一種電可擦除可編程只讀存儲器陣列的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種電可擦除可編程只讀存儲器陣列，包括一P型半導(dǎo)體襯底、在P型襯底上形成一些N溝道存儲管、在P型襯底上形成一些N溝道選擇管；所述的選擇管的源極連接到它們對應(yīng)的存儲管的漏極，共同形成兩管存儲單元；所述存儲單元在P型襯底上按行和列排成陣列，并按列的方向組成字節(jié)列；在行的方向設(shè)有若干字線，每條字線連接行中選擇管的柵極；在行的方向設(shè)有若干控制線，每條控制線連接行中存儲管的控制柵極；在列的方向設(shè)有若干位線，每條位線連接列中選擇管的漏極；在列的方向設(shè)有若干源極線，每條源極線連接字節(jié)列中存儲管的源極。本實用新型通過取消每個字節(jié)的字節(jié)選擇管來實現(xiàn)較小的陣列面積，并維持字節(jié)可操作性。
【專利說明】—種電可擦除可編程只讀存儲器陣列

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及半導(dǎo)體存儲器，具體涉及一種電可擦除可編程只讀存儲器陣列。

【背景技術(shù)】
[0002]盡管扇區(qū)及塊可改寫的閃存器件由于其高密度和高速度而為人們普遍接受，應(yīng)用越來越廣，傳統(tǒng)的字節(jié)可改寫EEPROM由于其便捷性，高可靠性和較低的操作功耗，在很多應(yīng)用中還是無可替代。
[0003]圖1A示出了本實用新型所用的傳統(tǒng)兩管N溝道浮柵遂穿EEPROM存儲單元的剖面圖。每個兩管存儲單元包括一個位選擇管和一個浮柵存儲管。位選擇管雖然占了一些面積，卻能簡化存儲器操作和外圍電路設(shè)計。這里的存儲單元是靠高場強(qiáng)下的電子遂穿效應(yīng)來完成編程和擦除操作。遂穿擦寫只需要很低的功耗。
[0004]圖1B是傳統(tǒng)兩管EEPROM單元的一種衍生結(jié)構(gòu)。存儲管采用自對準(zhǔn)疊柵結(jié)構(gòu)。位選擇管也采用類似存儲管的疊柵，把浮柵和控制柵接在一起形成選擇柵極。這種結(jié)構(gòu)使存儲單元更緊湊小巧，通常在閃存工藝中采用。
[0005]圖2示出了眾所周知的傳統(tǒng)兩管N溝道浮柵遂穿EEPROM陣列的布線圖。位選擇管103與存儲管104串聯(lián)形成圖1C所示的存儲單元。通常每8個存儲單元形成一個字節(jié)。每個字節(jié)都與一個專有的字節(jié)選擇管100組合在一起。所有源極都連接于公共源極線105并且連接到源控制管102，進(jìn)而為源控制線SCL所控制。存儲陣列的擦寫操作已為人們所熟知，列表于圖3。在這種布線結(jié)構(gòu)中，專有的字節(jié)選擇管是實現(xiàn)字節(jié)操作的關(guān)鍵，但是也占相當(dāng)多的芯片面積。這種矛盾隨著工藝技術(shù)向更小線寬的演進(jìn)而愈加突出。業(yè)界也有一些嘗試來取消陣列中的字節(jié)選擇管并保持字節(jié)操作性。
[0006]美國專利號5，455，790揭示了一種EEPROM存儲單元及操作方法，可以實現(xiàn)所述目標(biāo)。其存儲單元為特別構(gòu)建，有異于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)。它的每個字節(jié)列需要做在彼此分開，電性上隔離的P型阱中，而這些P阱做在N型襯底中。
[0007]美國專利申請?zhí)?1/314，504揭示了另外一種EEPROM存儲單元及操作方法。存儲單元的構(gòu)造包含一個與存儲管集成在一起的位選擇管，所以整個存儲單元比較小巧。與上例一樣，它的每個字節(jié)列也要在單獨的P阱中，而P阱做在被深N阱隔離的P型襯底上。
[0008]以上所說的阱隔離，無論是通過PN結(jié)隔離，還是通過類似深溝槽的電介質(zhì)隔離，都要占據(jù)相當(dāng)?shù)男酒娣e，而且要額外的工藝步驟來實現(xiàn)。
[0009]與之不同的是，美國專利申請?zhí)?2/115，952揭示了一種基于兩管單元的不需要字節(jié)選擇管的EEPROM陣列及操作。它沒有指明存儲器極性類型，不過對其操作描述進(jìn)行判斷，可以認(rèn)定是做在P阱中的N溝道存儲單元。通過分析其描述和權(quán)力聲明，其整個存儲陣列是做在同一個阱中而不需要字節(jié)段隔離，但是在操作時卻需要對全體存儲單元所在的公共P阱提供適合的不同于襯底的偏置電位。言外之意，公共P阱需要通過類似三層阱的結(jié)構(gòu)與襯底做電性隔離。這一需求顯然與傳統(tǒng)工藝不同，會增加工藝復(fù)雜度。同時在其操作中，除了對字線和位線的控制，還要對字節(jié)列源極線，行選擇線和公共P阱線作復(fù)雜偏置，無疑要增加電路復(fù)雜度和芯片面積。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]針對現(xiàn)有技術(shù)上存在的不足，本實用新型目的是在于提供一種電可擦
[0011]除可編程只讀存儲器陣列，通過取消每個字節(jié)的字節(jié)選擇管來實現(xiàn)較小的陣列面積，并維持字節(jié)可操作性。
[0012]為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型是通過如下的技術(shù)方案來實現(xiàn):一種電可擦除可編程只讀存儲器(EEPROM)陣列，其特征在于，包括:一 P型半導(dǎo)體襯底、在P型襯底上形成一些N溝道存儲管、在P型襯底上形成一些N溝道選擇管；所述的選擇管的源極連接到它們對應(yīng)的存儲管的漏極，共同形成兩管存儲單元；所述存儲單元在P型襯底上按行和列排成陣列，并按列的方向組成字節(jié)列；在行的方向設(shè)有若干字線，每條字線連接行中選擇管的柵極；在行的方向設(shè)有若干控制線，每條控制線連接行中存儲管的控制柵極；在列的方向設(shè)有若干位線，每條位線連接列中選擇管的漏極；在列的方向設(shè)有若干源極線，每條源極線連接字節(jié)列中存儲管的源極；
[0013]其中，所述存儲單元中的存儲管為浮柵遂穿氧化層結(jié)構(gòu)。
[0014]其中，在襯底以外區(qū)域控制柵可以完全包圍浮柵，或只是部分包圍浮柵。
[0015]其中，所述存儲單元中的選擇管可以是單管結(jié)構(gòu)，或浮柵與控制柵連接在一起形成柵極的浮柵結(jié)構(gòu)。
[0016]其中，所述字節(jié)列的位寬可以為8位，或任何大于零的整數(shù)位。
[0017]其中，還在襯底上沿行的方向形成若干N溝道源控制管。有一條源控制線連接這些源控制管的柵極。每個源控制管的漏極連接陣列相應(yīng)字節(jié)列的源極線。
[0018]其中，還在襯底上沿列的方向形成若干N溝道頁控制管。有一條頁控制線連接這些頁控制管的漏極。每個頁控制管的柵極連接到對應(yīng)行的字線上。每個頁控制管的源極連接到對應(yīng)行的控制線上。
[0019]本實用新型通過取消每個字節(jié)的字節(jié)選擇管來實現(xiàn)較小的陣列面積，并維持字節(jié)可操作性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】來詳細(xì)說明本實用新型；
[0021]圖1A所示為傳統(tǒng)兩管N溝道浮柵遂穿EEPROM單元的剖面圖。
[0022]圖1B所示為另外一種兩管單元的構(gòu)造剖面圖，是圖1A的衍生例之一。
[0023]圖1C為圖1A，IB所示兩管浮柵存儲單元的等效電路示意圖，并標(biāo)注了內(nèi)部節(jié)點以供進(jìn)一步引用。
[0024]圖2所示為基于傳統(tǒng)兩管EEPROM單元并配合字節(jié)選擇管的典型存儲器陣列布線形式。
[0025]圖3所示為基于圖2的陣列在進(jìn)行擦寫操作時陣列控制信號和存儲單元內(nèi)部節(jié)點電位列表。
[0026]其中，“F”表示懸浮電位?！癋=0”表示懸浮節(jié)點被箝位于地電位。
[0027]圖4所示為本實用新型所揭示的不需要字節(jié)選擇管及制造工藝改動的基于傳統(tǒng)EEPROM單元的陣列布線實施例；
[0028]圖5所示為基于圖4的陣列在進(jìn)行擦寫操作時陣列控制信號和存儲單元內(nèi)部節(jié)點電位列表。
[0029]其中，“F”表示懸浮電位?！癋= HV ”表示懸浮節(jié)點被箝位于高電位。

【具體實施方式】
[0030]為使本實用新型實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合【具體實施方式】，進(jìn)一步闡述本實用新型。
[0031]本實用新型提供了一種電可擦除可編程只讀存儲器(EEPROM)陣列，
[0032]包括:一 P型半導(dǎo)體襯底、在P型襯底上形成一些N溝道存儲管、在P型襯底上形成一些N溝道選擇管；所述的選擇管的源極連接到它們對應(yīng)的存儲管的漏極，共同形成兩管存儲單元；所述存儲單元在P型襯底上按行和列排成陣列，并按列的方向組成字節(jié)列；在行的方向設(shè)有若干字線，每條字線連接行中選擇管的柵極；在行的方向設(shè)有若干控制線，每條控制線連接行中存儲管的控制柵極；在列的方向設(shè)有若干位線，每條位線連接列中選擇管的漏極；在列的方向設(shè)有若干源極線，每條源極線連接字節(jié)列中存儲管的源極；
[0033]所述存儲單元中的存儲管為浮柵遂穿氧化層結(jié)構(gòu)。
[0034]在襯底以外區(qū)域控制柵可以完全包圍浮柵，或只是部分包圍浮柵。
[0035]所述存儲單元中的選擇管可以是單管結(jié)構(gòu)，或浮柵與控制柵連接在一起形成柵極的浮柵結(jié)構(gòu)。
[0036]所述字節(jié)列的位寬可以為8位，或任何大于零的整數(shù)位。
[0037]還在襯底上沿行的方向形成若干N溝道源控制管。有一條源控制線連接這些源控制管的柵極。每個源控制管的漏極連接陣列相應(yīng)字節(jié)列的源極線。
[0038]還在襯底上沿列的方向形成若干N溝道頁控制管。有一條頁控制線連接這些頁控制管的漏極。每個頁控制管的柵極連接到對應(yīng)行的字線上。每個頁控制管的源極連接到對應(yīng)行的控制線上。
[0039]圖4所示為本實用新型所揭示的EEPROM存儲單元的陣列布線實施例20。整個器件做在P型襯底上。存儲陣列21是由存儲單元排成陣列形成。位選擇管203與存儲管204串聯(lián)形成圖1C所示的兩管存儲單元。所述存儲單元可以有如圖1A，IB所示結(jié)構(gòu)，也可以是任何一種衍生的具有兩管N溝道浮柵遂穿EEPROM單元特征的存儲單元。
[0040]存儲陣列21在行的方向包含η條字線。圖中列出了其中的四條:WL0，WL1，WL2和WL3。對應(yīng)于每條字線，陣列包含η條控制線207。圖中列出了其中的四條:207_0，207-1，207-2和207-3。每條字線連接對應(yīng)一組存儲單元選擇管的柵極。每條控制線連接對應(yīng)一組存儲單元存儲管的控制柵極。
[0041]存儲陣列21在列的方向包含m條字節(jié)列208。圖中示出其中兩列:208_0和208_1。每個字節(jié)列都包含一組位線，每條位線連接對應(yīng)一組存儲單元位選擇管的漏極。圖中列出對應(yīng)于字節(jié)列208-0的三條位線BLO，BLl和BL7及對應(yīng)于字節(jié)列208-1的三條位線BL9，BLlO和BL15。盡管在本實施例中每個字節(jié)列包含8條位線，即一個字節(jié)，其實每個字節(jié)列也可以包含W條位線，其中W通常是8，16或32，但可以是任何大于零的整數(shù)。
[0042]每個字節(jié)列有一條對應(yīng)的源極線205。圖中示出其中兩條:205-0和205_1。每條源極線連接對應(yīng)字節(jié)列中所有存儲單元存儲管的源極。有些實施例中，每條源極線可以連接到m個排成一行的源極控制管202的漏極。圖中示出其中兩個位于字節(jié)列底部的源極控制管:202-0和202-1。一條源極控制線SCL連接每個源極控制管的柵極。所有源極控制管的源極接地。
[0043]在存儲陣列21每行的最左邊，有一列由η個頁控制管組成的頁控制列200。圖中示出其中四個頁控制管:200-0，200-1, 200-2和200-3。每個頁控制管柵極與對應(yīng)行的字線相連，而源極連接對應(yīng)控制線207。一條頁控制線PCL連接每個頁控制管的漏極。
[0044]—條字線中的m個字節(jié)可以形成一頁，所以η條字線就形成η頁。另外一頁也可以由幾條字線形成。
[0045]比較本實用新型的存儲陣列布線圖4及傳統(tǒng)陣列布線的圖2，可以發(fā)現(xiàn)有兩處主要不同。本實用新型沒有為每個字節(jié)配置額外的字節(jié)選擇管，所以在圖4所示206的陣列區(qū)域不占用空間，僅為整個陣列保留一列頁選擇管200，所以節(jié)省可觀芯片空間。應(yīng)對這種改變，原來公共的源極線按字節(jié)列的方向斷開并沿列的方向連接于對應(yīng)源極控制管。這兩項改動僅僅涉及布線，不需要改動存儲單元或制造工藝。
[0046]參照圖2和圖4，為了理解陣列操作方法的方便，兩個存儲陣列都被分成四個區(qū)域:Α區(qū)是提供字節(jié)模式擦寫讀取操作的目標(biāo)字節(jié)，其它區(qū)域不應(yīng)受影響。以A為參考，B為同一行中的單元，D為同一列中的單元，而C是既不在同一行也不在同一列中的單元。
[0047]圖5所示表格為本實用新型所提供的EEPROM陣列布線實施例在擦寫操作時陣列控制信號和存儲單元內(nèi)部節(jié)點電壓情況。無論是擦除，編寫還是讀取，所有操作僅需要透過字線，位線，源極控制線和頁控制線的偏置來實現(xiàn)。
[0048]編寫操作
[0049]做字節(jié)編寫操作時，源極控制線SCL接地，關(guān)斷所有源極控制管，并使陣列的所有源極線處于浮置電位。頁控制線PCL也接地。目標(biāo)字節(jié)A所處的字線WLO接相對較高的編程電壓，通常12-18V，其它字線接地。位線BL0-BL7可以接較低電位，比如接地，或接編程高壓，取決于相應(yīng)位的內(nèi)容是否需要改變。
[0050]基于這種信號配置，存儲陣列各區(qū)域存儲單元內(nèi)部節(jié)點的電位如圖5右半部分編寫區(qū)所示。只有在位線是高電壓時，在存儲單元A的內(nèi)部節(jié)點CG和CD間才會建立起較高電場。參照圖1Α，1Β和1C，此時CG為零，而⑶為高電壓，在遂穿氧化層兩側(cè)建立起比較高的電場，足以使浮柵中的電子通過遂穿效應(yīng)進(jìn)入做在P型襯底中的N型埋層，所述存儲單元完成編寫操作。位線為低電壓時，浮柵兩側(cè)沒有高電場，單元A的內(nèi)容不會變化。其它幾個區(qū)域的單元也都不會變化。比較圖3和圖5的編寫操作部分，兩種陣列在陣列控制信號和存儲單元內(nèi)部節(jié)點上的情況都是完全一致的。
[0051]除了完成單字節(jié)編寫操作，所述信號配置其實也可以在一次操作中完成多字節(jié)或頁模式編寫，只需有選擇地偏置所需編程的各個字節(jié)列中各個位線的電壓，所以在此不再贅述。
[0052]擦除操作
[0053]做字節(jié)擦除操作時，源極控制線SCL接地，關(guān)斷所有源極控制管，并使陣列的所有源極線處于浮置電位。頁控制線PCL接高電壓。目標(biāo)字節(jié)A所處的字線WLO接高電壓，其它字線接地。位線BL0-BL7接地，其它位線接高電壓。
[0054]基于這種信號配置，存儲陣列各區(qū)域存儲單元內(nèi)部節(jié)點的電位如圖5右半部分擦除區(qū)所示。還是參照圖1A, IB和1C,對目標(biāo)單元A, CG為高電壓，⑶為地電位,此時在遂穿氧化層兩側(cè)也可以建立起較高電場，只是與編寫時的電場方向相反，電子是從N型埋層通過遂穿效應(yīng)進(jìn)入浮柵，從而擦除這個字節(jié)。其它單元內(nèi)容不會變化。
[0055]比較圖3和圖5的擦除操作部分，區(qū)域B的節(jié)點條件是明顯不同的。本實用新型的陣列操作中，區(qū)域B中存儲單元節(jié)點CG和CD都出現(xiàn)高電壓。他們其實會相互抵消，而不會在遂穿氧化層兩側(cè)產(chǎn)生足以引發(fā)遂穿的電場，所以其效果與傳統(tǒng)陣列操作一致，內(nèi)容也不會被改寫。
[0056]除了可以完成單字節(jié)擦除操作，所述信號配置其實也可以在一次操作中完成多字節(jié)或頁模式擦除，只需有選擇地偏置各個字節(jié)列中各組位線的電壓，所以在此不再贅述。
[0057]讀出操作
[0058]做字節(jié)讀出操作時，源極控制線SCL接介于電源電壓VDD和地電位之間的電壓以使源極控制管充分開啟。在頁控制線PCL上加一個讀取電壓(Vsense)。Vsense通常介于OV到3V之間。字線WLO通常偏置在不小于Vsense但遠(yuǎn)小于編程高壓的一個電位，其它字線接地電位來關(guān)斷位于這些字線中的存儲單元?；谶@種信號配置，如果在位線BL0-BL7加一個IV到4V的電位，將會在存儲單元中產(chǎn)生相應(yīng)的電流，從而被讀出放大器(圖中未標(biāo)出)讀出。其它位線因為被外圍電路(圖中也未標(biāo)出)譯碼隔斷，所以不會對目標(biāo)字節(jié)的讀取產(chǎn)生影響。
[0059]根據(jù)需要，讀出數(shù)據(jù)位寬也可以大于或小于一個字節(jié)列的寬度，甚至按位讀出。
[0060]以上顯示和描述了本實用新型的基本原理和主要特征和本實用新型的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本實用新型不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本實用新型的原理，在不脫離本實用新型精神和范圍的前提下，本實用新型還會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本實用新型范圍內(nèi)。本實用新型要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
【權(quán)利要求】
1.一種電可擦除可編程只讀存儲器陣列，其特征在于，包括一 P型半導(dǎo)體襯底、在P型襯底上形成一些N溝道存儲管、在P型襯底上形成一些N溝道選擇管；所述的選擇管的源極連接到它們對應(yīng)的存儲管的漏極，共同形成兩管存儲單元；所述存儲單元在P型襯底上按行和列排成陣列，并按列的方向組成字節(jié)列；在行的方向設(shè)有若干字線，每條字線連接行中選擇管的柵極；在行的方向設(shè)有若干控制線，每條控制線連接行中存儲管的控制柵極；在列的方向設(shè)有若干位線，每條位線連接列中選擇管的漏極；在列的方向設(shè)有若干源極線，每條源極線連接字節(jié)列中存儲管的源極。
2.根據(jù)權(quán)力要求I所述的一種電可擦除可編程只讀存儲器陣列，其特征在于，所述存儲單元中的存儲管為浮柵遂穿氧化層結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)力要求I所述的一種電可擦除可編程只讀存儲器，其特征在于，在襯底以外區(qū)域控制柵可以完全包圍浮柵，或只是部分包圍浮柵。
4.根據(jù)權(quán)力要求I所述的一種電可擦除可編程只讀存儲器，其特征在于，所述存儲單元中的選擇管可以是單管結(jié)構(gòu)，或浮柵與控制柵連接在一起形成柵極的浮柵結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)力要求I所述的一種電可擦除可編程只讀存儲器，其特征在于，所述字節(jié)列的位寬可以為8位，或任何大于零的整數(shù)位。
6.根據(jù)權(quán)力要求I所述的一種電可擦除可編程只讀存儲器，其特征在于，還在襯底上沿行的方向形成若干N溝道源控制管。
7.根據(jù)權(quán)力要求I所述的一種電可擦除可編程只讀存儲器，其特征在于，還在襯底上沿列的方向形成若干N溝道頁控制管。
【文檔編號】G11C16/14GK204045210SQ201420507774
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月4日
【發(fā)明者】韓秀峰 申請人:上海梅軒實業(yè)有限公司