[发明专利]一种单多晶非易失存储器的存储单元

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路领域，具体的讲，涉及用于非易失存储器的存储单元。

背景技术

电子技术日益发展，许多集成电路系统或者模块需要使用一定容量的非易失性存储器。通常，非易失性存储器可以作为独立存储器芯片，由芯片外部控制电路进行数据处理。然而，在许多情况下，非易失存储器必须和其他控制电路集成在相同芯片中。

在常规的非易失性存储器器件中，存储器单元的大多采用浮栅结构存储电荷来存储数据。特别是对于标准硅衬底互补型金属氧化物半导体(CMOS)工艺流程来说，浮栅结构存储单元通常需要一个附加的多晶硅层。因此，标准CMOS工艺中的非易失性存储器单元的集成将需要附加的处理步骤和掩膜，这将会造成成本的不合理增长，尤其是在考虑到经常只需要非常小量的集成的非易失性存储器时。

低成本的非易失大多采用单多晶的非易失存储单元。单多晶的非易失存储单元一般由四个金属氧化物半导体(MOS)管组成。它们为一个较大面积用于浮栅耦合电压的MOS管做控制管，一个由面积小于控制管十分之一以上的MOS管做隧穿管、一个用于读取的MOS管做读取管和读取时用到的选择管。单多晶的非易失存储单元中的读取管也可以由控制管或者隧穿管充当，减少MOS管数量来减小存储单元面积。

单多晶非易失存储器大多利用Fowler-Nordheim(FN)隧穿效应进行擦除与编程操作。相比热电子注入效应，FN隧穿效应具有消耗能量小的优势但是需要在存储单元上施加较高的电压。单多晶非易失存储单元利用隧穿管电容与控制管电容的比例将高电压耦合到浮栅上去，控制管的面积一般为隧穿管面积的10倍以上，这样导致单多晶非易失存储单元面积相当大，存储密度无法提高而且制造成本也很高。因此，需要一种小面积的单多晶非易失存储单元。

发明内容

针对上述已有技术的不足，提出一种单多晶非易失存储器的存储单元。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种单多晶非易失存储器的存储单元，其特征在于：包括控制管、隧穿管、选择管和浮栅，控制管为一个MOS电容是隧穿管MOS电容10～15倍的PMOS管，用于将控制管上的电压耦合到浮栅上去，控制管的N阱与源极相连接，其栅极与浮栅相连；隧穿管为没有漏区或者源区，且栅极多晶部分覆盖在氧化隔离槽上的PMOS管，隧穿管的N阱与源极相连，隧穿管的栅极与浮栅相连；选择管为与控制管串联的PMOS管，选择管的源极与控制管的漏极相连，选择管的N阱与控制管的N阱、源极相连，选择管的栅极用于选择信号输入。

其中：

所述的隧穿管为没有漏区或者源区的PMOS管，由于其栅极多晶部分覆盖在氧化隔离槽上，具有很小的MOS电容。

所述的控制管MOS电容是隧穿管MOS电容的10～15倍，但控制管的面积仅为隧穿管MOS电容的4～6倍。

所述的控制管与选择管均驻留在第一个N阱中，隧穿管驻留在第二个N阱中。

所述的控制管与选择管的栅极均与浮栅相连，浮栅为被氧化绝缘层隔离的多晶硅结构。

所述的控制管、隧穿管、选择管均为厚栅极氧化层的PMOS管。

本发明的单多晶非易失存储器的存储单元定义了四个端口:C、T、SEN和R。端口C为控制管的源极，控制管的源极和N阱相连，用于给控制管偏置各种操作命令所需的偏置电压。端口T为隧穿管的源极，隧穿管的源极和N阱相连，用于偏置隧穿管的电压。端口SEN为选择管的栅极，其控制读取操作时的存储单元选择。端口R为选择管的漏极，其用于将读取电流输出到位线上。

本发明的单多晶非易失存储器的存储单元擦除与编程操作采用FN隧穿效应，需要在存储单元上施加高电压。根据生产工艺的不同，所需的高压也不同。

本发明的单多晶非易失存储器的存储单元完全兼容标准CMOS工艺，能够嵌入到标准CMOS集成电路中去。这样极大降低了技术开发周期与工程生产费用。

附图说明

图1为本发明的电气符号示意图。

图2为本发明的版图示意图。

图3为图2沿“A-A”切线的横截面示意图。

图4为图2沿“B-B”切线的横截面示意图。

图5为擦除操作时选中存储单元的状态示意图。

图6为擦除操作时未选存储单元的状态示意图。

图7为编程操作时选中存储单元的状态示意图。

图8为编程操作时未选存储单元的状态示意图。

图9为读取操作时选中存储单元的状态示意图。