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JP2016018805A - Bandgap-engineered memory including a plurality of charge trap layers for storing charges - Google Patents

Bandgap-engineered memory including a plurality of charge trap layers for storing charges Download PDF

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リュ ハン−ティン
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リュ ハン−ティン
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Abstract

【課題】消去飽和が生じにくいメモリを提供する。【解決手段】メモリセルは、ゲートと、チャネル表面及びチャネル価電子帯端を有するチャネル材料と、ゲートとチャネル表面との間の誘電体スタックとを含む。誘電体スタックは、チャネル表面の上の多層トンネル構造と、多層トンネル構造の上の第1の電荷蓄積窒化物層と、第1の電荷蓄積窒化物層の上の第1のブロッキング誘電体層と、第1のブロッキング誘電体層の上の第2の電荷蓄積窒化物層と、第2の電荷蓄積窒化物層の上の第2のブロッキング酸化物層とを含む。多層トンネル構造は、第1のトンネル酸化物層と、第1のトンネル酸化物層の上の第1のトンネル窒化物層と、第1のトンネル窒化物層の上の第2のトンネル酸化物層とを含む。【選択図】図8A memory that is less likely to cause erase saturation is provided. The memory cell includes a gate, a channel material having a channel surface and a channel valence band edge, and a dielectric stack between the gate and the channel surface. The dielectric stack includes a multilayer tunnel structure over the channel surface, a first charge storage nitride layer over the multilayer tunnel structure, and a first blocking dielectric layer over the first charge storage nitride layer. A second charge storage nitride layer over the first blocking dielectric layer and a second blocking oxide layer over the second charge storage nitride layer. The multilayer tunnel structure includes a first tunnel oxide layer, a first tunnel nitride layer above the first tunnel oxide layer, and a second tunnel oxide layer above the first tunnel nitride layer. Including. [Selection] Figure 8

Description

本技術は、フラッシュメモリ技術に関し、より詳細には、大きいゲート電圧にも関らず消去飽和が生じにくく、高速消去動作及びプログラム動作に対して適応可能な電荷トラップメモリ技術に関する。   The present technology relates to a flash memory technology, and more particularly, to a charge trap memory technology that is less susceptible to erase saturation despite a large gate voltage and can be adapted to high-speed erase operations and program operations.

電荷トラップメモリは、誘電性電荷トラップ材料を使用して電荷を蓄積することによりデータを格納する或る種の不揮発性集積回路メモリ技術である。SONOSデバイスと呼ばれる初期の設計によれば、ソース、ドレイン及びチャネルはシリコンチャネル材料(S)から形成され、トンネル誘電体層は酸化シリコン(O)から形成され、電荷蓄積層は窒化シリコン(N)から形成され、ブロッキング誘電体層は酸化シリコン(O)から形成され、ゲートはポリシリコン(S)を含む。   Charge trap memory is a type of non-volatile integrated circuit memory technology that stores data by storing charge using dielectric charge trapping materials. According to an early design called a SONOS device, the source, drain and channel are formed from silicon channel material (S), the tunnel dielectric layer is formed from silicon oxide (O), and the charge storage layer is silicon nitride (N). The blocking dielectric layer is formed from silicon oxide (O) and the gate includes polysilicon (S).

図1は、チャネル10によって分離されたソース11及びドレイン12と、多層トンネル誘電体構造13〜15、電荷蓄積層16及びブロッキング誘電体層17を含む誘電体材料のスタックによって、チャネルから分離されたゲート18とを有する、電界効果トランジスタ(FET)構造からなる電荷トラップメモリセルを示す。   FIG. 1 is separated from a channel by a stack of dielectric material comprising a source 11 and a drain 12 separated by a channel 10 and a multilayer tunnel dielectric structure 13-15, a charge storage layer 16 and a blocking dielectric layer 17. 1 shows a charge trap memory cell having a field effect transistor (FET) structure with a gate 18.

SONOSデバイスは、複数の既知のバイアス技術のうちの1つを使用して電子トンネリングによってプログラムされ、正孔トンネリング又は電子の脱トラップ(de-trapping:デトラッピング)によって消去を受ける。消去動作のための実用的な動作速度を達成するために、トンネル誘電体層は非常に薄く(30Å未満)なければならない。しかしながらその厚さでは、メモリセルの耐久性及び電荷保持特性が、従来の浮遊ゲート技術に比して不十分である。また、比較的厚いトンネル誘電体層の場合、消去動作に必要な電界は、ゲートから発しブロッキング誘電体層を超える電子注入ももたらす。消去には、一般に約15MV/cmを超える大きな電界が必要である。この電子注入により、電荷トラップデバイス内の電荷レベルが平衡レベルに収束する、消去飽和状態がもたらされる。Lue他によって発明された「Operation Scheme with Charge Balancing Erase for Charge Trapping Non-Volatile Memory」と題する特許文献1を参照されたい。   A SONOS device is programmed by electron tunneling using one of a number of known bias techniques and is erased by hole tunneling or electron de-trapping. In order to achieve a practical operating speed for the erase operation, the tunnel dielectric layer must be very thin (less than 30 mm). However, at that thickness, the durability and charge retention characteristics of the memory cell are insufficient compared to conventional floating gate technology. Also, in the case of a relatively thick tunnel dielectric layer, the electric field necessary for the erase operation also results in electron injection emanating from the gate and beyond the blocking dielectric layer. Erasing generally requires a large electric field exceeding about 15 MV / cm. This electron injection results in an erase saturation state where the charge level in the charge trap device converges to an equilibrium level. See U.S. Pat. No. 6,057,059 invented by Lue et al. Entitled “Operation Scheme with Charge Balancing Erase for Charge Trapping Non-Volatile Memory”.

一方では、より低い電界での消去に対してトンネル誘電体層の性能を向上させる技術が研究されてきた。図1において、トンネル誘電体層は、酸化シリコン、窒化シリコン及び酸化シリコンの層を含む3層バンドギャップエンジニアド(bandgap engineered)構造13〜15を含む。   On the one hand, techniques for improving the performance of tunnel dielectric layers for erasing at lower electric fields have been studied. In FIG. 1, the tunnel dielectric layer includes three-layer bandgap engineered structures 13-15 including layers of silicon oxide, silicon nitride, and silicon oxide.

図3は、図1のメモリセルについてのフラットバンド電圧対消去時間のグラフである。BE−SONOSメモリセルは、pポリシリコンゲートを有している。−14Vのゲート電圧での消去動作のシミュレーションにより曲線310が得られる。−14Vのゲート電圧での消去動作からの実験データ(experimental data:Exp)により、プロット点311が得られる。−15Vのゲート電圧での消去動作のシミュレーション(Simulation:Sim)により、曲線320が得られる。−15Vのゲート電圧での消去動作からの実験データにより、プロット点321が得られる。−16Vのゲート電圧での消去動作のシミュレーションにより曲線330が得られる。−16Vのゲート電圧での消去動作からの実験データによりプロット点331が得られる。−17Vのゲート電圧による消去動作のシミュレーションにより曲線340が得られる。−17Vのゲート電圧による消去動作からの実験データによりプロット点341が得られる。−18Vのゲート電圧での消去動作のシミュレーションにより曲線350が得られる。−18Vのゲート電圧での消去動作からの実験データによりプロット点351が得られる。   FIG. 3 is a graph of flat band voltage versus erase time for the memory cell of FIG. The BE-SONOS memory cell has a p polysilicon gate. A curve 310 is obtained by simulating the erase operation with a gate voltage of −14V. Plot point 311 is obtained by experimental data (Exp) from the erase operation with a gate voltage of −14V. A curve 320 is obtained by simulation (Simulation: Sim) of the erase operation at a gate voltage of −15V. Plot point 321 is obtained from experimental data from an erase operation with a gate voltage of −15V. A curve 330 is obtained by simulating the erase operation with a gate voltage of −16V. Plot point 331 is obtained from experimental data from an erase operation with a gate voltage of −16V. A curve 340 is obtained by simulating the erase operation with a gate voltage of −17V. Plot point 341 is obtained from experimental data from an erase operation with a gate voltage of −17V. A curve 350 is obtained by simulating the erase operation with a gate voltage of −18V. Plot point 351 is obtained from experimental data from an erase operation with a gate voltage of −18V.

小さいゲート電圧に対する曲線及びプロット点は、過度に低速な消去を示している。大きいゲート電圧に対する曲線及びプロット電圧はより高速であるが、1秒以内に消去飽和が生じている。第1のトラップ層(N2)により多くの電子が注入され蓄積されるので、頂部酸化物(O3)は、大きなゲート注入を引き起こす大きい電界を有する。   Curves and plot points for small gate voltages indicate overly slow erasures. Curves and plot voltages for larger gate voltages are faster, but erase saturation occurs within 1 second. Since more electrons are injected and stored in the first trap layer (N2), the top oxide (O3) has a large electric field that causes large gate injection.

他方、消去に必要な高い電界に対してゲートからの電子注入を低減させるブロッキング誘電体層の性能を向上させる技術が研究されてきた。従来技術による技術は、酸化アルミニウムのような高誘電率(high-K:高K)誘電体の利点を強調してきた。比誘電率が高いほど、プログラム速度及び消去速度を上昇させ、セルに対する閾値電圧におけるメモリウィンドウを改善し、有効酸化物厚さEOTを低減させてプログラム中及び消去中の動作電圧を低減させることによって、性能を向上させることができる。しかしながら、酸化アルミニウムのような高誘電率材料を高品質で製造することは困難な場合がある。したがって、ブロッキング誘電体に対する高誘電率材料の使用には、信頼性の低下及びデータ保持の低下という代償が伴う。例えば、高誘電体材料は、高速の初期電荷損失をもたらす浅いトラップ(又は双極子緩和:dipole relaxation)を容易に発生させ、プログラム検証値(program verify value)における閾値電圧オフセットをもたらす。   On the other hand, techniques for improving the performance of blocking dielectric layers that reduce electron injection from the gate for high electric fields required for erasing have been studied. Prior art techniques have emphasized the advantages of high-k dielectrics such as aluminum oxide. The higher the dielectric constant, the higher the program and erase speeds, improving the memory window at the threshold voltage for the cell, and reducing the effective oxide thickness EOT to reduce the operating voltage during programming and erasing. , Can improve performance. However, it may be difficult to produce high dielectric materials such as aluminum oxide with high quality. Thus, the use of high dielectric constant materials for the blocking dielectric comes at the price of reduced reliability and reduced data retention. For example, high dielectric materials easily generate shallow traps (or dipole relaxation) that result in fast initial charge loss, resulting in a threshold voltage offset in the program verify value.

図2において、ブロッキング誘電体は、高誘電率誘電体層17B及び酸化シリコン層17Aを含む。図4は、酸化シリコン層17Aを除いた、図2のメモリセルの変形例に対するフラットバンド電圧対消去時間のグラフである。曲線及びプロット点において、それぞれ厚さが70Å及び150ÅであるN2電荷蓄積窒化物層16及び高誘電率ブロッキング誘電体層17Bを用いて、−18Vのゲート電圧で消去動作が行われる。O1/N1/O2の種々の組合せ、すなわち酸化物トンネル層13、窒化物トンネル層14、酸化物トンネル層15に対して、様々な曲線及びプロット点が示されている。15Å/20Å/30ÅのO1/N1/O2での消去動作の結果が、シミュレートされた曲線410及び実験データプロット点411である。18Å/20Å/30ÅのO1/N1/O2での消去動作の結果が、シミュレートされた曲線420及び実験データプロット点421である。20Å/20Å/30ÅのO1/N1/O2での消去動作の結果が、シミュレートされた曲線430及び実験データプロット点431である。この場合もまた、小さいゲート電圧に対する曲線及びプロット点は、過度に低速な消去を示している。この場合もまた、より大きいゲート電圧に対する曲線及びプロット点はより高速であるが、1秒以内に消去飽和がある。   In FIG. 2, the blocking dielectric includes a high dielectric constant dielectric layer 17B and a silicon oxide layer 17A. FIG. 4 is a graph of flat band voltage versus erase time for a variation of the memory cell of FIG. 2 excluding the silicon oxide layer 17A. The erase operation is performed at a gate voltage of −18V using the N 2 charge storage nitride layer 16 and the high dielectric constant blocking dielectric layer 17B having a thickness of 70 and 150 respectively at the curve and plot points. Various curves and plot points are shown for various combinations of O1 / N1 / O2, ie, oxide tunnel layer 13, nitride tunnel layer 14, and oxide tunnel layer 15. The result of the erase operation at 15/20/30 O / N1 / O2 is a simulated curve 410 and experimental data plot point 411. The result of the erase operation at 18/20/30 O / N1 / O2 is a simulated curve 420 and experimental data plot point 421. The result of the erase operation at O1 / N1 / O2 of 20/20/30 is a simulated curve 430 and experimental data plot point 431. Again, the curves and plot points for small gate voltages indicate overly slow erasures. Again, the curves and plot points for larger gate voltages are faster, but there is erase saturation within 1 second.

図5は、図2のメモリセルについてのフラットバンド電圧対消去時間のグラフである。曲線及びプロット点において、それぞれの厚さが13Å、20Å、25Å及び50Åである、O1/N1/O2/N2、すなわち酸化物トンネル層13、窒化物トンネル層14、酸化物トンネル層15、電荷蓄積窒化物層16を用いて、−15Vのゲート電圧で消去動作が行われる。O3酸化物ブロッキング層17A及び高誘電率ブロッキング誘電体層17Bの異なる組合せに対して、様々な曲線及びプロット点が示されている。40Å/60ÅのO3/Alでの消去動作の結果が、シミュレートされた曲線510、及び実験データプロット点511である。50Å/60ÅのO3/Alでの消去動作の結果が、シミュレートされた曲線520及び実験データプロット点521である。この場合もまた、小さいゲート電圧に対する曲線及びプロット点は過度に低速な消去を示している。 FIG. 5 is a graph of flat band voltage versus erase time for the memory cell of FIG. O1 / N1 / O2 / N2, i.e., oxide tunnel layer 13, nitride tunnel layer 14, oxide tunnel layer 15, charge storage, with respective thicknesses of 13 Å, 20 Å, 25 Å and 50 に お い て at the curves and plot points Using the nitride layer 16, an erase operation is performed with a gate voltage of −15V. Various curves and plot points are shown for different combinations of O3 oxide blocking layer 17A and high dielectric constant blocking dielectric layer 17B. The result of the erase operation with 40/60 O 3 / Al 2 O 3 is a simulated curve 510 and an experimental data plot point 511. The result of the erase operation with 50/60 O 3 / Al 2 O 3 is a simulated curve 520 and experimental data plot points 521. Again, the curves and plot points for small gate voltages indicate overly slow erasures.

O3の上のAl薄膜又はHfO薄膜等の高誘電率材料は、高誘電率がO3における電界を小さくし、それにより消去飽和が低減するため、頂部誘電体の電界を低減させるのに役立てることができる。しかしながら、高誘電体材料の導入が、保持率の低下及び何らかの高速初期保持ドリフト(fast initial retention drift)に対する脆弱性等、著しい信頼性低下につながる可能性がある。例えば、高誘電率材料は、線形定常状態比誘電率(linear steady state dielectric constant)から変化する比誘電率における遅延の緩和効果がある。 High dielectric constant materials such as Al 2 O 3 thin film or HfO 2 thin film on O3 reduce the electric field at the top dielectric because the high dielectric constant reduces the electric field at O3, thereby reducing erase saturation. Can be useful. However, the introduction of high dielectric materials can lead to significant reliability degradation, such as reduced retention and vulnerability to some fast initial retention drift. For example, high dielectric constant materials have the effect of mitigating the delay in relative permittivity that varies from linear steady state dielectric constant.

消去飽和を克服するための高誘電率材料に対する代替手段は、メモリセル内に曲率を導入することである。例えば、ナノワイヤセルは中心ボディと、トンネル酸化物リング、窒化シリコンリング及びブロッキング酸化物リングを含む、直径が増大してゆく同心リングと、周囲を囲むゲートとを有している。しかしながら、電界を増大させるのには十分なほど小さい曲率は、プログラムディスターブ効果及び読出しディスターブ効果をもたらす傾向がある。   An alternative to high dielectric constant materials to overcome erase saturation is to introduce curvature in the memory cell. For example, a nanowire cell has a central body, concentric rings of increasing diameter, including tunnel oxide rings, silicon nitride rings and blocking oxide rings, and a surrounding gate. However, curvature that is small enough to increase the electric field tends to result in program disturb effects and read disturb effects.

米国特許第7,075,828号明細書US Pat. No. 7,075,828

BE−SONOS技術は、従来技術であるSONOS型メモリの消去速度、耐久性及び電荷保持といった問題の多くを克服して、優れた性能を提供することが分かっている。しかしながら、消去飽和の問題は、デバイスの動作パラメータを制限し続けている。さらに、デバイスサイズが小型化するに従い、消去飽和問題が深刻化することが予測される。   The BE-SONOS technology has been found to overcome many of the problems of the prior art SONOS type memory, such as erase speed, durability, and charge retention, and provide superior performance. However, the problem of erase saturation continues to limit device operating parameters. Furthermore, it is expected that the erase saturation problem will become more serious as the device size is reduced.

したがって、容易に高品質に製造され、かつ従来技術による技術の消去飽和問題を克服する、新しいメモリ技術を提供することが望まれる。   Accordingly, it would be desirable to provide a new memory technology that is easily manufactured in high quality and that overcomes the erasure saturation problem of the prior art technology.

本技術の一態様は、メモリセルのアレイを含む電荷トラップメモリである。アレイの中のそれぞれのメモリセルは、ゲートと、チャネル表面を有するチャネル材料と、ゲートとチャネル表面との間の誘電体スタックと、制御回路とを含む。   One aspect of the present technology is a charge trap memory that includes an array of memory cells. Each memory cell in the array includes a gate, a channel material having a channel surface, a dielectric stack between the gate and the channel surface, and a control circuit.

誘電体スタックは、チャネル表面の上の多層トンネル構造と、多層トンネル構造の上の第1の電荷蓄積窒化物層と、第1の電荷蓄積窒化物層の上の第1のブロッキング酸化物層と、第1のブロッキング誘電体層の上の第2の電荷蓄積窒化物層と、第2の電荷蓄積窒化物層の上の第2のブロッキング酸化物層とを含む。   The dielectric stack includes a multilayer tunnel structure over the channel surface, a first charge storage nitride layer over the multilayer tunnel structure, and a first blocking oxide layer over the first charge storage nitride layer. A second charge storage nitride layer over the first blocking dielectric layer and a second blocking oxide layer over the second charge storage nitride layer.

多層トンネル構造は、第1のトンネル酸化物層、第1のトンネル酸化物層の上の第1のトンネル窒化物層、及び第1のトンネル窒化物層の上の第2のトンネル酸化物層を含む。   The multi-layer tunnel structure includes a first tunnel oxide layer, a first tunnel nitride layer over the first tunnel oxide layer, and a second tunnel oxide layer over the first tunnel nitride layer. Including.

制御回路は、プログラムバイアス配置及び消去バイアス配置を含む複数のバイアス配置のうちの選択された1つを適用する。プログラムバイアス配置は、電子をチャネル表面から、第1のトンネル窒化物層を含む多層トンネル構造を通して第1の電荷蓄積窒化物層まで移動させることによって、データをプログラムする。消去バイアス配置は、正孔を、チャネル表面から第1の電荷蓄積窒化物層まで移動させ、第2の電荷蓄積窒化物層中の蓄積された電子を使用して更なる電子が第1の電荷蓄積窒化物層内に移動するのを阻止することによって、データを消去する。   The control circuit applies a selected one of a plurality of bias arrangements including a program bias arrangement and an erase bias arrangement. A program bias arrangement programs data by moving electrons from the channel surface through a multilayer tunnel structure including a first tunnel nitride layer to the first charge storage nitride layer. The erase bias arrangement moves holes from the channel surface to the first charge storage nitride layer, and using the accumulated electrons in the second charge storage nitride layer, further electrons are transferred to the first charge storage. Data is erased by preventing migration into the storage nitride layer.

本技術の別の態様では、多層トンネル構造は、少なくとも、トンネル価電子帯端(トンネル層の価電子帯端)を有する第1のトンネル誘電体層を含む。   In another aspect of the present technology, the multilayer tunnel structure includes at least a first tunnel dielectric layer having a tunnel valence band edge (a valence band edge of the tunnel layer).

制御回路は、複数のバイアス配置のうちの選択された1つを適用する。消去バイアス配置では、第1のトンネル誘電体層のトンネル価電子帯端の少なくとも一部は、チャネル表面におけるチャネル価電子帯端より大きいバンドエネルギーを有している。メモリにバイアスが加えられない場合、第1のトンネル誘電体層のトンネル価電子帯端は、チャネル表面におけるチャネル価電子帯端より低いバンドエネルギーを有する。   The control circuit applies a selected one of the plurality of bias arrangements. In the erase bias arrangement, at least a portion of the tunnel valence band edge of the first tunnel dielectric layer has a band energy greater than the channel valence band edge at the channel surface. When no bias is applied to the memory, the tunnel valence band edge of the first tunnel dielectric layer has a lower band energy than the channel valence band edge at the channel surface.

本技術の更に別の態様は、メモリセルのアレイを含むメモリである。アレイ中のそれぞれのメモリセルは、ゲートと、チャネル表面を有するチャネル材料と、ゲートとチャネル表面との間の誘電体スタックとを含む。誘電体スタックは、少なくとも、トンネル価電子帯端を有する第1のトンネル誘電体層を含むチャネル表面の上の、多層トンネル構造と、多層トンネル構造の上の第1の電荷蓄積誘電体層と、第1の電荷蓄積誘電体層の上の第1のブロッキング誘電体層と、第1のブロッキング誘電体層の上の第2の電荷蓄積誘電体層と、第2の電荷蓄積誘電体層の上の第2のブロッキング誘電体層とを含む。   Yet another aspect of the present technology is a memory that includes an array of memory cells. Each memory cell in the array includes a gate, a channel material having a channel surface, and a dielectric stack between the gate and the channel surface. The dielectric stack includes at least a multi-layer tunnel structure over a channel surface including a first tunnel dielectric layer having a tunnel valence band edge, and a first charge storage dielectric layer over the multi-layer tunnel structure; A first blocking dielectric layer over the first charge storage dielectric layer, a second charge storage dielectric layer over the first blocking dielectric layer, and over the second charge storage dielectric layer A second blocking dielectric layer.

本技術の更に別の態様は、
電子を、メモリセルのチャネル材料のチャネル表面からメモリセルの第1のトンネル窒化物を通してメモリセルの第1の電荷蓄積窒化物層まで移動させることによって、データをプログラムする、プログラムバイアス配置を適用することと、
正孔を、メモリセルのチャネル材料のチャネル表面からメモリセルの第1のトンネル窒化物を通してメモリセルの第1の電荷蓄積窒化物層まで移動させることにより、データを消去し、メモリセルの第2の電荷蓄積窒化物層における電子密度を増大させて、更なる電子が第1の電荷蓄積窒化物層内に移動するのを阻止する、消去バイアス配置を適用することと、
を含む、メモリを動作させる方法である。
Yet another aspect of the present technology is:
Applying a program bias arrangement that programs data by moving electrons from the channel surface of the channel material of the memory cell through the first tunnel nitride of the memory cell to the first charge storage nitride layer of the memory cell And
Data is erased by moving holes from the channel surface of the channel material of the memory cell through the first tunnel nitride of the memory cell to the first charge storage nitride layer of the memory cell, and the second of the memory cell. Applying an erase bias arrangement that increases the electron density in the charge storage nitride layer to prevent further electrons from migrating into the first charge storage nitride layer;
A method for operating a memory including:

本技術の一実施形態では、制御回路によって適用される消去バイアス配置は、第2の電荷蓄積窒化物層内の電子密度を増大させる。   In one embodiment of the present technology, the erase bias arrangement applied by the control circuit increases the electron density in the second charge storage nitride layer.

本技術の一実施形態では、プログラムされたデータを持つメモリに20ボルトから24ボルトの間の範囲にあるゲート電圧で消去バイアス配置を適用する制御回路に対する消去飽和が、該メモリには生じない。   In one embodiment of the present technology, erase saturation does not occur for a control circuit that applies an erase bias arrangement to a memory with programmed data with a gate voltage in the range between 20 volts and 24 volts.

本技術の様々な実施形態では、第1のトンネル窒化物層は厚さが20オングストローム以下であり、第2の電荷蓄積窒化物層は厚さが少なくとも35オングストロームであり、第1の電荷蓄積窒化物層は、厚さが第2の電荷蓄積窒化物層より大きい。   In various embodiments of the present technology, the first tunnel nitride layer is 20 angstroms or less in thickness, the second charge storage nitride layer is at least 35 angstroms in thickness, and the first charge storage nitride The physical layer is thicker than the second charge storage nitride layer.

本技術の様々な実施形態では、ゲートは、nドープポリシリコン又はpドープポリシリコン等のポリシリコンを含む。   In various embodiments of the present technology, the gate comprises polysilicon, such as n-doped polysilicon or p-doped polysilicon.

本技術の他の態様及び利点は、以下の図面、特許請求の範囲における詳細な説明を検討することでわかる。   Other aspects and advantages of the present technology will become apparent upon review of the detailed description in the following drawings and claims.

BE−SONOSメモリセルの簡易図である。FIG. 4 is a simplified diagram of a BE-SONOS memory cell. 高誘電率ブロッキング誘電体を含むBE−SONOSメモリセルの簡易図である。1 is a simplified diagram of a BE-SONOS memory cell including a high dielectric constant blocking dielectric. FIG. 図1のメモリセルについてのフラットバンド電圧対消去時間のグラフである。2 is a graph of flat band voltage versus erase time for the memory cell of FIG. 図2のメモリセルの変形例についてのフラットバンド電圧対消去時間のグラフである。4 is a graph of flat band voltage versus erase time for a variation of the memory cell of FIG. 図2のメモリセルについてのフラットバンド電圧対消去時間のグラフである。3 is a graph of flat band voltage versus erase time for the memory cell of FIG. 多層トンネル構造内の窒化物層に加えて電荷を蓄積する複数の窒化物層を含むように変更された、BE−SONOSメモリセルの簡易図である。FIG. 3 is a simplified diagram of a BE-SONOS memory cell modified to include a plurality of nitride layers that accumulate charge in addition to the nitride layers in the multilayer tunnel structure. 図6のメモリセルについての、また電荷を蓄積する複数の窒化物層を含むがバンドギャップエンジニアドトンネル層を含まないメモリセルについての、フラットバンド電圧対消去時間のグラフである。FIG. 7 is a graph of flat band voltage versus erase time for the memory cell of FIG. 6 and for a memory cell that includes a plurality of nitride layers that accumulate charge but does not include a bandgap engineered tunnel layer. 図6の変更されたBE−SONOSメモリセルの簡易図であり、電荷を蓄積する第1の窒化物層内へのチャネルから正孔トンネリングと、電荷を蓄積する第2の窒化物層内へのゲートから電子注入とによる、電荷を蓄積する第1の窒化物層に蓄積された電荷を低減させるための消去動作を示す。FIG. 7 is a simplified diagram of the modified BE-SONOS memory cell of FIG. 6 with channel tunneling from the channel into the first nitride layer storing charge and into the second nitride layer storing charge. An erase operation for reducing the charge accumulated in the first nitride layer for accumulating charges by electron injection from the gate is shown. 図8の変更されたBE−SONOSメモリセルのバンド図であり、電荷を蓄積する第2の窒化物層における電子密度によりバンド図がいかに変化するかを示す。FIG. 9 is a band diagram of the modified BE-SONOS memory cell of FIG. 8 and shows how the band diagram varies with the electron density in the second nitride layer that accumulates charge. 様々な窒化物の厚さの電荷トラップ効率を示す図である。FIG. 6 shows charge trap efficiency for various nitride thicknesses. 様々な窒化物の厚さの電荷トラップ効率を示す図である。FIG. 6 shows charge trap efficiency for various nitride thicknesses. 様々な窒化物の厚さの電荷トラップ効率を示す図である。FIG. 6 shows charge trap efficiency for various nitride thicknesses. 厚さが低減した、電荷を蓄積する第1の窒化物層の電荷トラップ効率を示す図である。It is a figure which shows the electric charge trap efficiency of the 1st nitride layer which accumulate | stores an electric charge with thickness reduced. 図6のメモリセルについてのフラットバンド電圧対消去時間のグラフである。7 is a graph of flat band voltage versus erase time for the memory cell of FIG. 図6のメモリセルの電荷蓄積のための異なる窒化物層についてのトラップされた電荷の密度対消去時間のグラフである。7 is a graph of trapped charge density versus erase time for different nitride layers for charge storage in the memory cell of FIG. 図6のメモリセルの電荷蓄積のための異なる窒化物層についての電界対消去時間のグラフである。FIG. 7 is a graph of electric field versus erase time for different nitride layers for charge storage in the memory cell of FIG. 図6のメモリセルのための異なるゲート材料でのフラットバンド電圧対消去時間のグラフである。7 is a graph of flat band voltage versus erase time with different gate materials for the memory cell of FIG. 図6のメモリセルの異なるゲート材料と、電荷蓄積のための異なる窒化物層についてのトラップされた電荷の密度対消去時間のグラフである。FIG. 7 is a graph of trapped charge density versus erase time for different gate materials and different nitride layers for charge storage in the memory cell of FIG. 図6のメモリセルの異なるゲート材料と、電荷蓄積のための異なる窒化物層についての電界対消去時間のグラフである。FIG. 7 is a graph of electric field versus erase time for different gate materials and different nitride layers for charge storage of the memory cell of FIG. 図6のメモリセルについてのフラットバンド電圧対プログラミング時間のグラフである。7 is a graph of flat band voltage versus programming time for the memory cell of FIG. 図6のメモリセルの電荷蓄積のための異なる窒化物層についてのトラップされた電荷の密度対プログラミング時間のグラフである。FIG. 7 is a graph of trapped charge density versus programming time for different nitride layers for charge storage in the memory cell of FIG. 図6のメモリセルの電荷蓄積のための異なる窒化物層についての電界対プログラミング時間のグラフである。7 is a graph of electric field versus programming time for different nitride layers for charge storage in the memory cell of FIG. 図6のメモリセルの異なる消去時間及びプログラミング時間についてのフラットバンド電圧対消去電圧及びプログラミング電圧のグラフである。FIG. 7 is a graph of flat band voltage versus erase voltage and programming voltage for different erase and programming times of the memory cell of FIG. 図6のメモリセルの層の厚さの異なる組についてのフラットバンド電圧対消去電圧及びプログラミング電圧のグラフである。7 is a graph of flat band voltage versus erase voltage and programming voltage for different sets of memory cell layer thicknesses of FIG. 図6のメモリセルの層の厚さの異なる組についてのフラットバンド電圧対消去電圧及びプログラミング電圧のグラフであり、非理想的挙動を示している。7 is a graph of flat band voltage versus erase voltage and programming voltage for different sets of memory cell layer thicknesses of FIG. 6, showing non-ideal behavior. 低電界でのバンドオフセット技術を適用したトンネル誘電体層についてのバンド図である。It is a band figure about the tunnel dielectric layer which applied the band offset technique in a low electric field. 高電界でのバンドオフセット技術を適用したトンネル誘電体層についてのバンド図である。It is a band figure about the tunnel dielectric layer which applied the band offset technique in a high electric field. 多層トンネル構造内の窒化物層に加えて電荷を蓄積する複数の窒化物層を含むように変更された、BE−SONOSメモリセルの2次元NANDアレイの簡易図である。FIG. 3 is a simplified diagram of a two-dimensional NAND array of BE-SONOS memory cells modified to include a plurality of nitride layers that store charge in addition to the nitride layers in the multilayer tunnel structure. 多層トンネル構造内の窒化物層に加えて電荷を蓄積する複数の窒化物層を含むように変更された、BE−SONOSメモリセルの3次元垂直ゲートアレイの簡易図である。FIG. 3 is a simplified diagram of a three-dimensional vertical gate array of BE-SONOS memory cells modified to include a plurality of nitride layers that accumulate charge in addition to the nitride layers in the multilayer tunnel structure. 多層トンネル構造内の窒化物層に加えて電荷を蓄積する複数の窒化物層を含むように変更された、BE−SONOSメモリセルの3次元ダブルゲート垂直チャネルアレイの簡易図である。FIG. 3 is a simplified diagram of a three-dimensional double-gate vertical channel array of BE-SONOS memory cells modified to include a plurality of nitride layers that accumulate charge in addition to the nitride layers in the multilayer tunnel structure. 多層トンネル構造内の窒化物層に加えて電荷を蓄積する複数の窒化物層を含むように変更され、パイプ状ダブルゲート配置にあるBE−SONOSメモリセルの簡易図である。FIG. 6 is a simplified diagram of a BE-SONOS memory cell that is modified to include a plurality of nitride layers that accumulate charge in addition to the nitride layers in the multilayer tunnel structure and is in a pipe-like double gate arrangement. 多層トンネル構造内の窒化物層に加えて電荷を蓄積する複数の窒化物層を含むように変更され、「ゲートオールアラウンド」配置にあるBE−SONOSメモリセルの簡易図である。FIG. 6 is a simplified diagram of a BE-SONOS memory cell that is modified to include a plurality of nitride layers that store charge in addition to the nitride layers in the multilayer tunnel structure and is in a “gate all-around” configuration. 本技術の実施形態によるメモリセル及びバイアス回路を使用する集積回路メモリのブロック図である。1 is a block diagram of an integrated circuit memory that uses memory cells and a bias circuit according to embodiments of the present technology. FIG. 多層トンネル構造内の窒化物層に加えて電荷を蓄積する複数の窒化物層を含むように変更された、図29等の3次元垂直ゲートアレイ内のBE−SONOSメモリセルの写真である。FIG. 30 is a photograph of a BE-SONOS memory cell in a three-dimensional vertical gate array, such as FIG. 29, modified to include a plurality of nitride layers that accumulate charge in addition to the nitride layers in the multilayer tunnel structure. 多層トンネル構造内の窒化物層に加えて電荷を蓄積する複数の窒化物層を含むように変更され、異なる層の厚さを有する、図29等の3次元垂直ゲートアレイ内のBE−SONOSメモリセルの写真である。A BE-SONOS memory in a three-dimensional vertical gate array, such as FIG. 29, modified to include a plurality of nitride layers that accumulate charge in addition to the nitride layers in the multilayer tunnel structure and having different layer thicknesses It is a photograph of a cell. 図34のメモリセルについての閾値電圧対プログラミング電圧のグラフである。FIG. 35 is a graph of threshold voltage versus programming voltage for the memory cell of FIG. 図34のメモリセルについての閾値電圧対消去時間のグラフである。FIG. 35 is a graph of threshold voltage versus erase time for the memory cell of FIG. 34. FIG. 図34のメモリセルについての閾値電圧ウィンドウ対メモリセル数のグラフである。FIG. 35 is a graph of threshold voltage window versus number of memory cells for the memory cell of FIG. 図34のメモリセルについての閾値電圧ウィンドウ対メモリセル数のグラフであり、保持時間を示す。FIG. 35 is a graph of threshold voltage window versus number of memory cells for the memory cell of FIG. 34, showing retention time. 図6のメモリセルの一実施形態についてのフラットバンド電圧対消去電圧及びプログラミング電圧の実験グラフである。7 is an experimental graph of flat band voltage versus erase voltage and programming voltage for one embodiment of the memory cell of FIG. 図6のメモリセルの一実施形態についてのフラットバンド電圧対消去時間の実験グラフである。7 is an experimental graph of flat band voltage versus erase time for one embodiment of the memory cell of FIG. 図6のメモリセルの一実施形態についてのフラットバンド電圧対消去時間のシミュレートされたグラフである。FIG. 7 is a simulated graph of flat band voltage versus erase time for one embodiment of the memory cell of FIG. 図6のメモリセルの一実施形態の電荷蓄積についての、異なる窒化物層に関する、トラップされた電荷の密度対消去時間のシミュレートされたグラフである。FIG. 7 is a simulated graph of trapped charge density versus erase time for different nitride layers for charge storage of one embodiment of the memory cell of FIG. 図6のメモリセルの一実施形態における1回目のプログラミングについてのフラットバンド電圧シフト対プログラミング時間の実験グラフである。7 is an experimental graph of flat band voltage shift versus programming time for the first programming in one embodiment of the memory cell of FIG. 図6のメモリセルの一実施形態における1回目のプログラミングでの電荷蓄積のための異なる窒化物層についての電荷密度対プログラミング時間の実験グラフである。7 is an experimental graph of charge density versus programming time for different nitride layers for charge storage in the first programming in one embodiment of the memory cell of FIG. 図6のメモリセルの一実施形態における1回目のプログラミングの後の1回目の消去についての、フラットバンド電圧シフト対プログラミング時間の実験グラフである。FIG. 7 is an experimental graph of flat band voltage shift versus programming time for a first erase after a first programming in one embodiment of the memory cell of FIG. 図6のメモリセルの一実施形態における1回目のプログラミングの後の1回目の消去に対する、電荷蓄積のための異なる窒化物層ついての電荷密度対プログラミング時間の実験グラフである。7 is an experimental graph of charge density versus programming time for different nitride layers for charge storage for a first erase after a first programming in one embodiment of the memory cell of FIG. 図6のメモリセルの一実施形態における1回目の消去の後の2回目のプログラミングについての、フラットバンド電圧シフト対プログラミング時間の実験グラフである。FIG. 7 is an experimental graph of flat band voltage shift versus programming time for a second programming after a first erase in one embodiment of the memory cell of FIG. 図6のメモリセルの一実施形態における1回目の消去の後の2回目のプログラミングに対する、電荷蓄積のための異なる窒化物層についての電荷密度対プログラミング時間の実験グラフである。7 is an experimental graph of charge density versus programming time for different nitride layers for charge storage for a second programming after a first erase in one embodiment of the memory cell of FIG. 図6のメモリセルの3次元垂直ゲートアレイにおけるメモリセルについての閾値電圧対プログラミング電圧のグラフである。7 is a graph of threshold voltage versus programming voltage for a memory cell in the three-dimensional vertical gate array of memory cells of FIG. 図6のメモリセルの分割ページ3次元垂直ゲートアレイの概略図である。FIG. 7 is a schematic diagram of a divided page three-dimensional vertical gate array of the memory cell of FIG. 6. 図51のアレイにおけるメモリセルの単一レベルセルメモリウィンドウのグラフである。FIG. 52 is a graph of a single level cell memory window of memory cells in the array of FIG. 51. FIG. 図51のアレイにおけるメモリセルのマルチレベルセルメモリウィンドウのグラフである。FIG. 52 is a graph of a multi-level cell memory window for memory cells in the array of FIG. 51. FIG. 図51のアレイにおけるメモリセルのプログラム−検証分布のグラフである。FIG. 52 is a graph of program-verification distribution of memory cells in the array of FIG. 51. FIG. プログラム閾値電圧及び消去閾値電圧対プログラムサイクル及び消去サイクルの数のグラフである。FIG. 5 is a graph of program threshold voltage and erase threshold voltage versus number of program cycles and erase cycles. IV特性のサブスレッショルド勾配対プログラムサイクル及び消去サイクルの数のグラフである。FIG. 5 is a graph of the IV threshold sub-threshold slope versus the number of program and erase cycles. 異なる数のプログラムサイクル及び消去サイクルにおけるプログラムされかつ消去されたメモリについてのIV特性のグラフである。FIG. 4 is a graph of IV characteristics for programmed and erased memory in different numbers of program and erase cycles. 図6と同様に電荷を蓄積する複数の窒化物層を含むように変更されたメモリセルにおける電界の簡易図である。FIG. 7 is a simplified diagram of an electric field in a memory cell that is modified to include a plurality of nitride layers that accumulate charge, similar to FIG. 熱応力の後のメモリセルのフラットバンド電圧保持結果を示す図である。It is a figure which shows the flat band voltage holding result of the memory cell after a thermal stress. 熱応力の後のメモリセルの電荷密度保持結果を示す図である。It is a figure which shows the charge density maintenance result of the memory cell after a thermal stress. 熱応力の後のメモリセルの電荷密度保持結果を示す図である。It is a figure which shows the charge density maintenance result of the memory cell after a thermal stress. 熱応力の後のメモリセルのメモリウィンドウ保持結果を示す図である。It is a figure which shows the memory window holding | maintenance result of the memory cell after a thermal stress. 様々な温度におけるメモリセルの電荷損失率を示す。The charge loss rate of a memory cell at various temperatures is shown. 異なるゲートドーピング又は仕事関数及びO2の厚さの消去比較を示す図である。FIG. 6 shows an erase comparison of different gate doping or work function and O2 thickness. 読出しディスターブ試験を示す図である。It is a figure which shows a read-out disturb test. 垂直チャネル実施形態の概略図である。FIG. 3 is a schematic diagram of a vertical channel embodiment.

本技術の実施形態の詳細な説明を、図面を参照して行う。   Detailed descriptions of embodiments of the present technology will be given with reference to the drawings.

図6は、多層トンネル構造内の窒化物層に加えて電荷を蓄積する複数の窒化物層を含むように変更された、BE−SONOSメモリセルの簡易図である。   FIG. 6 is a simplified diagram of a BE-SONOS memory cell modified to include a plurality of nitride layers that accumulate charge in addition to the nitride layers in the multilayer tunnel structure.

メモリセルは、チャネル材料内のチャネル10と、チャネル10に隣接するソース11及びドレイン12とを含む。この実施形態におけるゲート18は、pポリシリコンを含む。nポリシリコンを使用することもできる。他の実施形態はゲート18に対して、金属、金属化合物、又は金属及び金属化合物の組合せ、例えば白金、窒化タンタル、金属シリサイド、アルミニウム若しくは他の金属又は金属化合物ゲート材料等を使用する。こうした材料は、通常、スパッタリング技術及び物理気相成長技術を使用して蒸着され、反応性イオンエッチングを使用してパターニングすることができる。   The memory cell includes a channel 10 in the channel material, and a source 11 and a drain 12 adjacent to the channel 10. The gate 18 in this embodiment includes p polysilicon. n polysilicon can also be used. Other embodiments use a metal, metal compound, or a combination of metal and metal compound, such as platinum, tantalum nitride, metal silicide, aluminum or other metal or metal compound gate material, for the gate 18. Such materials are typically deposited using sputtering and physical vapor deposition techniques and can be patterned using reactive ion etching.

誘電体トンネル層は、材料の複合物を含んで構成され、酸化シリコンの第1のトンネル層13、窒化シリコンのトンネル層14及び酸化シリコンの第2のトンネル層15を含む複数の層を含んでいる。   The dielectric tunnel layer includes a composite of materials, and includes a plurality of layers including a first tunnel layer 13 of silicon oxide, a tunnel layer 14 of silicon nitride, and a second tunnel layer 15 of silicon oxide. Yes.

チャネル10の表面10a上の二酸化シリコンの第1のトンネル層13は、例えば、その場での蒸気発生ISSG(in-situ steam generation)を使用して、任意に、蒸着後のNOアニーリング又は蒸着中の雰囲気へのNOの追加のいずれかによる窒化物形成を行って、形成される。二酸化シリコンの第1の層13の厚さは、20Å未満であり、7Å〜15Åであることが好ましい。第1のトンネル層13を、耐久性を向上させるために窒化酸化物等の代替物で、及び/又は界面状態品質を向上させるためのフッ素処理により、加工することができる。   The first tunnel layer 13 of silicon dioxide on the surface 10a of the channel 10 may optionally be subjected to post-deposition NO annealing or deposition, for example using in-situ steam generation (ISSG). Formed by performing nitride formation either by adding NO to the atmosphere. The thickness of the first layer 13 of silicon dioxide is less than 20 mm, preferably 7-15 mm. The first tunnel layer 13 can be processed with alternatives such as nitride oxide to improve durability and / or with fluorine treatment to improve interface state quality.

トンネル窒化物層とも呼ぶ、窒化シリコン14のトンネル層は、酸化シリコンの第1の層13の上に位置し、例えば低圧化学気相成長LPCVDを使用して、例えば680℃のジクロロシランDCS及びNH前駆体を使用して形成される。代替プロセスでは、トンネル窒化物層は、NO前駆体を用いる同様のプロセスを使用して作成された酸窒化シリコンを含む。窒化シリコンの層14の厚さは、30Å未満であり、10Å〜30Åであることが好ましく、これには例えば20Åが含まれる。層14は、その薄さのために、電荷を十分に蓄積しない。 The tunnel layer of silicon nitride 14, also referred to as the tunnel nitride layer, is located on the first layer 13 of silicon oxide and uses, for example, low pressure chemical vapor deposition LPCVD, for example dichlorosilane DCS and NH at 680 ° C. Formed using three precursors. In an alternative process, the tunnel nitride layer includes silicon oxynitride created using a similar process using an N 2 O precursor. The thickness of the silicon nitride layer 14 is less than 30 mm, preferably 10-30 mm, and includes, for example, 20 mm. Layer 14 does not accumulate enough charge due to its thinness.

層14は−FN消去に対して、正孔注入を容易にするための低い正孔障壁の高さを提供する。しかしながら、層14はトラップ効率が低い。層14の様々な材料とシリコンによる、それらの価電子帯オフセットは、SiO 4.4eV、Si 1.8eV、Ta 3.0eV、BaTiO 2.3eV、BaZrO 3.4eV、ZrO 3.3eV、HfO 3.4eV、Al 4.9eV、Y 3.6eV、ZrSiO 3.4eVである。Siは、1.8eVで最低の正孔障壁の高さを有するが、他の材料でもよい。 Layer 14 provides a low hole barrier height to facilitate hole injection for -FN erase. However, layer 14 has low trapping efficiency. With various materials and silicon layer 14, their valence band offsets, SiO 2 4.4eV, Si 3 N 4 1.8eV, Ta 2 O 5 3.0eV, BaTiO 3 2.3eV, BaZrO 3 3. 4 eV, ZrO 2 3.3 eV, HfO 2 3.4 eV, Al 2 O 3 4.9 eV, Y 2 O 3 3.6 eV, ZrSiO 4 3.4 eV. Si 3 N 4 has the lowest hole barrier height at 1.8 eV, but other materials may be used.

二酸化シリコンの第2のトンネル層15は、窒化シリコンのトンネル層14の上に位置し、例えばLPCVD高温酸化物HTO蒸着を使用して形成される。二酸化シリコンの第2のトンネル層15の厚さは、45Å未満であり、好ましくは15Å〜45Å、例えば30Åである。第2のトンネル層15は電荷保持の質を向上させるために、電荷損失を阻止する十分な障壁の厚さを提供する。第2のトンネル層15は直接トンネルリークを阻止する。Al等の他の低リーク酸化物でもよい。 A second tunnel layer 15 of silicon dioxide is located over the tunnel layer 14 of silicon nitride and is formed using, for example, LPCVD high temperature oxide HTO deposition. The thickness of the second tunnel layer 15 of silicon dioxide is less than 45 mm, preferably 15 mm to 45 mm, for example 30 mm. The second tunnel layer 15 provides a sufficient barrier thickness to prevent charge loss to improve charge retention quality. The second tunnel layer 15 prevents direct tunnel leakage. Other low leakage oxides such as Al 2 O 3 may be used.

この実施形態における第1の電荷蓄積層16は窒化シリコンを含み、それは厚さが45Åより大きく、好ましくは45Å〜80Åであり、例えばLPCVDを使用して形成されるこの実施形態では、それには例えば約55Åが含まれる。例えば酸窒化シリコン(Si)、シリコンリッチ窒化物、シリコンリッチ酸化物、ナノ粒子等が埋め込まれたトラップ層等を含む、他の電荷トラップ材料及び構造を使用することができる。種々の電荷トラップ材料は、2006年11月23日に発行された、Bhattacharyyaによる「Novel Low Power Non-Volatile Memory and Gate Stack」と題する米国特許出願公開第2006/0261401号明細書に記載されている。高い電荷トラップ効率の代替物は、酸窒化物、シリコンリッチ窒化物、埋め込まれたナノ粒子及びHfOである。 The first charge storage layer 16 in this embodiment comprises silicon nitride, which has a thickness greater than 45 mm, preferably 45 mm to 80 mm, in this embodiment formed using, for example, LPCVD, for example About 55cm is included. Other charge trap materials and structures can be used including, for example, trap layers embedded with silicon oxynitride (Si x O y N z ), silicon rich nitride, silicon rich oxide, nanoparticles, and the like. Various charge trapping materials are described in US Patent Application Publication No. 2006/0261401 issued November 23, 2006 entitled "Novel Low Power Non-Volatile Memory and Gate Stack" by Bhattacharyya. . Alternative to high charge trapping efficiency, oxynitride, silicon rich nitride, nanoparticles and HfO 2 embedded.

二酸化シリコンの第1のブロッキング層17は、第1の電荷蓄積層16の上に位置し、例えばLPCVD高温酸化物HTO蒸着を使用して形成される。二酸化ケイ素の第1のブロッキング層17の厚さは、70Å未満である。これには例えば35Å〜70Åの範囲が含まれ、それにはさらに例えば50Åが含まれる。第1のブロッキング層17は、電荷蓄積層16及び19の間の電荷混合及び電荷輸送を阻止するのに十分な障壁の厚さを提供する。Al等の他の低リーク酸化物も可である。 A first blocking layer 17 of silicon dioxide is located on the first charge storage layer 16 and is formed using, for example, LPCVD high temperature oxide HTO deposition. The thickness of the first blocking layer 17 of silicon dioxide is less than 70 mm. This includes, for example, a range of 35 to 70 inches, and further includes, for example, 50 inches. The first blocking layer 17 provides a sufficient barrier thickness to prevent charge mixing and charge transport between the charge storage layers 16 and 19. Other low leakage oxides such as Al 2 O 3 are also possible.

この実施形態における第2の電荷蓄積層19は窒化シリコンを含み、例えばLPCVDを使用して形成されるこの実施形態では、それは30Åより大きな厚さを持つ。これには例えば30Å〜60Åの範囲が含まれ、それにはさらに例えば約40Åが含まれる。他の実施形態では、第1の電荷トラップ層に類似している。第2の電荷蓄積層19は、−FN消去中に電子をトラップしてゲート電子注入を停止させ、チャネル正孔注入による第1の電荷蓄積層16の連続的な消去を可能にする。高い電荷トラップ効率の代替物は、酸窒化物、シリコンリッチ窒化物、埋め込まれたナノ粒子及びHfOである。 The second charge storage layer 19 in this embodiment comprises silicon nitride, and in this embodiment formed using, for example, LPCVD, it has a thickness greater than 30 inches. This includes, for example, a range of 30 to 60 inches, and further includes, for example, about 40 inches. In other embodiments, it is similar to the first charge trapping layer. The second charge storage layer 19 traps electrons during -FN erasure to stop gate electron injection and enables continuous erasure of the first charge storage layer 16 by channel hole injection. Alternative to high charge trapping efficiency, oxynitride, silicon rich nitride, nanoparticles and HfO 2 embedded.

二酸化シリコンの第2のブロッキング層20は、第2の電荷蓄積層19の上に位置し、例えば、LPCVD高温酸化物HTO蒸着を使用して形成される。二酸化シリコンの第2のブロッキング層20の厚さは60Å未満である。これには例えば30Å〜60Åの範囲が含まれ、それにはさらに例えば35Åが含まれる。   A second blocking layer 20 of silicon dioxide is located on the second charge storage layer 19 and is formed using, for example, LPCVD high temperature oxide HTO deposition. The thickness of the second blocking layer 20 of silicon dioxide is less than 60 mm. This includes, for example, a range of 30 to 60 inches, and further includes, for example, 35 inches.

ゲート18は、ブロッキング誘電体層に対して十分な電子障壁の高さを提供するように選択された材料を含む。ゲート18に使用することができる材料には、Nポリシリコン、Pポリシリコン、Ti、TiN、Ta、TaN、Ru、Pt、Ir、RuO、IrO、W、WN等が含まれる。Pポリシリコンの仕事関数がNポリシリコンより高いため、Pポリシリコンには、容易な製造の可能性及びプロセスの統合という利点がある。 The gate 18 comprises a material selected to provide a sufficient electron barrier height for the blocking dielectric layer. Materials that can be used for the gate 18 include N polysilicon, P polysilicon, Ti, TiN, Ta, TaN, Ru, Pt, Ir, RuO 2 , IrO 2 , W, WN, and the like. Because P-polysilicon has a higher work function than N-polysilicon, P-polysilicon has the advantages of easy manufacturing possibilities and process integration.

一実施形態では、トンネル窒化物層に加えて2つの窒化物層しか存在しない。図6において、トンネル窒化物層に加えて2つだけ存在する窒化物層は、2つの電荷蓄積層である。   In one embodiment, there are only two nitride layers in addition to the tunnel nitride layer. In FIG. 6, in addition to the tunnel nitride layer, only two nitride layers are two charge storage layers.

図7は、図6のメモリセルについての、また電荷を蓄積する複数の窒化物層を含みバンドギャップエンジニアドトンネル層を含まないメモリセルについての、フラットバンド電圧対消去時間のグラフである。   FIG. 7 is a graph of flat band voltage versus erase time for the memory cell of FIG. 6 and for a memory cell that includes a plurality of nitride layers that accumulate charge and does not include a bandgap engineered tunnel layer.

O1/N1/O2/N2/O3/N3/O4の層の厚さが11Å/20Å/25Å/55Å/50Å/40Å/35Åである複数の電荷蓄積窒化物層を含むように変更された、BE−SONOSメモリセルに対する−22Vのゲート電圧での消去動作の結果が、シミュレートされた曲線710である。バンドギャップエンジニアドトンネル層なしで、かつ層の厚さO1/N1/O2/N2/O3が30Å/55Å/50Å/40Å/35Åである、複数の電荷蓄積窒化物層を含むように変更されたSONOSメモリセルに対する、−22Vのゲート電圧での消去動作の結果が、シミュレートされた曲線720である。曲線710は、約2ミリ秒で−4Vの目標電圧730に達する。しかしながら、曲線720は、1秒後であっても約4Vにしか達しない。曲線間の差が、多層トンネル構造がない場合に消去動作が低速であることを示している。   BE modified to include a plurality of charge storage nitride layers having an O1 / N1 / O2 / N2 / O3 / N3 / O4 layer thickness of 11 Å / 20 Å / 25 Å / 55 Å / 50 Å / 40 Å / 35 層The result of the erase operation at a gate voltage of −22V for the −SONOS memory cell is a simulated curve 710. Modified to include multiple charge storage nitride layers with no band gap engineered tunnel layer and layer thickness O1 / N1 / O2 / N2 / O3 of 30/55/50/40/35 The result of an erase operation with a gate voltage of −22V for a SONOS memory cell is a simulated curve 720. Curve 710 reaches a target voltage 730 of -4V in about 2 milliseconds. However, the curve 720 reaches only about 4V even after 1 second. The difference between the curves indicates that the erase operation is slow when there is no multilayer tunnel structure.

図8は、図6の変更されたBE−SONOSメモリセルの簡易図であり、電荷を蓄積する第1の窒化物層内へのチャネルからの正孔トンネリングと、電荷を蓄積する第2の窒化物層内へのゲートからの電子注入とによる、電荷を蓄積する第1の窒化物層に蓄積された電荷を低減させるための消去動作を示している。   FIG. 8 is a simplified diagram of the modified BE-SONOS memory cell of FIG. 6, with hole tunneling from the channel into the first nitride layer storing charge and second nitriding storing charge. An erase operation for reducing the charge accumulated in the first nitride layer for accumulating charges by electron injection from the gate into the material layer is shown.

電子注入は、ゲート18から起こり、上部ブロッキング誘電体20を通り、上部電荷蓄積層19内に入る。正孔トンネリングは、チャネル材料10から起こり、トンネル層13〜15を通って下部電荷蓄積層16内に入る。   Electron injection occurs from the gate 18, through the upper blocking dielectric 20 and into the upper charge storage layer 19. Hole tunneling occurs from the channel material 10 and enters the lower charge storage layer 16 through the tunnel layers 13-15.

図9は、図8の変更されたBE−SONOSメモリセルのバンド図であり、電荷を蓄積する第2の窒化物層における電子密度によりバンド図がいかに変化するかを示す。   FIG. 9 is a band diagram of the modified BE-SONOS memory cell of FIG. 8, showing how the band diagram varies with the electron density in the second nitride layer that accumulates charge.

曲線910及び913は、N3すなわち第2窒化物電荷蓄積層19内にトラップされた電子のない、第2の窒化物電荷蓄積層19の伝導帯端及び価電子帯端をそれぞれ示す。曲線920及び923は、N3すなわち第2窒化物電荷蓄積層19内にトラップされた電子の密度6×1012cm−2を有する、第2の窒化物電荷蓄積層19の伝導帯端及び価電子帯端をそれぞれ示す。曲線930及び933は、それぞれ、N3すなわち第2窒化物電荷蓄積層19内にトラップされた電子の密度1.2×1013cm−2を有する、第2の窒化物電荷蓄積層19の伝導帯端及び価電子帯端をそれぞれ示す。 Curves 910 and 913 show the conduction band edge and the valence band edge of the second nitride charge storage layer 19 without N3, ie, no electrons trapped in the second nitride charge storage layer 19, respectively. Curves 920 and 923 show the conduction band edge and valence electrons of the second nitride charge storage layer 19 having a density of N 3, that is, an electron trapped in the second nitride charge storage layer 19 of 6 × 10 12 cm −2. Each band edge is shown. Curves 930 and 933 respectively indicate the conduction band of the second nitride charge storage layer 19 having a density of 1.2 × 10 13 cm −2 of electrons trapped in N 3, the second nitride charge storage layer 19. Edge and valence band edge are shown respectively.

N3内のトラップされた電子の密度が増大するに従い、N3の伝導帯端の大きさが増大する。O4及びO3の近接する部分の伝導帯端もまた、大きさが増大する。この伝導帯端シフトにより、O4における伝導帯端の勾配が低減し、それは、O4における電界の大きさの低減を示し、それが消去飽和を抑制する。   As the density of trapped electrons in N3 increases, the conduction band edge size of N3 increases. The conduction band edges of adjacent portions of O4 and O3 also increase in size. This conduction band edge shift reduces the conduction band edge gradient at O4, which indicates a reduction in the magnitude of the electric field at O4, which suppresses erase saturation.

トンネル層O1/N1/O2を通る正孔注入は、N1のバンド端オフセットに促進される。トンネル層を通る正孔注入については、図26及び図27に関連して更に考察する。   Hole injection through the tunnel layer O1 / N1 / O2 is facilitated by the band edge offset of N1. Hole injection through the tunnel layer will be further discussed in connection with FIGS.

図10〜図12は、様々な窒化物の厚さの電荷トラップ効率を示す。   FIGS. 10-12 show charge trap efficiencies for various nitride thicknesses.

図10において、消去動作は、O/N/Oの厚さが54Å/70Å/90ÅであるSONOSメモリセルに対して行われる。   In FIG. 10, the erase operation is performed on a SONOS memory cell having an O / N / O thickness of 54/70/90.

18Vのゲート電圧での消去動作の結果が、シミュレートされた曲線1010及び実験データプロット点1011である。19Vのゲート電圧での消去動作の結果が、シミュレートされた曲線1020及び実験データプロット点1021である。20Vのゲート電圧での消去動作の結果が、シミュレートされた曲線1030及び実験データプロット点1031である。十分に厚いSiN(>70Å)は、理想的な完全捕捉に近い高い捕捉率を有している。1013cm−2を超える電子トラップ密度であれば問題はない。 The result of the erase operation with a gate voltage of 18V is a simulated curve 1010 and experimental data plot point 1011. The result of the erase operation with a gate voltage of 19V is a simulated curve 1020 and experimental data plot point 1021. The result of the erase operation with a gate voltage of 20V is a simulated curve 1030 and experimental data plot point 1031. A sufficiently thick SiN (> 70 Å) has a high capture rate close to ideal full capture. There is no problem as long as the electron trap density exceeds 10 13 cm −2 .

図11において、消去動作は、O/N/Oの厚さが54Å/35Å/90ÅであるSONOSメモリセルに対して行われる。   In FIG. 11, the erase operation is performed on a SONOS memory cell having an O / N / O thickness of 54/35/90.

16Vのゲート電圧での消去動作の結果が、シミュレートされた曲線1110及び実験データプロット点1111である。17Vのゲート電圧での消去動作の結果が、シミュレートされた曲線1120及び実験データプロット点1121である。18Vのゲート電圧での消去動作の結果が、シミュレートされた曲線1130及び実験データプロット点1131である。より薄いSiN(<35Å)の場合、捕捉効率は大幅に低下する。グラフは、SONOSメモリセルの中間SiN層に対する結果を示す。この結果により、他の構造でのSiNの厚さが分かる。例えば、図6の第2の電荷蓄積窒化物層19は、ゲートからの電子注入を阻止するために十分な電子の電荷を蓄積するのには十分なほど厚い。少なくとも5×1012cm−2の電子の電荷密度が、ゲートから電子注入を阻止することができる。 The result of the erase operation with a gate voltage of 16V is a simulated curve 1110 and experimental data plot point 1111. The result of the erase operation with a gate voltage of 17V is a simulated curve 1120 and experimental data plot point 1121. The result of the erase operation with a gate voltage of 18V is a simulated curve 1130 and experimental data plot point 1131. For thinner SiN (<35 Å), the trapping efficiency is greatly reduced. The graph shows the results for the intermediate SiN layer of the SONOS memory cell. This result shows the thickness of SiN in other structures. For example, the second charge storage nitride layer 19 of FIG. 6 is thick enough to store sufficient electron charge to prevent electron injection from the gate. An electron charge density of at least 5 × 10 12 cm −2 can prevent electron injection from the gate.

図12において、消去動作は、O/N/Oの厚さが54Å/20Å/90ÅであるSONOSメモリセルに対して行われる。   In FIG. 12, the erase operation is performed on a SONOS memory cell having an O / N / O thickness of 54/20/90.

14Vのゲート電圧での消去動作の結果が、シミュレートされた曲線1210及び実験データプロット点1211である。15Vのゲート電圧での消去動作の結果が、シミュレートされた曲線1220及び実験データプロット点1221である。非常に薄いSiN(<20Å)窒化物は、低い又は効果的でない電界トラップをもたらす。この理由で、こうした薄い層は、多層トンネル構造では、電荷蓄積なしにバンドオフセット効果を提供するために使用される。   The result of the erase operation with a gate voltage of 14V is a simulated curve 1210 and experimental data plot point 1211. The result of the erase operation with a gate voltage of 15V is a simulated curve 1220 and experimental data plot point 1221. Very thin SiN (<20Å) nitride results in low or ineffective field traps. For this reason, such thin layers are used in multilayer tunnel structures to provide a band offset effect without charge accumulation.

図13は、厚さが低減した、電荷を蓄積する第1の窒化物層の電荷トラップ効率を示す図である。   FIG. 13 is a diagram showing the charge trapping efficiency of the first nitride layer that accumulates charges with a reduced thickness.

消去動作により、O1/N1/O2の厚さが13Å/20Å/25Åのバンドギャップエンジニアドトンネル層を含むBE−SONOSメモリセルにおいて、x軸におけるゲート電圧からの20μs消去パルスに応答して、y軸におけるフラットバンド電圧ΔVFBが変化する。N2/O3の厚さが70Å/90Åのときの消去動作の結果が曲線1310である。N2/O3の厚さが50Å/90Åのときの消去動作の結果が曲線1320である。これらの結果は、O3の厚さが90Åである際はN2の厚さがわずか50Åまで低減した場合であっても、結果は、70ÅのN2の厚さに類似する優れたISPP勾配であることを示している。したがって、依然として優れたトラップ効率を維持しながら、N2を50Åまで縮小することができる。 In a BE-SONOS memory cell including a bandgap engineered tunnel layer with an O1 / N1 / O2 thickness of 13/20/25 mm by an erase operation, in response to a 20 μs erase pulse from the gate voltage on the x-axis, y The flat band voltage ΔV FB at the axis changes. The result of the erase operation when the thickness of N2 / O3 is 70/90 mm is a curve 1310. The result of the erase operation when the thickness of N2 / O3 is 50/90 is curve 1320. These results show that when O3 thickness is 90 mm, even if N2 thickness is reduced to only 50 mm, the result is an excellent ISPP slope similar to 70 mm N2 thickness. Is shown. Therefore, N2 can be reduced to 50 mm while still maintaining excellent trap efficiency.

図14〜図16では、複数の電荷蓄積窒化物層を変更され、O1/N1/O2/N2/O3/N3/O4の厚さが11Å/20Å/25Å/55Å/50Å/40Å/35Åでpポリシリコンゲートを有する、SONOSメモリセルに対して消去動作が行われている。   14 to 16, the plurality of charge storage nitride layers are changed, and the thickness of O1 / N1 / O2 / N2 / O3 / N3 / O4 is 11 Å / 20 Å / 25 Å / 55 Å / 50 Å / 40 Å / 35 p. An erase operation is performed on a SONOS memory cell having a polysilicon gate.

図14は、図6のメモリセルについてのフラットバンド電圧対消去時間のグラフである。−20Vのゲート電圧での消去動作の結果が、シミュレートされた曲線1410である。−21Vのゲート電圧での消去動作の結果が、シミュレートされた曲線1420である。−22Vのゲート電圧での消去動作の結果が、シミュレートされた曲線1430である。−23Vのゲート電圧での消去動作の結果が、シミュレートされた曲線1440である。−24Vのゲート電圧での消去動作の結果が、シミュレートされた曲線1450である。−4Vの目標電圧1460は、ゲート電圧が負方向により大きくなれば、より迅速に達成される。−23V又は−24Vのゲート電圧では、目標電圧は1ミリ秒以内で達成される。VFB<−8Vの場合に消去飽和は観察されていないため、消去バイアスの大きさが高いほどより高速な消去時間を得ることができる。 FIG. 14 is a graph of flat band voltage versus erase time for the memory cell of FIG. The result of the erase operation with a gate voltage of −20V is a simulated curve 1410. The result of the erase operation with a gate voltage of −21V is a simulated curve 1420. The result of the erase operation with a gate voltage of −22V is a simulated curve 1430. The result of the erase operation with a gate voltage of −23V is a simulated curve 1440. The result of the erase operation with a gate voltage of −24V is a simulated curve 1450. The -4V target voltage 1460 is achieved more quickly if the gate voltage is increased in the negative direction. With a gate voltage of -23V or -24V, the target voltage is achieved within 1 millisecond. Since erasure saturation is not observed when V FB <−8 V, a faster erase time can be obtained as the magnitude of the erase bias is higher.

図15は、図6のメモリセルの電荷蓄積のための異なる窒化物層についてのトラップされた電荷の密度対消去時間のグラフである。   FIG. 15 is a graph of trapped charge density versus erase time for different nitride layers for charge storage in the memory cell of FIG.

−24Vのゲート電圧での消去動作の結果が、N2におけるトラップされた電荷の密度に対してシミュレートされた曲線1510である。−24Vのゲート電圧での消去動作の結果が、N3におけるトラップされた電荷の密度に対してシミュレートされた曲線1520である。VFBが約−4Vである場合、N3ではトラップされた電子の面積密度は約5×1012cm−2に近づく。 The result of the erase operation with a gate voltage of −24V is a simulated curve 1510 for the density of trapped charges at N2. The result of the erase operation with a gate voltage of −24V is a simulated curve 1520 for the trapped charge density at N3. When V FB is about −4V, the area density of trapped electrons approaches about 5 × 10 12 cm −2 in N3.

シミュレーションは、N3への電子の−FNゲート注入が発生し、N3が電子をトラップすることを示している。N3におけるトラップされた電子の密度が増大するに従い、N3におけるトラップされた電子は、ゲートからの電子注入を次第に遅らせる。N3が電子をトラップするに従い、N2は、チャネル材料から注入される正孔をトラップし続ける。全体的な効果は、N3におけるトラップされた電子の密度がゲート注入を停止させるのを助け、N2への継続的な正孔注入を可能にし、消去飽和なしにN2が連続的に消去を受ける、ということである。   The simulation shows that -FN gate injection of electrons into N3 occurs and N3 traps electrons. As the density of trapped electrons in N3 increases, the trapped electrons in N3 gradually delay electron injection from the gate. As N3 traps electrons, N2 continues to trap holes injected from the channel material. The overall effect is that the density of trapped electrons in N3 helps stop gate injection, allows continuous hole injection into N2, and N2 is continuously erased without erase saturation. That's what it means.

図16は、図6のメモリセルの電荷蓄積のための異なる窒化物層についての電界対消去時間のグラフである。−24Vのゲート電圧での消去動作の結果が、N2における電界についてシミュレートされた曲線1610である。−24Vのゲート電圧での消去動作の結果が、N3における電界についてシミュレートされた曲線1620である。   FIG. 16 is a graph of field versus erase time for different nitride layers for charge storage in the memory cell of FIG. The result of the erase operation with a gate voltage of −24V is a simulated curve 1610 for the electric field at N2. The result of the erase operation with a gate voltage of −24V is a simulated curve 1620 for the electric field at N3.

シミュレーションは、上部のO3の電界が−FN消去中に大幅に増大する間に、底部のO1の電界が低減することを示している。O3における電界は高いため、O3の高い酸化物品質が重要である。   Simulations show that the electric field at the bottom O1 decreases while the electric field at the top O3 increases significantly during -FN erase. Since the electric field at O3 is high, high oxide quality of O3 is important.

図17〜図19では、複数の電荷蓄積窒化物層を変更され、O1/N1/O2/N2/O3/N3/O4の厚さが11Å/20Å/25Å/55Å/50Å/40Å/35ÅであるSONOSメモリセルに対して、消去動作が行われている。   17 to 19, the plurality of charge storage nitride layers are changed, and the thickness of O1 / N1 / O2 / N2 / O3 / N3 / O4 is 11 mm / 20 mm / 25 mm / 55 mm / 50 mm / 40 mm / 35 mm. An erase operation is performed on the SONOS memory cell.

図17は、図6のメモリセルのための異なるゲート材料でのフラットバンド電圧対消去時間のグラフである。   FIG. 17 is a graph of flat band voltage versus erase time with different gate materials for the memory cell of FIG.

pポリシリコンゲートによる−24Vのゲート電圧での消去動作の結果が、シミュレートされた曲線1710である。nポリシリコンゲートによる−24Vのゲート電圧での消去動作の結果が、シミュレートされた曲線1720である。ゲートがnドープされてもpドープされても、結果としての曲線は消去飽和を示していない。   The result of an erase operation with a gate voltage of −24V with a p polysilicon gate is a simulated curve 1710. The result of an erase operation with a gate voltage of −24V with an n polysilicon gate is a simulated curve 1720. Whether the gate is n-doped or p-doped, the resulting curve does not show erase saturation.

図18は、図6のメモリセルの異なるゲート材料と、電荷蓄積のための異なる窒化物層についての、トラップされた電荷の密度対消去時間のグラフである。   FIG. 18 is a graph of trapped charge density versus erase time for different gate materials and different nitride layers for charge storage in the memory cell of FIG.

pポリシリコンゲートによる−24Vのゲート電圧での消去動作の結果が、N2においてトラップされた電荷のシミュレートされた曲線1810である。pポリシリコンゲートによる−24Vのゲート電圧での消去動作の結果が、N3においてトラップされた電荷のシミュレートされた曲線1820である。nポリシリコンゲートによる−24Vのゲート電圧での消去動作の結果が、N2においてトラップされた電荷のシミュレートされた曲線1830である。nポリシリコンゲートによる−24Vのゲート電圧での消去動作の結果が、N3においてトラップされた電荷のシミュレートされた曲線1840である。   The result of an erase operation with a gate voltage of −24V by the p polysilicon gate is a simulated curve 1810 of the charge trapped at N2. The result of an erase operation with a gate voltage of −24V by the p polysilicon gate is a simulated curve 1820 of the charge trapped at N3. The result of an erase operation with a gate voltage of −24V by the n polysilicon gate is a simulated curve 1830 of the charge trapped at N2. The result of an erase operation with a gate voltage of -24V with an n polysilicon gate is a simulated curve 1840 of the charge trapped at N3.

シミュレーションは、N3のトラップされた電子がNゲートによって密度を増大させ、電子のより大きなゲート注入の影響を補償することを示している。この電子密度の増大により、チャネルからの正孔注入によってN2が連続的に消去を受けることを可能にする。   Simulations show that N3 trapped electrons increase the density with the N gate and compensate for the effects of larger gate injection of electrons. This increase in electron density allows N2 to be continuously erased by hole injection from the channel.

図19は、図6のメモリセルの異なるゲート材料と、電荷蓄積のための異なる窒化物層についての電界対消去時間のグラフである。   FIG. 19 is a graph of field versus erase time for different gate materials of the memory cell of FIG. 6 and different nitride layers for charge storage.

nポリシリコンゲートによる−24Vのゲート電圧での消去動作の結果が、O1における電界のシミュレートされた曲線1910である。nポリシリコンゲートによる−24Vのゲート電圧による消去動作の結果が、O3における電界のシミュレートされた曲線1920である。pポリシリコンゲートによる−24Vのゲート電圧による消去動作の結果が、O1における電界のシミュレートされた曲線1930である。pポリシリコンゲートによる−24Vのゲート電圧による消去動作の結果が、O3における電界のシミュレートされた曲線1940である。   The result of the erase operation with a gate voltage of −24V with the n polysilicon gate is a simulated curve 1910 of the electric field at O1. The result of an erase operation with a gate voltage of -24V with an n polysilicon gate is a simulated curve 1920 of the electric field at O3. The result of the erase operation with a gate voltage of −24V with the p polysilicon gate is a simulated curve 1930 of the electric field at O1. The result of the erase operation with a gate voltage of −24V with the p polysilicon gate is a simulated curve 1940 of the electric field at O 3.

複数の電荷蓄積窒化物層のBE−SONOSデバイス(multiple charge storage nitride layer BE-SONOS device)は、ゲート注入の変化に対して耐性が高い。電子のゲート注入が(ポリゲートのドーピングの変化又は電場増強効果により)大きくなる場合はいつでも、N3は、トラップされた電子の電荷密度が高くなることにより、電子のゲート注入が大きくなることに対して補償することができる。N3における電子の電荷密度が高くなることにより、N2は、チャネルからの正孔注入により消去を受け続けることが可能になる。   Multiple charge storage nitride layer BE-SONOS devices are highly resistant to changes in gate implantation. Whenever the electron gate injection becomes large (due to poly gate doping change or electric field enhancement effect), N3 is in contrast to the increased electron gate injection due to the higher charge density of the trapped electrons. Can be compensated. By increasing the charge density of electrons in N3, N2 can continue to be erased by hole injection from the channel.

図20〜図22では、複数の電荷蓄積窒化物層が変更されて、O1/N1/O2/N2/O3/N3/O4の厚さが11Å/20Å/25Å/55Å/50Å/40Å/35ÅであるSONOSメモリセルに対して、プログラム動作が行われる。   20 to 22, the plurality of charge storage nitride layers are changed so that the thickness of O1 / N1 / O2 / N2 / O3 / N3 / O4 is 11 mm / 20 mm / 25 mm / 55 mm / 50 mm / 40 mm / 35 mm. A program operation is performed on a certain SONOS memory cell.

図20は、図6のメモリセルについてのフラットバンド電圧対プログラミング時間のグラフである。   FIG. 20 is a graph of flat band voltage versus programming time for the memory cell of FIG.

+24Vのゲート電圧によるプログラム動作の結果が、シミュレートされた曲線2010である。+23Vのゲート電圧によるプログラム動作の結果が、シミュレートされた曲線2020である。+22Vのゲート電圧によるプログラム動作の結果が、シミュレートされた曲線2030である。+21Vのゲート電圧によるプログラム動作の結果が、シミュレートされた曲線2040である。   The result of the program operation with a + 24V gate voltage is a simulated curve 2010. The result of the program operation with a gate voltage of + 23V is a simulated curve 2020. The result of the program operation with a + 22V gate voltage is a simulated curve 2030. The result of the program operation with a gate voltage of + 21V is a simulated curve 2040.

図21は、図6のメモリセルの電荷蓄積のための異なる窒化物層についてのトラップされた電荷の密度対プログラミング時間のグラフである。   FIG. 21 is a graph of trapped charge density versus programming time for different nitride layers for charge storage in the memory cell of FIG.

+24Vのゲート電圧によるプログラム動作の結果が、N2においてトラップされた電荷のシミュレートされた曲線2110である。+24Vのゲート電圧でのプログラム動作の結果が、N3においてトラップされた電荷のシミュレートされた曲線2120である。   The result of the program operation with a + 24V gate voltage is a simulated curve 2110 of charge trapped at N2. The result of the program operation with a gate voltage of + 24V is a simulated curve 2120 of the charge trapped at N3.

図22は、図6のメモリセルの電荷蓄積のための異なる窒化物層についての電界対プログラミング時間のグラフである。   FIG. 22 is a graph of electric field versus programming time for different nitride layers for charge storage in the memory cell of FIG.

+24Vのゲート電圧でのプログラム動作の結果が、O1における電界のシミュレートされた曲線2210である。+24Vのゲート電圧でのプログラム動作の結果が、O3における電界のシミュレートされた曲線2220である。+24Vのゲート電圧でのプログラム動作の結果が、O4における電界のシミュレートされた曲線2230である。   The result of the program operation with a gate voltage of + 24V is a simulated curve 2210 of the electric field at O1. The result of the program operation with a gate voltage of + 24V is a simulated curve 2220 of the electric field at O3. The result of the program operation with a gate voltage of + 24V is a simulated curve 2230 of the electric field at O4.

より多くの電子がN2内に注入されるに従い、O3における電界が増大する。O3における電界が増大することにより、N3に向かうN2内の脱トラップ電子が徐々に増大する。したがって、より高い電子の注入レベル(VFB>6V)では、より多くの電子がN3にトラップされる。プログラミング飽和は依然として観察されず、メモリセルを連続してVFB>8Vまでプログラムすることができ、それは、MLC(マルチレベルセル)動作ウィンドウに対して十分過ぎるほどである。 As more electrons are injected into N2, the electric field at O3 increases. As the electric field at O3 increases, the number of detrapped electrons in N2 toward N3 gradually increases. Thus, at higher electron injection levels (V FB > 6V), more electrons are trapped in N3. Programming saturation is still not observed, and memory cells can be continuously programmed to V FB > 8V, which is more than sufficient for an MLC (multilevel cell) operating window.

図23は、図6のメモリセルの異なる消去時間及びプログラミング時間についてのフラットバンド電圧対消去電圧及びプログラミング電圧のグラフである。   FIG. 23 is a graph of flat band voltage versus erase voltage and programming voltage for different erase and programming times of the memory cell of FIG.

複数の電荷蓄積窒化物層を変更された、pポリシリコンゲート及び11Å/20Å/25Å/55Å/50Å/40Å/35ÅのO1/N1/O2/N2/O3/N3/O4の厚さを有するSONOSメモリセルに対して、プログラム動作及び消去動作が行われる。   SONOS with p polysilicon gates modified with multiple charge storage nitride layers and O1 / N1 / O2 / N2 / O3 / N3 / O4 thicknesses of 11/20/25/55/50/40/35 A program operation and an erase operation are performed on the memory cell.

ISPP動作及びISPE動作により、Vt分布がタイトになる。ISPPは、プログラミング電圧を徐々に増大させるようにメモリを段階的にプログラムする、漸増ステップパルスプログラミング(incremental step pulse programming)である。ISPEは、消去電圧を徐々に増大させることによりデバイスが段階的に消去を受ける漸増ステップパルス消去(incremental step pulse erasing)である。   The ISP distribution operation and the ISPE operation make the Vt distribution tight. ISPP is incremental step pulse programming that programs the memory in steps to gradually increase the programming voltage. ISPE is incremental step pulse erasing where the device is erased in stages by gradually increasing the erase voltage.

パルス時間20マイクロ秒の漸増ステップパルスプログラムによるプログラム動作の結果が、シミュレートされた曲線2310である。パルス時間200マイクロ秒の漸増ステップパルスプログラムによるプログラム動作の結果が、シミュレートされた曲線2320である。パルス時間2ミリ秒の漸増ステップパルスプログラムによるプログラム動作の結果が、シミュレートされた曲線2330である。   The result of the program operation with an incremental step pulse program with a pulse time of 20 microseconds is a simulated curve 2310. The result of the program operation with an incremental step pulse program with a pulse time of 200 microseconds is a simulated curve 2320. The result of the program operation with an incremental step pulse program with a pulse time of 2 milliseconds is a simulated curve 2330.

パルス時間20マイクロ秒の漸増ステップパルス消去による消去動作の結果が、シミュレートされた曲線2340である。パルス時間200マイクロ秒の漸増ステップパルス消去による消去動作の結果が、シミュレートされた曲線2350である。パルス時間2ミリ秒の漸増ステップパルス消去による消去動作の結果が、シミュレートされた曲線2360である。   The result of an erase operation with incremental step pulse erase with a pulse time of 20 microseconds is a simulated curve 2340. The result of the erase operation with incremental step pulse erase with a pulse time of 200 microseconds is a simulated curve 2350. The result of an erase operation with incremental step pulse erase with a pulse time of 2 milliseconds is a simulated curve 2360.

曲線は、VFB=±8Vになる前に、飽和がなく、大きいISPP/ISPEウィンドウを示す。ISPP曲線及びISPE曲線の勾配は、理想的な1の勾配に近い。 The curve shows a large ISPP / ISPE window without saturation before V FB = ± 8V. The slopes of the ISPP and ISPE curves are close to the ideal 1 slope.

小さいメモリセルの場合、3次元フリンジ電界効果により、電荷蓄積効率が低下する。したがって、3次元メモリセルのVt又はフラットバンド電圧(VFB)は、1次元メモリセルのVt又はフラットバンド電圧(VFB)より低い。3次元メモリセルの場合、プログラミング及び消去は、実際のデバイス/トランジスタウィンドウをシミュレートするようにオーバードライブされる。   In the case of a small memory cell, the charge storage efficiency decreases due to the three-dimensional fringe field effect. Accordingly, the Vt or flat band voltage (VFB) of the three-dimensional memory cell is lower than the Vt or flat band voltage (VFB) of the one-dimensional memory cell. In the case of a three-dimensional memory cell, programming and erasure are overdriven to simulate an actual device / transistor window.

一実施形態では、20マイクロ秒に対しておよそ+23VでVFB=+5Vに達し、2ミリ秒に対して−23VでVFB=−4Vに達する。閾値電圧Vtは、プログラミングの場合は約+3Vから+4Vであり、閾値電圧Vtは、消去の場合は約−2Vから−3Vである。これらのプログラム閾値電圧及び消去閾値電圧は、マルチレベル(MLC)メモリウィンドウに適している。4つの論理レベルを有するMLCメモリセルでは、2レベルメモリセルより広いメモリウィンドウが必要である。 In one embodiment, V FB = + 5V is reached at approximately + 23V for 20 microseconds, and V FB = −4V is reached at −23V for 2 milliseconds. The threshold voltage Vt is about + 3V to + 4V for programming, and the threshold voltage Vt is about −2V to −3V for erasing. These program and erase threshold voltages are suitable for multi-level (MLC) memory windows. An MLC memory cell having four logic levels requires a wider memory window than a two-level memory cell.

図24は、図6のメモリセルの層の厚さの異なる組についてのフラットバンド電圧対消去電圧及びプログラミング電圧のグラフである。   FIG. 24 is a graph of flat band voltage versus erase voltage and programming voltage for different sets of memory cell layer thicknesses of FIG.

pポリシリコンゲートを含み、複数の電荷蓄積窒化物層を変更されたSONOSメモリセルに対して、プログラム動作及び消去動作が行われる。   Program and erase operations are performed on SONOS memory cells that include a p-polysilicon gate and have a plurality of charge storage nitride layers modified.

O1/N1/O2/N2/O3/N3/O4の厚さが11Å/20Å/25Å/55Å/50Å/40Å/35Åである20マイクロ秒のプログラムパルスによるISPPプログラム動作の結果が、シミュレートされた曲線2410である。O1/N1/O2/N2/O3/N3/O4の厚さが11Å/20Å/25Å/50Å/45Å/35Å/30Åである20マイクロ秒のプログラムパルスによるISPPプログラム動作の結果が、シミュレートされた曲線2420である。   The results of the ISPP program operation with 20 microsecond program pulses with O1 / N1 / O2 / N2 / O3 / N3 / O4 thicknesses of 11 mm / 20 mm / 25 mm / 55 mm / 50 mm / 40 mm / 35 mm were simulated. Curve 2410. The results of the ISPP program operation with 20 microsecond program pulses with O1 / N1 / O2 / N2 / O3 / N3 / O4 thicknesses of 11 mm / 20 mm / 25 mm / 50 mm / 45 mm / 35 mm / 30 mm were simulated. Curve 2420.

O1/N1/O2/N2/O3/N3/O4の厚さが11Å/20Å/25Å/55Å/50Å/40Å/35Åである2ミリ秒の消去パルスによるISPE消去動作の結果が、シミュレートされた曲線2430である。O1/N1/O2/N2/O3/N3/O4の厚さが11Å/20Å/25Å/50Å/45Å/35Å/30Åである2ミリ秒の消去パルスによるISPE消去動作の結果が、シミュレートされた曲線2440である。   The results of the ISPE erase operation with an erase pulse of 2 ms with O1 / N1 / O2 / N2 / O3 / N3 / O4 thicknesses of 11 mm / 20 mm / 25 mm / 55 mm / 50 mm / 40 mm / 35 mm were simulated. Curve 2430. The results of the ISPE erase operation with a 2 ms erase pulse with O1 / N1 / O2 / N2 / O3 / N3 / O4 thicknesses of 11 mm / 20 mm / 25 mm / 50 mm / 45 mm / 35 mm / 30 mm were simulated. Curve 2440.

層の厚さがわずかに低減することにより、プログラミング電圧がVpgm=21Vまで約1V〜2V低下する。   By slightly reducing the layer thickness, the programming voltage is reduced by about 1V to 2V to Vpgm = 21V.

図25は、図6のメモリセルの層の厚さの異なる組についてのフラットバンド電圧対消去電圧及びプログラミング電圧のグラフであり、非理想的挙動を示している。非理想的挙動については以下のように説明される。トンネリングによって注入される電荷が、窒化物において100%捕捉されずトラップされない場合、注入効率は理想的な効率より低く、ISPP/ISPE勾配は1に等しくない可能性がある。これは、N2及びN3の厚さが不十分である(例えば、N2<4nm)である場合に発生する可能性がある。プログラミング/消去中にN2とN3との間に電荷の混合又は輸送がある場合、ISPP/ISPE勾配もまた劣化する可能性がある。これは、O3の厚さが十分でない(例えば、O3<3nm)場合に発生する可能性がある。   FIG. 25 is a graph of flat band voltage versus erase voltage and programming voltage for different sets of memory cell layer thicknesses of FIG. 6 and shows non-ideal behavior. The non-ideal behavior is explained as follows. If the charge injected by tunneling is not 100% trapped and trapped in the nitride, the injection efficiency may be less than ideal and the ISPP / ISPE slope may not be equal to 1. This can occur if the thickness of N2 and N3 is insufficient (eg, N2 <4 nm). If there is charge mixing or transport between N2 and N3 during programming / erasing, the ISPP / ISPE slope can also degrade. This can occur when the thickness of O3 is not sufficient (eg, O3 <3 nm).

図25は、図24と同様の曲線2410及び2430を示す。しかしながら、図25では、電荷蓄積窒化物層N2及び/又はN3の厚さは、ISPP及びISPEの理想的な勾配を示すには薄すぎる。物理モデルでは、電荷捕捉プロセスは、散乱平均自由行程を有し、捕捉効率は、厚さが平均自由行程より薄い場合、指数関数的に低下する。代替的に、ブロッキング酸化物層O3は、第1の窒化物電荷蓄積層内への電子の過剰なトンネリングを可能にする。こうした非理想的挙動により、曲線2410は曲線2510へと劣化し、曲線2420は曲線2520へと劣化する。   FIG. 25 shows curves 2410 and 2430 similar to FIG. However, in FIG. 25, the thickness of the charge storage nitride layer N2 and / or N3 is too thin to show the ideal gradient of ISPP and ISPE. In the physical model, the charge trapping process has a scattering mean free path and the trapping efficiency decreases exponentially when the thickness is less than the mean free path. Alternatively, the blocking oxide layer O3 allows excessive tunneling of electrons into the first nitride charge storage layer. Such non-ideal behavior causes curve 2410 to degrade to curve 2510 and curve 2420 to degrade to curve 2520.

曲線2510では、VFB>+8Vで漸次的な飽和が発生し、非理想的ISPP勾配は1に等しくなく、0.95未満である。ブロッキング酸化物層が薄すぎるため、外へのトンネリングが増加する。高電界+FNトンネリング中に、N2/N3間で電荷交換が発生する。 In curve 2510, gradual saturation occurs with V FB > +8 V, and the non-ideal ISPP slope is not equal to 1 and less than 0.95. Since the blocking oxide layer is too thin, outward tunneling is increased. Charge exchange occurs between N2 / N3 during high electric field + FN tunneling.

曲線2520では、VFB>−8Vで漸次的な飽和が発生し、非理想的ISPE勾配は1に等しくなく、0.95未満である。 In curve 2520, gradual saturation occurs with V FB > −8 V, and the non-ideal ISPE slope is not equal to 1 and less than 0.95.

図18に関連して示されているように、更なる電子のゲート注入を停止させるには不十分な電子トラップがN3には存在している。更なる電子のゲート注入を停止させるように、N3にトラップされた電子の十分な密度がない場合、ゲート注入電子はN2に達し、わずかな消去飽和をもたらす。高電界−FNトンネリング中に、N2/N3間の電荷交換が発生する。   As shown in connection with FIG. 18, there are insufficient electron traps in N3 to stop further electron gate injection. If there is not enough density of electrons trapped in N3 to stop further electron gate injection, the gate injected electrons will reach N2 resulting in slight erase saturation. Charge exchange between N2 / N3 occurs during high electric field-FN tunneling.

O3の厚さが小さすぎる場合、N2/N3間の電荷交換が発生する可能性がある。例えば、−FN消去中、電子はN3にトラップされ、正孔はN2にトラップされる。電荷交換が発生する場合、トラップされた電子はN2に進む可能性があり、それにより消去ウィンドウが劣化する。   If the thickness of O3 is too small, charge exchange between N2 / N3 may occur. For example, during -FN erase, electrons are trapped in N3 and holes are trapped in N2. When charge exchange occurs, the trapped electrons can travel to N2, thereby degrading the erase window.

N2とN3との間のブロッキング酸化物O3は、消去性能を維持し、N2とN3との間の過剰な非理想的電荷輸送を回避させる。優れた電荷捕捉効率は、N2及びN3の十分な厚さにより維持される。図10〜図13に示されるように、少なくとも50ÅのN2の厚さにより、メモリウィンドウに対して十分な電荷蓄積がもたらされ、少なくとも30ÅのN3の厚さにより、更なる電子のゲート注入を阻止するのに十分な電荷蓄積がもたらされる。   Blocking oxide O3 between N2 and N3 maintains erase performance and avoids excessive non-ideal charge transport between N2 and N3. Excellent charge trapping efficiency is maintained by the sufficient thickness of N2 and N3. As shown in FIGS. 10-13, an N2 thickness of at least 50 も た ら provides sufficient charge storage for the memory window, and an N3 thickness of at least 30 を provides additional electron gate injection. Sufficient charge accumulation is provided to prevent.

図26は、低電界下で図1の層13〜15のスタックを含む誘電体トンネル構造の伝導帯及び価電子帯のエネルギーレベルの図であり、「U字型」伝導帯及び「逆U字型」価電子帯を示している。右側から、領域2630に、半導体本体のバンドギャップが示されており、領域2631に、正孔トンネル層についての価電子帯及び伝導帯が示されており、領域2632に、トンネル窒化物層についてのバンドギャップが示されており、領域2633に、絶縁層についての価電子帯及び伝導帯が示されており、領域2634に、電荷トラップ層についての価電子帯及び伝導帯が示されている。負の符号付きの円によって表され、電荷トラップ領域2634内にトラップされている電子は、チャネル内の伝導帯までトンネリングすることはできない。それは、3つの領域2631、2632、2633全てにおけるトンネル誘電体層の伝導帯が、トラップのエネルギーレベルに比して高いままであるためである。電子トンネリングの起こりやすさは、トンネル誘電体層における「U字型」伝導帯の下で、かつチャネルへのトラップのエネルギーレベルにある水平線の上の、領域と相関する。したがって、電子トンネリングは、低電界状態では非常に起きづらい。同様に、領域2630におけるチャネルの価電子帯における正孔は、領域2631、2632及び2633の全厚さ、及びチャネル界面における高い正孔トンネリング障壁の高さによって、電荷トラップ層2634にトンネリングするのを阻止される。正孔トンネリングの起こりやすさは、トンネル誘電体層における「逆U字型」価電子帯の上で、かつ電荷トラップ層へのチャネルのエネルギーレベルにある水平線の下の領域と相関する。したがって、正孔トンネリングは、低電界状態では非常に起きづらい。正孔トンネル層が二酸化シリコンを含む代表的な実施形態では、約4.5eVの正孔トンネリング障壁の高さが正孔トンネリングを阻止する。窒化シリコンにおける価電子帯は、チャネル内の価電子帯より1.9eV低いままである。したがって、トンネル誘電体構造の3つの層2631、2632、2633の全てにおける価電子帯は、チャネル2630における価電子帯より著しく低いままであり、層2632の全ての価電子帯は、チャネル2630における価電子帯より低いバンドエネルギーを持つ。したがって、本明細書に記載されるトンネル層は、バンドオフセット特性によって特徴付けられ、半導体本体との界面にある薄い領域(層2631)内に比較的大きな正孔トンネリング障壁の高さと、チャネル表面から2nm未満の第1のオフセットにおける、価電子帯エネルギーレベルの増大2637とを含む。バンドオフセット特性はまた、トンネリング障壁の高さが比較的高い材料の薄い層2633を持つことにより、チャネルからの第2のオフセットにおける価電子帯エネルギーレベルの低減2638を含み、それが逆U字型の価電子帯形状をもたらす。同様に伝導帯は、同様の材料の選択によってもたらされるU字型を有している。   26 is a diagram of the energy levels of the conduction and valence bands of a dielectric tunnel structure including a stack of layers 13-15 of FIG. 1 under a low electric field, the “U-shaped” conduction band and the “inverted U-shaped”. The “type” valence band. From the right side, region 2630 shows the bandgap of the semiconductor body, region 2631 shows the valence and conduction bands for the hole tunnel layer, and region 2632 shows the tunnel nitride layer. The band gap is shown, region 2633 shows the valence band and conduction band for the insulating layer, and region 2634 shows the valence band and conduction band for the charge trapping layer. Electrons represented by a negatively signed circle and trapped in the charge trapping region 2634 cannot tunnel to the conduction band in the channel. This is because the conduction band of the tunnel dielectric layer in all three regions 2631, 2632, 2633 remains high compared to the trap energy level. The likelihood of electron tunneling correlates with the region below the “U-shaped” conduction band in the tunnel dielectric layer and above the horizontal line at the energy level of the trap into the channel. Therefore, electron tunneling is very difficult to occur in a low electric field state. Similarly, holes in the valence band of the channel in region 2630 tunnel to charge trap layer 2634 due to the total thickness of regions 2631, 2632 and 2633, and the height of the high hole tunneling barrier at the channel interface. Be blocked. The likelihood of hole tunneling correlates with the region above the “inverted U-shaped” valence band in the tunnel dielectric layer and below the horizontal line at the energy level of the channel to the charge trapping layer. Therefore, hole tunneling is very difficult to occur in a low electric field state. In an exemplary embodiment where the hole tunnel layer comprises silicon dioxide, a hole tunneling barrier height of about 4.5 eV prevents hole tunneling. The valence band in silicon nitride remains 1.9 eV lower than the valence band in the channel. Thus, the valence band in all three layers 2631, 2632, 2633 of the tunnel dielectric structure remains significantly lower than the valence band in channel 2630, and all the valence bands in layer 2632 remain in valence in channel 2630. It has a lower band energy than the electron band. Thus, the tunnel layers described herein are characterized by band offset properties, and are relatively large hole tunneling barrier heights in the thin region (layer 2631) at the interface with the semiconductor body and from the channel surface. Valence band energy level increase 2637 at a first offset of less than 2 nm. The band offset characteristics also include a valence band energy level reduction 2638 at the second offset from the channel by having a thin layer 2633 of material with a relatively high tunneling barrier height, which is inverted U-shaped. Resulting in a valence band shape of Similarly, the conduction band has a U-shape resulting from the selection of similar materials.

図27は、正孔トンネリングを誘起する目的の、トンネル層2731の約−12MV/cmの電界条件下にある誘電体トンネル構造についてのバンド図を示す(図3において、O1層は約15Åの厚さである)。電界下で、価電子帯はチャネル表面から上方に傾斜する。したがって、チャネル表面からのオフセット距離において、トンネル誘電体構造における価電子帯は、バンドエネルギーレベルが大幅に増大し、図では、チャネル領域における価電子帯のバンドエネルギーを上回って上昇する。層2632の価電子帯の端は、チャネル2630における価電子帯より高いバンドエネルギーを有している。したがって、チャネルにおける価電子帯のレベルと、トンネルスタックにおける上記の傾斜した逆U字型価電子帯との間の領域(図27において陰影を付ける)が低減するに従い、正孔トンネリングの起こりやすさは大幅に増大する。バンドオフセットは、高電界の印加中にトンネル誘電体から、領域2732におけるトンネル窒化物層及び領域2733における隔離層のブロッキング機能を効果的にに消滅させ、比較的小さい電界(例えば、E<14MV/cm)下での大きい正孔トンネリング電流を可能にする。   FIG. 27 shows a band diagram for a dielectric tunnel structure under a field condition of about −12 MV / cm of tunnel layer 2731 for the purpose of inducing hole tunneling (in FIG. 3, the O1 layer is about 15 mm thick) Is). Under an electric field, the valence band tilts upward from the channel surface. Therefore, at the offset distance from the channel surface, the valence band in the tunnel dielectric structure has a greatly increased band energy level, and in the figure rises above the band energy of the valence band in the channel region. The edge of the valence band of the layer 2632 has a higher band energy than the valence band in the channel 2630. Therefore, as the region between the level of the valence band in the channel and the above-described tilted inverted U-shaped valence band in the tunnel stack (shaded in FIG. 27) decreases, the likelihood of hole tunneling is increased. Increases significantly. The band offset effectively eliminates the blocking function of the tunnel nitride layer in region 2732 and the isolation layer in region 2733 from the tunnel dielectric during the application of a high electric field, resulting in a relatively small electric field (eg, E <14 MV / large hole tunneling currents under (cm).

隔離層2733は、トンネル窒化物層2732を電荷トラップ層2734から隔離する。これにより、電子及び正孔の両方に対して低電界印加中の有効なブロッキング能力が増大し、電荷保持が改善される。   The isolation layer 2733 isolates the tunnel nitride layer 2732 from the charge trap layer 2734. This increases the effective blocking ability during application of a low electric field to both electrons and holes, improving charge retention.

この実施形態におけるトンネル窒化物層2732は、電荷トラップ効率がごくわずかであるように十分薄くなければならない。また、トンネル窒化物層は、誘電体であって導電体ではない。したがって、窒化シリコンを使用する実施形態では、トンネル窒化物層は30Å未満の厚さであるべきであり、より好ましくは約25Å以下であるべきである。   The tunnel nitride layer 2732 in this embodiment must be thin enough so that the charge trapping efficiency is negligible. The tunnel nitride layer is a dielectric, not a conductor. Thus, in embodiments using silicon nitride, the tunnel nitride layer should be less than 30 inches thick, and more preferably about 25 inches or less.

正孔トンネル層2731は、二酸化シリコンを使用する実施形態では、20Å未満の厚さであるべきであり、より好ましくは15Å未満の厚さであるべきである。例えば好ましい実施形態では、正孔トンネル層2731は、厚さ約13Åの二酸化シリコンであり、上述したように窒化物形成プロセスに晒されて極薄酸窒化シリコンをもたらす。   The hole tunnel layer 2731 should be less than 20 inches thick, and more preferably less than 15 inches thick in embodiments using silicon dioxide. For example, in a preferred embodiment, the hole tunneling layer 2731 is about 13 mm thick silicon dioxide and is exposed to a nitridation process as described above, resulting in ultra-thin silicon oxynitride.

本技術の実施形態では、酸化シリコン、酸窒化シリコン及び窒化シリコンの複合物が、必要な逆U字型価電子帯をもたらし、チャネル表面からのオフセット距離で、効率的な正孔トンネリングに必要な価電子帯エネルギーレベルの変化を有する限り、層を正しく入れ替ることなしに(without precise transitions between the layers)、それらの複合物を使用して、トンネル誘電体層を実装することができる。また、材料の他の組合せを使用して、バンドオフセット技術を提供することができる。   In embodiments of the present technology, a composite of silicon oxide, silicon oxynitride, and silicon nitride provides the required inverted U-shaped valence band and is required for efficient hole tunneling at an offset distance from the channel surface. As long as they have a change in the valence band energy level, the composite of these can be used to implement a tunnel dielectric layer without accurately switching between the layers. Other combinations of materials can also be used to provide band offset technology.

誘電体トンネル層の説明は、電子トンネリングではなく「正孔トンネリング」に焦点を当てている。それは本技術が、SONOS型メモリにおいて、正孔トンネリングに依存する必要性に関連した問題を解決したためである。例えば、実用的な速度での正孔トンネリングをサポートするためには十分なほど薄い二酸化シリコンからなるトンネル誘電体は、電子トンネリングによるリークを阻止するには薄すぎることになる。しかしながら、本技術の効果はまた、電子トンネリングの性能も向上させる。そのため、電子トンネリングによるプログラミング及び正孔トンネリングによる消去の両方が、バンドギャップエンジニアリング(bandgap engineering)を使用して大幅に改善される。   The description of the dielectric tunnel layer focuses on “hole tunneling” rather than electron tunneling. This is because the present technology has solved a problem related to the necessity of relying on hole tunneling in a SONOS type memory. For example, a tunnel dielectric made of silicon dioxide that is thin enough to support hole tunneling at a practical rate would be too thin to prevent leakage due to electron tunneling. However, the effect of the present technology also improves the performance of electronic tunneling. Thus, both programming by electron tunneling and erasure by hole tunneling are greatly improved using bandgap engineering.

図28は、多層トンネル構造内の窒化物層に加えて電荷を蓄積する複数の窒化物層を含むように変更された、BE−SONOSメモリセルの2次元NANDアレイの簡易図である。   FIG. 28 is a simplified diagram of a two-dimensional NAND array of BE-SONOS memory cells modified to include a plurality of nitride layers that accumulate charge in addition to the nitride layers in the multilayer tunnel structure.

電荷を蓄積する複数の窒化物層を含むように変更された、BE−SONOSメモリセルのNANDストリングの一部を示す。メモリセル2810及び2820は、図6に示すメモリセルの例である。メモリセル2810及び2820は、チャネル材料2830の上にある。隣接するメモリセル2810及び2820の間の誘電体として、隣接するワード線の間のリークを抑制するよう、酸化物又はエアギャップ等の絶縁誘電体を充填することができる。ONONONO層は、メモリセル2810及び2820の各々に対して不連続であってもよいし、又は隣接するメモリセル2810及び2820の間で連続的であってもよい。隣接するメモリセル2810及び2820の間のチャネル材料は、様々なレベルのドーピングを持つ接合部を有してよいし、又は接合部がなくてもよい。   FIG. 6 illustrates a portion of a NAND string of a BE-SONOS memory cell that has been modified to include a plurality of nitride layers that accumulate charge. Memory cells 2810 and 2820 are examples of the memory cell shown in FIG. Memory cells 2810 and 2820 are on channel material 2830. As a dielectric between adjacent memory cells 2810 and 2820, an insulating dielectric such as an oxide or air gap can be filled to suppress leakage between adjacent word lines. The ONONONO layer may be discontinuous for each of the memory cells 2810 and 2820 or may be continuous between adjacent memory cells 2810 and 2820. The channel material between adjacent memory cells 2810 and 2820 may or may not have junctions with varying levels of doping.

図29は、多層トンネル構造内の窒化物層に加えて電荷を蓄積する複数の窒化物層を含むように変更された、BE−SONOSメモリセルの3次元垂直ゲートアレイの簡易図である。図29は、NANDフラッシュアレイの斜視図であり、半導体材料ストリップがつながって、合わせて1つのデコーディング構造になるような方法で図示し、かつハードマスク及び任意選択可能な注入ステップを示している。図29の視座は、Y軸及びZ軸が紙面内にあるように回転している。   FIG. 29 is a simplified diagram of a three-dimensional vertical gate array of BE-SONOS memory cells modified to include a plurality of nitride layers that store charge in addition to the nitride layers in the multilayer tunnel structure. FIG. 29 is a perspective view of a NAND flash array, illustrated in such a way that the strips of semiconductor material are joined together into a single decoding structure, and the hard mask and optional implantation steps are shown. . 29 is rotated so that the Y-axis and the Z-axis are in the plane of the paper.

突起状スタック内の半導体材料ストリップ間の絶縁層は、更なる構造を露出させるように図面から除去されている。   The insulating layer between the semiconductor material strips in the protruding stack has been removed from the drawing to expose additional structures.

多層アレイは絶縁層610上に形成され、複数の突起状スタックに合わせて形成された複数の導電線625−1、…、625−nを含み、それらはワード線WLn、WLn−1、…WL1として動作する。複数の突起状スタックは半導体材料ストリップ612、613、614を含み、それらは延長部612A、613A、614Aによって、平行な突起状スタック内の同じ平面にある半導体材料ストリップに結合されている。半導体材料ストリップのこれらの延長部612A、613A、614Aは、X軸方向に沿って向きづけられ、半導体材料ストリップの複数の突起状スタックに結合されている。また、後述するように、これらの延長部612A、613A、614Aは、アレイの端部を越えて延在し、アレイ内の平面を選択するためのデコーディング回路に接続されるように配置されている。これらの延長部612A、613A、614Aは、複数の突起状スタックが画定されるときと同時に、又はそれに先行して半導体材料及び絶縁体材料が交互になった層が形成されるときに、パターニングすることができる。   The multi-layer array is formed on the insulating layer 610 and includes a plurality of conductive lines 625-1,..., 625-n formed in accordance with a plurality of protruding stacks, which are word lines WLn, WLn-1,. Works as. The plurality of protruding stacks includes semiconductor material strips 612, 613, 614 that are coupled by extension portions 612A, 613A, 614A to semiconductor material strips in the same plane within the parallel protruding stack. These extensions 612A, 613A, 614A of the semiconductor material strip are oriented along the X-axis direction and are coupled to a plurality of protruding stacks of semiconductor material strip. Also, as will be described later, these extensions 612A, 613A, 614A extend beyond the end of the array and are arranged to be connected to a decoding circuit for selecting a plane in the array. Yes. These extensions 612A, 613A, 614A are patterned at the same time as the plurality of protruding stacks are defined or when a layer of alternating semiconductor and insulator materials is formed prior to it. be able to.

幾つかの実施形態では、延長部612A、613A、614Aは、半導体材料ストリップ612、613、614を終端する階段構造を形成している。これらの延長部612A、613A、614Aは、複数の突起状スタックが画定されるときと同時にパターニングすることができる。   In some embodiments, the extensions 612A, 613A, 614A form a stepped structure that terminates the semiconductor material strips 612, 613, 614. These extensions 612A, 613A, 614A can be patterned simultaneously when a plurality of protruding stacks are defined.

多層電荷トラップ構造ONONONOを含むメモリ材料615の層は、上で詳述したように、導電線625−1〜625−nを半導体材料ストリップ612〜614から分け隔てる。   A layer of memory material 615 comprising a multilayer charge trapping structure ONONONO separates conductive lines 625-1 to 625 -n from semiconductor material strips 612 to 614 as detailed above.

延長部612A、613A、614Aと導電線625−1との間に、トランジスタ、例えばトランジスタ650が形成されている。また、半導体材料ストリップの反対側の端部に、アレイのセクタの共通ソース線(図示せず)への接続を制御するために、トランジスタ、例えばトランジスタ651が形成されている。トランジスタ650、651において、半導体材料ストリップ(例えば612)は、デバイスのチャネル領域として動作する。ゲート構造(例えば629、649)は、導電線625−1〜625−nが画定されるステップと同じステップの間にパターニングされる。GSL選択線649は、行に沿って、半導体材料ストリップの複数の突起状スタックを横切って方向づけることができる。導電線の上面に沿って、かつゲート構造629、649の上に、シリサイドの層626を形成することができる。メモリ材料の層615は、トランジスタのためのゲート誘電体として動作することができる。これらのトランジスタ650、651は、アレイにおける突起状スタックに沿ったセクタ及び列を選択するためにデコーディング回路に結合された選択ゲートとして動作する。   A transistor, for example, a transistor 650 is formed between the extension portions 612A, 613A, and 614A and the conductive line 625-1. A transistor, for example transistor 651, is also formed at the opposite end of the semiconductor material strip to control connection to a common source line (not shown) of the sectors of the array. In transistors 650, 651, a semiconductor material strip (eg, 612) operates as the channel region of the device. The gate structure (eg, 629, 649) is patterned during the same steps as the conductive lines 625-1 to 625-n are defined. The GSL select line 649 can be directed across a plurality of protruding stacks of semiconductor material strips along a row. A silicide layer 626 may be formed along the top surface of the conductive lines and over the gate structures 629,649. The layer of memory material 615 can act as a gate dielectric for the transistor. These transistors 650, 651 operate as select gates coupled to a decoding circuit to select sectors and columns along the protruding stack in the array.

任意選択可能な製造ステップは、複数の導電線の上にハードマスク601−1〜601−n、GSL選択線649の上にハードマスク648、ゲート構造629の上にハードマスク602及び603を形成することを含む。ハードマスクは、イオン注入プロセスの阻止が可能な、窒化シリコン又は他の材料の比較的厚い層を使用し、形成することができる。ハードマスクが形成された後、半導体材料ストリップ612〜614及び延長部612A〜614Aにおけるドーピング濃度を増大させ、それにより半導体材料ストリップに沿った電流経路の抵抗を低減させるために、選択された実施形態に応じてn型ドーパント又はp型ドーパントの注入物600を施すことができる。また、バルク半導体材料ストリップの導電タイプとは反対の導電タイプのドーパント(例えば、p型半導体材料ストリップを想定して、n型注入物)を施し、望ましい場合には半導体材料ストリップに沿ってドープされたソース/ドレイン接合部を形成することができる。制御された注入エネルギーを利用することにより、注入物を、底部半導体材料ストリップ612、及びスタック内で上に重なる半導体材料ストリップの各々にまで貫通させることができる。   Optional fabrication steps include forming hard masks 601-1 through 601-n over a plurality of conductive lines, hard mask 648 over GSL select line 649, and hard masks 602 and 603 over gate structure 629. Including that. The hard mask can be formed using a relatively thick layer of silicon nitride or other material that can block the ion implantation process. Selected embodiments to increase the doping concentration in the semiconductor material strips 612-614 and extensions 612A-614A after the hard mask is formed, thereby reducing the resistance of the current path along the semiconductor material strip. Depending on the n-type dopant or p-type dopant implant 600 can be applied. Also, a dopant of a conductivity type opposite to that of the bulk semiconductor material strip (eg, n-type implant, assuming a p-type semiconductor material strip) is applied, and if desired, doped along the semiconductor material strip. Source / drain junctions can be formed. By utilizing controlled implantation energy, the implant can be penetrated through the bottom semiconductor material strip 612 and each of the semiconductor material strips overlying in the stack.

選択されたメモリセルにプログラムするために、この実施形態では、選択されたワード線に+20ボルトでバイアスをかけること、選択されていないワード線を+10ボルトに設定すること、選択されたビット線を0ボルトに設定すること、選択されていないビット線を0ボルトに設定すること、選択されたSSL線を3.3ボルトに設定すること、及び選択されていないSSL線及びGSL線を0ボルトに設定すること、が可能である。選択されたセルを読み出すために、この実施形態では、選択されたワード線に読出し基準電圧でバイアスをかけること、選択されていないワード線を6ボルトに設定すること、選択されたビット線を1ボルトに設定すること、選択されていないビット線を0ボルトに設定すること、選択されたSSL線を3.3ボルトに設定すること、及び選択されていないSSL線を0ボルトに設定すること、が可能である。   To program a selected memory cell, in this embodiment, the selected word line is biased at +20 volts, the unselected word line is set to +10 volts, and the selected bit line is Set to 0 volts, set unselected bit lines to 0 volts, set selected SSL lines to 3.3 volts, and unselected SSL and GSL lines to 0 volts It is possible to set. To read selected cells, in this embodiment, the selected word line is biased with a read reference voltage, the unselected word line is set to 6 volts, and the selected bit line is set to 1 Setting the unselected bit line to 0 volts, setting the selected SSL line to 3.3 volts, and setting the unselected SSL line to 0 volts, Is possible.

図30は、3次元(3D)メモリデバイス100の概略図である。メモリデバイス100は、メモリセルのNANDストリングのアレイを含み、ダブルゲート垂直チャネルメモリアレイ(DGVC)とすることができる。メモリデバイス100は、集積回路基板と、少なくとも導電性ストリップの底部平面(GSL)、導電性ストリップの複数の中間平面(WL)及び導電性ストリップの頂部平面(SSL)を含む、絶縁材料によって分け隔てられた導電性ストリップの複数のスタックとを含む。図30に示す例では、スタック110は、導電性ストリップの底部平面(GSL)と、WLからWLN−1に及ぶ導電性ストリップの複数の中間平面(WL)と、導電性ストリップの頂部平面(SSL)とを含む。ここでNは8、16、32、64等とすることができる。 FIG. 30 is a schematic diagram of a three-dimensional (3D) memory device 100. The memory device 100 includes an array of NAND strings of memory cells and can be a double gate vertical channel memory array (DGVC). The memory device 100 is separated by an insulating material that includes an integrated circuit substrate and at least a bottom plane (GSL) of the conductive strip, a plurality of intermediate planes (WL) of the conductive strip, and a top plane (SSL) of the conductive strip. A plurality of stacked conductive strips. In the example shown in FIG. 30, the stack 110 includes a conductive strip bottom plane (GSL), a plurality of conductive strip intermediate planes (WL) ranging from WL 0 to WL N-1, and a conductive strip top plane. (SSL). Here, N can be 8, 16, 32, 64, or the like.

複数のビット線構造は、複数のスタックの上にそれらと直交するように配置され、又複数のスタックに合う形の表面を持っており、スタックと連結素子130との間にあるスタック間半導体本体素子120を含んでいる。スタックの上の連結素子130はスタック間半導体素子120を接続している。この例における連結素子130は、比較的ドーピング濃度が高いポリシリコン等の半導体を含み、そのことによって、スタック内のセルに対してチャネル領域を提供するように構成されるスタック間半導体本体素子120より、導電率が高い。   The plurality of bit line structures are arranged on the plurality of stacks so as to be orthogonal to the plurality of stacks, and have a surface that fits the plurality of stacks. An element 120 is included. A connecting element 130 on the stack connects the inter-stack semiconductor elements 120. The coupling element 130 in this example includes a semiconductor such as polysilicon having a relatively high doping concentration, thereby providing an inter-stack semiconductor body element 120 configured to provide a channel region for cells in the stack. High conductivity.

メモリデバイスは、スタックの複数の中間平面(WL)の導電性ストリップの側面と、複数のビット線構造のスタック間半導体本体素子120との間の交差点180における界面領域(interface region)に、ONONONO構造を含む。図示の例では、交差点180におけるメモリセルは、単一のスタック間半導体本体素子の両側の導電性ストリップがデュアルゲートとして挙動する、垂直なデュアルゲートNANDストリングに形成され、読出し動作、消去動作及びプログラム動作に対して協働して動作させることができる。   The memory device has an ONONONO structure in an interface region at an intersection 180 between the side of the conductive strips of the plurality of intermediate planes (WL) of the stack and the inter-stack semiconductor body element 120 of the plurality of bit line structures. including. In the illustrated example, the memory cell at intersection 180 is formed into a vertical dual gate NAND string where the conductive strips on either side of a single inter-stack semiconductor body element behave as a dual gate, read operation, erase operation and program. It can be operated in cooperation with the operation.

導電性ストリップの底部平面(GSL)と集積回路基板(図示せず)との間に、基準導体160が配置されている。基準導体160と電気的に通信する、スタックの間のスタック間垂直導電性素子140と、スタック間垂直導電性素子140を接続するスタック110の上の連結素子150とを含む、少なくとも1つの基準線構造が、複数のスタックにわたってそれらに直交して配置されている。スタック間垂直導電性素子140は、スタック間半導体本体素子120より高い導電率を有することができる。   A reference conductor 160 is disposed between the bottom plane (GSL) of the conductive strip and the integrated circuit board (not shown). At least one reference line comprising an inter-stack vertical conductive element 140 between the stacks in electrical communication with the reference conductor 160 and a coupling element 150 on the stack 110 connecting the inter-stack vertical conductive elements 140. The structure is disposed orthogonal to them across the plurality of stacks. The inter-stack vertical conductive element 140 may have a higher conductivity than the inter-stack semiconductor body element 120.

メモリデバイスは、導電性ストリップの頂部平面の界面領域におけるストリング選択スイッチ190と、導電性ストリップの底部平面(GSL)との界面領域における基準選択スイッチ170とを含む。電荷蓄積構造の誘電体層は、幾つかの例では、スイッチ170、190に対してゲート誘電体層として動作することができる。   The memory device includes a string selection switch 190 in the interface region of the top plane of the conductive strip and a reference selection switch 170 in the interface region of the bottom plane (GSL) of the conductive strip. The dielectric layer of the charge storage structure can operate as a gate dielectric layer for the switches 170, 190 in some examples.

メモリデバイスは、検知回路に結合された複数のグローバルビット線を含む、複数のビット線構造に接続された、第1の重畳パターニング導電層(図示せず)を含む。メモリデバイスはまた第2の重畳導電層(図示せず)も含んでおり、それはパターニングすることができ、第1のパターニング導電層の上にあっても下にあってもよい。第2の重畳導電層は、連結素子150との接触等によって、少なくとも1つの基準線構造に接続される。第2のパターニング導電層は、少なくとも1つの基準線構造を基準電圧源に、又は基準電圧を提供する回路に、接続することができる。   The memory device includes a first superimposed patterning conductive layer (not shown) connected to a plurality of bit line structures including a plurality of global bit lines coupled to a sensing circuit. The memory device also includes a second overlying conductive layer (not shown), which can be patterned and can be above or below the first patterned conductive layer. The second superimposed conductive layer is connected to at least one reference line structure by contact with the coupling element 150 or the like. The second patterned conductive layer can be connected to at least one reference line structure to a reference voltage source or to a circuit that provides a reference voltage.

図30に示す例では、ビット線構造の連結素子130は、Nドープ半導体材料を含む。ビット線構造のスタック間半導体本体素子120は、低濃度ドープ半導体材料を含む。図30に示す例では、基準導体160は、Nドープ半導体材料を含み、少なくとも1つの基準線構造の連結素子150は、Nドープ半導体材料を含む。少なくとも1つの基準線構造のスタック間垂直導電性素子140はまた、Nドープ半導体材料も含む。代替実施態様では、ドープ半導体の代りに金属又は金属化合物を使用することができる。   In the example shown in FIG. 30, the coupling element 130 having a bit line structure includes an N-doped semiconductor material. The inter-stack semiconductor body element 120 having a bit line structure includes a lightly doped semiconductor material. In the example shown in FIG. 30, the reference conductor 160 includes an N-doped semiconductor material, and the connecting element 150 having at least one reference line structure includes an N-doped semiconductor material. The at least one baseline inter-stack vertical conductive element 140 also includes an N-doped semiconductor material. In an alternative embodiment, metals or metal compounds can be used instead of doped semiconductors.

一実施形態では、基準導体160の抵抗を低減させるために、メモリデバイスは、基準導体160の近くに底部ゲート101を含むことができる。読出し動作中、底部ゲート101を、基板内の下にある1つ若しくは複数のドープウェル、又は他の下にあるパターニング導体構造に印加される適切なパス電圧によってオンにし、基準導体160の導電率を増大させることができる。   In one embodiment, to reduce the resistance of the reference conductor 160, the memory device can include a bottom gate 101 near the reference conductor 160. During a read operation, the bottom gate 101 is turned on by an appropriate pass voltage applied to one or more doped wells below the substrate, or the other underlying patterned conductor structure, and the conductivity of the reference conductor 160 is increased. Can be increased.

図31は、多層トンネル構造内の窒化物層に加えて電荷を蓄積する複数の窒化物層を含み、ONONONO構造を形成するように変更された、パイプ状ダブルゲート配置にあるBE−SONOSメモリセルの簡易図である。実施形態の水平断面では、この例における酸化シリコン層3124の外表面は、第1の弓形縁3141に沿って偶数ワード線3125と接触し、第2の弓形縁3142に沿って奇数ワード線3126と接触する。第1の弓形縁3141及び第2の弓形縁3142の平均曲率半径が増大することにより、ワード線及び近接する半導体材料との間の電場増強を大幅に低減させ、デバイスに対して読出しディスターブ及びプログラムディスターブを著しく改善させることができる。   FIG. 31 shows a BE-SONOS memory cell in a pipe-like double gate configuration that includes a plurality of nitride layers that accumulate charge in addition to the nitride layers in a multilayer tunnel structure and is modified to form an ONONONNO structure FIG. In the horizontal cross section of the embodiment, the outer surface of the silicon oxide layer 3124 in this example contacts the even word line 3125 along the first arcuate edge 3141 and the odd word line 3126 along the second arcuate edge 3142. Contact. Increasing the average radius of curvature of the first arcuate edge 3141 and the second arcuate edge 3142 significantly reduces the electric field enhancement between the word line and adjacent semiconductor material, and provides read disturb and program to the device. Disturbance can be significantly improved.

独立したダブルゲートメモリ構造の実施形態は、ワード線層のうちの1つ又は複数において正方形、矩形、円形及び/又は他の形状である断面を含むことができる。   Independent double-gate memory structure embodiments can include cross sections that are square, rectangular, circular and / or other shapes in one or more of the word line layers.

図32は、多層トンネル構造内の窒化物層に加えて電荷を蓄積する複数の窒化物層を含むように変更された、「ゲートオールアラウンド(gate all around)」配置にあるBE−SONOSメモリセルの簡易図である。   FIG. 32 shows a BE-SONOS memory cell in a “gate all around” configuration modified to include a plurality of nitride layers that accumulate charge in addition to the nitride layers in the multilayer tunnel structure. FIG.

図32のメモリセルは図31に類似している。しかしながら、ワード線が、酸化物により奇数ワード線と偶数ワード線とに分割されていない。   The memory cell of FIG. 32 is similar to FIG. However, the word lines are not divided into odd word lines and even word lines by oxide.

米国特許出願第14/284,306号明細書は、引用することにより本明細書の一部をなす。本明細書に記載する複数電荷蓄積層のセルを、米国特許出願第14/284,306号明細書に開示されるメモリデバイスとともに使用することができる。   US patent application Ser. No. 14 / 284,306 is hereby incorporated by reference. The multiple charge storage layer cells described herein may be used with the memory devices disclosed in US patent application Ser. No. 14 / 284,306.

図33は、複数の電荷蓄積窒化物層及びバンドギャップエンジニアドトンネル誘電体層を有する、本明細書に記載されるようなブロッキング誘電体エンジニアド(blocking dielectric engineered)BE−SONOSメモリセルを使用する集積回路の簡易ブロック図である。集積回路3310は、半導体基板上に本明細書に記載のブロッキング誘電体エンジニアドBE−SONOSメモリセルを使用して実装されるメモリアレイ3312を含む。ワード線(又は行)及びブロック選択デコーダー3314は、複数のワード線及びブロック選択線3316に結合され、かつそれらと電気的に通信し、メモリアレイ3312の行に沿って配置されている。ビット線(列)デコーダー及びドライバー3318は、メモリアレイ3312のメモリセルからデータを読み出し、かつそこにデータを書き込むためにメモリアレイ3312の列に沿って配置された、複数のビット線3320に結合され、かつそれらと電気的に通信する。アドレスは、バス3322上で、ワード線デコーダー及びドライバー3314に、かつビット線デコーダー3318に供給される。読出しモード、プログラムモード及び消去モードのための電流ソースを含む、ブロック3324におけるセンスアンプ及びデータ入力構造は、データバス3326を介してビット線デコーダー3318に結合されている。データは、データ入力線3328を介して、集積回路3310の入出力ポートから、又は集積回路3310の内部若しくは外部の他のデータ源から、ブロック3324のデータ入力構造に供給される。図示する実施形態では、汎用プロセッサ若しくは専用用途の回路、又はメモリセルアレイによってサポートされるシステムオンチップ機能を提供するモジュールの組合せ等、他の回路3330が集積回路3310に含まれる。データは、データ出力線3332を介してブロック3324のセンスアンプから、集積回路3310の入出力ポートに、又は集積回路3310の内部若しくは外部の他のデータ宛先に供給される。   FIG. 33 uses a blocking dielectric engineered BE-SONOS memory cell as described herein having a plurality of charge storage nitride layers and a bandgap engineered tunnel dielectric layer. It is a simple block diagram of an integrated circuit. Integrated circuit 3310 includes a memory array 3312 that is implemented using a blocking dielectric engineered BE-SONOS memory cell as described herein on a semiconductor substrate. A word line (or row) and block select decoder 3314 is coupled to and in electrical communication with a plurality of word lines and block select lines 3316 and is disposed along a row of the memory array 3312. A bit line (column) decoder and driver 3318 is coupled to a plurality of bit lines 3320 arranged along the columns of the memory array 3312 to read data from and write data to the memory cells of the memory array 3312. And electrically communicate with them. The address is provided on the bus 3322 to the word line decoder and driver 3314 and to the bit line decoder 3318. The sense amplifier and data input structures in block 3324, including current sources for read mode, program mode and erase mode, are coupled to bit line decoder 3318 via data bus 3326. Data is supplied to the data input structure of block 3324 via data input line 3328 from an input / output port of integrated circuit 3310 or from another data source internal or external to integrated circuit 3310. In the illustrated embodiment, other circuitry 3330 is included in the integrated circuit 3310, such as a general purpose processor or dedicated purpose circuit, or a combination of modules that provide system-on-chip functionality supported by a memory cell array. Data is supplied from the sense amplifier of block 3324 via data output line 3332 to an input / output port of integrated circuit 3310 or to another data destination internal or external to integrated circuit 3310.

アレイ3312は、特定の用途に応じて、NANDアレイ、ANDアレイ又はNORアレイとすることができる。利用可能な非常に大きいメモリウィンドウが、セル毎の複数ビットの蓄積をサポートし、そのために、デバイスに複数ビットのセンスアンプを含めることができる。   The array 3312 can be a NAND array, an AND array, or a NOR array, depending on the particular application. The very large memory window available supports multi-bit storage per cell, so the device can include a multi-bit sense amplifier.

バイアス配置状態マシン3324を使用する、この例で実装されるコントローラーは、ワード線及びビット線に対する読出し、プログラム、消去、消去検証、プログラム検証の電圧又は電流等といった、バイアス配置供給電圧源及び電流源3336の使用を制御し、アクセス制御プロセスを使用してワード線/ソース線動作を制御する。コントローラーは、複数のバイアス配置のうちの選択された1つを使用する。プログラムバイアス配置は、電子をチャネル表面から、第1のトンネル窒化物層を含む多層トンネル構造を通して第1の電荷蓄積窒化物層まで移動させることによって、データをプログラムする。消去バイアス配置は、正孔を、チャネル表面から第1の電荷蓄積窒化物層まで移動させることによってデータを消去し、第2の電荷蓄積窒化物層内の蓄積された電子を使用し、更なる電子が第1の電荷蓄積窒化物層内に移動することを阻止する。   The controller implemented in this example using the bias configuration state machine 3324 is a bias configuration supply voltage source and current source, such as read, program, erase, erase verify, program verify voltage or current for word and bit lines. Control the use of 3336 and use the access control process to control word line / source line operation. The controller uses a selected one of a plurality of bias arrangements. A program bias arrangement programs data by moving electrons from the channel surface through a multilayer tunnel structure including a first tunnel nitride layer to the first charge storage nitride layer. The erase bias arrangement erases data by moving holes from the channel surface to the first charge storage nitride layer, uses the stored electrons in the second charge storage nitride layer, and further Electrons are prevented from moving into the first charge storage nitride layer.

コントローラー3334を、本技術分野において既知である専用の論理回路を使用して実装することができる。代替実施形態では、コントローラー3334は、デバイスの動作を制御するためのコンピュータープログラムを実行する、同一の集積回路に実装可能な汎用プロセッサを含む。更に他の実施形態では、コントローラー3334の実装には、専用の論理回路及び汎用プロセッサの組合せを利用することができる。   The controller 3334 can be implemented using dedicated logic circuitry known in the art. In an alternative embodiment, the controller 3334 includes a general purpose processor that can be implemented on the same integrated circuit that executes a computer program to control the operation of the device. In still other embodiments, the controller 3334 may be implemented using a combination of dedicated logic and general purpose processors.

図34は、多層トンネル構造内の窒化物層に加えて電荷を蓄積する複数の窒化物層を含むように変更された、図29等の3次元垂直ゲートアレイ内のBE−SONOSメモリセルの写真である。   FIG. 34 is a photograph of a BE-SONOS memory cell in a three-dimensional vertical gate array, such as FIG. 29, modified to include a plurality of nitride layers that accumulate charge in addition to the nitride layers in the multilayer tunnel structure. It is.

O1/N1/O2/N2/O3/N3/O4の厚さは、10Å/17Å/18Å/69Å/49Å/49Å/34Åである。全体的な厚さは約24nmである。   The thickness of O1 / N1 / O2 / N2 / O3 / N3 / O4 is 10Å / 17Å / 18Å / 69Å / 49Å / 49Å / 34Å. The overall thickness is about 24 nm.

図35は、多層トンネル構造内の窒化物層に加えて電荷を蓄積する複数の窒化物層を含むように変更され、異なる層の厚さを有する、図29等の3次元垂直ゲートアレイ内のBE−SONOSメモリセルの写真である。   FIG. 35 is modified to include a plurality of nitride layers that accumulate charge in addition to the nitride layers in the multilayer tunnel structure, and in a three-dimensional vertical gate array such as FIG. 29 having different layer thicknesses. It is a photograph of a BE-SONOS memory cell.

O1/N1/O2/N2/O3/N3/O4の厚さは、10Å/16Å/18Å/57Å/52Å/30Å/34Åである。全体的な厚さは約22nmである。   The thickness of O1 / N1 / O2 / N2 / O3 / N3 / O4 is 10Å / 16Å / 18Å / 57Å / 52Å / 30Å / 34Å. The overall thickness is about 22 nm.

図36は、図34のメモリセルについての閾値電圧対プログラミング(pgm)電圧のグラフである。メモリセル3612は、0.75のISPP勾配でプログラムされる。選択されていない残りのメモリセル3602、3604、3606、3608、3610、3614、3616、3618、3620は閾値電圧の変化をほとんど示しておらず、プログラム禁止(program inhibit)が示されている。プログラム禁止ブーストチャネル電圧は9Vであった。   FIG. 36 is a graph of threshold voltage versus programming (pgm) voltage for the memory cell of FIG. Memory cell 3612 is programmed with an ISPP slope of 0.75. The remaining unselected memory cells 3602, 3604, 3606, 3608, 3610, 3614, 3616, 3618, 3620 show little change in threshold voltage, indicating program inhibit. The program inhibit boost channel voltage was 9V.

図37は、図34のメモリセルについての閾値電圧対消去時間のグラフである。図37において、メモリセルは、−18V(3710)、−20V(3720)及び−22(3730)のゲート電圧で消去を受ける。図37において、メモリセルは、6Vと−6Vの間の約12Vのメモリウィンドウを示している。消去飽和は、約−6Vの深い消去で発生した。3DVG NAND消去は、ゲート誘起ドレインリーク(GIDL)によって引き起こされる、チャネル正孔生成速度を制限する消去によって低速になる。   FIG. 37 is a graph of threshold voltage versus erase time for the memory cell of FIG. In FIG. 37, the memory cell is erased with gate voltages of −18V (3710), −20V (3720), and −22 (3730). In FIG. 37, the memory cell shows a memory window of about 12V between 6V and -6V. Erase saturation occurred with deep erase of about -6V. 3DVG NAND erase is slowed by erase that limits the channel hole generation rate caused by gate-induced drain leakage (GIDL).

図38は、図34のメモリセルについての閾値電圧ウィンドウ対メモリセル数のグラフである。   FIG. 38 is a graph of threshold voltage window versus number of memory cells for the memory cell of FIG.

チェッカーボード(checkerboard:CKB)プログラミング状態3810及び消去状態3820についてのビット分布が示されている。チェッカーボードプログラミングセルは、消去電圧分布3812内及びプログラム電圧分布3811内にある。消去を受けたビット3820も示されている。   The bit distribution for the checkerboard (CKB) programming state 3810 and erase state 3820 is shown. Checkerboard programming cells are in erase voltage distribution 3812 and program voltage distribution 3811. Bit 3820 that has been erased is also shown.

図39は、図34のメモリセルについての閾値電圧ウィンドウ対メモリセル数のグラフであり、保持時間を示す。   FIG. 39 is a graph of threshold voltage window versus number of memory cells for the memory cell of FIG. 34, showing retention time.

初期分布3910の後、様々な時点での保持を示すビット数分布、すなわち、2.5Vのプログラム電圧でのプログラム及び消去分布、及び10分、300分、600分、960分、1600分及び2700分時点でのビット数分布は、ほぼ同じである。   After the initial distribution 3910, a bit number distribution indicating retention at various times, ie, program and erase distributions at a program voltage of 2.5V, and 10 minutes, 300 minutes, 600 minutes, 960 minutes, 1600 minutes and 2700. The bit number distribution at the minute point is almost the same.

図40は、図6のメモリセルの一実施形態についてのフラットバンド電圧対消去電圧及びプログラミング電圧のグラフである。   40 is a graph of flat band voltage versus erase voltage and programming voltage for one embodiment of the memory cell of FIG.

p+ポリシリコンゲート、及び約1nm/1.5nm/2nm/5.5nm/5.5nm/4nm/4nmのO1/N1/O2/N2/O3/N3/O4の厚さを有する、複数の電荷蓄積窒化物層を変更されたSONOSメモリセルに対して、プログラム動作及び消去動作が行われる。   Multiple charge storage with p + polysilicon gate and O1 / N1 / O2 / N2 / O3 / N3 / O4 thickness of about 1 nm / 1.5 nm / 2 nm / 5.5 nm / 5.5 nm / 4 nm / 4 nm A program operation and an erase operation are performed on the SONOS memory cell in which the nitride layer is changed.

200マイクロ秒のプログラムパルスでのISPPプログラム動作の結果が、勾配が約0.9である実験曲線4020である。200マイクロ秒の消去パルスでのISPE消去動作の結果が、実験曲線4010である。ISPPプログラム動作及びISPE消去動作はともに、消去又はプログラムの前のフレッシュ状態のメモリセルから行われる。   The result of the ISPP program operation with a 200 microsecond program pulse is an experimental curve 4020 with a slope of about 0.9. The result of the ISPE erase operation with an erase pulse of 200 microseconds is an experimental curve 4010. Both the ISPP program operation and the ISPE erase operation are performed from a fresh memory cell prior to erase or program.

図41は、図6のメモリセルの一実施形態についてのフラットバンド電圧対消去時間の実験グラフである。   FIG. 41 is an experimental graph of flat band voltage versus erase time for one embodiment of the memory cell of FIG.

p+ポリシリコンゲート、及び約1nm/1.5nm/2nm/5.5nm/5.5nm/4nm/4nmのO1/N1/O2/N2/O3/N3/O4の厚さを含む、複数の電荷蓄積窒化物層を変更されたSONOSメモリセルに対して、消去動作が行われる。−18Vのゲート電圧での消去動作の結果が、実験曲線4110である。−20Vのゲート電圧での消去動作の結果が、実験曲線4120である。−22Vのゲート電圧での消去動作の結果が、実験曲線4130である。−4V未満のフラットバンド電圧は、−22Vのゲート電圧によって1ミリ秒以内に達成される。消去飽和はVFB<−5Vに対して観察される。複数の電荷蓄積窒化物層のない従来技術と比較して、消去飽和は3Vを以上改善される(低下する)。 Multiple charge storage including p + polysilicon gate and O1 / N1 / O2 / N2 / O3 / N3 / O4 thickness of about 1 nm / 1.5 nm / 2 nm / 5.5 nm / 5.5 nm / 4 nm / 4 nm An erase operation is performed on the SONOS memory cell whose nitride layer has been changed. The result of the erase operation with a gate voltage of −18V is an experimental curve 4110. The result of the erase operation with a gate voltage of −20V is an experimental curve 4120. The result of the erase operation with a gate voltage of −22V is an experimental curve 4130. A flat band voltage of less than -4V is achieved within 1 millisecond with a gate voltage of -22V. Erase saturation is observed for V FB <-5V. Compared to the prior art without multiple charge storage nitride layers, erase saturation is improved (decreased) by more than 3V.

図42は、図6のメモリセルの一実施形態についてのフラットバンド電圧対消去時間のシミュレートされたグラフである。   FIG. 42 is a simulated graph of flat band voltage versus erase time for one embodiment of the memory cell of FIG.

p+ポリシリコンゲート、及び約1nm/1.5nm/2nm/5.5nm/5.5nm/4nm/4nmのO1/N1/O2/N2/O3/N3/O4の厚さを有する、複数の電荷蓄積窒化物層を変更されたSONOSメモリセルに対して、消去動作が行われる。−18Vのゲート電圧での消去動作の結果が、実験曲線4210とシミュレートされた曲線4240である。−20Vのゲート電圧での消去動作の結果が、実験曲線4220とシミュレートされた曲線4250である。−22Vのゲート電圧での消去動作の結果が、実験曲線4230とシミュレートされた曲線4260である。理論的WKBモデルを用いてシミュレーションが行われる。   Multiple charge storage with p + polysilicon gate and O1 / N1 / O2 / N2 / O3 / N3 / O4 thickness of about 1 nm / 1.5 nm / 2 nm / 5.5 nm / 5.5 nm / 4 nm / 4 nm An erase operation is performed on the SONOS memory cell whose nitride layer has been changed. The result of the erase operation with a gate voltage of −18V is an experimental curve 4210 and a simulated curve 4240. The result of the erase operation with a gate voltage of −20V is an experimental curve 4220 and a simulated curve 4250. The result of the erase operation with a gate voltage of −22V is an experimental curve 4230 and a simulated curve 4260. Simulation is performed using a theoretical WKB model.

図43は、図6のメモリセルの電荷蓄積のための異なる窒化物層についての、トラップされた電荷の密度対消去時間のグラフである。   43 is a graph of trapped charge density versus erase time for different nitride layers for charge storage in the memory cell of FIG.

曲線は、N2(4310)及びN3(4320)においてトラップされた電荷の密度をシミュレートしたものである。十分に長い消去時間の後、N3は電子をトラップし始め、N2は基板正孔注入によって連続的に消去(erase:ERS)を受け、正孔密度は1E13cm−2を超える。N3におけるトラップされた電子の密度が5E12cm−2を超えた後、ゲート注入は停止する。正孔がN2内に注入される際にN3は電子をトラップするが、N2の方がチャネルに近く、閾値電圧シフトに対して重み付け係数が大きいため、閾値電圧は連続的に低下する。 The curve simulates the density of trapped charges at N2 (4310) and N3 (4320). After a sufficiently long erase time, N3 begins to trap electrons, N2 undergoes continuous erase (ERS) by substrate hole injection, and the hole density exceeds 1E13 cm −2 . After the density of trapped electrons at N3 exceeds 5E12 cm −2 , the gate injection stops. N3 traps electrons when holes are injected into N2, but N2 is closer to the channel and has a higher weighting factor for threshold voltage shift, so the threshold voltage decreases continuously.

図44及び図45において、蓄積された電荷分布を実験的に測定するために、ゲート検知技術及びチャネル検知技術が適用される。チャネル検知は、高濃度ドープp+型ゲート及び低濃度ドープpウェルを有している。ゲート検知は、低濃度ドープp型ゲート及び高濃度pウェルを有している。以下の式により、それぞれの電荷蓄積窒化物層N2及びN3の電荷密度QN2及びQN3が得られる。
44 and 45, a gate detection technique and a channel detection technique are applied to experimentally measure the accumulated charge distribution. The channel sensing has a heavily doped p + type gate and a lightly doped p-well. Gate sensing has a lightly doped p-type gate and a heavily doped p-well. The following equations give the charge densities QN2 and QN3 of the respective charge storage nitride layers N2 and N3.

図44は、図6のメモリセルの一実施形態についてのフラットバンド電圧シフト対プログラミング時間の実験グラフである。   FIG. 44 is an experimental graph of flat band voltage shift versus programming time for one embodiment of the memory cell of FIG.

プログラム又は消去の前のフレッシュ状態のメモリセルに対する、+20Vでの1回目の+FNプログラミングに対して、フラットバンド電圧シフトが測定される。曲線4410は、チャネル検知技術を使用している。曲線4420はゲート検知技術を使用している。   A flat band voltage shift is measured for the first + FN programming at + 20V for a fresh memory cell prior to programming or erasing. Curve 4410 uses a channel sensing technique. Curve 4420 uses gate sensing technology.

図45は、図6のメモリセルの一実施形態にのための、電荷蓄積のための異なる窒化物層についての電荷密度対プログラミング時間の実験グラフである。   FIG. 45 is an experimental graph of charge density versus programming time for different nitride layers for charge storage for one embodiment of the memory cell of FIG.

曲線4510は、プログラム又は消去の前のフレッシュ状態のメモリセルへの、+20Vでの1回目の+FNプログラミングに対する、N2における電荷密度QN2を示す。曲線4520は、プログラム又は消去の前のフレッシュ状態のメモリセルへの、+20Vでの1回目の+FNプログラミングに対する、N3における電荷密度QN3を示す。   Curve 4510 shows the charge density QN2 at N2 for the first + FN programming at + 20V to a fresh memory cell prior to programming or erasing. Curve 4520 shows charge density QN3 at N3 for the first + FN programming at + 20V to a fresh memory cell prior to programming or erasing.

+FN注入電子は、大部分がN2に蓄積され、N3が蓄積する電子ははるかに少ない。N2は優れた捕捉効率を有し、O3は、N2からN3に向かうほとんどの外向きトンネリング(out tunneling)を阻止することができる。   Most of + FN injection electrons are stored in N2, and N3 stores far fewer electrons. N2 has excellent capture efficiency, and O3 can prevent most out-tunneling from N2 to N3.

図46は、図6のメモリセルの一実施形態における1回目のプログラミングの後の1回目の消去についての、フラットバンド電圧シフト対消去時間の実験グラフである。   FIG. 46 is an experimental graph of flat band voltage shift versus erase time for the first erase after the first programming in one embodiment of the memory cell of FIG.

曲線4610は、消去に対してチャネル検知技術を使用して、測定されたフラットバンド電圧シフトを示す。曲線4620は、消去に対してゲート検知技術を使用して、測定されたフラットバンド電圧シフトを示す。   Curve 4610 shows the measured flat band voltage shift using channel sensing techniques for erasure. Curve 4620 shows the measured flat band voltage shift using a gate sensing technique for erasure.

チャネル検知技術及びゲート検知技術は、チャネルからの距離又はゲートからの距離に応じて、N2及びN3のフラットバンド電圧重み付け係数が異なるため、非常に異なる結果をもたらす。   The channel sensing technique and the gate sensing technique yield very different results because the N2 and N3 flat band voltage weighting factors are different depending on the distance from the channel or the distance from the gate.

図47は、図6のメモリセルの一実施形態における1回目のプログラミングの後の1回目の消去に対する、電荷蓄積のための異なる窒化物層についての電荷密度対消去時間の実験グラフである。   47 is an experimental graph of charge density versus erase time for different nitride layers for charge storage for the first erase after the first programming in one embodiment of the memory cell of FIG.

曲線4710は、1回目の消去に対するN2における電荷密度QN2を示す。曲線4720は、1回目の消去に対するN3における電荷密度QN3を示す。曲線4720は、N3が、より長い消去時間で、増大する数の電子をトラップすることを示す。曲線4710は、N2が正孔注入によって消去を受け、正孔をトラップし続け、チャネル検知デバイスにとって深い消去を可能にすることを示す。   Curve 4710 shows the charge density QN2 at N2 for the first erase. Curve 4720 shows charge density QN3 at N3 for the first erase. Curve 4720 shows that N3 traps an increasing number of electrons with a longer erase time. Curve 4710 shows that N2 undergoes erasure by hole injection and continues to trap holes, allowing deep erasure for the channel sensing device.

図48は、図6のメモリセルの一実施形態における1回目の消去の後の2回目のプログラミングに対する、フラットバンド電圧シフト対プログラミング時間の実験グラフである。   FIG. 48 is an experimental graph of flat band voltage shift versus programming time for a second programming after a first erase in one embodiment of the memory cell of FIG.

曲線4810は、消去に対してチャネル検知技術を使用して、測定されたフラットバンド電圧シフトを示す。曲線4820は、消去に対してゲート検知技術を使用して、測定されたフラットバンド電圧シフトを示す。   Curve 4810 shows the measured flat band voltage shift using channel sensing techniques for erasure. Curve 4820 shows the measured flat band voltage shift using a gate sensing technique for erasure.

図49は、図6のメモリセルの一実施形態における1回目の消去の後の2回目のプログラミングに対する、電荷蓄積のための異なる窒化物層についての電荷密度対プログラミング時間の実験グラフである。   FIG. 49 is an experimental graph of charge density versus programming time for different nitride layers for charge storage for the second programming after the first erase in one embodiment of the memory cell of FIG.

曲線4910は、2回目のプログラミングに対するN2における電荷密度QN2を示す。曲線4920は、2回目のプログラミングに対するN3における電荷密度QN3を示す。曲線4920は、N3内の前回の注入電子が、(消去から)2回目の+FNプログラミングの最中にほぼ一定に維持されることを示す。曲線4910は、2回目のプログラミングを受け、N2内のトラップされた正孔が、基板から注入された電子と再結合することを示す。   Curve 4910 shows charge density QN2 at N2 for the second programming. Curve 4920 shows charge density QN3 at N3 for the second programming. Curve 4920 shows that the previous injected electrons in N3 remain approximately constant during the second + FN programming (from erasure). Curve 4910 undergoes a second programming and shows that trapped holes in N2 recombine with electrons injected from the substrate.

図50は、図6のメモリセルの3次元垂直ゲートアレイにおけるメモリセルについての、閾値電圧対プログラミング電圧のグラフである。   50 is a graph of threshold voltage versus programming voltage for memory cells in the three-dimensional vertical gate array of memory cells of FIG.

曲線5010は、ISPPを受けているメモリセルの閾値電圧を示す。3DVG TFTデバイスのISPP勾配は約0.75であり、理想的な値より小さい。低減したISPP勾配は、小さな3次元トランジスタにおけるフリンジ電界効果によるもので、これはトンネル酸化物とブロッキング酸化物の電界を変調させ、FNトンネリングISPPの挙動を変える。曲線5020は、プログラミングを受けていなかったZ方向の他のメモリセルのディスターブ効果を示す。曲線5030は、プログラミングを受けていなかった他のワード線の他のメモリセルのディスターブ効果を示す。   Curve 5010 shows the threshold voltage of a memory cell undergoing ISPP. The ISPP slope of the 3DVG TFT device is about 0.75, which is less than the ideal value. The reduced ISPP gradient is due to the fringe field effect in small three-dimensional transistors, which modulates the tunnel oxide and blocking oxide electric fields and alters the behavior of the FN tunneling ISPP. Curve 5020 shows the disturb effect of other memory cells in the Z direction that have not been programmed. Curve 5030 shows the disturb effect of other memory cells of other word lines that have not been programmed.

図51は、図6のメモリセルの分割ページ3次元垂直ゲートアレイの概略図である。試験チップは、チェッカーボード(CKB)プログラミングを受ける、メモリセルの64のワード線のブロック全体を含む。アレイは、G0〜G63とラベル付けされた64のワード線5110を含む。ワード線5110に隣接して、上に偶数接地選択線5160があり、下に奇数接地選択線5170がある。接地選択線に隣接して、上に共通ソース線5140があり、下に共通ソース線5150がある。共通ソース線に隣接して、上にページ1及び3に対するストリング選択線構造5180があり、下にページ0及び2に対するストリング選択線構造5190がある。上にビット線5120があり、下にビット線5130がある。図52は、図51のアレイにおけるメモリセルの単一レベルセルメモリウィンドウのグラフである。   51 is a schematic diagram of a divided page three-dimensional vertical gate array of the memory cell of FIG. The test chip includes an entire block of 64 word lines of memory cells that undergo checkerboard (CKB) programming. The array includes 64 word lines 5110 labeled G0-G63. Adjacent to the word line 5110 is an even ground select line 5160 above and an odd ground select line 5170 below. Adjacent to the ground selection line, there is a common source line 5140 above and a common source line 5150 below. Adjacent to the common source line is a string select line structure 5180 for pages 1 and 3 above and a string select line structure 5190 for pages 0 and 2 below. There is a bit line 5120 on the top and a bit line 5130 on the bottom. FIG. 52 is a graph of a single level cell memory window of memory cells in the array of FIG.

メモリセルは、種々の数、すなわち1、2、10、50及び100のプログラム/消去サイクルを経る。しかしながら、種々の数のプログラム/消去サイクルに対応するトレース(trace)は、ほぼ同じである。トレースの各々は、ブロック消去分布5210、プログラムディスターブ分布5220及びプログラム分布5230を含む、複数の分布を有している。ブロック消去分布5210は、電荷を蓄積する複数の窒化物層の、深く消去された閾値電圧分布を示す。ブロック消去後、ブロック消去分布での上限(erased upper bound of the block erase distribution)は、−2V未満である可能性がある。プログラムディスターブ分布5210でさえ、概して0V未満であり、大きな設計ウィンドウが可能になる。   Memory cells go through various numbers, ie 1, 2, 10, 50 and 100 program / erase cycles. However, the traces corresponding to different numbers of program / erase cycles are approximately the same. Each of the traces has a plurality of distributions including a block erase distribution 5210, a program disturb distribution 5220, and a program distribution 5230. A block erase distribution 5210 represents a deeply erased threshold voltage distribution of a plurality of nitride layers that accumulate charge. After block erase, the upper upper bound of the block erase distribution may be less than -2V. Even the program disturb distribution 5210 is generally below 0V, allowing a large design window.

図53は、図51のアレイにおけるメモリセルのマルチレベルセルメモリウィンドウのグラフである。   FIG. 53 is a graph of a multi-level cell memory window of memory cells in the array of FIG.

メモリセルは、種々の数、すなわち使用前/フレッシュ、1、2、5、10、20、50、100、200、500及び1000のプログラム/消去サイクルを経る。しかしながら、種々の数のプログラム/消去サイクルに対応するトレースは、分布5310下での1サイクルのトレースを除き、ほぼ同じである。トレースの各々は、チェッカーボード消去検証(checkerboard erase verify:CKB EV)分布5310、プログラム検証(program verify:PV)1分布5320、プログラム検証2分布5330及びプログラム検証3分布5340を含む複数の分布を有している。単一レベルセルウィンドウよりマルチレベルメモリウィンドウの方が、よりディスターブがあるが、マルチレベルメモリウィンドウは依然として好適である。   The memory cells go through various numbers of program / erase cycles: pre-use / fresh, 1, 2, 5, 10, 20, 50, 100, 200, 500 and 1000. However, the traces corresponding to different numbers of program / erase cycles are substantially the same except for one cycle of traces under distribution 5310. Each of the traces has a plurality of distributions including a checkerboard erase verify (CKB EV) distribution 5310, a program verify (PV) 1 distribution 5320, a program verification 2 distribution 5330, and a program verification 3 distribution 5340. doing. A multilevel memory window is more disturbing than a single level cell window, but a multilevel memory window is still preferred.

図54は、図51のアレイにおけるメモリセルのプログラム−検証分布のグラフである。   FIG. 54 is a graph of the program-verification distribution of memory cells in the array of FIG.

含まれる分布は、ランダムテレグラフノイズ(RTN)分布5410、単一ワード線に対するプログラム検証分布5420、及びブロック全体に対するプログラム検証分布5430である。矢印5440は、2Vの定義されたプログラム検証レベルから発生し、分布のピークと交差する。   The distributions included are a random telegraph noise (RTN) distribution 5410, a program verification distribution 5420 for a single word line, and a program verification distribution 5430 for the entire block. Arrow 5440 originates from a defined program verification level of 2V and intersects the distribution peak.

単一WL PV分布5420は、タイトな分布であり、検知回路で定義されたPVレベルからのわずかなオフセットを有しており、それは小さな高速初期電荷損失(fast initial charge loss)を示している。分布のタイトさは、RTN分布5410に整合している。小さいPVオフセットは、ゲートと接触するリークの少ないO4によって、高速初期電荷損失が最小化されることを示唆している。   The single WL PV distribution 5420 is a tight distribution and has a slight offset from the PV level defined in the sensing circuit, which indicates a small fast initial charge loss. The tightness of the distribution is consistent with the RTN distribution 5410. A small PV offset suggests that fast initial charge loss is minimized by low leakage O4 in contact with the gate.

ブロック全体のCKB PV分布5430は、多くの干渉及びバックパターン効果のために、単一WL PV分布5420より広い。右方向のシフトは、干渉のためであり電荷損失のためではない。   The block-wide CKB PV distribution 5430 is wider than the single WL PV distribution 5420 due to many interference and back pattern effects. The rightward shift is due to interference and not charge loss.

図55は、プログラム閾値電圧及び消去閾値電圧対プログラムサイクル及び消去サイクルの数のグラフである。   FIG. 55 is a graph of program threshold voltage and erase threshold voltage versus number of program cycles and erase cycles.

デバイスのプログラムサイクル及び消去サイクルへの耐久性は、1ショットのプログラム及び消去(1 shot program and erase)、又は「ダムモード(dumb-mode)」の条件下で確定される。曲線5520は、10マイクロ秒の+22Vショットの後の、プログラム状態である。曲線5510は、10ミリ秒の−20Vブロック消去の後の消去状態である。高いサイクリング数では、プログラム状態及び消去状態に劣化が観察される。消去状態5510は、高いサイクリング数ではプログラム状態5520より大きな閾値電圧シフトを持つ。   The endurance of the device to program and erase cycles is determined under one shot program and erase, or “dumb-mode” conditions. Curve 5520 is the programmed state after 10 microseconds + 22V shot. Curve 5510 is the erased state after a 10 millisecond -20V block erase. At high cycling numbers, degradation is observed in the programmed and erased states. Erase state 5510 has a greater threshold voltage shift than program state 5520 at high cycling numbers.

図56は、IV特性のサブスレッショルド勾配対プログラムサイクル及び消去サイクルの数のグラフである。   FIG. 56 is a graph of the IV characteristic sub-threshold slope versus the number of program and erase cycles.

曲線5620はプログラム状態である。曲線5610は消去状態である。閾値勾配は、界面トラップの発生のために増大する。   Curve 5620 is in the programmed state. Curve 5610 is the erased state. The threshold slope increases due to the occurrence of interface traps.

図57は、異なる数のプログラムサイクル及び消去サイクルにおける、プログラムされかつ消去されたメモリについてのIV特性のグラフである。   FIG. 57 is a graph of IV characteristics for programmed and erased memory at different numbers of program and erase cycles.

様々な数のプログラムサイクル及び消去サイクルにある消去状態曲線は、5720合流する。それぞれの消去状態曲線は、大まかに、グラフの中央部分への矢印の方向に向かう、より多くのプログラムサイクル及び消去サイクルを表している。様々な数のプログラムサイクル及び消去サイクルにあるプログラム状態曲線は、5710において合流する。同様に、それぞれのプログラム状態曲線は、大まかに、グラフの中央部分への矢印の方向に向かう、より多くのプログラムサイクル及び消去サイクルを表している。IdVg曲線の合流点は、消去状態5720とプログラム状態5710にで異なっている。合流点の相違については、図58とともに説明する。   Erase state curves in various numbers of program and erase cycles merge 5720. Each erase state curve represents more program cycles and erase cycles, generally in the direction of the arrow toward the center of the graph. Program state curves in various numbers of program and erase cycles merge at 5710. Similarly, each program state curve represents more program cycles and erase cycles, generally in the direction of the arrow toward the center of the graph. The junction point of the IdVg curve is different between the erased state 5720 and the programmed state 5710. The difference between the junction points will be described with reference to FIG.

図58は、電荷を蓄積する複数の窒化物層を含むように変更されたBE−SONOSメモリセルにおける電界の簡易図である。   FIG. 58 is a simplified diagram of the electric field in a BE-SONOS memory cell modified to include a plurality of nitride layers that accumulate charge.

交互に存在するシリコン及び酸化物のスタックは、O1 5842、N1 5844、O2 5846及びポリシリコンゲート5848によって包囲されている。破線の矩形は、メモリセルに相当するシリコンのストリップ5850の境界である。メモリセルは、両側のN1 5844に蓄積された電子5830が示すように、プログラムされている。これらの蓄積された電子は、電子密度プロファイルに影響を与え、それは、約10E10cm−3から10E15cm−3の範囲にある。トラップされた電子に近接する、シリコンのストリップ5850の側部5810及び5812において、電子密度は約10E10cm−3である。トラップされた電子から間隔を空けて配置されたシリコンのストリップ5850の頂部5822及び底部5824において、電子密度は、約10E15cm−3である。シリコンのストリップ5850の残りの部分は、中間の値の電子密度を有している。 The alternating silicon and oxide stack is surrounded by O1 5842, N1 5844, O2 5846 and polysilicon gate 5848. The dashed rectangle is the boundary of the silicon strip 5850 corresponding to the memory cell. The memory cell is programmed as shown by the electrons 5830 stored in N1 5844 on both sides. These accumulated electrons affect the electron density profile, which is in the range of about 10E10 cm −3 to 10E15 cm −3 . At the sides 5810 and 5812 of the silicon strip 5850 proximate to the trapped electrons, the electron density is about 10E10 cm −3 . At the top 5822 and bottom 5824 of the silicon strip 5850 spaced from the trapped electrons, the electron density is about 10E15 cm −3 . The remaining portion of the silicon strip 5850 has an intermediate value of electron density.

反転電子は、フリンジ電界効果のために、PGM状態において側壁の近くで始まる傾向がある。サブスレッショルド電流は、プログラム状態で側壁に向かって移動する。これにより、より大きな数のP/Eサイクリングの後に、Si/O1界面での界面準位トラップ(Dit)のセンシティビティが低下し、プログラム状態での閾値電圧シフトが小さくなる。   Inverted electrons tend to start near the sidewalls in the PGM state due to fringing field effects. The subthreshold current moves toward the sidewall in the programmed state. This reduces the sensitivity of interface state traps (Dit) at the Si / O1 interface after a greater number of P / E cycling and reduces the threshold voltage shift in the programmed state.

したがって、耐久性劣化は、二重トラップ層によるのではなく、O1/Si界面準位生成からもたらされる。耐久性は、O1の応力後耐性を強化することによって改善される。   Therefore, the durability degradation is caused by O1 / Si interface state generation, not by the double trap layer. Durability is improved by enhancing the post stress stress of O1.

図59は、熱応力の後のメモリセルのフラットバンド電圧保持結果を示す図である。   FIG. 59 is a diagram showing a flat band voltage holding result of the memory cell after the thermal stress.

高温150℃ベーキングが行われる。より高くプログラムされた状態と、深く消去された状態は、長期のベーキング後は明白な電荷損失を有している。保持は、中間レベル状態に対しては優れた状態を保っている。   High temperature 150 ° C. baking is performed. The higher programmed state and the deeply erased state have obvious charge losses after prolonged baking. The holding is excellent for the intermediate level state.

図60〜図61は、熱応力の後のメモリセルの電荷密度保持結果を示す。図60は、N2におけるトラップされた電子の面積密度を示す。図61は、N3におけるトラップされた電子の面積密度を示す。ゲート検知及びチャネル検知(GSCS)分析により、N3における電荷が安定していることが分かる。ブロッキング酸化物O3及びO4は、電荷保持を維持し続け、N2とN3との間の電荷の混合を阻止することができる。   60 to 61 show the charge density retention results of the memory cells after thermal stress. FIG. 60 shows the area density of trapped electrons in N2. FIG. 61 shows the area density of trapped electrons in N3. Gate and channel detection (GSCS) analysis shows that the charge at N3 is stable. Blocking oxides O3 and O4 can continue to maintain charge retention and prevent charge mixing between N2 and N3.

図62は、熱応力の後のメモリセルのメモリウィンドウ保持結果を示す図である。   FIG. 62 is a diagram showing a memory window holding result of the memory cell after the thermal stress.

CKBプログラム6210、25℃ 1000分ベーキング保持6220及び85℃ 1000分ベーキング保持6230に対して、試験チップの保持結果を示す。電荷損失は概して群挙動であり、そのことによって曲線は、テイル分布なしにオーバーラップし、全て複数の分布6240、6250、6260及び6270に分離している。   Test chip holding results are shown for CKB program 6210, 25 ° C. 1000 min baking hold 6220 and 85 ° C. 1000 min baking hold 6230. Charge loss is generally a group behavior, whereby the curves overlap without a tail distribution and are all separated into multiple distributions 6240, 6250, 6260 and 6270.

図63は、様々な温度、すなわち85℃及び25℃におけるメモリセルの電荷損失率を示す。   FIG. 63 shows the charge loss rate of the memory cell at various temperatures, namely 85 ° C. and 25 ° C.

曲線6310は、3V下限(lower bound)プログラム検証レベルに対する曲線である。曲線6320は、3V上限(upper bound)プログラム検証レベルに対する曲線である。曲線6330は、2V下限プログラム検証レベルに対する曲線である。曲線6340は、2V上限プログラム検証レベルに対する曲線である。   Curve 6310 is the curve for the 3V lower bound program verification level. Curve 6320 is a curve for the 3V upper bound program verification level. Curve 6330 is a curve for the 2V lower limit program verification level. Curve 6340 is a curve for the 2V upper limit program verification level.

85℃未満の電荷損失率は、30mV/decade未満であり、長期蓄積の後も十分な検知ウィンドウを提供するが、より高いベーキング温度では著しく増大する。より高い温度では、電荷損失率は著しく増大し、単純なアレニウスモデルに従わない。   The charge loss rate below 85 ° C. is less than 30 mV / decade and provides a sufficient detection window after long-term accumulation, but increases significantly at higher baking temperatures. At higher temperatures, the charge loss rate increases significantly and does not follow the simple Arrhenius model.

図64は、異なるゲートドーピング又は仕事関数及びO2の厚さの消去比較を示す図である。   FIG. 64 is a diagram showing an erase comparison of different gate doping or work functions and O2 thickness.

曲線6410は、−20V消去、P+ゲート、及び20オングストロームのO2の厚さの場合の曲線である。曲線6420は、−20V消去、N+ゲート、及び20オングストロームのO2の厚さの場合の曲線である。曲線6430は、−21V消去、P+ゲート、及び30オングストロームのO2の厚さの場合の曲線である。   Curve 6410 is for a −20V erase, P + gate, and 20 Å of O 2 thickness. Curve 6420 is for a -20V erase, N + gate, and 20 angstroms of O2 thickness. Curve 6430 is for a -21V erase, P + gate, and 30 Angstrom O2 thickness.

ポリゲートをP+ゲートからN+ゲートに変えることは、消去飽和に影響を与えない。ゲート注入は、仕事関数の高いゲートではなく、N3におけるトラップされた電子によって抑制される。そのため、ポリゲートドーピングの変化、更にはゲートのイレギュラーな鋭利なコーナー(大きなゲート注入をもたらす)は、消去ウィンドウにおいては許容できるものである。   Changing the poly gate from a P + gate to an N + gate does not affect erase saturation. Gate injection is suppressed by the trapped electrons at N3, rather than a high work function gate. Thus, poly gate doping changes, as well as irregular sharp corners of the gate (which results in large gate implants) are acceptable in the erase window.

より厚いO2(>30Å)が、BE−SONOSの保持を改善するために、より低いベーキング温度で電荷損失を抑制することについて有効である。より厚いO2は更に、低電界リーク電流を最小化し、N2からの脱トラップを阻止する。一方、高い消去電界ではバンドオフセット効果がO2トンネリング障壁の大部分を排除するため、より厚いO2は消去ウィンドウを劣化させない。種々の実施形態が、消去と保持の間のトレードオフを解決する。薄いO1及びN1は、消去中の正孔注入を容易にし、厚いO2は、N2における電荷保持を維持する。   Thicker O2 (> 30 Å) is effective in suppressing charge loss at lower baking temperatures to improve BE-SONOS retention. Thicker O2 further minimizes low field leakage current and prevents detrapping from N2. On the other hand, at higher erase fields, the thicker O2 does not degrade the erase window because the band offset effect eliminates most of the O2 tunneling barrier. Various embodiments solve the trade-off between erasure and retention. Thin O1 and N1 facilitate hole injection during erasure, and thick O2 maintains charge retention at N2.

図65は、読出しディスターブ試験を示す。   FIG. 65 shows a read disturb test.

曲線6510は、ブロック全体がCKBプログラミングを受けた後の曲線である。曲線6520は、ブロック全体が1M読出しディスターブを受けた後の曲線である。両曲線は類似した挙動を示し、分布6530及び6540を有している。最適化された読出し波形は、ホットキャリア注入を防ぐ。1Mブロック全体読出し応力の後では、小さな読出しディスターブが歴然としている。曲線からの電界増強効果なしの平坦なトポロジーのために、1M読出し応力にわたって耐久性がある、高い読出し耐久性が得られる。デバイスは、ゲート応力に対して非常に頑強である。   Curve 6510 is the curve after the entire block has undergone CKB programming. Curve 6520 is the curve after the entire block has been subjected to 1M read disturb. Both curves behave similarly and have distributions 6530 and 6540. The optimized read waveform prevents hot carrier injection. A small read disturb is evident after the entire 1M block read stress. Due to the flat topology without the electric field enhancement effect from the curve, a high read endurance that is durable over 1M read stress is obtained. The device is very robust against gate stress.

図66は、垂直チャネル実施形態の概略図である。平坦かつ平面状のトポロジーが、三次元NANDフラッシュのメモリ密度を最大限にするために、最小設計ルールの4F2セルサイズで実装可能である。   FIG. 66 is a schematic diagram of a vertical channel embodiment. A flat and planar topology can be implemented with a minimum design rule of 4F2 cell size to maximize the memory density of the 3D NAND flash.

本発明を、上述した好ましい実施態様及び例を参照することによって開示しているが、これらの例は、限定する意味ではなく例示するものとして意図されていることが理解されるべきである。当業者には、変更及び組合せが容易に思いつくはずであり、それら変更及び組合せは、以下の特許請求の範囲内にあるであろう。   While the invention has been disclosed by reference to the preferred embodiments and examples described above, it should be understood that these examples are intended to be illustrative rather than limiting. Modifications and combinations will readily occur to those skilled in the art, and such modifications and combinations will be within the scope of the following claims.

Claims (17)

メモリセルのアレイを含むメモリであって、
前記アレイのそれぞれのメモリセルが、
ゲートと、
チャネル表面を有するチャネル材料と、
前記ゲートと前記チャネル表面との間の誘電体スタックであって、
前記チャネル表面の上の多層トンネル構造であって、トンネル価電子帯端を有する第1のトンネル誘電体層を少なくとも含む多層トンネル構造と、
前記多層トンネル構造の上の第1の電荷蓄積誘電体層と、
前記第1の電荷蓄積誘電体層の上の第1のブロッキング誘電体層と、
前記第1のブロッキング誘電体層の上の第2の電荷蓄積誘電体層と、
前記第2の電荷蓄積誘電体層の上の第2のブロッキング誘電体層と、
を含む誘電体スタックと、
複数のバイアス配置のうちの選択された1つを適用する制御回路であって、前記複数のバイアス配置が、
電子を前記チャネル表面から前記第1のトンネル誘電体層を含む前記多層トンネル構造を通して前記第1の電荷蓄積誘電体層まで移動させることによってデータをプログラムするプログラムバイアス配置と、
正孔を前記チャネル表面から前記第1の電荷蓄積誘電体層まで移動させることによってデータを消去する消去バイアス配置と、
を含む制御回路と、
を含む、メモリセルのアレイを含むメモリ。
A memory comprising an array of memory cells,
Each memory cell of the array is
The gate,
A channel material having a channel surface;
A dielectric stack between the gate and the channel surface,
A multilayer tunnel structure over the channel surface, the multilayer tunnel structure including at least a first tunnel dielectric layer having a tunnel valence band edge;
A first charge storage dielectric layer on the multilayer tunnel structure;
A first blocking dielectric layer overlying the first charge storage dielectric layer;
A second charge storage dielectric layer overlying the first blocking dielectric layer;
A second blocking dielectric layer overlying the second charge storage dielectric layer;
A dielectric stack comprising:
A control circuit that applies a selected one of a plurality of bias arrangements, the plurality of bias arrangements comprising:
A program bias arrangement for programming data by moving electrons from the channel surface through the multilayer tunnel structure including the first tunnel dielectric layer to the first charge storage dielectric layer;
An erase bias arrangement for erasing data by moving holes from the channel surface to the first charge storage dielectric layer;
A control circuit including:
A memory including an array of memory cells.
請求項1に記載のメモリであって、プログラムされたデータを持つ該メモリに20ボルトと24ボルトとの間の範囲にあるゲート電圧で前記消去バイアス配置を適用する前記制御回路に対する消去飽和が生じない、請求項1に記載のメモリ。   2. The memory of claim 1, wherein erase saturation occurs for the control circuit that applies the erase bias arrangement to a gate voltage in the range between 20 and 24 volts in the memory with programmed data. The memory of claim 1, wherein: 前記第1の電荷蓄積誘電体層が前記第2の電荷蓄積誘電体層より大きい厚さを有する、請求項1に記載のメモリ。   The memory of claim 1, wherein the first charge storage dielectric layer has a thickness greater than the second charge storage dielectric layer. 前記ゲートはn型ドープポリシリコンを含む、請求項1に記載のメモリ。   The memory of claim 1, wherein the gate comprises n-type doped polysilicon. 前記ゲートはp型ドープポリシリコンを含む、請求項1に記載のメモリ。   The memory of claim 1, wherein the gate comprises p-type doped polysilicon. 前記チャネル表面上の前記多層トンネル構造は、
第1のトンネル酸化物層と、
前記第1のトンネル酸化物層の上に第1のトンネル窒化物層を含む前記第1のトンネル誘電体と、
前記第1のトンネル窒化物層の上の第2のトンネル酸化物層と、を含み、
前記第1の電荷蓄積誘電体層は、前記多層トンネル構造の上の第1の電荷蓄積窒化物層を含み、
前記第1のブロッキング誘電体層は、前記第1の電荷蓄積窒化物層の上の第1のブロッキング酸化物層を含み、
前記第2の電荷蓄積誘電体層は、前記第1のブロッキング誘電体層の上の第2の電荷蓄積窒化物層を含み、
前記第2のブロッキング誘電体層は、前記第2の電荷蓄積窒化物層の上の第2のブロッキング酸化物層を含む、請求項1に記載のメモリ。
The multilayer tunnel structure on the channel surface is
A first tunnel oxide layer;
The first tunnel dielectric comprising a first tunnel nitride layer on the first tunnel oxide layer;
A second tunnel oxide layer on the first tunnel nitride layer;
The first charge storage dielectric layer includes a first charge storage nitride layer over the multilayer tunnel structure;
The first blocking dielectric layer includes a first blocking oxide layer on the first charge storage nitride layer;
The second charge storage dielectric layer includes a second charge storage nitride layer over the first blocking dielectric layer;
The memory of claim 1, wherein the second blocking dielectric layer comprises a second blocking oxide layer over the second charge storage nitride layer.
前記制御回路によって適用される前記消去バイアス配置は、前記第2の電荷蓄積窒化物層内の電子密度を増大させる、請求項6に記載のメモリ。   The memory of claim 6, wherein the erase bias arrangement applied by the control circuit increases the electron density in the second charge storage nitride layer. 前記第1のトンネル窒化物層は、20オングストローム以下の厚さを有し、前記第2の電荷蓄積窒化物層は、少なくとも35オングストロームの厚さを有する、請求項6に記載のメモリ。   The memory of claim 6, wherein the first tunnel nitride layer has a thickness of 20 angstroms or less, and the second charge storage nitride layer has a thickness of at least 35 angstroms. 前記第1の電荷蓄積窒化物層は、少なくとも50オングストロームの第1の範囲内に厚さを有し、前記第2の電荷蓄積窒化物層は、35オングストローム〜50オングストロームの第2の範囲内に厚さを有する、請求項6に記載のメモリ。   The first charge storage nitride layer has a thickness in a first range of at least 50 angstroms, and the second charge storage nitride layer is in a second range of 35 angstroms to 50 angstroms. The memory of claim 6, having a thickness. 前記第1のトンネル窒化物層、前記第1の電荷蓄積窒化物層及び前記第2の電荷蓄積窒化物層以外に窒化物層を含まない、請求項6に記載のメモリ。   The memory according to claim 6, further comprising no nitride layer other than the first tunnel nitride layer, the first charge storage nitride layer, and the second charge storage nitride layer. メモリセルのアレイを含むメモリであって、
前記アレイのそれぞれのメモリセルが、
ゲートと、
チャネル表面及びチャネル価電子帯端を有するチャネル材料と、
前記ゲートと前記チャネル表面との間の誘電体スタックであって、
前記チャネル表面の上の多層トンネル構造であって、トンネル価電子帯端を有する第1のトンネル誘電体層を少なくとも含む多層トンネル構造と、
前記多層トンネル構造の上の第1の電荷蓄積誘電体層と、
前記第1の電荷蓄積誘電体層の上の第1のブロッキング誘電体層と、
前記第1のブロッキング誘電体層の上の第2の電荷蓄積誘電体層と、
前記第2の電荷蓄積誘電体層の上の第2のブロッキング誘電体層と、を含む誘電体スタックと、
複数のバイアス配置のうちの選択された1つを適用する制御回路であって、
前記複数のバイアス配置が、前記第1のトンネル誘電体層の前記トンネル価電子帯端の少なくとも一部が前記チャネル表面における前記チャンネル価電子帯端より大きいバンドエネルギーを有する消去バイアス配置を含み、
前記メモリにバイアスが印加されない場合、前記第1のトンネル誘電体層の前記トンネル価電子帯端が、前記チャネル表面における前記チャネル価電子帯端より低いバンドエネルギーを有する制御回路と、
を含む、メモリ。
A memory comprising an array of memory cells,
Each memory cell of the array is
The gate,
A channel material having a channel surface and a channel valence band edge;
A dielectric stack between the gate and the channel surface,
A multilayer tunnel structure over the channel surface, the multilayer tunnel structure including at least a first tunnel dielectric layer having a tunnel valence band edge;
A first charge storage dielectric layer on the multilayer tunnel structure;
A first blocking dielectric layer overlying the first charge storage dielectric layer;
A second charge storage dielectric layer overlying the first blocking dielectric layer;
A dielectric stack comprising a second blocking dielectric layer overlying the second charge storage dielectric layer;
A control circuit that applies a selected one of a plurality of bias arrangements,
The plurality of bias arrangements includes an erase bias arrangement in which at least a portion of the tunnel valence band edge of the first tunnel dielectric layer has a band energy greater than the channel valence band edge at the channel surface;
A control circuit, wherein no bias is applied to the memory, the tunnel valence band edge of the first tunnel dielectric layer has a lower band energy than the channel valence band edge at the channel surface;
Including memory.
前記消去バイアス配置を適用する前記制御回路が、前記第2の電荷蓄積誘電体層における電子密度の増大をもたらす、請求項11に記載のメモリ。   The memory of claim 11, wherein the control circuit applying the erase bias arrangement provides an increase in electron density in the second charge storage dielectric layer. 請求項11に記載のメモリであって、プログラムされたデータを持つ該メモリに20ボルトと24ボルトとの間の範囲であるゲート電圧で前記消去バイアス配置を適用する前記制御回路に対する消去飽和が生じない、請求項11に記載のメモリ。   12. The memory of claim 11, wherein erase saturation occurs for the control circuit that applies the erase bias arrangement to a gate voltage that is between 20 and 24 volts in the memory with programmed data. The memory of claim 11, wherein: 前記第1の電荷蓄積誘電体層は、前記第2の電荷蓄積誘電体層より大きい厚さを有する、請求項11に記載のメモリ。   The memory of claim 11, wherein the first charge storage dielectric layer has a greater thickness than the second charge storage dielectric layer. 前記ゲートはn型ドープポリシリコンを含む、請求項11に記載のメモリ。   The memory of claim 11, wherein the gate comprises n-type doped polysilicon. 前記ゲートはp型ドープポリシリコンを含む、請求項11に記載のメモリ。   The memory of claim 11, wherein the gate comprises p-type doped polysilicon. メモリセルのアレイを含むメモリであって、
前記アレイのそれぞれのメモリセルが、
ゲートと、
チャネル表面を有するチャネル材料と、
前記ゲートと前記チャネル表面との間の誘電体スタックであって、
前記チャネル表面の上の多層トンネル構造であって、トンネル価電子帯端を有する第1のトンネル誘電体層を少なくとも含む多層トンネル構造と、
前記多層トンネル構造の上の第1の電荷蓄積誘電体層と、
前記第1の電荷蓄積誘電体層の上の第1のブロッキング誘電体層と、
前記第1のブロッキング誘電体層の上の第2の電荷蓄積誘電体層と、
前記第2の電荷蓄積誘電体層の上の第2のブロッキング誘電体層と、
を含む誘電体スタックと、
を含む、メモリ。
A memory comprising an array of memory cells,
Each memory cell of the array is
The gate,
A channel material having a channel surface;
A dielectric stack between the gate and the channel surface,
A multilayer tunnel structure over the channel surface, the multilayer tunnel structure including at least a first tunnel dielectric layer having a tunnel valence band edge;
A first charge storage dielectric layer on the multilayer tunnel structure;
A first blocking dielectric layer overlying the first charge storage dielectric layer;
A second charge storage dielectric layer overlying the first blocking dielectric layer;
A second blocking dielectric layer overlying the second charge storage dielectric layer;
A dielectric stack comprising:
Including memory.
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