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適應用於uhfrfid無源標籤晶片的單柵存儲器的製作方法

2023-08-01 15:03:56

專利名稱:適應用於uhfrfid無源標籤晶片的單柵存儲器的製作方法
技術領域:
本發明屬於微電子技術領域,涉及半導體集成電路的存儲技術,具體是指適用於 超高頻射頻識別UHF RFID標籤且與標準CMOS工藝兼容的單柵存儲器。
背景技術:
自動化產業的趨勢正朝著高速與實時識別方向發展,實現連續識別和監測要求進 一步提高精度水平,這種實時識別通常被稱為環境智能。實現這一可行概念的技術之一被 稱為射頻識別RFID。它是一種非接觸式的自動識別技術,通過射頻信號自動識別目標對象 並獲取相關數據,無須人工幹預,可工作於各種惡劣環境。RFID技術可識別高速運動物體並 可同時識別多個標籤,操作快捷方便。而無源超高頻射頻識別UHF RFID技術以其遠距離、高速度和低成本已經成為 RFID技術的研究熱點,並將成為未來信息社會建設的一項基礎技術。RFID技術與網際網路、 通訊等技術相結合,可實現全球範圍內物品跟蹤與信息共享,RFID技術應用於物流、製造、 公共信息服務等行業,可大幅提高管理與運作效率,降低成本。隨著相關技術的不斷完善和 成熟,RFID技術顯示出巨大的發展潛力與應用空間,被認為是21世紀最有發展前途的信息 技術之一,將成為未來信息社會建設的一項基礎技術。RFID技術主要通過RFID閱讀器與RFID標籤兩部分硬體實現。非易失性存儲器是 RFID標籤中必不可少的一部分單元,用來永久保存數據信息,比如晶片序列號、安全信息、 產品編碼、處理器指令等。目前幾種通常使用的非揮發性存儲器主要有可擦除可編程只讀 存儲器EPR0M、電可擦除可編程只讀存儲器EEPROM和快閃記憶體Flash Memory。另外,還 有鐵電存儲器i^RAM、磁性隨機存儲器MRAM和相變存儲器OUM等近年來出現的新型的非揮 發性存儲器,其研究已都取得了可喜的進展。但是它們都不能與標準的CMOS工藝兼容,需 要額外的特殊工藝製造,極大地提高了 RFID標籤的製造成本。而目前制約RFID技術推廣 的主要瓶頸就是成本較高,各大生產廠商都在努力降低RFID標籤晶片的製造成本,以進一 步擴大RFID技術的市場,而上述存儲器都不適用於RFID標籤,影響了 RFID標籤的推廣應 用。

發明內容
本發明的目的針對上述已有技術的不足,提出一種適應用於UHF RFID無源標籤芯 片的單柵存儲器,以實現與標準的CMOS工藝兼容,降低RFID標籤的成本。為實現上述目的,本發明提供的單柵存儲器,包括多個存儲單元,其中,每個存儲 單元包括擦除電晶體,編程電晶體,解碼電晶體以及耦合電晶體;該耦合電晶體的源極、 漏極與襯底連接在一起,構成耦合端子;該擦除電晶體的源極、漏極與襯底連接在一起,構 成擦除端子;該編程電晶體的源極與襯底連接在一起,構成編程端子;解碼電晶體的源極 和襯底分別與編程電晶體的漏極和襯底連接,解碼電晶體的漏極輸出數據;所述的耦合晶 體管、編程電晶體和擦除電晶體三管的柵極並接,共享浮柵。
所述的擦除電晶體的柵極區與編程電晶體的柵極區面積均小於耦合電晶體的柵 極區面積。所述的編程電晶體、耦合電晶體、解碼電晶體和擦除電晶體均採用PMOS電晶體。所述的編程電晶體與解碼電晶體駐留在第一 N阱中,耦合電晶體駐留在第二 N阱 中,擦除電晶體駐留在第三N阱中。所述的編程電晶體、解碼電晶體、耦合電晶體和擦除電晶體,具有相同的柵極氧化 物厚度。所述的編程電晶體的編程端子ra、擦除電晶體的擦除端子ER和耦合電晶體的耦 合端子⑶,這三端容性耦合的電勢,疊加後形成浮柵上的電勢。所述的編程電晶體、解碼電晶體、耦合電晶體和擦除電晶體均為單柵結構。所述的擦除電晶體的擦除端子、編程電晶體的編程端子、解碼電晶體的解碼端子 與耦合電晶體的耦合端子在編程操作、擦除操作、讀取操作時分別施加不同的電壓組合。本發明由於使用的電晶體均為普通的電晶體,即與標準CMOS工藝兼容,因此極大 地降低了 RFID標籤晶片的成本;同時由於本發明與標準CMOS工藝兼容,研發時使用標準 的CMOS工藝庫而無需任何修改,故減少了技術開發周期,縮短了產品的上市時間;此外由 於本發明編程及擦除操作是通過i^owler-Nordhein^FN)隧穿起作用的,所以所需的電壓低 於常規雙柵結構的嵌入式快閃記憶體存儲器的所需的高電壓,降低了功耗,滿足無源RFID標籤的 特別要求。


圖1是本發明的整體結構示意圖;圖2是本發明的單個存儲單元結構圖;圖3是本發明的存儲器單元的橫截面結構圖。
具體實施例方式以下將參考附圖詳細描述本發明實施例的單柵極半導體存儲器。參照圖1,本發明由多個完全相同的存儲單元組成,本實例的存儲單元為16個,即 存儲器容量為16位,但不限於16個,實際的存儲單元的數目根據需要的容量來確定。從圖 1中可以看出,每一行中,所有存儲單元的編程端子PR並聯連接在一起,所有存儲單元的擦 除端子ER並聯連接在一起,所有存儲單元的解碼端子DE並聯連接在一起;每一列中,所有 數據輸出端DA並聯連接一起,所有存儲單元的耦合端子CO並聯連接一起,這樣構成了整個 存儲器。參照圖2,每個存儲單元包含四個電晶體,一個作為擦除電晶體110,一個作為編 程電晶體120,一個作為解碼電晶體130,還有一個作為耦合電晶體140,它們均採用常規的 PMOS電晶體,都為單柵結構,且具有相同的柵極氧化物厚度,所以使得該結構單元與標準 CMOS工藝兼容。圖2中,擦除電晶體110、編程電晶體120、耦合電晶體140的柵極連接在一 起,作為存儲電荷的浮柵。其中擦除電晶體110的源極、襯底與漏極接一起,作為擦除端子 ER,編程電晶體120的源極作為編程端子ra,而耦合電晶體的源極與漏極接一起作為耦合 端子C0,從這三個端子容性耦合過來的電勢疊加後形成了浮柵上的電勢。解碼電晶體130的源極和襯底分別與編程電晶體120的漏極和襯底連接,解碼電晶體130的柵極作為解碼 端子DE,漏極輸出數據。這樣的結構使得編程電晶體120還可以同時作為讀出電晶體讀取 浮柵上存儲的信息。本發明的存儲器單元橫截面結構圖如圖3所示。從圖3中可以看到,解碼電晶體 130與編程電晶體120在同一個N阱233中,耦合電晶體140與擦除電晶體110分別在單獨 的N阱223和N阱213中。編程、擦除的操作電壓較高,這樣安排會提高存儲器的可靠性。 從圖3中還可以看出,編程電晶體120與擦除電晶體110的尺寸比耦合電晶體140小得多, 這樣做的優勢是大大降低了編程和擦除時所需要的高壓。具體的尺寸比例根據應用的不同 環境設計者合理選擇。表1中列出了本發明所述的存儲器單元在編程、擦除和讀取操作時各端子施加的 電壓。其中I3R表示編程端子,ER表示擦除端子,CO表示耦合端子,DE表示解碼端子,Vdd 為電路的工作電壓,其大小由設計者在設計晶片時根據所採用的工藝庫確定合理選擇,本 實例使用1. 8V, Vcc是大於Vdd的一個高電壓。表1 存儲器單元操作電壓
權利要求
1.一種適應用於UHF RFID無源標籤晶片的單柵存儲器,包括多個存儲單元,其特徵在 於,每個存儲單元包括擦除電晶體(110),編程電晶體(120),解碼電晶體(130)以及耦合 電晶體(140);該耦合電晶體(140)的源極、漏極與襯底連接在一起,構成耦合端子(CO); 該擦除電晶體(110)的源極、漏極與襯底連接在一起,構成擦除端子(ER);該編程電晶體 (120)的源極與襯底連接在一起,構成編程端子(PR);解碼電晶體(130)的源極和襯底分別 與編程電晶體(120)的漏極和襯底連接,解碼電晶體(130)的漏極輸出數據;所述的耦合晶 體管(140)、編程電晶體(120)和擦除電晶體(110)三管的柵極並接,共享浮柵。
2.如權利要求1所述的單柵存儲器,其特徵在於所述擦除電晶體(110)的柵極區與編 程電晶體(120)的柵極區面積均小於耦合電晶體(140)的柵極區面積。
3.如權利要求1所述的單柵存儲器,其特徵在於編程電晶體(120)、耦合電晶體(140)、 解碼電晶體(130)和擦除電晶體(110)均採用PMOS電晶體。
4.如權利要求1或2所述的單柵存儲器,其特徵在於編程電晶體(120)與解碼電晶體 (130)駐留在第一 N阱033)中,耦合電晶體(140)駐留在第二 N, Q23)中,擦除電晶體 (110)駐留在第三N阱(213)中。
5.如權利要求1或2或3所述的單柵存儲器,其特徵在於編程電晶體(120)、解碼晶體 管(130)、耦合電晶體(140)和擦除電晶體(110),具有相同的柵極氧化物厚度。
6.如權利要求1所述的單柵存儲器,其特徵在於編程電晶體(120)的編程端子(PR)、 擦除電晶體(Iio)的擦除端子(ER)和耦合電晶體(140)的耦合端子(CO),這三端容性耦合 的電勢,疊加後形成浮柵上的電勢。
7.如權利要求1所述的單柵存儲器,其特徵在於編程電晶體(120)、解碼電晶體(130)、 耦合電晶體(140)和擦除電晶體(110)均為單柵結構。
8.如權利要求1所述的單柵存儲器,其特徵在於擦除電晶體(110)的擦除端子(ER)、 編程電晶體(120)的編程端子(PR)、解碼電晶體(130)的解碼端子(DE)與耦合電晶體 (140)的耦合端子(CO)在編程操作、擦除操作、讀取操作時分別施加不同的電壓組合,即編程操作時,將解碼電晶體(130)的解碼端子(DE)偏置在電路的工作電壓Vdd上,耦 合電晶體(140)的耦合端子(CO)與擦除電晶體(110)的擦除端子(ER)均施加一個高於 Vdd的第一電壓,編程電晶體(120)的編程端子(PR)接0電壓;擦除操作時,將解碼電晶體(130)的解碼端子(DE)偏置在電路的工作電壓Vdd的電壓 上,耦合電晶體(140)的耦合端子(CO)與編程電晶體(120)的編程端子(PR)接0電壓,擦 除電晶體(110)的擦除端子(ER)施加一個高於工作電壓Vdd的第二電壓;讀取操作時,將編程電晶體(120)的編程端子(PR)偏置在電路的工作電壓Vdd的電壓 上,擦除電晶體(110)的擦除端子(ER)、耦合電晶體(140)的耦合端子(CO)和解碼電晶體 (130)的解碼端子(DE)均接0電壓。
9.如權利要求1或8所述的單柵存儲器,其特徵在於所述的第一電壓不高於6V,所述 第二電壓與所述第一電壓大小相同。
全文摘要
本發明公開了一種用於UHF RFID無源標籤晶片的單柵非易失性存儲器,主要解決現有雙柵存儲器與CMOS工藝不兼容的問題。它由多個完全相同的存儲單元組成,每個存儲單元包括擦除電晶體(110),編程電晶體(120),解碼電晶體(130)以及耦合電晶體(140);該耦合電晶體(140)的源極、漏極與襯底連接,構成耦合端子;該擦除電晶體(110)的源極、漏極與襯底連接,構成擦除端子;該編程電晶體(120)的源極與襯底連接,構成編程端子;解碼電晶體(130)的源極和襯底分別與編程電晶體(120)的漏極和襯底連接,解碼電晶體(130)的漏極輸出數據;耦合電晶體(140)、編程電晶體(120)和擦除電晶體(110)三管的柵極並接,共享浮柵。本發明具有低成本,低功耗的優點。
文檔編號G11C16/02GK102122529SQ201110024509
公開日2011年7月13日 申請日期2011年1月21日 優先權日2011年1月21日
發明者劉偉峰, 吳贊進, 莊奕琪, 李小明, 郎衛義 申請人:西安電子科技大學

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