)流向漏极区。在此过程中，将有部分的电子会穿过多晶硅浮置栅极层下方的穿隧氧化层(Tunneling Oxide)，而进入多晶硅浮置栅极层中，并且会均匀分布于整个多晶硅浮置栅极层中，此种电子穿越穿隧氧化层进入多晶硅浮置栅极层的现象，称为穿隧效应(Tunneling Effect)。可电擦除且可编程只读存储器一般的操作机制是以上述信道热电子(Channel Hot-Electron Injection)机制进行程序化，并且利用Fowler-Nordheim穿隧(F-N Tunneling)效应进行擦除。但是，若多晶硅浮置栅极层下方的穿隧氧化层有缺陷(Defect)存在，则容易造成元件的漏电流，影响元件的可靠度。为了解决传统可电擦除且可编程只读存储器元件漏电流的问题，目前公知的一种方法是利用一电荷捕捉层取代多晶硅浮置栅极，电荷捕捉层的材质例如是氮化硅。而形成一种由氧化硅/氮化硅/氧化硅(ONO)复合层所构成的堆栈式(Stacked)栅极结构的EEPROM。因为电荷捕捉层的材质为氮化硅，所以此种EEPROM也称为氮化硅只读存储器(NROM)。因为，氮化硅层具有抓住电荷的效果，所以注入氮化硅层中的电子并不会均匀分布于整个氮化硅层中，而是以高斯分布的方式集中于氮化硅层的局部区域上。由于注入于氮化硅层的电子仅集中于局部的区域，因此，对于穿隧氧化层其缺陷的敏感度较小，元件漏电流的现象较不易发生。然而，在一般的氮化硅只读存储器的制造过程中，由于工艺环境的影响，例如使用等离子体(Plasma)等将会使得电荷沿着金属移动，发生所谓的天线效应(Antenna Effect)，瞬间的电荷不平衡，将使部分电荷陷入氧化硅/氮化硅/氧化硅(ONO)复合层中，造成只读存储器元件形成不均匀的程序化(Program)的现象，进而导致启始电压的分布(0.3伏特至0.9伏特)过大的问题。为了解决上述问题，公知一种解决天线效应所造成只读存储器元件程序化问题的方法，是在基底中形成与字符线电相连的二极管(N+掺杂区)，当二极管中的瞬间电荷达到一定值时，则由电崩溃的方式将电荷释放至基底中。然而具有此种结构的氮化硅只读存储器元件，在进行程序化或读取操作时，由于施予字符线的偏压会高于二极管(N+掺杂区)的崩溃电压，因此施予字符线的偏压会因二极管(N+掺杂区)的电崩溃而降低，进而影响元件操作(写入/擦除)的速度。本专利技术的另一目的在于提供，利用具有可变崩溃电压的保护二极管，使氮化硅只读存储器在进行程序化或读取操作时不会降低输入的电压，而影响元件操作(写入/擦除)的速度。本专利技术提供一种具有保护二极管的氮化硅只读存储器结构，此结构是由基底、氮化硅只读存储器存储单元、N+掺杂区、N+保护环与多晶硅保护环所构成，其中基底、N+掺杂区、N+保护环与多晶硅保护环构成一保护二极管。氮化硅只读存储器存储单元位于基底上。N+掺杂区位于基底中，且N+掺杂区与氮化硅只读存储器存储单元的一字符线电接触。N+保护环位于环绕N+掺杂区的基底中。多晶硅保护环位于N+掺杂区与N+保护环之间的基底上。本专利技术另外提供一种具有保护二极管的氮化硅只读存储器的操作方法，其中保护二极管结构是由一N+掺杂区、一N+保护环与一多晶硅保护环所构成。N+掺杂区位于基底中，且N+掺杂与氮化硅只读存储器存储单元的一字符线电接触。N+保护环位于环绕N+掺杂区的基底中。多晶硅保护环位于N+掺杂区与N+保护环之间的基底上。此方法是于进行程序化操作时，于字符线施加一第一正电压，于多晶硅保护环施加一第二正电压，并使N+保护环浮置。进行读取操作时，于字符线施加一第三正电压，于多晶硅保护环施加第四正电压，并使N+保护环浮置。进行擦除操作时，于氮化硅只读存储器存储单元的一N-井施加一第五正电压。本专利技术是由金属内联机将后段工艺所产生的电荷导入二极管(N+掺杂区)，且二极管(N+掺杂区)崩溃电压例如是3伏特至5伏特。因此，瞬间不平衡的电荷可以由基底流走，可以避免因电荷陷入氧化硅/氮化硅/氧化硅(ONO)复合层的氮化硅层(电荷捕捉层)中所造成的问题。而且，本专利技术于二极管(N+掺杂区)的周围形成N+保护环，并且于N+保护环与二极管(N+掺杂区)之间的基底上形成多晶硅保护环。在进行氮化硅只读存储器存储单元的程序化或读取操作时，于多晶硅保护环上施加一正偏压，使二极管(N+掺杂区)的接面轮廓变平滑，调变二极管(N+掺杂区)的崩溃电压，使其崩溃电压提高。所以，具有本专利技术的可变崩溃电压的保护二极管结构的氮化硅只读存储器在操作时，并不会降低输入的电压而使得程序化或读取的速度变慢。此外，本专利技术是以在二极管(N+掺杂区)周围形成一个N+保护环，当然也可以于二极管(N+掺杂区)周围形成两个以上的N+保护环，以使二极管(N+掺杂区)的崩溃电压的调变范围更为广泛。图4为依照本专利技术实施例所绘示的一种具有保护二极管的氮化硅只读存储器的擦除操作的示意图。附图标记说明100基底102N-井104P-井106电荷捕捉层108栅极导体层(字符线)110二极管(N+掺杂区)112多晶硅保护环114N+保护环116、118、120插塞122、124、128导线126介层窗C1、C2接面轮廓首先，请参照附图说明图1与图2，本专利技术的具有可变崩溃电压保护二极管的氮化硅只读存储器结构包括基底100、N-井102、P-井104、电荷捕捉层106、栅极导体层108(字符线)、二极管(N+掺杂区)110、多晶硅保护环(Poly Guard Ring)112、N+保护环114、插塞116、插塞118、插塞120、导线122与124、介层窗126以及导线128构成。基底100例如是P-基底。栅极导体层108(字符线)覆盖于基底100上，且栅极导体层108例如是由多晶硅层与金属硅化物层组成。电荷捕捉层106位于栅极导体层108与基底100之间，且电荷捕捉层106例如是一氧化硅/氮化硅/氧化硅(ONO)结构。N-井102位于栅极导体层108下方的基底100中。P-井104位于栅极导体层108与N-井102的间的基底100中。二极管(N+掺杂区)110位于基底100中，并与栅极导体层108(字符线)隔离。N+保护环114位于基底100中，且环绕二极管(N+掺杂区)110。多晶硅保护环112位于二极管(N+掺杂区)110与N+保护环114之间的基底100上。导线122位于基底100上方，其一端由插塞116与栅极导体层108(字符线)电连接，另一端由插塞118与二极管(N+掺杂区)110电接触。导线128位于基底100上方，其由介层窗126连接导线122。导线124位于基底100上方，其由插塞120与多晶硅保护环112电接触。上述说明本专利技术的具有可变崩溃电压的保护二极管的结构。接着说明本专利技术具有可变崩溃电压的保护二极管的结构本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有保护二极管的氮化硅只读存储器结构，其特征为：该结构包括：一基底，该基底上具有一氮化硅只读存储器存储单元；一Ｎ↑［＋］掺杂区，该Ｎ↑［＋］掺杂区位于该基底中，且该Ｎ↑［＋］掺杂区与该氮化硅只读存储器存储单元的一字符线电接触； 一第一Ｎ↑［＋］保护环，该第一Ｎ↑［＋］保护环位于环绕该Ｎ↑［＋］掺杂区的该基底中；以及一多晶硅保护环，该多晶硅保护环位于该Ｎ↑［＋］掺杂区与该第一Ｎ↑［＋］保护环之间的该基底上。

【技术特征摘要】
1.一种具有保护二极管的氮化硅只读存储器结构，其特征为该结构包括一基底，该基底上具有一氮化硅只读存储器存储单元；一N+掺杂区，该N+掺杂区位于该基底中，且该N+掺杂区与该氮化硅只读存储器存储单元的一字符线电接触；一第一N+保护环，该第一N+保护环位于环绕该N+掺杂区的该基底中；以及一多晶硅保护环，该多晶硅保护环位于该N+掺杂区与该第一N+保护环之间的该基底上。2.如权利要求1所述的具有保护二极管的氮化硅只读存储器结构，其特征为其中该氮化硅只读存储器存储单元包括一氧化硅/氮化硅/氧化硅(ONO)复合层。3.如权利要求1所述的具有保护二极管的氮化硅只读存储器结构，其特征为其中至少还包括一第二N+保护环，该第二N+保护环位于环绕该第一N+保护环的该基底中。4.一种具有保护二极管的氮化硅只读存储器的操作方法，其特征为该保护二极管结构包括一N+掺杂区、一N+保护环与一多晶硅保护环，其中该N+掺杂区位于一基底中，且该N+掺杂区与一氮化硅只读存储器存储单元的一字符线电接触；该N+保护环位于环绕该N+掺杂区的该基底中；该多晶硅保护环位于该N+掺杂区与该N+保护环之间的该基底上；该方法包括进行程序化操作时，于该字符线施加一第一正电压；于该多晶硅保护环施加一第二正电压；以及使该N+保护环浮置。5.如权利要求4所述的具有保护二极管的氮化硅只读存储器的操作方法，其特征为其中该第一正电压为6伏特到9伏特左右。6.如权利要求4所述的具有保护二极管的氮...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭东政，
申请(专利权)人：旺宏电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]