栅控二极管非易失性存储器单元制造技术

一种具有电荷储存结构的栅控二极管非易失性存储器单元，包括具有额外栅极端的二极管结构。示例性实施例包括独立的存储器单元、此类存储器单元的阵列、操作此存储器单元或存储器单元阵列的方法及其制造方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电可编程可擦除非易失性存储器，尤其涉及具有可极灵敏地读取存储单元的电荷储存结构内容的偏压安排的电荷储存存储器。
技术介绍
电荷储存结构，如公知的电可编程可擦除只读存储器(EEPROM)及闪速存储器为主的电可编程可擦除非易失性存储器技术已应用在现代各种领域中。随着集成电路尺寸的缩小，以电荷陷获介质材料层为主的存储器单元结构因其具有可缩小性且工艺简单，渐渐受到瞩目。以电荷陷获介质材料层为主的各种存储器单元结构如包括公知技术中工业名称为PHINES、NROM及SONOS的结构，这些存储器单元结构通过将电荷陷获至电荷陷获介质层(如氮化硅层)而储存数据，而当陷获到相当多的净负电荷时，存储器单元的临界电压将会增加。可通过从电荷陷获层移除净负电荷或加入净正电荷至电荷陷获层而降低存储器单元的临界电压。公知的存储器单元结构依赖具有源极、漏极与栅极的晶体管结构。然而，一般的晶体管结构有漏极及源极扩散区，且通过自对准栅极而彼此侧向分隔。此侧向分隔则是阻碍非易失性存储器进一步缩小的因素。因此，目前需要一种非易失性存储器单元，其具备可以进一步缩小的可能性且其内容必须易于读取。
技术实现思路
一种栅控(gated)二极管非易失性存储器器件、栅控二极管非易失性存储器器件阵列、操作栅控二极管非易失性存储器器件及栅控二极管非易失性存储器阵列的方法、及制造栅控二极管非易失性存储器器件及栅控二极管非易失性存储器阵列的方法。此栅控二极管非易失性存储器器件具有电荷储存结构、介质结构及二极管结构。电荷储存结构材料的示例包括浮动栅极材料、电荷陷获材料及纳米晶体材料。视电荷储存结构的临界电压机制而定，电荷储存结构的电荷储存状态储存一位或多位。介质结构的至少一部份在电荷储存结构及二极管结构之间，且至少一部份在电荷储存结构与栅极电压源，如字线之间。二极管结构具有第一节点及第二节点，以结分隔第一节点及第二节点。示例的二极管结为同质结(homojunction)、异质结(heterjunction)及渐变式(graded)异质结。包括第一节点及第二节点的二极管结构的示例包括肖特基二极管及pn二极管。二极管至少为单晶、多晶及非晶型之一。第一节点及第二节点的至少一部份邻近一个或多储存介质结构。二极管结构具有横截面，其中，第二节点具有相对端，这些相对端以绝缘介质层与相邻器件分隔。尽管此绝缘介质层在第二节点的相对端，第二节点可能与相邻器件连接。举例来说，若相邻器件也是栅控二极管非易失性存储器器件，第二节点的较低部分远离绝缘介质层，可能通过每一相邻器件的第二节点而与相邻器件连接。在这种方式中，同一位线结合流经二极管结构的电流，否则，则以绝缘介质层分隔。在其它实施例中，第二节点连接位线，此位线不同于连接相邻器件的第二节点的位线。在这个例子中，第二节点不具有远离绝缘介质层而与相邻器件连接的较低部分。额外的逻辑电路施加偏压安排，以确定电荷储存结构的电荷储存状态，及测量流经在反向偏置的二极管结构的读取电流，以确定电荷储存结构的电荷储存状态。读取电流包括带至带读取电流分量。以逻辑电路施加的偏压安排在栅控二极管非易失性存储器器件中产生多个电压差，如栅极电压(典型地为字线)源与二极管结构的第二节点之间的电压差，及在二极管结构的第一节点及第二节点之间的另一电压差。由此偏压安排产生的这些电压差产生足够的带至带隧穿电流，供测量读取电流，以确定电荷储存结构的电荷储存状态。在此时，这些电压差不会改变电荷储存结构的电荷储存状态。在一示例中，栅极及第二节点之间的电压差至少约为10伏特，且在第一节点及第二节点之间的电压差至少为2伏特。除了偏压安排供读取栅控二极管非易失性存储器器件的内容之外，可施加其它偏压安排以改变栅控二极管非易失性存储器器件的内容。举例来说，其它偏压安排通过增加净正电荷于电荷储存结构及增加净负电荷于电荷储存结构，以调整电荷储存结构的电荷储存状态。用于增加净正电荷给电荷储存结构的电荷移动机制的示例为带至带热空穴隧穿及富勒—诺得汉(Fowler-Nordheim)隧穿。电子可以在电荷储存结构及二极管结构之间，或在电荷储存结构与栅极之间，或在两者之间移动。用于增加净负电荷给电荷储存结构的电荷移动机制的示例为带至带热电子隧穿及富勒—诺得汉隧穿。电子可以在电荷储存结构及二极管结构之间，或在电荷储存结构与栅极电压源之间，或在两者之间移动。集成电路的非易失性存储器器件的实施例包括栅控二极管非易失性存储器器件阵列。在一些实施例中，为了增加储存密度，多个阵列各自垂直放置以将其结合。视使用的地址体系而定，栅极电压源(典型为字线)、二极管结构的第一节点及二极管结构的第二节点在垂直放置的不同阵列之间相互连接或分隔。一般来说，相互连接的程度较大，则地址及制造、来自充电及放电额外电路增加的电力消耗所需的费用得以简化。在相互连接的体系中，不同阵列的字线相互连接，但是不同阵列的第一节点及第二节点则分隔。在其它相互连接的体系中，不同阵列的字线分隔，但是不同阵列的第一节点及第二节点相互连接。在其它相互连接的体系中，不同阵列的字线及不同阵列的第一节点及第二节点分隔。栅控二极管非易失性存储器单元阵列的一些实施例包括二极管行、栅极列及非易失性储存结构。每一二极管行具有第一节点行及第二节点行，以结分隔。第二节点的相对端以绝缘介质层与相邻器件分隔。栅极列与二极管行在交接处重迭。这些交接处为非易失性储存结构的位置。这些非易失性储存结构典型地为非易失性储存结构行的一部份。每一非易失性储存结构具有电荷储存结构及一个或多个储存介质结构。介质结构至少一部份在电荷储存结构及特定二极管行之间的交接处，至少一部份在电荷储存结构及特定栅极行之间的交接处，以及至少一部份与特定二极管行的第一节点行及第二节点行在交接处相邻。第二节点行除了在第二节点行的相对端绝缘，第二节点行可能与相邻二极管行互相连接。举例来说，在远离绝缘介质层的第二节点行的较低部分，通过相邻二极管行的第二节点行与相邻二极管行连接。在此方式中，同一位线结合流经二极管结构的电流，否则，则以绝缘介质层分隔。在其它实施例中，第二节点行连接一位线，此位线不同于连接相邻二极管行的第二节点行的位线。在这个例子中，第二节点行不具有远离绝缘介质层而与相邻二极管行连接的较低部分。在一些实施例中，衬底区域为半导体衬底中的阱。在其它实施例中，衬底区域仅为半导体衬底。在其它实施例中，非易失性存储器单元具有浮动栅极设计或纳米晶体设计。在其它实施例中，非易失性存储器单元具有电荷陷获材料设计。申请人在此将一些相关的专利申请并入参考，包括申请于2004年12月28日的美国专利申请号11/024,239、申请于2004年12月28日的美国专利申请号11/023,747、申请于2004年12月28日的美国专利申请号11/024,075、申请于2004年10月26日的美国专利申请号10/973,176、申请于2004年09月09日的美国临时专利申请号60/608,528、申请于2004年09月09日的美国临时专利申请号60/608,455、申请于2004年10月26日的美国专利申请号10/973,593、申请于2005年07月28日的美国专利申请号11/191,365、申请于2005年07月28本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种储存数据的非易失性存储器器件集成电路，包括：电荷储存结构；一个或多个储存介质结构，其至少一部份在该电荷储存结构及一二极管结构之间，且至少一部份在该电荷储存结构及一栅极电压源之间；该二极管结构具有第一节点及第二节点 ，以结分隔该第一节点及该第二节点，该第一节点及该第二节点的至少一部份邻近该一个或多个储存介质结构，而且该二极管结构具有横截面，其中，该第二节点具有相对端，以绝缘介质层与相邻器件分隔。

【技术特征摘要】
US 2005-12-9 11/298,2881.一种储存数据的非易失性存储器器件集成电路，包括电荷储存结构；一个或多个储存介质结构，其至少一部份在该电荷储存结构及一二极管结构之间，且至少一部份在该电荷储存结构及一栅极电压源之间；该二极管结构具有第一节点及第二节点，以结分隔该第一节点及该第二节点，该第一节点及该第二节点的至少一部份邻近该一个或多个储存介质结构，而且该二极管结构具有横截面，其中，该第二节点具有相对端，以绝缘介质层与相邻器件分隔。2.如权利要求1所述的器件，进一步包括逻辑，其施加偏压安排，以确定该电荷储存结构的电荷储存状态，及测量流经反向偏置的该二极管结构的电流，以确定该电荷储存结构的电荷储存状态。3.如权利要求1所述的器件，其中读取电流流经处于反向偏置的该二极管结构，以确定该电荷储存结构的电荷储存状态。4.如权利要求1所述的器件，其中带至带读取电流流经处于反向偏置的该二极管结构，以确定该电荷储存结构的电荷储存状态。5.如权利要求1所述的器件，其中该第二节点通过每一该相邻器件的第二节点与该相邻器件连接。6.如权利要求1所述的器件，其中该第二节点连接位线，该位线不同于连接该相邻器件的第二节点的位线。7.如权利要求1所述的器件，其中该二极管结构为肖特基二极管。8.如权利要求1所述的器件，其中该二极管结构为pn二极管。9.如权利要求1所述的器件，其中该二极管的该结为同质结。10.如权利要求1项1所述的器件，其中该二极管的该结为异质结。11.如权利要求1所述的器件，其中该二极管的该结为渐进式异质结。12.如权利要求1所述的器件，其中该电荷储存结构包括浮动栅极材料。13.如权利要求1所述的器件，其中该电荷储存结构包括电荷陷获材料...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖意瑛，蔡文哲，叶致锴，
申请(专利权)人：旺宏电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]