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一種非揮發(fā)性存儲(chǔ)器以及其制造、編程和讀取方法

文檔序號(hào):6930971閱讀:148來源:國(guó)知局
專利名稱:一種非揮發(fā)性存儲(chǔ)器以及其制造、編程和讀取方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體存儲(chǔ)器技術(shù)領(lǐng)域,特別是涉及一種具有浮柵結(jié)構(gòu)的非揮發(fā)性存 儲(chǔ)器,以及其制造、編程和讀取方法。
背景技術(shù)
隨著集成密度的提高,越來越多的功能模塊被集成到一個(gè)芯片中, SOC (system-on-chip)的概念得到集成電路設(shè)計(jì)者的廣泛認(rèn)同。目前,SOC已經(jīng)成為 ASIC芯片中的主流設(shè)計(jì)方法。SOC中通常含有處理器,存儲(chǔ)器,接口,總線控制等模塊,其 中存儲(chǔ)器是SOC中必不可少的模塊。存儲(chǔ)器根據(jù)掉電后數(shù)據(jù)是否丟失可分為非揮發(fā)性 (Non-Volatile)存儲(chǔ)器和揮發(fā)性存儲(chǔ)器。在SOC中一般需要非揮發(fā)性存儲(chǔ)器來存儲(chǔ)程序信 息和配置信息,以保證在掉電后這些數(shù)據(jù)不會(huì)丟失。非揮發(fā)性存儲(chǔ)器是指即使電源供應(yīng)中 斷,存儲(chǔ)器所儲(chǔ)存的資料也不會(huì)消失,重新供電后,仍能夠讀取存儲(chǔ)資料的存儲(chǔ)器。目前,主要存在兩類非揮發(fā)性存儲(chǔ)器,一種是具有浮柵結(jié)構(gòu)的非揮發(fā)存儲(chǔ)器,參照 圖Ia和圖lb,其浮柵結(jié)構(gòu)包括控制柵和浮柵,主要是利用控制柵和浮柵之間的耦合電容, 其原理與堆疊柵結(jié)構(gòu)的非揮發(fā)存儲(chǔ)單元是非常相似的。但是上述方案存在較大的工藝缺陷,如果采用特殊工藝實(shí)現(xiàn),參照?qǐng)DIa的結(jié)構(gòu)示 意圖,上述方案需要進(jìn)行的雙層POLY(多晶硅柵)工藝,一層是控制柵CG,一層是浮柵re, 其主要的缺陷是在生產(chǎn)工藝中增加了光刻工序,增加存儲(chǔ)器的制造復(fù)雜性,同時(shí)由于特殊 工藝的采用還可能帶來可靠性的問題。如果基于邏輯工藝來制作,參照?qǐng)Dlb,其雖然在工藝工序上沒有增加難度,但是對(duì) 于邏輯工藝,則控制柵CG和浮柵re之間的耦合電容必須是額外制作的一個(gè)電容器,由于額 外柵電容的存在,導(dǎo)致版圖結(jié)構(gòu)不緊湊,使得這種結(jié)構(gòu)的非揮發(fā)存儲(chǔ)器單元的面積較大,另 外編程擦除時(shí)所需的電壓很高,不利于在邏輯工藝中實(shí)現(xiàn)。目前還有一種非揮發(fā)性存儲(chǔ)器,參照?qǐng)Dlc,是一種基于邏輯工藝的2T(2晶體管) 結(jié)構(gòu)的非揮發(fā)存儲(chǔ)器單元結(jié)構(gòu),其中一個(gè)管子作為選通管,另外一個(gè)浮柵的管子作為存儲(chǔ) 單元,這種結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)單元具有版圖結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,編程電壓低等優(yōu)點(diǎn),然而,由于存在兩個(gè)管 子,存儲(chǔ)單元的面積也比較大,另外由于編程時(shí)浮柵的電位取決于寄生電容之間的比值,難 于控制,編程的效率也不高??傊?,目前需要本領(lǐng)域技術(shù)人員迫切解決的一個(gè)技術(shù)問題就是如何能夠在基于 邏輯工藝的情況下,制作面積較小的非揮發(fā)性存儲(chǔ)器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種非揮發(fā)性存儲(chǔ)器,其具有單位面積小,與 邏輯工藝兼容,編程速度快,編程效率高等優(yōu)點(diǎn)。相應(yīng)的,本發(fā)明還提供了一種針對(duì)上述非揮發(fā)性存儲(chǔ)器的制造方法、以及非揮發(fā) 性存儲(chǔ)器的編程方法和讀取方法。
為了解決上述問題,本發(fā)明公開了一種浮柵結(jié)構(gòu)的非揮發(fā)性存儲(chǔ)器,其中的存儲(chǔ) 單元包括源極、漏極和浮柵;所述漏極包括用于在漏極內(nèi)部形成PN結(jié)的反型離子區(qū);所述 源極與位線相連,所述漏極的反型離子區(qū)與字線相連。優(yōu)選的,所述浮柵和漏極之間的耦合電容大于所述浮柵和源極之間的耦合電容。優(yōu)選的,所述漏極包括離子注入?yún)^(qū),以及位于所述離子注入?yún)^(qū)中的反型離子區(qū);所 述漏極的離子注入?yún)^(qū)部分的延伸至所述浮柵的下方,形成部分重疊。優(yōu)選的,所述源極重?fù)诫s區(qū)為N型重?fù)诫s區(qū),漏極的反型離子區(qū)為P型重?fù)诫s區(qū); 所述漏極的離子注入?yún)^(qū)為N阱。依據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例,還公開了一種浮柵結(jié)構(gòu)的非揮發(fā)性存儲(chǔ)器,其中的存 儲(chǔ)單元包括源極、漏極和浮柵;所述漏極包括P阱形式的離子注入?yún)^(qū),以及位于所述離子 注入?yún)^(qū)中的反型離子區(qū);所述源極重?fù)诫s區(qū)為P型重?fù)诫s區(qū),漏極的反型離子區(qū)為N型重?fù)?雜區(qū);所述源極與字線相連,所述漏極的反型離子區(qū)與位線相連。依據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例,還公開了一種浮柵結(jié)構(gòu)的非揮發(fā)性存儲(chǔ)器的制造方 法,包括形成基材,所述基材包括襯底;在所述襯底的上部,形成作為漏極的離子注入?yún)^(qū); 形成作為源極的離子注入?yún)^(qū);所述漏極的離子注入?yún)^(qū)大于源極的離子注入?yún)^(qū);在所述漏極 中注入反型離子,以在漏極內(nèi)部形成PN結(jié);形成浮柵。優(yōu)選的,所述源極重?fù)诫s區(qū)為N型重?fù)诫s區(qū),漏極的反型離子區(qū)為P型重?fù)诫s區(qū); 所述漏極的離子注入?yún)^(qū)為N阱;則所述方法還包括將所述源極與位線相連,將所述漏極的 反型離子區(qū)與字線相連。優(yōu)選的,所述N阱有部分延伸至所述浮柵的下方,形成部分重疊。優(yōu)選的,所述源極重?fù)诫s區(qū)為P型重?fù)诫s區(qū),漏極的反型離子區(qū)為N型重?fù)诫s區(qū); 所述漏極的離子注入?yún)^(qū)為P阱;則所述方法還包括將所述源極與字線相連,將所述漏極的 反型離子區(qū)與位線相連。依據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例,還公開了一種浮柵結(jié)構(gòu)的非揮發(fā)性存儲(chǔ)器的編程讀取 方法,所述非揮發(fā)性存儲(chǔ)器包括源極、漏極和浮柵;所述漏極包括用于在漏極內(nèi)部形成PN 結(jié)的反型離子區(qū);所述浮柵和漏極之間的耦合電容大于所述浮柵和源極之間的耦合電容; 所述源極與位線相連,所述漏極的反型離子區(qū)與字線相連;針對(duì)待編程/讀取單元,所述編程讀取方法包括在所述位線上施加接地電壓,在 所述字線上施加編程電壓或者讀取電壓。優(yōu)選的,所述漏極包括N阱形式的離子注入?yún)^(qū),以及位于所述離子注入?yún)^(qū)中的反 型離子區(qū);所述源極重?fù)诫s區(qū)為N型重?fù)诫s區(qū),漏極的反型離子區(qū)為P型重?fù)诫s區(qū);所述漏 極的離子注入?yún)^(qū)部分的延伸至所述浮柵的下方,形成部分重疊。依據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例,還公開了一種浮柵結(jié)構(gòu)的非揮發(fā)性存儲(chǔ)器的編程讀取 方法,所述非揮發(fā)性存儲(chǔ)器包括源極、漏極和浮柵;所述漏極包括P阱形式的離子注入?yún)^(qū), 以及位于所述離子注入?yún)^(qū)中的反型離子區(qū);所述源極重?fù)诫s區(qū)為P型重?fù)诫s區(qū),漏極的反 型離子區(qū)為N型重?fù)诫s區(qū);所述源極與字線相連,所述漏極的反型離子區(qū)與位線相連;針對(duì)待編程/讀取單元,所述編程讀取方法包括在所述位線上施加接地電壓,在 所述字線上施加編程電壓或者讀取電壓。
與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)
本發(fā)明存儲(chǔ)單元的結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單,通過在漏極中注入反型離子,在漏極內(nèi)部形成 等效的二極管,以實(shí)現(xiàn)讀取和編程時(shí)的選通。這樣可以保證在編程或者讀取操作時(shí),在漏極 上施加能夠?qū)ǘO管的編程電壓或者讀取電壓,可以完成編程或者讀取;而當(dāng)施加反向 電壓時(shí),由于二極管反向關(guān)閉的特性,因而不會(huì)對(duì)非目標(biāo)單元執(zhí)行編程或者讀取操作。另外,由于本發(fā)明的漏極比較大,并有一部分與浮柵重合,因此柵漏耦合效率比現(xiàn) 有存儲(chǔ)單元的高;從而浮柵上的耦合電壓比較高,有利于編程時(shí)的熱電子注入,可以在二極 管導(dǎo)通的時(shí)候?qū)崿F(xiàn)編程操作,并可以在一定程度上提高編程效率; 并且,在讀取時(shí)檢測(cè)是否 有溝道電流來判斷存儲(chǔ)狀態(tài)即可,簡(jiǎn)單方便??傊?,本發(fā)明既不需要額外形成控制柵,也不需要額外形成選通管,即實(shí)際上本發(fā) 明的存儲(chǔ)單元只等效為一晶體管和一個(gè)二極管的結(jié)構(gòu),其面積較小,符合現(xiàn)代半導(dǎo)體器件 的發(fā)展需求。并且,存儲(chǔ)單元能夠完全基于邏輯工藝實(shí)現(xiàn),不需要增加額外的特殊工藝,不 會(huì)增加工藝工序的復(fù)雜度。


圖Ia和圖Ib是現(xiàn)有技術(shù)一種非揮發(fā)存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)示意圖;圖Ic是現(xiàn)有技術(shù)另一種非揮發(fā)存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)示意圖;圖2是本發(fā)明一種N型浮柵結(jié)構(gòu)的非揮發(fā)性存儲(chǔ)器的第一實(shí)施例示意圖;圖3是現(xiàn)有浮柵結(jié)構(gòu)晶體管的一個(gè)示意圖;圖4是本發(fā)明的N型非揮發(fā)性存儲(chǔ)器的優(yōu)選實(shí)施例二的示意圖;圖5是本發(fā)明的P型非揮發(fā)性存儲(chǔ)器的優(yōu)選實(shí)施例三的示意圖;圖6是本發(fā)明浮柵結(jié)構(gòu)的非揮發(fā)性存儲(chǔ)器的制造方法流程示意圖;圖7是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中讀取操作下的“0”、“1”狀態(tài)示意圖;圖8是本發(fā)明另一實(shí)施例中讀取操作下的“0”、“1”狀態(tài)示意圖;圖9是本發(fā)明N型存儲(chǔ)單元的存儲(chǔ)陣列的布局示意圖;圖10是本發(fā)明P型存儲(chǔ)單元的存儲(chǔ)陣列的布局示意圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂,下面結(jié)合附圖和具體實(shí) 施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。參照?qǐng)D2,示出了本發(fā)明一種N型浮柵結(jié)構(gòu)的非揮發(fā)性存儲(chǔ)器實(shí)施例1,其中的一 個(gè)存儲(chǔ)單元可以包括源極201、漏極202和浮柵203 ;所述漏極202包括用于在漏極202內(nèi)部形成PN結(jié)的反型離子區(qū)2021 ;所述源極201與位線BL相連,所述漏極的反型離子區(qū)2021與字線WL相連。由圖2可以看出,本發(fā)明存儲(chǔ)單元中的漏極區(qū)要大于源極區(qū),即圖2實(shí)施例中存儲(chǔ) 單元采用的并非標(biāo)準(zhǔn)的源漏對(duì)稱的晶體管結(jié)構(gòu);并且在漏極區(qū)中還包括一個(gè)反型離子區(qū)。 這個(gè)反型離子區(qū)可以在漏極內(nèi)部形成等效為二極管的PN結(jié),在字線上施加編程電壓時(shí),該 二極管導(dǎo)通,進(jìn)而由于柵漏兩極的電容Cd的耦合效率比較大,使浮柵的電壓隨之升高,形成 溝道電流。加在漏極上的高電壓,使得溝道中的電子在Vd建立的橫向電場(chǎng)加速下獲得很高的能量。這些熱電子在柵極電場(chǎng)的吸引下,形成熱電子注入浮柵,完成編程操作。在本發(fā)明的實(shí)施例中,所述浮柵和漏極之間的耦合電容大于所述浮柵和源極之間 的耦合電容。該特征,可以提高浮柵電容的耦合效率,提高浮柵上的耦合電壓,有利于編程 時(shí)的熱電子注入,利于編程操作的實(shí)現(xiàn)。具體分析如下參照?qǐng)D3,是現(xiàn)有浮柵結(jié)構(gòu)晶體管的一個(gè)示意圖,其包括襯底301、源極302、漏極 303以及浮柵304,以及上述結(jié)構(gòu)之間形成的各個(gè)耦合電容Q、CF、CB、Cs。對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行仔 細(xì)分析,可以得知電容的耦合效率α D = Cd/ (Cd+Cs+Cf+Cb),浮柵TO上的電壓大小部分的取決于該電 容耦合效率,如下 其中,α D、α F、α Β、α s分別為各個(gè)耦合電容CD、CF、CB、CS的耦合效率;CT為各個(gè)耦 合電容cD、cF、cB、cs的總和。從上面的公式就可以看出,增大CD,是可以在一定程度上提高浮柵電壓的,即利于 編程操作的完成。在本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例中,采用了另一個(gè)實(shí)現(xiàn)柵漏電容大于柵源電容的方 式擴(kuò)大漏極,并使得柵漏極之間存在一定的重合,從而進(jìn)一步增加?xùn)怕┲g的耦合電容。 該方式非常簡(jiǎn)單易行,并且由于進(jìn)一步增加了柵漏之間的耦合電容,可以在一定程度上提 高編程效率。參照?qǐng)D4,所述漏極402包括離子注入?yún)^(qū)4021,以及位于所述離子注入?yún)^(qū)4021 中的反型離子區(qū)4022 ;所述漏極402的離子注入?yún)^(qū)4021部分的延伸至所述浮柵403的下 方,形成部分重疊。圖4所示的實(shí)施例,在具體實(shí)現(xiàn)時(shí),可以采用阱的方式形成漏極的離子注入?yún)^(qū)。例 如,先以N阱的方式形成漏極的離子注入?yún)^(qū),然后在N阱內(nèi)注入反型離子形成P型重?fù)诫s 區(qū);源極的N型重?fù)诫s區(qū)也同時(shí)產(chǎn)生。需要說明的是,在實(shí)際應(yīng)用中,所述漏極N阱內(nèi)的P 型重?fù)诫s區(qū)和源極的N型重?fù)诫s區(qū)的位置和大小可以是對(duì)稱的,也可以是不對(duì)稱的;本發(fā) 明雖然在圖示中采用了對(duì)稱的情況,但是本發(fā)明并不以此為限。上面給出的具體實(shí)現(xiàn)方式,是以N管為例進(jìn)行說明的,而在實(shí)際應(yīng)用中,也可以采 用P管的方式實(shí)現(xiàn)。具體的,參照?qǐng)D5,給出了一種基于P管的實(shí)施例,其中的存儲(chǔ)單元可以 包括源極502、漏極501和浮柵503 ;所述漏極501包括P阱形式的離子注入?yún)^(qū)5011,以及位于所述離子注入?yún)^(qū)5011中 的反型離子區(qū)5012 ;所述源極為P型重?fù)诫s區(qū),漏極的反型離子區(qū)5012為N型重?fù)诫s區(qū);所述源極502與字線WL相連,所述漏極的反型離子區(qū)5012與位線BL相連。由于P管是空穴注入,所以效率較低,因而一般Flash用的都是N管,在此對(duì)于P 管例子本發(fā)明中僅給出描述,不再進(jìn)一步探討。但需要說明的是,P管的實(shí)施例相對(duì)于N管 來說的一個(gè)區(qū)別在于不能通過將漏極與浮柵部分重疊的方式,增大CD。但是在圖5所示的 實(shí)施例中,仍然可以將漏極做大,在一定程度上提高CD,提高編程效率。需要說明的是,在本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例中,當(dāng)相鄰兩個(gè)存儲(chǔ)單元的漏極或者源極相鄰較近時(shí),還可以包括淺隔離溝槽,以將相鄰的兩個(gè)存儲(chǔ)單元隔離開,防止互相干 擾;如果相鄰存儲(chǔ)單元相隔距離較遠(yuǎn),則互相影響較小,無需設(shè)置淺隔離溝槽了。例如,參照 圖5,分別在源漏極的兩端設(shè)置有淺隔離溝槽504。淺隔離溝槽的設(shè)置可以使得相鄰存儲(chǔ)單 元之間的間距很小,從而減小存儲(chǔ)陣列占用的面積,是本領(lǐng)域技術(shù)人員的一個(gè)常用手段,在 此不再贅述。下面給出一種制造本發(fā)明所需存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)的方法實(shí)施例,參照?qǐng)D6,具體可以包 括步驟601、形成基材,所述基材包括襯底;步驟602、在所述襯底的上部,形成作為漏極的離子注入?yún)^(qū); 步驟603、形成作為源極的離子注入?yún)^(qū);所述漏極的離子注入?yún)^(qū)大于源極的離子 注入?yún)^(qū);步驟604、在所述漏極中注入反型離子,以在漏極內(nèi)部形成PN結(jié);步驟605、形成浮柵。通過上述的制造步驟,得到的存儲(chǔ)單元,可以具有較大的漏極,并且在漏極內(nèi)部可 以形成所需的PN結(jié),獲取二極管功能。需要說明的是,對(duì)于上述方法實(shí)施例,為了簡(jiǎn)單描述,故將其表述為一系列的動(dòng)作 組合,但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該知悉,本發(fā)明并不受所描述的動(dòng)作順序或者步驟標(biāo)號(hào)的限 制,因?yàn)橐罁?jù)本發(fā)明,某些步驟可以采用其他順序或者同時(shí)進(jìn)行。例如,步驟602-603-604 就可能存在602-604-603的執(zhí)行順序。當(dāng)采用N管實(shí)現(xiàn)本發(fā)明時(shí),步驟603形成的源極重?fù)诫s區(qū)為N型重?fù)诫s區(qū),步驟 604形成的漏極的反型離子區(qū)為P型重?fù)诫s區(qū);步驟603形成的漏極離子注入?yún)^(qū)為N阱;則 圖6所示的方法還可以包括以下步驟將所述源極與位線BL相連,將所述漏極的反型離子 區(qū)與字線WL相連。一個(gè)優(yōu)選的例子是,所述N阱的離子注入?yún)^(qū)有部分延伸至所述浮柵的下方,形成 部分重疊,以增大CD。當(dāng)采用P管實(shí)現(xiàn)本發(fā)明時(shí),步驟603形成的源極重?fù)诫s區(qū)為P型重?fù)诫s區(qū),步驟 604形成的漏極的反型離子區(qū)為N型重?fù)诫s區(qū);步驟603形成的漏極離子注入?yún)^(qū)為P阱;則 圖6所示的方法還可以包括以下步驟將所述源極與字線WL相連,將所述漏極的反型離子 區(qū)與位線BL相連。 在采用N管實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的例子中,針對(duì)待編程/讀取單元,在所述位線上施加接地 電壓,在所述字線上施加編程電壓或者讀取電壓,即可完成編程操作或者讀取操作。下面的表1和表2,分別為本發(fā)明實(shí)施例中N管結(jié)構(gòu)的非揮發(fā)性存儲(chǔ)單元的編程過 程和讀取過程表 1 表2 上表中,編程電壓Vpp≤2倍工作電壓Vdd ;Vss為接地電壓?!愕模x取電壓VreadSI作電壓Vdd,但是隨著深亞微米的工藝節(jié)點(diǎn)向下發(fā)展, Vread逐漸與Vdd大小差不多;因此,上表中在讀取時(shí)直接采用了工作電壓Vdd來表示。具體 的編程過程對(duì)于待編程單元,字線WL上加Vpp,位線BL上Vss。此時(shí)的編程電壓大于漏極內(nèi)部 所形成的二極管的導(dǎo)通電壓,故此時(shí)的二極管是導(dǎo)通的,以及由于柵漏兩極的電容Cd的耦 合效率較大,使浮柵的電壓隨之升高,形成溝道電流。在漏極上所施加的高電壓,使得溝道 中的電子在Vd建立的橫向電場(chǎng)加速下獲得很高的能量。這些熱電子在柵極電場(chǎng)的吸引下, 形成熱電子注入浮柵,完成編程操作。 對(duì)于“不選WL/不選BL”的非編程單元,字線WL上加Vss,位線BL上加Vpp,雖然在 源極上施加了高電壓,但是由于本發(fā)明的存儲(chǔ)單元中,漏極內(nèi)部具有二極管功能的PN結(jié), 而且其一般要求可以承受大于等于編程電壓的反向擊穿電壓;即此時(shí)雖然源漏極之間存在 一定的電壓差,但是由于二極管上加的是反向電壓,由于二極管的反向關(guān)閉特性而未導(dǎo)通, 無法形成溝道電流。并且,由于該P(yáng)N結(jié)可以承受大于等于編程電壓的反向擊穿電壓,不會(huì) 出現(xiàn)反向擊穿,確保不會(huì)出現(xiàn)溝道電流。如果沒有該二極管的存在,當(dāng)施加反向電壓時(shí),雖 然柵漏兩極的電容Cd的耦合效率較大,使得Cd > Cs,導(dǎo)致浮柵re的電勢(shì)不容易被源極耦合 抬高,但是仍然可能出現(xiàn)較小的電流產(chǎn)生;即本發(fā)明實(shí)施例中二極管的存在可以避免施加 反向電壓時(shí)微小溝道電流的產(chǎn)生。 對(duì)于“選WL/不選BL”的非編程單元,以及“不選WL/選BL”的非編程單元,由于 源極和漏極之間沒有電壓差的存在(均為Vpp或者均為Vss),因此,也無法抬高浮柵的電壓, 無法形成溝道熱電子注入,即其不能被編程。
讀取過程字線WL上加Vdd,位線BL上加Vss。1、已編程單元programmed cell 溝道電流Id約等于0,雖然在讀取電壓下,漏極 內(nèi)部的二極管被導(dǎo)通,但是柵極(re)上耦合的電壓低于未編程時(shí)的電壓(因?yàn)橐呀?jīng)注入了 電子,浮柵上的 電勢(shì)降低),因此無法形成反型層,沒有產(chǎn)生溝道電流一邏輯“0”狀態(tài);2、未編程單元un-programmed cell 由于在讀取電壓下,漏極內(nèi)部的二極管被導(dǎo) 通,以及柵漏之間的耦合效率,故形成了溝道電流Id——“1”狀態(tài)。由于本發(fā)明的漏極比較 大,故浮柵上的Cd比較大,因此耦合效率大,讀取未編程的單元時(shí),浮柵上的耦合電壓比較 大,即浮柵上的電勢(shì)比較高,從而易于形成溝道,產(chǎn)生Id,提高讀取效率。對(duì)于“不選WL/不選BL”的非讀取單元,字線WL上加Vss,位線BL上加Vdd,雖然在 源極上施加了高電壓,但是由于本發(fā)明漏極內(nèi)部的PN結(jié)的存在,使得二極管沒有導(dǎo)通,因 此無法形成溝道熱電子注入,即無法產(chǎn)生電流Id ;也就不會(huì)對(duì)正在讀取的存儲(chǔ)單元產(chǎn)生干 擾,不會(huì)影響讀取結(jié)果,即可以獲得較為準(zhǔn)確的讀取結(jié)果。對(duì)于“選WL/不選BL”的非讀取單元,以及“不選WL/選BL”的非讀取單元,由于 源極和漏極之間沒有電壓差的存在(均為Vdd或者均為Vss),因此,也無法抬高浮柵的電壓, 無法形成溝道熱電子注入,即無法產(chǎn)生電流Id ;不會(huì)對(duì)正在讀取的存儲(chǔ)單元產(chǎn)生干擾。參照?qǐng)D7,給出了讀取操作下的“0”,“1”狀態(tài)示意圖。其橫坐標(biāo)為加在字線上的 電壓Vi,縱坐標(biāo)為溝通電流Id,斜線701為存儲(chǔ)單元為“1”狀態(tài)時(shí)的電流電壓趨勢(shì)圖,斜線 702為存儲(chǔ)單元為“0”狀態(tài)時(shí)的電流電壓趨勢(shì)圖。例如,采用圖7中虛線點(diǎn)的Vwl,則對(duì)于 “0”狀態(tài)的存儲(chǔ)單元而言,其屬于截止?fàn)顟B(tài),沒有溝通電流Id產(chǎn)生;而對(duì)于“1”狀態(tài)的存儲(chǔ) 單元,其屬于導(dǎo)通狀態(tài),有溝通電流Id產(chǎn)生。即通過施加適當(dāng)?shù)腣^就可以準(zhǔn)確的讀取存儲(chǔ) 單元中的“0”、“1”信息。但是本發(fā)明不限于完全沒有電流時(shí)才是“0”狀態(tài),當(dāng)電流很小或者編程/未編程 單元的閾值的差異足以被分辨的時(shí)候,仍然可以視為存儲(chǔ)了 “0”。換言之,電流差也可以反 映編程前后存儲(chǔ)狀態(tài)的信息,只要選取的參考電流能夠區(qū)分兩種存儲(chǔ)狀態(tài)即可。參照?qǐng)D8, 給出了另一種讀取操作下的“0”,“1”狀態(tài)示意圖,其中斜線801為存儲(chǔ)單元為“1”狀態(tài)時(shí) 的電流電壓趨勢(shì)圖,斜線802為存儲(chǔ)單元為“0”狀態(tài)時(shí)的電流電壓趨勢(shì)圖。當(dāng)采用圖8中虛 線點(diǎn)的I時(shí),對(duì)于“0”狀態(tài)的存儲(chǔ)單元而言,其雖然不屬于截止?fàn)顟B(tài),產(chǎn)生了溝通電流Idl, 但是其小于參考電流Iref,而對(duì)于“ 1,,狀態(tài)的存儲(chǔ)單元,其屬于導(dǎo)通狀態(tài),有溝通電流Idtl產(chǎn) 生,并且其大于參考電流Iref,即雖然并非絕對(duì)的截止和導(dǎo)通狀態(tài),也可以通過與參考電流 的比較而區(qū)分兩種存儲(chǔ)狀態(tài)。需要說明的是,當(dāng)采用N管實(shí)現(xiàn)本發(fā)明時(shí),其漏極可以包括N阱形式的離子注入 區(qū),以及位于所述離子注入?yún)^(qū)中的反型離子區(qū);所述源極重?fù)诫s區(qū)為N型重?fù)诫s區(qū),漏極的 反型離子區(qū)為P型重?fù)诫s區(qū);所述漏極的離子注入?yún)^(qū)部分的延伸至所述浮柵的下方,形成 部分重疊。這樣的話,可以得到大于普通值的cD,更容易將靠近漏極一側(cè)的浮柵re電壓抬 高,增大了編程效率。而對(duì)于非編程單元,即使源漏兩端施加了反向的高電壓差,由于耦合 電容Q3的增大,使得Cd > cs,因?yàn)镃s較小,靠近源極一側(cè)的浮柵re的電勢(shì)不容易被源極耦 合抬高,因此更加無法形成溝道熱電子注入,確保非編程單元不會(huì)被誤操作。參照?qǐng)D9,示出了采用N管實(shí)現(xiàn)本發(fā)明時(shí)的一種存儲(chǔ)陣列的布局示意圖。其包括了4個(gè)存儲(chǔ)單元,兩條字線WLl和WL2,兩條位線BLl和BL2。 在采用P管實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的例子中,由于其漏極包括P阱形式的離子注入?yún)^(qū),以及位 于所述離子注入?yún)^(qū)中的反型離子區(qū);所述源極重?fù)诫s區(qū)為P型重?fù)诫s區(qū),漏極的反型離子 區(qū)為N型重?fù)诫s區(qū);所述源極與字線相連,所述漏極的反型離子區(qū)與位線相連;所以在編程 或者讀取操作時(shí),在所述位線上施加接地電壓,在所述字線上施加編程電壓或者讀取電壓, 即可完成編程操作或者讀取操作。具體的編程或讀取操作過程與N管實(shí)施例基本相似,本 發(fā)明在此不再贅述。參照?qǐng)D10,示出了采用P管實(shí)現(xiàn)本發(fā)明時(shí)的一種存儲(chǔ)陣列的布局示意圖。其包括 了 4個(gè)存儲(chǔ)單元,兩條字線WLl和WL2,兩條位線BLl和BL2。由于P管結(jié)構(gòu)的影響,字線、 位線和存儲(chǔ)單元的連接關(guān)系與圖9所示布局示意圖有所不同。需要說明的是,本說明書中的各個(gè)實(shí)施例均采用遞進(jìn)的方式描述,每個(gè)實(shí)施例重 點(diǎn)說明的都是與其他實(shí)施例的不同之處,各個(gè)實(shí)施例之間相同相似的部分互相參見即可。以上對(duì)本發(fā)明所提供的一種具有浮柵結(jié)構(gòu)的非揮發(fā)性存儲(chǔ)器,以及其制造、編程 和讀取方法,進(jìn)行了詳細(xì)介紹,本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了 闡述,以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想;同時(shí),對(duì)于本領(lǐng)域 的一般技術(shù)人員,依據(jù)本發(fā)明的思想,在具體實(shí)施方式
及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處,綜上 所述,本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
權(quán)利要求
一種浮柵結(jié)構(gòu)的非揮發(fā)性存儲(chǔ)器,其特征在于,其中的存儲(chǔ)單元包括源極、漏極和浮柵;所述漏極包括用于在漏極內(nèi)部形成PN結(jié)的反型離子區(qū);所述源極與位線相連,所述漏極的反型離子區(qū)與字線相連。
2.如權(quán)利要求1所述的非揮發(fā)性存儲(chǔ)器,其特征在于,所述浮柵和漏極之間的耦合電容大于所述浮柵和源極之間的耦合電容。
3.如權(quán)利要求2所述的非揮發(fā)性存儲(chǔ)器,其特征在于,所述漏極包括離子注入?yún)^(qū),以及位于所述離子注入?yún)^(qū)中的反型離子區(qū); 所述漏極的離子注入?yún)^(qū)部分的延伸至所述浮柵的下方,形成部分重疊。
4.如權(quán)利要求3所述的非揮發(fā)性存儲(chǔ)器,其特征在于,所述源極重?fù)诫s區(qū)為N型重?fù)诫s區(qū),漏極的反型離子區(qū)為P型重?fù)诫s區(qū);所述漏極的離 子注入?yún)^(qū)為N阱。
5.一種浮柵結(jié)構(gòu)的非揮發(fā)性存儲(chǔ)器,其特征在于,其中的存儲(chǔ)單元包括 源極、漏極和浮柵;所述漏極包括P阱形式的離子注入?yún)^(qū),以及位于所述離子注入?yún)^(qū)中的反型離子區(qū);所 述源極重?fù)诫s區(qū)為P型重?fù)诫s區(qū),漏極的反型離子區(qū)為N型重?fù)诫s區(qū); 所述源極與字線相連,所述漏極的反型離子區(qū)與位線相連。
6.一種浮柵結(jié)構(gòu)的非揮發(fā)性存儲(chǔ)器的制造方法,其特征在于,包括 形成基材,所述基材包括襯底;在所述襯底的上部,形成作為漏極的離子注入?yún)^(qū);形成作為源極的離子注入?yún)^(qū);所述漏極的離子注入?yún)^(qū)大于源極的離子注入?yún)^(qū); 在所述漏極中注入反型離子,以在漏極內(nèi)部形成PN結(jié); 形成浮柵。
7.如權(quán)利要求6所述的方法,其特征在于,所述源極重?fù)诫s區(qū)為N型重?fù)诫s區(qū),漏極的反型離子區(qū)為P型重?fù)诫s區(qū);所述漏極的離 子注入?yún)^(qū)為N阱;則所述方法還包括將所述源極與位線相連,將所述漏極的反型離子區(qū)與字線相連。
8.如權(quán)利要求7所述的方法,其特征在于,所述N阱有部分延伸至所述浮柵的下方,形成部分重疊。
9.如權(quán)利要求6所述的方法,其特征在于,所述源極重?fù)诫s區(qū)為P型重?fù)诫s區(qū),漏極的反型離子區(qū)為N型重?fù)诫s區(qū);所述漏極的離 子注入?yún)^(qū)為P阱;則所述方法還包括將所述源極與字線相連,將所述漏極的反型離子區(qū)與位線相連。
10.一種浮柵結(jié)構(gòu)的非揮發(fā)性存儲(chǔ)器的編程讀取方法,其特征在于,所述非揮發(fā)性存儲(chǔ)器包括源極、漏極和浮柵;所述漏極包括用于在漏極內(nèi)部形成PN結(jié) 的反型離子區(qū);所述浮柵和漏極之間的耦合電容大于所述浮柵和源極之間的耦合電容;所 述源極與位線相連,所述漏極的反型離子區(qū)與字線相連; 針對(duì)待編程/讀取單元,所述編程讀取方法包括 在所述位線上施加接地電壓,在所述字線上施加編程電壓或者讀取電壓。
11.如權(quán)利要求10所述的方法,其特征在于,所述漏極包括N阱形式的離子注入?yún)^(qū),以及位于所述離子注入?yún)^(qū)中的反型離子區(qū);所 述源極重?fù)诫s區(qū)為N型重?fù)诫s區(qū),漏極的反型離子區(qū)為P型重?fù)诫s區(qū); 所述漏極的離子注入?yún)^(qū)部分的延伸至所述浮柵的下方,形成部分重疊。
12.一種浮柵結(jié)構(gòu)的非揮發(fā)性存儲(chǔ)器的編程讀取方法,其特征在于, 所述非揮發(fā)性存儲(chǔ)器包括源極、漏極和浮柵;所述漏極包括P阱形式的離子注入?yún)^(qū),以及位于所述離子注入?yún)^(qū)中的反型離子區(qū);所 述源極重?fù)诫s區(qū)為P型重?fù)诫s區(qū),漏極的反型離子區(qū)為N型重?fù)诫s區(qū);所述源極與字線相 連,所述漏極的反型離子區(qū)與位線相連;針對(duì)待編程/讀取單元,所述編程讀取方法包括 在所述位線上施加接地電壓,在所述字線上施加編程電壓或者讀取電壓。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種浮柵結(jié)構(gòu)的非揮發(fā)性存儲(chǔ)器及其制造方法、編程讀取方法,所述非揮發(fā)性存儲(chǔ)器中的存儲(chǔ)單元包括源極、漏極和浮柵;所述漏極包括用于在漏極內(nèi)部形成PN結(jié)的反型離子區(qū);所述源極與位線相連,所述漏極的反型離子區(qū)與字線相連。本發(fā)明既不需要額外形成控制柵,也不需要額外形成選通管,即實(shí)際上本發(fā)明的存儲(chǔ)單元只等效為一晶體管和一個(gè)二極管的結(jié)構(gòu),其面積較小,符合現(xiàn)代半導(dǎo)體器件的發(fā)展需求。并且,存儲(chǔ)單元能夠完全基于邏輯工藝實(shí)現(xiàn),不需要增加額外的特殊工藝,不會(huì)增加工藝工序的復(fù)雜度。
文檔編號(hào)H01L21/8247GK101859776SQ20091008161
公開日2010年10月13日 申請(qǐng)日期2009年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月7日
發(fā)明者蘇如偉 申請(qǐng)人:北京芯技佳易微電子科技有限公司
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