存储器单元和存储器器件的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及存储器单元和存储器器件的领域，特别是一次性可编程非易失性存储器。本发明还涉及在存储器单元中或者从存储器单元存储和读取至少一个位(bit)的方法。
【背景技术】
[0002]在现有技术中，存在各种提供一次性可编程存储器单元的办法。例如，美国专利6856540B2公开由位于列位线和行字线的交叉点处的晶体管组成的可编程存储器单元。晶体管的栅极从列位线形成，并且其源极连接到行字线。通过在列位线和行字线之间施加电压电位将存储器单元编程，以在晶体管的栅极下的衬底中产生编程的η+区域。
[0003]在列位线和行字线的交叉点处布置多个晶体管提供若干千字节的存储能力。然而，在列位线和行字线的交叉点处晶体管的布置要求分别的寻址方案(addressingscheme)，其形成分别的负担(overhead)，这对于小型化存储器单元的设计是不利的，并且不适合于小型存储器。
【发明内容】
[0004]因而本发明的目标是提供相当简单、紧凑并且小尺寸及成本有效的一次性可编程存储器单元和相应的存储器器件。本发明的进一步目标是提供一种在这样的存储器单元中存储和从这样的存储器单元中读取至少一个位的方法。此外，存储器单元应提供所存储信息的非易失性和永久性存储。存储器单元应是相当稳健的，并且甚至应能够承受在温度和适度方面的极端外部条件。
[0005]在第一方面，提供一种存储器器件的存储器单元。所述存储器单元包括具有η型栅极和η型阱的MOS电容器。另外地，所述存储器单元包括第一开关以暂时地跨所述η型栅极和所述η型阱施加击穿电压(Vm)，以在所述MOS电容器的所述η型栅极和所述η型阱之间生成永久性导电击穿结构。
[0006]η型栅极和η型阱基MOS电容器特别适合于当其变得受到击穿电压的施加时，设置永久性导电击穿结构，击穿电压典型地范围在6V之上、8V左右或者甚至更高。当施加预定幅值的击穿电压到所述MOS电容器时，所述MOS电容器的所述η型栅极和所述η型阱内部结构呈现特定的并且明确限定的击穿特性。对所述MOS电容的器所述击穿电压的施加导致在所述η型栅极和所述η型阱之间的金属氧化物中的限定能量沉积。
[0007]能量沉积导致在所述MOS电容器的所述金属氧化物层或者所述金属氧化物中的导电击穿结构的形成。换而言之，以明确限定的方式损坏或者甚至破坏所述MOS电容器的所述金属氧化物结构，以致在所述η型栅极和所述η型阱之间的电阻率被降低。通过所述导电击穿结构将所述η型栅极和所述η型阱电连接，并且所述MOS电容器不再能够提供基本上较少损耗的电荷的存储。
[0008]通过所述第一开关，所述MOS电容器的所述η型栅极为可电连接至击穿电压源，而所述MOS电容器的所述η型阱被连接至接地。所述第一开关的闭合从而导致所述击穿电压的跨所述η型栅极和所述η型阱的所述施加，因而跨所述MOS电容器生成并且形成所述永久性导电击穿结构。
[0009]此后，当所述第一开关被打开或者是断开时，MOS电容器的所述导电击穿结构仍然存在。然后可以通过读出单元取样所述MOS电容器的原有功能的此特定的并且明确限定的破坏。取决于在所述存储器单元的存储或者写入过程期间的所述第一开关的配置，分别的MOS电容器的将被破坏或者将保持完好。此后，在读取过程中，可以检测或者取样所述MOS电容器的操作性，从而表示一位信息。
[0010]根据进一步实施例，所述存储器单元包括用以施加读出电压(VDD)至所述MOS电容器的第二开关。与所述击穿电压相比，所述读出电压典型地为较低幅值。所述读出电压用以充电或者探测所述MOS电容器。典型地，所述第二开关位于VDD电压源和所述MOS电容器的所述η型栅极之间。所述第二开关的闭合然后将供应分别的读出电压至所述MOS电容器，特别是其η型栅极。
[0011]根据进一步实施例，所述存储器单元还包括能连接至所述MOS电容器的η型栅极的读出单元。典型地，所述读出单元和所述第二开关被并联连接所述MOS电容器的所述η型栅极。通过这种方式，所述读出单元被永久性地连接至所述MOS电容器的所述η型栅极，而不管所述第二开关的配置。
[0012]通过所述读出单元、电特性，因而可以检测或者确定所述MOS电容器的操作性或功能。所述读出单元典型地包括诸如读出触发器等的标准电子部件。
[0013]根据进一步实施例，所述第二开关为可闭合的，以通过所述读出电压充电所述MOS电容器。为了初始化读出过程，所述第二开关被典型地闭合预定的时间间隔。此后，所述第二开关能并且可以被打开，以便保持所提供的电荷存储在所述MOS电容器中。
[0014]根据进一步实施例，所述读出单元是可操作的，用以在所述第二开关已经被打开之后的预定时间At处取样所述MOS电容器。典型地，以各种步骤实施所述MOS电容器的取样。在第一步骤中，所述第二开关被闭合以充电所述MOS电容器。此后，所述第二开关被再次打开。然后，在已经打开所述第二开关后，在所述读出单元实际取样或者探测所述MOS电容器之前，预定的时间消逝。在将所述MOS电容器从所述读出电压断开和所述MOS电容器的取样之间的预定时间间隔的等待，允许当所述MOS电容器已经在所述写入过程期间被所述击穿电压损伤时，提供电荷耗散。
[0015]在所述写入过程期间，特定MOS电容器变得实际上经受击穿电压的施加的情况下，所述MOS电容器不再能够经过预定时间间隔At而存储电荷。其结果是，并且当取样所述MOS电容器时，与在所述写入过程期间没有变为经受所述击穿电压的MOS电容器的取样相比，所述读出单元将不能够收回各自幅值的电荷。
[0016]以这种方式，可以实施一种相当简单并且成本有效的读出单元，所述读出单元仅是可操作为，以当从读出电压断开经过预定时间间隔At时，检测所述MOS电容器是否包括预定幅值的电荷。
[0017]根据另一实施例，仅当所述第一开关被打开时，所述第二开关为可闭合的。以这种方式，所述读取过程可以精确地与之前的写入过程分开。
[0018]根据进一步实施例，所述第一开关包括串叠开关(cascoded switch) ο以这种方式，甚至当经受相对高的击穿电压的施加时，所述第一开关保持是可操作的。所述串叠开关为两-或者多级开关，典型地由一系列MOSFET晶体管实施。通过使用串叠开关作为第一开关，甚至当施加相对高的击穿电压时，所述第一开关保持完好。
[0019]在进一步的实施例中，所述存储器单元包括与第三开关串联的电阻器。电阻器和第三开关的串联连接典型地与所述MOS电容器并联连接。通过所述电阻器并且所述第三开关，可以在写入过程期间，针对施加的相对大的击穿电压而保护所述读出单元。典型地，所述第三开关的一个端被连接至接地，另一个端被连接至所述电阻器。
[0020]所述电阻的远离所述第三开关的相对端被典型地与所述MOS电容器的所述η型栅极相耦合。以这种方式，来自于相对高的击穿电压的施加的电流流经所述电阻器，并且不会伤害或者破坏所述读出单元。
[0021]根据进一步实施例，所述第三开关被耦合至所述第一开关。以这种方式，所述第三开关和所述第一开关一致为可操作的。再者，可以设想，在所述存储器单元的写入操作期间，所述第三开关通常为可闭合的并不取决于所述第一开开关是否被闭合。以这种方式，可以针对该相对击穿电压，保护所述读出单元，而不管所述击穿电压是否被施加到所述MOS电容器。
[0022]在又一实施例中，所述MOS电容器为薄氧化物电容器。典型地，以ISOnm技术设计所述MOS电容器。其包括相当薄的、紧凑并且成本有效的结构。再者，所述存储器单元为一次性可编程存储器单元。一旦跨所述MOS电容器施加所述击穿电压，所述MOS电容器的内部结构不可逆地并且永久地改变。在初始的写入过程后，所述存储器单元仅为可操作的用以执行一个或者连续系列的读出过程。
[0023]在进一步方面，本发明还涉及一种存储器器件，所述存储器器件包括至少两个或更多的上述存储器单元。每个存储器单元以每个存储器单元可被独立地配置的方式包括至少第一开关，以存储1-位或者O-位。通过在所述写入过程期间，不跨所述MOS电容器施加所述击穿电压，获得I位，而当通过闭合所述第一开关、实际上跨所述MOS电容器施加所述击穿电压时，获得O-位。然而，根据所述读出单元的设置和配置，可交换对未损伤或者损伤的MOS电容器的O-位和1-位的分配。
[0024]通过实施η个存储器单元的行，可以在一次性可编程存储器器件中存储信息的η位。
[0025]根据进一步方面，本发明还涉及一种在如同上述的存储器单元中存储和读取至少一个位的方法。位的存储至少包括第一开关的闭合步骤，以跨各自的存储器单元的MOS电容器的η型栅极和η型阱施加击穿电压。通过所述方法的另一实施例，从所述存储器单元获得事先存储的位的读取。对于读取，所述方法包括以下步骤:
[0026]-将读出电压施加到所述MOS电容器，以充电所述MOS电容器，
[0027]-从所述读出电压断开所述MOS电容器，以及
[0028]-在所述MOS电容器已经被从所述读出电压断开后的预定时间At处通过读出单元，取样所述MOS电容器。
[0029]以这种方式，所述读出过程用以检测所述MOS电容器的操作性。由于MOS电容器已经被充电，在预定时间At消逝后的所述MOS电容器的取样显示在事先的写入过程期间所述MOS电容器是否已经被损伤。
[0030]通常需要指出，在存储器单元中存储和读取至少一个位的方法直接涉及上述所述存储器单元和存储器器件。因此，上面提及和描述的关于所述存储器单元和所述存储器器件的所有特征和问题，同等地适用于在所述存储器单元中存储和从所述存储器单元读取至少一个位的所述方法，并且反之亦然。
[0031]利用基于η型栅极和η型阱的MOS电容器具有特别的优点，当在其金属氧化物层中已经建立所述导电击穿结构时，所述MOS电容器呈现明确限定的导电特性。而其它类型的MOS电容器，在MOS电容器中建立寄生晶体管或者寄生二极管，在读出过程中，其阻碍并且抵消所述MOS电容器的精确和简单的读出和取样。
[0032]再者，以所述η型