曹雄斐+邵磊+胡徐兵

摘要：本文主要從專利文獻(xiàn)的視角對SONOS技術(shù)的發(fā)展脈絡(luò)進(jìn)行了全面的統(tǒng)計分析，總結(jié)了與利用SONOS技術(shù)的專利的申請趨勢、主要申請人分布，并針對SONOS技術(shù)的技術(shù)發(fā)展路線做了一定的分析和介紹，為企業(yè)了解該領(lǐng)域現(xiàn)狀提供了參考。

關(guān)鍵詞：sonos 非易失存儲器 電荷捕獲 專利研究

一、SONOS主要技術(shù)概述

伴隨著可攜帶式電子產(chǎn)品的普及，如筆記本電腦、手機(jī)、記憶卡等，非揮發(fā)性存儲器件（Nonvolatile Memory Device），在半導(dǎo)體存儲器件中扮演著越來越重要的角色由于浮動?xùn)沤Y(jié)構(gòu)（Floating Gate）非揮發(fā)性存儲器件，擦和寫過程需要高電壓，將浮動?xùn)沤Y(jié)構(gòu)非揮發(fā)性存儲器件，與CMOS器件整合在一起，越來越困難.另外，隨著浮動?xùn)沤Y(jié)構(gòu)存儲器件尺寸的縮小，過度擦除和反常漏電流都現(xiàn)得越來越嚴(yán)重；在這樣的情況下，三十多年前就被提出的SONOS器件又重新被關(guān)注。然而，SONOS非易失性存儲器件存在寫/擦速度不夠高，ONO層生長過程中可能發(fā)生物理或化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致數(shù)據(jù)保持能力降低以及漏電流等問題，必須解決這些問題才能使SONOS存儲更好地適應(yīng)實際應(yīng)用要求。

二、相關(guān)專利申請狀況分析

在CNABS（中國專利文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫）和DWPI（德溫特世界專利庫）中，對SONOS技術(shù)領(lǐng)域全球申請進(jìn)行檢索并按照申請量進(jìn)行了統(tǒng)計分析，從中得到SONOS技術(shù)的發(fā)展歷史以及主要研究公司的技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r。

上圖是SONOS技術(shù)的全球?qū)＠暾埩康哪甏植紙D，從圖中可以看出該領(lǐng)域?qū)＠暾埩靠傮w上在逐步升高，說明在SONOS技術(shù)的發(fā)展呈現(xiàn)多樣化和不斷產(chǎn)生新的技術(shù)分支的態(tài)勢。在2000年之前，sonos技術(shù)還未大范圍普及，申請量較少；在2000-2008年，申請量增長迅速，并在2008年出現(xiàn)了一個高峰，這和傳統(tǒng)的浮柵存儲器在2010年時將會達(dá)到工藝的極限有比較密切的關(guān)系；在2008年-2010年間，全球的申請量總體上呈下降的趨勢，其原因主要是受美國次貸危機(jī)的影響全球經(jīng)濟(jì)不景氣從而影響了企業(yè)對于研發(fā)的投入，從2010年-2013年間，全球的申請量再次回升，這是因為隨著全球經(jīng)濟(jì)的復(fù)蘇，市場的好轉(zhuǎn)，企業(yè)盈利狀況的改善，能夠使企業(yè)有更多的資金投入到研發(fā)中以滿足市場的需要。2014年之后的申請量明顯下降，這主要是2014年后專利公開滯后的原因。

三、SONOS重要技術(shù)及重要專利申請

3.1從器件結(jié)構(gòu)角度進(jìn)行改進(jìn)

SONOS型非易失存儲器件使用氮化物層作為存儲節(jié)點(diǎn)。用于隧穿電荷或注入熱載流子的氧化物層設(shè)置在氮化物層和半導(dǎo)體襯底之間。阻擋層設(shè)在氮化物層和控制柵極之間。通過這種結(jié)果，一旦電荷被存儲在氮化物層中，即使電源被切斷信息也能夠得到保存。ONO結(jié)構(gòu)有效的取代了浮動?xùn)艠O組件中的介質(zhì)層。

2009年2月12日，旺宏電子股份有限公司公開了一種（US20070954819）具有側(cè)邊口袋注入的電荷捕捉裝置，發(fā)明公開了一種具有側(cè)邊口袋注入的電荷捕捉裝置，提供了一種電荷捕捉存儲單元，其具有沿著信道側(cè)邊的口袋注入，該側(cè)邊口袋注入具有和信道相同的導(dǎo)電型態(tài)，且該注入的摻雜物濃度較信道中央?yún)^(qū)域來的高。此種結(jié)構(gòu)可有效防止電荷捕捉結(jié)構(gòu)因鳥嘴或其它邊緣異常而造成信道側(cè)邊非均勻電荷捕捉現(xiàn)象，且前述口袋注入可利用兼容于標(biāo)準(zhǔn)淺溝道隔離工藝的方法形成。

2009年6月10日，旺宏電子股份有限公司公開了一種（CN101452964A）包含：襯底；源極區(qū)域；漏極區(qū)域；阱區(qū)域介于源極區(qū)域和漏極區(qū)域之間；底部氧化層位于襯底上方；電荷儲存層位于底部氧化層上方；多層的介電隧穿層位于電荷儲存層上；控制柵極位于多層的介電隧穿層上。介電隧穿層包含第一和第二介電氧化層以及介電氮化層的非易失性存儲單元。通過這種結(jié)構(gòu)能夠改善SONOS和MNOS元件電荷保留的問題；含有能帶設(shè)計的氧化氮化氧化（ONO）上介電層可作為阻擋氧化物或上方氧化層；可通過施加正柵極電壓，利用柵極注入空穴來擦除

3.2從編程，擦除方法上進(jìn)行改進(jìn)

隨著高積體化和低電壓化發(fā)展，讀取或編程的時候有產(chǎn)生非選擇區(qū)塊的漏電流，從而導(dǎo)致無法正確讀取的問題，因此，如何解決非區(qū)塊的漏電流提高讀取精確度也是業(yè)界研究的一個方向。編程和擦除速度的提高能夠帶來更大的經(jīng)濟(jì)效益，業(yè)界還研究如何更有效率的進(jìn)行編程和擦除操作。

2004年4月13日，旺宏電子股份有線公司公開了一種（US6721204B1）對sonos進(jìn)行擦除的方法，該方法包括編程存儲單元，從半導(dǎo)體基片注入電子至存儲單元之一俘獲層中；擦除存儲單元；釋放存儲單元；以及重復(fù)該擦除和釋放步驟直到存儲單元之一閾值電壓達(dá)到預(yù)定值為止。對于釋放步驟而言，電子可從俘獲層被釋放至存儲單元之一溝道中，或是釋放至存儲單元之一柵極中。本方法可包含驗證俘獲層之狀態(tài)（高或低）的步驟，以及如果俘獲層之狀態(tài)未被驗證，則重復(fù)擦除和釋放的步驟。通過這種方法能有利地防止其俘獲層中數(shù)據(jù)流失。

2008年11月27日，賽普拉斯半導(dǎo)體公司公開了一種（US2008/0291732A1）對sonos 進(jìn)行編程的方法，該方法包括首先編程存儲器陣列中的多個存儲單元，然后擦除多個存儲單元，當(dāng)在多個存儲單元加載編程電壓時選擇性地抑制多個存儲單元中的一個或多個存儲單元。采用這種編程方法能夠能消除SONOS型存儲器過擦除，防止存儲單元損壞，提高數(shù)據(jù)保持能力。

四、SONOS技術(shù)前景分析

Sonos技術(shù)的總體發(fā)展趨勢仍然是從器件結(jié)構(gòu)，材料，工藝的角度和器件操作方法的角度進(jìn)行改進(jìn)。而由于各個分支技術(shù)仍然存在各種不足及應(yīng)用的局限，可以預(yù)見Sonos技術(shù)在未來一段時間內(nèi)的發(fā)展趨勢都將專注于降低成本，提高器件的可靠性，從器件結(jié)構(gòu)，材料，工藝的角度和器件操作方法的角度進(jìn)行針對性的改進(jìn)。

參考文獻(xiàn)：

[1] Sonal Jain；Deepika Gupta；Vaibhav Neema；Santosh Vishwakarma，el. BE-SONOS flash memory along with metal gate and high-k dielectrics in tunnel barrier and its impact on charge retention dynamics [J]. Journal of Semiconductors，2016

作者簡介：

曹雄斐（1988-），男，碩士，研究實習(xí)員，研究領(lǐng)域：靜態(tài)存儲器。

邵磊（1983-），男，碩士，助理研究員，研究方向：靜態(tài)存儲器。

胡徐兵（1978-）男，學(xué)士，副研究員，研究方向：計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)。