專利名稱：多值的、其信噪比有所改善的固定值存儲(chǔ)單元的制作方法
普通的存儲(chǔ)單元都可以存儲(chǔ)一位(Bit)信息。存儲(chǔ)單元的兩個(gè)狀態(tài)譬如可以是在一個(gè)單一晶體管存儲(chǔ)單元內(nèi)晶體管的一個(gè)高的或低的截止電壓。在很多公開的存儲(chǔ)單元中，位線在讀出過程中首先被預(yù)充電到一個(gè)確定的電壓。在經(jīng)由字線控制存儲(chǔ)單元時(shí)，連接到存儲(chǔ)單元上的位線根據(jù)存儲(chǔ)單元的具體狀態(tài)被或多或少地再充電。據(jù)此，存儲(chǔ)單元的信息可經(jīng)由位線的一個(gè)高的或者低的電平被讀出。為了得到高的抗干擾性，這兩個(gè)電平必須具有盡可能高的電壓差，例如具有正的饋電電壓和零伏。
為了增加信息密度，特別是在固定值存儲(chǔ)器中，有時(shí)也采用多值的存儲(chǔ)單元。多值的存儲(chǔ)單元是其存儲(chǔ)能力分別多于一位的存儲(chǔ)單元。
其公布號(hào)為WO 82/02977的國際專利申請(qǐng)公開了一種可用掩膜程序化的固定值存儲(chǔ)器(ROM)，在其存儲(chǔ)單元中可存儲(chǔ)多于僅只有兩個(gè)邏輯狀態(tài)。其中，為了得到同樣尺寸的、且尺寸最小的存儲(chǔ)單元，邏輯狀態(tài)是這樣編入存儲(chǔ)單元的，即處在具體的存儲(chǔ)單元中的晶體管的閾電壓(截止電壓)分別被單獨(dú)調(diào)整。
其中，多個(gè)，例如四個(gè)不同的電壓值或電流值須可靠地被區(qū)別。這意味著譬如為了建立穩(wěn)定的基準(zhǔn)電壓須付出較高的電路費(fèi)用，并首先意味著抗干擾性有所降低。這還會(huì)導(dǎo)致成品率降低。估計(jì)，這是多值的存儲(chǔ)單元迄今沒達(dá)到實(shí)用階段的原因所在。在現(xiàn)代的、其饋電電壓有所降低的，譬如為3.3伏的存儲(chǔ)器中，上述缺點(diǎn)更是不可接受的。
本發(fā)明的任務(wù)在于提供一種多值的存儲(chǔ)單元，其中，盡量減少所需的電路費(fèi)用并且與已公開的、多值的存儲(chǔ)單元相比，其信噪比有顯著改善。按照本發(fā)明，解決該任務(wù)的技術(shù)方案在于在權(quán)利要求1中所描述的特征。
權(quán)利要求2至8涉及本發(fā)明的、優(yōu)選的實(shí)施形式，并且權(quán)利要求9和10分別涉及對(duì)本發(fā)明的固定值存儲(chǔ)單元內(nèi)容的讀出方法。
下面借助附圖詳細(xì)說明本發(fā)明。附圖所示為

圖1 本發(fā)明的、在四個(gè)可能的狀態(tài)下的存儲(chǔ)單元的視圖，
圖2A至2D 一個(gè)本發(fā)明的、用于實(shí)施四個(gè)不同存儲(chǔ)狀態(tài)的存儲(chǔ)單元用的MOS型晶體管的不同的實(shí)施形式，圖3圖2D的另一種派生形式，圖4第一個(gè)改進(jìn)的本發(fā)明存儲(chǔ)單元電路圖，圖5用于說明制作圖4所示存儲(chǔ)單元的剖面圖，圖6第二個(gè)改進(jìn)的本發(fā)明存儲(chǔ)單元電路圖。
在圖1中示出了在四個(gè)不同狀態(tài)M，M’、M”和M下編制程序的、本發(fā)明的存儲(chǔ)單元及其具體的單元引線端1、2和3。其中，具有狀態(tài)M的存儲(chǔ)單元沒有點(diǎn)形標(biāo)記，具有狀態(tài)M’的存儲(chǔ)單元在單元引線端1上有一個(gè)點(diǎn)形標(biāo)記，具有狀態(tài)M”的存儲(chǔ)單元在單元引線端2上有一個(gè)點(diǎn)形標(biāo)記，并且具有狀態(tài)M的存儲(chǔ)單元在單元引線端1和2上均有一個(gè)點(diǎn)形標(biāo)記。所以，具有存儲(chǔ)的狀態(tài)M和M的存儲(chǔ)單元就單元引線端1和2而言是對(duì)稱的，并且具有存儲(chǔ)的狀態(tài)M’和M”的存儲(chǔ)單元就單元引線端1和2而言是非對(duì)稱的。
圖2A至2D舉例性地示出了四個(gè)狀態(tài)在一個(gè)譬如處在一個(gè)一次可編程序的存儲(chǔ)單元(OTP存儲(chǔ)單元)中的N溝道晶體管內(nèi)的存儲(chǔ)情況。
其中，圖2A示出了未編程序的、對(duì)稱的MOS晶體管。在圖2B所示的MOS晶體管中，在單元引線端1附近的柵極氧化物的范圍內(nèi)置入了負(fù)電荷。據(jù)此，為了在該區(qū)域的下方建立一個(gè)反型溝道，柵極電壓VG須高于單元引線端2附近的柵極氧化物下方的電壓。簡言之，這意味著單元引線端1附近的截止電壓VT局部有所升高。MOS晶體管在飽和區(qū)(漏源極間電壓VDS＞VG-VT)工作時(shí)，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通近乎只取決于源極引線端附近的截止電壓。按照規(guī)定，源極引線端是兩個(gè)單元引線端1或2中的那個(gè)具有較低的電壓的單元引線端。據(jù)此，在選擇單元引線端1作為源極時(shí)，得到一個(gè)高的截止電壓，在選擇單元引線端2作為源極時(shí)，得到一個(gè)低的截止電壓。在圖2C中所示的單元引線端1和2的情況與圖2B所示的情況實(shí)際上恰恰顛倒。而圖2D則示出了兩側(cè)的截止電壓均被升高的情況。
圖3示出了在整條溝道中有所升高的截止電壓的情況。在電氣特性方面，圖2D和圖3所示的晶體管是相等的，但可采用不同程序設(shè)計(jì)方法，后面還要對(duì)此詳加說明。
在下面的表中依次列出了用于圖2A至2D或者圖3所示的晶體管的截止電壓(閾電壓)VT與單元引線端1和2上的電壓VDS的極性的關(guān)系以及所屬的、作為2位數(shù)的單元信息。其中，須注意的是，與普通的1位存儲(chǔ)單元一樣，待讀的信號(hào)具有同樣高的信噪比。
VDS＝V21＞0時(shí)的VT VDS＝V12＞0時(shí)的VT單元信息低 低 00M低 高 01M’高 低 10M”高 高 11M對(duì)狀態(tài)M”和M進(jìn)行區(qū)別的措施譬如可在于，先在第一單元引線端1上置一個(gè)固定的電平，單元引線端2上的位線被預(yù)充到一個(gè)預(yù)充電平，其中，此預(yù)充電平與單元引線端1上的固定電平是不同的，并且隨后在驅(qū)動(dòng)存儲(chǔ)單元之后對(duì)位線電位的變化加以評(píng)定。然后把該固定電平置于單元引線端2上，對(duì)單元引線端1上的位線進(jìn)行預(yù)充電并再次評(píng)定位線的電位變化。
評(píng)定也可這樣進(jìn)行，即首先把一個(gè)第一固定電平置于單元引線端1上，并對(duì)單元引線端2上的位線的電平進(jìn)行評(píng)定，并且隨后把一個(gè)第二固定電平置于單元引線端1上，并再次對(duì)單元引線端2上的位線的電平進(jìn)行評(píng)定。
本發(fā)明的存儲(chǔ)單元譬如特別適用于一次可編程序的存儲(chǔ)器(OTP)。其中，可通過把電子局部注入一個(gè)至少是MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管的絕緣層ISO的一個(gè)構(gòu)成部分的氧化物-氮化物-氧化物層(ONO)中，或通過把電子局部注入一個(gè)普通的氧化物層中來完成程序編制。其中，在漏源極間電壓VDS高的情況下注入“熱的”電荷時(shí)，這些電荷被注入漏極區(qū)附近的一個(gè)小的范圍內(nèi)。與普通的氧化物層相比，所謂的ONO層的優(yōu)點(diǎn)在于，ONO層具有高的電子俘獲概率，并且這些電荷實(shí)際上不進(jìn)行側(cè)向運(yùn)動(dòng)。通過均勻的注入可造成圖3所示的狀態(tài)。
本發(fā)明的另一實(shí)施形式在于，一個(gè)引線端附近的溝道范圍的摻雜不同于MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管的其余溝道的摻雜。這可譬如通過一個(gè)注入掩膜來完成，該注入掩膜的開孔只覆蓋溝道范圍的一部分。也可在對(duì)源/漏極進(jìn)行注入前，在譬如覆蓋住源極范圍的情況下在漏極注入附加的摻雜，并把其從晶體管的漏極側(cè)擴(kuò)散到溝道中。為此所需的掩膜是自調(diào)準(zhǔn)的并因此較不臨界。此外，也可考慮選擇以緩斜角或以銳角對(duì)源漏極進(jìn)行注入。銳角注入，譬如由0至約7度角注入已在標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)中公開。從LATID晶體管(大角度傾斜注入的漏極)的開發(fā)中提供了緩斜角，如30至60度角注入的經(jīng)驗(yàn)。相對(duì)而言，用于以緩斜角注入的掩膜是不臨界的，因?yàn)樵撗谀ぶ豁氃谙驏艠O氧化物的過渡范圍內(nèi)與相關(guān)的源漏極區(qū)重疊并可與溝道范圍任意重疊。
作為替代提高截止電壓的方案，也可譬如通過注入正的電荷來降低截止電壓。
此外，相應(yīng)的存儲(chǔ)單元當(dāng)然不僅可用n溝道晶體管實(shí)現(xiàn)，而且也可用p溝道晶體管實(shí)現(xiàn)。
為了建立晶體管的非對(duì)稱性，不僅可考慮截止電壓的影響，而且也可考慮譬如改變氧化物的厚度或在漏極引線端和源極引線端附近選用不同的晶體管寬度。
此外，在對(duì)存儲(chǔ)單元進(jìn)行讀出時(shí)，對(duì)三個(gè)不同的晶體管狀態(tài)可如此進(jìn)行區(qū)別，即晶體管或者在線性區(qū)工作，就是說在漏源極間電壓VDS小于減少了閾電壓VT的柵極電壓(VDS＜VG-VT)的情況下工作，或者在飽和區(qū)工作。在該情況下，所有引線端不轉(zhuǎn)換極性，而只是單元引線端1和單元引線端2的壓差的大小有所改變。在不同的工作點(diǎn)所產(chǎn)生的閾電壓列于下表圖V21＞V31時(shí)的VT V21≈V31時(shí)的VT 單元信息2A低低 0M2B高低 1M’2D.3 高高 2M除了在MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管T內(nèi)建立對(duì)稱或者非對(duì)稱之外，在另一實(shí)施形式中，通過加有的元件，如二極管或電阻形成對(duì)稱或者非對(duì)稱。
在圖4中示出了一個(gè)MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其源/漏極區(qū)經(jīng)一個(gè)二極管D1與單元引線端1相連，其漏/源極區(qū)經(jīng)一個(gè)二極管D2與單元引線端2相連，并且其柵極引線端與單元引線端3相連。其中，根據(jù)具體的程序設(shè)計(jì)，二極管D1可通過一條導(dǎo)電的連線K橋接，并且二極管D2可通過一條導(dǎo)電的連線K’橋接?？蓮南卤碇锌闯鏊膫€(gè)不同的狀態(tài)據(jù)此是如何可存儲(chǔ)在一個(gè)相應(yīng)的存儲(chǔ)單元中的。
設(shè)在如下單元引線端上的二極管V(2)-V(1) 單元狀態(tài) 單元信息-＞0 導(dǎo)通 00M＜0 導(dǎo)通1 ＞0 阻塞 01M’＜0 導(dǎo)通2 ＞0 導(dǎo)通 10M”＜0 阻塞1和2 ＞0 阻塞 11M＜0 阻塞在圖5中示出了圖4所示存儲(chǔ)單元的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施形式的一個(gè)剖面圖，其中，為了形成二極管D1，在本圖中譬如n+摻雜的源/漏極區(qū)S/D內(nèi)插入了一個(gè)p+區(qū)，并且為了形成二極管D2，在本圖中譬如n+摻雜的漏/源極區(qū)D/S內(nèi)同樣插入了一個(gè)p+區(qū)。為了進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，在一個(gè)可用掩膜程序化的固定值存儲(chǔ)器(ROM)中，二極管可通過腐蝕透p+區(qū)直至n+摻雜的源/漏極區(qū)或漏/源極區(qū)的、并包括接觸連線K和K’的接觸孔被橋接。因此，程序化可借助一個(gè)附加的接觸孔掩膜來實(shí)現(xiàn)。
為了用電的方法來編程，二極管必須能單另地被橋接。這可譬如可通過加上一個(gè)高的電壓來進(jìn)行，該電壓譬如通過燒通氧化物隔離層建立持久的導(dǎo)通連接。
替而代之，原有的導(dǎo)電接線也可通過熔化被單另斷開。
圖6和圖4的區(qū)別僅在于，設(shè)置電阻R1和R2，用以替代二極管D1和D2。其中，建立非對(duì)稱的措施可在于，源極饋線中的電阻導(dǎo)致的電流降大于漏極饋線中的電阻所導(dǎo)致的電流降。
單元引線端區(qū)的電阻可通過摻雜材料的密度和摻雜區(qū)的深度被改變。接觸孔的電阻也可通過制作，譬如通過勢(shì)壘的結(jié)構(gòu)形式予以影響。與圖4所描述的實(shí)施形式一樣，程序化可借助一個(gè)附加的掩膜來進(jìn)行，或者用電的方法來進(jìn)行。
權(quán)利要求
1.多值的固定值存儲(chǔ)單元，該存儲(chǔ)單元用于存儲(chǔ)一個(gè)第一或第二狀態(tài)(M，M)制成對(duì)稱結(jié)構(gòu)并且用于存儲(chǔ)至少一個(gè)第三狀態(tài)(M’，M”)制成非對(duì)稱結(jié)構(gòu)。
2.按照權(quán)利要求1所述的、多值的固定值存儲(chǔ)單元，其中，一個(gè)第一單元引線端(1)與一個(gè)MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管(T)的一個(gè)處在一個(gè)半導(dǎo)體(H)中的源/漏極區(qū)(S/D)相連，一個(gè)第二單元引線端(2)與MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管(T)的一個(gè)處在半導(dǎo)體(H)中的漏/源極區(qū)(D/S)相連，并且一個(gè)第三單元引線端(3)與MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極(G)相連，其中，柵極通過一個(gè)絕緣層(ISO)與半導(dǎo)體電氣絕緣并且其中，MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管本身，根據(jù)具體的程序化要求，就第一和第二引線端(1，2)而言或者制成對(duì)稱結(jié)構(gòu)，或者制成非對(duì)稱結(jié)構(gòu)。
3.按照權(quán)利要求2所述的、多值的固定值存儲(chǔ)單元，其中，絕緣層(ISO)具有一個(gè)氧化物-氮化物-氧化物層，為了存儲(chǔ)第一狀態(tài)(M)，向該氧化物-氮化物-氧化物層中沒注入載流子，為了既在源/漏極區(qū)上方的范圍內(nèi)，又在漏/源極區(qū)上方的范圍內(nèi)存儲(chǔ)第二狀態(tài)(M)，向氧化物-氮化物-氧化物層內(nèi)注入了載流子，為了只在源/漏極區(qū)(S/D)上方的范圍內(nèi)存儲(chǔ)第三狀態(tài)(M’)和根據(jù)情況，為了只在漏/源極區(qū)(D/S)上方的范圍內(nèi)存儲(chǔ)第四狀態(tài)(M”)，向氧化物-氮化物-氧化物層中注入了載流子。
4.按照權(quán)利要求2所述的、多值的固定值存儲(chǔ)單元，其中，在源/漏極區(qū)和漏/源極區(qū)之間的一個(gè)處在半導(dǎo)體(H)中的溝道區(qū)在與源/漏極區(qū)相鄰的范圍內(nèi)和在與漏/源極區(qū)相鄰的范圍內(nèi)，為了存儲(chǔ)第一和第二狀態(tài)(M、M)是被相同地?fù)诫s的，并且為了存儲(chǔ)第三狀態(tài)(M’)和根據(jù)情況存儲(chǔ)一個(gè)第四狀態(tài)(M”)是被不同地?fù)诫s的。
5.按照權(quán)利要求1所述的、多值的固定值存儲(chǔ)單元，其中，為了存儲(chǔ)第一狀態(tài)(M)，一個(gè)第一單元引線端(1)與一個(gè)MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管的一個(gè)處在一個(gè)半導(dǎo)體(H)中的源/漏極區(qū)(S/D)直接連接并且一個(gè)第二單元引線端(2)與MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管的一個(gè)處在半導(dǎo)體(H)中的漏/源極區(qū)(D/S)直接連接，其中，為了存儲(chǔ)第二狀態(tài)(M)，一個(gè)第一單元引線端(1)經(jīng)一個(gè)元件(D1、R1)與MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管的一個(gè)處在一個(gè)半導(dǎo)體(H)中的源/漏極區(qū)(S/D)相連，并且一個(gè)第二單元引線端(2)經(jīng)另一元件(D2、R2)與MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管的一個(gè)處在半導(dǎo)體(H)中的漏/源極區(qū)(D/S)連接，其中，為了存儲(chǔ)一個(gè)第三狀態(tài)(M’)，一個(gè)第一單元引線端(1)經(jīng)元件(D1、R1)與MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管的一個(gè)處在一個(gè)半導(dǎo)體(H)中的源/漏極區(qū)(S/D)相連，并且一個(gè)第二單元引線端(2)與MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管的一個(gè)處在半導(dǎo)體(H)中的漏/源極區(qū)(D/S)直接連接，其中，根據(jù)情況，為了存儲(chǔ)一個(gè)第四狀態(tài)(M”)，一個(gè)第一單元引線端(1)與MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管的一個(gè)處在一個(gè)半導(dǎo)體(H)中的源/漏極區(qū)(S/D)直接連接并且一個(gè)第二單元引線端(2)經(jīng)另一元件(D2、R2)與MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管的一個(gè)處在半導(dǎo)體(H)中的漏/源極區(qū)(D/S)連接并且其中，一個(gè)第三單元引線端(3)與MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管的一個(gè)柵極(G)連接，其中，該柵極通過一個(gè)絕緣層(ISO)與半導(dǎo)體電氣絕緣。
6.按照權(quán)利要求5所述的、多值的固定值存儲(chǔ)單元，其中，元件是一個(gè)第一二極管(D1)，并且另一元件是一個(gè)第二二極管(D2)。
7.按照權(quán)利要求6所述的、多值的固定值存儲(chǔ)單元，其中，為了形成第一二極管(D 1)，第一單元引線端(1)經(jīng)一個(gè)第一附加區(qū)(Z1)與MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源/漏極區(qū)(S/D)相連，并且為了形成第二二極管(D2)，第二單元引線端(2)經(jīng)由一個(gè)第二附加區(qū)(Z2)與MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管的漏/源極區(qū)(D/S)連接，其中，為了存儲(chǔ)第一狀態(tài)(M)，第一附加區(qū)和第二附加區(qū)(Z1、Z2)均是通過第一和第二引線端(1、2)的凹陷結(jié)構(gòu)的、至少伸達(dá)源/漏極區(qū)(S/D)和漏/源極區(qū)(D/S)的、金屬接觸(K、K’)被橋接的，其中，為了存儲(chǔ)第二狀態(tài)(M)，第一和第二附加區(qū)(Z1、Z2)均是只通過第一和第二引線端(1、2)的淺平結(jié)構(gòu)的、僅至少伸達(dá)兩個(gè)附加區(qū)的、金屬接觸得到接觸的，其中，為了存儲(chǔ)第三狀態(tài)(M’)，只有第一附加區(qū)(Z1)是通過第一引線端(1)的一個(gè)凹陷結(jié)構(gòu)的、至少伸達(dá)源/漏極區(qū)(S/D)的、金屬接觸被橋接的，并且其中，根據(jù)情況，為了存儲(chǔ)一個(gè)第四狀態(tài)(M”)，只有第二附加區(qū)(Z2)是通過第一引線端(1)的一個(gè)凹陷結(jié)構(gòu)的、至少伸達(dá)漏/源極區(qū)(D/S)的、金屬接觸被橋接的。
8.按照權(quán)利要求5所述的、多值的固定值存儲(chǔ)單元，其中，元件是一個(gè)第一電阻(R1)并且另一元件是一個(gè)第二電阻(R2)。
9.用于讀一個(gè)按照權(quán)利要求2至8之一所述的、多值的固定值存儲(chǔ)單元的方法，其中，在第二單元引線端(2)和第一單元引線端(1)之間加上一個(gè)電壓(V21)并求得一個(gè)第一截止電壓(VT1)，隨后涉及引線端(1、2)對(duì)電壓(V21)進(jìn)行極性變換并求得一個(gè)第二截止電壓(VT2)，并且其中，從兩個(gè)截止電壓中分別求得一個(gè)存儲(chǔ)在多值的固定值存儲(chǔ)單元中的狀態(tài)。
10.用于讀一個(gè)按照權(quán)利要求2至4之一所述的、多值的固定值存儲(chǔ)單元的方法，其中，求得一個(gè)第一截止電壓(VT1)的方式在于，在第二單元引線端(2)和第一單元引線端(1)之間加上一個(gè)電壓(V21)，該電壓是如此之高，使MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管在線性區(qū)工作，其中，隨后求得一個(gè)第二截止電壓(VT2)，其求得方式在于，在第二單元引線端(2)和第一單元引線端(1)之間加上一個(gè)電壓(V21)，該電壓是如此之高，使MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管在飽和區(qū)工作，并且其中，從兩個(gè)截止電壓中分別求得一個(gè)在多值的固定值存儲(chǔ)單元中的存儲(chǔ)狀態(tài)。
全文摘要
本申請(qǐng)的主題涉及一種多值的固定值存儲(chǔ)單元,該多值的固定值存儲(chǔ)單元用于存儲(chǔ)一個(gè)第一或第二狀態(tài)(M,M''')制成對(duì)稱結(jié)構(gòu),用于存儲(chǔ)至少一個(gè)第三狀態(tài)(M’,M'')制成非對(duì)稱結(jié)構(gòu)。據(jù)此得到的優(yōu)點(diǎn)首先在于,在花費(fèi)少量附加投資的情況下,可使存儲(chǔ)能力翻一番,而信噪比又不亞于傳統(tǒng)的存儲(chǔ)單元的信噪比。本申請(qǐng)的主題適用于可用電的方法編程的和可用掩模編程的固定值存儲(chǔ)器,特別是在低壓技術(shù)中使用的上述固定值存儲(chǔ)器。
文檔編號(hào)H01L29/792GK1174628SQ96191959
公開日1998年2月25日 申請(qǐng)日期1996年2月5日 優(yōu)先權(quán)日1995年2月16日
發(fā)明者D·施密特－蘭德思德爾, R·特維斯, M·波爾盧, P·W·巴瑟 申請(qǐng)人:西門子公司