DE102007003534B4 - Operating, programming and erasing methods for a memory cell, semiconductor device and electronic system - Google Patents

Operating, programming and erasing methods for a memory cell, semiconductor device and electronic system Download PDF

Info

Publication number
DE102007003534B4
DE102007003534B4 DE102007003534.0A DE102007003534A DE102007003534B4 DE 102007003534 B4 DE102007003534 B4 DE 102007003534B4 DE 102007003534 A DE102007003534 A DE 102007003534A DE 102007003534 B4 DE102007003534 B4 DE 102007003534B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
voltage
source
memory cell
gate electrode
substrate portion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE102007003534.0A
Other languages
German (de)
Other versions
DE102007003534A1 (en
Inventor
Walter von Emden
Dr. Tempel Georg
Detlev Richter
Dr. Kux Andreas
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Polaris Innovations Ltd
Original Assignee
Polaris Innovations Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Polaris Innovations Ltd filed Critical Polaris Innovations Ltd
Priority to DE102007003534.0A priority Critical patent/DE102007003534B4/en
Publication of DE102007003534A1 publication Critical patent/DE102007003534A1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE102007003534B4 publication Critical patent/DE102007003534B4/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
    • H01L29/78Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/792Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate with charge trapping gate insulator, e.g. MNOS-memory transistors
    • H01L29/7923Programmable transistors with more than two possible different levels of programmation
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C16/00Erasable programmable read-only memories
    • G11C16/02Erasable programmable read-only memories electrically programmable
    • G11C16/06Auxiliary circuits, e.g. for writing into memory
    • G11C16/34Determination of programming status, e.g. threshold voltage, overprogramming or underprogramming, retention
    • G11C16/349Arrangements for evaluating degradation, retention or wearout, e.g. by counting erase cycles

Abstract

Betriebsverfahren für eine Speicherzelle, umfassend: Anlegen einer ersten Spannung an einen ersten pn-Übergang (214) zwischen einem ersten Source/Drain-Bereich (212) und einem Substratabschnitt (230) sowie an einen zweiten pn-Übergang (224) zwischen einem zweiten Source/Drain-Bereich (222) und dem 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.An operating method for a memory cell, comprising: applying a first voltage to a first pn junction (214) between a first source / drain region (212) and a substrate portion (230) and to a second pn junction (224) between a second one Source / drain region (222) and the substrate portion (230) such that avalanche breakdown occurs at the respective pn junction (214, 224); and applying a second voltage between a gate electrode (270) and the substrate section (230) in such a way that charge carrier (232) generated by the avalanche breakdown and injected into the substrate section (230) is inserted between the substrate section (230) and the gate electrode (270). arranged memory element to be injected.

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 und solche umfassende elektronische Systeme, die zur Ausführung der genannten Verfahren geeignet sind.Embodiments of the invention relate to an operating method for a memory cell and to methods for programming and erasing a memory cell. Further embodiments relate to an operating method for a storage cell with localized charge storage and semiconductor components and to such comprehensive electronic systems which are suitable for carrying out said methods.

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 nichtleitend ist, und dabei der Strom zwischen den beiderseits des Kanalbereichs angeordneten Source/Drain-Bereichen ausgewertet.Non-volatile memory cells are usually based on an n-channel MOSFET, in which an insulated memory element is provided between the gate electrode and the channel region of the transistor. For programming the memory cell charge carriers are injected into the memory element. To delete the memory cell, the charge carriers are removed from the storage element or compensated with charge carriers of opposite polarity. The threshold voltage of the transistor is dependent on the charge stored in the memory element. In order to read the memory cell, a voltage is applied to the gate electrode, in which the memory cell is conductive, for example, in the programmed state and in the erased state non-conductive, and the current between the source / drain regions arranged on both sides of the channel region is evaluated.

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 storage element of a floating gate cell is typically a conductive layer within the gate electrode stack, which is isolated by a tunnel oxide from the channel region and by a barrier layer from the gate electrode or the control gate. The programming or deletion of the floating gate cells takes place via mechanisms such as Fowler-Nordheim tunneling or hot-carrier injection (eg CHE, channel hot electron).

Bei Speicherzellen vom Trapping-Layer-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.In trapping-layer-type memory cells, the memory element is a trapping layer of a nonconductive material with trapping sites for charge carriers, such as a silicon nitride layer. The charges are tied to the traps within the trapping layer.

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.In the case of 2-bit memory cells, the charge carriers are stored in two isolated storage zones, for example a trapping layer. Over the course of the operating life of the memory cell, electrons can accumulate in a central zone between the two memory zones whose distance from the source / drain regions is too great for backturning to the source / drain regions. 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 1M P / E-Cycle Endurance", Yen-Hao Shih et. al., in IEDM (San Francisco, Calif., USA), pp. 881-884; IEEE, 2004 describes a method of erasing accumulated charge in the trapping layer of a memory cell by means of a p + -doped gate electrode in conjunction with a negative Fowler-Nordheim reset.

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.Increasing the number of permissible programming / erasing cycles by injecting holes from the substrate is discussed in the article "Extending endurance of NROM memories to over 10 million programs / erase cycles" by Yakov Roizin et. al., 21st Non-Volatile Semiconductor Memory Workshop, (Montreal, CA, USA), pp. 74-75, IEEE 2006. 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 Substratwanne 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 for deleting a 2-bit trapping layer memory cell in which the pn junctions between the source / drain during the erase operation Regions of the memory cell and the surrounding substrate trough is biased in the reverse direction with a voltage which is smaller 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 Programiervorgang injizierten Elektronen sowie der beim Löschvorgang injizierten Löcher aneinander anzugleichen.The US Pat. No. 6,456,531 B1 refers 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, around the injection profiles of the electrons injected in the programming process and during the erase process Align injected holes to each other.

In dem Artikel „Simultaneous Hot-Hole Injection at Drain and Source for Efficient Erase and Excellent Endurance in SONOS 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 SONOS-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 SONOS Flash EEPROM Cells", Myung Kwan Cho and Dae M. Kim, IEEE Electron Device Letters, Vol. 4, pp. 260-262, 2003 an erase method for SONOS memory cells is 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.

Die Erfindung ist in den unabhängigen Ansprüchen definiert. Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.The invention is defined in the independent claims. Further developments are the subject of the dependent claims.

Die US 6,760,258 B2 beschreibt ein Programmier- bzw. Löschverfahren für Floating-Gate-Zellen, bei welchen die erforderlichen Ladungsträger jeweils durch einen Lawinendurchbruch zwischen einem der Source/Drain-Bereiche und dem Kanalbereich zur Verfügung gestellt werden.The US 6,760,258 B2 describes a programming or erasing method for floating gate cells, in which the required charge carriers are each provided by an avalanche breakdown between one of the source / drain regions and the channel region.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, verbesserte Verfahren zum Betrieb, etwa zum Löschen und Programmieren, von Speicherzellen zur Verfügung zu stellen, die der Anreicherung von Überschuss-Elektronen entgegenwirken. Die Aufgabe lösende Betriebsverfahren sind in den Ansprüchen 1 und 12, ein solches Programmierverfahren im Anspruch 7, ein Löschverfahren im Anspruch 8, ein ein solches Verfahren ermöglichendes Halbleiterbauelement im Anspruch 20 und ein elektronisches System mit einem solchen Halbleiterbauelement im Anspruch 29 angegeben. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen.The invention has for its object to provide improved methods of operation, such as for erasing and programming, of memory cells available that counteract the accumulation of excess electrons. The object-solving operating methods are specified in claims 1 and 12, such a programming method in claim 7, an erasing method in claim 8, a method enabling such a semiconductor device in claim 20 and an electronic system with such a semiconductor device in claim 29. Advantageous developments emerge from the respective subclaims.

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.One embodiment of the invention relates to an operating method for a non-volatile memory cell having two source / drain regions formed in a semiconductor substrate and a substrate portion formed between the two source / drain regions. The substrate portion adjoins a substrate surface of the semiconductor substrate. Above the substrate portion, a memory element of the non-volatile memory cell is arranged, which is isolated from the substrate portion by a first barrier layer. A second barrier layer isolates the memory element from a gate electrode via 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 two source / drain regions have a doping of a first conductivity type and the substrate portion has a doping of a second conductivity type opposite to the first 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). Substantially simultaneously or immediately after the application of the first voltage, a second voltage is applied between the gate electrode and the substrate section which is sufficiently large to deflect charge carriers generated in the substrate section as a result of the avalanche breakdown in the direction of the gate electrode. The energy of the charge carriers is sufficient to pass through the lower barrier layer into the storage element. For example, the gate electrode is negatively biased relative to the substrate portion, so that holes are injected into the memory element. The holes are generated by operating the pn junctions in the reverse direction (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.The avalanche breakdown provides a large number of electrons and holes for programming or erasure in a short time, resulting in a comparatively fast injection of electrons into the memory element and a correspondingly fast programming or erasing process.

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 Substratabschnitt 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 is applied in each case between the two source / drain regions of the memory cell on the one hand and the substrate portion on the other hand, or if a current is injected via both pn junctions, so that both pn junctions are operated above the breakdown voltage in the reverse direction, then they are distributed of the avalanche breakdown injected into the substrate portion 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 depends on the width of the space charge zones and thus on the doping and doping profiles of the source / drain regions and of the substrate section. The doping and doping gradients are selected, for example, such that a field strength of between 0.3 and 1.2 MV / cm results in the breakdown.

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.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 a substrate section adjoining the source / drain regions, a first voltage is applied such that avalanche breakdown occurs at the pn junction. For this purpose, a voltage greater than or equal to the breakdown voltage of the pn junction is applied in the reverse direction of the pn junction. Substantially simultaneously or immediately thereafter, a second voltage is applied between the gate electrode of the memory cell and the substrate portion such that charge carriers generated as a result of the avalanche breakdown are injected into a memory element located between the substrate portion and the gate electrode and insulated from both. 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.When the second voltage of negative polarity is applied between the gate electrode and the substrate portion, so that the gate electrode is negatively biased with respect to the substrate portion, holes are injected into the memory 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.When the second voltage of positive polarity is applied between the gate electrode and the substrate portion, so that the gate electrode is positively biased with respect to the substrate portion, electrons are injected into the memory 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.Another embodiment of the invention relates to an erasing method for a nonvolatile memory cell. A first voltage is applied between one or both source / drain regions of the nonvolatile memory cell on the one hand and a substrate section of a semiconductor substrate adjoining the source / drain regions in such a way that the pn formed between the source / drain regions and the substrate section is applied Transitions each one avalanche breach occurs. For this purpose, the substrate section is negatively biased with respect to the source / drain regions with a voltage which corresponds at least to the breakdown voltage of the pn junction.

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 Ladung kompensiert oder das Speicherelement geladen und die Speicherzelle gelöscht.Between the gate electrode of the memory cell and the substrate portion, a second voltage is applied so that charge carriers generated due to the avalanche breakdown are accelerated toward the gate electrode, thereby being injected into a memory element disposed between the substrate portion and the gate electrode, extending from the substrate portion as well as from the substrate portion Gate electrode is electrically isolated. In this case, a charge stored in the memory element is compensated or the memory element is charged and the memory cell is erased.

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.Another embodiment of the invention relates to a method of operating a non-volatile memory cell with localized charge storage. The memory cell comprises two separate from each other by a substrate portion and formed in a semiconductor substrate source / drain regions. The source / drain regions have a doping of a first conductivity type and the substrate section which spaces the two source / drain regions comprises a doping of a second conductivity type opposite to the first conductivity type. 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 memory zones which are isolated from one another and can be controlled separately from one another and which are each oriented to one of the two source / drain regions. In a central zone between the two storage zones, owing to previous programming cycles, there may be an accumulation of excess electrons which can no longer be removed or compensated for by conventional extinguishing methods. The threshold voltage of the erased memory cell is permanently shifted in the direction of the programmed.

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, a first voltage is applied to the pn junctions between the first and the second source / drain region on the one hand and a substrate portion adjoining the source / drain regions on the other hand in the reverse direction such that in each case at the pn junctions an avalanche breakdown takes place. 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.For example, if the source / drain regions are n-doped and the substrate portion is p-doped, then the holes created in the space charge region are injected into the substrate portion. The holes have sufficient energy to generate further electron / hole pairs there by impact ionization. There is an accumulation of ionized electron / hole pairs in the substrate section. A second voltage of negative polarity is applied at the same time or immediately thereafter between the gate electrode of the memory cell and the substrate section, so that the holes resulting directly or indirectly from the avalanche breakdown in the substrate section are deflected in the direction of the gate electrode and into an area between the substrate section and the gate electrode arranged memory element of the memory cell are injected. The holes are injected into the storage element over the entire channel length between the two source / drain regions.

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.Any remanent negative charge in the central zone between the storage zones is at least compensated by the positive charge of the holes. The threshold voltage reaches at least the original value or a value below it, depending on the duration of the voltage pulses. The maximum allowable operating life of the memory cell or a semiconductor device based on this memory cell type is increased. The maximum possible number of program / erase cycles (cycle stability) is significantly increased. Reducing the load on the memory cell as a result of the cleared erase pulses also improves the data retention in such a semiconductor device.

Die erste Spannung wird zum Beispiel so gewählt, dass die Feldstärke am pn-Übergang zwischen 0,3 und 1,2 MV/cm 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 MV / cm, 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 may be applied substantially synchronously or simultaneously for a period of about 10 msec to 50 msec. Optionally, the application of the first and second voltage is 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 of the threshold voltage, which is determined at the beginning of the life of the memory device.

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.According to one embodiment, the refreshing of the memory element is performed even at the wafer level and before the first use of the memory in a product-specific application in order to compensate for a process-related accumulation of charge carriers in the memory layer.

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.According to another embodiment, the number of erase pulses required for a complete erase cycle is determined in each erase process and compared with a predetermined limit for the number of erase pulses. If the just required number of erase pulses exceeds the limit value, then the memory cell or the memory element is "refreshed" or reset by applying the first and second voltage.

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.According to a further embodiment, the refresh of the memory element is in each case carried out cyclically after a predetermined number of programming cycles. For this purpose, a current counter reading for programming operations is determined in each case before or after executing a programming operation. If the current counter reading exceeds a predetermined limit counter reading for the number of programming cycles, then the memory element is refreshed by applying the first and second voltages and the counter reading for programming cycles is reset.

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. A semiconductor device according to a further embodiment of the invention comprises memory cells each having a first and a second source / drain region, a substrate section formed between the two source / drain regions, a memory element isolated from the substrate section, and a gate electrode isolated from the memory element. The semiconductor device further comprises a first voltage supply unit which is capable of generating a first voltage suitable for triggering the avalanche breakdown between the source / drain regions on the one hand and the substrate portion or impressing a corresponding current, and a second voltage supply unit connected between the gate electrode and the substrate portion one capable of injecting the generated by the avalanche charge carrier into the memory element is capable of generating a second voltage suitable. Such a semiconductor device is advantageously suitable for the above-mentioned operating methods.

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 may be formed in the same semiconductor substrate. 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 a non-conductive trapping layer. The non-conductive trapping layer may, for example, have at least two spatially separated and mutually isolated storage zones whose charge states can be controlled independently of one another. If charge carriers are also injected into the storage element between the two memory zones during regular programming / erasing, this semiconductor device is advantageously suitable for the abovementioned operating method for a non-volatile memory cell with localized charge storage, which makes possible the compensation of these charge carriers.

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 following, embodiments of the invention, which are connected via the common concept of the carriers provided by means of avalanche breakdown, and their advantages are explained in more detail with reference to the figures. 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 Ladungsspeicherung und adaptiven Auffrischzyklen gemäß einer weiteren Ausführungsform; 4 FIG. 4 is a schematic flowchart for explaining a method of operating a non-volatile localized charge storage and adaptive refresh cycle memory cell 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 , To optionally selected areas of the semiconductor substrate from each other and other p-doped areas independently can bias the p-doped well 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 Barrierenschicht 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 nichtleitende 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 barrier layers 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 traps for electrical charges, such as 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 Löschálgorithmen 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 Löschálgorithmen, 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 Spannungsversorgungseinheit 283 vermag einen zu den anderen Spannungsimpulsen weitgehend synchronisierten dritten Spannungsimpuls, beispielsweise 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 voltage supply unit is capable of delivering a negative voltage pulse of -8 to -12 volts, approximately -10 volts, which is largely synchronized with the positive first voltage pulse, at least for a period of 10 to 50 ms. The third power supply unit 283 is capable of producing a third voltage pulse largely synchronized with the other voltage pulses, for example approximately -4 volts and a duration of approximately 10 ms to 50 ms. 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 are through a 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 section 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 Sekundäreffekt 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 generated there in the secondary 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.If the gate electrode is positively biased relative to the substrate section, electrons generated in the substrate by impact ionization can likewise pass into the floating gate.

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 located Charge storage, in which a drift of the threshold value of the memory cell is determined directly or indirectly and, depending on the magnitude of the deviation from a standard value, the memory cell is refreshed 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 each applied erase pulse, 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 thereby the memory cell "refreshed". The counter is then reset for the write cycles 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 Abhängigkeit 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 in response to 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-strength of such memory cells is significantly increased. Due to the lower stress in the regular programming or erasing procedures, the data retention in the memory cell is also 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. Die Adressierung der Wortleitungen 713 erfolgt über eine Wortleitungs-Auswahleinrichtung 730.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". The memory cells 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 , 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 power 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.

Claims (30)

Betriebsverfahren für eine Speicherzelle, umfassend: Anlegen einer ersten Spannung an einen ersten pn-Übergang (214) zwischen einem ersten Source/Drain-Bereich (212) und einem Substratabschnitt (230) sowie an einen zweiten pn-Übergang (224) zwischen einem zweiten Source/Drain-Bereich (222) und dem 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 first pn junction ( 214 ) between a first source / drain region ( 212 ) and a substrate section ( 230 ) as well as to a second pn junction ( 224 ) between a second source / drain region ( 222 ) and the substrate portion ( 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, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Spannung mindestens der Durchbruchspannung des ersten pn-Übergangs (214) entspricht.A method according to claim 1, characterized in that the first voltage of at least the breakdown voltage of the first pn junction ( 214 ) 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 MV/cm 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 MV / cm. 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 MV/cm 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 MV / cm. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Source/Drain-Bereich (212, 222) eine Dotierung von 5·1018 bis 2·1019 cm–3 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 to 2 × 10 19 cm -3 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.A method according to claim 1, characterized in that the first and the second voltage are applied simultaneously. Programmierverfahren für eine Speicherzelle (399), umfassend: Anlegen einer ersten Spannung an pn-Übergänge (314, 324) zwischen einem ersten Source/Drain-Bereich (312) und einem an den ersten Source/Drain-Bereich (312) anschließenden Substratabschnitt (330) sowie an einen zweiten pn-Übergang (324) zwischen einem zweiten Source/Drain-Bereich (322) und dem Substratabschnitt (330) derart, dass an den pn-Übergängen (314, 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 pn junctions ( 314 . 324 ) between a first source / drain region ( 312 ) and one to the first source / drain region ( 312 ) Subsequent substrate section ( 330 ) as well as to a second pn junction ( 324 ) between a second source / drain region ( 322 ) and the substrate portion ( 330 ) such that at the pn junctions ( 314 . 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 pn-Übergänge (314, 324) zwischen einem ersten Source/Drain-Bereich (312) und einem an den ersten Source/Drain-Bereich (312) anschließenden Substratabschnitt (330) sowie an einen zweiten pn-Übergang (324) zwischen einem zweiten Source/Drain-Bereich (322) und dem Substratabschnitt (330) derart, dass an den pn-Übergängen (314, 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 pn junctions ( 314 . 324 ) between a first source / drain region ( 312 ) and one to the first source / drain region ( 312 ) Subsequent substrate section ( 330 ) as well as to a second pn junction ( 324 ) between a second source / drain region ( 322 ) and the substrate portion ( 330 ) such that at the pn junctions ( 314 . 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 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass durch Anlegen der zweiten Spannung mit negativer Polarität Löcher in das Speicherelement injiziert werden.Method according to one of claims 7 or 8, characterized in that holes are injected into the storage element by applying the second voltage with negative polarity. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass durch Anlegen der zweiten Spannung mit positiver Polarität Elektronen in das Speicherelement injiziert werden.Method according to one of claims 7 or 8, characterized in that electrons are injected into the storage element by applying the second voltage with positive polarity. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Spannung gleichzeitig angelegt werden.Method according to one of claims 7 to 10, characterized in that the first and the second voltage are applied simultaneously. 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 12, dadurch gekennzeichnet, dass durch die injizierten Löcher zwischen zwei Speicherzonen (251, 252) gespeicherte negative Ladungen (233) kompensiert werden.A method according to claim 12, characterized in that through the injected holes between two storage zones ( 251 . 252 ) stored negative charges ( 233 ) are compensated. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Spannung mindestens der höheren Durchbruchspannung der beiden pn-Übergänge (214, 224) entspricht.A method according to claim 12, characterized in that the first voltage of at least the higher breakdown voltage of the two pn junctions ( 214 . 224 ) corresponds. Verfahren nach Anspruch 12, 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 MV/cm ergibt.A method according to claim 12, 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 MV / cm. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite Spannung im Wesentlichen synchron und für die Dauer von 10 bis 50 ms angelegt werden. A method according to claim 12, characterized in that the first and second voltages are applied substantially synchronously and for a period of 10 to 50 ms. Verfahren nach Anspruch 12, 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 12, 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 12, 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 12, 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 12, 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 12, characterized by Determining a current count for programming operations before or after performing a program operation; and Executing the application of the first and second voltage and resetting the count when exceeding a predetermined limit count by the current count. 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); 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; und eine Bitleitungs-Auswahleinrichtung (720), die die erste Spannung an jeweils mit den ersten und zweiten Source/Drain-Bereichen (212, 222) einer Untermenge der Speicherzellen (711) verbundenen Bitleitungen (712) zu schalten 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 ); 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 capable of generating suitable first voltage; and a bit line selection device ( 720 ) having the first voltage at each of the first and second source / drain regions ( 212 . 222 ) a subset of the memory cells ( 711 ) connected bitlines ( 712 ) can switch. Halbleiterbauelement nach Anspruch 20, 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 20, characterized in that the memory cells in each case one of the substrate portion ( 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 20, 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 20, 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 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherzellen jeweils eine den Substratabschnitt (230) vom Speicherelement isolierende erste Barrierenschicht (240) aufweisen.Semiconductor component according to Claim 21, 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 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherzellen jeweils eine das Speicherelement von der Gateelektrode (270) isolierende zweite Barrierenschicht (260) aufweisen.Semiconductor component according to Claim 21, 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 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherelemente jeweils als leitfähiges Floating-Gate (350) ausgebildet sind.Semiconductor component according to Claim 21, characterized in that the memory elements are each in the form of a conductive floating gate ( 350 ) are formed. Halbleiterbauelement nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherelemente jeweils als nicht leitfähige Trappingschicht (250) ausgebildet sind.Semiconductor component according to claim 21, characterized in that the memory elements each as a non-conductive trapping layer ( 250 ) are formed. Halbleiterbauelement nach Anspruch 26, 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 26, 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 25, gekennzeichnet durch eine Steuereinheit (750), die einen Multilevel-Betrieb der Speicherzellen zu steuern vermag.Semiconductor component according to Claim 25, 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); eine erste Spannungsversorgungseinheit (281, 381; 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; und eine Bitleitungs-Auswahleinrichtung (720), die die erste Spannung an jeweils mit den ersten und zweiten Source/Drain-Bereichen (212, 222) einer Untermenge der Speicherzellen (711) verbundenen Bitleitungen (712) zu schalten 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 ); a first power supply unit ( 281 . 381 ; 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 capable of generating suitable first voltage; and a bit line selection device ( 720 ) having the first voltage at each of the first and second source / drain regions ( 212 . 222 ) a subset of the memory cells ( 711 ) connected bitlines ( 712 ) can switch. System nach Anspruch 29, 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. A system according to claim 29, characterized in that the system is a memory card, a digital camera, an audio system, a video system, a mobile telephone, a computer system, a graphics card, a memory module or a portable data carrier with a data interface for connection to one of said systems.
DE102007003534.0A 2007-01-24 2007-01-24 Operating, programming and erasing methods for a memory cell, semiconductor device and electronic system Expired - Fee Related DE102007003534B4 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102007003534.0A DE102007003534B4 (en) 2007-01-24 2007-01-24 Operating, programming and erasing methods for a memory cell, semiconductor device and electronic system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102007003534.0A DE102007003534B4 (en) 2007-01-24 2007-01-24 Operating, programming and erasing methods for a memory cell, semiconductor device and electronic system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102007003534A1 DE102007003534A1 (en) 2008-08-07
DE102007003534B4 true DE102007003534B4 (en) 2017-05-11

Family

ID=39587076

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102007003534.0A Expired - Fee Related DE102007003534B4 (en) 2007-01-24 2007-01-24 Operating, programming and erasing methods for a memory cell, semiconductor device and electronic system

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102007003534B4 (en)

Citations (1)

* 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

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6438031B1 (en) 2000-02-16 2002-08-20 Advanced Micro Devices, Inc. Method of programming a non-volatile memory cell using a substrate bias
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
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
JP2004006549A (en) 2002-06-03 2004-01-08 Mitsubishi Electric Corp Erasing method of information in nonvolatile 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

Patent Citations (1)

* 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

Also Published As

Publication number Publication date
DE102007003534A1 (en) 2008-08-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE112005001595B4 (en) A method for improving the erase voltage distribution for a flash memory array with dummy word lines
DE19724221B4 (en) Non-volatile memory
DE4311358C2 (en) Non-volatile semiconductor memory device and operating method for a non-volatile semiconductor memory device and method for programming information into a non-volatile semiconductor memory device
DE19600544C2 (en) Non-volatile semiconductor memory devices with a p-channel type memory cell
DE10012105B4 (en) Device for holding wheelchair at holding frame of motor-operated wheeled vehicle, has cable tightened against pretensioning of compression spring so that locking element is displaced from locking position into releasing position
DE2937337C2 (en) Electrically switchable, energy-independent storage system
DE69830647T2 (en) Floating gate memory with band-to-band tunneling induced injection of hot electrons from the substrate
DE112004001862T5 (en) Memory device and method of applying a positive gate load to recover too over-erased cell
DE3009719C2 (en)
DE10144700A1 (en) Non-volatile semiconductor memory arrangement e.g. MONOS- and NMOS-types, has memory zone regions overlapping ends of channel forming zone
DE3002493A1 (en) SUBSTRATE COUPLED STORAGE CELL WITH A FLOATING GATE AND METHOD FOR OPERATING THIS CELL
DE10164149A1 (en) Programming non-volatile semiconducting memory involves applying voltage sequence to trough regions, programming voltage to word lines as trough area biased by coupling voltage
DE112004000703B4 (en) A method of operating a dual cell memory device having an improved read margin over the lifetime
DE60037786T2 (en) Non-volatile semiconductor memory with two bit cells
DE10292284T5 (en) Non-volatile semiconductor memory
DE112016004357T5 (en) ASYMMETRIC FIELD EFFECT PASSTRANSISTOR FOR NON-VOLATILE MEMORY
DE10227551B4 (en) Memory clear process
DE60317930T2 (en) IMPROVED SYSTEM FOR PROGRAMMING NON-VOLATILE MEMORY CELL
JP2012064753A (en) Nonvolatile semiconductor storage device
DE102004063581A1 (en) Semiconductor element
DE19949805C2 (en) Nonvolatile random access memory element formed in silicon on insulator
DE112004000658B4 (en) A method of programming a dual cell memory device for storing multiple data states per cell
DE602004010055T2 (en) Non-volatile semiconductor memory cell and its operating method
DE102006041806A1 (en) Method and circuit for erasing a nonvolatile memory cell
EP1362332B1 (en) Time-detection device and time- detection method by using a semi-conductor element

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
R081 Change of applicant/patentee

Owner name: QIMONDA AG, DE

Free format text: FORMER OWNER: QIMONDA FLASH GMBH & CO. KG, QIMONDA AG, , DE

Effective date: 20110427

Owner name: INFINEON TECHNOLOGIES AG, DE

Free format text: FORMER OWNER: QIMONDA FLASH GMBH & CO. KG, QIMONDA AG, , DE

Effective date: 20110427

Owner name: POLARIS INNOVATIONS LTD., IE

Free format text: FORMER OWNERS: QIMONDA FLASH GMBH & CO. KG, 01099 DRESDEN, DE; QIMONDA AG, 81739 MUENCHEN, DE

Effective date: 20110427

R016 Response to examination communication
R081 Change of applicant/patentee

Owner name: INFINEON TECHNOLOGIES AG, DE

Free format text: FORMER OWNER: QIMONDA AG, 81739 MUENCHEN, DE

Owner name: POLARIS INNOVATIONS LTD., IE

Free format text: FORMER OWNER: QIMONDA AG, 81739 MUENCHEN, DE

R082 Change of representative

Representative=s name: MUELLER HOFFMANN & PARTNER PATENTANWAELTE MBB, DE

R081 Change of applicant/patentee

Owner name: POLARIS INNOVATIONS LTD., IE

Free format text: FORMER OWNER: INFINEON TECHNOLOGIES AG, 85579 NEUBIBERG, DE

R082 Change of representative

Representative=s name: MUELLER HOFFMANN & PARTNER PATENTANWAELTE MBB, DE

R018 Grant decision by examination section/examining division
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee