本發(fā)明涉及一種單閘極多次寫入非揮發(fā)性內(nèi)存(non-volatilememory),該非揮發(fā)性內(nèi)存為單浮接閘極,利用輕摻雜汲極(lightdopingdrain,ldd)域當(dāng)作電容,寫入時(shí)以最少的控制電壓種類及最少的元件,達(dá)到縮小整體面積的目的。
背景技術(shù):
互補(bǔ)式金屬氧化半導(dǎo)體(complementarymetaloxidesemiconductor,cmos)制程技術(shù)已成為特殊應(yīng)用集成電路(applicationspecificintegratedcircuit,asic)的常用制造方法。在計(jì)算機(jī)信息產(chǎn)品發(fā)達(dá)的今天,電子式可清除程序化只讀存儲(chǔ)器(electricallyerasableprogrammablereadonlymemory,eeprom)由于具備有電性編寫和抹除數(shù)據(jù)的非揮發(fā)性內(nèi)存功能,且在電源關(guān)掉后數(shù)據(jù)不會(huì)消失,所以被廣泛使用于電子產(chǎn)品上。
非揮發(fā)性內(nèi)存為可程序化的,其用以儲(chǔ)存電荷以改變內(nèi)存的晶體管的閘極電壓,或不儲(chǔ)存電荷以留下原內(nèi)存的晶體管的閘極電壓。抹除操作則是將儲(chǔ)存在非揮發(fā)性內(nèi)存中的所有電荷移除,使得所有非揮發(fā)性內(nèi)存回到原內(nèi)存的晶體管的閘極電壓。在現(xiàn)有的單閘極非揮發(fā)性內(nèi)存的結(jié)構(gòu)中,控制電壓種類多、存儲(chǔ)元件多,因此非揮發(fā)內(nèi)存面積較大,造成成本的增加。
有鑒于此,本發(fā)明遂針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足,提出一種單閘極多次寫入非揮發(fā)性內(nèi)存及其操作方法,以大幅縮減單閘極非揮發(fā)性內(nèi)存面積,以及提升單閘極非揮發(fā)性內(nèi)存的產(chǎn)品價(jià)值。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明的主要目的在于提供一種單閘極多次寫入非揮發(fā)性內(nèi)存,該非揮發(fā)性內(nèi)存為單浮接閘極,寫入時(shí)以最少的控制電壓種類及最少的元件,達(dá)到縮小整體面積的效果。現(xiàn)有的可寫入單閘極的非揮發(fā)性內(nèi)存由于控制復(fù)雜導(dǎo)致成本提高,本發(fā)明由于操作簡單、元件最少,從而能夠大幅減少控制線路以及大幅降低非揮發(fā)性內(nèi)存的成本。
因此,為了達(dá)到上述目的,本發(fā)明公開了一種單閘極多次寫入非揮發(fā)性內(nèi)存,應(yīng)用于單閘極多次寫入非揮發(fā)性內(nèi)存,此單閘極多次寫入非揮發(fā)性內(nèi)存包括半導(dǎo)體基底、晶體管和一個(gè)晶體管做成的電容結(jié)構(gòu);其中,晶體管與電容結(jié)構(gòu)設(shè)置于半導(dǎo)體基底,晶體管是由第一導(dǎo)電閘極堆棧在第一介電層表面,第一介電層位于半導(dǎo)體基底上,兩個(gè)高度導(dǎo)電的離子摻雜區(qū)位于第一導(dǎo)電閘極與第一介電層兩側(cè)的半導(dǎo)體基底內(nèi)形成源極及汲極;電容結(jié)構(gòu)如同晶體管結(jié)構(gòu),是由第二導(dǎo)電閘極堆棧在第二介電層表面,第二介電層位于半導(dǎo)體基底上,輕摻雜區(qū)設(shè)于該半導(dǎo)體基底內(nèi)并位于第二介電層一側(cè)而形成輕摻雜汲極,且輕摻雜區(qū)與離子摻雜區(qū)具有同型的離子,電容結(jié)構(gòu)的第二導(dǎo)電閘極及晶體管的第一導(dǎo)電閘極隔離并被電連接,并形成非揮發(fā)性內(nèi)存的單浮接閘極。
本發(fā)明中,若半導(dǎo)體基底為p型,離子摻雜區(qū)與輕摻雜區(qū)為n型;或者,若半導(dǎo)體基底為n型,離子摻雜區(qū)與輕摻雜區(qū)為p型。
另外,本發(fā)明公開的單閘極多次寫入非揮發(fā)性內(nèi)存的操作方法,可對(duì)于上述由p型半導(dǎo)體基底、晶體管與電容結(jié)構(gòu)所構(gòu)成的非揮發(fā)性內(nèi)存,于p型半導(dǎo)體基底、源極、汲極與輕摻雜汲極上分別施加基底電壓vsub、源極電壓vs、汲極電壓vd及控制閘極電壓vc,進(jìn)行寫入或抹除過程。其中,于寫入時(shí),滿足vsub為接地(=0),vd=vs=hv,及vc>2伏特的條件。于抹除時(shí),滿足vsub為接地(=0),vd=vs=hv,及vc=0;或,滿足vsub為接地(=0),vd=vs=0,及vc=hv的條件。
另外,本發(fā)明公開的單閘極多次寫入非揮發(fā)性內(nèi)存的操作方法,可對(duì)于上述由n型半導(dǎo)體基底、晶體管與電容結(jié)構(gòu)所構(gòu)成的非揮發(fā)性內(nèi)存,于n型半導(dǎo)體基底、源極、汲極與輕摻雜汲極上分別施加基底電壓vsub、源極電壓vs、汲極電壓vd及控制閘極電壓vc,進(jìn)行寫入或抹除過程。其中,于寫入時(shí),滿足vsub=hv,vd=vs=0,及vc<6伏特的條件。于抹除時(shí),滿足vsub=hv,vd=vs=hv,及vc=0;或,滿足vsub為hv,vd=vs=0,及vc=hv的條件。
下面通過具體實(shí)施例配合所附的圖式詳加說明,當(dāng)更容易了解本發(fā)明的目的、技術(shù)內(nèi)容、特點(diǎn)及其所達(dá)成的功效。
附圖說明
圖1為本發(fā)明第一實(shí)施例的單閘極多次寫入非揮發(fā)性內(nèi)存結(jié)構(gòu)的剖視圖;
圖2為本發(fā)明第一實(shí)施例設(shè)有四個(gè)端點(diǎn)的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖3為本發(fā)明第二實(shí)施例的單閘極多次寫入非揮發(fā)性內(nèi)存結(jié)構(gòu)的剖視圖;
圖4為本發(fā)明第二實(shí)施例設(shè)有四個(gè)端點(diǎn)的結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖標(biāo)記說明:100-單閘極多次寫入非揮發(fā)性內(nèi)存;110-nmos晶體管;111-第一介電層;112-第一導(dǎo)電閘極;113-源極;114-汲極;115-通道;120-n型電容結(jié)構(gòu);121-輕摻雜汲極;122-第二介電層;123-第二導(dǎo)電閘極;125-通道;130-p型半導(dǎo)體基底;138-隔離材料;140-單浮接閘極;200-單閘極多次寫入非揮發(fā)性內(nèi)存;210-pmos晶體管;211-第一介電層;212-第一導(dǎo)電閘極;213-源極;214-汲極;215-通道;220-p型電容結(jié)構(gòu);221-輕摻雜汲極;222-第二介電層;223-第二導(dǎo)電閘極;225-通道;230-n型半導(dǎo)體基底;238-隔離材料;240-單浮接閘極。
具體實(shí)施方式
如圖1所示為本發(fā)明第一實(shí)施例的單閘極多次寫入非揮發(fā)性內(nèi)存結(jié)構(gòu)的剖視圖。
單閘極多次寫入非揮發(fā)性內(nèi)存100包括nmos晶體管(nmosfet)110及n型電容結(jié)構(gòu)120于p型半導(dǎo)體基底130中;nmos晶體管110包含第一介電層111位于p型半導(dǎo)體基底130表面上,第一導(dǎo)電閘極112迭設(shè)于第一介電層111上方,以及兩個(gè)離子摻雜區(qū)位于p型半導(dǎo)體基底130內(nèi),分別作為其源極113及汲極114,在源極113和汲極114間形成通道115;n型電容結(jié)構(gòu)120包含輕摻雜區(qū)所形成的輕摻雜汲極121于p型半導(dǎo)體基底130內(nèi),第二介電層122位于輕摻雜汲極121側(cè)面上,第二介電層122下方形成有通道125,以及第二導(dǎo)電閘極123迭設(shè)于第二介電層122上方,形成頂板-介電層-底板的電容結(jié)構(gòu)。nmos晶體管110的第一導(dǎo)電閘極112和n型電容結(jié)構(gòu)120的側(cè)頂部第二導(dǎo)電閘極123被電連接且以隔離材料138隔離,形成單浮接閘極(floatinggate)140。其中,離子摻雜區(qū)與輕摻雜區(qū)為n型離子摻雜區(qū)。
此單閘極多次寫入非揮發(fā)性內(nèi)存100設(shè)有四個(gè)端點(diǎn),如圖2所示,該四個(gè)端點(diǎn)分別為源極、汲極、控制閘極以及基底連接結(jié)構(gòu),并于p型半導(dǎo)體基底130、源極113、汲極114、輕摻雜汲極121上分別施加基底電壓vsub、源極電壓vs、汲極電壓vd及控制閘極電壓vc。此單閘極多次寫入非揮發(fā)性內(nèi)存100的操作電壓過程的條件如下:
寫入時(shí):
vsub為接地(=0)。
vd=vs=hv,vc>2伏特。
抹除時(shí):
vsub為接地(=0)。
vd=vs=hv,vc=0;或,vd=vs=0,vc=hv。
上述圖1的結(jié)構(gòu)是在p型硅晶圓上制造而得,該隔離結(jié)構(gòu)由標(biāo)準(zhǔn)隔離模塊制程來完成;在形成基本的隔離結(jié)構(gòu)之后,一個(gè)nmos晶體管的通道通過離子布植來形成;在成長第一導(dǎo)電閘極與第二導(dǎo)電閘極的介電層之后,接著沉積形成多晶硅,且以微影蝕刻進(jìn)行圖案化將多晶硅形成單浮接閘極;接著進(jìn)行離子布植以形成nmos晶體管的汲極、源極、閘極等電極。在金屬化之后,便完成許多單閘極多次寫入非揮發(fā)性內(nèi)存結(jié)構(gòu)的制作。
根據(jù)第一實(shí)施例所提供的單閘極多次寫入非揮發(fā)性內(nèi)存的結(jié)構(gòu)與操作方法,于寫入時(shí)是對(duì)于非揮發(fā)性內(nèi)存結(jié)構(gòu)施加高壓于汲極、源極,閘極加高壓,基底接地;于抹除時(shí)是對(duì)于非揮發(fā)性內(nèi)存結(jié)構(gòu)施加高壓于汲極、源極,閘極電壓接地,基底接地,或者,于抹除時(shí)是對(duì)于非揮發(fā)性內(nèi)存結(jié)構(gòu)接地于汲極、源極,閘極接高壓,基底接地。
此外,如圖3所示為本發(fā)明第二實(shí)施例的單閘極多次寫入非揮發(fā)性內(nèi)存結(jié)構(gòu)的剖視圖。
單閘極多次寫入非揮發(fā)性內(nèi)存200包括pmos晶體管(pmosfet)210及p型電容結(jié)構(gòu)220于n型半導(dǎo)體基底230中;pmos晶體管210包含第一介電層211位于n型半導(dǎo)體基底230表面上,第一導(dǎo)電閘極212迭設(shè)于第一介電層211上方,以及兩個(gè)離子摻雜區(qū)位于p型半導(dǎo)體基底130內(nèi),分別作為其源極213及汲極214,在源極213和汲極214間形成通道215;p型電容結(jié)構(gòu)220包含輕摻雜區(qū)所形成的輕摻雜汲極221于n型半導(dǎo)體基底230內(nèi),第二介電層222位于輕摻雜汲極221側(cè)面上,第二介電層222下方形成有通道225,以及第二導(dǎo)電閘極223迭設(shè)于第二介電層222上方,形成頂板-介電層-底板的電容結(jié)構(gòu)。pmos晶體管210的第一導(dǎo)電閘極212和p型電容結(jié)構(gòu)220的側(cè)頂部第二導(dǎo)電閘極223被電連接且以隔離材料238隔離,形成單浮接閘極(floatinggate)240。其中,離子摻雜區(qū)與輕摻雜區(qū)為p型離子摻雜區(qū)。
此單閘極多次寫入非揮發(fā)性內(nèi)存200設(shè)有四個(gè)端點(diǎn),如圖4所示,該四個(gè)端點(diǎn)分別為源極、汲極、控制閘極以及基底連接結(jié)構(gòu),并于n型半導(dǎo)體基底230、源極213、汲極214、輕摻雜汲極221上分別施加基底電壓vsub、源極電壓vs、汲極電壓vd及控制閘極電壓vc。此單閘極多次寫入非揮發(fā)性內(nèi)存200的操作電壓過程的條件如下:
寫入時(shí):
vsub=hv。
vd=vs=0,vc<6伏特。
抹除時(shí):
vsub=hv。
vd=vs=hv,vc=0;或,vd=vs=0,vc=hv。
上述圖3的結(jié)構(gòu)是在n型硅晶圓上制造而得,該隔離結(jié)構(gòu)由標(biāo)準(zhǔn)隔離模塊制程來完成;在形成基本的隔離結(jié)構(gòu)之后,一個(gè)pmos晶體管的通道通過離子布植來形成;在成長第一導(dǎo)電閘極與第二導(dǎo)電閘極的介電層之后,接著沉積形成多晶硅,且以微影蝕刻進(jìn)行圖案化將多晶硅形成單浮接閘極;接著進(jìn)行離子布植以形成pmos晶體管的汲極、源極、閘極等電極。在金屬化之后,便完成許多單閘極多次寫入非揮發(fā)性內(nèi)存結(jié)構(gòu)的制作。
根據(jù)第二實(shí)施例所提供的單閘極多次寫入非揮發(fā)性內(nèi)存的結(jié)構(gòu)與操作方法,于寫入時(shí)是對(duì)于非揮發(fā)性內(nèi)存結(jié)構(gòu)接地于汲極、源極,閘極接低壓,基底高壓;于抹除時(shí)是對(duì)于非揮發(fā)性內(nèi)存結(jié)構(gòu)施加高壓于汲極、源極,閘極電壓接地,基底高壓,或者,于抹除時(shí)是對(duì)于非揮發(fā)性內(nèi)存結(jié)構(gòu)接地于汲極、源極,閘極接高電壓,基底高壓。
綜上所述,根據(jù)本發(fā)明公開的單閘極多次寫入非揮發(fā)性內(nèi)存及其操作方法,相較于一般可寫入單閘極的非揮發(fā)性內(nèi)存存在的控制復(fù)雜及成本較高等問題,本發(fā)明于寫入時(shí)可以最少的控制電壓及最少的元件,可使得非揮發(fā)性內(nèi)存的面積得以大幅減少,并可縮短控制線路的長度,從而達(dá)到大幅降低生產(chǎn)成本的目的。
以上所述是通過實(shí)施例說明本發(fā)明的特點(diǎn),其目的在使熟習(xí)該技術(shù)者能了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施,而非限定本發(fā)明的保護(hù)范圍,故,凡其他未脫離本發(fā)明所揭示的精神所完成的等效修飾或修改,仍應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍中內(nèi)。