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
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Abstract
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.
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Erhöhung der Anzahl zulässiger Programmier/Löschzyklen
mittels Injektion von Löchern aus dem Substrat ist im Artikel
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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:
Die
Gegenüber
einer Gateelektrode
Die
Trappingschicht
Aufgrund
parasitärer Effekte werden auch in einer zentralen Zone
Mittels
einer ersten Spannungversorgungseinheit
Gemäß
Das
Anlegen der ersten Spannung über die erste Spannungsverzögerungseinheit
Anstelle
der beiden Spannungsverzögerungseinheiten
Die
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
Die
drei Spannungsimpulse werden etwa synchron zueinander an die Gateelektrode
Die
Gemäß
Gemäß
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
Aus
einer Ablaufsteuerung des Halbleiterbauelements, das eine solche
Speicherzelle aufweist, erfolgt ein Löschaufruf
Durch
einen optionalen regulären Programmier/Löschzyklus
Die
Aus
einer Programmablaufsteuerung in einem die Speicherzelle aufweisenden
Halbleiterbauelement erfolgt ein Programmieraufruf
Die
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
Das
Halbleiterbauelement
Die
Adressierung der Wortleitungen
Das
Potential der Gateelektroden der Speicherzellen
Die
Das
System
Die
Die
Die
Die
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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