CN103022041B - Sonos非挥发性存储器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种SONOS非挥发性存储器，结构单元包括串联连接的SONOS存储管和选择管，选择管为一浅沟槽寄生晶体管，栅极由填充于浅沟槽中的多晶硅层组成；栅氧由形成于浅沟槽表面上的线性氧化层组成；源漏区位于浅沟槽的两侧，一个源漏区为SONOS存储管和选择管共用的源漏注入共用区。本发明的选择管耐压能力较强且大于存储器的数据写入和擦除操作时的电压。本发明存储器位线是接入到选择管源漏注入区、而将源线接入到SONOS存储管源漏注入区，能够提高SONOS存储管的工作可靠性。本发明的相邻行能采用同一根源线，且能设置一根全局源线、并和所有源线都连接在一起并接地，能够提高存储器的工作速度。

Description

SONOS非挥发性存储器

技术领域

本发明涉及一种半导体集成电路，特别是涉及一种硅-氧化硅-氮化硅-氧化硅-多晶硅(SONOS)非挥发性存储器。

背景技术

如图1所示，为现有硅-氧化硅-氮化硅-氧化硅-多晶硅(SONOS)非挥发性存储器的结构单元的剖面图，现有SONOS非挥发性存储器的结构单元通常由一个SONOS存储管21和一个选择管22组成：

1.如图1所示，所述SONOS存储管21和选择管22采用串联结构，共用一个源漏注入共用区3，并且通过该源漏注入共用区3完成电气特性互联；所述SONOS存储管21的另一端为SONOS存储管源漏注入区2，所述选择管22的另一端为选择管源漏注入区4；两个晶体管都放置在同一个P型阱1内。

所述选择管22的栅极结构由依次形成于所述P型阱1表面上的栅氧化层6和多晶硅栅7组成。所述SONOS存储管21的栅极包括一ONO多层膜和第二多晶硅层11，所述ONO多层膜为依次形成于所述P型阱1上的第一层氧化硅8、第二层氮化硅9和第三层氧化硅10，所述第二层氮化硅9为电荷信息存储层；所述第二多晶硅层11形成于所述ONO多层膜上。

所述SONOS存储管21的沟道区还形成有阈值电压注入区1a；所述SONOS存储管21和所述选择管22都包括有轻掺杂源漏(LDD)5。

2.如图2所示，为现有SONOS非挥发性存储器的结构单元电气连接示意图。所述SONOS存储管21的栅极作为电气特性中的SONOS字线WLS，所述SONOS存储管源漏注入区2作为电气特性中的位线BL，所述选择管源漏注入区4作为电气特性中的源线SRC，所述选择管22的栅极作为电气特性中的字线WL。

3.如图3所示，为现有SONOS非挥发性存储器的阵列示意图。

现有SONOS非挥发性存储器的阵列结构为包括多个行和多个列。在现有SONOS非挥发性存储器的阵列中，阵列的行(如第N行)定义为并联的位线BL和并联的源线SRC，即该行的所有SONOS存储管的SONOS存储管源漏注入区2并联且该行的所有选择管源漏注入区4并联；阵列的列(第N列)定义为并联的字线WL和并联的SONOS字线WLS，即该列的所有SONOS存储管21的栅极并联且该列的所有选择管22的栅极并联。

现有技术的问题表现在：

所述SONOS存储管21的数据写入和数据擦除操作需要在所述SONOS存储管的栅极即第二多晶硅层11和SONOS存储管源漏注入区2之间偏置很高的电压以得到足够的电场产生隧穿效应，从而产生电子或者空穴的在所述SONOS存储管的沟道区和所述SONOS存储管的氮化物存储介质即所述第二层氮化硅9之间跃迁，实现数据的改变。

1、由于所述SONOS存储管21的数据写入和数据擦除操作电压很高，对所述选择管22的性能要求较高即要具有较高的耐压能力，这样才能使得所述选择管22能够承受P型阱1区和所述选择管22的栅极即所述多晶硅栅7之间的耐压。

2、由于所述SONOS存储管21的数据写入和数据擦除操作电压很高，对所述选择管22的各电极的连接也有要求，为了使所述选择管22能够不至于因为所述操作电压而损坏，需要将位线BL(通常偏置高电压)接入到所述SONOS存储管源漏注入区2，而将源线SRC接入到所述选择管源漏注入区4；源线SRC端在数据写入或擦除操作时应该保持电势浮空以防止高压击穿。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种SONOS非挥发性存储器，能提高存储器的耐压能力、提高工作速度和可靠性。

为解决上述技术问题，本发明提供一种SONOS非挥发性存储器，其结构单元包括串联连接的一个SONOS存储管和一个选择管，所述SONOS存储管和所述选择管形成于P型阱中，有源区由浅沟槽隔离，所述选择管为一浅沟槽寄生晶体管，所述选择管包括：

栅极，由填充于浅沟槽中的第一多晶硅层组成。

栅氧，由形成于所述浅沟槽的底部和侧壁表面上的线性氧化层组成，所述栅氧将所述栅极和所述P型阱隔离。

源漏注入共用区和选择管源漏注入区，形成于所述浅沟槽两侧的有源区中、且都为N型掺杂；所述源漏注入共用区为所述SONOS存储管和所述选择管共用、实现所述SONOS存储管和所述选择管电气特性互联。

位于所述源漏注入共用区和所述选择管源漏注入区之间、且位于所述所述浅沟槽底部的所述P型阱组成所述选择管的沟道区。

进一步的改进是，所述SONOS存储管的栅极包括一ONO多层膜和一第二多晶硅层，所述ONO多层膜由依次形成于所述P型阱上的第一层氧化硅、第二层氮化硅和第三层氧化硅组成，所述第二多晶硅层形成于所述ONO多层膜上；所述选择管的栅极连接字线，所述SONOS存储管的栅极连接SONOS字线。所述SONOS存储管的栅极的两侧形成有所述源漏注入共用区和SONOS存储管源漏注入区；所述选择管源漏注入区连接位线，所述SONOS存储管源漏注入区连接源线。

进一步的改进是，所述SONOS非挥发性存储器的阵列结构为：包括多个行和多个列。

每一个行包括有一根所述位线和一根所述源线，每一行都并联有多个所述SONOS非挥发性存储器的结构单元，并联方式为：位于每一行的各所述选择管的选择管源漏注入区都连接到该行的所述位线上，位于每一行的各所述SONOS存储管源漏注入区都连接到该行的所述源线上。

每一个列包括有一根所述字线和一根所述SONOS字线，每一列都并联有多个所述SONOS非挥发性存储器的结构单元，并联方式为：位于每一列的各所述选择管的栅极都连接到该列的所述字线，位于每一列的各所述SONOS存储管的栅极都连接到该列的所述SONOS字线。

进一步的改进是，所述SONOS非挥发性存储器的阵列结构的两相邻的行共用一根所述源线。

进一步的改进是，所述SONOS非挥发性存储器的阵列结构包括一全局源线(Global SRC)，所述全局源线和各行的所述源线相连接并接地。

本发明的有益效果为：

1、本发明的选择管采用浅沟槽寄生晶体管，由于其栅氧为线性氧化层，能够承受15V以上的选择管的栅极和P型阱间的电压，使选择管的耐压能力大于存储器的数据写入和擦除操作时的电压，故最后能提高存储器的耐压能力。

2、由于选择管的耐压能力大于存储器的数据写入和擦除操作时的电压，所以能够将选择管源漏注入区连接到位线上，而将SONOS存储管源漏注入区连接到源线上。由于位线通常偏置高电压，将位线接入到选择管源漏注入区后，能够提高SONOS存储管的工作可靠性。

3、由于源线和SONOS存储管源漏注入区，源线端在存储器的数据写入和擦除操作时不会受到SONOS存储管的耐压限制，所以能将源线保持电势接地。在本发明SONOS非挥发性存储器的阵列结构中，能够将所有的源线都接地，并能够设置一条全局源线，从而能够提高存储器的工作速度。

4、本发明SONOS非挥发性存储器的阵列结构中的相邻行的能够共用一根源线，从而能够减少源线的数量，降低制作成本，能进一步的提高工作速度。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是现有SONOS非挥发性存储器的结构单元的剖面图；

图2是现有SONOS非挥发性存储器的结构单元电气连接示意图；

图3是现有SONOS非挥发性存储器的阵列示意图；

图4是本发明实施例SONOS非挥发性存储器的结构单元的剖面图；

图5是本发明实施例SONOS非挥发性存储器的结构单元电气连接示意图；

图6是本发明实施例SONOS非挥发性存储器的结构单元电气连接示意图一；

图7是本发明实施例SONOS非挥发性存储器的结构单元电气连接示意图二。

具体实施方式

如图4所示，是本发明实施例SONOS非挥发性存储器的结构单元的剖面图。本发明实施例SONOS非挥发性存储器的结构单元包括串联连接的一个SONOS存储管121和一个选择管122，所述SONOS存储管121和所述选择管122形成于P型阱101中，有源区由浅沟槽隔离，所述选择管122为一浅沟槽寄生晶体管，所述选择管122包括：

栅极，由填充于浅沟槽中的第一多晶硅层107组成。

栅氧，由形成于所述浅沟槽的底部和侧壁表面上的线性氧化层106组成，所述栅氧将所述栅极和所述P型阱101隔离；

源漏注入共用区103和选择管源漏注入区104，形成于所述浅沟槽两侧的有源区中、且都为N型掺杂；所述源漏注入共用区103为所述SONOS存储管121和所述选择管122共用、实现所述SONOS存储管121和所述选择管122电气特性互联；

位于所述源漏注入共用区103和所述选择管源漏注入区104之间、且位于所述所述浅沟槽底部的所述P型阱101组成所述选择管122的沟道区，由图4可知，所述选择管122的沟道区呈U型结构。

所述SONOS存储管121的栅极包括一ONO多层膜和一第二多晶硅层111，所述ONO多层膜由依次形成于所述P型阱101上的第一层氧化硅108、第二层氮化硅109和第三层氧化硅110组成，所述第二多晶硅层111形成于所述ONO多层膜上。所述第二层氮化硅109为浮栅，用于存储电荷信息，所述SONOS存储管121的栅极的电极接在所述第二多晶硅层111上。所述SONOS存储管121的栅极的两侧形成有所述源漏注入共用区103和SONOS存储管源漏注入区102。

如图5所示，是本发明实施例SONOS非挥发性存储器的结构单元电气连接示意图。所述选择管122的栅极连接字线WL，所述SONOS存储管121的栅极连接SONOS字线WLS。所述选择管源漏注入区104连接位线BL，所述SONOS存储管源漏注入区102连接源线SRC。

如图6所示，是本发明实施例SONOS非挥发性存储器的结构单元电气连接示意图一。本发明实施例SONOS非挥发性存储器的阵列结构为：包括多个行和多个列。图6中以第N行和第N+1行、第N列和第N+1列的情况。

每一个行包括有一根所述位线BL和一根所述源线SRC，每一行都并联有多个所述SONOS非挥发性存储器的结构单元，并联方式为：位于每一行的各所述选择管122的选择管源漏注入区104都连接到该行的所述位线BL上，位于每一行的各所述SONOS存储管源漏注入区102都连接到该行的所述源线SRC上。

每一个列包括有一更所述字线WL和一更所述SONOS字线WLS，每一列都并联有多个所述SONOS非挥发性存储器的结构单元，并联方式为：位于每一列的各所述选择管122的栅极都连接到该列的所述字线WL，位于每一列的各所述SONOS存储管121的栅极都连接到该列的所述SONOS字线WLS。

如图7所示，是本发明实施例SONOS非挥发性存储器的结构单元电气连接示意图二。图7中以第N行和第N+1行、第N列和第N+1列的情况。

本发明实施例SONOS非挥发性存储器的阵列结构的两相邻的行共用一根所述源线SRC。图7中的第N行和第N+1行的各所述SONOS存储管源漏注入区102都连接到同一根所述源线SRC上。

本发明实施例SONOS非挥发性存储器的阵列结构包括一全局源线Global SRC，所述全局源线Global SRC和各行的所述源线SRC相连接并接地。所述源线SRC的上述连接方式能加快存储器的工作速度。

以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种SONOS非挥发性存储器，其结构单元包括串联连接的一个SONOS存储管和一个选择管，所述SONOS存储管和所述选择管形成于P型阱中，有源区由浅沟槽隔离，其特征在于：所述选择管为一浅沟槽寄生晶体管，所述选择管包括：

栅极，由填充于浅沟槽中的第一多晶硅层组成；

栅氧，由形成于所述浅沟槽的底部和侧壁表面上的线性氧化层组成，所述栅氧将所述栅极和所述P型阱隔离；

源漏注入共用区和选择管源漏注入区，形成于所述浅沟槽两侧的有源区中、且都为N型掺杂；所述源漏注入共用区为所述SONOS存储管和所述选择管共用、实现所述SONOS存储管和所述选择管电气特性互联；

位于所述源漏注入共用区和所述选择管源漏注入区之间、且位于所述所述浅沟槽底部的所述P型阱组成所述选择管的沟道区，所述选择管的沟道区呈U型结构；

所述SONOS存储管的栅极包括一ONO多层膜和一第二多晶硅层，所述ONO多层膜由依次形成于所述P型阱上的第一层氧化硅、第二层氮化硅和第三层氧化硅组成，所述第二多晶硅层形成于所述ONO多层膜上；所述选择管的栅极连接字线，所述SONOS存储管的栅极连接SONOS字线；

所述SONOS存储管的栅极的两侧形成有所述源漏注入共用区和SONOS存储管源漏注入区；所述选择管源漏注入区连接位线，所述SONOS存储管源漏注入区连接源线。

2.如权利要求1所述SONOS非挥发性存储器，其特征在于：所述SONOS非挥发性存储器的阵列结构为：包括多个行和多个列；

每一个行包括有一根所述位线和一根所述源线，每一行都并联有多个所述SONOS非挥发性存储器的结构单元，并联方式为：位于每一行的各所述选择管的选择管源漏注入区都连接到该行的所述位线上，位于每一行的各所述SONOS存储管源漏注入区都连接到该行的所述源线上；

每一个列包括有一根所述字线和一根所述SONOS字线，每一列都并联有多个所述SONOS非挥发性存储器的结构单元，并联方式为：位于每一列的各所述选择管的栅极都连接到该列的所述字线，位于每一列的各所述SONOS存储管的栅极都连接到该列的所述SONOS字线。

3.如权利要求2所述SONOS非挥发性存储器，其特征在于：所述SONOS非挥发性存储器的阵列结构的两相邻的行共用一根所述源线。

4.如权利要求2所述SONOS非挥发性存储器，其特征在于：所述SONOS非挥发性存储器的阵列结构包括一全局源线，所述全局源线和各行的所述源线相连接并接地。