[发明专利]具有可调整栅极电阻值的晶体管的半导体存储器元件

说明书

技术领域

本发明是有关于电子存储器元件，且特别是有关于适合用以当作非易失性存储器元件的具有可调整栅极电阻值的晶体管的半导体存储器元件。

背景技术

电子存储器元件为一种广为所知且可常见于不同的电子系统中的电子元件。举例来说，电子存储器元件(有时指的是计算机存储器)可见于计算机及其它计算机元件中。不同的可抽取式电子存储器元件或独立式电子存储器元件亦为人所熟知，像是存储卡或者是固态数据存取系统。举例来说，像是使用可抽取式存储卡从数字相机中存取照片，或是利用数字录像机存取所录制的电影。

多数的电子存储器元件可被区分成易失性或非易失性。一般的易失性电子存储器元件为一种需要电源来保持所储存的信息。易失性电子存储器元件可例如是静态随机存取存储器(SRAM)或是动态随机存取存储器(DRAM)计算机存储器元件，SRAM或是DRAM只有在计算机开启时才能保留所储存的数据，而当计算机关闭后或是切断电源后，之前所储存的数据则会遗失。相对地，一般非易失性电子存储器元件是在没有外接电源的情况下仍具有可保留储存数据的能力。非易失性存储器例如是存储卡，存储卡被广泛地使用在数字相机上。存储卡可以储存相机所拍下来的照片，而且即使是存储卡已经从相机中抽离，存储卡依然可保留住这些照片数据。

当使用电子存储器元件的系统变得越来越强大时，对于数据储存容量的要求也随之增加。举例来说，一般随着大量随机存取存储器(RAM)的增加，更强大的计算机和软件可更佳地操作；高解析相机制造出更大的相片以及电影档案，就需要具有更大储存容量的存储卡设置于其中。所以，找出增加存储器元件的数据储存容量的方法为电子存储器元件工业上的趋势。然而仅仅是增加容量是不够的，通常还希望能在增加数据储存容量的同时，维持住存储器元件的尺寸或者甚至还可以将元件尺寸作缩减。所以，在一给定尺寸下增加数据储存容量为电子存储器元件工业上的另一个趋势，换句话说就是朝向更大位密度的趋势而前进。另外还有成本上的考虑。举例来说，当一个电子存储器元件的位密度增加时，希望能维持或减少其制造成本。换句话说，就是希望能减少电子存储器元件的位成本(每一位的制造成本)。另外更有一个考虑就是相关的效能，例如是在电子存储器元件上提供更快速的数据储存以及更快速的储存数据存取。

提供增加位密度的方法是减少个别存储单元的尺寸。举例来说，当制作工艺被改善后，可以形成更小的结构，故允许制造出更小的存储单元。然而有一些计划指出，在未来使用此方法时，位成本将会开始增加，因为相较于存储单元缩减的速度，工艺成本将有可能会开始更快速地增加。

发明内容

本发明是揭露有关于存储器元件的存储器装置及方法。

根据本发明的一个方面，提出一种存储器元件可包括一存储单元阵列，其中，多个存储单元中的至少一个存储单元包括一具有一第一端、第二端、以及一栅极结构的晶体管，且此栅极结构包括一栅极介电层。此存储单元还包括一和晶体管的栅极结构串联的电阻。此栅极介电层可切换式地对应至一第一电阻值和一第二电阻值，此第一电阻值和此第二电阻值分别对应一第一存储态和一第二存储态。

此栅极介电层的第一电阻值是和该晶体管的一软性击穿状态相对应。此栅极介电层的第二电阻值是和晶体管的一至少部分反转软性击穿状态相对应。

此晶体管更可包括一阱区端点。一读取操作、一编程操作、以及一擦除操作中的至少一者可包括施加一预定电压至阱区端点。此编程操作包括施加预定电压至栅极结构，以及此擦除操作包括施加预定电压至阱区端点。此编程操作可诱发晶体管的软性击穿状态。此擦除操作可至少部分地反转晶体管的软性击穿状态。

栅极介电层可包括二氧化硅(SiO₂)、二氧化铪(HfO₂)、二氧化锆(ZrO₂)、以及二氧化钛(TiO₂)中的至少一个。

电阻可包括一高电阻值层，以与栅极结构可包括一低电阻值层，且其中高电阻值层可被设置于栅极介电层和低电阻值层之间。

根据本发明的另一方面，提出一种存储器元件可包括一位线、一字线、一包括一存储单元的存储串、以及一连接至该存储串的共源极线。此存储串被连接至位线。此存储单元被连接于共源极线和位线之间。此存储单元包括一具有一第一端点、一第二端点、以及一栅极结构的晶体管，其中此栅极结构包括一栅极介电层。此存储单元还包括一电阻，此电阻为电性地串联连接于晶体管的栅极介电层和字线之间。此栅极介电层可切换式地对应至一第一电阻值和一第二电阻值，此第一电阻值和此第二电阻值分别对应一第一存储态和一第二存储态。