專利名稱：存儲器單元結構和方法
技術領域：
本發(fā)明大體上涉及半導體存儲器裝置、方法和系統(tǒng)，且更特定來說，涉及存儲器單元結構和方法。
背景技術：
通常將存儲器裝置提供為計算機或其它電子裝置中的內部半導體集成電路。存在許多不同類型的存儲器，包括隨機存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、動態(tài)隨機存取存儲器(DRAM)、同步動態(tài)隨機存取存儲器(SDRAM)、快閃存儲器、電阻可變存儲器(例如，相變隨機存取存儲器(PCRAM)和電阻性隨機存取存儲器(RRAM))，和磁性隨機存取存儲器(MRAM)(例如，自旋力矩轉移隨機存取存儲器(STT RAM))，以及其它存儲器。—些存儲器單元(例如，快閃存儲器單元)可為1-晶體管(IT)存儲器單元。在圖1中展示快閃存儲器單元的實例?？扉W存儲器單元103具有包括電容性耦合到控制柵極120的浮動柵極116的堆疊式柵極結構。浮動柵極116和控制柵極120常由多晶硅材料形成，且由可厚約150埃到300埃的電介質材料118 (例如，多晶娃間電介質(interpolydielectric))分離?？扉W單元103包括在P襯底101的阱區(qū)內的N+漏極區(qū)112和N+源極區(qū)110。單元103還包括上覆于襯底101的溝道區(qū)上(例如，在浮動柵極116與襯底101的溝道區(qū)之間)的隧道氧化物層114。隧道氧化物層114常為二氧化硅且可厚約70埃到120埃。在操作中，可通過將源極端子接地、將5伏到10伏的信號施加到漏極112 (例如，經由未圖示的位線)和將(例如)18伏到20伏的高編程電壓施加到控制柵極120來編程單元103。施加到控制柵極120的高電壓產生跨越隧道氧化物114的高電場，從而在溝道中產生具有足夠能量來橫越隧道氧化物114的熱電子。接著將這些熱電子捕集于浮動柵極116中，從而導致晶體管的較 高閾值電壓，所述較高閾值電壓可對應于單元103正被編程為OFF (例如，非導電)狀態(tài)中?？赏ㄟ^將控制柵極120和漏極區(qū)112接地以及將高電壓(例如，18伏到20伏)施加到源極區(qū)Iio或襯底101的P阱區(qū)來擦除單元103。大電壓差導致在浮動柵極116上捕集的電子通過被稱為福勒-諾丁漢姆(Fowler-Nordheim)隧穿的機制而穿隧通過薄氧化物層 114。例如快閃存儲器單元I) 3的1-晶體管存儲器單元具有在性能方面的數(shù)個缺點。舉例來說，用以經由隧穿通過氧化物114來編程和/或擦除單元的相對高電壓(例如，18V到20V)可減低縮放存儲器單元103的能力。而且，相對薄的隧道氧化物114可隨時間的流逝(例如，經過多個編程/擦除循環(huán))而降級，其可影響單元103的可靠性
發(fā)明內容


圖1說明根據(jù)現(xiàn)有技術的存儲器單元的橫截面圖。圖2說明根據(jù)本發(fā)明的一個或一個以上實施例的存儲器單元的橫截面圖。圖3A說明根據(jù)本發(fā)明的一個或一個以上實施例的處于擦除狀態(tài)和編程狀態(tài)中的存儲器單元。圖3B為說明對應于圖3A中所展示的存儲器單元的電流對電壓曲線的圖。圖4說明具有根據(jù)本發(fā)明的實施例的一個或一個以上存儲器單元的存儲器陣列的一部分。圖5A為對應于根據(jù)本發(fā)明的一個或一個以上實施例的二極管的能帶圖。圖5B為說明與圖5A的二極管相關聯(lián)的電流密度對電壓的圖。
具體實施例方式在本文中描述存儲器單元結構和方法。一個或一個以上存儲器單元包括:晶體管，其具有電荷存儲節(jié)點；電介質材料，其定位于所述晶體管的所述電荷存儲節(jié)點與溝道區(qū)之間，所述溝道區(qū)定位于源極區(qū)與漏極區(qū)之間；以及二極管的第一電極，其耦合到所述電荷存儲節(jié)點。一個或一個以上實施例包括:用第一電壓偏置二極管以經由所述二極管將電荷添加到晶體管的電荷存儲節(jié)點；以及用第二電壓偏置所述二極管以經由所述二極管從所述電荷存儲節(jié)點移除電荷。所述二極管的第一電極耦合到所述電荷存儲節(jié)點。而且，所述第一電壓和所述第二電壓不足以提供電荷通過所述晶體管的所述電荷存儲節(jié)點與溝道區(qū)之間的電介質材料的隧穿。與先前方法相比，本發(fā)明的實施例提供各種益處，例如，減小與操作(例如，編程、讀取和/或擦除)存儲器單元相關聯(lián)的電壓，以及其它益處。操作電壓的減小可導致與先前的存儲器單元相比具有增加的可縮放性和可靠性的存儲器單元，這歸因于例如減小的隧道氧化物厚度和/或隧道氧化物材料的減小的降級等因素。本文中的諸圖遵循第一數(shù)字對應于圖式圖號且剩余數(shù)字識別圖式中的元件或組件的編號慣例。不同圖之間的相似元件或組件可通過使用相似數(shù)字來識別。舉例來說，在圖2中，226可參考元件“26”，且在圖4中，可將相似元件參考為426。如應了解，可添加、交換和/或消除在本文中各種實施例中所展示的元件以便提供本發(fā)明的若干額外實施例。另夕卜，如應了解，圖中所提供的元件的比例和相對尺度意欲說明本發(fā)明的實施例，且不應認為具有限制性意義。圖2說明根據(jù)本發(fā)明的一個或一個以上實施例的存儲器單元211的橫截面圖。存儲器單元211包括形成于襯底201中的晶體管。襯底201可為硅襯底、絕緣體上硅(SOI)襯底或藍寶石上硅(SOS)襯底以及其它襯底。晶體管包括被溝道區(qū)213分離的源極區(qū)210和漏極區(qū)212。在此實例中，晶體管形成于P型襯底201中且包括N+源極區(qū)210和N+漏極區(qū)212 ;然而，實施例不受如此限制。存儲器單元211的晶體管包括形成于襯底201上且位于溝道區(qū)213與電荷存儲節(jié)點224之間的電介質材料222。在各種實施例中，電介質材料222可為隧道氧化物材料(例如，Si02)且存儲節(jié)點224可為晶體管的浮動柵極。電荷存儲節(jié)點224可為金屬材料、多晶硅材料或納米晶體材料，以及適合于存儲電荷的其它材料。作為實例，在一些實施例中，電荷存儲節(jié)點224可為電荷捕集閃存(CTF)。在一個或一個以上實施例中，存儲器單元211包括二極管226，二極管226具有耦合到晶體管的電荷存儲節(jié)點224的第一電極(例如，底部電極)。如下文進一步描述，在各種實施例中，二極管226可為金屬-絕緣體二極管。金屬-絕緣體二極管可包括在二極管的兩個電極之間(例如，在陽極與陰極之間)的一個或一個以上絕緣材料。舉例來說，二極管226可為金屬-絕緣體-絕緣體-金屬二極管(MIIM 二極管)或金屬-絕緣體-絕緣體-絕緣體-金屬二極管(MIIIM)。如本文中所使用，術語“金屬-絕緣體二極管”包括在二極管的電極之間具有一個或一個以上絕緣材料的二極管。實施例不限于特定類型的二極管226。舉例來說,在一些實施例中，二極管226可為PIN 二極管、齊納二極管、肖特基二極管、共振隧穿二極管(RTD)或晶閘管。在操作中，可與存儲器單元103的操作類似地將電荷添加到電荷存儲節(jié)點224和/或從電荷存儲節(jié)點224移除電荷以便對存儲器單元211進行編程或擦除。舉例來說，改變電荷存儲節(jié)點224所存儲的電荷的量會改變晶體管的閾值電壓(Vt)，所述閾值電壓可指示存儲器單元的特定邏輯狀態(tài)?？赏ㄟ^感測響應于被提供到二極管226 (例如，提供到頂部電極)的特定電壓的在源極210與漏極212之間的電流來確定(例如，讀取)存儲器單元211的狀態(tài)。舉例來說，如下文結合圖4進一步描述，二極管226的第二電極可耦合到對應于存儲器單元211的存取線(例如，字線)，漏極212可耦合到數(shù)據(jù)/感測線(例如，位線)，且源極210可耦合到接地。可將讀取電壓施加到字線且可通過感測位線的電流/電壓來確定單元211的狀態(tài)，此取決于晶體管的VU與圖1中所說明的1-晶體管快閃存儲器單元103不同，1-晶體管存儲器單元211不經由通過電介質隧道材料222的福勒-諾丁漢姆(Fowler-Nordheim)隧穿和/或熱電子注入來操作。而是,本發(fā)明的實施例可經由通過二極管226而非通過電介質材料222的導電路徑(例如，經由通過二極管226的一個或一個以上絕緣體材料的電荷隧穿)將電荷添加到電荷存儲節(jié)點224和/或從電荷存儲節(jié)點224移除電荷。因為與操作存儲器單元211的二極管226相關聯(lián)的電壓低于與操作存儲器單元(例如，圖1中所展示的單元103)相關聯(lián)的電壓，所以存儲器單元211可提供減少的電力消耗和電介質隧道材料222的減少的降級。電介質材料222的減少的降級還可允許電介質材料222比與單元103相關聯(lián)的隧道材料114薄。舉例來說，在一些實施例中，材料222可具有約40埃到60埃的厚度。圖3A說明根據(jù)本發(fā)明的一個或一個以上實施例的處于擦除狀態(tài)和編程狀態(tài)中的存儲器單元。類似于圖2中所展示的存儲器單元211，圖3A中所說明的存儲器單元包括形成于襯底301中的晶體管。在此實例中，晶體管形成于P型襯底301中且包括N+源極區(qū)310和N+漏極區(qū)312。晶體管包括形成于襯底301上且位于溝道區(qū)313與電荷存儲節(jié)點324之間的電介質材料322。在此實例中，電荷存儲節(jié)點324為晶體管的浮動柵極。浮動柵極324可為金屬材料、多晶硅材料或納米晶體材料，以及適合于存儲電荷的其它材料。圖3A中所說明的存儲器單元包括具有耦合到浮動柵極324的第一電極327的二極管326。在此實例中，二極管326為具有定位于第一電極327與第二電極329之間的絕緣體堆疊330的金屬-絕緣體二極管。絕緣體堆疊330包括第一絕緣材料328-1和第二絕緣材料328-2。因而，在此實例中，二極管326為MIIM 二極管。
圖3A的左側說明處于擦除狀態(tài)中的存儲器單元且圖3A的右側說明處于編程狀態(tài)中的存儲器單元。為了將存儲器單元置于擦除狀態(tài)中，可偏置二極管326以經由絕緣體堆疊330從浮動柵極324移除電荷(例如，電子)。為了將單元置于編程狀態(tài)中，可偏置二極管326以經由絕緣體堆疊330將電荷添加到浮動柵極324。對應于本發(fā)明的一個或一個以上存儲器單元實施例的二極管326的特定配置可取決于各種因素，例如(例如)編程和/或擦除存儲器單元所要的電流電平。所要的電流電平可取決于若干因素，例如所要的編程時間。舉例來說，為了實現(xiàn)納秒(ns)級到毫秒(ms)級的編程時間，可使用約5kA/cm2到約5mA/cm2的電流密度。實施例不限于特定編程時間和/或電流密度要求。用以實現(xiàn)特定編程/擦除時間的電流密度可取決于各種因素，包括材料的類型、大小和/或浮動柵極324的厚度，以及其它因素。在一個或一個以上實施例中，二極管326可為不對稱的ΜΠΜ 二極管，例如硅化鉭/氧化硅/氧化鋯/氮化鈦(TaSi/SiOx/ZrOx/TiN)MnM 二極管或氮化硅鉭/氧化硅/氧化鉿/氮化鈦(TaSiN/SiOX/HfOX/TiN)MnM 二極管。在一個或一個以上實施例中，二極管326可為對稱的ΜΠΜ 二極管，例如氮化鈦/氮化硅/氧化鋁/氧化鉿/氮化鈦(TiN/Si3N4/A10x/Hf0x/TiN)MIIIM 二極管或硅化鉭/氮化硅/氧化鋁/氧化鋯/硅化鉭(TaSi/Si3N4/A10x/Zr0x/TaSi)MIIIM 二極管。對稱的二極管指代具有相同材料的兩個電極(例如，使得頂部/底部電極的功函數(shù)相同)的二極管，而非對稱的二極管包括由不同材料制成的電極。實施例不限于這些實例。舉例來說，二極管326的各種結構可產生適合于編程、讀取和/或擦除根據(jù)本文中所描述的實施例的存儲器單元的對應電流密度對電壓信號。圖3B為說明對應于圖3A中所展示的存儲器單元的電流對電壓曲線的圖。所述圖說明漏極-源極電流(Ids)對跨越二極管326的電壓(Vd)。曲線332表示針對處于擦除狀態(tài)中的單元的電流對電壓曲線，而曲線333表示針對處于編程狀態(tài)中的單元的電流對電壓曲線。如上文所描述，可通過感測響應于施加到二極管326的特定電壓Vd的電流Ids來確定存儲器單元的狀態(tài)。曲線332與曲線333之間的差異是歸因于存儲器單元的不同閾值電壓(Vt)，閾值電壓取決于是編程單元(例如，經由絕緣體堆疊330將電子存儲于浮動柵極324上)還是擦除單元(例如，經由絕緣體堆疊330從浮動柵極324移除電子)。圖4說明具有根據(jù)本發(fā)明的實施例的一個或一個以上存儲器單元的存儲器陣列400的一部分。圖4的實施例說明類似于NAND快閃架構的架構。然而，實施例不限于此實
例。如圖4中所展示，存儲器陣列400包括存取線(例如，字線405-1、405-2.....405-N)
和對應感測線(例如，局部位線407-1、407-2、...、407-M)。為了容易在數(shù)字環(huán)境中尋址，字線405-1、405-2、...、405-N的數(shù)目和局部位線407-1、407-2、...、407_M的數(shù)目可為2的某個冪(例如，256個字線乘4，096個位線)。存儲器陣列400包括NAND串409-1、409-2、...、409_M。每一 NAND串包括存儲器單元411-1、411-2、...、411-N，每一存儲器單元與相應字線405_1、405_2、...、405_N相關聯(lián)。每一 NAND串409-1、409-2、...、409_M (和其構成的存儲器單元)還與局部位線407-1、
407-2.....407-M相關聯(lián)。在源極選擇柵極(SGS)(例如，場效晶體管(FET) 413)與漏極選
擇柵極(SO))(例如，F(xiàn)ET419)之間源極到漏極地串聯(lián)連接每一 NAND串409_1、409_2、...、409-M的存儲器單元411-1、411-2、...、411_N。每一源極選擇柵極413經配置以響應于源極選擇線417上的信號而選擇性地將相應NAND串409耦合到共同源極423，而每一漏極選擇柵極419經配置以響應于漏極選擇線415上的信號而選擇性地將相應NAND串409耦合到相應位線407。如圖4中所說明的實施例中所展示，源極選擇柵極413的源極連接到共同源極線423。源極選擇柵極413的漏極連接到對應NAND串409-1的存儲器單元411-1的源極。漏極選擇柵極419的漏極在漏極接點421-1處連接到用于對應NAND串409-1的局部位線407-1。漏極選擇柵極419的源極連接到對應NAND串409-1的最后一個存儲器單元411-N的漏極。存儲器單元411-1、411_2、...、411_N可為存儲器單元，例如圖2中所說明的存儲器單元211。舉例來說，在一個或一個以上實施例中，存儲器單元411-1、411-2、...、411_N的建構包括具有源極、漏極、浮動柵極或其它電荷存儲節(jié)點424的晶體管，以及二極管426。
存儲器單元411-1、411-2.....411-N的二極管426具有耦合到電荷存儲節(jié)點424的第一電
極和耦合到相應字線405-1、405-2.....405-N的第二電極。因而，存儲器單元411-1、411-2、...、411_N 的“列”組成 NAND 串 409-1、409_2、...、409-M且分別耦合到給定局部位線407-1、407-2、...、407_M。存儲器單元411-1、
411-2.....411-N的“行”為共同耦合到給定字線405-1,405-2.....405-N的那些存儲器
單元。術語“列”和“行”的使用未打算暗示特定線性(例如，存儲器單元的垂直和/或水平定向)。將類似地布置NOR陣列架構，不同之處在于將在選擇柵極之間并聯(lián)地耦合存儲器單兀的串。存儲器陣列400的操作可類似于NAND快閃存儲器單元(例如，結合圖1描述的單
元103)的陣列的操作。舉例來說，耦合到目標(例如，選定)字線(例如，405-1、405-2.....405-N)的單元的子集可作為一群組一起編程和/或讀取。在編程操作期間，與以編程操作為目標的存儲器單元相關聯(lián)的選定字線將接收第一電壓(例如，編程電壓)，所述第一電壓經設計以在選定字線未被禁止編程(例如，經由提供到存儲器單元所耦合到的位線的禁止電壓)的情況下改變耦合到所述選定字線的存儲器單元的數(shù)據(jù)狀態(tài)。施加到二極管426的頂部電極(例如，經由所述選定字線)的編程電壓為足以激活(例如，接通)二極管426來產生通過二極管的導電路徑以將電荷添加到浮動柵極424的電壓。在各種實施例中，編程電壓不足以提供電子通過存儲器單元的隧穿電介質材料(例如，圖2中所展示的材料222或圖3A中所展示的材料322)的隧穿。作為實例，編程電壓可具有約3伏到5伏的量值。為了執(zhí)行擦除操作，可用在極性上與編程電壓相反的擦除電壓來偏置存儲器單元411-1、411-2、...、411-N的二極管426。擦除電壓足以激活二極管來產生通過二極管426的導電路徑以從浮動柵極422移除電荷。類似于編程電壓，擦除電壓不足以提供電子通過單元的隧穿電介質材料的隧穿。因而，擦除電壓足以產生通過二極管426的絕緣體材料(例如，通過圖3A中所展示的絕緣體堆疊330)的電子隧穿，但不足以提供通過位于晶體管的浮動柵極422與溝道區(qū)之間的電介質材料的福勒-諾丁漢姆(Fowler-Nordheim)隧穿和/或熱電子注入。舉例來說，擦除電壓可為約3伏到5伏。然而，編程和/或擦除電壓的量值可取決于各種因素(例如，二極管426的配置和所要的編程電流和/或所要的編程速度，以及其它因素)而變化。在感測操作(例如，讀取操作)期間，可感測耦合到選定單元的位線的導通(例如，經由位線的經確定的電壓和/或電流改變)，以便確定選定單元的狀態(tài)。感測操作可涉及以量值上低于編程和/或擦除電壓的電壓偏置二極管426(例如，經由選定字線405-1、405-2、...、405-N)且接著感測對應于選定存儲器單元的位線(例如，位線407-1)上的電壓和/或電流?；蛘?，讀取操作可包括對位線(例如，407-1)進行預充電且在選定單元開始導通的情況下感測放電。作為實例，跨越二極管426所施加的讀取電壓可為約-1伏到_2伏；然而，實施例不限于特定讀取電壓。存儲器單元411-1、411_2、...、411_N可為非易失性存儲器單元。然而，在一些實施例中，存儲器單元411-1、411-2、...、411-N可為易失性的，使得需要電力來維持單元的所存儲狀態(tài)。圖5A為對應于根據(jù)本發(fā)明的一個或一個以上實施例的二極管的能帶圖550。圖550可對應于二極管，例如圖2中所展示的二極管226。在圖5A中所說明的實例中，二極管為在頂部電極(TE)與底部電極(BE)之間具有三個絕緣體材料(I1、12和13)的堆疊的ΜΙΠΜ 二極管。作為實例，頂部和/或底部電極可為例如TaS1、TiN, TaSiN的材料，或經摻雜多晶硅材料。絕緣體堆疊可包括各種不同絕緣體材料，包括(但不限于)各種氧化物和/或氮化物材料，例如Si0x、Zr0x、Hf0x、A10x、Si3N4、Ta0x、La0x和SiON。在一個或一個以上實施例中，絕緣體堆疊的絕緣體I1、12和13可具有氧化物-氮化物-氧化物(ONO)配置。在一個或一個以上實施例中，絕緣體材料I1、12和13中的至少一者可為高K電介質材料。實施例不限于特定二極管配置。舉例來說，一些實施例可包括在絕緣體堆疊中具有三種以上或三種以下絕緣體材料的二極管。在此實例中，第一(Il)和第三(13)絕緣體具有約5埃的厚度且第二絕緣體(12)具有約10埃的厚度。然而，絕緣體11、12和13的尺寸可取決于若干因素(例如，絕緣體材料的類型和所要電流密度對電壓曲線，以及其它因素)而變化。能帶圖550說明在反向偏壓下的ΜΙΠΜ 二極管(例如，頂部電極的電位低于底部電極的電位)。在此反向偏壓下，電子可隧穿通過二極管的絕緣體材料(例如，從頂部電極到底部電極)且可存儲于如上文所論述的耦合到底部電極的電荷存儲節(jié)點(例如，圖2中所展示的電荷存儲節(jié)點224或圖4中所展示的浮動柵極424)中。雖然未在圖550中展示，但跨越二極管所施加的正向偏壓可用以誘發(fā)電子從存儲器單元的電荷存儲節(jié)點通過絕緣體堆疊的隧穿以便從存儲節(jié)點移除電荷(例如，擦除存儲器單元)。圖5B為說明與圖5A的二極管相關聯(lián)的電流密度對電壓的圖560。曲線562表示在反向偏壓下的金屬-絕緣體二極管且曲線564表示在正向偏壓下的金屬-絕緣體二極管。在此實例中，二極管為對稱二極管，使得正向偏壓和反向偏壓曲線是對稱的；然而，實施例不限于此實例。舉例來說，本發(fā)明的實施例可包括具有各種非對稱配置的二極管，使得正向偏壓和反向偏壓曲線將為非對稱的。圖560表不可根據(jù)本文中所描述的一個或一個以上存儲器單兀(例如，圖2中所展示的存儲器單元211)來使用的二極管的電流密度對電壓響應的一個實例。在操作中，可以第一電壓(例如，Vwrite566)偏置二極管以便編程存儲器單元。寫入電壓566足以提供通過二極管的絕緣體堆疊的適合電流以便快速地將電荷積聚于存儲器單元的電荷存儲節(jié)點上。在此實例中，Vwrite566為約-4伏，其提供約lX106A/cm2的電流密度。在各種實施例中，與編程電壓566相關聯(lián)的電流密度為至少lX104A/cm2。然而，電流密度可基于二極管的配置和/或單元的所要編程時間以及其它因素而變化。
可以第二電壓(例如，VeraSe568)偏置二極管以便擦除存儲器單元。即，擦除電壓568足以提供通過二極管的絕緣體堆疊的適合電流以便快速地從存儲器單元的電荷存儲節(jié)點移除電荷。在此實例中，Verase568為約4伏，其提供約IX 106A/cm2的電流密度。在各種實施例中，寫入電壓(例如，Vwrite566)和擦除電壓(例如，Verase568)不足以提供電荷通過晶體管的電荷存儲節(jié)點與溝道區(qū)之間的電介質材料(例如，隧道氧化物材料)的隧穿。舉例來說，在一些實施例中，擦除電壓和寫入電壓可具有低于約5伏的量值。用寫入電壓566和/或擦除電壓568偏置二極管可包括在二極管的頂部電極與襯底的阱區(qū)之間產生特定電壓差。以不足以促進通過隧道氧化物材料的福勒-諾丁漢姆(Fowler-Nordheim)隧穿和/或熱電子注入的電壓偏置存儲器單元的二極管可防止隧道氧化物材料的降級，以及具有其它益處。為了讀取存儲器單元的狀態(tài)，可用第三電壓(例如，Vread567)偏置二極管。讀取電壓567在量值上低于寫入電壓566和擦除電壓568，這是因為需要在讀取操作期間具有通過二極管的較低的電流流動。在此實例中，Vread567為約-2伏，其提供約IX 102A/cm2的電流密度。在各種實施例中，與讀取電壓567相關聯(lián)的電流密度不超過IX 102A/cm2?？?例如)通過感測響應于施加到金屬-絕緣體二極管的頂部電極的讀取電壓的在晶體管的源極與漏極之間的電流來確定邏輯狀態(tài)(例如，邏輯“O”或“ I”)。在本文中描述存儲器單元結構和方法。一個或一個以上存儲器單元包括:晶體管，其具有電荷存儲節(jié)點；電介質材料，其定位于所述晶體管的所述電荷存儲節(jié)點與溝道區(qū)之間，所述溝道區(qū)定位于源極區(qū)與漏極區(qū)之間；以及二極管的第一電極，其耦合到所述電荷存儲節(jié)點。一個或一個以上實施例包括:用第一電壓偏置二極管以經由所述二極管將電荷添加到晶體管的電荷存儲節(jié)點；以及用第二電壓偏置所述二極管以經由所述二極管從所述電荷存儲節(jié)點移除電荷。所述二極管的第一電極耦合到所述電荷存儲節(jié)點。而且，所述第一電壓和所述第二電壓不足以提供電荷通過所述晶體管的所述電荷存儲節(jié)點與溝道區(qū)之間的電介質材料的隧穿。雖然已在本文中說明且描述了特定實施例，但所屬領域的技術人員應了解，打算實現(xiàn)相同結果的布置可替換所展示的特定實施例。本發(fā)明意欲涵蓋本發(fā)明的各種實施例的改編或變化。應理解，已以說明性方式而非限制性方式來進行以上描述。在審閱以上描述之后，所屬領域的技術人員將明白以上實施例和本文中未特定描述的其它實施例的組合。本發(fā)明的各種實施例的范圍包括使用以上結構和方法的其它應用。因此，應參考所附權利要求書連同所述權利要求書有權擁有的等效物的完整范圍來確定本發(fā)明的各種實施例的范圍。在前述具體實施方式
中，為了使本發(fā)明簡化的目的，在單一實施例中將各種特征分組在一起。此揭示方法不應被解釋為反映本發(fā)明的所揭示的實施例必須使用比在每一權利要求中明確陳述的特征多的特征的意圖。而是，如所附權利要求書所反映，發(fā)明性標的物在于比單一所揭示實施例的全部特征少的特征。因此，所附權利要求書特此并入于具體實施方式
中，其中每一權利要求獨立地作為一單獨實施例。
權利要求
1.一種存儲器單元，其包含: 晶體管，其包括電荷存儲節(jié)點； 電介質材料，其定位于所述晶體管的所述電荷存儲節(jié)點與溝道區(qū)之間，所述溝道區(qū)定位于源極區(qū)與漏極區(qū)之間；以及 二極管的第一電極，所述第一電極耦合到所述電荷存儲節(jié)點。
2.根據(jù)權利要求1所述的存儲器單元，其中所述二極管為金屬-絕緣體二極管，所述金屬-絕緣體二極管具有定位于所述第一電極與第二電極之間的至少第一絕緣體材料和第二絕緣體材料。
3.根據(jù)權利要求1所述的存儲器單元，其中所述二極管包括定位于所述第一電極與第二電極之間的至少三種絕緣體材料的堆疊。
4.根據(jù)權利要求1所述的存儲器單元，其中所述電荷存儲節(jié)點是所述晶體管的浮動柵極。
5.根據(jù)權利要求1所述的存儲器單元，其中所述二極管的第二電極耦合到對應于所述存儲器單元的字線。
6.根據(jù)權利要求1到5中任一權利要求所述的存儲器單元，其中所述源極區(qū)和所述漏極區(qū)中的至少一者耦合到對應于所述存儲器單元的位線。
7.根據(jù)權利要求1到5中任一權利要求所述的存儲器單元，其中所述存儲節(jié)點包括從包括以下各者的群組選擇的材料: 金屬材料；` 多晶娃材料；以及 納米晶體材料。
8.根據(jù)權利要求1到5中任一權利要求所述的存儲器單元，其包括通過所述二極管的導電路徑，所述導電路徑將電荷提供到所述存儲節(jié)點。
9.根據(jù)權利要求1到5中任一權利要求所述的存儲器單元，其包括通過所述二極管的導電路徑，所述導電路徑從所述存儲節(jié)點移除電荷。
10.一種存儲器單元，其包含: 晶體管，其具有通過電介質材料而與溝道區(qū)分離的浮動柵極；以及 二極管的第一電極，所述第一電極耦合到所述浮動柵極。
11.根據(jù)權利要求10所述的存儲器單元，其中所述二極管為從包括以下各者的群組選擇的二極管: 金屬-絕緣體二極管； PIN 二極管； 齊納二極管； 肖特基二極管；以及 共振隧穿二極管RTD。
12.根據(jù)權利要求10所述的存儲器單元，其中所述二極管為金屬-絕緣體二極管，所述金屬-絕緣體二極管包括定位于所述金屬-絕緣體二極管的所述第一電極與第二電極之間的絕緣體堆疊的第一絕緣體材料和第二絕緣體材料。
13.根據(jù)權利要求12所述的存儲器單元，其包括通過所述絕緣體堆疊的導電路徑，電荷通過所述導電路徑被提供到所述浮動柵極并從所述浮動柵極移除。
14.根據(jù)權利要求12所述的存儲器單元，其中所述絕緣體堆疊包括定位于所述第一電極與所述第二電極之間的至少第三絕緣體材料。
15.根據(jù)權利要求10到14中任一權利要求所述的存儲器單元，其中所述二極管經配置以使得其響應于具有約4V的量值的第一所施加電壓而提供至少I X 104A/cm2的第一電流密度。
16.根據(jù)權利要求15所述的存儲器單元，其中所述二極管經配置以使得其響應于具有約2V的量值的第二所施加電壓而提供不超過lX102A/cm2的第二電流密度。
17.根據(jù)權利要求12所述的存儲器單元，其中所述絕緣體堆疊為ONO(氧化物-氮化物-氧化物)堆疊。
18.根據(jù)權利要求10到14中任一權利要求所述的存儲器單元，其中將所述溝道區(qū)與所述浮動柵極分離的所述電介質材料的厚度小于約60埃。
19.一種操作存儲器單元的方法，所述方法包含: 用第一電壓偏置二極管以經由所述二極管將電荷添加到晶體管的電荷存儲節(jié)點；以及 用第二電壓偏置所述二極管以經由所述二極管從所述電荷存儲節(jié)點移除電荷； 其中所述二極管的第一電極耦合到所述電荷存儲節(jié)點；且 其中所述第一電壓和所述第二電壓不足以提供電荷通過所述晶體管的所述電荷存儲節(jié)點與溝道區(qū)之間的電介質材料的隧穿。
20.根據(jù)權利要求19所述的方法，其中用所述第一電壓偏置所述二極管包括對所述存儲器單元進行編程。
21.根據(jù)權利要求20所述的方法，其中用所述第二電壓偏置所述二極管包括擦除所述存儲器單元。
22.根據(jù)權利要求19到21中任一權利要求所述的方法，其中所述第一電壓和所述第二電壓具有小于約5V的量值。
23.根據(jù)權利要求19到21中任一權利要求所述的方法，其包括通過感測響應于用量值上低于所述第一電壓和所述第二電壓的第三電壓偏置所述二極管的在所述晶體管的源極與漏極之間的電流來確定所述存儲器單元的狀態(tài)。
24.根據(jù)權利要求19到21中任一權利要求所述的方法，其中所述二極管為包括在所述二極管的所述第一電極與第二電極之間的至少兩種絕緣體材料的堆疊的金屬-絕緣體二極管。
25.一種操作存儲器單元的方法，所述方法包含: 通過經由具有耦合到晶體管的浮動柵極的第一電極的金屬-絕緣體二極管的絕緣體堆疊將電荷提供到所述浮動柵極來將所述存儲器單元置于第一狀態(tài)中；以及 通過感測響應于施加到所述金屬-絕緣體二極管的第二電極的讀取電壓的在所述晶體管的源極與漏極之間的電流來確定所述存儲器單元的邏輯狀態(tài)。
26.根據(jù)權利要求25所述的方法，其包括通過經由所述金屬-絕緣體二極管的所述絕緣體堆疊從所述晶體管的所述浮動柵極移除電荷來將所述存儲器單元置于第二狀態(tài)中。
27.根據(jù)權利要求26所述的方法，其中所述第一狀態(tài)為編程狀態(tài)且所述第二狀態(tài)為擦除狀態(tài)。
28.根據(jù)權利要求25到27中任一權利要求所述的方法，其中將所述存儲器單元置于所述第一狀態(tài)中包括:提供所述第二電極與和所述晶體管相關聯(lián)的阱區(qū)之間的第一電壓差，所述第一電壓差不足以提供通過位于所述晶體管的所述浮動柵極與溝道區(qū)之間的電介質材料的電荷隧穿。
29.根據(jù)權利要求25到27中任一權利要求所述的方法，其中所述絕緣體堆疊包括第一絕緣體材料、第二絕緣體材料和第三絕緣體材料，且其中所述第一絕緣體材料、所述第二絕緣體材料和所述第三絕緣體材料中的至`少一者為高K電介質。
全文摘要
在本文中描述存儲器單元結構和方法。一個或一個以上存儲器單元包括晶體管，其具有電荷存儲節(jié)點；電介質材料，其定位于所述晶體管的所述電荷存儲節(jié)點與溝道區(qū)之間，所述溝道區(qū)定位于源極區(qū)與漏極區(qū)之間；以及二極管的第一電極，其耦合到所述電荷存儲節(jié)點。
文檔編號H01L27/115GK103119718SQ201180045020
公開日2013年5月22日 申請日期2011年8月24日 優(yōu)先權日2010年8月31日
發(fā)明者古爾特杰·S·桑胡, 巴斯卡爾·斯里尼瓦桑 申請人:美光科技公司