[发明专利]一种SONOS快闪存储器及其制备方法和操作方法

说明书

技术领域

本发明属于超大规模集成电路中的非挥发型半导体存储器技术领域，具体涉及一种采用了TFET(Tunneling Field Effective Transistor)的SONOS型快闪存储器。

背景技术

在当前各种消费类电子产品广泛兴起之际，市场对非挥发性半导体存储器的需求也在不断增加。作为一种非常重要的非挥发性存储器，快闪存储器近来成为了业界的宠儿。

快闪存储器(Flash Memory，也称为闪存)自从其出现到今天已有几十年的时间了。在这期间，在得到广泛应用的同时，也在不断地做出改进。按照时间的先后顺序，依次出现如下两种基本形态：

1.浮栅型闪存(Floating Gate Flash Memory)

这种结构的快闪存储器使用多晶硅浮栅实现电子的存储。其具体结构如图1所示，在体硅衬底101上，除了源102、漏103之外，沟道以上依次为隧穿氧化层104、多晶硅浮栅105、阻挡氧化层106和控制栅107。需要指出的是，该结构快闪存储器的电子在浮栅上是连续分布的。

2.分离陷阱型闪存(Discrete Trap Flash Memory)

与浮栅型闪存的区别之处在于，分离陷阱型闪存用于存储电子的结构为氮化硅陷阱层而非多晶硅浮栅，其余结构与浮栅型闪存基本相同(参见图1)，因此，浮栅型闪存也被称为SONOS(silicon-oxide-nitride-oxide-silicon)型快闪。氮化硅陷阱层中存入的电子是局域化的，并不连续。因此，如果隧穿氧化层受到损伤而出现泄漏通道时，仅仅是通道区域的电子通过该泄漏通道泄漏掉，而其他部分存储的电子并不减少，这样就提高了整个器件的保持特性。

需要说明的是后一种结构相比于前一种有着较大的性能改进，尤其是在保持特性方面，因此近年来成为了一大研究热点。但由于最基本的编程机理限制，这种SONOS结构的快闪存储器也和第一类闪存一样存在编程效率低、功耗高和难以继续等比例缩小等问题。

另一方面，隧穿场效应晶体管(Tunneling Filed Effect Transistor，记作TFET)是一种基于量子隧穿效应的晶体管。在结构上区别于传统的MOS晶体管之处在于源、漏为两种不同的掺杂类型，并且轻掺杂的N型硅(N-型硅)和轻掺杂的P型硅(P-型硅)都可以作为衬底使用。图2为以N-型硅作衬底201的TFET结构示意图，在硅平面的两端分别为N+端202和P+端203，沟道之上依次为栅氧化层204和多晶硅栅205。在各端未接外部电压的情况下，其沿沟道方向的能带如图3(a)所示，此时整个晶体管处于关断状态。当分别在P+端203和N+端202施加足够负偏压和正偏压，且多晶硅栅205加适当正偏压的情况下，沿沟道方向的能带如图3(b)所示。如果施加的偏压足以让P+端203和沟道交接处的能带弯曲以致发生带带隧穿(Band to Band tunneling)时，电子会从P+端203的价带隧穿到沟道区的导带上，进而在沿沟道方向的电场作用下漂移至N+端202。此时，该晶体管是作为N型TFET使用，其中N+端202作为漏，P+端203作为源。当分别在P+端203和N+端202施加足够负偏压和正偏压，且多晶硅栅205加适当负偏压的情况下，沿沟道方向的能带如图3(c)所示。如果施加的偏压足以让N+端202和沟道交接处的能带弯曲以致发生带带隧穿(Band to Band tunneling)时，电子会从沟道区的价带隧穿到N+端202，留下的空穴会在强电场的作用下迅速扫至P+端203。此时，该晶体管是作为P型TFET使用，其中P+端203作为漏，N+端202作为源。

发明内容

本发明针对传统快闪存储器面临的众多挑战，结合隧穿场效应晶体管提出一种高性能SONOS快闪存储器，在改善保持特性的同时，可以有效提高编程效率、降低工作功耗、抑制穿通效应等。

本发明的技术方案如下：

一种SONOS快闪存储器，包括衬底、源漏和沟道，沟道位于源漏之间，沟道之上依次为隧穿氧化层、氮化硅陷阱层、阻挡氧化层和多晶硅控制栅；其特征在于，所述衬底为轻掺杂硅；源漏的掺杂类型不同，源端为P+区，漏端为N+区。

上述快闪存储器，轻掺杂P型硅(P-型硅)和轻掺杂N型硅(N-型硅)都可以作为衬底使用。

本发明还提供了一种制备上述SONOS快闪存储器的方法，包括以下步骤：

1)浅槽隔离轻掺杂硅衬底形成有源区；