專利名稱：鏡像閃存器件及其操作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及閃存器件及操作方法，且特別涉及鏡像閃存器件及其操作方法。
背景技術：
閃存是一種常見的非易失性存儲器，其具有低成本密度高的特點。傳統(tǒng)的閃存器件每個存儲單元通常只能存儲一位數(shù)據(jù)，不是“ I ”就是“O”。近年來，為了提高閃存的存儲密度，工程師們嘗試了多種技術方案。參考圖1，在申請?zhí)枮?01010027279、名稱為“EEPR0M器件及其制造方法”的中國發(fā)明專利申請中，公開了一種閃存器件，由于多晶硅具有電荷連續(xù)存儲的特性，因此該技術方案通過在多晶硅浮柵中設置介質層，從而將多晶硅浮柵隔離為兩個互不干擾的部分，以實現(xiàn)在一個存儲單元存 儲兩位數(shù)據(jù)。然而這種閃存結構在制作過程中需要增加多次光刻，成本較高。此外，隨著材料技術的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)采用電荷分離存儲材料進行存儲，例如氮化硅(SIN)、硅納米晶等，也能夠降低柵氧層厚度，實現(xiàn)鏡像的存儲。在專利號為US7583530、名稱為“Multi-bit memory techno logy (MMT) and cells”的美國專利申請中背景技術部分提到了采用電荷分離存儲材料實現(xiàn)在一個存儲單元中存儲兩位數(shù)據(jù)。然而，無論是采用引入介質層對多晶硅浮柵進行隔斷或是采用電荷分離材料，所形成的鏡像存儲器件在進行讀取操作時，都是基于溝道電流大小進行判斷，而隨著器件尺寸的進一步縮小，短溝道效應所導致的漏電流往往無法忽視，其大小甚至會超出原有的溝道電流，從而對讀取造成妨礙，給器件尺寸的持續(xù)縮減帶來困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種鏡像閃存器件及其操作方法，能夠在提高器件存儲密度的同時，有效的降低器件尺寸。為了實現(xiàn)上述技術目的，本發(fā)明提出一種鏡像閃存器件，至少包括半導體基底，形成于所述半導體基底上的柵極，形成于所述柵極下方的半導體基底中的溝道，分別對稱的分布在所述溝道兩側的源極和漏極；其中，所述半導體基底至少包括與基底相反摻雜類型的離子注入深井，以及位于該深井中且與基底相同摻雜類型的離子注入井，所述溝道形成于所述離子注入井中；所述柵極至少包括用于俘獲電荷的浮柵和控制柵，所述浮柵采用電荷分離存儲材料?？蛇x的，所述浮柵采用氮化硅或硅納米晶顆粒?？蛇x的，所述柵極還包括位于所述基底表面的浮柵介質層，用于隔離溝道和浮柵；以及位于所述浮柵和所述控制柵之間的控制柵介質層，用于隔離所述控制柵和所述浮柵?？蛇x的，所述浮柵介質層為二氧化硅。可選的，所述浮柵介質層材料具有高介電常數(shù)。可選的，所述浮柵介質層材料為三氧化二鋁或二氧化鉿。
可選的，所述控制柵介質層為二氧化硅或氧化硅-氮化硅-氧化硅多層結構。可選的，所述源極和漏極具有相同的摻雜濃度。此外，本發(fā)明還提供了一種上述鏡像閃存器件的操作方法，包括讀取操作、擦除操作和編程操作，其中，所述讀取操作至少包括使源極和漏極中的至少一端懸浮，并在另一端以及柵極施加預定的電壓，從而利用柵致漏電流進行讀取。可選的，對于具有η溝道的鏡像閃存器件，所述讀取操作至少包括使源極和漏極中的至少一端懸浮，并在另一端施加正電壓，在柵極施加一絕對值大于閾值電壓的負電
J 卡.O O相較于現(xiàn)有鏡像器件技術，本發(fā)明鏡像閃存器件基于其電荷存儲局域性的特點，在I個存儲單元中存儲了兩位數(shù)據(jù)，提高了器件的存儲密度，并且基于柵偏二極管，通過在讀取操作時，將源極或漏極置于懸浮狀態(tài)，徹底消除了源漏之間的漏電流，避免了短溝道效 應的影響，有利器件尺寸縮減，提高了器件的集成密度


圖I為現(xiàn)有技術中一種閃存器件單個存儲單元的剖面示意圖；圖2為本發(fā)明鏡像閃存器件單個存儲單元的剖面示意圖；圖3至圖6為本發(fā)明鏡像閃存器件操作方法對應的存儲單元剖面示意圖。
具體實施例方式下面將結合具體實施例和附圖，對本發(fā)明進行詳細闡述。本發(fā)明提供了一種鏡像閃存器件。參考圖2，本發(fā)明一種優(yōu)選實施方式至少包括半導體基底300，形成于半導體基底300上的柵極310，柵極310下方的半導體基底300中形成溝道320，分別對稱的分布在溝道320兩側的源極330和漏極340。其中，柵極310至少包括用于俘獲電荷的浮柵311和控制柵313，浮柵313采用電荷分離存儲材料。其中，對具有η溝道的鏡像閃存器件而言，一深η井301形成于一 ρ型半導體基底300中，一 P井302形成于該深η井301之中，可采用常規(guī)的擴散或離子注入技術形成該深η井301或ρ井302。溝道320形成于ρ井302中。η溝道位于ρ井中，在讀取操作時還可使P井接地或施加負電壓，以提高電荷收集效率。深η井便于隔離P井和襯底，避免所產(chǎn)生的電流對襯底或者通過襯底對襯底上其它的器件產(chǎn)生影響。其中，柵極310還可包括位于基底300表面的浮柵介質層312，用于隔離溝道320和浮柵311 ;以及位于浮柵311和控制柵313之間的控制柵介質層314，用于隔離控制柵313和浮柵311。具體的，浮柵介質層312可為二氧化硅或具有高介電常數(shù)的介質，例如三氧化二鋁或二氧化鉿等；控制柵介質層314可為二氧化硅單層結構也可為氧化硅-氮化硅-氧化硅多層結構。其中，源極330和漏極340分別對稱的分布在溝道320兩側，并且源極330和漏極340摻雜濃度相同，從而相對于溝道320形成鏡像對稱的結構。對于η型鏡像閃存器件而言，源極330和漏極340可具有η型重摻雜。該鏡像閃存器件的工作過程包括讀取操作、擦除操作和編程操作，其中，所述讀取操作至少包括將源極或漏極置于懸浮狀態(tài)，通過在漏極或源極施加電壓以及在柵極施加電壓，從而利用柵致漏電流進行讀取，徹底消除由于短溝道效應所引起的源漏之間的柵致漏電流的影響。具體來說，以η型鏡像閃存器件的一個存儲單元為例參考圖3，在編程操作中，在源極施加Vs，柵極施加Vg，并且將漏極和半導體基底接地，當源極電壓Vs為正電壓，例如5V，并且柵極電壓Vg大于閾值電壓，例如Vg為IOV時，溝道內(nèi)會產(chǎn)生很強的電場，從而發(fā)生熱電子注入效應，使得熱電子注入靠近源端的浮柵中。由于浮柵采用電荷分離存儲材料，電荷存儲具有局限性，熱電子注入之后不會從源端移動至漏端，因此在熱電子注入效應的作用下，浮柵靠近源端的一側積聚了越來越多的熱電子，相對于柵極的電勢降低，而浮柵靠近漏端的一側則形成較少甚至沒有熱電子的聚集，相對 于柵極的電勢升高，因此，將較多熱電子聚集的狀態(tài)定義為“ I ”，將較少熱電子聚集的狀態(tài)定義為“0”，則在源極施加較大正電壓、漏極和半導體基底接地且柵極電壓大于閾值電壓的情況下，該存儲單元處于“10”的狀態(tài)。此外，由于該鏡像閃存器件的存儲單元具有鏡像對稱結構，因此，參考圖4，當漏極施加較大正電壓、源極和半導體基底接地且柵極電壓大于閾值電壓時，該存儲單元處于“01”的狀態(tài)。通過熱電子注入效應以及鏡像對稱結構，能夠使該鏡像閃存單元實現(xiàn)在一個存儲單元存儲兩位數(shù)據(jù)。參考圖5，在讀取操作中，在源極施加一正電壓Vss，例如3V，半導體基底接地，漏極呈懸浮狀態(tài)，當柵極施加一較高的負電壓Vgg，例如-IOV時，半導體基底中的P井和浮柵所構成的PU結在柵極電壓Vgg的作用下導通，此時由于P井和源極所構成的pn結在源極電壓Vss的作用下導通，從而產(chǎn)生柵致漏電流。該柵致漏電流的產(chǎn)生機制來自兩方面一是沿溝道方向運動的電子，二是沿垂直于溝道方向運動的空穴。利用該柵致漏電流進行讀取，能夠獲得該鏡像閃存器件當前存儲單元源極一側所存儲的數(shù)據(jù)，從而規(guī)避了傳統(tǒng)鏡像存儲器件對溝道電流的依賴，有利于器件尺寸持續(xù)減小。此外，P井也可以施加負電壓，以增加電荷收集效率，提高器件的讀取速度。類似的，在漏極施加正電壓，源極懸浮，柵極施加一定的負電壓，則可對當前存儲單元漏極一側所存儲的數(shù)據(jù)進行讀取。在其它實施方式中，例如對于P溝道器件而言，可在源極或漏極施加負電壓，漏極或源極懸浮，柵極施加正電壓，從而讀取源極或漏極一側的數(shù)據(jù)。參考圖6，在擦除操作中，源極、漏極和半導體基底都接地，柵極施加一較高的負電壓VG，例如-12V，利用F-N隧道效應實現(xiàn)擦除。應該看到，上述各實施方式中，由于本發(fā)明鏡像閃存器件具有鏡像對稱的結構，源極和漏極互成鏡像，相互對稱，而不再具有其在傳統(tǒng)存儲器件中的特定含義，換句話說，源極和漏極可以相互轉換，對源極一側或漏極一側的操作也相互獨立，源極和漏極僅僅起到有源區(qū)的作用。相較于現(xiàn)有鏡像器件技術，本發(fā)明采用電荷分離存儲材料對電荷進行俘獲，基于其電荷存儲局域性的特點，在I個存儲單元中存儲了兩位數(shù)據(jù)，提高了器件的存儲密度。此夕卜，本發(fā)明在半導體基底中設置與基底相反摻雜類型的離子注入深井以及位于該深井中且與基底相同摻雜類型的離子注入井，使得在讀取操作時，通過將半導體基底接地或施加負電壓，以及將源極或漏極中一端置于懸浮狀態(tài)，對另一端施加電壓，根據(jù)所產(chǎn)生的柵致漏電流對該存儲單元相應一側所存儲的數(shù)據(jù)進行讀取，從而巧妙地對原本需要遏制的柵致漏電流加以應用，徹底消除了源漏之間的溝道漏電流，避免了短溝道效應的影響，有利于器件尺寸進一步縮減。本發(fā)明雖然已以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定本發(fā)明，任何本領域技術人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以利用上述揭示的方法和技術內(nèi)容對本發(fā)明技術方案做出可能的變動和修改，因此，凡是未脫離本發(fā)明技術方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明 的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化及修飾，均屬于本發(fā)明技術方案的保護范圍。
權利要求
1.一種鏡像閃存器件，至少包括半導體基底，形成于所述半導體基底上的柵極，形成于所述柵極下方的半導體基底中的溝道，分別對稱的分布在所述溝道兩側的源極和漏極；其特征在于，所述半導體基底至少包括與基底相反摻雜類型的離子注入深井，以及位于該深井中且與基底相同摻雜類型的離子注入井，所述溝道形成于所述離子注入井中；所述柵極至少包括用于俘獲電荷的浮柵和控制柵，所述浮柵采用電荷分離存儲材料。
2.如權利要求I所述的鏡像閃存器件，其特征在于，所述浮柵采用氮化硅或硅納米晶顆粒。
3.如權利要求I所述的鏡像閃存器件，其特征在于，所述柵極還包括位于所述基底表面的浮柵介質層，用于隔離溝道和浮柵；以及位于所述浮柵和所述控制柵之間的控制柵介質層，用于隔離所述控制柵和所述浮柵。
4.如權利要求3所述的鏡像閃存器件，其特征在于，所述浮柵介質層為二氧化硅。
5.如權利要求3所述的鏡像閃存器件，其特征在于，所述浮柵介質層材料具有高介電常數(shù)。
6.如權利要求5所述的鏡像閃存器件，其特征在于，所述浮柵介質層材料為三氧化二鋁或二氧化鉿。
7.如權利要求3所述的鏡像閃存器件，其特征在于，所述控制柵介質層為二氧化硅或氧化硅-氮化硅-氧化硅多層結構。
8.如權利要求I所述的鏡像閃存器件，其特征在于，所述源極和漏極具有相同的摻雜濃度。
9.一種如權利要求I所述鏡像閃存器件的操作方法，包括讀取操作、擦除操作和編程操作，其中，所述讀取操作至少包括使源極和漏極中的至少一端懸浮，并在另一端以及柵極施加預定的電壓，從而利用柵致漏電流進行讀取。
10.如權利要求9所述的操作方法，其特征在于，對于具有η溝道的鏡像閃存器件，所述讀取操作至少包括使源極和漏極中的至少一端懸浮，并在另一端施加正電壓，在柵極施加一絕對值大于閾值電壓的負電壓。
全文摘要
一種鏡像閃存器件及其操作方法，其中，所述鏡像閃存器件至少包括半導體基底，形成于所述半導體基底上的柵極，形成于所述柵極下方的半導體基底中的溝道，分別對稱的分布在所述溝道兩側的源極和漏極；其中，所述半導體基底至少包括與基底相反摻雜類型的離子注入深井，以及位于該深井中且與基底相同摻雜類型的離子注入井，所述溝道形成于所述離子注入井中；所述柵極至少包括采用電荷分離存儲材料的浮柵和控制柵。本發(fā)明在讀操作時利用了柵致漏電流，規(guī)避了傳統(tǒng)鏡像器件對溝道電流的依賴，有利于器件持續(xù)縮減。
文檔編號H01L21/8247GK102945850SQ201210507578
公開日2013年2月27日 申請日期2012年11月30日 優(yōu)先權日2012年11月30日
發(fā)明者張 雄 申請人:上海宏力半導體制造有限公司