[发明专利]具有扩散阻挡结构的栅极二极管非易失性存储器

说明书

技术领域

本发明涉及电可编程可擦除非易失性存储器(EEPROM)，更进一步而言，涉及电荷储存存储器的偏压安排(bias arrangement)，其可以高灵敏度地读取存储单元的电荷储存结构中的内容。

背景技术

俗称EEPROM、闪速存储器等电荷储存结构的电可编程可擦除非易失性存储技术已广为使用。EEPROM与闪速存储器采用一定数量的存储单元结构。随着集成电路尺寸日渐缩小，使用电荷捕捉电介质层为基础的存储单元结构就变得日益重要，因其具有可微缩以及制作简易等优势。业界已采用多种电荷捕捉电介质层的存储单元结构，诸如PHINES、、SONOS等。这些存储单元结构利用氮化硅等电荷捕捉电介质层捕捉电荷，以储存数据。若是电荷捕捉层捕捉到足够的净负电荷，存储单元的临界电压即会增加。从电荷捕捉层中移除负电荷或者增加正电荷，均可降低存储单元的临界电压。

公知存储单元结构利用晶体管结构，其具有源极、漏极、与栅极。然而，普通晶体管结构具有源极与漏极扩散区域，其利用自对准栅侧向分离(laterally separated)。该侧向分离的结构，是无法进一步降低非易失性存储器尺寸的原因之一。

因此，非易失性存储单元必须研发新技术，以降低尺寸，并且具有更高的读取灵敏度。

发明内容

本发明的目的之一为储存数据的非易失性存储元件集成电路，其多种实施例包括电荷储存结构、一或多个储存电介质结构、以及二极管结构。电荷储存结构具有电荷储存状态，可代表数据。在多种实施例中，电荷储存结构包括下列任何一者：浮动栅极材料、电荷捕捉材料、以及纳米晶体材料。在多种实施例中，各电荷储存状态储存一个或多个位。就储存电介质结构而言，至少有一部分位于电荷储存结构与二极管结构之间，而亦至少有一部分位于电荷储存结构与栅极电压源之间。二极管结构具有第一节点与第二节点，其由扩散阻挡结分隔。第一节点与第二节点均至少部分与一或多个储存电介质结构相连接。二极管结构具有交会结构(cross section)截面，其中该第二节点具有通过绝缘电介质层与多个相邻元件隔绝的相对面。在多个实施例中，二极管结构为肖特基二极管，或pn二极管。二极管至少为单晶、多晶、或非晶之一。

在某些实施例中，第二节点通过各个相邻元件的第二节点，连接至相邻元件。在某些实施例中，第二节点连接至单独的位线，而非连接至相邻元件所连接的位线。

在不同实施例中，二极管的扩散阻挡结包括：氧化物、氮化物、或氮氧化物。在多种实施例中，扩散阻挡结的厚度不高于20埃(angstroms)，或者邻接一或多个电荷储存结构的至少部分的扩散阻挡结厚度不高于20埃。

在某些实施例中，反向偏压产生流经该二极管结构的读取电流，其可决定电荷储存结构中的电荷储存状态。某些实施例中包括逻辑，可施加偏压安排以决定电荷储存结构的电荷状态，并测量读取电流，以决定电荷储存结构的电荷储存状态。在某些实施例中，读取电流为能带间电流。

本发明的另一目的是提供一种制作非易失性存储元件集成电路以储存数据的方法，包括下列步骤：

提供电荷储存结构，其具有电荷储存状态以代表数据；

提供电荷储存电介质结构，其至少部分位于该电荷储存结构与二极管结构之间，也至少部分位于该电荷储存结构与栅极电压源之间。

形成具有第一节点与第二节点的该二极管结构，其由扩散阻挡结所分隔，该第一节点与该第二节点至少部分与该一或多个电荷储存电介质结构连接，同时二极管结构具有交会结构(cross section)截面，在其中该第二节点具有通过绝缘电介质层与多个相邻元件隔绝的相对面。

另有多种实施例，也可制作上述的元件的多种实施例。

某些实施例更进一步包括以下步骤：

提供逻辑，其可施加偏压安排以决定电荷储存结构的电荷储存状态，且可测量流经二极管结构的反向偏压电流，以决定电荷储存结构的电荷储存状态。

附图说明

为了更全面了解本发明以及其优点，这里将具体实施方式与相对应的附图说明如下：

图1是简化的栅极二极管非易失性存储单元示意图；

图2A、图2B、图2C为简化的栅极二极管非易失性存储单元示意图，显示利用不同材料所制作的多种电荷储存结构；

图3A、图3B、图3C、图3D是简化的栅极二极管非易失性存储单元示意图，显示二极管结构的多种实施例，例如pn二极管与肖特基二极管；

图4A与图4B是简化的栅极二极管非易失性存储单元的示意图，显示具有同质结的pn二极管；