專(zhuān)利名稱(chēng)：鏡像閃存器件及其操作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及閃存器件及操作方法，且特別涉及鏡像閃存器件及其操作方法。
背景技術(shù)：
閃存是一種常見(jiàn)的非易失性存儲(chǔ)器，其具有低成本密度高的特點(diǎn)。傳統(tǒng)的閃存器件每個(gè)存儲(chǔ)單元通常只能存儲(chǔ)一位數(shù)據(jù)，不是“ I ”就是“O”。近年來(lái)，為了提高閃存的存儲(chǔ)密度，工程師們嘗試了多種技術(shù)方案。參考圖1，在申請(qǐng)?zhí)枮?01010027279、名稱(chēng)為“EEPR0M器件及其制造方法”的中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)中，公開(kāi)了一種閃存器件，由于多晶硅具有電荷連續(xù)存儲(chǔ)的特性，因此該技術(shù)方案通過(guò)在多晶硅浮柵中設(shè)置介質(zhì)層，從而將多晶硅浮柵隔離為兩個(gè)互不干擾的部分，以實(shí)現(xiàn)在一個(gè)存儲(chǔ)單元存 儲(chǔ)兩位數(shù)據(jù)。然而這種閃存結(jié)構(gòu)在制作過(guò)程中需要增加多次光刻，成本較高。此外，隨著材料技術(shù)的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)采用電荷分離存儲(chǔ)材料進(jìn)行存儲(chǔ)，例如氮化硅(SIN)、硅納米晶等，也能夠降低柵氧層厚度，實(shí)現(xiàn)鏡像的存儲(chǔ)。在專(zhuān)利號(hào)為US7583530、名稱(chēng)為“Multi-bit memory techno logy (MMT) and cells”的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)中背景技術(shù)部分提到了采用電荷分離存儲(chǔ)材料實(shí)現(xiàn)在一個(gè)存儲(chǔ)單元中存儲(chǔ)兩位數(shù)據(jù)。然而，無(wú)論是采用引入介質(zhì)層對(duì)多晶硅浮柵進(jìn)行隔斷或是采用電荷分離材料，所形成的鏡像存儲(chǔ)器件在進(jìn)行讀取操作時(shí)，都是基于溝道電流大小進(jìn)行判斷，而隨著器件尺寸的進(jìn)一步縮小，短溝道效應(yīng)所導(dǎo)致的漏電流往往無(wú)法忽視，其大小甚至?xí)鲈械臏系离娏?，從而?duì)讀取造成妨礙，給器件尺寸的持續(xù)縮減帶來(lái)困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種鏡像閃存器件及其操作方法，能夠在提高器件存儲(chǔ)密度的同時(shí)，有效的降低器件尺寸。為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明提出一種鏡像閃存器件，至少包括半導(dǎo)體基底，形成于所述半導(dǎo)體基底上的柵極，形成于所述柵極下方的半導(dǎo)體基底中的溝道，分別對(duì)稱(chēng)的分布在所述溝道兩側(cè)的源極和漏極；其中，所述半導(dǎo)體基底至少包括與基底相反摻雜類(lèi)型的離子注入深井，以及位于該深井中且與基底相同摻雜類(lèi)型的離子注入井，所述溝道形成于所述離子注入井中；所述柵極至少包括用于俘獲電荷的浮柵和控制柵，所述浮柵采用電荷分離存儲(chǔ)材料?？蛇x的，所述浮柵采用氮化硅或硅納米晶顆粒?？蛇x的，所述柵極還包括位于所述基底表面的浮柵介質(zhì)層，用于隔離溝道和浮柵；以及位于所述浮柵和所述控制柵之間的控制柵介質(zhì)層，用于隔離所述控制柵和所述浮柵?？蛇x的，所述浮柵介質(zhì)層為二氧化硅。可選的，所述浮柵介質(zhì)層材料具有高介電常數(shù)?？蛇x的，所述浮柵介質(zhì)層材料為三氧化二鋁或二氧化鉿。
可選的，所述控制柵介質(zhì)層為二氧化硅或氧化硅-氮化硅-氧化硅多層結(jié)構(gòu)。可選的，所述源極和漏極具有相同的摻雜濃度。此外，本發(fā)明還提供了一種上述鏡像閃存器件的操作方法，包括讀取操作、擦除操作和編程操作，其中，所述讀取操作至少包括使源極和漏極中的至少一端懸浮，并在另一端以及柵極施加預(yù)定的電壓，從而利用柵致漏電流進(jìn)行讀取。可選的，對(duì)于具有η溝道的鏡像閃存器件，所述讀取操作至少包括使源極和漏極中的至少一端懸浮，并在另一端施加正電壓，在柵極施加一絕對(duì)值大于閾值電壓的負(fù)電
J 卡.O O相較于現(xiàn)有鏡像器件技術(shù)，本發(fā)明鏡像閃存器件基于其電荷存儲(chǔ)局域性的特點(diǎn)，在I個(gè)存儲(chǔ)單元中存儲(chǔ)了兩位數(shù)據(jù)，提高了器件的存儲(chǔ)密度，并且基于柵偏二極管，通過(guò)在讀取操作時(shí)，將源極或漏極置于懸浮狀態(tài)，徹底消除了源漏之間的漏電流，避免了短溝道效 應(yīng)的影響，有利器件尺寸縮減，提高了器件的集成密度


圖I為現(xiàn)有技術(shù)中一種閃存器件單個(gè)存儲(chǔ)單元的剖面示意圖；圖2為本發(fā)明鏡像閃存器件單個(gè)存儲(chǔ)單元的剖面示意圖；圖3至圖6為本發(fā)明鏡像閃存器件操作方法對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)單元剖面示意圖。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合具體實(shí)施例和附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)闡述。本發(fā)明提供了一種鏡像閃存器件。參考圖2，本發(fā)明一種優(yōu)選實(shí)施方式至少包括半導(dǎo)體基底300，形成于半導(dǎo)體基底300上的柵極310，柵極310下方的半導(dǎo)體基底300中形成溝道320，分別對(duì)稱(chēng)的分布在溝道320兩側(cè)的源極330和漏極340。其中，柵極310至少包括用于俘獲電荷的浮柵311和控制柵313，浮柵313采用電荷分離存儲(chǔ)材料。其中，對(duì)具有η溝道的鏡像閃存器件而言，一深η井301形成于一 ρ型半導(dǎo)體基底300中，一 P井302形成于該深η井301之中，可采用常規(guī)的擴(kuò)散或離子注入技術(shù)形成該深η井301或ρ井302。溝道320形成于ρ井302中。η溝道位于ρ井中，在讀取操作時(shí)還可使P井接地或施加負(fù)電壓，以提高電荷收集效率。深η井便于隔離P井和襯底，避免所產(chǎn)生的電流對(duì)襯底或者通過(guò)襯底對(duì)襯底上其它的器件產(chǎn)生影響。其中，柵極310還可包括位于基底300表面的浮柵介質(zhì)層312，用于隔離溝道320和浮柵311 ;以及位于浮柵311和控制柵313之間的控制柵介質(zhì)層314，用于隔離控制柵313和浮柵311。具體的，浮柵介質(zhì)層312可為二氧化硅或具有高介電常數(shù)的介質(zhì)，例如三氧化二鋁或二氧化鉿等；控制柵介質(zhì)層314可為二氧化硅單層結(jié)構(gòu)也可為氧化硅-氮化硅-氧化硅多層結(jié)構(gòu)。其中，源極330和漏極340分別對(duì)稱(chēng)的分布在溝道320兩側(cè)，并且源極330和漏極340摻雜濃度相同，從而相對(duì)于溝道320形成鏡像對(duì)稱(chēng)的結(jié)構(gòu)。對(duì)于η型鏡像閃存器件而言，源極330和漏極340可具有η型重?fù)诫s。該鏡像閃存器件的工作過(guò)程包括讀取操作、擦除操作和編程操作，其中，所述讀取操作至少包括將源極或漏極置于懸浮狀態(tài)，通過(guò)在漏極或源極施加電壓以及在柵極施加電壓，從而利用柵致漏電流進(jìn)行讀取，徹底消除由于短溝道效應(yīng)所引起的源漏之間的柵致漏電流的影響。具體來(lái)說(shuō)，以η型鏡像閃存器件的一個(gè)存儲(chǔ)單元為例參考圖3，在編程操作中，在源極施加Vs，柵極施加Vg，并且將漏極和半導(dǎo)體基底接地，當(dāng)源極電壓Vs為正電壓，例如5V，并且柵極電壓Vg大于閾值電壓，例如Vg為IOV時(shí)，溝道內(nèi)會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的電場(chǎng)，從而發(fā)生熱電子注入效應(yīng)，使得熱電子注入靠近源端的浮柵中。由于浮柵采用電荷分離存儲(chǔ)材料，電荷存儲(chǔ)具有局限性，熱電子注入之后不會(huì)從源端移動(dòng)至漏端，因此在熱電子注入效應(yīng)的作用下，浮柵靠近源端的一側(cè)積聚了越來(lái)越多的熱電子，相對(duì)于柵極的電勢(shì)降低，而浮柵靠近漏端的一側(cè)則形成較少甚至沒(méi)有熱電子的聚集，相對(duì) 于柵極的電勢(shì)升高，因此，將較多熱電子聚集的狀態(tài)定義為“ I ”，將較少熱電子聚集的狀態(tài)定義為“0”，則在源極施加較大正電壓、漏極和半導(dǎo)體基底接地且柵極電壓大于閾值電壓的情況下，該存儲(chǔ)單元處于“10”的狀態(tài)。此外，由于該鏡像閃存器件的存儲(chǔ)單元具有鏡像對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，因此，參考圖4，當(dāng)漏極施加較大正電壓、源極和半導(dǎo)體基底接地且柵極電壓大于閾值電壓時(shí)，該存儲(chǔ)單元處于“01”的狀態(tài)。通過(guò)熱電子注入效應(yīng)以及鏡像對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，能夠使該鏡像閃存單元實(shí)現(xiàn)在一個(gè)存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)兩位數(shù)據(jù)。參考圖5，在讀取操作中，在源極施加一正電壓Vss，例如3V，半導(dǎo)體基底接地，漏極呈懸浮狀態(tài)，當(dāng)柵極施加一較高的負(fù)電壓Vgg，例如-IOV時(shí)，半導(dǎo)體基底中的P井和浮柵所構(gòu)成的PU結(jié)在柵極電壓Vgg的作用下導(dǎo)通，此時(shí)由于P井和源極所構(gòu)成的pn結(jié)在源極電壓Vss的作用下導(dǎo)通，從而產(chǎn)生柵致漏電流。該柵致漏電流的產(chǎn)生機(jī)制來(lái)自兩方面一是沿溝道方向運(yùn)動(dòng)的電子，二是沿垂直于溝道方向運(yùn)動(dòng)的空穴。利用該柵致漏電流進(jìn)行讀取，能夠獲得該鏡像閃存器件當(dāng)前存儲(chǔ)單元源極一側(cè)所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，從而規(guī)避了傳統(tǒng)鏡像存儲(chǔ)器件對(duì)溝道電流的依賴(lài)，有利于器件尺寸持續(xù)減小。此外，P井也可以施加負(fù)電壓，以增加電荷收集效率，提高器件的讀取速度。類(lèi)似的，在漏極施加正電壓，源極懸浮，柵極施加一定的負(fù)電壓，則可對(duì)當(dāng)前存儲(chǔ)單元漏極一側(cè)所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取。在其它實(shí)施方式中，例如對(duì)于P溝道器件而言，可在源極或漏極施加負(fù)電壓，漏極或源極懸浮，柵極施加正電壓，從而讀取源極或漏極一側(cè)的數(shù)據(jù)。參考圖6，在擦除操作中，源極、漏極和半導(dǎo)體基底都接地，柵極施加一較高的負(fù)電壓VG，例如-12V，利用F-N隧道效應(yīng)實(shí)現(xiàn)擦除。應(yīng)該看到，上述各實(shí)施方式中，由于本發(fā)明鏡像閃存器件具有鏡像對(duì)稱(chēng)的結(jié)構(gòu)，源極和漏極互成鏡像，相互對(duì)稱(chēng)，而不再具有其在傳統(tǒng)存儲(chǔ)器件中的特定含義，換句話說(shuō)，源極和漏極可以相互轉(zhuǎn)換，對(duì)源極一側(cè)或漏極一側(cè)的操作也相互獨(dú)立，源極和漏極僅僅起到有源區(qū)的作用。相較于現(xiàn)有鏡像器件技術(shù)，本發(fā)明采用電荷分離存儲(chǔ)材料對(duì)電荷進(jìn)行俘獲，基于其電荷存儲(chǔ)局域性的特點(diǎn)，在I個(gè)存儲(chǔ)單元中存儲(chǔ)了兩位數(shù)據(jù)，提高了器件的存儲(chǔ)密度。此夕卜，本發(fā)明在半導(dǎo)體基底中設(shè)置與基底相反摻雜類(lèi)型的離子注入深井以及位于該深井中且與基底相同摻雜類(lèi)型的離子注入井，使得在讀取操作時(shí)，通過(guò)將半導(dǎo)體基底接地或施加負(fù)電壓，以及將源極或漏極中一端置于懸浮狀態(tài)，對(duì)另一端施加電壓，根據(jù)所產(chǎn)生的柵致漏電流對(duì)該存儲(chǔ)單元相應(yīng)一側(cè)所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取，從而巧妙地對(duì)原本需要遏制的柵致漏電流加以應(yīng)用，徹底消除了源漏之間的溝道漏電流，避免了短溝道效應(yīng)的影響，有利于器件尺寸進(jìn)一步縮減。本發(fā)明雖然已以較佳實(shí)施例公開(kāi)如上，但其并不是用來(lái)限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案做出可能的變動(dòng)和修改，因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明 的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化及修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種鏡像閃存器件，至少包括半導(dǎo)體基底，形成于所述半導(dǎo)體基底上的柵極，形成于所述柵極下方的半導(dǎo)體基底中的溝道，分別對(duì)稱(chēng)的分布在所述溝道兩側(cè)的源極和漏極；其特征在于，所述半導(dǎo)體基底至少包括與基底相反摻雜類(lèi)型的離子注入深井，以及位于該深井中且與基底相同摻雜類(lèi)型的離子注入井，所述溝道形成于所述離子注入井中；所述柵極至少包括用于俘獲電荷的浮柵和控制柵，所述浮柵采用電荷分離存儲(chǔ)材料。
2.如權(quán)利要求I所述的鏡像閃存器件，其特征在于，所述浮柵采用氮化硅或硅納米晶顆粒。
3.如權(quán)利要求I所述的鏡像閃存器件，其特征在于，所述柵極還包括位于所述基底表面的浮柵介質(zhì)層，用于隔離溝道和浮柵；以及位于所述浮柵和所述控制柵之間的控制柵介質(zhì)層，用于隔離所述控制柵和所述浮柵。
4.如權(quán)利要求3所述的鏡像閃存器件，其特征在于，所述浮柵介質(zhì)層為二氧化硅。
5.如權(quán)利要求3所述的鏡像閃存器件，其特征在于，所述浮柵介質(zhì)層材料具有高介電常數(shù)。
6.如權(quán)利要求5所述的鏡像閃存器件，其特征在于，所述浮柵介質(zhì)層材料為三氧化二鋁或二氧化鉿。
7.如權(quán)利要求3所述的鏡像閃存器件，其特征在于，所述控制柵介質(zhì)層為二氧化硅或氧化硅-氮化硅-氧化硅多層結(jié)構(gòu)。
8.如權(quán)利要求I所述的鏡像閃存器件，其特征在于，所述源極和漏極具有相同的摻雜濃度。
9.一種如權(quán)利要求I所述鏡像閃存器件的操作方法，包括讀取操作、擦除操作和編程操作，其中，所述讀取操作至少包括使源極和漏極中的至少一端懸浮，并在另一端以及柵極施加預(yù)定的電壓，從而利用柵致漏電流進(jìn)行讀取。
10.如權(quán)利要求9所述的操作方法，其特征在于，對(duì)于具有η溝道的鏡像閃存器件，所述讀取操作至少包括使源極和漏極中的至少一端懸浮，并在另一端施加正電壓，在柵極施加一絕對(duì)值大于閾值電壓的負(fù)電壓。
全文摘要
一種鏡像閃存器件及其操作方法，其中，所述鏡像閃存器件至少包括半導(dǎo)體基底，形成于所述半導(dǎo)體基底上的柵極，形成于所述柵極下方的半導(dǎo)體基底中的溝道，分別對(duì)稱(chēng)的分布在所述溝道兩側(cè)的源極和漏極；其中，所述半導(dǎo)體基底至少包括與基底相反摻雜類(lèi)型的離子注入深井，以及位于該深井中且與基底相同摻雜類(lèi)型的離子注入井，所述溝道形成于所述離子注入井中；所述柵極至少包括采用電荷分離存儲(chǔ)材料的浮柵和控制柵。本發(fā)明在讀操作時(shí)利用了柵致漏電流，規(guī)避了傳統(tǒng)鏡像器件對(duì)溝道電流的依賴(lài)，有利于器件持續(xù)縮減。
文檔編號(hào)H01L21/8247GK102945850SQ201210507578
公開(kāi)日2013年2月27日 申請(qǐng)日期2012年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月30日
發(fā)明者張 雄 申請(qǐng)人:上海宏力半導(dǎo)體制造有限公司