浮柵型阻變存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)及其操作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提出一種浮柵型阻變存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)及其操作方法，該浮柵型阻變存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)包括：半導(dǎo)體襯底；形成在半導(dǎo)體襯底之下的背電極；形成在半導(dǎo)體襯底之上的隧穿介質(zhì)層；形成在隧穿介質(zhì)層之上的浮柵；形成在浮柵之上的阻變存儲(chǔ)介質(zhì)層；以及形成在阻變存儲(chǔ)介質(zhì)層之上的上電極。本發(fā)明實(shí)施例的浮柵型阻變存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以通過(guò)半導(dǎo)體領(lǐng)域成熟的工藝制造，兼容性高，適合大批量生產(chǎn)，成本較低；通過(guò)引入的浮柵結(jié)構(gòu)，能夠有效的改善傳統(tǒng)RRAM在reset操作中的大電流問(wèn)題，具有良好的存儲(chǔ)性能和高密度集成潛力。
【專(zhuān)利說(shuō)明】浮柵型阻變存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)及其操作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微電子器件的設(shè)計(jì)和制造領(lǐng)域，特別涉及一種浮柵型阻變存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)及其操作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]阻變存儲(chǔ)器(Resistive Random Access Memory, RRAM)是一種近十年來(lái)飛速發(fā)展的非揮發(fā)性存儲(chǔ)器，具有非常廣泛的市場(chǎng)需求。該類(lèi)存儲(chǔ)器的器件單元通常為MM (金屬-絕緣層-金屬)結(jié)構(gòu)，其制造方法簡(jiǎn)單且與CMOS技術(shù)高度兼容，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量大密度高，操作速度快且可靠性高，是公認(rèn)的未來(lái)可以取代傳統(tǒng)機(jī)械硬盤(pán)、NAND Flash型存儲(chǔ)器的非揮發(fā)存儲(chǔ)器之一。
[0003]近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外對(duì)RRAM的研究報(bào)道和測(cè)試芯片產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，但RRAM始終在操作上存在一個(gè)技術(shù)難題:擦除reset時(shí)的電流過(guò)大。圖1為一個(gè)典型的RRAM單元器件在操作(包括編程set和擦除reset)時(shí)的1-V曲線(xiàn)圖，包括了所有四種的操作模式，即單極性(unipolar)的兩種和雙極性(bipolar)的兩種。圖中電流從小到大的過(guò)程為set,此時(shí)存儲(chǔ)介質(zhì)從接近絕緣的高阻態(tài)轉(zhuǎn)變到低阻態(tài)；反之電流從大回到小的過(guò)程為reset，電阻也相應(yīng)從低阻回到高阻。從圖中可以發(fā)現(xiàn)，reset的電流為mA級(jí)別，這在由該存儲(chǔ)單元形成的高密度陣列中，會(huì)形成很大的總電流，勢(shì)必引起整個(gè)陣列的高功率和散熱等諸多問(wèn)題。目前針對(duì)這一問(wèn)題，一種方法是從材料入手，通過(guò)制備中的特殊工藝等方法調(diào)節(jié)低阻態(tài)電阻，使低阻變大從而減小reset電流，但是這種方法往往需要增加工藝生產(chǎn)中的難度；另一方法是通過(guò)外圍增加限流電路(如串聯(lián)一個(gè)電阻)來(lái)控制電流，不過(guò)這勢(shì)必會(huì)增加芯片版圖面積，使有效的存儲(chǔ)陣列面積減小，不利于低成本高密度的存儲(chǔ)發(fā)展趨勢(shì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的reset電流過(guò)大的技術(shù)問(wèn)題之一。為此，本發(fā)明的目的在于提出一種reset電流小的浮柵型阻變存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)及其操作方法。
[0005]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的浮柵型阻變存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)，包括:半導(dǎo)體襯底；形成在所述半導(dǎo)體襯底之下的背電極；形成在所述半導(dǎo)體襯底之上的隧穿介質(zhì)層；形成在所述隧穿介質(zhì)層之上的浮柵；形成在所述浮柵之上的阻變存儲(chǔ)介質(zhì)層；以及形成在所述阻變存儲(chǔ)介質(zhì)層之上的上電極。
[0006]本發(fā)明實(shí)施例的浮柵型阻變存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)，至少具有如下優(yōu)點(diǎn):(1)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以通過(guò)半導(dǎo)體領(lǐng)域成熟的工藝制造，兼容性高，適合大批量生產(chǎn)，成本較低；(2)通過(guò)引入的浮柵結(jié)構(gòu)，能夠有效的改善傳統(tǒng)RRAM在擦除操作中的大電流問(wèn)題，具有良好的存儲(chǔ)性能和高密度集成潛力。
[0007]另外，根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例的浮柵型阻變存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)還可以具有如下附加的技術(shù)特征:[0008]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述隧穿介質(zhì)層的材料為Hf02、Al2O3或SiO2中的一種或多種的組合。
[0009]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述阻變存儲(chǔ)介質(zhì)層的材料為Nb205、Ta2O5,TiO2^HfO2,Al2O3' ZrO2, La2O5, Si3N4' LaAlO3' ZrSiO4 或 HfSiO4 中的一種或多種的組合。
[0010]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述浮柵的材料為多晶硅。
[0011 ] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述背電極和上電極的材料分別為Al、Pt、Cu、Ag、TiN或ITO中的一種或多種的組合。
[0012]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述隧穿介質(zhì)層的厚度為3_20nm。
[0013]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述阻變存儲(chǔ)介質(zhì)層的厚度為5-100nm。
[0014]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述浮柵的厚度為80_150nm。
[0015]在本發(fā)明 的一個(gè)實(shí)施例中，所述背電極、浮柵和上電極的厚度分別為30_500nm。
[0016]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的浮柵型阻變存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)的操作方法，所述浮柵型阻變存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)為上述任一種浮柵型阻變存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)，當(dāng)操作為初始化操作時(shí)，對(duì)所述上電極加初始化電壓，所述浮柵和所述背電極接地，其中，所述初始化電壓的正負(fù)號(hào)由所述上電極和所述阻變存儲(chǔ)介質(zhì)層的材料組合決定；當(dāng)操作為編程操作時(shí)，對(duì)所述上電極加編程電壓，所述浮柵和所述背電極接地，其中所述編程電壓與所述初始化電壓正負(fù)號(hào)相同，所述編程電壓的絕對(duì)值小于所述初始化電壓的絕對(duì)值。
[0017]本發(fā)明實(shí)施例的浮柵型阻變存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)的操作方法，至少具有如下優(yōu)點(diǎn):(I)操作簡(jiǎn)單；(2)通過(guò)引入的浮柵結(jié)構(gòu)，能夠有效的改善傳統(tǒng)RRAM在擦除操作中的大電流問(wèn)題，具有良好的存儲(chǔ)性能和高密度集成潛力。
[0018]另外，根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例的浮柵型阻變存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)的操作方法還可以具有如下附加的技術(shù)特征:
[0019]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)操作為擦除操作時(shí):對(duì)所述上電極加擦除電壓，所述浮柵浮空，對(duì)所述背電極加輔助擦除電壓或接地，其中，所述擦除電壓和所述初始化電壓的正負(fù)號(hào)相反，所述輔助擦除電壓與所述初始化電壓的正負(fù)號(hào)相同。
[0020]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)操作為讀取操作時(shí):對(duì)所述上電極加讀取電壓，所述浮柵接地，所述背電極浮空或接地，其中所述讀取電壓為正電壓，所述讀取電壓的值小于所述編程電壓的絕對(duì)值。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1是典型的RRAM單元器件操作時(shí)的I_V曲線(xiàn)示意圖。
[0022]圖2是本發(fā)明實(shí)施例的浮柵型阻變存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖3是本發(fā)明實(shí)施例的浮柵型阻變存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)的初始化或編程操作的示意圖。
[0024]圖4是本發(fā)明實(shí)施例的浮柵型阻變存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)的擦除操作的示意圖。
[0025]圖5是本發(fā)明實(shí)施例的浮柵型阻變存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)的讀取操作的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類(lèi)似的標(biāo)號(hào)表示相同或類(lèi)似的元件或具有相同或類(lèi)似功能的元件。下面通過(guò)參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
[0027]圖2是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的浮柵型阻變存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示，該RRAM單元結(jié)構(gòu)包括依次層疊的背電極200、半導(dǎo)體襯底100、隧穿介質(zhì)層300、浮柵400、阻變存儲(chǔ)介質(zhì)層500以及上電極600。具體地:半導(dǎo)體襯底100的材料可以為S1、SiGe、Ge等等。隧穿介質(zhì)層300的材料可以為Hf02、Al2O3或SiO2中的一種或多種的組合，厚度為3-20m。浮柵400的材料可以為多晶硅，厚度為80_150nm。阻變存儲(chǔ)介質(zhì)層500的材料可以為 Nb2O5' Ta2O5' Ti02、HfO2, A1203> ZrO2, La2O5' Si3N4' LaAlO3' ZrSiO4 或 HfSiO4 中的一種或多種的組合，厚度為5-100nm。背電極200和上電極600的材料可以分別為Al、Pt、Cu、Ag、TiN或ITO中的一種或多種的組合，厚度分別為30-500nm。
[0028]本發(fā)明實(shí)施例的浮柵型阻變存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)，至少具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0029](I)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以通過(guò)半導(dǎo)體領(lǐng)域成熟的工藝制造，兼容性高，適合大批量生產(chǎn)，成本較低；
[0030](2)通過(guò)引入的浮柵結(jié)構(gòu)，能夠有效的改善傳統(tǒng)RRAM在擦除操作中的大電流問(wèn)題，具有良好的存儲(chǔ)性能和高密度集成潛力。
[0031]圖3是本發(fā)明實(shí)施例的浮柵型阻變存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)的初始化(forming)或編程(set)操作的示意圖。初始化操作是阻變存儲(chǔ)器特有的一種操作，剛制備得到的阻變存儲(chǔ)介質(zhì)薄膜通常為絕緣的高阻值態(tài)，首次編程操作的過(guò)程即初始化操作。以Ag (上電極)/HfO2(阻變存儲(chǔ)介質(zhì)層Vpoly-Si (浮柵VSiO2 (隧穿介質(zhì)層)/Si (襯底)/Α1 (背電極)結(jié)構(gòu)為例。初始化時(shí)，對(duì)上電極600加初始化電壓，浮柵400和背電極200均接地。上電極600和浮柵400之間具有電勢(shì)差，因此阻變存儲(chǔ)介質(zhì)層500中形成電場(chǎng)，驅(qū)使上電極600中的Ag離子在HfO2薄膜中漂移到達(dá)浮柵400的poly-Si,并排布成一個(gè)Ag材料的導(dǎo)電細(xì)絲(filament)。此時(shí)，阻變存儲(chǔ)介質(zhì)層500中由于的導(dǎo)電細(xì)絲存在，轉(zhuǎn)變?yōu)榈妥柚祽B(tài)。而浮柵400和背電極200為等電位，所以隧穿介質(zhì)層300和半導(dǎo)體襯底100并不發(fā)生變化。在器件完成初始化操作以后，每一次的編程操作方法與原理都與初始化操作類(lèi)似，只是編程操作時(shí)對(duì)上電極600施加的編程電壓Vsrt小于Vfmiingtl
[0032]需要說(shuō)明的是，根據(jù)上電極600和阻變存儲(chǔ)介質(zhì)層500的材料組合不同，Vfmiing的正負(fù)號(hào)會(huì)有所不同，以及在阻變存儲(chǔ)介質(zhì)層500中形成的導(dǎo)電細(xì)絲組分也會(huì)不同，需要在實(shí)際操作中具體對(duì)待。這種上電極與阻變存儲(chǔ)介質(zhì)層的材料組合情況通?？梢苑譃槿箢?lèi)。第一類(lèi):上電極為擴(kuò)散性強(qiáng)的金屬。例如:上電極600為Ag或Cu,阻變存儲(chǔ)介質(zhì)層500為HfO2或Al2O315 Ag和Cu在HfO2或Al2O3中的擴(kuò)散漂移能力大，初始化和編程時(shí)對(duì)Ag層或Cu層施加正電壓(如前文所述)，Ag+或Cu2+在電場(chǎng)作用下于HfO2或Al2O3薄膜內(nèi)排布形成導(dǎo)電細(xì)絲。第二類(lèi):上電極為與阻變存儲(chǔ)介質(zhì)層材料的氧元素結(jié)合能力強(qiáng)，且俘獲氧元素電子能力強(qiáng)的電極材料。例如:上電極600為T(mén)i，阻變存儲(chǔ)介質(zhì)層500為T(mén)i02。初始化和編程時(shí)對(duì)Ti層施加正電壓后，能夠俘獲TiO2薄膜中的氧元素的電子，使得氧元素轉(zhuǎn)變?yōu)檠蹩瘴?0+/02+)并排布形成導(dǎo)電細(xì)絲。第三類(lèi):上電極為與阻變介質(zhì)材料的氧元素結(jié)合能力強(qiáng)，且易被氧元素奪去電子的電極材料。例如:上電極600為T(mén)iN，阻變存儲(chǔ)介質(zhì)層500為HfO20初始化或編程操作需要在TiN層加負(fù)電壓，導(dǎo)致HfO2薄膜中形成的氧離子(02_)的導(dǎo)電細(xì)絲。
[0033]圖4是本發(fā)明實(shí)施例的浮柵型阻變存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)的擦除(reset)操作的示意圖。操作為擦除操作時(shí):對(duì)上電極600加擦除電壓V_rt，所述浮柵浮空，對(duì)背電極200加輔助擦除電壓VbyMsrt或接地，其中，擦除電壓和初始化電壓Vfmiing的正負(fù)號(hào)相反，輔助擦除電壓Vb^t與初始化電壓VtomingW正負(fù)號(hào)相同。仍以Ag (上電極)/HfO2 (阻變存儲(chǔ)介質(zhì)層)/poly-Si (浮柵)/SiO2 (隧穿介質(zhì)層)/Si (襯底)/Α1 (背電極)結(jié)構(gòu)為例。擦除操作時(shí)，對(duì)上電極600加符號(hào)為負(fù)的擦除電壓V_et，浮柵400浮空，背電極200加符號(hào)為正的輔助擦除電壓Vbyesrt或者接地。此時(shí)，上電極600和背電極200之間的電場(chǎng)會(huì)驅(qū)使半導(dǎo)體襯底100表面的空穴由于直接隧穿或者FN隧穿現(xiàn)象通過(guò)隧穿介質(zhì)層300進(jìn)入浮柵400中，如圖中所示電場(chǎng)方向。而浮柵400是富含缺陷的多晶硅等半導(dǎo)體材料，這些隧穿進(jìn)入的空穴會(huì)被缺陷俘獲并儲(chǔ)存，使得整個(gè)浮柵400帶正電，從而與上電極600形成一個(gè)內(nèi)建的電場(chǎng)，驅(qū)使HfO2薄膜中的Ag導(dǎo)電細(xì)絲中的Ag離子向上電極600漂移，從而導(dǎo)電細(xì)絲斷裂。若以TiN(上電極VHfO2 (阻變存儲(chǔ)介質(zhì)層)/Pt (中間電極Vpoly-Si (浮柵VSiO2 (隧穿介質(zhì)層)/Si (襯底)/Al (背電極)為例，則擦除時(shí)，上電極600施加正電壓V,_t，浮柵400浮空，背電極200加符號(hào)為負(fù)的輔助擦除電壓Vbyesrt或者接地。此時(shí)，上電極600和背電極200之間的電場(chǎng)會(huì)驅(qū)使半導(dǎo)體襯底100表面的電子由于直接隧穿或者FN隧穿現(xiàn)象通過(guò)隧穿介質(zhì)層300進(jìn)入浮柵400中，并被浮柵中的缺陷俘獲儲(chǔ)存，使得整個(gè)浮柵400帶負(fù)電，從而與上電極600形成一個(gè)內(nèi)建的電場(chǎng)，驅(qū)使HfO2薄膜中的導(dǎo)電細(xì)絲中的氧負(fù)離子向上電極600漂移，從而導(dǎo)電細(xì)絲斷裂。此時(shí)，阻變存儲(chǔ)介質(zhì)層500由于導(dǎo)電細(xì)絲斷裂轉(zhuǎn)變?yōu)楦咦柚祽B(tài)。在該擦除操作過(guò)程中，由于下層MOS電容結(jié)構(gòu)為高電阻，使得上電極600和背電極200之間流過(guò)的擦除電流大大下降，有效的改善了現(xiàn)有的RRAM在擦除時(shí)的高電流問(wèn)題。[0034]圖5是本發(fā)明實(shí)施例的浮柵型阻變存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)的讀取(read)操作的示意圖。讀取操作包括:對(duì)上電極600施加讀取電壓Vread，將浮柵400接地，將背電極200浮空或者接地。其中讀取電壓通常為正電壓，其值小于編程電壓的絕對(duì)值。通常小于0.5V，它并不會(huì)改變阻變存儲(chǔ)介質(zhì)層500的狀態(tài)，而Vsrt和Vfmiing是會(huì)改變阻變存儲(chǔ)介質(zhì)層500的狀態(tài)和阻值的。此時(shí)，在上電極600和浮柵400之間流過(guò)的電流即為讀取得到的電流IMad，由此電流即可推算出此時(shí)阻變存儲(chǔ)介質(zhì)層500的電阻值，得到存儲(chǔ)的信息數(shù)據(jù)。
[0035]本發(fā)明實(shí)施例的浮柵型阻變存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)的操作方法，至少具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0036]( I)操作簡(jiǎn)單，兼容性好；
[0037](2)通過(guò)引入的浮柵結(jié)構(gòu)，能夠有效的改善傳統(tǒng)RRAM在擦除操作中的大電流問(wèn)題，具有良好的存儲(chǔ)性能和高密度集成潛力。
[0038]在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語(yǔ)“中心”、“縱向”、“橫向”、“長(zhǎng)度”、“寬度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底” “內(nèi)”、“外”、“順時(shí)
針”、“逆時(shí)針”、“軸向”、“徑向”、“周向”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
[0039]此外，術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括至少一個(gè)該特征。在本發(fā)明的描述中，“多個(gè)”的含義是至少兩個(gè)，例如兩個(gè)，
三個(gè)等，除非另有明確具體的限定。
[0040]在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語(yǔ)“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術(shù)語(yǔ)應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過(guò)中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通或兩個(gè)元件的相互作用關(guān)系，除非另有明確的限定。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語(yǔ)在本發(fā)明中的具體含義。
[0041]在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接觸，或第一和第二特征通過(guò)中間媒介間接接觸。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或僅僅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或僅僅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0042]在本說(shuō)明書(shū)的描述中，參考術(shù)語(yǔ)“一個(gè)實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說(shuō)明書(shū)中，對(duì)上述術(shù)語(yǔ)的示意性表述不必須針對(duì)的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以將本說(shuō)明書(shū)中描述的不同實(shí)施例或示例以及不同實(shí)施例或示例的特征進(jìn)行結(jié)合和組合。
[0043]盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，可以理解的是，上述實(shí)施例是示例性的，不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行變化、修改、替換和變型。
【權(quán)利要求】
1.一種浮柵型阻變存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括: 半導(dǎo)體襯底； 形成在所述半導(dǎo)體襯底之下的背電極； 形成在所述半導(dǎo)體襯底之上的隧穿介質(zhì)層； 形成在所述隧穿介質(zhì)層之上的浮柵； 形成在所述浮柵之上的阻變存儲(chǔ)介質(zhì)層；以及 形成在所述阻變存儲(chǔ)介質(zhì)層之上的上電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的浮柵型阻變存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述隧穿介質(zhì)層的材料為HfO2、Al2O3或SiO2中的一種或多種的組合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的浮柵型阻變存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述阻變存儲(chǔ)介質(zhì)層的材料為 Nb2O5' Ta2O5' Ti02、HfO2, A1203> ZrO2, La2O5' Si3N4' LaAlO3' ZrSiO4 或 HfSiO4 中的一種或多種的組合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的浮柵型阻變存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述浮柵的材料為多晶娃。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的浮柵型阻變存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述背電極和上電極的材料分別為Al、Pt、Cu、Ag、TiN或ITO中的一種或多種的組合。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的浮柵型阻變存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述隧穿介質(zhì)層的厚度為3-20nm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的浮柵型阻變存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述阻變存儲(chǔ)介質(zhì)層的厚度為5-100nm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的浮柵型阻變存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述浮柵的厚度為80_150nm。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的浮柵型阻變存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述背電極、浮柵和上電極的厚度分別為30-500nm。
10.一種浮柵型阻變存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)的操作方法，其特征在于，所述浮柵型阻變存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)為權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的浮柵型阻變存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)， 當(dāng)操作為初始化操作時(shí)，對(duì)所述上電極加初始化電壓，所述浮柵和所述背電極接地，其中，所述初始化電壓的正負(fù)號(hào)由所述上電極和所述阻變存儲(chǔ)介質(zhì)層的材料組合決定； 當(dāng)操作為編程操作時(shí)，對(duì)所述上電極加編程電壓，所述浮柵和所述背電極接地，其中所述編程電壓與所述初始化電壓正負(fù)號(hào)相同，所述編程電壓的絕對(duì)值小于所述初始化電壓的絕對(duì)值。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的浮柵型阻變存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)的操作方法，其特征在于，當(dāng)操作為擦除操作時(shí):對(duì)所述上電極加擦除電壓，所述浮柵浮空，對(duì)所述背電極加輔助擦除電壓或接地，其中，所述擦除電壓和所述初始化電壓的正負(fù)號(hào)相反，所述輔助擦除電壓與所述初始化電壓的正負(fù)號(hào)相同。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的浮柵型阻變存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)的操作方法，其特征在于，當(dāng)操作為讀取操作時(shí):對(duì)所述上電極加讀取電壓，所述浮柵接地，所述背電極浮空或接地，其中所述讀取電壓為正電壓，所述讀取電壓的值小于所述編程電壓的絕對(duì)值。
【文檔編號(hào)】H01L27/24GK103928610SQ201410129502
【公開(kāi)日】2014年7月16日 申請(qǐng)日期:2014年4月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月1日
【發(fā)明者】袁方, 張志剛 申請(qǐng)人:清華大學(xué)