具有利用超薄介质击穿现象的存储器的射频电子标签芯片制造技术

一种射频电子标签包括：一个处理器或状态机和一个存储器，其特征是：该存储器包括：　　　　（ａ）一只ＭＯＳ场效应晶体管，该晶体管具有一个栅极，在栅极下面有一层栅介质，在栅介质和栅极下面有相互隔开并在其间确定出一沟道区的第１和第２掺杂半导体区；　　　　（ｂ）一个ＭＯＳ数据存储元件，该存储元件有一个导电结构，在导电结构下面有一层超薄介质，在超薄介质和导电结构下面有第１掺杂半导体区，ＭＯＳ数据存储元件的第１掺杂半导体区与ＭＯＳ场效应晶体管的第１掺杂半导体区连接在一起；　　　　（ｃ）与ＭＯＳ场效应晶体管的栅极连接在一起的一段选线；与ＭＯＳ场效应晶体管的第２掺杂半导体区连接在一起的第一段存取线；　　　　（ｄ）和与ＭＯＳ数据存储元件的导电结构连接在一起的第２段存取线。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及到射频电子标签芯片，更具体地说，涉及到用不挥发性可编程半导体存储器来保存信息的一种射频电子标签芯片。不挥发性可编程半导体存储器利用超薄介质，比如说MOS栅介质的击穿现象来保存数字信息。
技术介绍
射频电子标签由耦合元件和包括至少一块具有存储器的集成电路芯片组成。它的读写为非接触式，它与读写器之间的通信是通过微波实现。这里使用的“射频电子标签”这个词语包括具有存储器的芯片。射频电子标签可以包括也可不包括微处理器，或由状态机代替。至少部分标签可以通过编程来构成一个只读标签(可用于产品标识等)。使用的存储器品种一般是快闪存储器或电可擦可编程ROM(EEPROM)。射频电子标签中一般保存有约定格式的电子数据，在实际应用中，射频电子标签附着在待识别物体的表面。射频电子标签广泛应用于电子票证(TICKETING)、图书馆、航空行李管理、邮政快递包裹及防伪市场，如有价证券、证件、高级商品皆可发挥其功效。应该指出的是，本文使用了射频电子标签或芯片等词语来叙述至少具有一块集成电子电路的一种器件，而这种集成电子电路至少有一个存储器。有的射频电子标签使用快闪或者EEPROM存储器来作为其存储器。快闪FLASH或者EEPROM存储器的制造需要特殊的半导体制造工艺，所以价格较贵。而且快闪或者EEPROM存储器可以被擦除(或重新编程)而没有什么表示来指出已经进行了重新编程。另外，因为快闪和EEPROM存储器是以浮置栅上的电荷存储为基础的，存储器的稳定性随着时间的加长或遭受应力(无论是机械应力或电场应力)时通过各种机制，比如应力感应的漏泄电流(SILC)，造成电荷漏泄而成问题。其它种类的射频电子标签有的使用反熔丝技术来制作射频电子标签的存储器。例如，美国专利号5,917,229叙述了这种技术。但是反熔丝的制造技术也比较贵，而且需要特殊的半导体制造工艺；作为背景，不挥发性存储器在去除电源后能够保持所存储的数据，这是许多种计算机和其它电子设备所需要的，或至少是非常期望的。通常的一种不挥发性存储器是可编程只读存储器(“PROM”)，它利用字线和位线的交叉点元件(如熔丝，反熔丝)和俘获电荷器件(如浮置栅雪崩注入金属氧化物半导体(”FAMOS”)晶体管来存储逻辑信息。PROM通常是不可再编程的。一个例子就是2001年4月10日颁发给Reisinger等人的一项美国专利(专利号6,215,140)所披露的使用电容中的二氧化硅层的击穿来存储数字数据的一种PROM单元。Reisinger等人披露的基本PROM利用一个氧化物电容和一个结型二极管进行一系列的组合作为交叉点元件。一个完好无损的电容代表逻辑0，一个被电击穿的电容代表逻辑1。二氧化硅层的厚度调节到能够获得所期望的性能规范。二氧化硅的击穿电荷大约是10C/cm2(库仑/cm2)。如果给厚度为10nm的电容介质加上一个10V的电压(获得的场强是10mV/cm)，就会有一个大约1mA/cm2的电流流动。在10V的电压下，就有大量的时间对一个存储器单元进行编程。然而，为了避免在击穿时出现较大的功率损失，将电容介质设计得更薄一些更为有利。例如，电容介质厚度为3到4nm的一个存储器单元结构可在1.5V左右的电压下工作。电容介质在这个电压下还不会击穿，所以1.5V用来读出存储器单元的数据就足够了。数据在比如说5V下存储，在这种情况下，可在1毫秒(ms)时间内对一个存储器单元结构中的一个单元串完成编程。在这种情况下每cm2电容介质的能量损失是50瓦左右(10库仑×5V)。如果所期望的功率损失是0.5瓦左右，需要大约100秒的时间来完成一个一千兆位存储器的编程。如果允许的功率损失更高，完成编程的时间相应地就会更快一些。有些种类的不挥发性存储器可以反复地编程和擦除，包括通常称为EPROM的可擦除可编程只读存储器和通常称为EEPROM的电可擦可编程只读存储器。EPROM存储器应用紫外光擦除，用各种电压编程；而EEPROM的擦除和编程都是用各种电压来进行。EPROMs和EEPROMs都有适当的结构(通常称为浮置栅)根据上面要存储的数据进行充电和放电。浮置栅上的电荷建立起器件的阈值电压，即VT，当读出存储器时就检测出这个阈值电压来确定保存的数据。通常的研究工作都是致力于尽量减小这些种类的存储器单元中栅氧化层的应力。有一种器件称之为金属氮化物氧化物硅(“MNOS”)器件，它的沟道位于源极和漏极之间的硅中，上面覆盖着一个包括有一层二氧化硅层、一层氮化硅层和一层铝层的栅结构。给栅极加上适当的电压脉冲，MNOS器件就可以在VTH(high)和VTH(low)这两种阈值电压态之间转换。这种转换使电子被俘获在氧化物—氮化物栅中(VTH(high))或从氧化物—氮化物栅中被驱赶出来(VTH(low))。通常的研究工作都是致力于尽量减少这些种类的存储器单元中的栅氧化层的应力。1977年7月19日颁发给Hoffman等人的一项美国专利(专利号4,037,243)披露了一种利用栅控二极管的栅存储电荷来存储逻辑0和逻辑1的结击穿存储器单元。电荷通过利用栅控二极管的p-型电极和栅电极之间形成的一个电容存储在栅上。电荷存储通过使用由二氧化硅层和氮化硅层代替二氧化硅构成的一种电容中的复合介质而得到增强。给栅控二极管的电极加上一个擦除电压就使氧化层—氮化层界面充满负电荷，该负电荷在完成擦除操作后仍得到保持。这种负的界面电荷使得栅控二极管即使在去除了擦除电压后也会在一种感应的结模式下工作。在以后读出栅控二极管时，它的沟道呈现出一种场感应结击穿而出现饱和电流流动。场击穿电压低于金相结击穿电压。然而，给栅控二极管的电极加上一个写电压会使二氧化硅/氮化硅界面充满正电荷，这种正电荷在完成写操作后仍得到保持。此后在读出栅控二极管时，因为没有沟道存在，所以不会被击穿。只有一个微弱的电流在流动。检测出的不同电流就指示出不同的逻辑态。制造各种不挥发性存储器所使用的各种工艺在改进方面总的说来落后于广泛使用的工艺，比如先进的CMOS逻辑工艺。例如，诸如快闪EEPROM器件那样的器件制造工艺比起先进的CMOS逻辑工艺来，需要使用多30％的光刻步骤来制作高压发生电路所需要的各种特殊区域和结构、三阱、浮置栅、ONO层以及这种器件中通常看到的特殊源结和漏结。相应地，制作快闪器件的工艺要比标准的先进CMOS逻辑工艺落后一到两代，而每块圆片的成本要贵30％左右。作为另一个例子，反熔丝的制作工艺一定适合于制造各种反熔丝结构和高压电路，但比起标准的先进CMOS工艺来也落后大约一代。一般，在制作金属—氧化物—硅(MOS)器件，比如电容和晶体管所使用的二氧化硅层的时候要特别细心。为了确保二氧化硅层在制造过程中和以后的集成电路的正常运行中不至遭受应力，以便获得所期望的器件特性而且这些特性不随时间而变化，这种高度的细心是必要的。1993年8月31日颁发给Kuroda的一项美国专利(专利号5,241,200)所披露的在制造过程中所采取的细心程度就是一个例子。该专利披露在一项圆片制造工艺中使用一扩散层和一个旁路结构来使字线中的累积电荷放电。避免这种电荷积累保证了不会给栅绝缘膜加上大的电场，从而避免了用字线作为栅极连线的那些晶体管出现特性变化和栅绝缘膜的衰降和击穿本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种射频电子标签包括一个处理器或状态机和一个存储器，其特征是该存储器包括(a)一只MOS场效应晶体管，该晶体管具有一个栅极，在栅极下面有一层栅介质，在栅介质和栅极下面有相互隔开并在其间确定出一沟道区的第1和第2掺杂半导体区；(b)一个MOS数据存储元件，该存储元件有一个导电结构，在导电结构下面有一层超薄介质，在超薄介质和导电结构下面有第1掺杂半导体区，MOS数据存储元件的第1掺杂半导体区与MOS场效应晶体管的第1掺杂半导体区连接在一起；(c)与MOS场效应晶体管的栅极连接在一起的一段选线；与MOS场效应晶体管的第2掺杂半导体区连接在一起的第一段存取线；(d)和与MOS数据存储元件的导电结构连接在一起的第2段存取线。2.按权利要求1所述的射频电子标签，其特征是每一个MOS数据存储元件有一个反型-允许区位于超薄介质和导电结构的下面与MOS数据存储元件的第1掺杂区邻接。3.按权利要求1所述的射频电子标签，其特征是每一个MOS数据存储元件有一个第2掺杂区位于超薄介质和导电结构下面与MOS数据存储元件第1掺杂区集成在一起。4.按权利要求1所述的射频电子标签，其特征是MOS场效应晶体管的栅介质和MOS数据存储元件的超薄介质是通过一层共同的超薄栅氧化层形成的。5.按权利要求1所述的射频电子标签，其特征是MOS场效应晶体管的栅介质比MOS数据存储元件的超薄介质厚。6.一种射频电子标签，该射频电子标签包括一个处理器或状态机，和一个具有选择线和存取线的存储器阵列，其特征是该存储器阵列具有大量的可编程只读存储器单元，这些存储器单元有一只选择晶体管与两条存取线之间的一个数据存储元件串联在一起，选择晶体管的栅极与其中一条选择线连接在一起，数据存储元件有一层超薄介质用于物理数据存储。7.按权利要求6所述的射频电子标签，其特征是数据存储元件是一种MOS半晶体管。8.按权利要求6所述的射频电子标签，其特征是数据存储元件是一种MOS电容。9.对于包括有一个可编程只读存储器阵列的一种射频电子标签进行编程的方法，其特征是射频电子标签的可编程只读存储器阵列包括大量的行线、大量的列线、至少一条源线、和大量的存储器单元位于各自的行线和列线的交叉点，每一个存储器单元有一个MOS场效应晶体管与列线和至少一条源线的一条之间的一个MOS数据存储元件串联在一起，MOS晶体管的栅极与其中一条行线连接在一起，MOS数据存储元件有一层超薄介质用于物理数据存储，这种编程方法包括给其中一条被选择的行线加上第一个电压，开启其栅极与选择的行线连在一起的每一个MOS场效应晶体管；给其中一条被选择的列线加上第二个电压；和给至少一条源线加上第三个电压；其中第二个电压和第三个电压使与选择的行线和选择的列线...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭泽忠，巫向东，毛军华，雷鸣，帅谊鹏，
申请(专利权)人：绵阳凯路微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：