CN2819480Y - 自对准量子点增强f－n隧穿的半导体非挥发存储器 - Google Patents
自对准量子点增强f－n隧穿的半导体非挥发存储器 Download PDFInfo
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Abstract
自对准量子点增强F－N隧穿的半导体非挥发存储器属于存储器设计技术领域。其特征在于，在P－Si衬底上方有一层SiGe量子点，多晶硅浮栅的下端与SiGe量子点的上端是自对准的。SiGe量子点可以是自组织生长的，多晶硅浮栅下部与SiGe量子点层的对称形状是在氧化过程中自对准形成的。本实用新型能够提高编程和擦除时的隧穿电流，在不减小隧穿氧化层厚度，保证编程速度的情况下降低工作电压，具有提高存储器的数据保持时间和增加可靠性的优点。
Description
技术领域：
自对准量子点增强F-N隧穿的半导体非挥发存储器属于存储器设计技术领域。
背景技术：
快闪存储器根据技术背景的不同分为Flash EPROM和Flash EEPROM两种，其中基于EPROM技术的Flash EPROM采用沟导热电子注入编程，而采用F-N隧穿方式擦除，基于EEPROM技术的Flash EEPROM编程和擦除都采用F-N隧穿方式。Flash EEPROM一般采用NAND结构，主要用于大容量、低功耗的数据存储领域，这类存储器在全部Flash Memory中占有60％的份额。
Flash EEPROM的存储器单元的编程和擦除都是采用F-N隧穿的方式，结构为浮栅薄氧化层(FLOTOX)结构，电子向浮栅的注入效率远高于沟道热电子注入方式。虽然Flash EEPROM存储器技术正逐渐进入成熟阶段，但是面向下一代的半导体非挥发存储，还有一些关键问题亟待解决。其中最突出的问题就是高编程速度和低编程电压之间的矛盾。由于F-N隧穿需要相对较高的电场，因此编程和擦除电压较高。商业化的基于F-N隧穿的存储器编程和擦除的电压高达20V。高电压导致了更为复杂的外围电路，提高了工艺成本。另外，编程和擦除操作过程中隧穿氧化层内的高电场是导致电荷陷阱和界面态的主要原因，影响存储器的可靠性，这使得隧穿氧化层的厚度无法减小到8nm以下，不能按比例减小，严重阻碍了Flash Memory的性能和存储密度的进一步提高，成为发展下一代半导体非挥发存储器的瓶颈。
实用新型内容：
本实用新型的目的在于，提出一种基于自对准量子点结构，实现增强F-N隧穿编程/擦除的半导体非挥发存储器(Flash Memory)。
本实用新型含有：
P-Si衬底；
隧穿氧化层，位于P-Si衬底上方；
多晶硅浮栅，位于隧穿氧化层上方；
控制氧化层，位于多晶硅浮栅上方；
控制栅，位于控制氧化层上方；
其特征在于，在所述P-Si衬底上方还有一层SiGe量子点，所述多晶硅浮栅的下端与所述SiGe量子点的上端是自对准的。
所述SiGe量子点是自组织生长的，所述多晶硅浮栅下部与所述SiGe量子点层的对称形状是在氧化过程中自对准形成的。所述SiGe量子点的厚度为10nm，所述SiGe量子点水平尺寸为30nm。
实验证明，本实用新型能够提高编程和擦除时的隧穿电流，在不减小隧穿氧化层厚度，保证编程速度的情况下降低工作电压，具有提高存储器的数据保持时间和增加可靠性的优点。
附图说明：
图1量子点增强F-N隧穿Flash Memory结构示意图，其中1为控制栅，2为多晶硅浮栅，3为SiGe量子点；
图2编程时增强F-N隧穿结构纵向能带图；
图3擦除时增强F-N隧穿结构纵向能带图。
具体实施方式：
通过在Si沟道上自组织生长的SiGe量子点实现电子从沟道向浮栅的增强F-N隧穿的编程，通过自对准的浮栅实现增强F-N隧穿的擦除。采用自对准量子点增强F-N隧穿的FlashMemory可以明显地降低编程/擦除过程中隧穿氧化层中的平均电场，提高电子注入效率。在不减小隧穿氧化层厚度的前提下，降低Flash Memory的编程和擦除电压，提高编程速度。
由于SiGe量子点的氧化速率远小于Si衬底的氧化速率，因此在量子点上方形成凹坑，在隧穿氧化层上淀积多晶硅浮栅，就形成了自对准的浮栅结构。
自对准量子点增强F-N隧穿Flash Memory的器件结构如图1所示。
这种新型结构的Flash Memory，是在传统Flash Memory的硅沟道上方自组织生长SiGe量子点，因此，量子点是单晶结构，量子点的尺寸和形状分布可以通过自组织生长量子点时的硅烷和锗烷流量等参数来控制。
由于SiGe量子点的氧化速率远小于Si衬底的氧化速率，因此隧穿氧化层在量子点上方形成凹坑，在隧穿氧化层上淀积多晶硅浮栅，就形成了自对准的浮栅结构。
量子点顶部与多晶硅浮栅尖端底部之间的隧穿氧化层的厚度和传统FLOTOX结构的隧穿氧化层相同，为10nm。量子点的高度约为3nm，水平尺寸为30nm。多晶硅浮栅和控制栅之间的氧化层厚度为18nm。
编程时，控制栅加正偏压，电子从沟道向浮栅隧穿注入。此时，浮栅到沟道部分的能带结构如图2所示。
从图2可以看到，由于沟道上方量子点的存在，在隧穿氧化层近沟道一边形成电场集中的效应。图中虚线是没有量子点时电子隧穿面对的势垒，实线是存在量子点时的情况。可以看出，和传统F-N隧穿过程相比，电子面对的隧穿势垒变窄，因此隧穿电流密度会显著增大。因此，可以在不减小隧穿氧化层厚度，保证编程速度的情况下降低控制栅所加的正偏压。
擦除过程的情况和编程完全类似(图3)，同样可以提高隧穿电流，减小工作电压。
同时，由于实际的隧穿氧化层是量子点顶部和浮栅之间的氧化层，因此，沟道上方的氧化层厚度为量子点高度和隧穿氧化层厚度之和。这样，在不影响存储器其他性能指标的前提下，浮栅和沟道之间的等效氧化层厚度增大，可以提高数据保持时间和存储器的可靠性。
本实用新型的创新点在于利用沟道上方自组织生长的SiGe量子点和与之对准多晶硅浮栅产生的局部电场增强效应，提高编程和擦除时的隧穿电流，在不减小隧穿氧化层厚度，保证编程速度的情况下降低工作电压。同时，由于等效隧穿氧化层厚度的增加，也提高了存储器的数据保持时间和可靠性。
Claims (3)
1、自对准量子点增强F-N隧穿的半导体非挥发存储器，含有：
P-Si衬底；
隧穿氧化层，位于P-Si衬底上方；
多晶硅浮栅，位于隧穿氧化层上方；
控制氧化层，位于多晶硅浮栅上方；
控制栅，位于控制氧化层上方；
其特征在于，在所述P-Si衬底上方还有一层SiGe量子点，所述多晶硅浮栅的下端与所述SiGe量子点的上端是自对准的。
2、如权利要求1所述的自对准量子点增强F-N隧穿的半导体非挥发存储器，其特征在于，所述SiGe量子点是自组织生长的，所述多晶硅浮栅下部与所述SiGe量子点层的对称形状是在氧化过程中自对准形成的。
3、如权利要求1所述的自对准量子点增强F-N隧穿的半导体非挥发存储器，其特征在于，所述SiGe量子点的厚度为10nm，所述SiGe量子点水平尺寸为30nm。
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| CN200520023099.3U CN2819480Y (zh) | 2005-07-15 | 2005-07-15 | 自对准量子点增强f－n隧穿的半导体非挥发存储器 |
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| CN2819480Y true CN2819480Y (zh) | 2006-09-20 |
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ID=37005539
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| CN200520023099.3U Expired - Fee Related CN2819480Y (zh) | 2005-07-15 | 2005-07-15 | 自对准量子点增强f－n隧穿的半导体非挥发存储器 |
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| CN (1) | CN2819480Y (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101308868B (zh) * | 2007-05-15 | 2013-03-06 | 中国科学院物理研究所 | 一种可用于存储单元的多层量子点结构浮置栅 |
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2005
- 2005-07-15 CN CN200520023099.3U patent/CN2819480Y/zh not_active Expired - Fee Related
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