[发明专利]含有单独的晶体三极管的存储器器件及其操作与制造方法

说明书

                           发明背景

1.发明领域

本发明涉及半导体存储器器件，并且更具体地说，涉及具有随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)功能的、含有一个单独的晶体三极管的存储器器件及其操作与制造方法。

2.现有技术的说明

虽然各种RAM允许快速的数据存取，但是它们是易失性的。这意味着当关断电源时它们所存储的内容将会丢失。与此相对比，作为计算机存储器的各种ROM，在其上已经事先记录了数据，即使当关断电源时，仍然保留它们所记录的内容。各种ROM的数据存取速率取决于存储器的类型，但较之各种RAM来说，要慢得多。例如，各种闪烁存储器，作为一种电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)，可以用电信号对它进行读和写，在断电时仍能保存其内容这一方面类似于ROM。与此同时，各种闪烁存储器，在它们可以被擦除和可以被再编程这一方面则具有类似于RAM的特性。闪烁存储器比EEPROM快，但是它们不像RAM那样快。同样，由于闪烁存储器可以通过隧道效应注入电荷来写入数据，所以它们的写电压较高，同时写时间也较长。

为了克服上述问题，已经开发出非易失性的RAM(NVRAMs)。为了获得NVRAM，在1T-1C动态RAM(具有由各单元组成的一个阵列，每一个单元都有一个单独的晶体三极管以及一个单独的电容器)中的一个电容器的一块电介质薄膜被具有铁电体薄膜[例如PZT(PbZr_xTi_1-xO₃)]的一个电容器所取代，并且，一个电极被一片热电阻金属[例如铂(Pt)]所取代。然而，NVRAM存在的问题，一是由于使用一种新的工艺处方，在难以刻蚀的铁电材料以及热电阻金属上产生图形，使得制造工艺变得复杂，二是用于数据记录和写入的所施加的电压方向需要改变，并且由于要施加高的电压，使得它在市场上没有竞争力。而且，由于NVRAM包括各电容器连同各晶体三极管，跟使用闪烁存储器相比，它在有效地利用空间方面存在更多的困难。

                     本发明的概要

为了解决上述问题，本发明的第1个目的就是提供一种存储器器件，它具有RAM和ROM的优点，小的尺寸，简单的结构，低的工作电压，以及由于使用当前的制造工艺而使制造工艺简单化。

本发明的第2个目的就是提供一种操作存储器器件的方法。

本发明的第3个目的就是提供一种制造存储器器件的方法。

为了达到第1个目的，本发明提供一种含有单独的晶体三极管的存储器器件，其中，该单独的晶体三极管是一个存储器晶体三极管，它有一个含有非易失性存储器单元的栅极。

非易失性存储器单元形成于一个栅极绝缘层以及一个栅极导电层之间，上述两层组成栅极，并且被连接到互相分离的第1和第2位线。

第1和第2位线从非易失性存储器单元的下面或上面通过。

非易失性存储器单元包括形成于栅极绝缘层之上的半导体量子点阵，并且一种非晶性材料层覆盖着半导体量子点阵的大部分，其中非晶性材料层存储着从半导体量子点阵发射的载流子，并且将载流子保持在一种非易失性状态，直到已发射的载流子被重新俘获到半导体量子点阵里面为止。

半导体量子点阵是按照规则的间隔排列的硅点阵，并且，作为非晶性电介质层的非晶性材料层是非晶性氮化硅层或者非晶性铝层。同样，可以用一种例如氧化硅层(SiO₂)那样的绝缘层来取代非晶性电介质层。第1和第2位线都是从基底表面到预定深度之间所形成的导电性杂质层。

在另一个实施例中，一种存储器器件包括：一块基底，形成于基底之上的一个晶体三极管，形成于晶体三极管以及基底之间的一个非易失性存储器装置。非易失性存储器装置包括形成于基底之上的非晶性材料层，以及形成于非晶性材料层之上的半导体量子点阵，其中，非晶性材料层存储着从半导体量子点阵发射的载流子，并且将载流子保持在一种非易失性状态，直到已发射的载流子被重新俘获到半导体量子点阵里面为止。晶体三极管包括：形成于非晶性材料层之上的互相分离的第1和第2金属层图形；形成于非晶性材料层之上的绝缘层，用以覆盖半导体量子点阵以及第1和第2金属层；以及一根字线，它形成于绝缘层上对应于形成半导体量子点阵的位置的一个位置上。