DE19857610A1 - Verfahren zur Programmierung von leistungsunabhängigen Speicherbausteinen mit einer Zellenmatrix von Nicht-Und-Typ - Google Patents
Verfahren zur Programmierung von leistungsunabhängigen Speicherbausteinen mit einer Zellenmatrix von Nicht-Und-TypInfo
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Description
Die Erfindung betrifft das Gebiet der leistungsunabhängigen
(nichtflüchtigen) Halbleiterspeicherbausteine und
insbesondere ein Verfahren zur Programmierung von
leistungsunabhängigen EEPROM-(elektrisch löschbarer und
programmierbarer Nur-Lese-Speicher)-Bausteinen mit einer
Zellenmatrix vom NICHT-UND-Typ.
Um die Speicherkapazität zu erhöhen, wurden EEPROMs mit
Speicherzellen mit NICHT-UND-Struktur (nachstehend als
"NICHT-UND-Zellenketten" bezeichnet) entwickelt. Mit Bezug
auf Fig. 1 sind zwei NICHT-UND-Zellenketten 102 und 104
dargestellt, die mit Bitleitungen BL1 bzw. BL2 verbunden
sind. Wie gezeigt, umfaßt eine NICHT-UND-Zellenkette 102
oder 104 zwei Ansteuerungstransistoren Mss und Mgs und
Speicherzellentransistoren M1 bis Mi, deren Drain-Source- Pfade zwischen einem Sourceanschluß des Ketten- Ansteuerungstransistors Mss und einem Drainanschluß des Masse-(oder Source-)-Ansteuerungstransistors Mgs in Reihe geschaltet sind.
Speicherzellentransistoren M1 bis Mi, deren Drain-Source- Pfade zwischen einem Sourceanschluß des Ketten- Ansteuerungstransistors Mss und einem Drainanschluß des Masse-(oder Source-)-Ansteuerungstransistors Mgs in Reihe geschaltet sind.
Der Drainanschluß und der Sourceanschluß von jedem der
Speicherzellentransistoren M1 bis Mi sind durch seinen
Kanal voneinander beabstandet. Ferner ist sein schwebendes
Gate auf einem Tunneloxidfilm über dem Kanal ausgebildet
und sein Steuergate ist auf einer dielektrischen
Zwischenschicht über dem schwebenden Gate ausgebildet. Ein
Drainanschluß des Ketten-Ansteuerungstransistors Mss ist
mit der Bitleitung BL1 oder BL2 verbunden und ein
Sourceanschluß des Masse-Ansteuerungstransistors Mgs ist
mit einer gemeinsamen Source-Leitung (nicht dargestellt)
verbunden, die während entweder einer Programmier- oder
einer Leseoperation geerdet wird. Die Gates des Ketten-
Ansteuerungstransistors Mss und des Masse-
Ansteuerungstransistors Mgs sind mit einer Ketten-
Ansteuerungsleitung SSL bzw. einer Masse-
Ansteuerungsleitung GSL gekoppelt. Die Gates der
Speicherzellentransistoren M1 bis Mi sind jeweils mit
Wortleitungen WL1 bis WLi verbunden.
Da die Anzahl der mit der Bitleitung verbundenen
Kontaktlöcher pro Speicherzellentransistor verringert ist,
können bei der vorstehend beschriebenen NICHT-UND-Struktur
EEPROMs mit einer hochdichten Speicherkapazität erreicht
werden.
Eine herkömmliche Programmieroperation der EEPROMs mit
NICHT-UND-Struktur wird nachstehend beschrieben.
Vor der Programmierung der Speichertransistoren eines
EEPROMs mit NICHT-UND-Struktur wird normalerweise eine
Löschoperation durchgeführt. Bei dieser Operation wird die
Löschung der Speicherzellentransistoren M1 bis Mi durch
Anlegen eines Löschpotentials, wie z. B. 20 Volt, an ein
Halbleitersubstrat und Anlegen eines Referenzpotentials,
wie z. B. 0 Volt (d. h. Massespannung VSS), an die
Wortleitungen WL1 bis WLi durchgeführt. Von den schwebenden
Gates der Speicherzellentransistoren M1 bis Mi gespeicherte
Elektronen werden durch Fowler-Nordheim-Durchtunnelung (F-
N-Durchtunnelung) abgezogen und dadurch werden die
Speicherzellentransistoren M1 bis Mi in
Verarmungstransistoren umgewandelt. Es wird allgemein
angenommen, daß gelöschte Speicherzellentransistoren eine
logische "0" als Daten speichern.
Nach einer solchen Löschoperation wird eine Programmier-
oder Schreiboperation durchgeführt, wie in Fig. 2
dargestellt, die ein Ablaufdiagramm einer herkömmlichen
Programmieroperation ist. Beispielsweise nehme man an, daß
der Speicherzellentransistor M5 programmiert werden soll.
Bei dieser Operation wird mit Bezug auf Fig. 2 zuerst eine
Versorgungsspannung VCC und eine Massespannung VSS an die
Ketten-Ansteuerungsleitung SSL bzw. die Masse-
Ansteuerungsleitung GSL angelegt. Ferner wird jede der
Bitleitungen BL1 und BL2 mit entweder der Massespannung VSS
(Daten "0") oder der Versorgungsspannung VCC (Daten "1")
gemäß dem zu programmierenden Datenzustand gespeist. Hierin
wird angenommen, daß die Bitleitungen BL1 und BL2 mit der
Versorgungsspannung VCC (Daten "1") bzw. der Massespannung
VSS (Daten "0") gespeist werden. Anschließend wird eine
Durchlaßspannung VDurch, wie z. B. 8 Volt, an die
Wortleitungen WL1-WL4 und WL6-WLi, d. h. die nicht
angesteuerten Wortleitungen mit Ausnahme einer
angesteuerten Wortleitung WL5, angelegt und das
Halbleitersubstrat wird mit einem Referenzpotential, wie
z. B. der Massespannung VSS gespeist. Nach dem Ablauf einer
vorgegebenen Zeit wird an die Wortleitungen WL4 und WL6,
die zur angesteuerten Wortleitung WL5 benachbart sind, eine
Spannung, die niedriger ist als die Durchlaßspannung VDurch,
beispielsweise die Massespannung VSS, angelegt.
Anschließend wird eine Programmierspannung VPgm, wie z. B. 18
Volt, an die angesteuerte Wortleitung WL5 angelegt.
Bei einer solchen Programmieroperation wird der Ketten-
Ansteuerungstransistor Mss in der Kette 102, die mit der
Bitleitung BL1 mit der Versorgungsspannung VCC gekoppelt
ist, gesperrt, so daß die Zellenkette 102 schwebt. Somit
werden das Source-, das Drain- und das Kanalpotential des
angesteuerten Zellentransistors M5 in der Kette 102
aufgrund der kapazitiven Kopplung erhöht, wenn die
Programmierspannung VPgm an das Steuergate des Transistors
M5 in der Kette 102 angelegt wird. Die Differenz zwischen
dem Potential des Steuergates und dem Potential des Source-
Drain-Kanals ist nämlich nicht groß genug, um F-N-
Durchtunnelung auftreten zu lassen. Somit bleibt der
angesteuerte Zellentransistor M5 in der Kette 102 gelöscht.
Das Source-, das Drain- und das Kanalpotential des
angesteuerten Zellentransistors M5 in der Kette 104 sind im
Gegenteil gleich der Massespannung VSS, da der Ketten-
Ansteuerungstransistor Mss in der Kette 104, die mit der
Bitleitung BL2 mit der Massespannung VSS gekoppelt ist,
durchgesteuert wird, wodurch Elektronen eingefangen werden
und sich am schwebenden Gate des Transistors M5 in der
Kette 104 durch F-N-Durchtunnelung anreichern, wenn die
Programmierspannung VPgm an das Steuergate des Transistors
M5 in der Kette 104 angelegt wird. Die Anreicherung einer
großen Menge von eingefangenen Elektronen am schwebenden
Gate bewirkt, daß die effektive Schwellenspannung des
Zellentransistors M5 in der Kette 104 steigt (z. B. etwa 6-7
V). Folglich wird der angesteuerte Zellentransistor M5 in
der Kette 104 in einen Anreicherungstransistor umgewandelt,
das heißt, der Transistor M5 der Kette 104 wird
programmiert. Es wird im allgemeinen angenommen, daß ein
programmierter Speicherzellentransistor eine logische "1"
als Daten speichert.
Bei der vorstehend beschriebenen Programmierung ist es
erforderlich, daß der nicht angesteuerte Zellentransistor,
der zu einem angesteuerten Zellentransistor benachbart ist
und zwischen dem angesteuerten Zellentransistor und dem
Ketten-Ansteuerungstransistor Mss angeordnet ist, gelöscht
bleibt, um F-N-Durchtunnelung hervorzurufen. Aus diesem
Grund sollte die Programmierung immer der Reihe nach vom
Zellentransistor M1, der zum Masse-Ansteuerungstransistor
Mgs benachbart ist, zum Zellentransistor Mi hin, der zum
Ketten-Ansteuerungstransistor Mss benachbart ist,
durchgeführt werden.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur
Programmierung eines leistungsunabhängigen EEPROM-Bausteins
mit NICHT-UND-Struktur bereitzustellen, das zur
Programmierung des Speicherbausteins ohne Einschränkung der
Programmierreihenfolge in der Lage ist.
Ein elektrisch löschbarer und programmierbarer,
leistungsunabhängiger Halbleiterbaustein umfaßt eine Kette
von einer Vielzahl von Speicherzellentransistoren und eine
Vielzahl von Wortleitungen. Jeder Zellentransistor weist
einen Sourceanschluß, einen Drainanschluß, einen Kanal, ein
schwebendes Gate und ein Steuergate auf. Die Steuergates
der Zellentransistoren sind mit den Wortleitungen
verbunden. Die Source-Drain-Kanäle der Zellentransistoren
sind zwischen einer Ketten-Ansteuerungsschaltung zum
Ansteuern der Zellenkette und einer Referenz-
Ansteuerungsschaltung zum Liefern eines Referenzpotentials
an die Zellenkette in Reihe geschaltet.
Ein Verfahren zur Programmierung des vorstehend
beschriebenen Speicherbausteins umfaßt Ansteuern der
Zellenkette mittels der Ketten-Ansteuerungsschaltung,
Ansteuern von einer der Wortleitungen, Anlegen einer
Durchlaßspannung an nicht angesteuerte Wortleitungen,
Anlegen einer Spannung, die niedriger ist als die
Durchlaßspannung, an die Wortleitung, die zur angesteuerten
Wortleitung benachbart ist und zwischen der angesteuerten
Wortleitung und der Referenz-Ansteuerungsschaltung
angeordnet ist, und Anlegen einer Programmierspannung an
die angesteuerte Wortleitung. Bei einer Ausführungsform ist
die Spannung, die niedriger ist als die Durchlaßspannung,
gleich dem Massepotential.
Wie aus dem vorangehenden ersichtlich ist, ist es gemäß dem
Programmierverfahren der Erfindung nicht erforderlich, daß
der nicht angesteuerte Zellentransistor, der zu einem
angesteuerten Zellentransistor benachbart ist und zwischen
dem angesteuerten Zellentransistor und dem Ketten-
Ansteuerungstransistor angeordnet ist, gelöscht bleibt.
Infolgedessen kann die NICHT-UND-Zellenmatrix unabhängig
von der Programmierreihenfolge programmiert werden.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher
erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Ersatzschaltbild von typischen NICHT-UND-
Zellenketten eines EEPROM-Bausteins;
Fig. 2 ein Ablaufdiagramm, das eine herkömmliche
Programmieroperation für den Baustein von Fig. 1
erläutert; und
Fig. 3 ein Ablaufdiagramm, das eine Programmieroperation
für einen EEPROM-Baustein mit einer Zellenmatrix
mit NICHT-UND-Struktur gemäß der vorliegenden
Erfindung erläutert.
Fig. 1 stellt einen Ersatzschaltungsplan von zwei mit
Bitleitungen BL1 bzw. BL2 verbundenen EEPROM-NICHT-UND-
Zellenketten 102 und 104 dar, auf die diese Erfindung
anwendbar ist. Wie gezeigt, umfassen jeweilige NICHT-UND-
Zellenketten 102 und 104 eine Ketten-Ansteuerungsschaltung
mit Ansteuerungstransistoren Mss, eine Referenz-
Ansteuerungsschaltung mit Ansteuerungstransistoren Mgs, und
Speicherzellentransistoren M1 bis Mi. In jeder Zellenkette
102 oder 104 sind die Drain-Source-Pfade der
Speicherzellentransistoren M1 bis Mi zwischen der Ketten-
Ansteuerungsschaltung und der Referenz-
Ansteuerungsschaltung, d. h. zwischen einem Sourceanschluß
eines entsprechenden Ketten-Ansteuerungstransistors Mss und
einem Drainanschluß eines entsprechenden Masse-
Ansteuerungstransistors Mgs in Reihe geschaltet. Die
Ketten-Ansteuerungsschaltung steuert Zellenketten 102 und
104 an, und eine Referenz-Ansteuerungsschaltung liefert ein
Referenzpotential, wie z. B. das Massepotential VSS, zu den
Zellenketten 102 und 104.
Der Drainanschluß und der Sourceanschluß von jedem der
Speicherzellentransistoren M1 bis Mi sind durch seinen
Kanal voneinander beabstandet. Ferner ist sein schwebendes
Gate auf einem Tunneloxidfilm über dem Kanal ausgebildet
und sein Steuergate ist auf einer dielektrischen
Zwischenschicht über dem schwebenden Gate ausgebildet. Ein
Drainanschluß des Ketten-Ansteuerungstransistors Mss ist
mit der Bitleitung BL1 oder BL2 verbunden und ein
Sourceanschluß des Masse-Ansteuerungstransistors Mgs ist
mit einer gemeinsamen Source-Leitung (nicht dargestellt)
verbunden, die während entweder einer programmier- oder
einer Leseoperation geerdet wird. Die Gates des Ketten-
Ansteuerungstransistors Mss und des Masse-
Ansteuerungstransistors Mgs sind mit einer Ketten-
Ansteuerungsleitung SSL bzw. einer Masse-
Ansteuerungsleitung GSL gekoppelt. Die Gates der
Speicherzellentransistoren M1 bis Mi sind jeweils mit
Wortleitungen WL1 bis WLi verbunden.
Fig. 3 ist ein Ablaufdiagramm, das eine
Programmieroperation von EEPROM-Bausteinen mit NICHT-UND-
Struktur gemäß der Erfindung erläutert. Ab jetzt wird ein
Programmierverfahren der Erfindung mit Bezug auf Fig. 3
beschrieben.
Vor der Programmierung der Speichertransistoren eines
EEPROMs mit NICHT-UND-Struktur wird normalerweise eine
Löschoperation durchgeführt. Bei dieser Operation wird die
Löschung der Speicherzellentransistoren M1 bis Mi durch
Anlegen eines Löschpotentials, wie z. B. 20 Volt, an ein
Halbleitersubstrat und Anlegen eines Referenzpotentials,
wie z. B. 0 Volt (d. h. Massespannung VSS), an die
Wortleitungen WL1 bis WLi durchgeführt. Von den schwebenden
Gates der Speicherzellentransistoren M1 bis Mi gespeicherte
Ladungsträger (d. h. Elektronen) werden durch F-N-
Durchtunnelung abgezogen und dadurch werden die
Speicherzellentransistoren M1 bis Mi in
Verarmungstransistoren umgewandelt.
Nach einer solchen Löschoperation wird eine Programmier-
oder Schreiboperation durchgeführt, wie in Fig. 3
dargestellt. Beispielsweise wird hierin angenommen, daß der
Speicherzellentransistor M5 programmiert werden soll. Bei
dieser Operation wird zuerst eine Versorgungsspannung VCC
und eine Massespannung VSS an die Ketten-
Ansteuerungsleitung SSL bzw. die Masse-Ansteuerungsleitung
GSL angelegt. Ferner wird jede der Bitleitungen BL1 und BL2
mit entweder der Massespannung VSS (Daten "0") oder der
Versorgungsspannung VCC (Daten "1") gemäß dem zu
programmierenden Datenzustand gespeist. Es wird angenommen,
daß die Bitleitungen BL1 und BL2 mit der
Versorgungsspannung VCC (Daten "1") bzw. der Massespannung
VSS (Daten "0") gespeist werden. Anschließend werden alle
Wortleitungen WL1-WL4 und WL6-WLi (d. h. die nicht
angesteuerten Wortleitungen) bis auf eine angesteuerte
Wortleitung WL5 mit einer Durchlaßspannung VDurch, wie z. B.
8 Volt, gespeist und das Halbleitersubstrat wird mit einem
Referenzpotential, wie z. B. der Massespannung VSS,
gespeist. Nach dem Ablauf einer vorgegebenen Zeit wird nur
an die Wortleitung WL4, die zur angesteuerten Wortleitung
WL5 benachbart ist und zwischen der angesteuerten
Wortleitung WL5 und der Masse-Ansteuerungsleitung GSL
angeordnet ist, eine Spannung, die niedriger ist als die
Durchlaßspannung VDurch, beispielsweise die Massespannung
VSS, angelegt. Somit wird der nicht angesteuerte
Zellentransistor M6, der zum angesteuerten Transistor M5
benachbart ist und zwischen dem angesteuerten Transistor M5
und dem Ketten-Ansteuerungstransistor Mss angeordnet ist,
bei dieser Operation ungeachtet seines programmierten
Zustands leitend gehalten. Dies bedeutet, daß es nicht
erforderlich ist, daß der nicht angesteuerte
Zellentransistor, der zu einem angesteuerten
Zellentransistor benachbart ist und zwischen dem
angesteuerten Zellentransistor und dem Ketten-
Ansteuerungstransistor Mss angeordnet ist, gelöscht bleibt.
Folglich ist es möglich, die NICHT-UND-Zellenmatrix in
einer willkürlichen Reihenfolge zu programmieren.
Anschließend wird eine Programmierspannung VPgm, wie z. B. 18
Volt, an die angesteuerte Wortleitung WL5 angelegt.
Bei einer solchen Programmieroperation wird der Ketten-
Ansteuerungstransistor Mss in der Kette 102, die mit der
Bitleitung BL1 mit der Versorgungsspannung VCC gekoppelt
ist, gesperrt, so daß die Zellenkette 102 schwebt. Somit
werden das Source-, das Drain- und das Kanalpotential des
angesteuerten Zellentransistors M5 in der Kette 102
aufgrund der kapazitiven Kopplung erhöht, wenn die
Programmierspannung VPgm an das Steuergate des Transistors
M5 in der Kette 102 angelegt wird. Die Potentialdifferenz
zwischen dem Steuergate und dem Sourceanschluß ist nämlich
zu klein, um F-N-Durchtunnelung auftreten zu lassen. Somit
bleibt der angesteuerte Zellentransistor M5 in der Kette
102 gelöscht.
Da jedoch der Ketten-Ansteuerungstransistor Mss in der
Kette 104, die mit der Bitleitung BL2 mit der Massespannung
VSS gekoppelt ist, durchgesteuert wird, sind das Source-,
das Drain- und das Kanalpotential des angesteuerten
Zellentransistors M5 in der Kette 104 gleich der
Massespannung VSS, wodurch Elektronen in dem schwebenden
Gate des Transistors M5 in der Kette 104 durch F-N-
Durchtunnelung angereichert werden, wenn die
Programmierspannung VPgm an das Steuergate des Transistors
M5 in der Kette 104 angelegt wird. Folglich wird der
angesteuerte Zellentransistor M5 in der Kette 104 in einen
Anreicherungstransistor umgewandelt, das heißt, der
Transistor M5 der Kette 104 wird programmiert.
Wie vorstehend beschrieben, ist es gemäß der vorliegenden
Erfindung nicht erforderlich, daß der nicht angesteuerte
Zellentransistor, der zu einem angesteuerten
Zellentransistor benachbart ist und zwischen dem
angesteuerten Zellentransistor und dem Ketten-
Ansteuerungstransistor Mss angeordnet ist, gelöscht bleibt.
Somit kann die Programmieroperation für die NICHT-UND-
Zellenmatrix ohne Berücksichtigung der
Programmierreihenfolge durchgeführt werden.
In den Zeichnungen und der Beschreibung wurde eine typische
bevorzugte Ausführungsform der Erfindung offenbart und,
obwohl spezielle Begriffe verwendet werden, werden sie nur
im Sinne von Oberbegriffen und zur Beschreibung und nicht
zum Zweck der Einschränkung verwendet, wobei der
Schutzbereich der Erfindung in den folgenden Ansprüchen
dargelegt ist.
Claims (2)
1. Verfahren zum Programmieren eines elektrisch
löschbaren und programmierbaren, leistungsunabhängigen
Halbleiterbausteins mit einer Kette von einer Vielzahl von
Speicherzellentransistoren und einer Vielzahl von
Wortleitungen; wobei jeder Zellentransistor einen
Sourceanschluß, einen Drainanschluß, einen Kanal, ein
schwebendes Gate und ein Steuergate aufweist; die
Steuergates der Zellentransistoren mit den Wortleitungen
verbunden sind; die Source-Drain-Kanäle der
Zellentransistoren zwischen einer Ketten-
Ansteuerungsschaltung zum Ansteuern der Zellenkette und
einer Referenz-Ansteuerungsschaltung zum Vorsehen eines
Referenzpotentials in Reihe geschaltet sind; wobei das
Verfahren die Schritte umfaßt:
Ansteuern der Zellenkette mittels der Ketten- Ansteuerungsschaltung;
Ansteuern von einer der Wortleitungen;
Anlegen einer Durchlaßspannung an nicht angesteuerte Wortleitungen;
Anlegen einer Spannung, die niedriger ist als die Durchlaßspannung, an die Wortleitung, die zur angesteuerten Wortleitung benachbart ist und zwischen der angesteuerten Wortleitung und der Referenz-Ansteuerungsschaltung angeordnet ist; und
Anlegen einer Programmierspannung an die angesteuerte Wortleitung.
Ansteuern der Zellenkette mittels der Ketten- Ansteuerungsschaltung;
Ansteuern von einer der Wortleitungen;
Anlegen einer Durchlaßspannung an nicht angesteuerte Wortleitungen;
Anlegen einer Spannung, die niedriger ist als die Durchlaßspannung, an die Wortleitung, die zur angesteuerten Wortleitung benachbart ist und zwischen der angesteuerten Wortleitung und der Referenz-Ansteuerungsschaltung angeordnet ist; und
Anlegen einer Programmierspannung an die angesteuerte Wortleitung.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Spannung, die
niedriger ist als die Durchlaßspannung, gleich dem
Massepotential ist.
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