[發明專利]存儲器單元

無效

• 申請號: 201110145971.1
• 申請日: 2011-06-01
• 公開（公告）號: CN102270642A
• 公開（公告）日: 2011-12-07
• 發明（設計）人: 約翰·迪克·波特;陶國橋;吉多·J·M·多曼斯;喬希姆·C·H·格拉博
• 申請（專利權）人: NXP股份有限公司
• 主分類號: H01L27/115
• 分類號: H01L27/115;H01L29/788;H01L21/8247;H01L21/336
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 王波波

技術領域

本發明涉及一種非易失性存儲器單元，所述非易失性存儲器單元包括浮置柵極晶體管和存取柵極晶體管，還涉及制造這種非易失性存儲器單元的方法。

背景技術

非易失性存儲器(NVM)用于多種電子器件和設備。NVM正成為諸如移動電話、無線電和數碼相機之類的便攜式電子設備的非常重要的部件。重要的是這些器件具有盡可能低的工作電壓(典型地小于1.8V)、具有較低的功耗并且要求幾個平方毫米或以下的芯片尺寸。

已知的非易失性存儲器單元包括MOSFET，所述MOSFET具有位于控制柵極(CG)和溝道區之間的浮置柵極(FG)。所述浮置柵極和控制柵極通過電介質層間隔開。已知這種器件是閃存單元或者EEPPROM單元，其中例如隧穿通過已知為隧穿氧化物的氧化物勢壘層將電子或空穴注入到浮置柵極。在FG中存儲的電荷可以更改所述器件的閾值電壓。

已知在這些非易失性存儲器中使用存取柵極(AG)晶體管，例如用于隔離形成存儲器陣列的相鄰單元。存取柵極晶體管也可以用于允許所述非易失性單元具有負的閾值電壓。這意味著不可能存在過度擦除，這允許通過接近地電勢的柵極電壓讀取所述單元。此外，可以通過Fowler-Nordheim隧穿并且從所述溝道區對所述單元進行編程和擦除，并且可以避免編程和擦除期間的干擾。可以通過將AG處理成浮置柵極單元來實現相對緊湊的2T單元。這意味著可以容易地與FG一起處理AG，并且AG可以具有與FG單元相同的堆疊柵極結構，但是具有接觸的FG。

所述非易失性存儲器單元的溝道區形成在阱中。所述阱可以包括閾值電壓(Vt)注入物，所述注入物包括已經注入到所述溝道區來影響所述單元的閾值電壓的離子。

在已知的存儲器單元中，存取柵極晶體管和浮置柵極晶體管共享相同的Vt注入物，并且因此存取柵極晶體管和浮置柵極晶體管兩者的閾值電壓至少部分地有單個的注入物來確定。

為了區分存儲器單元的0狀態和1狀態，重要的是所述浮置柵極晶體管在這兩種狀態下的閾值電壓彼此充分不同，使得可以在0狀態的閾值電壓和1狀態的閾值電壓之間選擇讀取電壓，以確保正確地讀取所述單元。

所述存儲器單元的0狀態是導通狀態，并且是最關鍵的狀態。

圖3用曲線示出了形成存儲器陣列的單獨存儲器單元的閾值電壓在使用期間如何變化。具體地，圖3示出了在由曲線310表示的導通狀態和由曲線320表示的非導通狀態兩者時存儲器單元的閾值電壓的分布。

由于單個單元之間的自然變化，并非存儲器陣列中的所有單元都具有相同的閾值電壓，這就是為什么存在如圖3所示的閾值電壓分布。通常，形成存儲器陣列的存儲器單元的閾值電壓將傾向于具有高斯分布。所示閾值電壓將因此具有平均值、分布寬度和最大最小值。

圖3所示曲線的垂直軸表示具有給定閾值電壓的單元的數量。每一條曲線310、320的峰值330、340分別表示在導通狀態和非導通狀態中的閾值電壓分布的平均值。

考慮表示0狀態時單元的閾值電壓分布的曲線310，電壓V_max0表示陣列中最弱單元的閾值電壓。類似地考慮曲線320，電壓V_min1表示1狀態時陣列中最弱單元的閾值電壓。

已知V_max0和V_min1之間的差是工作窗口300。

如圖3所示，可以選擇讀取電壓V_read落在導通狀態時單元的閾值電壓和非導通狀態時單元的閾值電壓之間。已知單元的閾值電壓和Vread之間的差是讀取裕度。

V_max0表示當所述單元處于導通狀態時最小的閾值電壓裕度，或者相對于讀取電壓V_read的讀取裕度。類似地，V_min1表示當所述單元處于非導通狀態時的最小閾值電壓或讀取裕度。

由于所述單元通過寫入/擦除操作周期而損傷的事實，閾值電壓在使用期間增加(即變得更加的正)。這意味著通過周期循環，所述導通狀態的讀取裕度(V_read-V_max0)將減小，直到其變得小到所述單元不再可讀為止。此時，所述單元失效。

如圖3所示，不必將讀取電壓V_read選擇為在導通狀態和非導通狀態的閾值電壓之間的中點。V_read通常是固定的，并且可以通過修改用于改變每一個單元的浮置柵極中的電荷數量的工作電壓來操縱每一個存儲器單元的狀態0和狀態1的閾值電壓。