[发明专利]多比特可编程非易失性存储器单元、阵列及其制造方法

说明书

技术领域

本发明主要涉及半导体存储器件，尤其涉及一种一次性多比特可编程非易失性存储器单元、阵列及其制造方法。

背景技术

随着集成电路技术的不断发展，对集成电路芯片制造技术的要求也越来越高，尤其是对半导体存储器件的制造技术，开发商和制造厂商都不断投入大量经费和研发人员用以提高甚至改变现有的半导体存储器制造技术。半导体存储器包括多种类型，其中，使用较为广泛的当属非易失性半导体存储器。目前，非易失性存储器包括只读非易失性存储器、可编程只读非易失性存储器、可编程可擦除只读非易失性存储器等。

现有可编程非易失性存储器常常采用熔丝或反熔丝制造技术，这种熔丝或反熔丝制造技术除了需要采用传统的逻辑工艺外，还需要采用特殊工艺和特殊材料。因此，采用基于熔丝或反熔丝制造技术的可编程非易失性存储器，不但增加了芯片制造的成本，而且由于制造过程中采用了特殊工艺和特殊材料，因此，还大大降低逻辑器件的可靠性。

另外，现有的基于逻辑工艺制造的可编程非易失性存储单元需要两个以上的金属氧化物半导体(MOS，Metal Oxide Semiconductor)晶体管组成，所占用的面积比较大。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种一次性多比特可编程非易失性存储器单元、阵列及其制造方法。通过该一次性多比特可编程非易失性存储器单元、阵列及其制造方法，达到大大提高单个存储单元存储数据的能力和存储器的存储稳定性、进一步缩小存储单元面积和提高芯片集成度、更有利于大规模集成电路应用的目的。

本发明提供了一种一次性多比特可编程非易失性存储器单元，包括晶体管，所述晶体管包括栅极、源极和漏极，

所述存储器单元还包括与所述晶体管的栅极串联连接的电容器；

所述电容器由金属层、接触孔、阻挡层和处于有源区的多晶硅依次连接形成；其中，所述阻挡层为该电容器的介质层；

所述电容器在不同预定电压作用下，经过不同预定作用时间后，产生多种预定电阻值；

所述多种预定电阻值用于表征存储单元的多种存储状态。

该可编程非易失性存储单元所述预定电压为定值电压、变值电压或脉冲电压。

该可编程非易失性存储单元所述预定作用时间为恒定时长或不同时长的作用时间。

该可编程非易失性存储单元中，

所述阻挡层为金属硅化物阻挡层；

所述金属层为第一金属层。

本发明还提供了一种一次性多比特可编程非易失性存储器单元的制造方法，包括：

提供金属层、接触孔、阻挡层、处于有源区的多晶硅；

处于有源区的多晶硅和源极、漏极形成包括栅极的晶体管；

依次连接将金属层、接触孔、阻挡层、处于有源区的多晶硅形成电容器，将阻挡层作为该电容器的介质层；

将所述晶体管的栅极与所述电容器串联连接；

所述电容器在不同预定电压作用下，经过不同预定作用时间后，产生多种预定电阻值；

所述多种预定电阻值用于表征存储单元的多种存储状态。

该方法所述预定电压为定值电压、变值电压或脉冲电压。

该方法所述预定作用时间为恒定时长或不同时长的作用时间。

本发明还提供了一种一次性多比特可编程非易失性存储器阵列，包括字线、位线、源线以及位于字线、位线和源线之间的多个存储器单元；存储器单元包括晶体管和电容器；其中，所述晶体管包括栅极、源极和漏极；

所述存储单元中的晶体管的栅极与电容器串联连接至字线上；

所述存储单元中的晶体管的漏极与位线连接；

所述存储单元中的晶体管的源极与源线连接；

所述电容器由金属层、接触孔、阻挡层、处于有源区的多晶硅依次连接形成；

所述电容器在不同预定电压作用下，经过不同预定作用时间后，产生多种预定电阻值；

所述多种预定电阻值用于表征存储单元的多种存储状态。

该可编程非易失性存储器阵列所述预定电压为定值电压、变值电压或脉冲电压。

该可编程非易失性存储器阵列所述预定作用时间为恒定时长或不同时长的作用时间。

本发明还提供了一种一次性多比特可编程非易失性存储器阵列的制造方法，包括：

提供金属层、接触孔、阻挡层、多根处于有源区的多晶硅和多个源极区、漏极区；其中，多根处于有源区的多晶硅与多个源极区、漏极区形成多个包括栅极、漏极和源极的晶体管；

金属层中的多根金属线形成多条字线；

多个晶体管的源极形成多条源线；