SONOS技术发展综述

摘要：本文主要从专利文献的视角对SONOS技术的发展脉络进行了全面的统计分析，总结了与利用SONOS技术的专利的申请趋势、主要申请人分布，并针对SONOS技术的技术发展路线做了一定的分析和介绍，为企业了解该领域现状提供了参考。

关键词：sonos 非易失存储器 电荷捕获 专利研究

一、SONOS主要技术概述

伴随着可携带式电子产品的普及，如笔记本电脑、手机、记忆卡等，非挥发性存储器件（Nonvolatile Memory Device），在半导体存储器件中扮演着越来越重要的角色由于浮动栅结构（Floating Gate）非挥发性存储器件，擦和写过程需要高电压，将浮动栅结构非挥发性存储器件，与CMOS器件整合在一起，越来越困难.另外，随着浮动栅结构存储器件尺寸的缩小，过度擦除和反常漏电流都现得越来越严重；在这样的情况下，三十多年前就被提出的SONOS器件又重新被关注。然而，SONOS非易失性存储器件存在写/擦速度不够高，ONO层生长过程中可能发生物理或化学反应导致数据保持能力降低以及漏电流等问题，必须解决这些问题才能使SONOS存储更好地适应实际应用要求。

二、相关专利申请状况分析

在CNABS（中国专利文献数据库）和DWPI（德温特世界专利库）中，对SONOS技术领域全球申请进行检索并按照申请量进行了统计分析，从中得到SONOS技术的发展历史以及主要研究公司的技术发展状况。

上图是SONOS技术的全球专利申请量的年代分布图，从图中可以看出该领域专利申请量总体上在逐步升高，说明在SONOS技术的发展呈现多样化和不断产生新的技术分支的态势。在2000年之前，sonos技术还未大范围普及，申请量较少；在2000-2008年，申请量增长迅速，并在2008年出现了一个高峰，这和传统的浮栅存储器在2010年时将会达到工艺的极限有比较密切的关系；在2008年-2010年间，全球的申请量总体上呈下降的趋势，其原因主要是受美国次贷危机的影响全球经济不景气从而影响了企业对于研发的投入，从2010年-2013年间，全球的申请量再次回升，这是因为随着全球经济的复苏，市场的好转，企业盈利状况的改善，能够使企业有更多的资金投入到研发中以满足市场的需要。2014年之后的申请量明显下降，这主要是2014年后专利公开滞后的原因。

三、SONOS重要技术及重要专利申请

3.1从器件结构角度进行改进

SONOS型非易失存储器件使用氮化物层作为存储节点。用于隧穿电荷或注入热载流子的氧化物层设置在氮化物层和半导体衬底之间。阻挡层设在氮化物层和控制栅极之间。通过这种结果，一旦电荷被存储在氮化物层中，即使电源被切断信息也能够得到保存。ONO结构有效的取代了浮动栅极组件中的介质层。

2009年2月12日，旺宏电子股份有限公司公开了一种（US20070954819）具有侧边口袋注入的电荷捕捉装置，发明公开了一种具有侧边口袋注入的电荷捕捉装置，提供了一种电荷捕捉存储单元，其具有沿着信道侧边的口袋注入，该侧边口袋注入具有和信道相同的导电型态，且该注入的掺杂物浓度较信道中央区域来的高。此种结构可有效防止电荷捕捉结构因鸟嘴或其它边缘异常而造成信道侧边非均匀电荷捕捉现象，且前述口袋注入可利用兼容于标准浅沟道隔离工艺的方法形成。

2009年6月10日，旺宏电子股份有限公司公开了一种（CN101452964A）包含：衬底；源极区域；漏极区域；阱区域介于源极区域和漏极区域之间；底部氧化层位于衬底上方；电荷储存层位于底部氧化层上方；多层的介电隧穿层位于电荷储存层上；控制栅极位于多层的介电隧穿层上。介电隧穿层包含第一和第二介电氧化层以及介电氮化层的非易失性存储单元。通过这种结构能够改善SONOS和MNOS元件电荷保留的问题；含有能带设计的氧化氮化氧化（ONO）上介电层可作为阻挡氧化物或上方氧化层；可通过施加正栅极电压，利用栅极注入空穴来擦除

3.2从编程，擦除方法上进行改进

随着高积体化和低电压化发展，读取或编程的时候有产生非选择区块的漏电流，从而导致无法正确读取的问题，因此，如何解决非区块的漏电流提高读取精确度也是业界研究的一个方向。编程和擦除速度的提高能够带来更大的经济效益，业界还研究如何更有效率的进行编程和擦除操作。

2004年4月13日，旺宏电子股份有线公司公开了一种（US6721204B1）对sonos进行擦除的方法，该方法包括编程存储单元，从半导体基片注入电子至存储单元之一俘获层中；擦除存储单元；释放存储单元；以及重复该擦除和释放步骤直到存储单元之一阈值电压达到预定值为止。对于释放步骤而言，电子可从俘获层被释放至存储单元之一沟道中，或是释放至存储单元之一栅极中。本方法可包含验证俘获层之状态（高或低）的步骤，以及如果俘获层之状态未被验证，则重复擦除和释放的步骤。通过这种方法能有利地防止其俘获层中数据流失。

2008年11月27日，赛普拉斯半导体公司公开了一种（US2008/0291732A1）对sonos 进行编程的方法，该方法包括首先编程存储器阵列中的多个存储单元，然后擦除多个存储单元，当在多个存储单元加载编程电压时选择性地抑制多个存储单元中的一个或多个存储单元。采用这种编程方法能够能消除SONOS型存储器过擦除，防止存储单元损坏，提高数据保持能力。

四、SONOS技术前景分析

Sonos技术的总体发展趋势仍然是从器件结构，材料，工艺的角度和器件操作方法的角度M行改进。而由于各个分支技术仍然存在各种不足及应用的局限，可以预见Sonos技术在未来一段时间内的发展趋势都将专注于降低成本，提高器件的可靠性，从器件结构，材料，工艺的角度和器件操作方法的角度进行针对性的改进。

参考文献：

[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

作者简介：

曹雄斐（1988-），男，硕士，研究实习员，研究领域：静态存储器。

邵磊（1983-），男，硕士，助理研究员，研究方向：静态存储器。

胡徐兵（1978-）男，学士，副研究员，研究方向：计算机科学与技术。