[发明专利]单层多晶嵌入式非挥发存储单元、存储阵列及其工作方法

说明书

本发明提供一种单层多晶嵌入式非挥发存储单元、存储阵列及其工作方法，存储单元包括：第一控制管、第一隧穿管、第一反相器、第二控制管、第二隧穿管、第二反相器、双稳态单元和读出结构，第一反相器包括类型相反的第一子晶体管和第二子晶体管，第二反相器包括类型相反的第三子晶体管和第四子晶体管。所述存储单元的可靠性得到提高。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种单层多晶嵌入式非挥发存储单元、存储阵列及其工作方法。

背景技术

在集成电路当中经常需要使用到一定规模的非挥发存储器（NVM），非挥发存储器在不通电的情况下也能够长久地保存所记录的数据，通常用来存储一些控制程序、指令代码或者密码信息等内容。

目前几种常用的非挥发存储器包括EPROM(可擦除编程只读存储器)、EEPROM(电可擦除编程只读存储器)、FLASH存储器（浮栅型闪存存储器）以及ReRAM（阻变存储器）和FeRAM（铁电存储器）等。但这些存储器都无法与现有标准CMOS工艺以及BCD工艺（Bipolar-CMOS-DMOS）直接兼容，制作过程中需要添加额外的掩模版，增加额外的工艺步骤，因此成本也会随之增加。

随着智能手机、电脑等电子产品的迅速发展，一些功能模块结构也需要引入非挥发存储器来存储信息。例如，为整个系统提供稳定高效的能量的电源管理集成电路芯片（PMIC）模块越来越重要，PMIC也需要几百或几千比特的非挥发存储器来存储信息。由于BCD工艺（Bipolar-CMOS-DMOS）是一种同时兼容Bipolar（双级管）、CMOS和DMOS，能够提供承受高电压的晶体管的工艺，所以一般选用BCD工艺来制作例如PMIC的功能模块结构。因此，如何在BCD工艺中在不增加掩模版的情况下引入NVM，也成为了关注的重点。

而单层多晶硅的栅极耦合嵌入式非挥发存储器（Single POLY EEPROM），正好能够在不增加掩模版层数的前提下实现反复擦写的功能。常见的三管单层多晶硅存储器的电路图如图1所示，其主要由控制管（CG）、隧穿管（TG）以及读出管（Read Transistor）三部分组成，控制管和隧穿管通常是MOSFET电容，控制管、隧穿管和读出管的多晶硅栅极连接在一起耦合形成了浮栅（FG：Floating Gate）节点来存储电荷。对于浮栅节点的充放电主要是通过FN（Fowler-Nordheim）隧穿来进行的，通过外加偏压可以使电子由衬底或阱区隧穿到多晶硅栅中存储下来，隧穿电流大小受到外加偏压和栅氧化层厚度影响，存储的电荷将会影响读出管的开关或电流大小，从而读出“0”或“1”。但是这种常见结构浮栅节点存储的电荷的流失和变化会导致节点电压波动，影响读取过程中读出管的电流大小，从而可能导致存储器的可靠性降低。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中存储器的可靠性较低的问题，从而提供一种单层多晶嵌入式非挥发存储单元、存储阵列及其工作方法。

本发明提供一种单层多晶嵌入式非挥发存储单元，包括：控制管、隧穿管、反相器和读出结构，所述控制管的阱区接出控制端，所述隧穿管的阱区接出隧穿端；所述反相器包括类型相反的第一晶体管和第二晶体管，所述第一晶体管的栅极、所述第二晶体管的栅极、所述隧穿管的栅极和所述控制管的栅极连接构成浮栅节点，所述第一晶体管的漏极和所述第二晶体管的漏极连接且和所述读出结构连接。