DE19941664A1 - Floating-Gate-Speicherzelle - Google Patents

Abstract

Serielle Anordnung mehrerer Floating-Gates (1) zwischen einem Source-Anschluß (S) und einem Drain-Anschluß (D), bei dem je zwei aufeinanderfolgende Teilzellen gegensinnig zueinander strukturiert und die Zuleitungen einer verzweigten schaltbaren Hochspannungszuleitung (4) versehen sind, die es gestatten, alle Teilzellen mit einer gleichen Programmierspannung zu beaufschlagen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Floating-Gate- Speicherzelle für erhöhte Zuverlässigkeitsanforderungen.

Nichtflüchtige Speicherzellen haben eine begrenzte Lebensdau­ er; ihre Funktion kann nur für eine Anzahl von Umprogrammier­ zyklen garantiert werden. Danach fallen Sie entweder ganz aus oder weisen zumindest stark eingeschränkte Datenhaltungsei­ genschaften auf. Bei bestimmten Anwendungen hängt die Funkti­ onsfähigkeit der gesamten Schaltung von der Zuverlässigkeit einer einzigen Speicherzelle ab, etwa bei Verwendung einer Speicherzelle als Flag-bit, das anzeigt, ob ein Programmier­ vorgang korrekt abgeschlossen bzw. autorisiert ausgeführt wurde. Gleichzeitig erfährt diese Speicherzelle eine stärkere Belastung, da bei jedem Programmier- oder Löschvorgang im Speicherarray auch diese Zelle umprogrammiert werden kann. Es existieren bereits Zellen mit zwei Floating-Gates, die durch Reihenschaltung der Gates den logischen Zustand der Zelle be­ wahren, auch wenn eines der beiden Gates die Ladung verliert. Die Zuverlässigkeit einer gegebenen Zellkonfiguration läßt sich auch durch den Einsatz mehrerer Zellen, die mit einer Logikschaltung überwacht werden, erhöhen. Diese Variante kann bei sicherheitsrelevanten Anwendungen nicht eingesetzt wer­ den, da sensible Daten aus dem EEPROM (electrically erasible programmable read only memory) ausgelesen und über Schaltstu­ fen geführt werden müssen, was ein Sicherheitsrisiko gegen externes Auslesen mit sich bringt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Floating- Gate-Speicherzelle anzugeben, die bei tolerierbarem Mehrauf­ wand gegenüber herkömmlichen Zellen die Zuverlässigkeit we­ sentlich erhöht und ausreichend sicher gegen unerwünschtes Auslesen ist.

Diese Aufgabe wird mit der Floating-Gate-Speicherzelle mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Ausgestaltungen erge­ ben sich aus dem abhängigen Anspruch.

Bei der erfindungsgemäßen Floating-Gate-Speicherzelle sind zwischen einem Source-Anschluß und einem Drain-Anschluß meh­ rere jeweils mit einem Floating-Gate versehene Kanalbereiche in Reihe geschaltet, und es ist für die Programmierung eine verzweigte Hochspannungszuleitung vorhanden, mit der die Teilzellen mit der Programmierspannung beaufschlagt werden können.

Die Erfindung wird erläutert anhand des in den beigefügten Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels einer besonders bevorzugten Ausgestaltung.

Fig. 1 zeigt ein Detail aus einer erfindungsgemäßen Spei­ cherzelle in Aufsicht.

Fig. 2 zeigt einen größeren Ausschnitt aus der erfindungs­ gemäßen Speicherzelle in Aufsicht.

In Fig. 1 ist im Schema in Aufsicht ein kleiner Ausschnitt aus einer Reihenschaltung mehrerer Teilzellen zwischen einem Source-Anschluß S und einem Drain-Anschluß D dargestellt. Je­ de Teilzelle ist mit einem Floating-Gate 1 versehen. Die dar­ unter befindlichen Kanalbereiche der Zelle sind in diesem Beispiel als Tunnelfenster 2 schematisch eingezeichnet. Es ist hier auch eine Zelle ohne explizites Tunnelfenster, z. B. eine Flash-Zelle, verwendbar. Die Floating-Gates 1 werden von einer gestrichelt eingezeichneten gemeinsamen Elektrode als Kontroll-Gate 3 überdeckt. Jeder Kanalbereich mit einem Floa­ ting-Gate bildet eine Teilzelle der Speicherzelle. Beim Aus­ fall einer solchen Teilzelle wird diese dauerhaft leitend und schließt sich damit selbst kurz. Der entstehende Kurzschluß zwischen Drain und der Elektrode des Floating-Gate steuert den Kanal auf, sobald ein positives Potential am Drain- Anschluß anliegt. Da in der Anordnung eine Vielzahl von Teil­ zellen in Reihe geschaltet sind, die eine logische AND- Schaltung bilden, wird die Zelle zwischen Source und Drain nur dann leitend, wenn alle Teilzellen leitend sind. Beim Ausfall einer oder mehrerer Teilzellen kann die gesamte Spei­ cherzelle durch die verbleibenden Floating-Gates gesperrt werden, die alle gemeinsam über das Kontroll-Gate 3 angesteu­ ert werden. Beim Ausfall einer oder mehrerer Teilzellen tra­ gen daher die verbleibenden Teilzellen die Funktion der Spei­ cherzelle weiter, da der Kanal bereits durch ein einziges funktionierendes Floating-Gate gesperrt wird. Durch Erhöhung der Anzahl der Teilzellen kann die Zuverlässigkeit der Ge­ samtzelle erhöht werden.

Dabei muß allerdings sichergestellt werden, daß die Teilzel­ len effizient programmiert und gelöscht werden können. Jede Teilzelle verursacht einen Abfall der Programmierspannung im Source-Drain-Kanal, das heißt zwischen den Anschlüssen von Source S und Drain D. Um zu vermeiden, daß nur eine sehr kleine Anzahl von Teilzellen hintereinander geschaltet werden kann, weil anderenfalls die Programmierspannung für die in Reihe nachgeschalteten Teilzellen nicht mehr ausreicht, wird erfindungsgemäß eine Hochspannungszuleitung 4 mit mehreren Zuleitungen zu den Teilzellen verwendet, um die Teilzellen individuell mit der Programmierspannung beaufschlagen zu kön­ nen.

Dazu sind in diesem Beispiel jeweils zwei aufeinanderfolgende Teilzellen gegensinnig zueinander strukturiert. Dazwischen befindet sich jeweils eine Zuleitung von der Hochspannungszu­ leitung 4, wie das in Fig. 1 dargestellt ist. So wird ge­ währleistet, daß jede Teilzelle mit der gleichen Program­ mierspannung beaufschlagt wird. Bei der erfindungsgemäßen Speicherzelle lassen sich daher beliebig viele Teilzellen in Reihe schalten. Damit die Stromergiebigkeit der Gesamtanord­ nung nicht zu stark absinkt, kann der Kanalbereich geeignet aufgeweitet, das heißt mit einem größeren Querschnitt verse­ hen werden. Zum Programmieren wird die Hochspannung über eine Auswahl-Gate-Elektrode 5 zu- bzw. abgeschaltet. Zur Ansteue­ rung der Zelle ist eine Auswahl-Gate-Elektrode 6 als Source- Schalter oder Drain-Schalter vorhanden, die in Fig. 1 in ei­ ner möglichen Ausgestaltung eingezeichnet ist.

Fig. 2 zeigt zur Verdeutlichung der Speicherzellenanordnung einen größeren Ausschnitt aus der Aufsicht auf eine solche Speicherzelle. Es ist dabei deutlich zu erkennen, daß in die­ sem Beispiel für aufeinanderfolgende Paare von Teilzellen je­ weils eine Zuleitung von der Hochspannungszuleitung 4 ab­ zweigt. Das Kontroll-Gate 3 ist allen Floating-Gates gemein­ sam und kann zum Beispiel die in Fig. 2 gestrichelt einge­ zeichnete Strukturierung besitzen.

Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Speicherzelle besteht darin, daß die Zuverlässigkeit der Speicherzelle je nach Bedarf stufenweise eingestellt werden kann, ohne daß zu­ sätzliche Schaltungslogik erforderlich ist. Das ist eine Vor­ aussetzung für den Einsatz der Speicherzelle bei sicherheits­ relevanten Signalverarbeitungen. Vorteilhaft ist insbesonde­ re, daß die Teilzellen von einem gemeinsamen Kontroll-Gate bedeckt sein können, so daß die Anordnung nicht mehr ohne weiteres als Speicherzelle erkennbar ist, was einen zusätzli­ chen Schutz gegen unerwünschtes Auslesen des Zelleninhaltes bietet.

Claims (2)

1. Floating-Gate-Speicherzelle mit einem Source-Anschluß, einem Drain-Anschluß, mit einem mit einem Floating-Gate (1) versehenen Kanalbereich (2), mit einem Kontroll-Gate (3) zur Ansteuerung und mit einer schaltbaren Hochspan­ nungszuleitung (4), mit der die Zelle mit einer Program­ mierspannung beaufschlagt werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere mit Floating-Gates (1) versehene Kanalberei­ che oder Abschnitte eines Kanalbereiches als Teilzellen in Reihe hintereinander zwischen dem Source-Anschluß und dem Drain-Anschluß angeordnet sind und daß die Hochspannungszuleitung (4) in mehrere Zuleitungen verzweigt ist, mit denen jeweils mindestens zwei Teilzel­ len mit der Programmierspannung beaufschlagt werden kön­ nen.

2. Floating-Gate-Speicherzelle nach Anspruch 1, bei der zwei aufeinanderfolgende Teilzellen gegensinnig zueinander strukturiert sind und bei der die Zuleitungen, in die die Hochspannungszulei­ tung (4) verzweigt ist, jeweils zu zwei Teilzellen ge­ führt sind.