[發明專利]SONOS結構EEPROM及其存儲器陣列和操作的方法、及SONOS器件

有效

• 申請號: 201610122380.5
• 申請日: 2016-03-02
• 公開（公告）號: CN105654987B
• 公開（公告）日: 2023-01-10
• 發明（設計）人: 胡小波;羅雄才;王茂菊
• 申請（專利權）人: 上海芯飛半導體技術有限公司
• 主分類號: G11C16/08
• 分類號: G11C16/08;G11C16/24
• 代理公司: 深圳市瑞方達知識產權事務所(普通合伙) 44314
• 代理人: 林儉良;紀媛媛

本發明涉及SONOS結構EEPROM的存儲器陣列、SONOS結構EEPROM、在SONOS結構EEPROM中進行操作的方法、以及SONOS器件。其中存儲器陣列包括多個字節存儲單元，其中每個字節存儲單元包括8個比特存儲單元；每一個所述比特存儲單元包括用于分別存儲兩個相反信息之一的第一存儲子單元和第二存儲子單元；且所述第一存儲子單元和第二存儲子單元相鄰布置、且結構和尺寸相同；所述第一存儲子單元和第二存儲子單元分別連接于各自的位線。實施本發明，可以使用很小尺寸的SONOS工藝存儲單元(一般不到普通浮柵結構EEPROM存儲單元的1/5)、有效節省芯片面積；可以縮短擦/寫所需時間，在編程時間上接近浮柵結構EEPROM。從而，在性能基本接近浮柵型EEPROM的前提下，芯片面積和成本能得到大幅度的降低。

技術領域

本發明涉及EEPROM非易失性存儲器，更具體地說，涉及一種SONOS結構EEPROM的存儲器陣列、SONOS結構EEPROM、在SONOS結構EEPROM中進行操作的方法、以及SONOS器件。

背景技術

非易失性存儲器(Non-volatile Memory)在系統關閉或無電源供應時仍能保持數據信息不丟失，這種芯片用于存儲數據或程序，應用極其廣泛。尤其是電可擦除可編程存儲器，可以多次擦寫更新數據，是日常消費類電子甚至軍工類產品中非常重要的存儲芯片。

非易失性可編程存儲器又可分為兩大類：浮柵型和電荷阱型。在浮柵型存儲器中，電荷被儲存在浮柵中，即使掉電數據也能得到保持，浮柵型器件的一種代表性應用就是EEPROM(Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory)。浮柵型EEPROM由兩個晶體管組成，一個是浮柵晶體管，一個是選擇晶體管。在編程過程中通過加入適當的高壓產生隧道效應，將電荷注入浮柵之中。電荷阱型器件中，電荷被儲存在分離的氮阱之中，也能在無電的情況下保持數據。電荷阱型器件的一種典型應用是SONOS(Silicon OxideNitride Oxide Semiconductor)，也是通過加入高壓產生隧道效應，將電荷注入氮層之中。

上述兩種非易失性可編程存儲器，各有優劣。歸納如下：a)浮柵型結構必須要有浮柵層，必須使用至少2層的多晶硅工藝，工藝相對復雜；b)由于浮柵導致了更高的電容耦合，擦/寫操作需要更高的電壓，如果存儲單元尺寸不斷變小，過度擦除和寫入會導致反常漏電流現行越來越嚴重，所以存儲單元不能隨著生產工藝不斷向深亞微米進化而不斷變?。籧)浮柵器件將電荷存儲在浮柵層，浮柵為導體，其中的任何針孔缺陷都會引起浮柵和溝道之間短路，造成部分或全部電荷丟失。而SONOS器件中，存儲電荷的是絕緣體氧化硅，針孔缺陷對存儲的電荷總量影響可以忽略；d)SONOS存儲器的問題是擦/寫速度不高，且由于存儲單元尺非常小，其拉取電流的能力非常的弱，一旦在電路某一讀取支路存在漏電流問題，都會嚴重影響數據的儲存。

由于浮柵型和電荷阱型存儲器各自的特點和存在的問題，目前常規的做法是：

1)浮柵型器件常用于生產EEPROM，主要使用在一些存儲量小，對擦/寫次數以及速度高的地方；電荷阱型SONOS常用于Flash芯片中，用于存儲量大，對擦/寫次數以及速度要求不高的地方；

2)在材料，工藝與結構設計等方面對SONOS器件的存儲單元進行不斷改進；

3)由于SONOS器件存儲電荷層為絕緣層，其防漏電能力和防止輻射遠強于浮柵結構的EEPROM?？紤]到太空產品等特殊應用中，成本并非重要的考慮因素，綜合了兩類技術優點設計出的SONOS結構EEPROM也開始被設計出并應用在一些特殊的場合中。