[发明专利]一种智能电能表专用EEPROM存储芯片

说明书

技术领域

本发明涉及微电子技术领域，特别是涉及一种智能电能表专用EEPROM存储芯片。

背景技术

随着电子设备的日益发展普及，半导体存储器技术近年来得到了快速的发展。半导体存储器可以分为挥发性和非挥发性两大类型，其中，以EEPROM和Flash为代表的非挥发性半导体存储器在通信、航天、电网那个等诸多领域都得到了广泛的应用。以电网领域为例，随着国家智能电网建设的深入，存储芯片的市场整体需求变得越来越大，加之智能电表的设计寿命一般为8～10年，一般使用5年即更换，市场需求还具有极强的持续性。

目前市场上的存储芯片一般为通用EEPROM或Flash存储芯片，参照图1，示出了现有EEPROM存储单元结构的示意图，包括衬底材料11、覆盖于材料11表面的浮栅介质层17和选择栅介质层19、位于选择栅介质层19之上的选择栅电极14、位于浮栅介质层17之上的浮栅12、覆盖于浮栅12之上的电荷阻挡层18、位于电荷阻挡层之上的控制栅13以及形成于衬底材料11上的源极15和漏极16；现有通用存储芯片一般采用MNOS、SONOS或双层多晶硅工艺制成，其缺点是，以上述存储单元结构组成的存储阵列占用的面积较大，封装存储芯片时需要的掩膜数量多，工艺复杂，生产成本较高。

以智能电表为例，目前国家电网单三相智能电能表相关规范中，关于数据存储介质并没有具体规定，只是对所需要存储的数据进行了要求。电表厂商普遍采用的方案是，单相表使用存储空间为256Kbit的EEPROM存储数据，三相表使用的存储器方案相对较多，有使用Flash与几片EEPROM组合的，还有的EEPROM加一片小的加铁电存储器的等等，总之是以能完成智能电表数据存储要求并且能最大程度节省成本为目的进行设计。但这些以通用存储芯片作为存储器方案，需要根据电表功能要求将各种通用存储芯片进行功能组合和再开发，一方面购买存储芯片及再开发成本较高，另一方面也增加了电表系统的复杂度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种智能电能表专用EEPROM存储芯片，可解决现有存储芯片因采用MNOS、SONOS、多晶硅等浮栅存储结构造成的芯片面积大、需要较多数量的掩膜覆盖芯片、生产成本高等问题；以及，解决现有智能电能表因使用通用存储芯片而造成的尺寸、成本和系统复杂度较高的问题。

为了解决上述问题，本发明公开了一种智能电能表专用EEPROM存储芯片，包括由纳米晶存储单元构成的存储阵列，其中，所述纳米晶存储单元包括：半导体衬底材料及在其衬底区域重掺杂形成的源导电区和漏导电区，覆盖于所述源导电区和漏导电区之间沟道表面的隧穿介质层，所述隧穿介质层上覆盖的纳米晶存储层，包围或覆盖所述纳米晶存储层的隔离介质层，以及，所述隔离介质层之上覆盖的晶体管控制栅；所述存储阵列采用EEPROM、NORFlash、DiNOR、DuSNOR或其他可实现对阵列中每个存储单元进行随机寻址、编程和擦除操作的架构。

优选的，所述纳米晶存储单元还包括晶体管选择栅和选择栅介质层，其中：所述选择栅介质层覆盖于所述源导电区和漏导电区之间的沟道表面，且位于所述晶体管选择栅的下方，所述晶体管控制栅与晶体管选择栅由包围所述纳米晶电荷存储层的隔离介质层分裂隔开形成1.5T存储结构；或，所述选择栅介质层覆盖于所述源导电区和漏导电区之间的沟道表面，且位于所述晶体管选择栅的下方；所述晶体管控制栅与晶体管选择栅具有共同的源导电区，互相串联形成2T存储结构。

优选的，所述纳米晶存储层为单层纳米晶材料或多层纳米晶材料堆叠而成；所述纳米晶材料包括半导体纳米晶材料Si或Ge，金属纳米晶材料Au、Ru、WTi或上述金属的合金，化合物纳米晶材料TiN或HfO₂，或上述纳米晶材料与电荷陷阱材料Si₃N₄、SiON、HfO₂、ZrO₂、ZrSiO、HfAlO、HfON进行任意堆叠组合形成的复合电荷俘获材料；所述纳米晶材料的颗粒直径为5～20nm，密度为5E¹²～1E¹³/cm²。

优选的，所述晶体管控制栅为金属、金属氮化物、金属硅化物、金属硅氮化合物、金属碳化物、金属碳氮化合物和/或多晶硅中的一种或者几种的组合而成。