[发明专利]SONOS存储单元及其操作方法、SONOS存储器

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种SONOS存储单元及其操作方法、SONOS存储器。

背景技术

通常用于存储数据的半导体存储器可分为易失性存储器和非易失性存储器，易失性存储器容易在电源中断时丢失数据，而非易失性存储器即使在电源中断时仍可保持其数据。目前非易失性存储器已广泛地应用于移动通信系统或者存储卡中。

目前，非易失性存储单元可以由浮栅结构或者SONOS（Silicon Oxide Nitride Oxide Semiconductor）结构实现。SONOS存储器具有硅-氧化层-氮化层-氧化层-硅结构，具体的包括一层隧穿氧化层、一层氮化硅层及一层阻挡氧化层。SONOS存储器通常采用沟道热电子注入（Channel Hot Electron Injection，CHE）效应或F-N隧穿效应（FN tunneling)将电荷(通常是电子)通过隧穿氧化层注入到氮化硅层，并被氮化硅层中的电荷陷阱俘获，从而引起器件单元阀值电压的改变，达到数据存储的效果。与含浮栅结构的器件不同，存储在氮化硅层中的电荷是分离的，这样降低了对隧穿氧化层厚度及缺陷密度的要求，有利于存储器尺寸的缩减，因此SONOS存储器是目前深亚微米节点闪存发展的一个重要方向。

图1为现有技术中SONOS结构的示意图，如图1所示，现有技术的SONOS结构包括衬底10；位于所述衬底10上的隧穿介质层11、电荷捕获层12和顶部介质层13，其中，隧穿介质层11的材料为氧化硅，电荷捕获层12的材料为氮化硅，顶部介质层13的材料为氧化硅，所述隧穿介质层11、电荷捕获层12和顶部介质层13构成了ONO（oxide-nitride-oxide）的叠层结构；位于所述顶部介质层13上的栅极14；位于所述衬底10内、所述叠层结构两侧的源极15和漏极16。

图1所示的SONOS存储器一种工作原理为：SONOS器件为N型器件，在进行编程操作时，在栅极14上施加正向电压（通常为5V左右），在衬底10、源极15和漏极16上施加相同的负向电压（通常为-5V），此时沟道中的电子将因F-N隧穿效应穿过隧穿介质层11，并存储于电荷捕获层12中，从而完成编程操作过程。在进行擦除操作时，在栅极14上施加负向电压（通常为-5V），在衬底10、源极15和漏极16上施加相同的正向电压（通常为5V），这样，电荷捕获层12中的电子将隧穿穿过隧穿介质层11进入衬底10中，从而完成擦除操作。

图1所示的SONOS存储器另一种工作原理为：SONOS器件为N型器件，在进行编程操作时，在栅极14上施加正向电压（通常为10V左右），在漏极16上施加一低电压（通常为5V左右），P型衬底10和源极15偏置为0V。此时沟道中的电子将因沟道热电子注入效应穿过隧穿介质层11，并存储于电荷捕获层12中，从而完成编程操作过程。在进行擦除操作时，在栅极14上施加负向电压（通常为-10V），在衬底10、源极15和漏极16上施加相同的正向偏置电压（通常为0V），这样，电荷捕获层12中的电子将隧穿穿过隧穿介质层11进入衬底10中，从而完成擦除操作。

但是上述SONOS存储器中，或者每个存储单元只能存储一位数据，使SONOS存储器的存储容量较低；或者在编程操作时需要消耗较大的电流，无法实现低功耗编程。

现有技术中有许多关于SONOS存储器的专利以及专利申请，例如公开号为CN102097491A的中国专利申请中公开的SONOS及其形成方法，然而该专利申请中也没有给出解决上述问题的技术方案。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种可实现低功耗编程，且在每个SONOS存储单元中可以存储两位数据的SONOS存储单元、SONOS存储单元的操作方法及SONOS存储器，以有效地降低编程功耗，提高SONOS存储器的存储容量。

为解决上述问题，本发明提供一种SONOS存储单元，包括：P型衬底；位于所述P型衬底内的N阱；位于所述N阱上的叠层结构，所述叠层结构由下至上依次包括隧穿介质层、电荷捕获层和顶部介质层；位于所述顶部介质层上的栅极；位于所述N阱内、在所述叠层结构两侧且均为P型掺杂的源极和漏极。

为解决上述问题，本发明还提供一种上述SONOS存储单元的操作方法，包括在所述SONOS存储单元的N阱、栅极、源极和漏极施加操作电压。