[发明专利]用于多位存储的沟槽型非挥发存储器

说明书

技术领域

本发明属于半导体器件及集成电路技术领域，尤其涉及一种用于多位存 储的沟槽型非挥发存储器。

背景技术

利用氮化硅层作为电荷俘获层是H.A.R.Wegener等人于1967年提出的， 目的在于解决D.Kahng与S.Sze提出的MIMIS存储结构中的电荷泄露问题。 利用金属层或多晶硅层作为电荷存储层，当隧穿氧化层减小到一定厚度之后， 由于金属层和多晶硅层本身为导体，由工艺带来的隧穿氧化层中的一个缺陷 可能导致整个电荷存储层上的电荷全部泄露。氮化硅利用其中的陷阱俘获电 荷，因其本身为绝缘体，隧穿氧化层中一个缺陷只影响到其周围的俘获电荷， 不会导致整个俘获层上电荷的流失。随着器件尺寸的减小，隧穿氧化层越来 越薄，利用氮化硅作为电荷俘获层越来越受到人们的重视。随着对非挥发存 储器高密度、大容量的要求，利用氮化硅作为电荷俘获层从而构成的多位存 储单元已经有人提出。B.Eitan等人于2000年在U.S 6,011,725“EEPROM cell capable of storing two bits of information”中提出了一种2-bit/cell结构 NROM，并提出一种新的读取方法。

图1所示为NROM结构单元的剖面图。此单元由多晶硅控制栅101，ONO 复合介质层102、103、104，源极区和漏极区105、106以及P型衬底107构成。 其中102和104为二氧化硅层，103为氮化硅层。此单元采用沟道热电子注入 (channel hot electron injection)实现编程操作，如在图1漏极区106上加一4.5V 电压，多晶硅控制栅101上加一9V电压，源极区105和衬底107接地，此时 沟道中产生的热电子就可以穿透漏极区的pn结处的隧穿氧化层注入到氮化硅 层103中，由于注入电子对应区域沟道阈值电压升高，而整个器件的阈值电压 由沟道阈值电压最高点决定，故从源极区读取漏极区信息时，器件阈值电压升 高，从而实现写操作；采用隧道增强热空穴注入(tunneling enhanced hot hole injection)实现擦除操作，沟道中热空穴由带带隧穿(band-to-band tunneling) 产生，注入到氮化硅层中的空穴与编程时注入的电子中和，完成器件的擦除操 作。图2为NROM器件编程和擦除操作下沟道能带分布图，图2中，(a)为写 入前Bit1和Bit2沟道能带分布图，(b)为写入后Bit1和Bit2沟道能带分布图， (c)为擦除后Bit1和Bit2沟道能带分布图。图2中，NROM器件采用反向读取 (reverse reading)的方法对器件进行读操作，所谓反向读取是指读取方向与编 程方向相反，如欲读取图1漏极区106的信息，需在源极区105加一电压(如 1.5V)，使源极区105信息不会对漏极区信息的读取造成影响。

NROM存储单元采用热电子注入实现编程操作，虽然速度较快，但因编 程时存储单元处于导通状态，需要耗费很大的编程电流，导致编程效率低， 操作功耗大。而且热电子注入到氮化硅层103中的区域较大，随着线宽的减 小，左右位线处存储的信息容易相互影响，限制了器件的进一步缩小。