[发明专利]一种改进的差分架构XPM存储单元

说明书

技术领域

本发明涉及非挥发性可编程存储器，具体涉及一种改进的差分架构XPM存储单元。

背景技术

随着微电子技术和计算机技术的迅速发展, 我们正迈向一个信息社会。信息社会离不开信息的存储。近半个世纪以来, 人们不断地探索存贮新技术,形成了品种繁多的存储器家族, 其中的半导体非挥发性存储器( Non-Volatile Semiconductor Memory)因其具有掉电仍能保持信息的特点而成为存储器家族的热门领域。

其中，基于介质击穿的一次可编程非挥发性存储器获得了较多的关注，它可以为电路应用提供灵活多样和价格低廉的解决方案，因而广泛应用于数据存储备份，代码存储，初始信息存储，RFID标示信息存储等领域。

在专利US6215140“Electrically programmable non-volatile memory cell configuration ”中，Reisinger等人提出了利用电容中的二氧化硅层的击穿来存储数据的一种PROM单元就是一个例子。其中，基本的PROM就是利用一个氧化物电容和一个结形二极管作为交叉点元件组合而成。一个完整的电容代表逻辑值0，一个电击穿电容代表逻辑值1。二氧化硅层的厚度调节到能够获得所需要的性能规范。二氧化硅的击穿电荷约为10C/cm²，如果给厚度为10nm的电容介质上加上一个10V的电压（获得的场强为10⁷V/cm），就会有约10⁶A/ cm²的电流流动。在10V下就会有大量的时间来对一个存储器单元进行编程。但这种结构存在编程时间与功耗上的矛盾，短的编程是通过增大功耗获得的，如果想要功耗低，就会造成编程时间过长，编程效率降低。而且该工艺与传统COMS工艺不符，生产成本增大。

在中国专利 CN1351381A“利用超薄介质击穿现象的半导体存储器单元和存储器阵列”，彭泽忠提出了XPM存储器单元，也叫做超级永久性存储器，是一种具有在超薄介质（如栅氧化层）周围构成的数据存储元件的半导体存储单元。其编程操作方法是给超薄介质加应力出现击穿（软击穿或硬击穿）来建立存储单元的泄漏电流电平。存储器单元通过检测单元吸收的电流来读出。一种合适的超薄介质就是比如说约50埃或50埃厚以下的高质量栅氧化层。其存储单元如图1所示，由一个MOS场效应管和MOS数据存储元件组成，其中MOS数据存储单元实际就是一个由栅极、超薄介质层和一个掺杂区构成的MOS半晶体管。存储单元的断面图如图2所示。XPM存储单元的优点是非常稳定，因为数据是存储在物理单元中而不是以存储电荷的形式存储的。XPM存储器单元可用标准的CMOS工艺制作而不用更为复杂、成本更高的许多其它非挥发性存储器的特有制作工艺制作。但随着近年来集成电路工艺的不断进步，器件的尺寸越来越小，器件读操作时可区分的电流范围也越来越小，电流范围的局限严重限制了参考电路的阻抗选择，很容易带来阻抗不匹配问题，造成读取错误。为了灵敏且迅速的读出数据，现在通常都采用差分放大电路来最为读取电路。

有鉴于此，有必要提出一种改进的XPM存储单元结构来优化这些问题。

发明内容

为克服现有技术中的不足，本发明提供一种改进的差分架构XPM存储单元，在传统XPM存储单元的基础上，读取时采用两条支路对比输入差分放大器，避免了采用基准电路带来的不匹配问题，极大地提高了读取的稳定性。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种改进的差分架构XPM存储单元，包括两条支路，所述每条支路包括MOS场效应晶体管和MOS数据存储元件，所述MOS场效应晶体管栅极，栅极的栅介质和栅介质下面的第1和第2掺杂半导体区，所述第1和第2掺杂半导体区分别作为MOS管的源极和漏极，所述MOS数据存储元件有一个导电结构即所述MOS管的栅极，导电结构下面的一层超薄介质，导电结构下面的第1掺杂半导体区。

进一步的，所述MOS场效应晶体管的第1和第2掺杂半导体区在空间上隔开并在其中间确定了沟道区，所述MOS数据存储元件的第1掺杂半导体区与所述MOS场效应晶体管的第1掺杂半导体区连接。

进一步的，所述MOS场效应晶体管的栅极作为整体器件的字线，所述MOS场效应晶体管的栅漏极作为整体器件的位线，所述MOS数据存储元件作为导电结构作为整体器件的源线。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1）本发明采用差分架构，有效地扩大了读操作时的可区分电流。