专利名称：：利用隧穿二极管作为选择开关管的快速存储器结构的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种半导体集成电路制造器件，具体涉及一种存储器单元结构，尤其涉及一种利用隧穿二极管作为选择开关管的快速存储器结构。
背景技术：
：目前在主流的2TFLASHNVM(双晶体管结构的快速存取非易失性存储器)单元存储器的单元面积比较大，由此导致特别是在较大存储容量的产品中用于数据存储部分的芯片面积很大，增加了制造成本。如图1和图2所示，现有的双晶体管结构的快速存取非易失性存储器的存储单元由一个S0N0S(硅POLYGATE-氧化物ODIXE-氮化物NITRIDE-氧化物ODIXE-硅SILICON)晶体管(FET)以及一个FLASHNPASSFET(闪存单元选择场管)构成。其中，SONOS管具有门栅极(SONOSGATE)，而NPASS管具有门栅极(NPASSGATE)。SONOS管的漏端(DRAIN)作为字线端——WORDLINE,NPASS管的源端(SOURCE)作为位线端——BITLINE。SONOSFET(晶体管)和FLASHNPASSFET(闪存单元选择场管)共用的N+型源漏掺杂区作为SONOS和NPASS区域电流通道。在读取存储器状态时，电流从DRAIN端(字线端——WORDLINE)流向源端(位线端——BITLINE)。而在读取数据的状态，通过选择管来的开关来定义和读取被选中的SONOS管的状态。通常的选择管都采用MOSFET(MOS场效应晶体管)，因此其往往会占很大的面积，使得整个FLASHCELL(快速存储器单元)的面积都很大，导致在使用大存储容量的芯片面积变得很大。
发明内容本发明要解决的技术问题是提供一种利用隧穿二极管作为选择开关管的快速存储器结构，在尽量保持现有双晶体管结构的快速存取非易失性存储器以及器件的电学特性情况下，能减小现有存储单元的面积，节省制造成本。为解决上述技术问题，本发明提供一种利用隧穿二极管作为选择开关管的快速存储器结构，该存储器单元由一个SONOS晶体管和一个隧穿二极管构成，采用共用隧穿二极管和SONOS晶体管的门栅形成快速存储器单元的选择开关管，该存储器单元左边的N+源漏注入区域为位线端，右边的P+源漏注入区域为源线端，右边的栅下浅P+齐纳二极管和N+源漏注入区域形成纵向的隧穿二级管，SONOS晶体管的门栅为字线端，SONOS晶体管为ONO多介质结构栅氧。该存储器通过共用横向的SONOS晶体管和纵向的隧穿二级管并共用SONOS晶体管的门栅实现了减少多余字线门栅，通过横向的位线端电场和纵向的隧穿电场形成电流通道。该存储器通过所述SONOS晶体管的门栅来控制隧穿二极管的纵向隧穿电流，并且使用位线端产生的横向电场来获取隧穿电流，从而通过整个存储器单元的栅压和位线电压来选择和读取存储管的数据。和现有技术相比，本发明具有以下有益效果通过共用横向的S0N0SFET和纵向的ZENERDIODE并共用的POLYGATE实现了减少多余字线GATE,通过横向的BITLINE端电场和纵向的隧穿电场形成一种特殊的电流通道，使用基本的ITFLASHCELL源漏端结构完成2TFLASHCELL功能，完成了简化和减小存储器单元面积，但同时能实现非易失性快速存储器的基本读写操作。图1是现有的双晶体管结构的快速存取非易失性存储器的版图；图2是现有的双晶体管结构的快速存取非易失性存储器单元的剖面示意图；图3是本发明利用隧穿二极管作为选择开关管的快速存储器单元结构的剖面示意图；图4是本发明利用隧穿二极管作为选择开关管的快速存储器单元结构的读操作原理剖面示意图；图5是本发明形成隧道二极管操作原理及其能带示意图，图5(A)是在VWL(字线电压)二0V条件下隧道二极管在读操作时的原理示意图；图5(B)是在VWL(字线电压)=-0.3V条件下隧道二极管在读操作时的原理示意图；图6是本发明利用隧穿二极管作为选择开关管的快速存储器的阵列结构图。具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。本发明所采用的隧穿二级管在整个FLASHCELL单元采用纵向布局，并且通过FLASHCELL的门栅来控制隧穿二极管的纵向隧穿电流，并且使用同2TFLASHCELL通用的BITLINE端产生的横向电场来获取隧穿电流。从而通过整个FLASHCELL的栅压(VWL)和位线电压(VBL)来选择和读取存储管的数据。如图3所示，本发明共用隧穿二极管和SONOS管的门栅形成FLASHCELL的选择开关管。图3中左边的N+源漏注入区域为单元的BITLINE端，右边的P+源漏注入区域为SOURCELINE端(源端)，S:POLYGATE为单元的WORDLINE(字线)端，SONOSFET为ONO多介质结构栅氧(氧化物ODIXE-氮化物NITRIDE-氧化物ODIXE结构)，右边的栅下浅P+ZENER和N+源漏注入区域形成纵向的隧穿二级管。通过共用横向的SONOSFET和纵向的ZENERDIODE(齐纳击穿二极管)并共用的SONOS晶体管的门栅实现了减少多余字线GATE(门栅)，通过横向的BITLINE端电场和纵向的隧穿电场形成一种特殊的电流通道，使用基本的ITFLASHCELL(单管快速存取存储器单元)的源漏端结构完成2TFLASHCELL(双管快速存取存储器单元)功能，完成了简化和减小存储器单元面积，但同时能实现非易失性快速存储器的基本读写操作。如图4所示，以P0LYGATE(门栅)为单元的WORDLINE(字线)端加上一个-O.3V的电压偏置的时候，会使纵向的ZENERDIODE(齐纳击穿二极管)处在开启的状态。当左边的N+源漏注入区域为单元的BITLINE端，并且右边的P+源漏注入区域为SOURCELINE端(源端)加上零偏置电压，这两个电压差形成了图4中从左至右的电流通道，并且在POLYGATE的纵向开启作用下沿形成的纵向电流，最终流入到P+源漏注入区域为SOURCELINE4丄山顺。如图5所示，图5(A)是在VWL(字线电压)=0V条件下隧道二极管在读操作时的能带示意图，在该条件下，POLYGATE并不产生电场，因此POLY下的隧道二级管处于本征状态，在靠近表面的P+区域完全被空穴充满，而在体内的N+区域则完全被电子态占满。两个区域电子态都被充满，并且在N+和P+区域没有相同能级的电子态，两个区域不能产生量子化的隧道穿越。图5(B)是在VWL(字线电压)二-0.3V条件下隧道二极管在读操作时的能带示意图，在该条件下，POLYGATE产生电场使得表面的能带弯曲，在靠近表面的P+区域完全被空穴充满，在体内的N+区域则完全被电子态占满。但是由于表面能带弯曲导致P+区域产生了和体内N+区域具有相同能级的量子态。这使得两个区域间的电子或者空穴能产生量子化的隧道穿越，形成隧道电流。如图6所示的本发明利用隧穿二极管作为选择开关管的快速存储器的阵列结构在进行各个读操作(READ)的各个端子的电压偏置表如下<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>其中，VWL为字线端电压，VBL为位线端电压，VSRC为源线端电压，VBP为器件的阱或者衬底偏置电压。权利要求一种利用隧穿二极管作为选择开关管的快速存储器结构，其特征在于，该存储器单元由一个SONOS晶体管和一个隧穿二极管构成，采用共用隧穿二极管和SONOS晶体管的门栅形成快速存储器单元的选择开关管，该存储器单元左边的N+源漏注入区域为位线端，右边的P+源漏注入区域为源线端，右边的栅下浅P+齐纳二极管和N+源漏注入区域形成纵向的隧穿二级管，SONOS晶体管的门栅为字线端，SONOS晶体管为ONO多介质结构栅氧。2.如权利要求1所述的利用隧穿二极管作为选择开关管的快速存储器结构，其特征在于，该存储器通过共用横向的SONOS晶体管和纵向的隧穿二级管并共用SONOS晶体管的门栅实现了减少多余字线门栅，通过横向的位线端电场和纵向的隧穿电场形成电流通道。3.如权利要求2所述的利用隧穿二极管作为选择开关管的快速存储器结构，其特征在于，该存储器通过所述SONOS晶体管的门栅来控制隧穿二极管的纵向隧穿电流，并且使用位线端产生的横向电场来获取隧穿电流，从而通过整个存储器单元的栅压和位线电压来选择和读取存储管的数据。全文摘要本发明公开了一种利用隧穿二极管作为选择开关管的快速存储器结构，该存储器单元由一个SONOS晶体管和一个隧穿二极管构成，采用共用隧穿二极管和SONOS晶体管的门栅形成快速存储器单元的选择开关管，该存储器单元左边的N+源漏注入区域为位线端，右边的P+源漏注入区域为源线端，右边的栅下浅P+齐纳二极管和N+源漏注入区域形成纵向的隧穿二级管，SONOS晶体管的门栅为字线端，SONOS晶体管为ONO多介质结构栅氧。本发明能减小现有存储单元的面积，节省制造成本。文档编号H01L27/115GK101764133SQ20081004417公开日2010年6月30日申请日期2008年12月24日优先权日2008年12月24日发明者陈广龙申请人:上海华虹Nec电子有限公司