[發明專利]一種改進的差分架構ETOX flash存儲單元

無效

• 申請號: 201310723129.0
• 申請日: 2013-12-25
• 公開（公告）號: CN103745749A
• 公開（公告）日: 2014-04-23
• 發明（設計）人: 翁宇飛;張其笑;姜偉;李有忠;李二亮
• 申請（專利權）人: 蘇州寬溫電子科技有限公司
• 主分類號: G11C16/26
• 分類號: G11C16/26
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及非易失性存儲器領域，具體涉及的是一種改進的差分架構ETOX?flash存儲單元。?

背景技術

一般而言，Flash（快閃）是一種非易失性的半導體存儲器，他被設計用來執行可編程只讀存儲器EPROM的編程方法以及電可擦除可編程只讀存儲器EEPROM的擦寫方法。Flash具有存儲容量大、數據保存時間長的特點，其擦寫次數多達10萬次，數據更新速度比EEPROM要快很多，在斷電的情況下也能保存數據，常用來保存一些重要的配置信息。近年來，快閃存儲器被廣泛地應用于數字電視、可攜式數字攝像機、移動電話、數碼相機、電腦、網絡服務器等等領域。?

1984年，Masuoka等人首次提出flash的概念，即通過按塊（sector）擦除，按位寫編程來實現了快閃擦除的高速度，并消除了EEPROM中必有的選擇管。Flash存儲器出現以后，以其高編程速度、高集成度和優越的性能迅速得到發展。1985年，Exel公司提出源極擦除的疊柵式結構，大大縮小了單元面積。1988年，Intel提出了經典的ETOX結構，至今，大部分新的結構都是從它的基礎上發展而來。?

ETOX結構如圖1所示。存儲單元只有一個N型浮柵晶體管。所述浮柵晶體管包含四個端口，分別為源端、漏端、控制柵端、p型襯底。ETOX?flash技術是采用特殊的浮柵場效應管作為存儲單元。這種場效應管的結構與普通場效應管有很大區別。它具有兩個柵極，一個如普通場效應管柵極一樣，用導線引出，稱為“選擇柵”；另一個則處于二氧化硅的包圍之中不與任何部分相連，這個不與任何部分相連的柵極稱為“浮柵”。通常情況下，浮柵不帶電荷，則場效應管處于不導通狀態，場效應管的漏極電平為高，則表示數據1。編程時，場效應管的漏極和選擇柵上都加上較高的編程電壓，源極則接地。由于漏極接了很高的正電壓，而Cell的溝道很短，因而漏極的高電壓在源漏的溝道間產生了平行溝道方向的橫向強溝道電場，把電子從源極吸向漏極。在漏極附近，其中的一些溝道電子運動加快變“熱”，這些被橫向強溝道電場加速的熱電子在溝道中運行時轟擊溝道中的原子產生大量的電子空穴對。同樣的，控制柵上也加了非常高的正電壓，在柵和襯底之間形成了垂直于溝道方向的縱向強電場，使得那些被熱電子轟擊出來的大量電子空穴對中的電子在垂直于溝道的方向上被加速，這些大量的電子獲得足夠的能量之后就很可能有一部分可以穿越很薄的溝道氧化層注入到浮柵上，使浮柵存儲了一定量的負電荷。而兩個柵之間的氧化層較厚，可以確保這些注入的電子不被泄放掉。這樣就使得信息得以保存。擦除時，源極加上較高的編程電壓，選擇柵接地，漏極開路。根據隧道效應和量子力學的原理，浮柵上的電子將穿過勢壘到達源極，浮柵上沒有電子后，就意味著信息被擦除了。?

在ETOX結構的基礎上，專利US7348237B2基于其堆疊柵結構，提出了一種垂直柵結構的存儲單元。這種結構的存儲單元所占面積很小，每個管子只占2F,比傳統的ETOX?flash占用面積小一倍，增加了儲存密度，提升了存儲速度。1992年，Jan?Van?Houdt等人提出了SSI注入的分離柵結構，利用SSI注入的高編程效率來提高編程速度。?

在ETOX結構的基礎上，專利US6642573和US6617639提出了使用高K介質材料形成介質層的方法。這種介質材料可以有效地增加電容耦合比，減小施加到浮柵的電壓損耗，減小漏電流，提高電性能。?

在ETOX結構的基礎上，專利US6980472提出了2T?pFlash存儲單元。2T器件采用存儲管與選擇管串聯的結構，通過引入選擇管對陣列中不需訪問的器件單元進行徹底關斷，從而優化1T器件的過擦除問題。?

可以說，現有的flash主流技術還是以ETOX技術為基礎的浮柵型flash技術。但是隨著CMOS工藝的進步，器件的尺寸不斷縮小，flash存儲器也和其他半導體器件一樣面臨可靠性的問題。我們可以通過改進flash制造工藝、研究新的編程機制和新的flash結構來提高flash存儲器的擦寫的可靠性。但是flash讀操作時的穩定性，一直被大家所忽略。?

隨著尺寸的縮小，ETOX?flash存儲器的不同存儲狀態（0和1之間）的可區分范圍越來越小，這就需要更加精確的參考電路來實現對存儲器的準確讀取，而參考電路設計復雜且容易出現匹配性問題，從而造成電路出錯，影響flash存儲器的功能。?

有鑒于此，有必要提出一種改進的ETOX?flash存儲單元結構來優化這些問題。?

發明內容