专利名称：复合存储单元和存储器的制作方法
技术领域：
本发明涉及微电子行业存储器技术领域，尤其涉及一种复合存储单元和存储器。
背景技术：
目前的半导体存储器市场，以挥发性的动态随机存储器(Dynamic Random AccessMemory,简称DRAM)和静态随机存储器(Static Random Access Memory,简称SRAM)及非挥发性的“闪存”存储器(Flash)为代表。随着移动存储设备、手机通信设备以及数码相机等各种便携式数码产品的发展与普及，市场对非易失性数据存储的需求进一步增加，为了提高存储密度和数据存储可靠性，基于传统浮栅结构的Flash存储器正面临着严峻挑战。为此，业界对下一代非挥发性半导体存储器技术进行了大量的研究，多种新型存储器技术得 到了飞速发展。如改进型的电荷俘获闪存(Charge Trap Flash，简称CTF)存储器和革命型的电阻随机存储器(Resistive Random Access Memory,简称RRAM)是目前最具有代表性的两个研究方向。图I为本发明现有技术CTF存储器的结构示意图。如图I所示，典型的CTF存储器的栅介质层包括阻挡层、存储层和隧穿层三层结构。图2为本发明现有技术CTF存储器的原理示意图。如图2所示，CTF存储器的存储原理与传统的浮栅存储器原理一样，利用编程前后阈值电压的改变来实现存储逻辑的“O”和“I”。CTF存储器采用电荷分立存储技术，有效的缓解了隧穿氧化层和数据保持能力之间的矛盾。分立式电荷存储主要是利用相互之间绝缘的存储节点来存储电荷。例如S0N0S(Si/Si02/Si3N4/Si02/Si)结构利用氮化物自身的深能级缺陷作为电荷存储介质，而纳米晶结构利用分离的纳米晶作为电荷存储介质。因此隧穿氧化层中的局域漏电通道只会造成少数存储电荷的泄漏，可以大大提高存储器件的电荷保持能力。图3为本发明现有技术RRAM存储器的结构示意图。如图3所示，RRAM存储单元主要包括阻变层和上下电极。图4为本发明现有技术RRAM存储器的存储原理第一示意图。图5为本发明现有技术RRAM存储器的存储原理第二示意图。如图4和图5所示，在RRAM存储单元中，利用某些薄膜材料在电激励的作用下会出现不同电阻状态(高、低阻态)的转变现象来实现存储的逻辑“O”和“I”。研究发现RRAM具有写入电压低，写入擦除时间短，非破坏性读取，结构简单，所需面积小等优点，而且由于它的高速写入擦除特性，也被认为是最有希望代替传统DRAM的存储器件。表I本发明现有技术CTF存储器和RRAM存储器性能对照表
存储器CTFRRAM
非挥发性WW
写入功率局低
权利要求
1.一种复合存储单元，其特征在于，包括 浮栅子单元；以及 形成于该浮栅子单元的漏极之上的电阻随机存储器RRAM子単元； 其中，所述RRAM子単元作为存储模块时，所述浮栅子単元作为选通模块；而所述RRAM子単元处于低阻态时，所述浮栅子単元作为存储模块。
2.根据权利要求I所述的复合存储单元，其特征在于所述浮栅子単元为电荷俘获闪存CTF子单元。
3.根据权利要求2所述的复合存储单元，其特征在干 所述RRAM子単元的ー电极与所述CTF子単元的漏极相连接； 所述RRAM子単元与所述电极相对应的另ー电极作为所述复合存储单元的位线；以及 所述CTF子単元的栅极作为所述复合存储单元的字线。
4.根据权利要求3所述的复合存储单元，其特征在于，所述RRAM子単元作为存储模块，所述CTF子単元作为选通模块吋，则 当编程吋，源极接地，所述字线与提供正偏压的电路相连接，所述位线与提供RRAM子单元的编程电压的电路相连接；或 当擦除时，所述位线与提供擦除电压的电路相连接；或 当读取时，所述字线与提供正偏压的电路相连接，所述位线与提供读取电压的电路相连接。
5.根据权利要求3所述的复合存储单元，其特征在于，所述RRAM子単元处于低阻态，所述CTF子単元作为存储模块吋，则 当编程吋，CTF子单元采用福勒-诺德海姆FN编程或沟道热电子注入CHE编程；或 当擦除吋，CTF子单元采用FN擦除；或 当读取时，所述复合存储单元的字线与提供读取电压的电路相连接，位线与提供正偏压的电路相连接，CTF子単元的源极接地。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的复合存储单元，其特征在于，所述的CTF子単元为以下结构的ー种叠层结构、纳米晶结构或弓I入纳米晶的叠层结构。
7.根据权利要求6所述的复合存储单元，其特征在于所述叠层结构为以下结构中的ー种Si/Si02/Si3N4/Si02/Si 结构、TaN/AL203/Si3N4/Si02/Si 结构、Metal/AL203/Si3N4/Si02/Si 或 TaN/AL203/HIGH-K 材料 /Si02/Si。
8.根据权利要求1-5中任一项所述的复合存储单元，其特征在于，所述RRAM子单元为单极器件、双极器件或无极器件； 所述RRAM子単元的阻变层材料为以下材料中的ー种钙钛矿氧化物、过渡金属ニ元氧化物、固态电解质、有机物或a-Si:H、iic-Si。
9.根据权利要求8所述的复合存储单元，其特征在干 所述I丐钛矿氧化物为以下材料中的ー种AiCaxMnO3 (R = Pr/La/Nd), Laa67Srtl.33Mn03、SrTiO3> SrZr03、LiNb03、BaTiO3 ； 所述过渡金属ニ元氧化物为以下材料中的ー种Ni0Ti02、CuOx, ZrO2, Nb2O5, Ta2O5,A1203、CoO、HfOx、MgOx、Mo0x、V02、ZnO ； 所述固态电解质为以下材料中的ー种SiO2、TO3、CuIa 76SQ. i、Ag-Ge-Se、Ag-Ge-S, Ag2S、Cu2S、Sb35Te65 ； 所述有机物为以下材料中的ー种AIDCN、PVK、PS、PCm、F12TPN、PI-DPC, CuTCNQ,AgTCNQ、o-PPV、P3HT。
10.根据权利要求I至6中任一项所述的复合存储单元，其特征在于所述电极为以下材料中的ー种Pt、Ag、Pd、W、Ti、Al、Cu、ITO、IZO、YBCO、LaAlO3' SrRuO3 或多晶 Si。
11.ー种复合存储器，其特征在于，该复合存储器包括存储阵列、RRAM外围控制电路、浮栅外围电路和选通电路，其中 所述存储阵列包括若干个如权利要求I至10中任一项所述的复合存储单元，沿位线方向的两个复合存储单元共用源极； 所述选通电路，与所述RRAM外围控制电路、浮栅外围电路和各存储单元的字/位线相连接，用于实现对预设所述复合存储单元存储模式的选择； 所述RRAM外围控制电路，与所述选通电路和RRAM子単元相连接，用于实现对预设复合存储单元中RRAM子单元的编程、擦除或读取； 所述CTF外围控制电路，与所述选通电路和CTF子単元相连接，用于实现对预设复合存储单元中CTF子単元的编程、擦除或读取。
全文摘要
本发明公开了一种复合存储单元和存储器。该复合存储单元包括浮栅子单元；以及形成于该浮栅子单元的漏极之上的电阻随机存储器RRAM子单元；其中，RRAM子单元作为存储模块时，浮栅子单元作为选通模块；而RRAM子单元处于低阻态时，浮栅子单元作为存储模块。本发明综合利用了浮栅存储方式的高密度、高可靠性、串扰小、耐受性高等优点和RRAM存储方式的低功耗、高速度、结构简单等优点。
文档编号H01L27/24GK102651233SQ20111004632
公开日2012年8月29日 申请日期2011年2月25日 优先权日2011年2月25日
发明者刘明, 刘璟, 张满红, 李冬梅, 王琴, 许中广, 谢常青, 霍宗亮, 龙世兵 申请人:中国科学院微电子研究所