DE102007003534A1 - Memory cell e.g. non-volatile two-bit-Trapping layer-memory cell, operating method for e.g. memory card, involves applying voltage between gate electrode and substrate section such that charge carrier is injected into memory element - Google Patents

Memory cell e.g. non-volatile two-bit-Trapping layer-memory cell, operating method for e.g. memory card, involves applying voltage between gate electrode and substrate section such that charge carrier is injected into memory element Download PDF

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Abstract

The method involves applying a voltage to p-n junctions (114, 124) among a source region (112), a drain region (122) and a substrate section (130) such that an avalanche breakdown takes place at the respective p-n junction. Another voltage is applied between a gate electrode (170) and the substrate section such that a charge carrier (132) produced by the avalanche breakdown and injected into the substrate section is injected into a memory element that is arranged between the substrate section and the gate electrode. Independent claims are also included for the following: (1) a method for programming a memory cell (2) a method for deleting a memory cell (3) a semiconductor component with memory cells (4) an electronic system comprising the semiconductor component.

Description

Ausführungsformen der Erfindung beziehen sich auf ein Betriebsverfahren für eine Speicherzelle sowie auf Verfahren zum Programmieren und Löschen einer Speicherzelle. Weitere Ausführungsformen betreffen ein Betriebsverfahren für eine Speicherzelle mit lokalisierter Ladungsspeicherung sowie Halbleiterbauelemente, die zur Ausführung der genannten Verfahren geeignet sind.embodiments The invention relates to an operating method for a memory cell and methods for programming and erasing a memory cell. Other embodiments relate an operating method for a memory cell with localized Charge storage and semiconductor devices for execution the said methods are suitable.

Nichtflüchtige Speicherzellen beruhen in der Regel auf einem n-Kanal MOSFET, bei dem zwischen der Gateelektrode und dem Kanalbereich des Transistors ein isoliertes Speicherelement vorgesehen ist. Zum Programmieren der Speicherzelle werden Ladungsträger in das Speicherelement injiziert. Zum Löschen der Speicherzelle werden die Ladungsträger aus dem Speicherelement entfernt oder mit Ladungsträgern entgegengesetzter Polarität kompensiert. Die Schwellenspannung des Transistors ist abhängig von der im Speicherelement gespeicherten Ladung. Zum Auslesen der Speicherzelle wird an die Gateelektrode eine Spannung angelegt, bei der die Speicherzelle zum Beispiel im programmierten Zustand leitend und im gelöschten Zustand nicht-leitend ist, und dabei der Strom zwischen den beiderseits des Kanalbereichs angeordneten Source/Drain-Bereichen ausgewertet.nonvolatile Memory cells are usually based on an n-channel MOSFET, at between the gate electrode and the channel region of the transistor an isolated memory element is provided. To program the memory cell becomes charge carriers in the memory element injected. To erase the memory cell, the charge carriers removed from the storage element or with charge carriers compensated for opposite polarity. The threshold voltage of the transistor is dependent on the in the memory element stored charge. To read the memory cell is connected to the Gate electrode applied a voltage at which the memory cell for example, in the programmed state, conductive and in the deleted state State is non-conductive, while keeping the current between the two sides evaluated the channel region arranged source / drain regions.

Das Speicherelement einer Floating-Gate-Zelle ist in der Regel eine leitfähige Lage innerhalb des Gateelektrodenstapels, die durch ein Tunneloxid vom Kanalbereich und durch eine Barrierenschicht von der Gateelektrode bzw. dem Control-Gate isoliert ist. Das Programmieren bzw. Löschen der Floating-Gate-Zellen erfolgt über Mechanismen wie dem Fowler-Nordheim- Tunneln oder der Hot-Carrier-Injektion (z. B. CHE, channel hot electron).The Memory element of a floating gate cell is usually one conductive layer within the gate electrode stack, the through a tunnel oxide from the channel region and through a barrier layer is isolated from the gate electrode or the control gate. Programming or deleting the floating gate cells via Mechanisms such as Fowler-Nordheim tunneling or hot carrier injection (eg CHE, channel hot electron).

Bei Speicherzellen vom Trapping-Lager-Typ ist das Speicherelement eine Trappingschicht aus einem nichtleitenden Material mit Fangstellen für Ladungsträger, etwa eine Siliziumnitridschicht. Die Ladungen werden innerhalb der Trappingschicht an die Fangstellen gebunden.at Trapping storage type storage cells is the storage element Trapping layer of a non-conductive material with traps for charge carriers, such as a silicon nitride layer. The charges are trapped within the trapping layer bound.

Bei 2-Bit-Speicherzellen werden die Ladungsträger in zwei voneinander isolierten Speicherzonen etwa einer Trappingschicht gespeichert. Im Laufe der Betriebsdauer der Speicherzelle können sich in einer zentralen Zone zwischen den beiden Speicherzonen Elektronen anhäufen, deren Abstand zu den Source/Drain-Bereichen zu groß für ein Zurücktunneln zu den Source/Drain-Bereichen ist. Diese so genannten Überschuss-Elektronen (overspill electrons) spannen die Gateelektrode dauerhaft vor.at 2-bit memory cells transform the charge carriers into two from each other isolated storage zones stored about a trapping layer. Over the course of the operating life of the memory cell can in a central zone between the two storage zones electrons accumulate, whose distance to the source / drain regions too great for tunneling back to the source / drain regions is. These so-called excess electrons (overspill electrons) permanently bias the gate electrode.

In der US 6,243,300 B1 ist ein Verfahren zum Löschen einer 2-Bit-Trappingschicht-Speicherzelle beschrieben, bei dem jeweils der pn-Übergang zwischen dem betreffenden Source/Drain- und dem Kanalbereich in Flussrichtung gepolt wird. Die dabei erzeugten Löcher tunneln infolge einer negativen Gatespannung im mittleren Kanalbereich in die zentrale Zone der Trappingschicht und kompensieren die dort akkumulierten Überschuss-Elektronen.In the US 6,243,300 B1 describes a method for erasing a 2-bit Trappingschicht memory cell, in which each of the pn junction between the respective source / drain and the channel region is poled in the flow direction. The resulting holes tunnel due to a negative gate voltage in the central channel region in the central zone of the trapping layer and compensate for the accumulated excess electrons there.

Die US 6,800,493 B2 bezieht sich auf das Neutralisieren von während des Herstellungsprozesses im Speicherelement gespeicherter Ladung durch einen Fowler-Nordheim-Mechanismus auf Waferebene.The US 6,800,493 B2 refers to neutralization of charge stored in the storage element during the manufacturing process by a wafer level Fowler-Nordheim mechanism.

In dem Artikel „A Novel 2-bit/cell Nitride Storage Flash Memory with Greater than 1M P/E-cycle Endurance", Yen-Hao Shih et. al., in IEDM (San Francisco, CA, USA), pp. 881–884; IEEE, 2004 wird ein Verfahren zum Löschen akkumulierter Ladung in der Trappingschicht einer Speicherzelle mittels einer p+-dotierten Gateelektrode in Verbindung mit einem negativen Fowler-Nordheim-Reset beschrieben.In the article "A Novel 2-bit / cell Nitride Storage Flash Memory with Greater Than 1 M P / E-Cycle Endurance", Yen-Hao Shih et al., In IEDM (San Francisco, CA, USA), pp. 881-884; IEEE, 2004 For example, a method of erasing accumulated charge in the trapping layer of a memory cell using a p + -doped gate electrode in conjunction with a negative Fowler-Nordheim reset is described.

Die Erhöhung der Anzahl zulässiger Programmier/Löschzyklen mittels Injektion von Löchern aus dem Substrat ist im Artikel „Extending endurance of NROM memories to over 10 million program/erase cycles" von Yakov Roizin et. al., 21. Non-volatile semiconductor memory workshop, (Montreal, CA, USA), pp. 74–75, IEEE 2006 , beschrieben. Dazu wird die Schichtdicke des Tunneloxids reduziert und die obere Barrierenschicht als Aluminiumoxidschicht ausgebildet bzw. eine p+-dotierte Gateelektrode vorgesehen.The increase in the number of permissible programming / erasing cycles by injecting holes from the substrate is in the article "Extending endurance of NROM memories to over 10 million program / erase cycles" by Yakov Roizin et al., 21st Non-Volatile Semiconductor Memory Workshop, (Montreal, CA, USA), pp. 74-75, IEEE 2006 , described. For this purpose, the layer thickness of the tunnel oxide is reduced and the upper barrier layer is formed as an aluminum oxide layer or a p + -doped gate electrode is provided.

Die US 6,487,121 B1 bezieht sich auf ein Programmierverfahren für eine 2-Bit-Trappingschicht-Speicherzelle, bei dem durch Anlegen eines zusätzlichen vertikalen Feldes die Injektionsprofile der beim Programmiervorgang injizierten Elektronen sowie der beim Löschvorgang injizierten Löcher aneinander angeglichen werden.The US Pat. No. 6,487,121 B1 refers to a programming method for a 2-bit trapping layer memory cell in which the injection profiles of the electrons injected in the programming process and the holes injected during the erase process are matched to one another by applying an additional vertical field.

Gemäß einem in der US 6,930,928 B2 beschriebenen Verfahren wird vor dem eigentlichen Programmier/Lösch-Zyklus eine Vorprogrammierung einer nichtflüchtigen Speicherzelle mittels Fowler-Nordheim-Tunneln durchgeführt. Die Vorprogrammierung verhindert, dass während des Löschzyklus mehr Ladung in der Trappingschicht kompensiert bzw. aus dieser entfernt wird, als im vorangegangenen Programmierzyklus in die Trappingschicht injiziert wurde.According to one in the US 6,930,928 B2 Prior to the actual program / erase cycle, preprogramming of a nonvolatile memory cell by means of Fowler-Nordheim tunnels is performed. Preprogramming prevents more charge in the trapping layer from being compensated or removed during the erase cycle than was injected into the trapping layer in the previous programming cycle.

Die US 6,490,205 B1 bezieht sich auf ein Verfahren zum Löschen einer 2-Bit-Trappingschicht-Speicherzelle, bei dem während des Löschvorgangs die pn-Übergänge zwischen den Source/Drain-Bereichen der Speicherzelle und der sie umgebenden Substrat-Wanne in Sperrrichtung mit einer Spannung vorgespannt wird, die kleiner ist als die Durchbruchspannung des pn-Übergangs. Die Substratvorspannung soll das laterale elektrische Feld innerhalb des Kanalbereichs verstärken, wodurch die Anzahl der innerhalb der Speicherzelle erzeugten heißen Löcher erhöht und der Löschvorgang insgesamt beschleunigt wird.The US 6,490,205 B1 relates to a method of erasing a 2-bit trapping-layer memory cell in which, during the erase operation, the pn junctions between the source / drain regions of the memory cell and they surrounding substrate well is reverse biased at a voltage which is less than the breakdown voltage of the pn junction. The substrate bias is intended to amplify the lateral electric field within the channel region, thereby increasing the number of hot holes generated within the memory cell and accelerating the erase process altogether.

Die US 6,744,675 B1 beschreibt ein Verfahren zum Programmieren einer SONOS-Speicherzelle. Nach dem eigentlichen Programmiervorgang wird ein schwacher Löschimpuls vorgesehen, im Zuge dessen flachsitzende Ladungen im unteren, zum Substrat orientierten Abschnitt der Trappingschicht entfernt werden.The US 6,744,675 B1 describes a method of programming a SONOS memory cell. After the actual programming process, a weak erase pulse is provided, in the course of which flat-seated charges in the lower, oriented to the substrate portion of the trapping layer are removed.

Die US 6,891,760 B2 bezieht sich auf ein Verfahren zum Löschen einer 2-Bit-Trappingschicht-Speicherzelle. Bei einer geeigneten Substratvorspannung sollen Überschuss-Elektronen in das Substrat übertreten.The US Pat. No. 6,891,760 B2 refers to a method for deleting a 2-bit trapping layer memory cell. With a suitable substrate bias, excess electrons are to pass into the substrate.

In der US 6,438,031 B1 ist ein Programmierverfahren für 2-Bit-Trappingschicht-Speicherzellen beschrieben, bei dem durch Anlegen einer Substratvorspannung während des Programmiervorgangs die elektrische Feldstärke nahe den Source/Drain-Bereichen reduziert wird. Durch die verringerte Stoßionisation in diesen Bereichen wird die Anzahl von solchen Elektronen, die im Bereich der mittleren Zone der Trappingschicht injiziert werden können, verringert.In the US Pat. No. 6,438,031 B1 For example, a programming method for 2-bit trapping-layer memory cells is described in which the application of substrate bias during the programming operation reduces the electric field strength near the source / drain regions. Due to the reduced impact ionization in these regions, the number of such electrons that can be injected in the region of the middle zone of the trapping layer is reduced.

Die US 6,456,531 B1 bezieht sich auf ein Programmierverfahren für eine 2-Bit-Trappingschicht-Speicherzelle, bei dem während des Programmiervorgangs zwischen den Source/Drain-Bereichen und dem Substrat eine Sperrspannung nahe der Durchbruchspannung angelegt wird, um die Injektionsprofile der beim Program miervorgang injizierten Elektronen sowie der beim Löschvorgang injizierten Löcher aneinander anzugleichen.The US Pat. No. 6,456,531 B1 relates to a programming method for a 2-bit trapping layer memory cell in which a blocking voltage near the breakdown voltage is applied between the source / drain regions and the substrate during the programming operation to control the injection profiles of the electrons injected during the programming process, and in the case of Extinguish injected holes to match each other.

In dem Artikel „Simultaneous Hot-Hole Injection at Drain and Source for Efficient Erase and Excellent Endurance in SONGS Flash EEPROM Cells", Myung Kwan Cho and Dae M. Kim, IEEE Electron Device Letters, Vol. 24, No. 4, pp. 260–262, 2003 wird ein Löschverfahren für SONGS-Speicherzellen beschrieben. Heiße Löcher werden mittels eines HHI-Mechanismus (hot hole injection) gleichzeitig auf beiden Source/Drain-Seiten in die Trappingschicht injiziert, wozu das Substrat vorgespannt wird.In the article "Simultaneous Hot-Hole Injection at Drain and Source for Efficient Erase and Excellent Endurance in SONGS Flash EEPROM Cells", Myung Kwan Cho and Dae M. Kim, IEEE Electron Device Letters, Vol. 24, No. 4, pp. 260-262 , 2003 An erasure method for SONGS memory cells will be described. Hot holes are simultaneously injected into the trapping layer on both source / drain sides by a hot hole injection (HHI) mechanism, to which the substrate is biased.

Eine Ausführungsform der Erfindung bezieht sich auf ein Betriebsverfahren für eine nichtflüchtige Speicherzelle mit zwei in einem Halbleitersubstrat ausgebildeten Source/Drain-Bereichen und einem zwischen den beiden Source/Drain-Bereichen ausgebildeten Substratabschnitt. Der Substratabschnitt grenzt an eine Substratoberfläche des Halbleitersubstrats an. Oberhalb des Substratabschnitts ist ein Speicherelement der nichtflüchtigen Speicherzelle angeordnet, das durch eine erste Barrierenschicht vom Substratabschnitt isoliert ist. Eine zweite Barrierenschicht isoliert das Speicherelement von einer Gateelektrode, über die die Speicherzelle adressiert wird.A Embodiment of the invention relates to an operating method for a nonvolatile memory cell with two formed in a semiconductor substrate source / drain regions and one formed between the two source / drain regions Substrate section. The substrate portion is adjacent to a substrate surface of the semiconductor substrate. Above the substrate portion is a memory element of the nonvolatile memory cell is arranged, which is isolated from the substrate portion by a first barrier layer is. A second barrier layer isolates the memory element from a gate electrode through which the memory cell is addressed.

Die beiden Source/Drain-Bereiche weisen eine Dotierung von einem ersten Leitfähigkeitstyp und der Substratabschnitt eine Dotierung von einem dem ersten Leitfähigkeittyp entgegengesetzten zweiten Leitfähigkeitstyp auf.The both source / drain regions have a doping of a first Conductivity and the substrate portion doping of a first conductivity type opposite second conductivity type.

An einem zwischen einem der Source/Drain-Bereiche und dem Substratabschnitt ausgebildeten pn-Übergang wird eine erste Spannung derart angelegt, dass am pn-Übergang ein Lawinendurchbruch erfolgt. Dazu wird in Sperrrichtung des pn-Übergangs mindestens die Durchbruchspannung des pn-Übergangs angelegt bzw. ein entsprechender Strom eingeprägt. Die jeweiligen Minoritätsträger werden durch das elektrische Feld in der Raumladungszone derart beschleunigt, dass dort Elektronen/Loch-Paare erzeugt werden. Bei einem n+-dotierten Source/Drain-Bereich und einem p-dotierten Substratabschnitt treten in der Folge energiereiche Löcher in den Substratabschnitt über. Die Energie der injizierten Löcher reicht dabei aus, um dort weitere Elektronen/Loch-Paare zu erzeugen.At a pn junction formed between one of the source / drain regions and the substrate section, a first voltage is applied such that avalanche breakdown occurs at the pn junction. For this purpose, in the reverse direction of the pn junction, at least the breakdown voltage of the pn junction is applied or a corresponding current impressed. The respective minority carriers are accelerated by the electric field in the space charge zone in such a way that electron / hole pairs are generated there. In the case of an n + -doped source / drain region and a p-doped substrate section, high-energy holes subsequently pass into the substrate section. The energy of the injected holes is sufficient to generate further electron / hole pairs there.

Im Wesentlichen gleichzeitig oder unmittelbar nach dem Anlegen der erste Spannung wird zwischen der Gateelektrode und dem Substratabschnitt eine zweite Spannung angelegt, die ausreichend groß ist, um in der Folge des Lawinendurchbruchs im Substratabschnitt erzeugte Ladungsträger in Richtung der Gateelektrode auszulenken. Die Energie der Ladungsträger reicht aus, um durch die untere Barrierenschicht in das Speicherelement überzutreten. Beispielsweise wird die Gateelektrode gegenüber dem Substratabschnitt negativ vorgespannt, so dass in das Speicherelement Löcher injiziert werden. Dabei werden die Löcher durch das Betreiben der pn-Übergänge in Sperrrichtung generiert (RDHI, reverse diode hole injection).in the Essentially at the same time or immediately after the creation of the first voltage becomes between the gate electrode and the substrate portion second voltage applied, which is sufficiently large to generated in the sequence of avalanche breakdown in the substrate section To deflect charge carriers in the direction of the gate electrode. The energy of the charge carrier is enough to get through the bottom barrier layer into the memory element to pass. For example becomes the gate electrode opposite to the substrate portion negatively biased, so that holes in the memory element be injected. In doing so, the holes are broken by the operation reverse pn-transitions (RDHI, reverse diode hole injection).

Der Lawinendurchbruch stellt in kurzer Zeit eine große Zahl von Elektronen und Löchern zur Programmierung bzw. zum Löschen zur Verfügung, so dass sich eine vergleichsweise schnelle Injektion von Elektronen in das Speicherelement und ein entsprechend schneller Programmier- oder Löschvorgang ergibt.Of the Avalanche breakthrough is a big number in a short time of electrons and holes for programming or for Delete available, so that a comparatively rapid injection of electrons into the storage element and a correspondingly faster programming or deleting results.

Wird die erste Spannung jeweils zwischen beiden Source/Drain-Bereichen der Speicherzelle einerseits und dem Substratabschnitt andererseits angelegt bzw. ein Strom über beide pn-Übergänge eigeprägt, so dass beide pn-Übergänge oberhalb der Durchbruchspannung in Sperrrichtung betrieben werden, so verteilen sich die infolge des Lawinendurchbruchs in den Sub stratabschnitt injizierten bzw. dort in dessen Folge erzeugten Ladungsträger über die gesamte Kanallänge. Es ergibt sich zum Beispiel für nach dem Virtual-Ground-Konzept verdrahtete 2-Bit-Trappingschicht-Speicherzellen eine gleichmäßig wirkende Lösch- oder Auffrischprozedur.If the first voltage in each case between two source / drain regions of the memory cell on the one hand and the substrate portion on the other or a current via both pn-transitions eigeprägt so that both pn junctions are operated above the breakdown voltage in the reverse direction, so distributed as a result of the avalanche breakthrough in the sub stratabschnitt injected or there in the sequence generated charge carriers over the entire channel length , For example, for 2-bit trapping layer memory cells wired according to the virtual ground concept, a uniform-effect erase or refresh procedure results.

Die Durchbruchspannung eines pn-Übergangs ist abhängig von der Weite der Raumladungszonen und damit von den Dotierungen und Dotierungsverläufen der Source/Drain-Bereiche sowie des Substratabschnitts. Die Dotierungen und Dotationsgradienten werden beispielsweise so gewählt, dass sich im Durchbruchsfall eine Feldstärke zwischen 0,3 und 1,2 MV/cm ergibt.The Breakdown voltage of a pn junction is dependent from the width of the space charge zones and thus from the dopings and doping profiles of the source / drain regions as well of the substrate portion. The dopings and doping gradients for example, are chosen so that in the breakthrough case a field strength between 0.3 and 1.2 MV / cm results.

Gemäß einer möglichen Ausführungsform weisen die Source/Drain-Bereiche eine n-Dotierung von etwa 1019 cm–3 und der Substratabschnitt eine p-Dotierung von etwa 1017 cm–3 auf.According to a possible embodiment, the source / drain regions have an n-type doping of about 10 19 cm -3 and the substrate portion has a p-type doping of about 10 17 cm -3 .

Eine andere Ausführungsform der Erfindung bezieht sich auf ein Programmierverfahren für eine nichtflüchtige Speicherzelle. An mindestens einem der pn-Übergänge zwischen einem der Source/Drain-Bereiche und einem an die Source/Drain-Bereiche anschließenden Substratabschnitt wird eine erste Spannung derart angelegt, dass am pn-Übergang ein Lawinendurchbruch erfolgt. Dazu wird in Sperrrichtung des pn-Übergangs eine Spannung größer oder gleich der Durchbruchspannung des pn-Übergangs angelegt. Im Wesentlichen gleichzeitig oder unmittelbar darauf wird zwischen der Gateelektrode der Speicherzelle und dem Substratabschnitt eine zweite Spannung derart angelegt, dass in Folge des Lawinendurchbruchs erzeugte Ladungsträger in ein Speicherelement injiziert werden, das zwischen dem Substratabschnitt und der Gateelektrode und von beiden isoliert angeordnet ist. Dabei wird das Speicherelement elektrisch geladen oder entladen und die Speicherzelle programmiert.A Another embodiment of the invention relates to a Programming method for a nonvolatile memory cell. At least one of the pn junctions between one of the source / drain regions and one of the source / drain regions Subsequent substrate portion becomes a first voltage designed such that at the pn junction avalanche breakdown he follows. For this purpose, in the reverse direction of the pn junction a Voltage greater than or equal to the breakdown voltage of the pn transition created. Essentially at the same time or immediately thereafter, between the gate electrode of the memory cell and the substrate portion has a second voltage applied thereto, that generated as a result of avalanche breakdown carriers be injected into a storage element between the substrate portion and the gate electrode and is disposed isolated from both. It will the memory element is electrically charged or discharged and the memory cell programmed.

Wird die zweite Spannung mit negativer Polarität zwischen der Gateelektrode und dem Substratabschnitt angelegt, so dass die Gateelektrode gegenüber dem Substratabschnitt negativ vorgespannt ist, so werden dazu Löcher in das Speicherelement injiziert.Becomes the second voltage with negative polarity between the Gate electrode and the substrate portion is applied, so that the gate electrode is negatively biased to the substrate portion, thus holes are injected into the storage element.

Wird die zweite Spannung mit positiver Polarität zwischen der Gateelektrode und dem Substratabschnitt angelegt, so dass die Gateelektrode gegenüber dem Substratabschnitt positiv vorgespannt ist, so werden dazu Elektronen in das Speicherelement injiziert.Becomes the second voltage with positive polarity between the Gate electrode and the substrate portion is applied, so that the gate electrode is positively biased to the substrate portion, so electrons are injected into the storage element.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung bezieht sich auf ein Löschverfahren für eine nichtflüchtige Speicherzelle. Zwischen einem oder beiden Source/Drain-Bereichen der nichtflüchtigen Speicherzelle einerseits und einem an dem oder die Source/Drain-Bereiche anschließenden Substratabschnitt eines Halbleitersubstrats wird eine erste Spannung derart angelegt, dass an den zwischen den Source/Drain-Bereichen und dem Substratabschnitt ausgebildeten pn-Übergängen jeweils ein Lawinendurchbruch erfolgt. Dazu wird der Substratabschnitt gegenüber den Source/Drain-Bereichen mit einer Spannung, die mindestens der Durchbruchspannung des pn-Übergangs entspricht, negativ vorgespannt.A Another embodiment of the invention relates to an extinguishing method for a non-volatile Memory cell. Between one or both source / drain regions the non-volatile memory cell on the one hand and a at the or the source / drain regions subsequent substrate portion of a Semiconductor substrate, a first voltage is applied so that at the between the source / drain regions and the substrate portion trained pn-junctions one avalanche breakdown each he follows. For this purpose, the substrate portion opposite to Source / drain regions with a voltage that is at least the breakdown voltage of pn junction corresponds, negatively biased.

Zwischen der Gateelektrode der Speicherzelle und dem Substratabschnitt wird eine zweite Spannung derart angelegt, dass infolge des Lawinendurchbruchs erzeugte Ladungsträger in Richtung der Gateelektrode beschleunigt werden und dabei in ein zwischen dem Substratabschnitt und der Gateelektrode angeordnetes Speicherelement injiziert werden, das sowohl vom Substratabschnitt als auch von der Gateelektrode elektrisch isoliert ist. Dabei wird eine im Speicherelement gespeicherte La dung kompensiert oder das Speicherelement geladen und die Speicherzelle gelöscht.Between the gate electrode of the memory cell and the substrate portion becomes a second voltage applied so that due to the avalanche breakdown accelerates generated charge carriers in the direction of the gate electrode and thereby into between the substrate portion and the gate electrode arranged storage element are injected, both from the substrate section as well as being electrically isolated from the gate electrode. There will be a In the memory element stored La tion compensated or the memory element loaded and the memory cell cleared.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung bezieht sich auf ein Betriebsverfahren für eine nichtflüchtige Speicherzelle mit lokalisierter Ladungsspeicherung. Die Speicherzelle umfasst dazu zwei durch einen Substratabschnitt voneinander getrennte und in einem Halbleitersubstrat ausgebildete Source/Drain-Bereiche. Die Source/Drain-Bereiche weisen eine Dotierung von einem ersten Leitfähigkeitstyp und der die beiden Source/Drain-Bereiche beabstandende Substratabschnitt eine Dotierung von einem dem ersten Leitfähigkeitstyp entgegengesetzten zweiten Leitfähigkeitstyp auf. Die erste Barrierenschicht isoliert den Substratabschnitt von einem Speicherelement der Speicherzelle. Eine zweite Barrierenschicht isoliert das Speicherelement von einer Gateelektrode zur Adressierung der Speicherzelle. Das Speicherelement weist zwei voneinander isolierte und getrennt voneinander steuerbare Speicherzonen auf, die jeweils zu einem der beiden Source/Drain-Bereiche orientiert sind. In einer zentralen Zone zwischen den beiden Speicherzonen kann es infolge vorangegangener Programmierzyklen zu einer Anreicherung von Überschuss-Elektronen kommen, die durch übliche Löschmethoden nicht mehr zu entfernen oder zu kompensieren sind. Die Schwellenspannung der gelöschten Speicherzelle wird dauerhaft in Richtung der der programmierten verschoben.A Another embodiment of the invention relates to an operating procedure for a non-volatile Memory cell with localized charge storage. The memory cell includes two separated by a substrate portion and source / drain regions formed in a semiconductor substrate. The source / drain regions have a doping of a first Conductivity type and the two source / drain regions spaced substrate portion doped by one of the first Conductivity type of opposite second conductivity type on. The first barrier layer insulates the substrate portion from a memory element of the memory cell. A second barrier layer isolates the memory element from a gate electrode for addressing the memory cell. The memory element has two mutually insulated and separately controllable memory zones, each are oriented to one of the two source / drain regions. In a central zone between the two storage zones may be due previous programming cycles to an accumulation of excess electrons do not come through the usual extinguishing methods more to remove or compensate. The threshold voltage the deleted memory cell will be permanently in the direction that of the programmed shifted.

Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird an die pn-Übergänge zwischen dem ersten und dem zweiten Source/Drain-Bereich einerseits und einem an die Source/Drain-Bereiche anschließenden Substratabschnitt andererseits jeweils in Sperrrichtung eine erste Spannung derart angelegt, dass an den pn-Übergängen jeweils ein Lawinendurchbruch erfolgt. Dabei werden in der Raumladungszone des jeweiligen pn-Übergangs durch beschleunigte Ladungsträger Elektronen/Loch-Paare erzeugt.According to the present embodiment, the pn junctions between the first and the second source / drain region on the one hand and ei On the other hand, a first voltage is applied in each case in the reverse direction to a substrate section adjoining the source / drain regions such that avalanche breakdown occurs at the pn junctions. In this case, electron / hole pairs are generated in the space charge zone of the respective pn junction by accelerated charge carriers.

Sind die Source/Drain-Bereiche beispielsweise n-dotiert und ist der Substratabschnitt p-dotiert, so werden die in der Raumladungszone erzeugten Löcher in den Substratabschnitt injiziert. Die Löcher besitzen ausreichend Energie, um dort durch Stoßionisation weitere Elektronen/Loch-Paare zu erzeugen. Es kommt zu einer Anreicherung von ionisierten Elektronen/Loch-Paaren im Substratabschnitt. Zwischen der Gateelektrode der Speicherzelle und dem Substratabschnitt wird gleichzeitig oder unmittelbar darauf eine zweite Spannung negativer Polarität angelegt, so dass die mittelbar bzw. unmittelbar aus dem Lawinendurchbruch hervorgehenden Löcher im Substratabschnitt in Richtung der Gateelektrode ausgelenkt werden und dabei in ein zwischen dem Substratabschnitt und der Gateelektrode angeordnetes Speicherelement der Speicherzelle injiziert werden. Die Löcher werden dabei auf der gesamten Kanallänge zwischen den beiden Source/Drain-Bereichen in das Speicherelement injiziert.are For example, the source / drain regions are n-doped and is the substrate portion p-doped, so are the holes generated in the space charge zone injected into the substrate section. Own the holes Enough energy to get there by impact ionization more To create electron / hole pairs. It comes to an enrichment of ionized electron / hole pairs in the substrate section. Between the gate electrode of the memory cell and the substrate portion becomes simultaneously or immediately thereafter a second voltage of negative polarity created so that the direct or indirect from the avalanche breach resulting holes in the substrate portion in the direction the gate electrode are deflected and thereby in between the Substrate portion and the gate electrode arranged storage element the memory cell to be injected. The holes will be there over the entire channel length between the two source / drain regions injected into the storage element.

Eine etwaige remanente negative Ladung in der zentralen Zone zwischen den Speicherzonen wird durch die positive Ladung der Löcher mindestens kompensiert. Die Schwellenspannung erreicht, abhängig von der Zeitdauer der Spannungsimpulse, wieder mindestens den ursprünglichen Wert oder einen Wert darunter. Die maximal zulässige Betriebsdauer der Speicherzelle bzw. eines Halbleiterbauelements, das auf diesem Speicherzellen-Typ basiert, wird erhöht. Die maximal mögliche Anzahl von Programmier/Löschzyklen (Zykelfestigkeit) wird signifikant erhöht. Aus der Reduzierung der Beanspruchung der Speicherzelle infolge der eingesparten Löschimpulse wird auch die Datenerhaltung (data retention) in einem solchen Halbleiterbauelement verbessert.A any remanent negative charge in the central zone between The storage zones will be affected by the positive charge of the holes at least compensated. The threshold voltage reached, depending from the duration of the voltage pulses, again at least the original one Value or a value below. The maximum operating time the memory cell or a semiconductor device, the on this Memory cell type is increased. The maximum possible Number of program / erase cycles (cyclo-strength) significantly increased. From the reduction of stress the memory cell due to the saved erase pulses is also the data retention in such a semiconductor device improved.

Die erste Spannung wird zum Beispiel so gewählt, dass die Feldstärke am pn-Übergang zwischen 0,3 und 1,2 MeV/cm–3 beträgt, in jedem Fall jedoch zum Auslösen eines Lawinendurchbruchs ausreicht.For example, the first voltage is chosen so that the field strength at the pn junction is between 0.3 and 1.2 MeV / cm -3 , but in any case sufficient to trigger avalanche breakdown.

Die erste und die zweite Spannung können im Wesentlichen synchron oder gleichzeitig für die Dauer von etwa 10 msec bis 50 msec angelegt werden. Gegebenenfalls wird das Anlegen der ersten und zweiten Spannung verlängert bzw. so lange wiederholt, bis eine für die Speicherzelle ermittelte Schwellenspannung gleich oder kleiner einem vordefinierten Wert ist. Der vordefinierte Wert ist beispielsweise der ursprüngliche Ausgangswert der Schwellenspannung, die zu Beginn der Lebensdauer des Speicherbauelements bestimmt wird.The First and second voltages can be essentially synchronous or simultaneously for a period of about 10 msec to 50 msec be created. Optionally, the application of the first and second voltage extended or repeated until a threshold voltage determined for the memory cell is equal to or less than a predefined value. The predefined Value is for example the original output value the threshold voltage at the beginning of the life of the memory device is determined.

Nach einer Ausführungsform wird das Auffrischen des Speicherelements noch auf Waferebene und vor dem erstmaligen Einsatz des Speichers in einer Produkt spezifischen Applikation ausgeführt, um eine prozessbedingte Anreicherung von Ladungsträgern in der Speicherschicht zu kompensieren.To In one embodiment, the refresh of the memory element still at the wafer level and before the first use of the memory executed in a product specific application to a Process-related accumulation of charge carriers in the Memory layer to compensate.

Nach einer anderen Ausführungsform wird bei jedem Löschvorgang die Anzahl der für einen vollständigen Löschzyklus erforderlichen Löschimpulse ermittelt und mit einem vorgegebenen Grenzwert für die Anzahl der Löschpulse verglichen. Überschreitet die gerade erforderliche Anzahl der Löschimpulse den Grenzwert, so wird die Speicherzelle bzw. das Speicherelement durch Anlegen der ersten und zweiten Spannung "aufgefrischt" bzw. zurückgesetzt.To Another embodiment is at every deletion the number of times for a complete erase cycle required clear pulses and determined with a predetermined Limit value for the number of erase pulses compared. exceeds the number of erase pulses just required exceeds the limit, Thus, the memory cell or the memory element by applying the first and second voltage "refreshed" or reset.

Nach einer weiteren Ausführungsform wird das Auffrischen des Speicherelements jeweils zyklisch nach einer vorbestimmten Anzahl von Programmierzyklen ausgeführt. Dazu wird jeweils vor oder nach Ausführen eines Programmiervorgangs ein aktueller Zählerstand für Programmieroperationen ermittelt. Überschreitet der aktuelle Zählerstand einen vorbestimmten Grenz-Zählerstand für die Anzahl der Programmierzyklen, so wird das Speicherelement durch Anlegen der ersten und zweiten Spannung aufgefrischt und der Zählerstand für Programmierzyklen zurückgesetzt.To In another embodiment, refreshing the Memory element cyclically after a predetermined number executed by programming cycles. This will be done before or after executing a programming operation, a current counter reading determined for programming operations. exceeds the current counter reading a predetermined limit counter reading for the number of programming cycles, so does the memory element refreshed by applying the first and second voltage and the Counter reading reset for programming cycles.

Ein Halbleiterbauelement nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst Speicherzellen mit jeweils einem ersten und einem zweiten Source/Drain-Bereich, einem zwischen den beiden Source/Drain-Bereichen ausgebildeten Substratabschnitt, einem vom Substratabschnitt isolierten Speicherelement sowie einer vom Speicherelement isolierten Gateelektrode. Das Halbleiterbauelement umfasst ferner eine erste Spannungsversorgungseinheit, die eine zum Auslösen des Lawinendurchbruchs zwischen den Source/Drain-Bereichen einerseits und dem Substratabschnitt andererseits geeignete erste Spannung zu erzeugen oder einen entsprechenden Strom einzuprägen vermag, sowie eine zweite Spannungsversorgungseinheit, die zwischen der Gateelektrode und dem Substratabschnitt eine zum Injizieren der durch den Lawinendurchbruch erzeugten Ladungsträger in das Speicherelement geeignete zweite Spannung zu erzeugen vermag. Ein solches Halbleiterbauelement ist in vorteilhafter Weise für die oben genannten Betriebsverfahren geeignet.One Semiconductor component according to a further embodiment The invention includes memory cells each having a first and a second source / drain region, one between the two source / drain regions formed substrate portion, a storage element isolated from the substrate portion and a gate electrode isolated from the memory element. The semiconductor device comprises Furthermore, a first power supply unit, one for triggering the avalanche breakdown between the source / drain regions on the one hand and the substrate portion, on the other hand, suitable first voltage to generate or impose a corresponding current able, as well as a second power supply unit, which between the Gate electrode and the substrate portion for injecting the in the avalanche generated carrier in the memory element is capable of generating suitable second voltage. Such a semiconductor device is advantageous for the above operating methods are suitable.

Die Source/Drain-Bereiche sowie der Substratabschnitt können im selben Halbleitersubstrat ausgebildet sein. Der Substratabschnitt kann durch eine erste Barrierenschicht vom Speicherelement und das Speicherelement durch eine zweite Barrierenschicht von der Gateelektrode isoliert sein.The source / drain regions and the substrate section can be made in the same semiconductor substrate be formed. The substrate portion may be isolated from the memory element by a first barrier layer and the memory element may be insulated from the gate electrode by a second barrier layer.

Das Speicherelement kann ein leitfähiges Floating-Gate oder eine nicht-leitfähige Trappingschicht sein. Die nicht-leitfähige Trappingschicht kann zum Beispiel mindestens zwei räumlich getrennte und voneinander isolierte Speicherzonen aufweisen, deren Ladungszustände unabhängig voneinander steuerbar sind. Werden beim regulären Programmieren/Löschen im Nebeneffekt auch zwischen den beiden Speicherzonen Ladungsträger in das Speicherelement injiziert, so ist dieses Halbleiterbauelement in vorteilhafter Weise für das oben genannte Betriebsverfahren für eine nichtflüchtige Speicherzelle mit lokalisierter Ladungsspeicherung geeignet, das die Kompensation dieser Ladungsträger ermöglicht.The Memory element may be a conductive floating gate or be a non-conductive trapping layer. The non-conductive For example, the trapping layer can be at least two spatial have separate and mutually isolated storage zones whose Charge states independently controllable are. Become during regular programming / deleting in the side effect also between the two storage zones charge carriers injected into the memory element, so is this semiconductor device advantageously for the above operating method for a non-volatile memory cell with localized Charge storage suitable, which is the compensation of these charge carriers allows.

Im Folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung, die über das gemeinsame Konzept der mittels Lawinendurchbruch zur Verfügung gestellten Ladungsträger verbunden sind, und deren Vorteile anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:in the Below are embodiments of the invention, which the common concept of avalanche breakdown available Asked charge carriers are connected, and their advantages the figures explained in more detail. Show it:

1A1B: schematische Querschnittsdarstellungen einer nicht-flüchtigen 2-Bit-Trappingschicht-Speicherzelle zur Erläuterung eines Betriebsverfahrens nach einer Ausführungsform; 1A - 1B FIG. 2: schematic cross-sectional views of a non-volatile 2-bit trapping layer memory cell for explaining an operating method according to an embodiment; FIG.

2: eine schematische Querschnittsdarstellung einer 2-Bit-Trappingschicht-Speicherzelle zur Erläuterung eines Betriebsverfahrens für eine nicht-flüchtige Speicherzelle nach einer weiteren Ausführungsform; 2 FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a 2-bit trapping-layer memory cell for explaining a method of operating a non-volatile memory cell according to another embodiment; FIG.

3A3B: schematische Querschnittsdarstellungen einer Floating-Gate-Speicherzelle zur Erläuterung eines Programmier- bzw. Löschverfahrens nach einer weiteren Ausführungsform; 3A - 3B : schematic cross-sectional representations of a floating gate memory cell for explaining a programming or erasing method according to another embodiment;

4: ein schematisches Ablaufdiagramm zur Erläuterung eines Betriebsverfahrens für eine nichtflüchtige Speicherzelle mit lokalisierter Ladungsspeiche rung und adaptiven Auffrischzyklen gemäß einer weiteren Ausführungsform; 4 FIG. 4 is a schematic flowchart for explaining a method of operating a nonvolatile memory cell with localized charge storage and adaptive refresh cycles according to another embodiment; FIG.

5: ein schematisches Ablaufdiagramm eines Betriebsverfahrens für eine nichtflüchtige Speicherzelle mit lokalisierter Ladungsspeicherung und zyklischen Auffrischzyklen gemäß einer weiteren Ausführungsform; 5 FIG. 12 is a schematic flow diagram of a method of operation for a non-volatile memory cell with localized charge storage and cyclic refresh cycles, according to another embodiment; FIG.

6: ein Diagramm zur Darstellung der Abhängigkeit der Anzahl erforderlicher Löschimpulse von der Anzahl der Programmier- und Auffrischzyklen für eine Speicherzelle nach einer weiteren Ausführungsform; 6 FIG. 4 is a diagram showing the dependence of the number of required erase pulses on the number of program and refresh cycles for a memory cell according to another embodiment; FIG.

7: ein vereinfachtes schematisches Blockschaltbild eines Halbleiterbauelements gemäß einer anderen Ausführungsform; 7 FIG. 2 is a simplified schematic block diagram of a semiconductor device according to another embodiment; FIG.

8: ein schematisches Blockschaltbild eines Systems zur Datenspeicherung gemäß einer weiteren Ausführungsform; 8th FIG. 2 is a schematic block diagram of a data storage system according to another embodiment; FIG.

9: ein vereinfachtes Flussdiagramm für ein Betriebsverfahren für eine nichtflüchtige Speicherzelle nach einer Ausführungsform der Erfindung; 9 FIG. 3 is a simplified flowchart for a method of operating a nonvolatile memory cell according to an embodiment of the invention; FIG.

10: ein vereinfachtes Flussdiagramm für ein Programmierverfahren für eine nichtflüchtige Speicherzelle nach einer Ausführungsform der Erfindung; 10 FIG. 5 is a simplified flowchart for a programming method for a nonvolatile memory cell according to an embodiment of the invention; FIG.

11: ein vereinfachtes Flussdiagramm für ein Löschverfahren für eine nichtflüchtige Speicherzelle nach einer Ausführungsform der Erfindung; und 11 FIG. 2 is a simplified flowchart for a nonvolatile memory cell erasing method according to an embodiment of the invention; FIG. and

12: ein vereinfachtes Flussdiagramm für ein Betriebsverfahren für eine nichtflüchtige Speicherzelle mit lokalisierter Ladung. 12 FIG. 2: a simplified flowchart for a method of operation for a non-volatile memory cell with localized charge.

Die 1A und 1B beziehen sich auf ein Betriebsverfahren für eine 2-Bit-Trappingschicht-Speicherzelle 199. Die Speicherzelle 199 umfasst zwei jeweils beispielsweise in einem Halbleitersubstrat 100 ausgebildete Source/Drain-Bereiche 112, 122. Die beiden Source/Drain-Bereiche 112, 122 sind durch einen Substratabschnitt 130 voneinander beabstandet. Der Substratabschnitt 130 ist zum Beispiel eine p-dotierte Wanne im Halbleitersubstrat 100. Um gegebenenfalls ausgewählte Bereiche des Halbleitersubstrats voneinander und anderen p-dotierten Bereichen gegenüber unabhängig vorzuspannen, kann die p-dotierte Wanne in eine n-dotierte Wanne 102 eingebettet sein. Beispielsweise kann ein gesamtes Zellenfeld, können einzelne Segmente eines Zellenfeldes oder auch einer Schaltungsperipherie eine gemeinsame p-dotierte Wanne 130 umfassen. Die beiden Source/Drain-Bereiche sind in diesem Beispiel n+-dotiert. Der Substratabschnitt 130 grenzt an die Substratoberfläche 110 des Halbleitersubstrats 100 an. Oberhalb des Substratabschnitts 130, innerhalb dem im leitenden Zustand der Speicherzelle zwischen den beiden Source/Drain-Bereichen 112, 122 ein leitfähiger Kanal ausgebildet wird, ist ein Speicherelement, etwa eine Trappingschicht 150, angeordnet, die durch eine erste Barrierenschicht 140 vom Substratabschnitt 130 isoliert ist.The 1A and 1B refer to an operating method for a 2-bit trapping layer memory cell 199 , The memory cell 199 includes two each, for example, in a semiconductor substrate 100 trained source / drain regions 112 . 122 , The two source / drain regions 112 . 122 are through a substrate section 130 spaced apart. The substrate section 130 is, for example, a p-doped well in the semiconductor substrate 100 , In order to bias independently selected regions of the semiconductor substrate from one another and from other p-doped regions, the p-doped well may be formed into an n-doped well 102 be embedded. For example, an entire cell array, individual segments of a cell array or even a circuit periphery may share a common p-doped well 130 include. The two source / drain regions are n + doped in this example. The substrate section 130 adjoins the substrate surface 110 of the semiconductor substrate 100 at. Above the substrate section 130 within the conductive state of the memory cell between the two source / drain regions 112 . 122 a conductive channel is formed is a storage element, such as a trapping layer 150 arranged through a first barrier layer 140 from the substrate section 130 is isolated.

Gegenüber einer Gateelektrode 170 ist die Trappingschicht 150 durch eine zweite dielektrische Barrierenschicht 160 elektrisch isoliert. Die erste und zweite dielektrische Barrieren schicht 140, 160 sind beispielsweise Siliziumoxidschichten. Die zweite Barrierenschicht 160 kann auch als Schichtsystem mit Lagen aus unterschiedlich dielektrischen Materialien ausgebildet sein. Die Gateelektrode 170 umfasst etwa mindestens in einem an die zweite Barrierenschicht 160 anschließenden Abschnitt eine Polysiliziumlage oder eine Metalllage. Die Trappingschicht 150 ist gemäß dieser Ausführungsform eine nicht-leitende Schicht mit Fangstellen für elektrische Ladungen, beispielsweise eine Siliziumnitridschicht oder eine andere nichtleitende Schicht mit Einlagerungen aus leitfähigem Material. Die Schichtdicke der ersten Barrierenschicht 140 beträgt etwa 2 bis 10 nm, die der zweiten Barrierenschicht 160 5 bis 20 nm und die der Trappingschicht 150 etwa 2 bis 10 nm.Opposite a gate electrode 170 is the trapping layer 150 through a second dielectric barrier layer 160 electrically isolated. The first and second dielectric barriers layer 140 . 160 are for example silicon oxide layers. The second barrier layer 160 can also be formed as a layer system with layers of different dielectric materials. The gate electrode 170 comprises approximately at least in one of the second barrier layer 160 subsequent section a polysilicon layer or a metal layer. The trapping layer 150 according to this embodiment is a non-conductive layer with electrical charge traps, for example a silicon nitride layer or other non-conductive layer with deposits of conductive material. The layer thickness of the first barrier layer 140 is about 2 to 10 nm, that of the second barrier layer 160 5 to 20 nm and that of the trapping layer 150 about 2 to 10 nm.

Die Trappingschicht 150 weist zwei jeweils zu einem der Source/Drain-Bereiche 112, 122 orientierte Speicherzonen 151, 152 auf, die voneinander isoliert und unabhängig voneinander steuerbar sind. Beim Programmieren eines der Bits der Speicherzelle 199 wird beispielsweise innerhalb der Speicherzone 151 negative elektrische Ladung angereichert, beispielsweise durch aus dem rechten Source/Drain-Bereich 122 austretende und in Richtung des linken Source/Drain-Bereichs 112 beschleunigte, „heiße" Elektronen, die bei ausreichender Energie im Bereich der linken Speicherzone 151 durch die untere Barrierenschicht 140 tunneln und an Fangstellen innerhalb der Speicherzone 151 fixiert werden. Das Löschen erfolgt beispielsweise durch Fowler-Nordheim-Tunneln der Elektronen zum linken Source/Drain-Bereich 112 oder indem, zum Beispiel durch Band-zu-Band-Tunneln, zu deren Kompensation „heiße" Löcher in die Speicherzone 151 injiziert werden.The trapping layer 150 has two each to one of the source / drain regions 112 . 122 oriented storage zones 151 . 152 on, which are isolated from each other and independently controllable. When programming one of the bits of the memory cell 199 for example, within the storage zone 151 enriched negative electric charge, for example, through from the right source / drain region 122 exiting and towards the left source / drain region 112 accelerated, "hot" electrons, with sufficient energy in the left storage zone 151 through the lower barrier layer 140 tunnels and at trapping points within the storage zone 151 be fixed. The erasure is done, for example, by Fowler-Nordheim tunneling of the electrons to the left source / drain region 112 or by, for example by band-to-band tunneling, to compensate for "hot" holes in the storage zone 151 be injected.

Aufgrund parasitärer Effekte werden auch in einer zentralen Zone 153 zwischen den beiden Speicherzonen 151, 152 so genannte Überschuss-Elektronen (overspill electrons) 133 injiziert, deren Ladung durch übliche Löschalgorithmen nicht vollständig kompensiert wird, so dass es zu einer kontinuierlichen Verschiebung der Schwellenspannung der Speicherzelle zu höheren Werten kommt.Due to parasitic effects are also present in a central zone 153 between the two storage zones 151 . 152 so-called excess electrons (overspill electrons) 133 injected, whose charge is not fully compensated by conventional erase algorithms, so that there is a continuous shift of the threshold voltage of the memory cell to higher values.

Mittels einer ersten Spannungversorgungseinheit 181 wird im Zuge eines Auffrischzyklus zwischen den Source/Drain-Bereichen 112, 122 einerseits und dem Substratabschnitt 130 andererseits eine positive Spannung angelegt und die jeweils zwischen den Substratabschnitten 130 und den Source/Drain-Bereichen 112, 122 ausgebildeten pn-Übergänge 114, 124 in Sperrrichtung (reverse bias) betrieben. Die angelegte Spannung entspricht mindestens der Durchbruchsspannung beider pn-Übergänge 114, 124. Innerhalb der sich um die pn-Übergänge 114, 124 erstreckenden Raumladungszonen 116, 126 werden bei ausreichender Weite der Raumladungszonen und ausreichend großer elektrischer Feldstärke die den Sperrstrom bestimmenden Minoritätsladungsträger ausreichend Energie aufnehmen, um bei einem Stoss mit dem thermisch gestörten Gitter ein Elektronen/Loch-Paar zu erzeugen. Es ergibt sich ein lawinenartiges Anwachsen der Anzahl der Ladungsträger. Dabei gehen in den Raumladungszonen 116, 126 erzeugte Löcher 132 in den negativ vorgespannten Substratabschnitt 130 über und erzeugen dort durch Stossionisation weitere Elektronen/Loch-Paare.By means of a first voltage supply unit 181 is in the course of a refresh cycle between the source / drain regions 112 . 122 on the one hand and the substrate section 130 on the other hand, a positive voltage is applied and each between the substrate sections 130 and the source / drain regions 112 . 122 trained pn transitions 114 . 124 operated in the reverse direction (reverse bias). The applied voltage corresponds at least to the breakdown voltage of both pn junctions 114 . 124 , Inside of the pn-transitions 114 . 124 extending space charge zones 116 . 126 With a sufficient width of the space charge zones and sufficiently large electric field strength, the minority charge carrier which determines the reverse current will absorb sufficient energy to generate an electron / hole pair in the event of a collision with the thermally disordered grid. The result is an avalanche-like increase in the number of charge carriers. It goes in the space charge zones 116 . 126 generated holes 132 in the negatively biased substrate section 130 over there and generate there by impact ionization more electron / hole pairs.

Gemäß 1B ist eine zweite Spannungsversorgungseinheit 182 vorgesehen, die in diesem Ausführungsbeispiel die Gateelektrode 170 gegen den Substratabschnitt 130 negativ vorspannt. Aufgrund des resultierenden elektrischen Feldes werden die infolge des Lawinendurchbruchs entlang der pn-Übergänge 114, 124 in den Substratabschnitt 130 übergetretenen bzw. dort erzeugten Löcher 132 in Richtung des Speicherelements 150 ausgelenkt. Bei ausreichender Spannung zwischen der Gateelektrode 170 und dem Substratabschnitt 130 tunnelt dabei ein Teil der Löcher 132 zwischen den beiden Speicherzonen 151, 152 durch die untere Barrierenschicht 140 und kompensiert die Ladung der zwischen den Speicherzonen 151, 152 fixierten Überschuss-Elektronen 133.According to 1B is a second power supply unit 182 provided, in this embodiment, the gate electrode 170 against the substrate portion 130 negatively biased. Due to the resulting electric field, those due to avalanche breakdown along the pn junctions become 114 . 124 in the substrate section 130 passed or generated there holes 132 in the direction of the memory element 150 deflected. With sufficient voltage between the gate electrode 170 and the substrate portion 130 tunnels a part of the holes 132 between the two storage zones 151 . 152 through the lower barrier layer 140 and compensates for the charge between the storage zones 151 . 152 fixed excess electrons 133 ,

Das Anlegen der ersten Spannung über die erste Spannungsverzögerungseinheit 181 und einer zweiten Spannung über die zweite Spannungsverzögerungseinheit 182 erfolgt weitgehend synchron.Applying the first voltage across the first voltage delay unit 181 and a second voltage across the second voltage delay unit 182 is largely synchronous.

Anstelle der beiden Spannungsverzögerungseinheiten 181, 182 können drei Spannungsversorgungseinheiten mit gemeinsamen Bezugspotential vorgesehen werden. Die erste Spannungsversorgungseinheit 181 kann derart ausgebildet sein, dass ein entsprechender Strom über die pn-Übergänge eingeprägt wird.Instead of the two voltage delay units 181 . 182 three voltage supply units with common reference potential can be provided. The first power supply unit 181 may be formed such that a corresponding current is impressed on the pn junctions.

Die 2 zeigt eine Speicherzelle 299, deren erster und zweiter Source/Drain-Bereich 212, 222 an eine erste Spannungsversorgungseinheit 281, deren Gateelektrode 270 an eine zweite Spannungsversorgungseinheit 282 und deren die beiden Source/Drain-Bereiche 212, 222 voneinander beabstandende Substratabschnitt 230 an eine dritte Spannungsversorgungseinheit 283 angeschlossen sind. Die Spannungsversorgungseinheiten 281, 282, 283 erzeugen zu einem gemeinsamen Bezugspotential referenzierte Spannungen.The 2 shows a memory cell 299 , their first and second source / drain region 212 . 222 to a first power supply unit 281 , whose gate electrode 270 to a second power supply unit 282 and their two source / drain regions 212 . 222 spaced apart substrate portion 230 to a third power supply unit 283 are connected. The power supply units 281 . 282 . 283 generate voltages referenced to a common reference potential.

Dabei ist die erste Spannungsversorgungseinheit in der Lage, einen gegenüber dem Bezugspotential positiven ersten Spannungsimpuls mit einer Länge von zum Beispiel zwischen 10 ms und 50 ms, etwa 20 ms, und einer Spannung von zum Beispiel 3 bis 5 Volt, etwa 4 Volt, zu liefern. Die zweite Spannungsversorgungseinheit vermag mindestens für eine Zeitdauer von 10 bis 50 ms einen weitgehend zum positiven ersten Spannungsimpuls synchronisierten negativen Spannungsimpuls von –8 bis –12 Volt, etwa 10 Volt, abzugeben. Die dritte Spannungsversor gungseinheit 283 vermag einen zu den anderen Spannungsimpulsen weitgehend synchronisierten dritten Spannungsimpuls von etwa –2 bis –2 Volt, etwa –4 Volt und einer Zeitdauer von etwa 10 ms bis 50 ms zu erzeugen. Die Spannungen sind so gewählt, dass sowohl eine für den Lawinendurchbruch ausreichend hohe Drain- oder Source-zu-Substrat Spannung, als auch eine geeignete Potentialdifferenz, z. B. eine ausreichend positive zur Injektion von Löchern, zwischen Substrat und Gate anliegen.In this case, the first voltage supply unit is capable of delivering a first voltage pulse which is positive relative to the reference potential and having a length of, for example, between 10 ms and 50 ms, approximately 20 ms, and a voltage of, for example, 3 to 5 volts, approximately 4 volts , The second power supply unit is capable of a large extent at least for a period of 10 to 50 ms to deliver the positive first voltage pulse synchronized negative voltage pulse of -8 to -12 volts, about 10 volts. The third voltage supply unit 283 is able to generate a third voltage pulse of approximately -2 to -2 volts, approximately -4 volts and a duration of approximately 10 ms to 50 ms, which is largely synchronized with the other voltage pulses. The voltages are chosen so that both a sufficient drain avalanche drain or source-to-substrate voltage, as well as a suitable potential difference, z. B. a sufficiently positive for the injection of holes, between substrate and gate.

Die drei Spannungsimpulse werden etwa synchron zueinander an die Gateelektrode 270, die Source/Drain-Bereiche 212, 222 und an den Substratabschnitt 230 angelegt. Die zwischen dem n+-dotierten Source/Drain-Bereichen 212, 222 und dem p-dotierten Substratabschnitt 230 ausgebildeten pn-Übergänge 214, 224 werden in Sperrrichtung mit einer Spannung beaufschlagt, die mindestens deren Durchbruchspannung entspricht. Dabei werden in den entlang der pn-Übergänge 214, 224 ausgebildeten Raumladungszonen 216, 226 Elektronen/Loch-Paare gebildet und Löcher 232 in den negativ vorgespannten Substratabschnitt 230 injiziert. Ein Teil der Löcher 232 wird in Richtung der gegenüber dem Substratabschnitt 230 negativ vorgespannten Gateelektrode 270 ausgelenkt und tritt auf voller Länge des Abstands zwischen den beiden Source/Drain-Bereichen 212, 214 durch die erste Barrierenschicht 240. Dadurch werden sowohl Ladungen in den Speicherzonen 251 und 252 als auch fixierte Ladungen 233 zwischen den beiden Speicherzonen 251, 252 der Trappingschicht 250 kompensiert. Die zweite Barrierenschicht 260 verhindert ein weiteres Tunneln der Ladungsträger zur Gateelektrode 270.The three voltage pulses become approximately synchronous with each other at the gate electrode 270 , the source / drain regions 212 . 222 and to the substrate portion 230 created. The between the n + -doped source / drain regions 212 . 222 and the p-doped substrate portion 230 trained pn transitions 214 . 224 are applied in the reverse direction with a voltage corresponding to at least their breakdown voltage. Doing so in the along the pn junctions 214 . 224 trained space charge zones 216 . 226 Electron / hole pairs formed and holes 232 in the negatively biased substrate section 230 injected. Part of the holes 232 is in the direction of the opposite to the substrate portion 230 negatively biased gate electrode 270 deflected and occurs at full length of the distance between the two source / drain regions 212 . 214 through the first barrier layer 240 , This will both charges in the storage zones 251 and 252 as well as fixed charges 233 between the two storage zones 251 . 252 the trapping layer 250 compensated. The second barrier layer 260 prevents further tunneling of the charge carriers to the gate electrode 270 ,

Die 3A bis 3B beziehen sich auf ein Programmier- bzw. Löschverfahren für eine Floating-Gate-Speicherzelle 399. Das Verfahren ist zur Erläuterung in zwei Figuren dargestellt. Tatsächlich laufen beide Schritte weitgehend synchron ab. Die Speicherzelle 399 umfasst zwei Source/Drain-Bereiche 312, 322, die in einem Halbleitersubstrat 300 als n+-dotierte Bereiche, bzw. Störstellenbereiche, ausgebildet sind. Die beiden Source/Drain-Bereiche 312, 322 werden durch einen. Substratabschnitt 330 voneinander beabstandet. Zwischen den Source/Drain-Bereichen 312, 322 ergeben sich jeweils pn-Übergänge 314, 324. Der die beiden Source/Drain-Bereiche 312, 322 beabstandende Substratabschnitt 330 bildet abschnittsweise eine Substratoberfläche 310 des Halbleitersubstrats 300 aus. oberhalb des Substratabschnitts 330 ist zwischen den beiden Source/Drain-Bereichen 312, 322 beispielsweise ein Floating-Gate 350 vorgesehen, das durch ein auf der Substratoberfläche 310 aufliegendes Tunneloxid 340 vom Halbleitersubstrat 300 beabstandet ist. Das Tunneloxid 340 ist typischerweise eine Siliziumoxidschicht mit einer Dicke von 2 bis 8 nm. Das Floating-Gate 350 ist zum Beispiel eine leitfähige Schicht aus dotiertem Polysilizium mit einer Dicke bis zu mehreren 10 nm und ist durch eine zweite Barrierenschicht 360 von der Gateelektrode 370 isoliert.The 3A to 3B refer to a programming or erasing method for a floating gate memory cell 399 , The method is illustrated for explanation in two figures. In fact, both steps are largely synchronized. The memory cell 399 includes two source / drain regions 312 . 322 which are in a semiconductor substrate 300 are formed as n + -doped regions or impurity regions. The two source / drain regions 312 . 322 be through one. substrate section 330 spaced apart. Between the source / drain regions 312 . 322 each yield pn transitions 314 . 324 , The two source / drain areas 312 . 322 spaced substrate portion 330 forms a substrate surface in sections 310 of the semiconductor substrate 300 out. above the substrate portion 330 is between the two source / drain regions 312 . 322 For example, a floating gate 350 provided by a on the substrate surface 310 overhead tunnel oxide 340 from the semiconductor substrate 300 is spaced. The tunnel oxide 340 is typically a silicon oxide layer with a thickness of 2 to 8 nm. The floating gate 350 is, for example, a conductive layer of doped polysilicon with a thickness of up to several 10 nm and is formed by a second barrier layer 360 from the gate electrode 370 isolated.

Gemäß 3A wird mittels einer ersten Spannungsversorgungseinheit 381 der Substratabschnitt 330 negativ gegen den rechten Source/Drain-Bereich 322 vorgespannt. Der Betrag der angelegten Spannung entspricht mindestens der Durchbruchspannung des pn-Übergangs 324. In der sich entlang des pn-Übergangs 324 erstreckende Raumladungszone 326 werden Elektronen/Loch-Paare 332, 331 erzeugt, wobei die Löcher 332 in den negativ vorgespannten Substratabschnitt 330 übertreten.According to 3A is by means of a first power supply unit 381 the substrate section 330 negative against the right source / drain region 322 biased. The amount of voltage applied is at least the breakdown voltage of the pn junction 324 , In the process along the pn junction 324 extending space charge zone 326 become electrons / hole pairs 332 . 331 generated, with the holes 332 in the negatively biased substrate section 330 transgressed.

Gemäß 3B wird durch eine zweite Spannungsversorgung 382 zwischen der Gateelektrode 370 und dem Substratabschnitt 330 eine zweite Spannung angelegt, die die Gateelektrode 370 gegenüber dem Substratabschnitt 330 negativ vorspannt. Der Betrag der zweiten Spannung ist ausreichend hoch, um die in den Substratabschnitt 330 übergetretenen bzw. dort im Sekundäref fekt erzeugten Löcher 332 durch die erste Barrierenschicht 340 passieren zu lassen. Die Löcher 332 treten in das Floating-Gate 350 über und verändern die Schwellenspannung der Speicherzelle 399.According to 3B is powered by a second power supply 382 between the gate electrode 370 and the substrate portion 330 a second voltage is applied to the gate electrode 370 opposite the substrate portion 330 negatively biased. The amount of the second voltage is sufficiently high to be in the substrate portion 330 passed or produced there in Sekundäref effect holes 332 through the first barrier layer 340 to let happen. The holes 332 enter the floating gate 350 over and change the threshold voltage of the memory cell 399 ,

Wird die Gateelektrode gegenüber dem Substratabschnitt positiv vorgespannt, können in ähnlicherweise im Substrat durch Stossionisation erzeugte Elektronen in das Floating-Gate übertreten.Becomes the gate electrode is positive with respect to the substrate portion biased, may similarly be in the substrate Electronically generated electrons are transferred to the floating gate by shock ionization.

Die 4 bezieht sich auf eine Ausführungsform eines Betriebsverfahrens zum Betrieb einer nichtflüchtigen Speicherzelle mit lokalisierter Ladungsspeicherung, bei dem eine Drift des Schwellenwertes der Speicherzelle direkt bzw. indirekt ermittelt wird und in Abhängigkeit der Größe der Abweichung von einem Normwert ein Auffrischen der Speicherzelle in der oben beschriebenen Weise erfolgt.The 4 relates to an embodiment of an operating method for operating a non-volatile memory cell with localized charge storage, wherein a drift of the threshold value of the memory cell is determined directly and indirectly, and depending on the magnitude of the deviation from a standard value, a refresh of the memory cell in the manner described above ,

Aus einer Ablaufsteuerung des Halbleiterbauelements, das eine solche Speicherzelle aufweist, erfolgt ein Löschaufruf 402. Es folgt die Initialisierung 404 eines Zählers, der die Anzahl der innerhalb des jeweiligen Löschaufrufs ausgeführten Löschimpulse registriert. Die Speicherzelle bzw. ein Bit der Speicherzelle wird mit einem Löschimpuls beaufschlagt 406 und der Löschimpulszähler inkrementiert 408. Anschließend wird überprüft 412, ob die Speicherzelle bzw. das zu löschende Bit der Speicherzelle tatsächlich gelöscht wurde. Ist das Ergebnis dieser Überprüfung 412 negativ, werden weitere Löschimpulse appliziert 406 und für jeden applizierten Löschimpuls der Löschimpulszähler inkrementiert 408. Wird im Zuge der Überprüfung 412 festgestellt, dass die Speicherzelle tatsächlich gelöscht ist, wird überprüft 422, ob die Anzahl der Löschimpulse dabei ein vorgegebenes Pulslimit übertroffen hat. Für den Fall, dass das Pulslimit tatsächlich übertroffen wurde, wird die Ladung der Überschuss-Elektronen im Speicherelement durch einen Auffrischzyklus 424 umfassend das Anlegen der ersten und zweiten Spannung wie oben beschrieben nivelliert und dadurch das Speicherelement der Speicherzelle „aufgefrischt" bzw. deren Schwellenspannung zurückgesetzt.From a sequence control of the semiconductor device having such a memory cell, there is a delete call 402 , The initialization follows 404 a counter that registers the number of erase pulses executed within the respective erase call. The memory cell or one bit of the memory cell is supplied with an erase pulse 406 and the erase pulse counter increments 408 , Subsequently, it is checked 412 whether the memory cell or the bit of the memory cell to be erased has actually been erased. Is the result of this review 412 negative, more erase pulses are applied 406 and for every applied Lö pulse of the erase pulse counter is incremented 408 , Will in the course of review 412 it is checked that the memory cell is actually erased 422 whether the number of erase pulses has exceeded a predetermined pulse limit. In the event that the pulse limit has actually been exceeded, the charge of the excess electrons in the storage element will be replaced by a refresh cycle 424 comprising leveling the application of the first and second voltage as described above and thereby "refreshing" or reverting the threshold voltage of the memory element of the memory cell.

Durch einen optionalen regulären Programmier/Löschzyklus 426 wird die beim Auffrischen in die Speicherzonen injizierte Ladung entfernt. Daraufhin wird die Löschprozedur beendet 430.Through an optional regular program / erase cycle 426 The charge injected during refreshment into the storage zones is removed. The deletion procedure will then be terminated 430 ,

Die 5 bezieht sich auf ein Ablaufdiagramm für ein Betriebsverfahren für eine nichtflüchtige Speicherzelle mit lokalisierter Ladungsspeicherung, bei dem das Speicherelement zyklisch aufgefrischt wird.The 5 refers to a flowchart for a method of operation for a non-volatile memory cell with localized charge storage, in which the memory element is refreshed cyclically.

Aus einer Programmablaufsteuerung in einem die Speicherzelle aufweisenden Halbleiterbauelement erfolgt ein Programmieraufruf 502. Vor dem eigentlichen Programmierbeginn wird überprüft 512, ob die Anzahl der bereits durchgeführten Schreibzyklen größer einer Grenzzykluszahl ist. Ist dies nicht der Fall, folgt unmittelbar der eigentliche Programmiervorgang 532. Ist das Ergebnis der Überprüfung 512 positiv, wird durch Anlegen der ersten und zweiten Spannung wie oben beschrieben die Ladung im Speicherelement nivelliert 522 und dabei die Speicherzelle „aufgefrischt". Im Anschluss wird der Zähler für die seit dem letzten Auffrischen durchgeführten Schreibzyklen zurückgesetzt 524. Es folgt der reguläre Programmierzyklus 532. Nach dem Programmiervorgang wird der Zähler für die bereits durchgeführten Schreibzyklen inkrementiert 534, und danach das Programmieren beendet 536.From a program sequence control in a memory cell having semiconductor device is a programming call 502 , Before the actual programming start is checked 512 whether the number of write cycles already executed is greater than a limit cycle number. If this is not the case, the actual programming process follows immediately 532 , Is the result of the review 512 positive, the charge in the storage element is leveled by applying the first and second voltages as described above 522 and the memory cell is "refreshed." The counter is then reset for the write cycles that have been carried out since the last refresh 524 , This is followed by the regular programming cycle 532 , After the programming process, the counter for the already executed write cycles is incremented 534 , and then stop programming 536 ,

Die 6 zeigt ein Diagramm 600 zur Illustration des Zusammenhangs zwischen der Anzahl der pro Löschvorgang erforderlichen Löschimpulse mit der Anzahl der Schreibzyklen in Abhän gigkeit von zwischen den Schreibzyklen durchgeführten Refresh-Impulsen 601, 602, 603, 604. Aus dem Diagramm 600 ergibt sich, dass über mehrere Speicherzellen gemittelt nach jeweils 10.000 Schreibzyklen durchschnittlich etwa 7 Löschimpulse zum vollständigen Löschen der Speicherzellen erforderlich sind. Nach mehreren 10.000 Schreibzyklen erhöht sich die Anzahl der notwendigen Impulse auf 17. Nach einem zweiten Auffrischzyklus 602 der oben beschriebenen Art sinkt die Anzahl der erforderlichen Löschimpulse zunächst auf unter 13 und nach einem weiteren Auffrischzyklus 603 nach 100.000 Schreibzyklen erneut auf unter 11 ab. Durch einen vierten Auffrischzyklus 604 nach mehreren 100.000 Schreibzyklen kann die Anzahl der für einen vollständigen Löschvorgang erforderlichen Löschimpulse erneut dauerhaft auf unter 10 abgesenkt werden.The 6 shows a diagram 600 to illustrate the relationship between the number of erase pulses required per erase with the number of write cycles as a function of refresh pulses performed between the write cycles 601 . 602 . 603 . 604 , From the diagram 600 shows that averaged over several memory cells after every 10,000 write cycles on average about 7 erase pulses are required to completely erase the memory cells. After several 10,000 write cycles, the number of pulses required increases to 17. After a second refresh cycle 602 of the type described above, the number of erase pulses required initially drops below 13 and after another refresh cycle 603 after 100,000 write cycles again to less than 11. Through a fourth refresh cycle 604 After several 100,000 write cycles, the number of erase pulses required for a complete erase operation can be permanently reduced to less than 10 again.

Die so genannte Zykelfestigkeit solcher Speicherzellen wird signifikant erhöht. Durch die geringere Beanspruchung bei den regulären Programmier- bzw. Löschprozeduren wird auch die Datenerhaltung (data retention) in der Speicherzelle deutlich verbessert.The so-called cyclo-resistance of such memory cells becomes significant elevated. Due to the lower stress in the regular Programming or deletion procedures will also preserve the data (Data retention) in the memory cell significantly improved.

Die 7 ist ein vereinfachtes Blockschaltbild eines Halbleiterbauelements 700 nach einer weiteren Ausführungsform.The 7 is a simplified block diagram of a semiconductor device 700 according to another embodiment.

Das Halbleiterbauelement 700 umfasst zu einem Speicherzellenfeld 710 angeordnete nichtflüchtige Speicherzellen 711, die zum Beispiel in einem „virtual ground array" angeordnet sind. Die Speicherzellen 711 werden über mit den Gateelektroden der Speicherzellen 711 verbundene Wortleitungen 713 adressiert. Die zum Speichern bestimmten Daten bzw. die aus den Speicherzellen 711 ausgelesenen Daten werden über Bitleitungen 712 übertragen, die jeweils mit den Source/Drain-Bereichen der Speicherzellen 711 verbunden sind. Die Auswahl der Bitleitungen 712 erfolgt über eine Bitleitungs-Auswahleinrichtung 720.The semiconductor device 700 includes to a memory cell array 710 arranged non-volatile memory cells 711 which are arranged, for example, in a "virtual ground array" 711 become over with the gate electrodes of the memory cells 711 connected word lines 713 addressed. The data intended for storage or that from the memory cells 711 data read out are over bit lines 712 each transmitted to the source / drain regions of the memory cells 711 are connected. The selection of bit lines 712 via a bit line selector 720 ,

Die Adressierung der Wortleitungen 713 erfolgt über eine Wortleitungs-Auswahleinrichtung 730.The addressing of the word lines 713 via a word line selection device 730 ,

Das Potential der Gateelektroden der Speicherzellen 711 wird von einer mit der Wortleitungs-Auswahleinrichtung 730 verbundenen Wortleitungs-Spannungsversorgungseinheit 731 erzeugt, die für das Auffrischen eine auf ein Bezugspotential bezogene Spannung von etwa –10 Volt zur Verfügung stellt. Das Potential an den Bitleitungen wird von einer mit der Bitleitungs-Auswahleinrichtung 720 verbundenen Bitleitungs-Spannungsversorgungseinheit 721 erzeugt, die zum Auffrischen der Speicherzellen eine Spannung von etwa +4 Volt bezogen auf das Bezugspotential zu erzeugen vermag. Eine Substrat-Spannungsversorgungseinheit 741 versorgt die jeweils zwischen den Source/Drain-Bereichen angeordneten Substratabschnitte, die typischerweise Abschnitte einer p-dotierten Wanne, die in einen n-dotierte Wanne eingebettet ist (Triple-Well), mit einem Substrat-Potential, das zum Auffrischen bezogen auf das Bezugspotential –4 Volt beträgt. Die Substrat-Spannungsversorgungseinheit 741 kann auch als Stromquelle ausgebildet sein, die einen konstanten Strom zwischen dem Substrat und etwa dem Bezugspotential einprägt. Der eingeprägte Strom fließt als Sperrstrom über die pn-Übergänge der zugeordneten Speicherzellen und wird so gewählt, dass die selektierten pn-Übergänge im Durchbruch betrieben werden. Eine Steuereinheit 750 steuert die Spannungsversorgungseinheiten 721, 731, 741 in Abhängigkeit der auszuführenden Prozedur, etwa dem Schreiben, dem Lesen, dem Löschen oder dem Auffrischen.The potential of the gate electrodes of the memory cells 711 is from one with the word line selector 730 connected word line power supply unit 731 generated, which provides for the reference to a reference potential voltage of about -10 volts for refreshing. The potential on the bit lines is from one with the bit line selector 720 connected bit line power supply unit 721 which is capable of generating a voltage of about +4 volts with respect to the reference potential for refreshing the memory cells. A substrate power supply unit 741 provides the substrate portions, respectively, disposed between the source / drain regions, typically portions of a p-doped well embedded in an n-doped well (triple well) having a substrate potential for refresh with respect to the reference potential -4 volts. The substrate power supply unit 741 may also be formed as a current source, which impresses a constant current between the substrate and about the reference potential. The impressed current flows as a reverse current through the pn junctions of the associated memory cells and is chosen so that the selected pn junctions are operated in the breakthrough. A control unit 750 controls the chip voltage supply units 721 . 731 . 741 depending on the procedure to be performed, such as writing, reading, deleting or refreshing.

Die 8 zeigt ein elektronisches System 800. Das System 800 weist ein Halbleiterbauelement 802 mit Speicherzellen 804 auf. Die Speicherzellen weisen jeweils einen ersten und einen zweiten Source/Drain-Bereich sowie einen zwischen den beiden Source/Drain-Bereichen ausgebildeten Substratabschnitt auf. Eine erste Spannungsversorgungseinheit vermag eine zum Auslösen eines Lawinendurchbruchs zwischen den Source/Drain-Bereichen und dem Substratabschnitt andererseits geeignete erste Spannung zu erzeugen.The 8th shows an electronic system 800 , The system 800 has a semiconductor device 802 with memory cells 804 on. The memory cells each have a first and a second source / drain region and a substrate section formed between the two source / drain regions. A first voltage supply unit is capable of generating a first voltage suitable for triggering avalanche breakdown between the source / drain regions and the substrate portion, on the other hand.

Das System 800 ist beispielsweise eine Speicherkarte, eine Digitalkamera, ein Mobiltelefon, ein Audiosystem, ein Videosystem, ein Computersystem oder ein Teil davon, etwa ein Speichermodul, eine Grafikkarte oder ein mobiler Datenträger mit einer Schnittstelle zum Anschluss an eines der genannten Systeme.The system 800 is for example a memory card, a digital camera, a mobile phone, an audio system, a video system, a computer system or a part thereof, such as a memory module, a graphics card or a mobile data carrier with an interface for connection to one of said systems.

Die 9 ist ein Flussdiagramm zur Darstellung eines Betriebsverfahrens für eine Speicherzelle, beispielsweise für eine Floating-Gate- oder Trappingschicht-Speicherzelle. Das Verfahren umfasst das Betreiben 900 mindestens eines pn-Übergangs in Sperrrichtung oberhalb der Durchbruchspannung und das Vorspannen 902 der Gateelektrode gegenüber dem Substrat. Am pn-Übergang kommt es zu einem Lawinendurchbruch, in dessen Folge in ein p-dotiertes Substrat Löcher und in ein n-dotiertes Substrat Elektronen übertreten. Die jeweiligen, in das Substrat übergetretenen Ladungsträger können durch Stossionisation weitere Elektronen/Loch-Paare erzeugen. In Abhängigkeit der Polarität der Gateelektroden-Vorspannung gegenüber dem Substrat werden Elektronen bzw. Löcher in ein zwischen dem Substrat und der Gateelektrode angeordnetes Speicherelement injiziert. Das Betreiben des pn-Übergangs in Sperrrichtung 900 bzw. das Vorspannen der Gateelektrode 902 erfolgt im Wesentlichen gleichzeitig.The 9 FIG. 10 is a flowchart illustrating a method of operating a memory cell, such as a floating gate or trapping layer memory cell. The method includes the operation 900 at least one reverse pn junction above the breakdown voltage and biasing 902 the gate electrode opposite to the substrate. An avalanche breakdown occurs at the pn junction, resulting in holes in a p-doped substrate and electrons in an n-doped substrate. The respective charge carriers that have entered the substrate can generate additional electron / hole pairs by means of collision. Depending on the polarity of the gate electrode bias voltage with respect to the substrate, electrons or holes are injected into a memory element disposed between the substrate and the gate electrode. Operating the reverse pn junction 900 or the biasing of the gate electrode 902 is essentially the same time.

Die 10 bezieht sich auf ein Programmierverfahren für eine, z. B. nichtflüchtige, Speicherzelle. Mindestens einer der pn-Übergänge der Speicherzelle wird in Sperrrichtung oberhalb der Durchbruchspannung betrieben 904. Die Gateelektrode wird gegenüber dem Substrat derart vorgespannt 906, dass die zum Programmieren erforderlichen Ladungsträger in ein zwischen der Gateelektrode und dem Substrat angeordnetes Speicherelement injiziert werden. Das Betreiben 904 des pn-Übergangs in Sperrrichtung sowie das Vorspannen 906 der Gateelektrode erfolgt im Wesentlichen gleichzeitig.The 10 refers to a programming method for a, e.g. B. nonvolatile, memory cell. At least one of the pn junctions of the memory cell is reverse biased above the breakdown voltage 904 , The gate electrode is biased against the substrate in this way 906 in that the charge carriers required for programming are injected into a storage element arranged between the gate electrode and the substrate. Operating 904 the reverse pn junction and biasing 906 the gate electrode occurs substantially simultaneously.

Die 11 bezieht sich auf ein Löschverfahren für eine, z. B. nichtflüchtige, Speicherzelle. Einer der pn-Übergänge oder beide pn-Übergänge werden in Sperrrichtung oberhalb der Durchbruchspannung betrieben 908. Die Gateelektrode wird gegen das Substrat derart vorgespannt 910, dass die zum Löschen der nichtflüchtigen Speicherzelle erforderlichen Ladungsträger in ein zwischen der Gateelektrode und dem Substrat angeordnetes Speicherelement injiziert werden.The 11 refers to an erasure method for a, e.g. B. nonvolatile, memory cell. One of the pn junctions or both pn junctions are reverse biased above the breakdown voltage 908 , The gate electrode is biased against the substrate in this way 910 in that the charge carriers required for erasing the nonvolatile memory cell are injected into a memory element arranged between the gate electrode and the substrate.

Die 12 ist ein schematisches Flussdiagramm zur Darstellung eines Betriebsverfahrens für eine, z. B. nichtflüchtige, Speicherzelle mit lokalisierter Ladungsspeicherung. Beide pn-Übergänge der Speicherzelle werden in Sperrrichtung oberhalb der Durchbruchspannung betrieben 912. Die Gateelektrode wird gegen das Substrat positiv vorgespannt 914, wodurch aus dem Lawinendurchbruch resultierende Löcher in ein zwischen der Gateelektrode und dem Substrat angeordnetes Speicherelement injiziert werden und dort die Ladung von Überschuss-Elektronen kompensieren. Das Betreiben der pn-Übergänge in Sperrrichtung sowie das positive Vorspannen der Gateelektrode 912, 914 erfolgt weitgehend gleichzeitig. Das Betriebsverfahren entspricht einem Auffrisch-Zyklus, der ergänzend zum eigentlichen Löschzyklus ausgeführt wird.The 12 is a schematic flow diagram illustrating an operating method for a, z. Non-volatile memory cell with localized charge storage. Both pn junctions of the memory cell are operated in the reverse direction above the breakdown voltage 912 , The gate electrode is positively biased against the substrate 914 whereby holes resulting from the avalanche breakdown are injected into a storage element arranged between the gate electrode and the substrate, where they compensate the charge of excess electrons. Operating the reverse pn junctions and positively biasing the gate electrode 912 . 914 is largely simultaneous. The operating method corresponds to a refresh cycle that is performed in addition to the actual erase cycle.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - US 6243300 B1 [0006] US 6243300 B1 [0006]
  • - US 6800493 B2 [0007] US 6800493 B2 [0007]
  • - US 6487121 B1 [0010] - US 6487121 B1 [0010]
  • - US 6930928 B2 [0011] US 6930928 B2 [0011]
  • - US 6490205 B1 [0012] - US 6490205 B1 [0012]
  • - US 6744675 B1 [0013] - US 6744675 B1 [0013]
  • - US 6891760 B2 [0014] US 6891760 B2 [0014]
  • - US 6438031 B1 [0015] - US Pat. No. 6438031 B1 [0015]
  • - US 6456531 B1 [0016] - US 6456531 B1 [0016]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • - „A Novel 2-bit/cell Nitride Storage Flash Memory with Greater than 1M P/E-cycle Endurance", Yen-Hao Shih et. al., in IEDM (San Francisco, CA, USA), pp. 881–884; IEEE, 2004 [0008] "A Novel 2-bit / cell Nitride Storage Flash Memory with Greater Than 1 M P / E-Cycle Endurance", Yen-Hao Shih et al., In IEDM (San Francisco, CA, USA), pp. 881-884 IEEE, 2004 [0008]
  • - „Extending endurance of NROM memories to over 10 million program/erase cycles" von Yakov Roizin et. al., 21. Non-volatile semiconductor memory workshop, (Montreal, CA, USA), pp. 74–75, IEEE 2006 [0009] - "Extending endurance of NROM memories to over 10 million program / erase cycles" by Yakov Roizin et al., 21st Non-Volatile Semiconductor Memory Workshop, (Montreal, CA, USA), pp. 74-75, IEEE 2006 [ 0009]
  • - „Simultaneous Hot-Hole Injection at Drain and Source for Efficient Erase and Excellent Endurance in SONGS Flash EEPROM Cells", Myung Kwan Cho and Dae M. Kim, IEEE Electron Device Letters, Vol. 24, No. 4, pp. 260–262, 2003 [0017] "Simultaneous Hot-Hole Injection at Drain and Source for Efficient Erase and Excellent Endurance in SONGS Flash EEPROM Cells", Myung Kwan Cho and Dae M. Kim, IEEE Electron Device Letters, Vol. 24, No. 4, pp. 260- 262, 2003 [0017]

Claims (31)

Betriebsverfahren für eine Speicherzelle, umfassend: Anlegen einer ersten Spannung an einen pn-Übergang (214, 224) zwischen einem Source/Drain-Bereich (212, 222) und einem Substratabschnitt (230) derart, dass am jeweiligen pn-Übergang (214, 224) ein Lawinendurchbruch erfolgt; und Anlegen einer zweiten Spannung zwischen einer Gateelektrode (270) und dem Substratabschnitt (230) derart, dass durch den Lawinendurchbruch erzeugte und in den Substratabschnitt (230) injizierte Ladungsträger (232) in ein zwischen dem Substratabschnitt (230) und der Gateelektrode (270) angeordnetes Speicherelement injiziert werden.A method of operating a memory cell, comprising: applying a first voltage to a pn junction ( 214 . 224 ) between a source / drain region ( 212 . 222 ) and a substrate section ( 230 ) such that at the respective pn junction ( 214 . 224 ) an avalanche breach occurs; and applying a second voltage between a gate electrode ( 270 ) and the substrate portion ( 230 ) such that generated by the avalanche breakdown and in the substrate section ( 230 ) injected charge carriers ( 232 ) in between the substrate portion ( 230 ) and the gate electrode ( 270 ) are injected memory element. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Anlegen der ersten Spannung an einen pn-Übergang (224, 214) zwischen einem weiteren Source/Drain-Bereich (212, 222) der Speicherzelle (299) und dem Substratabschnitt (230).Method according to Claim 1, characterized by applying the first voltage to a pn junction ( 224 . 214 ) between another source / drain region ( 212 . 222 ) of the memory cell ( 299 ) and the substrate portion ( 230 ). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Spannung mindestens der Durchbruchspannung des pn-Übergangs (214, 224) entspricht.A method according to claim 1, characterized in that the first voltage of at least the breakdown voltage of the pn junction ( 214 . 224 ) corresponds. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Spannung so gewählt wird, dass sich am jeweiligen pn-Übergang (214, 224) eine Feldstärke von mindestens 0,3 MeV/cm–3 ergibt.A method according to claim 1, characterized in that the first voltage is selected so that at the respective pn junction ( 214 . 224 ) gives a field strength of at least 0.3 MeV / cm -3 . Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Spannung so gewählt wird, dass sich am jeweiligen pn-Übergang (214, 224) eine Feldstärke von höchstens 1,2 MeV/cm–3 ergibt.A method according to claim 1, characterized in that the first voltage is selected so that at the respective pn junction ( 214 . 224 ) gives a field strength of at most 1.2 MeV / cm -3 . Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Source/Drain-Bereich (212, 222) eine Dotierung von 5·1018 cm–3 bis 2·1019 und der Substratabschnitt (203) eine Dotierung von 5·1016 bis 2·1017 cm–3 aufweisen.Method according to claim 1, characterized in that the respective source / drain region ( 212 . 222 ) a doping of 5 × 10 18 cm -3 to 2 × 10 19 and the substrate portion ( 203 ) have a doping of 5 × 10 16 to 2 × 10 17 cm -3 . Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Spannung gleichzeitig angelegt werden.Method according to claim 1, characterized in that that the first and the second voltage are applied simultaneously. Programmierverfahren für eine Speicherzelle (399), umfassend: Anlegen einer ersten Spannung an einen pn-Übergang (324) zwischen einem Source/Drain-Bereich (322) und einem an den Source/Drain-Bereich (322) anschließenden Substratabschnitt (330) derart, dass am pn-Übergang (324) ein Lawinendurchbruch erfolgt; und Anlegen einer zweiten Spannung zwischen einer Gateelektrode (370) und dem Substratabschnitt (330) derart, dass durch den Lawinendurchbruch erzeugte Ladungsträger (332) in ein zwischen dem Substratabschnitt (330) und der Gateelektrode (370) angeordnetes Speicherelement injiziert werden, wobei die Speicherzelle (399) programmiert wird.Programming method for a memory cell ( 399 ) comprising: applying a first voltage to a pn junction ( 324 ) between a source / drain region ( 322 ) and one to the source / drain region ( 322 ) Subsequent substrate section ( 330 ) such that at the pn junction ( 324 ) an avalanche breach occurs; and applying a second voltage between a gate electrode ( 370 ) and the substrate portion ( 330 ) in such a way that charge carriers generated by the avalanche breakdown ( 332 ) in between the substrate portion ( 330 ) and the gate electrode ( 370 ) are injected, wherein the memory cell ( 399 ) is programmed. Löschverfahren für eine Speicherzelle (399), umfassend: Anlegen einer ersten Spannung an einen pn-Übergang (324) zwischen einem Source/Drain-Bereich (322) und einem an den Source/Drain-Bereich (322) anschließenden Substratabschnitt (330) derart, dass am pn-Übergang (324) ein Lawinendurchbruch erfolgt; und Anlegen einer zweiten Spannung zwischen einer Gateelektrode (370) und dem Substratabschnitt (330) derart, dass durch den Lawinendurchbruch erzeugte Ladungsträger (332) in ein zwischen dem Substratabschnitt (330) und der Gateelektrode (370) angeordnetes Speicherelement injiziert werden, wobei die Speicherzelle (399) gelöscht wird.Extinguishing method for a memory cell ( 399 ) comprising: applying a first voltage to a pn junction ( 324 ) between a source / drain region ( 322 ) and one to the source / drain region ( 322 ) Subsequent substrate section ( 330 ) such that at the pn junction ( 324 ) an avalanche breach occurs; and applying a second voltage between a gate electrode ( 370 ) and the substrate portion ( 330 ) in such a way that charge carriers generated by the avalanche breakdown ( 332 ) in between the substrate portion ( 330 ) and the gate electrode ( 370 ) are injected, wherein the memory cell ( 399 ) is deleted. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass durch Anlegen der zweiten Spannung mit negativer Polarität Löcher in das Speicherelement injiziert werden.Method according to one of claims 8 or 9, characterized in that by applying the second voltage with negative polarity holes in the memory element be injected. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass durch Anlegen der zweiten Spannung mit positiver Polarität Elektronen in das Speicherelement injiziert werden.Method according to one of claims 8 or 9, characterized in that by applying the second voltage with positive polarity electrons in the memory element be injected. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Spannung gleichzeitig angelegt werden.Method according to one of claims 8 to 11, characterized in that the first and the second voltage simultaneously be created. Betriebsverfahren für eine Speicherzelle mit lokalisierter Ladungsspeicherung, umfassend: Anlegen einer ersten Spannung an pn-Übergänge (214, 224) zwischen jeweils einem ersten (212) und einem zweiten (222) Source/Drain-Bereich einerseits und einem an die Source/Drain-Bereiche (212, 222) anschließenden Substratabschnitt (230) andererseits in Sperrrichtung derart, dass an den pn-Übergängen (214, 224) jeweils ein Lawinendurchbruch erfolgt; und Anlegen einer zweiten Spannung zwischen einer Gateelektrode (270) und dem Substratabschnitt (230) derart, dass durch den Lawinendurchbruch erzeugte Löcher (232) in ein zwischen dem Substratabschnitt (230) und der Gateelektrode (270) angeordnetes Speicherelement der Speicherzelle injiziert werden.A method of operating a memory cell with localized charge storage, comprising: applying a first voltage to pn junctions ( 214 . 224 ) between a first ( 212 ) and a second ( 222 ) Source / drain region on the one hand and one of the source / drain regions ( 212 . 222 ) Subsequent substrate section ( 230 ) on the other hand in the reverse direction such that at the pn junctions ( 214 . 224 ) an avalanche breach occurs; and applying a second voltage between a gate electrode ( 270 ) and the substrate portion ( 230 ) such that holes generated by the avalanche breakdown ( 232 ) in between the substrate portion ( 230 ) and the gate electrode ( 270 ) are memory element of the memory cell injected. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass durch die injizierten Löcher zwischen zwei Speicherzonen (251, 252) gespeicherte negative Ladungen (233) kompensiert werden.A method according to claim 13, characterized in that through the injected holes between two storage zones ( 251 . 252 ) stored negative charges ( 233 ) are compensated. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Spannung mindestens der höheren Durchbruchspannung der beiden pn-Übergänge (214, 224) entspricht.A method according to claim 13, characterized in that the first voltage of at least the higher breakdown voltage of the two pn junctions ( 214 . 224 ) corresponds. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Spannung so gewählt wird, dass sich an den pn-Übergängen (214, 224) eine Feldstärke zwischen 0,3 und 1,2 MeV/cm–3 ergibt.A method according to claim 13, characterized in that the first voltage is chosen so that at the pn junctions ( 214 . 224 ) gives a field strength between 0.3 and 1.2 MeV / cm -3 . Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite Spannung im Wesentlichen synchron und für die Dauer von 10 bis 50 ms angelegt werden.Method according to claim 13, characterized in that that the first and second voltages are essentially synchronous and for a period of 10 to 50 ms. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Anlegen der ersten und zweiten Spannung solange wiederholt wird, bis eine Schwellenspannung der Speicherzelle (299) gleich oder kleiner einem vorbestimmten Wert ist.A method according to claim 13, characterized in that the application of the first and second voltage is repeated until a threshold voltage of the memory cell ( 299 ) is equal to or less than a predetermined value. Verfahren nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch Ermitteln eines aktuellen Schwellenwerts der Speicherzelle (299) nach Ausführen eines Löschvorgangs; und Ausführen des Anlegens der ersten und zweiten Spannung bei Überschreiten eines vorbestimmten Grenz-Schwellenwertes durch den aktuellen Schwellenwert.Method according to Claim 13, characterized by determining a current threshold value of the memory cell ( 299 after executing an erase operation; and performing application of the first and second voltages when a predetermined threshold limit is exceeded by the current threshold. Verfahren nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch Ermitteln eines aktuellen Zählerstands für Programmieroperationen vor oder nach Ausführen eines Programmiervorgangs; und Ausführen des Anlegens der ersten und zweiten Spannung sowie Rücksetzen des Zählerstandes bei Überschreiten eines vorbestimmten Grenz-Zählerstands durch den aktuellen Zählerstand.A method according to claim 13, characterized by Determine a current counter reading for programming operations before or after executing a programming operation; and To run Applying the first and second voltage and reset the count when exceeding a predetermined Limit counter reading by the current counter reading. Halbleiterbauelement (700) aufweisend Speicherzellen (711), jeweils umfassend: einen ersten und einen zweiten Source/Drain-Bereich (212, 222); und einen zwischen den beiden Source/Drain-Bereichen (212, 222) ausgebildeten Substratabschnitt (230); und eine erste Spannungsversorgungseinheit (741), die eine zum Auslösen eines Lawinen-Durchbruchs zwischen den Source/Drain-Bereichen (212, 222) einerseits und dem Substratabschnitt (230) andererseits geeignete erste Spannung zu erzeugen vermag.Semiconductor device ( 700 ) having memory cells ( 711 ), each comprising: a first and a second source / drain region ( 212 . 222 ); and one between the two source / drain regions ( 212 . 222 ) formed substrate portion ( 230 ); and a first power supply unit ( 741 ), one for triggering an avalanche breakthrough between the source / drain regions ( 212 . 222 ) on the one hand and the substrate section ( 230 On the other hand, it is possible to produce suitable first stress. Halbleiterbauelement nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherzellen jeweils ein vom Substratabschnitt (230) isoliertes Speicherelement und eine vom Speicherelement isolierte Gateelektrode (270) umfassen; und das Halbleiterbauelement eine zweite Spannungsversorgungseinheit (731, 741) aufweist, die zwischen der Gateelektrode (270) und dem Substratabschnitt (230) eine zum Injizieren der durch den Lawinen-Durchbruch erzeugte Ladungsträger (232) in das Speicherelement geeignete zweite Spannung zu erzeugen vermag.Semiconductor component according to claim 21, characterized in that the memory cells each have a substrate section ( 230 ) isolated memory element and a memory element isolated from the gate electrode ( 270 ); and the semiconductor device has a second voltage supply unit ( 731 . 741 ), which between the gate electrode ( 270 ) and the substrate portion ( 230 ) one for injecting the charge carriers generated by the avalanche breakdown ( 232 ) is capable of generating in the memory element suitable second voltage. Halbleiterbauelement nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Spannungsversorgungseinheit (741) als Stromquelle betreibbar ist und in pn-Übergänge selektierter Speicherelemente einen konstanten Sperrstrom einzuprägen vermag.Semiconductor component according to Claim 21, characterized in that the first voltage supply unit ( 741 ) can be operated as a current source and is able to impress a constant reverse current in pn junctions of selected memory elements. Halbleiterbauelement nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherzellen jeweils eine den Substratabschnitt (230) vom Speicherelement isolierende erste Barrierenschicht (240) aufweisen.Semiconductor component according to Claim 22, characterized in that the memory cells each have a substrate section ( 230 ) isolating from the memory element first barrier layer ( 240 ) exhibit. Halbleiterbauelement nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherzellen jeweils eine das Speicherelement von der Gateelektrode (270) isolierende zweite Barrierenschicht (260) aufweisen.Semiconductor component according to Claim 22, characterized in that the memory cells each have a memory element from the gate electrode ( 270 ) insulating second barrier layer ( 260 ) exhibit. Halbleiterbauelement nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherelemente jeweils als leitfähiges Floating-Gate (350) ausgebildet sind.Semiconductor component according to Claim 22, characterized in that the memory elements are each in the form of a conductive floating gate ( 350 ) are formed. Halbleiterbauelement nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherelemente jeweils als nicht leitfähige Trappingschicht (250) ausgebildet sind.Semiconductor component according to claim 22, characterized in that the memory elements each as a non-conductive trapping layer ( 250 ) are formed. Halbleiterbauelement nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Trappingschicht (250) mindestens zwei räumlich voneinander getrennte und voneinander isolierte Speicherzonen (251, 252) aufweist, wobei die Ladungsträger (232) mindestens teilweise zwischen den beiden Speicherzonen (251, 252) in die Trappingschicht (250) injizierbar sind.Semiconductor component according to Claim 27, characterized in that the trapping layer ( 250 ) at least two spatially separated and isolated storage zones ( 251 . 252 ), wherein the charge carriers ( 232 ) at least partially between the two storage zones ( 251 . 252 ) into the trapping layer ( 250 ) are injectable. Halbleiterbauelement nach Anspruch 26, gekennzeichnet durch eine Steuereinheit (750), die einen Multilevel-Betrieb der Speicherzellen zu steuern vermag.Semiconductor component according to Claim 26, characterized by a control unit ( 750 ) which is capable of controlling a multilevel operation of the memory cells. Elektronisches System umfassend ein Halbleiterbauelement (800), umfassend Speicherzellen (804), die jeweils umfassen: einen ersten und einen zweiten Source/Drain-Bereich (212, 222) und einen zwischen den beiden Source/Drain-Bereichen (212, 222) ausgebildeten Substratabschnitt (230); und eine erste Spannungsversorgungseinheit (221), die eine zum Auslösen eines Lawinen-Durchbruchs zwischen den Source/Drain-Bereichen (212, 222) einerseits und dem Substratabschnitt (230) andererseits geeignete erste Spannung zu erzeugen vermag.Electronic system comprising a semiconductor component ( 800 ), comprising memory cells ( 804 ), each comprising: a first and a second source / drain region ( 212 . 222 ) and one between the two source / drain regions ( 212 . 222 ) formed substrate portion ( 230 ); and a first power supply unit ( 221 ), one for triggering an avalanche breakthrough between the source / drain regions ( 212 . 222 ) on the one hand and the substrate section ( 230 On the other hand, it is possible to produce suitable first stress. System nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass das System eine Speicherkarte, eine Digitalkamera, ein Audiosystem, ein Videosystem, ein Mobiltelefon, ein Computersystem, eine Grafikkarte, ein Speichermodul oder ein portabler Datenträger mit einer Datenschnittstelle zum Anschluss an eines der genannten Systeme ist.System according to claim 30, characterized in that that the system has a memory card, a digital camera, an audio system, a video system, a mobile phone, a computer system, a graphics card, a memory module or a portable disk with a Data interface for connection to one of the systems mentioned is.
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Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6243300B1 (en) 2000-02-16 2001-06-05 Advanced Micro Devices, Inc. Substrate hole injection for neutralizing spillover charge generated during programming of a non-volatile memory cell
US6438031B1 (en) 2000-02-16 2002-08-20 Advanced Micro Devices, Inc. Method of programming a non-volatile memory cell using a substrate bias
US6456531B1 (en) 2000-06-23 2002-09-24 Advanced Micro Devices, Inc. Method of drain avalanche programming of a non-volatile memory cell
US6487121B1 (en) 2000-08-25 2002-11-26 Advanced Micro Devices, Inc. Method of programming a non-volatile memory cell using a vertical electric field
US6490205B1 (en) 2000-02-16 2002-12-03 Advanced Micro Devices, Inc. Method of erasing a non-volatile memory cell using a substrate bias
US6744675B1 (en) 2002-11-26 2004-06-01 Advanced Micro Devices, Inc. Program algorithm including soft erase for SONOS memory device
US6760258B2 (en) * 1999-12-17 2004-07-06 Chartered Semiconductor Manufacturing Ltd. Means to erase a low voltage programmable and erasable flash EEPROM
US6800493B2 (en) 2001-12-20 2004-10-05 Macronix International Co., Ltd. Pre-erase manufacturing method
US6891760B2 (en) 2002-06-03 2005-05-10 Renesas Technology Corp. Method of erasing information in non-volatile semiconductor memory device
US6930928B2 (en) 2003-10-10 2005-08-16 Macronix International Co., Ltd. Method of over-erase prevention in a non-volatile memory device and related structure

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6760258B2 (en) * 1999-12-17 2004-07-06 Chartered Semiconductor Manufacturing Ltd. Means to erase a low voltage programmable and erasable flash EEPROM
US6243300B1 (en) 2000-02-16 2001-06-05 Advanced Micro Devices, Inc. Substrate hole injection for neutralizing spillover charge generated during programming of a non-volatile memory cell
US6438031B1 (en) 2000-02-16 2002-08-20 Advanced Micro Devices, Inc. Method of programming a non-volatile memory cell using a substrate bias
US6490205B1 (en) 2000-02-16 2002-12-03 Advanced Micro Devices, Inc. Method of erasing a non-volatile memory cell using a substrate bias
US6456531B1 (en) 2000-06-23 2002-09-24 Advanced Micro Devices, Inc. Method of drain avalanche programming of a non-volatile memory cell
US6487121B1 (en) 2000-08-25 2002-11-26 Advanced Micro Devices, Inc. Method of programming a non-volatile memory cell using a vertical electric field
US6800493B2 (en) 2001-12-20 2004-10-05 Macronix International Co., Ltd. Pre-erase manufacturing method
US6891760B2 (en) 2002-06-03 2005-05-10 Renesas Technology Corp. Method of erasing information in non-volatile semiconductor memory device
US6744675B1 (en) 2002-11-26 2004-06-01 Advanced Micro Devices, Inc. Program algorithm including soft erase for SONOS memory device
US6930928B2 (en) 2003-10-10 2005-08-16 Macronix International Co., Ltd. Method of over-erase prevention in a non-volatile memory device and related structure

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"A Novel 2-bit/cell Nitride Storage Flash Memory with Greater than 1M P/E-cycle Endurance", Yen-Hao Shih et. al., in IEDM (San Francisco, CA, USA), pp. 881-884; IEEE, 2004
"Extending endurance of NROM memories to over 10 million program/erase cycles" von Yakov Roizin et. al., 21. Non-volatile semiconductor memory workshop, (Montreal, CA, USA), pp. 74-75, IEEE 2006
"Simultaneous Hot-Hole Injection at Drain and Source for Efficient Erase and Excellent Endurance in SONGS Flash EEPROM Cells", Myung Kwan Cho and Dae M. Kim, IEEE Electron Device Letters, Vol. 24, No. 4, pp. 260-262, 2003

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