[发明专利]以NAND为基础的NMOS NOR闪存单元,以NAND为基础的NMOS NOR闪存阵列及该单元和该阵列的形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种非挥发性内存阵列结构和操作，尤其涉及一种以NAND为基础的NOR闪存的组件结构和操作。

背景技术

非挥发性内存是本技术领域的现有技术。非挥发性内存的类型包括只读存储器(ROM)、电子可编程只读存储器(EPROM)、电子可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、NOR闪存和NAND闪存。目前，在诸如个人数字助手、手机、笔记本电脑和可携式计算机、录音机以及全球定位系统等的应用中，闪存已成为更普遍的非挥发性内存之一。闪存具有高密度、硅面积小、低成本的优点，并且能在使用单一的低电压的情况下重复地编程和擦除。

现有技术已知的闪存结构使用譬如电荷储存和电荷撷取的电荷保存结构。在非挥发性浮栅内存里，电荷储存结构中代表数字数据的电荷储存在组件的浮栅上。被储存的电荷会改变浮栅内存单元的临界电压以确定数字数据被储存起来。在硅氧氮氧硅(SONOS)或者金氧氮氧硅(MONOS)型单元里的电荷撷取结构中，电荷是在双绝缘层之间的电荷撷取层撷取。在SONOS与MONOS组件中，电荷撷取层具有同硅氮化物(SiNx)一样相对高的介电常数(k)。

目前的非挥发性内存分为两大类产品：快随机存取异步NOR非挥发性闪存和较慢的串行存取同步NAND非挥发性闪存。目前所设计的NOR非挥发性闪存为有多个外接地址和数据引脚以及适当的控制信号引脚的大引脚数内存。该NOR非挥发性闪存的一个缺点是当记忆密度加倍时，由于增加一外部地址引脚将会引起所需的外接针脚数目的增加。相反，NAND闪存的优点是比NOR的引脚数少而且无地址输入引脚。当密度增加时，NAND闪存引脚数量始终保持不变。作为当今生产中的两个主流，NAND和NOR闪存的单元结构均使用一次充电保留(电荷存储或电荷撷取)晶体管内存单元，用于把一位数据当作电荷储存，由此其亦通常被称作单层编程单元(SLC)。所述NAND和NOR闪存的单元结构分别称作一位/单晶体管NAND单元或NOR单元，用以在单元内存储单层被编程的数据。

所述NAND和NOR非挥发性闪存的优点是可在系统内编程和擦除并且具有至少十万次的忍耐周期。此外，因为单元尺寸可高度扩展，单芯片NAND和NOR闪存都能提供千兆位密度。例如，目前一位/单晶体管NAND单元尺寸大约保持在4λ²(λ是半导体工艺中最小的特性尺寸)，而NOR单元尺寸大约是10λ²。又，除用两个临界电压(Vt0和Vt1)的单层电位编程单元储存数据之外，单晶体管NAND和NOR闪存能够在一实体的单元中有四个多电位临界电压(Vt0、Vt1、Vt2和Vt3)时，至少可在每一单元内储存两位或者每一晶体管储存两位。

目前，一单芯片双层多晶硅栅NAND非挥发性闪存的最高容量是64Gb。相比之下，一双层多晶硅栅NOR非挥发性闪存有2Gb的容量。NAND闪存和NOR闪存之间容量的大差距是由于NAND闪存单元的扩展性比NOR闪存单元的扩展性优越。一NOR闪存单元的从漏极到源极之间的电压(Vds)必须要5.0V方能保持高电流通道热电子(Channel-Hot-Electron，CHE)的编程操作。相反地，一NAND闪存单元进行低电流福勒-诺德海姆(Fowler-Nordheim)穿隧效应编程操作时只须要其漏极到源极之间的电压为0.0V。上述的结果使得一位/单晶体管NAND单元的尺寸仅是一位/单晶体管NOR单元的一半，这使得NAND闪存适用于需要巨大数据储存的应用上，而NOR闪存则广泛地被用作需要少量数据储存但要求快速和异步的随机读取的编程代码储存内存上。

双晶体管NOR闪存单元由两个NMOS晶体管形成，它的构造相当于一单层编程单元。该晶体管NOR单元中上部的晶体管是一浮栅晶体管而底部的晶体管是一常用的NMOS选择晶体管。仅仅上部的晶体管NAND单元有能力储存数据。双晶体管NOR闪存单元仅有一个晶体管可保存数据，在该NOR闪存单元中，每一NAND单元对应一选择晶体管。

美国专利第7,263,003号(Edahiro等人)描述一双晶体管闪存使用一复制单元阵列来控制主要的单元阵列的预先充电/放电和感应放大器电路。

美国专利第5,596,523号(Endoh等人)提供了一NOR单元型EEPROM内存单元阵列中的一段。每两个相邻的NOR单元连接到一相对应的位线，其中一内存单元晶体管的漏极和另一单元晶体管的源极共同接连至该位线。其它单元晶体管的源极和漏极共同连接到一源极线。该源极线由一选择晶体管来提供。