可编程非易失性存储器及其在半导体存储器件上的运用的制作方法

本发明通常涉及具有离子存储的可重复编程的非易失性存储器，尤其涉及一种利用离子存储的可重复编程的非易失性半导体存储器，适于可重复编程的高密度和容量的存储应用。更具体地说，涉及具有闪存结构、无限制的写寿命（如重编程循环计数）和延长的数据保持寿命的存储器件，特别是在高温下。

背景技术：

目前已知的可重复编程非易失性半导体存储器的发展，无论是相变型、导电桥接型、铁电型、浮栅型或者电阻型。与存储密度、保持性、剩磁、写读擦除速度和操作温度范围等相比，写擦除循环计数或者写寿命是可靠性的重要指标，特别需要注意。

浮栅型存储器中，闪存和其他类型的存储器利用了隧穿效应，如1975年4月8日的美国专利US3877054，擦除操作将会导致栅极绝缘层的退化和可靠性的下降，2006年8月1日的美国专利US7085161提出利用损耗均衡技术和循环技术缓解。导电桥接型存储器在写寿命方面可能也面对着类似的限制，如2016年7月23日的美国专利US2016/081518，同时，另一方面，铁电型存储器，如1999年10月19日的美国专利US5969981， 1972年7月6日的苏联专利SU434871,具有高写寿命，但是其读操作具有破坏性，需要后续的存储数据刷新。随着相变型存储器的发展，如2006年1月10日的中国专利CN101000944或者1995年4月11日的美国专利US5406509，相变相关的电阻型存储器，如2013年8月27日的美国专利US8520245，显示了高写寿命参数。他们也指出在写操作和擦除操作中的局部功率消耗相当重要，它们最终将成为写寿命参数的限制。

因此，仍需要可编程非易失性存储器具有高写寿命和低功率的写读擦除操作。

技术实现要素：

本发明基于上述技术问题提供一种可编程非易失性存储器及其在半导体存储器件上的运用。

一种可编程非易失性存储器，包含离子导体，其特征在于：作为离子存储器的所述离子导体掺杂碱性离子，并且具有与其相邻的电阻加热器。

作为优选，所述离子导体掺杂Na。

作为优选，所述存储器为半导体存储器，至少，所述半导体存储器的PN结终止表面的P型导电侧的部分，覆盖所述离子导体薄膜并且具有与其相邻的电阻加热层。

作为优选，所述薄膜为铝硅酸盐玻璃薄膜。

作为优选，所述电阻加热层为Ti-N-Si薄膜。

作为优选，所述半导体存储器的P型侧用于连接至BIT线，所述半导体存储器的N型侧通过选择器接地，所述选择器由WORD线控制，所述电阻加热层连接至ENABLE线。

作为优选，所述半导体存储器的p型侧用于连接至BIT线，所述半导体存储器的N型侧通过选择器连接至WORD线，所述电阻加热层连接至ENABLE线。

作为优选，所述半导体存储器与开关器件串联，所述半导体器件的n型侧通过选择器连接至WORD线，所述电阻加热层连接至ENABLE线。

作为优选，所述选择器为晶体管，所述半导体存储器的N型侧通过所述选择器的金属极连接至WORD线和地，所述电阻加热层连接至ENABLE线。

作为优选，通过ENABLE线上的ENABLE信号和所述PN结上的反向偏压，执行写操作。

作为优选，通过所述PN结上的反向偏压，执行写操作。

作为优选，通过所述ENABLE线上输入的ENABLE信号，执行擦除操作。

作为优选，所述存储器为二极管。

作为优选，所述存储器为晶体管。

作为优选，所述选择器为二极管。

由于数据的写和擦除操作都仅仅只基于无损的促进作为离子存储器的铝硅酸盐玻璃层中的快速扩散离子进行适当的重新分布，本发明具有高的写寿命，同时，温度驱动的写使能确保了在85℃或者更低的操作温度下，至少10⁴小时的高数据保持寿命。

附图说明

图1基于二极管的本发明的半导体存储设备；

图2基于晶体管的本发明的半导体存储设备；

图3本发明的半导体存储设备写擦除序列的典型性能；

图4本发明半导体存储器件的一个基本存储单元。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的实施方式进行详细描述。

实施例一

图1为本发明的存储单元的最基本实施方式，一个二极管，包含电阻率大约为1Ω·cm，厚度为大约为1μm 的基底。基底上分别形成p型硅层的阳极区1-1和n型硅层的阴极区1-2。铝硅酸盐玻璃层1-3形成于p型的阳极区1-1和n型的阴极区1-2之间的pn结的终止表面上，并且掺杂浓度为8*10¹⁶-2*10¹⁷cm^-3的Na。其上方覆盖有0.5um厚的Ti-N-Si电阻加热器1-4，金属触点1-5、1-6分别与阳极区1-1和阴极区1-2连接。利用标准的台面工艺方法和技术以形成所述的结构。

具体操作中，利用覆盖在上方的电阻加热器1-4对铝硅酸盐玻璃层1-3加热，以增加其中Na离子的移动性，同时施加在触点1-5、1-6之间的电场促进所述离子的重新分布，促使其在铝硅酸盐玻璃层1-3的p型的阳极区1-1的界面附近的负偏堆积。当堆积的电荷足以在p型的阳极区1-1形成n型的次表反偏层时，二极管的电阻率相比初始状态下降3-4个数量级。在零偏置条件下，再次加热铝硅酸盐玻璃层1-3，使得二极管恢复至原始状态。由于数据的写和擦除操作都仅仅只基于无损的促进作为离子存储器的铝硅酸盐玻璃层1-3中的快速扩散离子的合适的重新分布，本发明具有高的写寿命（图3），同时，温度驱动的写使能确保了，在85℃或者更低的操作温度下，至少10⁴小时的高数据保持寿命。

图4为本实施例的基本应用，BIT/Y线连接至触点1-5，触点1-6通过选择器（如MOSFET）接地。写操作需要预先对整个存储块的电阻加热器网络施加ENABLE信号，WRITE信号通过选择器施加。当然也可以通过另外的选择器提供ENABLE信号 ，从而确保RAM型操作，但是这将会导致存储单元体积的相应增加。擦除操作仅仅需要施加ENABLE信号，但是，在一些实施例中，也可以通过同步施加的WRITE信号的翻转信号来促进擦除操作。

实施例二

图2为本发明的存储单元的另一个基本实施方式，一个MOS晶体管，包含电阻率大约为1Ω·cm，厚度为大约为1μm 的p型硅基底2-1，以及形成于基底2-1上的n型的源极区2-2和漏极区2-3。铝硅酸盐层2-4（栅极绝缘层）大约0.5μm厚，掺杂浓度为8*10¹⁶-2*10¹⁷cm^-3的Na，并且覆盖区域2-1、2-2、2-3的一部分。金属极2-5与Ti-N-Si制成的电阻加热器2-6位于铝硅酸盐层2-4之上，金属触点2-7、2-8分别连接源极区2-2和漏极区2-3，0.8μm厚的SiO₂层2-9，覆盖基底2-1顶部表面的剩余部分。所述结构可以通过台面工艺方法和技术形成。

具体操作中，利用覆盖在上方的电阻加热器2-6对铝硅酸盐层2-4加热，以增加其中Na离子的移动性，Na离子在金属极2-5的偏置下在铝硅酸盐层2-4中重新分布，形成在基底2-1的界面附近的正电荷的堆积，并且导致损耗，最终导致次表层翻转为n型导电，并且源极区2-2和漏极区2-3之间的电阻相比初始状态的下降高达3-4个数量级。再次加热铝硅酸盐层2-4，使得二极管恢复至原始状态。由于数据的写和擦除操作都仅仅只基于无损的促进作为离子存储器的铝硅酸盐层2-4中的快速扩散离子的合适的重新分布，本发明具有高的写寿命。

本发明的MOS晶体管在存储器阵列中的基本应用，本质上与图4相类似，只需做相应的改变。

可以理解的是在其他实施例中，如开关器件、四层二极管或者击穿二极管，可以作为存储器阵列的交叉点配置的任何一个选择器，或者作为存储设备本身与其他合适的选择器结合，如二极管。本发明也可以通过不具有PN结的装置，如基于电荷耦合装置实施。另外，可能通过引入任何相反极性的的静态电荷修改离子导体，因此允许独立存储单元的互补配置，或者介电常数或磁导率的修改器修改。其他可能的应用可以利用移动离子的重新分布导致的介电常数、折射率、或渗透率的变化，通过电容性、旋转或光学读出存储数据。本领域技术人员，为达到特定目的，也可能对本发明的基本方法进行其他合适的改变和修改。因此本发明的基本方案，简单的包含利用离子导体作为离子存储器，该离子导体掺杂碱性离子，并且具有位于其附近的电阻加热器。当其应用于半导体存储器时，至少所述半导体存储器的PN结终止表面的P型导电侧的部分，覆盖掺杂有碱性离子的离子导体薄膜作为离子存储器，并且具有与其相邻的电阻加热层。