[發(fā)明專利]閃存及其讀取方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410398312.2
• 申請(qǐng)日: 2014-08-13
• 公開（公告）號(hào): CN104157307B
• 公開（公告）日: 2017-09-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張有志;林志光;陶凱;寧丹;謝健輝;沈安星
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 芯成半導(dǎo)體（上海）有限公司
• 主分類號(hào): G11C16/06
• 分類號(hào): G11C16/06;H01L27/115
• 代理公司: 上海一平知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司31266
• 代理人: 成春榮,竺云

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件，特別涉及閃存及其讀取方法。

背景技術(shù)

現(xiàn)有的嵌入式2T pMOS閃存陣列由重復(fù)排列的2T pMOS閃存單元組成，閃存單元的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。2T PMOS閃存單元由選擇柵PMOS晶體管(柵線SG-1控制其柵極電位)和控制柵PMOS晶體管(字線WL-1控制其柵極電位)串聯(lián)形成。選擇柵PMOS晶體管主要工藝參數(shù)如下：“柵氧化層電學(xué)厚度8nm～11nm、溝道長度100nm～300nm”。控制柵PMOS晶體管主要工藝參數(shù)如下：柵氧化層電學(xué)厚度8nm～11nm(與選擇柵晶體管的柵氧化層同步形成，因此厚度相同)、ONO絕緣層(二氧化硅-氮化硅-二氧化硅薄膜)電學(xué)厚度10nm～20nm、多晶硅浮柵厚度20nm～100nm(摻雜濃度10²⁰/cm^-3以上)、溝道長度100nm～300nm。其中，內(nèi)部節(jié)點(diǎn)結(jié)(Internal-Node Junction，IN)由兩個(gè)PMOS晶體管共用。當(dāng)SL-1接高電位，BL-1接低電位時(shí)，IN相當(dāng)于控制柵晶體管的漏極，同時(shí)也是選擇柵晶體管的源極。

現(xiàn)有的嵌入式2T pMOS閃存陣列采用NOR型架構(gòu)(如圖2所示)。圖中的BL是Bit Line的簡稱，通常稱為“位線”，用來控制晶體管漏端的電位。WL是Word Line的簡稱，通常稱為“字線”，用來控制晶體管柵極端的電位。SL是Source Line的簡稱，通常稱為“源線”，用來控制晶體管源端的電位。在NOR型電路架構(gòu)下，可以通過SG/BL/WL/SL的不同偏壓設(shè)置，實(shí)現(xiàn)對(duì)任意一個(gè)閃存單元的讀取。以圖中圓圈標(biāo)記的內(nèi)存單元1為例，我們通過SG-1來打開選擇柵pMOS，通過WL-1給控制柵pMOS一個(gè)合適的柵極電壓，通過讀取操作時(shí)BL-1和SL-1之間是否存在電流來判斷“0”/“1”，具體讀取操作的偏壓設(shè)置參見表1。

表1.2T pMOS閃存讀取操作偏壓設(shè)置表

其中，VCC表示電源電壓。

現(xiàn)有的嵌入式2T pMOS閃存陣列的擦除/編程操作和讀取操作一樣，需要通過SG/BL/WL/SL的不同偏壓設(shè)置來選取特定地址(范圍)的閃存單元進(jìn)行操作，具體的偏壓設(shè)置參見表2和表3。

表2.2T pMOS閃存擦除操作偏壓設(shè)置表

表3.2T pMOS閃存編程操作偏壓設(shè)置表

現(xiàn)有的嵌入式2T PMOS閃存陣列由2T串聯(lián)結(jié)構(gòu)的閃存單元組成。在進(jìn)行擦除、編程和讀取操作的過程中，必須通過選擇柵晶體管(SG)來進(jìn)行橫向選擇(通常定義BL方向?yàn)榭v向)。

參照表1-3，可以看到器件在進(jìn)行擦除或編程操作時(shí)，SG上分別會(huì)施加正向或負(fù)向的高壓。為了耐受上述高壓，選擇柵PMOS晶體管的柵氧化層電學(xué)厚度不能過薄，因此不得不采用隧穿氧化層作為柵氧化層。由于2T串聯(lián)結(jié)構(gòu)的限制，過厚的選擇柵晶體管的柵氧化層會(huì)導(dǎo)致被選中的閃存單元在進(jìn)行讀取操作時(shí)，SG的電壓必須足夠低(比如-2V)才能得到足夠大的讀取電流。從電路設(shè)計(jì)的角度來看，過低的SG偏壓會(huì)導(dǎo)致讀取操作時(shí)“選中的SG”和“未選中的SG”之間的壓差過大(如VCC+2V)，從而使得讀取操作中切換SG地址時(shí)充放電時(shí)間過長、動(dòng)態(tài)電流過大、讀取功耗過高。

此外，由于要在擦除和編程操作時(shí)傳送高壓到SG，SG相關(guān)的外圍電路(比如解碼電路、驅(qū)動(dòng)電路)必須使用耐壓超出10V的高壓器件。而對(duì)于讀取電路而言，高壓器件的閾值電壓過高、驅(qū)動(dòng)電流過小、開關(guān)速度過慢，這些缺點(diǎn)都會(huì)對(duì)閃存讀取速度和讀取功耗造成不利影響。