一种低电压操作,具有浮动闸极的非挥发性之铁电记忆体

摘要

本发明系以钛酸铅铁电薄膜作为闸极氧化物(gate oxide)，铂(Pt)作为浮动闸极而将之置入于钛酸铅铁电薄膜内，另外再配合具有高移动率(mobility)之快速体通道(bulkchannel)场效电晶体结构，以得到一低电压操作、快速读取之非挥发性记忆体，其特色如下：(1)低的写入/擦拭电压(小于10伏特).(2)快速读取，其读取时间(accesstime)小于160毫微秒(<160 ns).(3)此种结构容易被制成超大型积体记忆装置(VLSI memory device)。

主权项

1.一种具有浮动闸极之金属/铁电薄膜/同质异型接 面基板结构之非挥发性记忆体,其包括: 一同质异型接面基板,其系具有p-n接面之矽基板; 一铁电薄膜,设于该同质异型接面基板之上,用于 包覆浮动闸极; 一浮动闸极置于该铁电薄膜内,用于储存电荷; 一金属薄膜,设于该铁电薄膜之上,用以作该记忆 体之闸极; 一源极金属薄膜及一吸极金属薄膜,设于该同质异 型接面基板上并且分别位于该铁电薄膜两侧与其 接触; 一背电极金属薄膜,设于该同质异型接面基板之另 一面。2.如申请专利范围第1项所述之金属/铁电薄 膜/同质异型接面基板结构之非挥发性记忆体,该 同质异型接面基板系n/p+型矽基板。3.如申请专利 范围第1项所述之金属/铁电薄膜/同货异型接面基 板结构之非挥发性记忆体,该同质异型接面基板系 p/n+型矽基板。4.如申请专利范围第1项所述之金属 /铁电薄膜/同质异型接面基板结构之非挥发性记 忆体,该铁电薄膜系钛酸铅铁电薄膜。5.如申请专 利范围第4项所述之金属/铁电薄膜/同质异型接面 基板结构之非挥发性记忆体;该钛酸铅铁电薄膜位 于浮动闸极之下之厚度为50A而其上之厚度为500A。 6.如申请专利范围第1项所述之金属/铁电薄膜/同 质异型接面基板结构之非挥发性记忆体,该浮动闸 极系铂(Pt)。7.如申请专利范围第1项所述之金属/ 铁电薄膜/同质异型接面基板结构之非挥发性记忆 体,该闸极金属薄膜系金。8.如申请专利范围第1项 所述之金属/铁电薄膜/同质异型接面基板结构之 非挥发性记忆体,该源极金属薄膜系铝。9.如申请 专利范围第1项所述之金属/铁电薄膜/同质异型接 面基板结构之非挥发性记忆体,该吸极金属薄膜系 铝。10.如申请专利范围第1项所述之金属/铁电薄 膜/同质异型接面基板结构之非挥发性记忆体,该 背电极金属薄膜系铝。11.一种制造钛酸铅铁电薄 膜非挥发性纪忆体之方法,包括:以射频磁控溅镀 系统形成第1层钛酸铅铁电薄膜于一同质异型接面 基板上;以电子枪蒸着一浮动闸极于该第1层钛酸 铅铁电薄膜上;以射频磁控溅镀系统形成第2层钛 酸铅铁电薄膜,并将浮动闸极包覆于其内;蒸着一 闸极金属薄膜于该第2层钛酸铅铁电薄膜上;蒸着 一源极金属薄膜及一吸极金属薄膜于该同质异型 接面基板上,并且分别位于该铁电薄膜两侧与其接 触;蒸着一背电极金属薄膜于该同质异型接面基板 之另一面。12.如申请专利范围第11项之制造钛酸 铅铁电薄膜非挥发性记忆体之方法,该射频磁控溅 镀系统之溅镀靶直径为5cm,靶-试件座距为5cm,成长 功率为100w,溅射气体为Ar(90%)+O2(10%),成长压力为6 mtorr,基板温度为500℃-600℃。13.如申请专利范围第 11项之制造钛酸铅铁电薄膜非挥发性记忆体之方 法,该浮动闸极系铂。14.如申请专利范围第11项之 制造钛酸铅铁电薄膜非挥发性记忆体之方法,该闸 极金属薄膜系金。15.如申请专利范围第11项之制 造钛酸铅铁电薄膜非挥发性记忆体之方法,该源极 金属薄膜系铝。16.如申请专利范围第11项之制造 钛酸铅铁电薄膜非挥发性记忆体之方法,该吸极金 属薄膜系铝。17.如申请专利范围第11项之制造钛 酸铅铁电薄膜非挥发性记忆体之方法,该背电极金 属薄膜系铝。18.如申请专利范围第11项之制造钛 酸铅铁电薄膜非挥发性记忆体之方法,该同质异型 接面基板系n/p+型矽基板。19.如申请专利范围第11 项之制造钛酸铅铁电薄膜非挥发性纪忆体之方法, 该同质异型接面基板系p/n+型矽基板。图式简单说 明: 第一图 元件结构。 第二图 200s宽的脉波电压施加于闸极上数分钟 后所得的典型吸极电流/吸极电压曲线图,从上到 下分别为0伏特、4伏特、6伏特、8伏特及10伏特。 第三图 为不同的写入/擦拭电压施加于闸极上,在 不同的写入/擦拭时间下,对吸极电导之影响。 第四图 经由Hp 54600A型示波器所测得之读取时间响 应波形,上面的曲线为施加于吸极上之电压脉波, 下面的曲线为经由负载所量测之吸极电流。 第五图 该浮动闸极铁电薄膜记忆体之截面图: (a)浮动闸极内存有负电荷; (b)浮动闸极内之负电荷被擦拭掉;图内之斜影区表 示空乏区。