DE2613895A1 - FET data storage element with low driving voltages - uses overlapped gate electrodes and depends on avalanche effects in telephone exchanges - Google Patents
FET data storage element with low driving voltages - uses overlapped gate electrodes and depends on avalanche effects in telephone exchangesInfo
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Abstract
Description
n-Kanal-Seicher-FETn-channel safe FET
Die Erfindung betrifft eine vorteilhafte Fortbildung des im derzeitigen Anspruch 6 der Hauptanmeldung P 25 13 907.4-33 = VPA 75 P 6039 BRD angegebenen n-Kanal-Speicher-FET. Die zu E Erfindung betrifft ausserdem die gleiche vorteilhafte Fortbildung von eiterbildungen des in diesem Anspruch 6 der Hauptanmeldung angegebenen n-Kanal-Speicher-FET. Die Hauptanmeldung stellt ihrerseits einen Zusatz zur Anmeldung P 24 45 137.4-33 dar. Sowohl der wesentliche Inhalt der zuletzt genannten Anmeldung als auch der wesentliche Inhalt der Hauptanmeldung ist bereits im zu beiden Anmeldungen korrespondierenden luxemburgischen Patent 72.605 angegeben.The invention relates to an advantageous development of the current Claim 6 of the main application P 25 13 907.4-33 = VPA 75 P 6039 BRD specified n-channel memory FET. The invention also relates to the same advantageous further development of pus formations of the n-channel memory FET specified in this claim 6 of the parent application. the The main application itself is an addition to application P 24 45 137.4-33. Both the essential content of the last-mentioned application and the essential one The content of the main registration is already in the corresponding to both registrations Luxembourg patent 72,605.
Die Erfindung geht also vom Anspruch 6 der Hauptanmeldung aus, also von einem n-Kanal-Speicher-FET mit wenigstens einem Gate, nämlich mit einem allseitig von einem Isolator umgebenen, floatenden Speichergate, bei dem zur Umladung des Speichergate die Elektronen injizierende Ranalijektion - d.h. Umladung durch im eigenen leitenden Kanal stark beschleunigte und hierdurch aufgeheizte Elektronen, die wegen ihrer Aufheizung durch ein in Source-Drain-Richtung wirkendes elektrisches Feld die Energieschwelle zum Leitfähigkeitsband des Isolators überwinden und dadurch zum Speichergate gelangen - ausgenutzt wird, wobei die Kanalinjektion zum Programmieren, also Aufladen des Speichergate, ausgenutzt wird, so dass das Speichergate nach dieser Aufladung mittels seiner negativen Ladung durch Influenz in den Source-Drain-Strom hemmender Weise auf die Source-Drain-Strecke einwirkt, wobei ein zusätzliches, einen Anschluss aufweisendes, steuerbares Steuergate vorgesehen ist, das kapazitiv auf das Speichergate wirkt, wobei das Speichergate be gleich der Kanallänge nur einen sich über die ganze Breite des Kanals erstreckenden ersten Teil des Kanals beedeckt, wlchr diejenig Kanalstelle enthält, von der aus mittels Kanalinäektion beim Programmieren die aufgeheizten Elektronen zum Speichergate gelangen, oder welche zumindest an diese Kanalstelle angrenzt, wobei zwar das Steuergate, aber ich das Speichergate, den restlichen, elektrisch in Reihe liegenden Teil des Kanals bedeckt und wobei sein Speichergate seitlich von Kanal eine leitende, vom Substrat durch eine Dickoxydschicht isolierte Verbindung mit einem außerhalb des Kanals angebrachten, leitenden Lappen aufweist, der einen Teil der Source oder des Drain über eine Dünnoxydschicht bedeckt. The invention is based on claim 6 of the main application, so from an n-channel memory FET with at least one gate, namely with one on all sides surrounded by an insulator, floating memory gate, in which the Storage gate the electron injecting Rana injection - i.e. charge reversal by im own conductive channel strongly accelerated and thereby heated electrons, due to their heating by an electrical one acting in the source-drain direction Field to overcome the energy threshold to the conductivity band of the insulator and thereby get to the memory gate - is exploited, whereby the channel injection for programming, thus charging the storage gate, is exploited, so the storage gate after this Charging by means of its negative charge by influencing the source-drain current acts inhibitory manner on the source-drain path, with an additional, a Connection having controllable control gate is provided, which is capacitive the memory gate acts, the memory gate being equal to only one channel length extending over the entire width of the channel first part of the Canal covered, which contains the canal site from which by means of canal incection When programming the heated electrons get to the memory gate, or which one at least adjoins this channel point, although the control gate, but I do Memory gate, covering the remaining, electrically in series part of the channel and its memory gate laterally from the channel a conductive one from the substrate through a thick oxide layer insulated connection with one attached outside the duct, having conductive tabs covering part of the source or drain over a thin oxide layer covered.
Falls der Lappen die Source bedeckt, erfolgt die Löschung zur Source hin. Der Lappen L dient nämlich, wie in der Hauptanmeeldung beschrieben ist, insbesondere zum Löschen, also zum Entladen des Speichergate G1. Der Lappen L, der über die durch eine Dickoxydschicht vom Substrat isolierte Verbindung mit dem Speichergate verbunden ist, gestattet nämlich, das programmierte, also negativ mittels Kanalinäektion aufgeladene Speichergate zu löschen, d.h. zu entladen, z.B. indem am pn-Übergang unter dem Lappen, also am pn-Ubergang zwischen Source und Substrat, ein Avalanchedurchbruch erzeugt wird, wodurch dort mittels des Avalancheffektes aufgeheizte Löcher durch den Isolator zum Lappen gelangen und dadurch das Speichergate entladen. Auf diese und weitere Löschmethoden ist bereits in der Hauptanmeldung, Seite 15, Zeile 22 bis Seite 16, Zeile 37 hingewiesen.If the rag covers the source, the erasure to the source occurs there. The flap L serves, as described in the main application, in particular for erasing, i.e. for discharging the memory gate G1. The lobe L, which passes over the through a thick oxide layer isolated from the substrate connection is connected to the memory gate is, namely, allowed, the programmed, i.e. negatively charged by means of sewer incision To delete the storage gate, i.e. to discharge it, e.g. by placing at the pn junction under the tab, thus an avalanche breakdown is produced at the pn junction between source and substrate is, whereby there heated holes by means of the avalanche through the insulator get to the cloth and thereby discharge the storage gate. On this and others Deletion methods is already in the main application, page 15, line 22 to page 16, Line 37 pointed out.
In der Hauptanmeldung ist auch beschrieben, dass der restliche Teil des Kanals in zwei Abschnitte geteilt sein kann, zwischen denen der erste Teil des Kanals liegt.In the main application it is also described that the remaining part of the canal can be divided into two sections, between which the first part of the Canal lies.
Der in Anspruch 6 der Hauptanmeldung beschriebene n-Kanal-Spelcher-FET hat den Vorteil, mit niedrigen Betriebs spannungen programmiert werden zu können, und darüberhinaus über den Lappen sogar übermässig gelöscht werden zu können, da eine positive Speichergateaufladung unschädlich für den Betrieb dieses FET ist.The n-channel spelcher FET described in claim 6 of the parent application has the advantage of being able to be programmed with low operating voltages, and in addition to being able to be erased excessively over the cloth, there a positive storage gate charge is harmless to the operation of this FET.
Das ist bereits in der Hauptanmeeldung beschrieben. Dieser Soeicher-FET ist also besonders betriebssicher und zudem mit niedrigen Betriebsspannungen programmierbar.This is already described in the main application. This Soeicher FET is therefore particularly reliable and also with low Operating voltages programmable.
Durch Japan J. Appl. Phys. 13 (1974) hier. 2, 367/368 sind experimentell geprüfte Formeln, bezüglich eines gewöh@lichen MOS-FET, für die Abhängigkeit der Avalanckee-Durchbruchspannung an eine Source-Substrat-pn-Übergang von der Isolatordicke bekannt. D2-nach sinkt die Avalanche-Durchbruchspannung, je dünner der Isolator zwischen dem Gate und dem pn-Übergang ist.By Japan J. Appl. Phys. 13 (1974) here. 2, 367/368 are experimental tested formulas, regarding a common MOS-FET, for the dependency of the Avalanche breakdown voltage at a source-substrate pn junction of the insulator thickness known. D2-after, the avalanche breakdown voltage decreases the thinner the insulator between the gate and the pn junction.
Durch ein Vortragsraanuskript von Kikuchi, Chya, Kamaya, Koike und Yamamoto anlässlich der First Europa Solid State Circuits Conference, 2. - 5. September 1975, Canterbury, England, in@besondere Fig. 1 und 2, ist ein im "gelöschten" Zustand leitender n-KanaI-SAiS-Speicher-FET mit dann positiv gelandem Speichert te bekannt, dessen Speichergate beim "Programmieren" mit aufgeheizten Elektronen entladen und beim "Löschen" mit aufgeheizten Löchern positiv geladen wird. Die Aufheizung wird jeweils mittels des Avalancheeffektes bewirkt, und zwar beim "Programmieren", nämlich Entladen, zwischen Drain und Substrat und beim "Löschen", nämlich Aufladen, zwischen Source und Substrat, vgl. auch den initial state gemäss der dortigen Fig. 2. Zur Verbesserung des Wirkungsgrades beim 1?Programmieren?? mit aufgeheiztan Elektronen ist die Isolatordicke im Kanalbereich, nämlich am pn-Übergang Drain/Substrat in einem zumindest einen Teil der Kanalbreite umfassenden Abschnitt dieses Überganges, zwischen Speichergate und Drain kleiner als an den übrigen Stellen im Kanalbereich, nämlich besonders zwischen Speichergate und Substrat. - Die Erfindung geht jedoch nicht von eine n-Kanal-SAMOS-Speicher-FET, sondern von einen mittels Kanalinjektion prograniinierbaren, d.h.Through a lecture raanuscript by Kikuchi, Chya, Kamaya, Koike and Yamamoto at the First Europa Solid State Circuits Conference, September 2-5 1975, Canterbury, England, in particular Figures 1 and 2, is in the "erased" state leading n-channel SAiS memory FET with then positive gelandem memory te known, discharge its memory gate during "programming" with heated electrons and is positively charged when "erasing" with heated holes. The heating will each effected by means of the avalanche effect, namely during "programming", namely Discharging, between drain and substrate and when "erasing", namely charging, between Source and substrate, see also the initial state according to FIG Improvement of the efficiency with 1? Programming ?? with heated electrons is the insulator thickness in the channel area, namely at the drain / substrate pn junction in a section of this transition comprising at least part of the channel width, between memory gate and drain smaller than at the other places in the channel area, namely especially between the memory gate and the substrate. - The invention works, however not from an n-channel SAMOS memory FET, but from one via channel injection programmable, i.e.
aufladbaren n-Kanal-Speicher-FET aus. Bei der Erfindung wird im übrigen das Speichergate nicht positiv mit Löchern, sondern negativ mit Elektronen aufgeladen. Ausserdem erfolgt bei der Erfindung die Löschung nicht im Kanalbereich, sondern über den Lappen. Die Löschung erfolgt also ebenso wie die Programmierung bei der Erfindung anders als bei diesem bekannten n-Kanal-SAMOS-Speicher-FET, Letzterer hat ausserdem einen anderen Aufbau als die Erfindung, z.B. weil er keinen Lappen seitlich vom Kanal aufweist.n-channel rechargeable memory FET. In the case of the invention, the rest the memory gate is not charged positively with holes, but negatively with electrons. In addition, in the case of the invention, the deletion does not take place in the channel area, but over the rag. The deletion takes place in the same way as the programming for the Invention different from this known n-channel SAMOS memory FET, the latter also has a different structure as the invention, e.g. because it does not have a flap on the side of the canal.
In der Hauptanmeldung ist anhand des Schnittpunktes der Linie F1 und der Linie F3 der dortigen Fig 2 erläutert, dass der Isclator, z.B. SiO2, zwischen dem Speichergate G1 und dem Kanal eine Mindestdicke, z.B. 450 A, aufweisen muss, damit beim P.ogramieren des n-Kanal-Speicher-FET keine unerwünschten Teillöschungen ( iachbarwortstörungen") in benachbarten, nämlich an ihren Drains verbundenen, bereits programmierten weiteren solchen n-Kanal-Speicher-FETs auftreten.In the main application is based on the intersection of the line F1 and the line F3 of FIG. 2 there explains that the Isclator, e.g. SiO2, between the memory gate G1 and the channel must have a minimum thickness, e.g. 450 A, so that when programming the n-channel memory FET there are no undesired partial erasures (Neighboring word disturbances ") in neighboring, namely connected at their drains, already programmed further such n-channel memory FETs occur.
Die Erfindung löst die Aufgabe, einen möglichst betriebssicheren und mit niedrigen Spannungen betreibbaren n-Kanal-Spelcher-FET zu bieten, nämlich einen mittels Kanalin3ektion mit möglichst gleichbleibend niedrigen Betriebsspannungen, die also von Aufladung zu Aufladung weitgehend gleich bleiben, programmierbaren und dann ein negativ geladenes floatendes Speichergate aufweisenden n-Kanal-Speicher-FET, der zuverlässig über den Lappen seitlich vom eigentlichen Kanal, z.B. mittels Avalancheffekt oder besonders auch mittels Fcwler-Nordheim-Tunneleffekt gemäss der Hauptanmeldung, völlig oder sogar übermässig löschbar ist.The invention solves the problem of being as reliable as possible and to provide low voltage operable n-channel Spelcher FETs, namely one by means of channel inspection with operating voltages that are as constant as possible, which therefore remain largely the same from charge to charge, programmable and then a negatively charged floating memory gate n-channel memory FET, reliably over the flap on the side of the actual canal, e.g. by means of the avalanche effect or especially by means of the Fcwler-Nordheim tunnel effect according to the main application, is completely or even excessively erasable.
Die Programmierung und die Löschung soll also dementsprechend Jeweils über versschiedene, bestimmte Stellen im Isolator erfolgen, nämlich die Programmierung im Kanalbereich und die Löschung stets über den Lappen, wodurch die rasche Vergiftung des Isolators vermieden ist und wobei'zur Vermeidung von Nachbarwortstörungen, die Avalanche-Durchbruchspannung, bzw. die Einsatzspannung anderer zum Laschen geeigneter Effekte'Im eigentlichen Kanal nicht erniedrigt werden soll Zusätzlich soll die Erfindung eine Lrniedrigung der Avalanche-Durchbruchspannung zwischen Substrat und Source im Bereich des Lappens und/oder eine Erniedrigung der Source-Steuergate-Betriebsspannung beim Löschen - im Vergleich mit dem Fall, in dem der Isolator unter dem Lappen gleich dick wie unter dem drainseitigen Ende des Speichergate ist-ermög'ichen, ohne dabei durch Erniedrigung der Avalanche-Durchbruchsspannung am drainseitigen Kanal ende die Gefahr von Nachbarwortatörungen zu erhöhen.The programming and the deletion should be accordingly in each case take place via different, specific places in the isolator, namely the programming in the canal area and the extinguishing always over the rag, whereby the rapid poisoning of the isolator is avoided and whereby'to avoid neighboring word interference, the Avalanche breakdown voltage or the threshold voltage of others suitable for lashing Effects' in the actual channel should not be lowered. In addition, the invention a decrease in the avalanche breakdown voltage between substrate and source in the area of the lobe and / or a decrease in the source control gate operating voltage when deleting - in comparison with the case where the insulator is under the tab is of the same thickness as under the drain-side end of the memory gate, without doing so by lowering the avalanche breakdown voltage on the drain side End of channel increasing the risk of neighboring word disorders.
Die Definition von Drain und Source entspricht jeweils der Kanalelektronenstromrichtung während des Programmierens.The definition of drain and source corresponds to the direction of the channel electron current while programming.
Wie oben bereits angegeben ist, geht die Erfindung von dem oben zitierten, in Anspruch 6 der Hauptanmeldung angegebenen n-Kanal-Speicher-FET aus. Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass der erste Teil des Kanals völlig - oder nahezu, d.h. nur durch einen schmalen Abschnitt des restlichen Teils des Kanals getrennt - an den Drain angrenzt und dass der Isolator zwischen Lappen einerseits und der vom Lappen bedeckten Source andererseits dünner ist als der Isolator zwischen dem Speichergate und dem drainseitigen Ende des ersten Teils des Kanals.As already indicated above, the invention is based on the above-cited, in claim 6 of the parent application specified n-channel memory FET. The task the invention is achieved in that the first part of the channel completely - or almost, i.e. only through a narrow section of the remainder of the canal separated - adjacent to the drain and that the insulator between lobes on the one hand and the source covered by the tab, on the other hand, is thinner than the insulator between the memory gate and the drain-side end of the first part of the channel.
Der erste Teil des Kanals soll völlig - oder nahezu, d.h. nur durch einen besonders schmalen Abschnitt des restlichen Teils des Kanals getrennt - an den Drain angrenzen, weil dann bei Aufheizung der Kanalelektronen in Drainnähe besonders niedrige Programmier-Betriebsspannungen erreichbar sind, vor allem wenn möglichst nahe am Drain eine Kanalinhomogenität als Beschleunigungsstrecke, z.B. eine Kanalverengung, zur Aufheizung der Kanal elektronen angebracht ist.The first part of the canal should be completely - or almost, i.e. only through a particularly narrow section of the remainder of the canal adjoin the drain, because then when the channel electrons are heated, particularly in the vicinity of the drain low programming operating voltages can be achieved, especially if possible near the drain a channel inhomogeneity as an acceleration path, e.g. a channel narrowing, to heat the channel electron is attached.
Die im Vergleich zum drainseitigen Ende des ersten Teils des Kanals verringerte Dicke des Isolators zwischen Lappen einerseits und Source andererseits dient bei der Erfindung zur Erniedrigung der Avalanche-Durchbruchsspannung im Bereich unter dem Lappen und/oder zur Erniedrigung der durch diesen Avalancheeffekt oder durch andere Effekte,z.B. Fowler-Nordheim-Tunneleffekt, gegebenen Lappen-Source-Mindestspannuzlg, welche zur Löschung über den Lappen zur Source hin nötig ist.Diese Nindestspannung soll beim Löschen klein sein im Vergleich zur Speichergate--Drain-Spannwng, , die zur Löschung mittels des Avalancheeffektes am drainseitigen Kanalende, also mittels eines Avalanche-Durchbruchs zwischen Drein und dem ersten Teil des Kanals, nötig wäre. Indem der Isolator an diesem drainseitigen Ende des ersten Kanalteils dicker ist als im Bereich des Lappens, kann die zur Löschung nötige Lappen-Source-Spannung ausreichend niedriger gemacht werden als die Spannung, die zu einer Löschung über das drainseitige Kanalende nötig wäre.The compared to the drain-side end of the first part of the channel reduced thickness of the insulator between tabs on the one hand and source on the other is used in the invention to lower the avalanche breakdown voltage in the range under the flap and / or to reduce the avalanche effect caused by this or by other effects, e.g. Fowler-Nordheim tunnel effect, given lobe-source minimum span, which is necessary for deletion via the tab to the source. This minimum voltage should be small when erasing in comparison to the memory gate - drain voltage,, the to the Deletion by means of the avalanche effect at the end of the channel on the drain side, i.e. by means of an avalanche breakthrough between Drein and the first part of the Channel, would be necessary. By the insulator at this drain-side end of the first channel part is thicker than in the area of the lobe, the lobe-source voltage required for deletion can be be made sufficiently lower than the voltage that leads to an extinction over the end of the channel on the drain side would be necessary.
Eine Vergiftung des Isolators insbesondere im Kanalbereicn wird bei der Erfindung vermieden, weil die Programmierung über eine Isolatorstelle im Kanalbereich, aber die Löschung zuverlässig über eine andere, abseits vom Kanal im Bereich des Lappens liegende Isolatorstelle erfolgt.Poisoning of the isolator, especially in the canal area, is caused by the invention avoided because the programming via an isolator point in the channel area, but the deletion reliably via another, away from the channel in the area of the Insulator site lying on the flap takes place.
Die Erfindung wird anhand der in den Figuren gezeigten, der uMersichtlichkeit wegen vereinfachten AusDhrungsbeispiele näher erläutert, wobei Fig. 1 die Draufsicht eines Ausführungsbeispiels, Fig. 2 einen Querschnitt durch das in Fig. 1 gezeigte Ausführungsbeispiel, Fig. 3 ein anderes erfindungsgemässes Ausführungsbeispiel, das den Fig. 3 und 4 der Hauptanmeldung entspricht, und Fig. 4 einen abgewinkelten Querschnitt durch das in Fig. 1 gezeigte Ausführungsbeispiel zeigen.The invention is based on the shown in the figures, the uMerichtlichkeit explained in more detail because of simplified exemplary embodiments, FIG. 1 being the top view of an exemplary embodiment, FIG. 2 shows a cross section through that shown in FIG Embodiment, FIG. 3 shows another embodiment according to the invention, which corresponds to FIGS. 3 and 4 of the main application, and FIG. 4 shows an angled one Show cross-section through the embodiment shown in FIG.
Das in Fig. 3 gezeigte Ausführungsbeispiel ist im wesentlichen -abgesehen von der erfindungagemässen speziellen Massnahme - bereits in der Hauptanmeldung beschrieben, weshalb die Erläuterungen hier entsprechend kurz gefasst werden dürfen. Erkennbar sind in dieser Draufsicht des n-Kanal-Speicher-FET die Anschlussbereiche, also Drain D und Source S. Dazwischen liegt der erste Teil K1 des Kanals, der vom mittels Kanalinjektion an der Kanalstelle V programmierbaren Speichergate G1 und vom Steuergate G2 gesteuert wird, sowie der restliche Teil K2 des Kanals, der nur von Steuergate G2 gesteuert wird. Der Kanal ist von dem Speichergate und Steuergate nur durch Dünnoxyd Isoliert. Der Lappen L ist nur durch Dünnoxyd von der Source S getrennt, wobei die Source nicht an den ersten, sondern nur an den restlichen Teil K2 des Kanals angrenzt.The embodiment shown in Fig. 3 is essentially apart of the special measure according to the invention - already in the main application described, which is why the explanations can be kept briefly here. In this top view of the n-channel memory FET, the connection areas can be seen, So drain D and source S. In between is the first part K1 of the channel, which is from by means of canal injection at sewer point V programmable memory gate G1 and is controlled by the control gate G2, as well as the remaining part K2 of the channel, which is only controlled by control gate G2. The channel is from the memory gate and Control gate only isolated by thin oxide. The lobe L is only through thin oxide of the source S is separated, the source not at the first, but only at the remaining part of K2 of the channel is adjacent.
Der Lappen L ist über die leitende, durch Dickoxyd vom Substrat isolierte Verbindung LK mit dem Speichergate G1 verbunden, so dass das Speichergate G1 über den Lappen L z.B. mittels eines Avalanche-Durchbruchs am von Lappen L bedeckten pn-Übergang oder eines anderen zum Löschen geeigneten Effektes gelöscht werden kann. Hierzu ist eine im Vergleich zur Spannung an der Source, hier z.B.The tab L is isolated from the substrate by the conductive, thick oxide Connection LK connected to the memory gate G1, so that the memory gate G1 via the flap L e.g. by means of an avalanche opening on the flap L covered pn junction or another effect suitable for deletion can be deleted. For this purpose, a comparison with the voltage at the source, here e.g.
+15 V an der Source S, negative Spannung an das Steuergate G2, z.B. 0V an G2, sowie gegebenenfalls die Avalanche-Durchbruchsspannung an den pn-Übergang zwischen der Source, hier +15 V an S, und Substrat HT, z.B. 0V oder -5V an HT, zu legen.+15 V on source S, negative voltage on control gate G2, e.g. 0V at G2 and, if applicable, the avalanche breakdown voltage at the pn junction between the source, here +15 V at S, and substrate HT, e.g. 0V or -5V at HT place.
Zur Erniedrigung der zur Löschung benötigten Spannung zwischen der vom Lappen bedeckten Source S und dem Steuergate G2 ist der Isolator im Bereich Be des vom Lappen bedeckten pn-Überganges, zwischen der Source S und Substrat HT, erheblich dünner als, im Bereich V der Verengung am drainseitigen Kanalende, zwischen Speichergate G1 und dem Drain D. Dadurch kann die mittels des Avalancheeffektes im Bereich Be bewirkte Erzeugung von Löchern mit niedrigeren Betriebsspannungen an der Source 5, hier z.B.To lower the voltage required for erasure between the Source S covered by the tab and control gate G2 is the insulator in the area Be of the pn junction covered by the tab, between the source S and substrate HT, considerably thinner than in the area V of the constriction at the end of the channel on the drain side, between Memory gate G1 and the drain D. As a result, by means of the avalanche effect in the area Be caused the creation of holes with lower operating voltages at source 5, here e.g.
+15 V, als ohne die erfindungsgemässe Massnahme, also bei gleicher Dicke des Isolators sowohl im Bereich Be als auch am drainseitigen Kanalende V, erreicht werden. Das Im prcgrammierten Zustand negativ geladene Speichergate G1 kann also bei der Erfindung mit angenehm niedrigen Betriebsspannungen gelöscht werden.+15 V than without the measure according to the invention, i.e. with the same Thickness of the insulator both in the area Be and at the drain-side channel end V, can be achieved. The memory gate G1, which is negatively charged in the programmed state can therefore be deleted with the invention with pleasantly low operating voltages.
Wird neben des Avalancheeffektes oder statt des Avalancheeffektes ein anderer Effekt, z.B. der in der Hauptanmeldung angegebene Fowler-Nordheim-Tunneleffekt,zum Löschen verwendet, dann ist die erfindungsgemässe Verdünnung des Isolators unter dem Lappen - im Vergleich zur Isolatordicke am drainseitigen Kanalende V -ebenfalls günstig. Durch diese erfindungsgemässe Dimensionierung wird nämlich auch die Mindestspannung verringert, bei der der Fowler-Nordheim-Tunneleffekt zur Löschung über den Lappen zur vom Lappen bedeckten Source S führt.Used in addition to the avalanche effect or instead of the avalanche effect another effect, e.g. the Fowler-Nordheim tunnel effect specified in the main application, for Delete used, then the inventive dilution of the isolator is below the flap - in comparison to the insulator thickness at the drain-side channel end V - also cheap. This dimensioning according to the invention also results in the minimum voltage reduced, in which the Fowler-Nordheim tunnel effect for extinguishing leads over the flap to the Source S covered by the flap.
Dabei ist wegen der Aufteilung des Kanals in einen ersten Teil K1 und einen restlichen Teil K2 sogar eine übermässige Löschung ohne Betriebsstörung zulässig und die Programmierung kann ebenfalls mit niedrigen Betriebsspannungen wegen der Anwendung der Kanalinjektion erreicht werden worauf bereits in der Hauptanmeldung eingegangen ist.Because of the division of the channel into a first part, K1 and a remaining part K2 even an excessive deletion without operational disruption permissible and programming can also be done with low operating voltages because of the use of the channel injection can be achieved what is already in the main application has been received.
Fig. 1 zeigt die Draufsicht eines ähnlichen Ausführungsbeispiels.Fig. 1 shows the top view of a similar embodiment.
kuch hier ist der Kanal in einen ersten Teil k1 und einen restlichten Teil K2 zwischen Drain D und Source S aufgeteilt. Der erste Teil K1 des Kanals weist such hier drainseitig eine Verengung af, indem das Speichergate G1 - sowie das Steuergate G2 - zwar normal im Kanalbereich durch Dünnoxyd, in den beiden Bereichen Do aber ebenso wie in den Bereichen Du durch Dickoxyd mit z. B. 10 000 A Dicke vom Substrat isoliert ist, vgl. auch Fig. 1 der Hauptanmeldung.kuch here is the channel in a first part k1 and a remaining part Part K2 divided between drain D and source S. The first part K1 of the channel has look for a constriction af here on the drain side, in which the memory gate G1 and the control gate G2 - normal in the canal area due to thin oxide, but in both areas Do as well as in the areas you through Dickoxyd with z. B. 10,000 A thickness of the substrate is isolated, see also Fig. 1 of the main application.
Der Lappen L ist über die Verbindung LK mit dem Speichergate G1 verbunden. Das Steuergate G2 hat hier - wie häufig bei Speichermatrizen in ähnlicher Weise durchgeführt - etwa die Form einer durch alle Speicherzellen der Matrixzeile hindurchgehenden Schiene. Hier ist ausserdem angenommen, dass alle Speicherzellen der gleichen Matrixzeile Sp gemeinsam an ihrer Source S verbunden sind, weshalb dieser Anschlussbereich S entsprechend ausgedehnt ist und eine Verbindungsleitung Sp aller Sourcen der gleichen Zeile bildet.The tab L is connected to the memory gate G1 via the connection LK. The control gate G2 has here - as is often the case with memory matrices in a similar way carried out - approximately the shape of a through all memory cells of the matrix line Rail. It is also assumed here that all memory cells have the same matrix row Sp are connected together at their source S, which is why this connection area S is expanded accordingly and a connecting line Sp of all sources is the same Line forms.
Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch die in Fig. 1 eingetragene Ebene II - II. Dadurch wird deutlich erkennbar, dass das die Source S enthaltende, p-dotierte Substrat durch Dickoxyd Du von der Verbindung LK getrennt ist. Der Lappen L ist nur durch Dünnoxyd von der Source S getrennt. Das durch mehrere Speicherzellen gehende Steuergate G2 wirkt über Dünnoxyd Is3 kapazitiv sowohl Indirekt auf das Speichergate G1 über die Verbindung LK als auch direkt auf das Speichergate Gl in Bereich des ersten Kanal teils K1 - dadurch ist die Kapazität zwischen Steuergate G2 und Speichergate G1 erheblich grösser als wenn nur im Bereich des ersten Kanalteils K1 eine kapazitive Einwirkung vom Steuergate G2 auf das Speichergate G1 vorgesehen wäre. Durch diese erhöhte Kapazität kann ebenfalls die Betriebsspannung am Steuergate G2 erniedrigt werden.FIG. 2 shows a section through the plane shown in FIG. 1 II - II. This makes it clear that the source S containing, p-doped Substrate is separated from the connection LK by Dickoxyd Du. The lobes L is separated from the source S only by thin oxide. The one going through several memory cells Control gate G2 has a capacitive and indirect effect on the memory gate via thin oxide Is3 G1 via the connection LK as well as directly to the memory gate Gl in the area of the first channel partly K1 - this is the capacity between the control gate G2 and memory gate G1 are considerably larger than if only in the area of the first channel part K1 a capacitive action is provided from the control gate G2 on the memory gate G1 were. This increased capacity can also reduce the operating voltage at the control gate G2 be lowered.
Erfindungsgemäss ist in den Bereichen Be, vgl. Fig. 1 und 2, also im Bereich des vom Lappen L bedeckten pn-Übergangs zwischen Source S und Substrat, ein erheblich dünnerer Isolator, z.B. nur 300 I dicker Isolator Is1, vorgesehen - im Vergleich mit dem Isolator II im Kanalbereich, besonders mit dem gemäss Hauptanmeldung optimal z.B. 600 A dicken Isolator am drainseitigen Ende des Kanals, also am drainseitigen Ende des Speichergate G1. Dies wird auch durch den in Fig. 4 gezeigten abgewinkelten Querschnitt durch das in Fig. 1 gezeigte Ausführungabeispiel erläutert, indem nämlich auch dort der Isolator im Bereich Be dünner ist als im Bereich des ersten Teils KI des Kanals. Durch eine solche Dimensionierung des Isolators 1s1 und 11, vgl. Fig. 4, können, wie schon anhand von Fig. 3 erläutert, beim Löschen die Betriebsspannungen erniedrigt werden, - und zwar ohne die Gefahr von Nachbarwortstörungen und die Gefahr der Isolatorvergiftung zu vergrössern.According to the invention, in the areas Be, see FIGS in the area of the pn junction between source S and substrate covered by the lobe L, a considerably thinner insulator, e.g. only 300 I thick insulator Is1, is provided - in comparison with the isolator II in the canal area, especially with the one according to the main application optimal e.g. 600 A thick insulator at the drain-side end of the channel, i.e. at the drain-side End of the memory gate G1. This is also due to the angled one shown in FIG Cross-section through the embodiment shown in Fig. 1 explained by namely there, too, the insulator in the area Be is thinner than in the area of the first part AI of the channel. Such a dimensioning of the insulator 1s1 and 11, cf. 4, as already explained with reference to FIG. 3, the operating voltages can be used when erasing be degraded - and without the danger of neighboring word disturbances and the danger to increase insulator poisoning.
Zur Vermeidung der Nachbarwortstörungen muss nämlich der Isolator, am drainseitigen Ende des Kanals, zwischen Speichergate und Drain nur eine bestimmte Mindestdicke aufweisen, damit beim Programmieren keine unertntnschten Teillöschungen aufgrund des Avalancheeffektes oder des Fowler-Nordheim-Tunneleffektes in bereits programmierten weiteren solchen n-Kanal-Speicher-FETs auftreten, vgl.To avoid neighboring word interference, the isolator, at the end of the channel on the drain side, between the memory gate and drain only a certain one Have a minimum thickness so that there are no undesired partial deletions during programming due to the avalanche effect or the Fowler-Nordheim tunnel effect in already programmed further such n-channel memory FETs occur, cf.
die Erläuterungen zu F3 in Fig. 2 der Hauptanmeldung.the explanations for F3 in FIG. 2 of the main application.
Da der Lappen über einen besonders dünnen Isolator einen Teil der Source bedeckt, wird durch die erfindungsgemässe Dimensionierung der Isolatordicken also die Avalanche-Durchbruchsspannung unter dem Lappen niedriger als am drainseitigen Speichergateende, wodurch man bei Löschung mittels des Avalancheeffektes die Spannung zwischen Source und Substrat besonders niedrig wählen kann.Since the rag has a particularly thin insulator part of the The source is covered by the inventive dimensioning of the insulator thickness so the avalanche breakdown voltage under the tab is lower than on the drain side End of the memory gate, whereby the voltage is reduced by means of the avalanche effect when erased can choose between source and substrate particularly low.
Hierbei wird zur Vermeidung von Nachbarwortatörungen vorausgesetzt, dass die im Hauptpatent geforderte Mindestdicke, z.B.In order to avoid neighboring word disorders, it is assumed that that the minimum thickness required in the main patent, e.g.
500 A, des Isolators zwischen Speichergate und Drain eingehalten ist. jEs zeigte sich, dass darüberhinaus bei der Erfindung auch die zum Löschen nötige Spannung zwischen Source und Steuergate deutlich niedriger gewählt werden kann, als wenn der Isolator unter dem Lappen und unter dem drainseitigen Speichergateende gleich dick wären, und zwar sowohl wenn man den Avalancheeffekt unter dem Lappen zum Löschen ausnutzt, als auch wenn man einen der anderen geeigneten Effekte, z.B. den Fowler-Nordheim-Tunneleffekt, ausnützt. Nutzte man vor allem den Avalancheeffekt zum Löschen aus, dann legte man bei einem konkreten Beispiel gleich zeitig an das Steuergate z.B. +, an die Source +15 V und an das Substrat -5 V. Nutzte man vor allem den Fowler-Nordheim-Tunneleffekt aus, dann legte man an das Steuergate O V und an die Source +15 V, während das Substrat floatete. Ein im Betriebszustand eines Speichers mit erfindungsgemässen n-Kanal-Speicker-FETs floatendes Substrat HT ist vor allem dann anwendbar, wenn das Substrat jedes einzelnen dieser FETs selbst eine inselförmige Halbleiterschicht auf Saphir, Spinell oder einem anderen Isolators körper bildet - ein derartiger Aufbau ist für sich als sog.500 A, the insulator between the memory gate and drain is maintained. It turned out that the invention also required the erasure The voltage between the source and control gate can be selected to be significantly lower, as if the insulator is under the tab and under the drain-side memory gate end would be the same thickness, both if the avalanche effect under the cloth to erase, as well as using one of the other suitable effects, e.g. the Fowler-Nordheim tunnel effect. Above all, the avalanche effect was used to delete, then for a specific example, the Control gate e.g. +, to the source +15 V and to the substrate -5 V. This was used before mainly the Fowler-Nordheim tunnel effect, then one put O V on the control gate and +15 V to the source while the substrate was floating. One in the operating state of one Memory with inventive n-channel Speicker FETs is floating substrate HT especially applicable if the substrate of each of these FETs is itself a Island-shaped semiconductor layer on sapphire, spinel or another insulator body forms - such a structure is in itself called a so-called
ESFI-FET und SOS-FET bekannt. Nutzte man vor allem den in der Hauptanmeldung angegebenen Gateoberflächeneffekt aus, dann legte man steile Impulse (100 ns Anstiegsflanke) in kurzen Abständen (100 ps) mit Amplituden von ca. +15 V an die Source bei konstant am un Steuergate und bei floatendem Substratpotential. Häufig überlagern sich in der Praxis die verschiedenen Effekte gleiohzeitlg mehr oder weniger.ESFI-FET and SOS-FET known. Especially if you used the one in the main application specified gate surface effect, then you put steep pulses (100 ns leading edge) at short intervals (100 ps) with amplitudes of approx. +15 V to the source at constant at the un control gate and with floating substrate potential. Often overlap in in practice the different effects more or less simultaneously.
Durch die Erfindung darf sogar die Avalanche-Durchbruchsspannung unter dem die Source bedeckenden Lappen so stark erniearigt werden, dass, bei O V zwischen Steuergate G2 und Source S, das programmierte, z.B. dann auf -10 V gegenüber der Source aufgeladene Speichergate durch den Avalancheeffekt oder einen anderen der Effekte noch nicht teilweise oder ganz gelöscht wird, wenn zwischen Source und Substrat die für den Normalbetrieb übliche Vorspannun£c, z.B. O V an Source S und -5 V am Substrat2 angelegt wird Dies bedeutet z.B., dass in diesem Falle die Source/Substrat-Durchbruchsspannung nur noch etwas über 5 V betragen muss, und dass vor allem die den Fowler-Nordheim-Tunneleffekt auslösende Spannung, bei Entladung über den Lappen zur auf O V liegenden Source hin, nur noch etwas über 10 V liegen muss. Ein Sio Isolators unter dem Lappen darf daher z.B. ca. 250 Å dick sein, chne eine Teillöschung durch den - in diesem Falle besonders wichtIgen -Fowler-Nordheim-Tunneleffekt im Rahmen dieser bei Normalbetrieb angelegten Betriebsspannungen zu bewirken.The invention even allows the avalanche breakdown voltage to fall below the lobe covering the source are so severely harmed that, at O V, between Control gate G2 and source S, the programmed, e.g. then to -10 V compared to the Source charged storage gate by the avalanche effect or another of the Effects not yet partially or completely erased when between source and substrate the usual bias voltage for normal operation, e.g. O V at source S and -5 V at Substrate2 is applied This means, for example, that in this case the source / substrate breakdown voltage only must still be a little more than 5 V, and that above all the Fowler-Nordheim tunnel effect Triggering voltage, when discharging via the tab to the source which is at O V only needs to be a little over 10V. A Sio isolator under the rag is allowed therefore e.g. about 250 Å thick, a partial erasure by the - in this case Particularly important -Fowler-Nordheim tunnel effect in the context of this during normal operation to effect applied operating voltages.
In diesem Dimensionierungsfall wäre, bei sich am Steuergate G2 und -5 V an Substrat HT, nur eine Löschspannung von etwas über +10 V, z.B. +15 V, an der Source S nötig, um das Speichergate G1 völlig zu entladen, und zwar besonders dann, falls die effeektiv wirksame Kapazität zwischen Steuergate G2 einerseits und Speichergate 1 plus Verbindung LK plus Lappen L andererseits sehr viel grösser, z.B. 5-fach grösser, als die Eigenkapazität zwischen Speichergate G1 plus Verbindung LK plus Lappen T einerseits und Source o plus Drain D plus Substrat HT andererseeits ist, falls der eigentliche Kanal nicht leitend ist. - Wäre statt der erfindungsgemässen Dimensionierung die Sio2-Isolatordie e unter den die Source bedeckenden Lappen gleich gross wie die Sio2-Isolatordicke untel de@ drainseitigen Ende des Speichergate, nämlich ca. 600 Å, vgl. die Hauptanmeldung, dann wäre erfahrungsgemäss eine Löschspannung von ca. +30V an der Source bei O V am Steuergate und -5 V am Substrat nötig. Durch die Erfindung konnte hier die Löschspannung um ca.In this dimensioning case, at the control gate G2 and -5 V on substrate HT, only an erase voltage of a little over +10 V, e.g. +15 V the source S is necessary to completely discharge the memory gate G1, in particular then, if the effectively effective capacitance between control gate G2 on the one hand and Storage gate 1 plus connection LK plus tab L on the other hand is much larger, E.g. 5 times greater than the internal capacity between storage gate G1 plus connection LK plus tab T on the one hand and source o plus drain D plus substrate HT on the other is if the actual channel is not conductive. - Would be instead of the inventive The dimensions of the Sio2 isolator are the same under the tabs covering the source as large as the Sio2 insulator thickness at the end of the storage gate on the drain side, namely approx. 600 Å, cf. the main application, then experience has shown that an erasure voltage would be of approx. + 30V at the source with 0 V at the control gate and -5 V at the substrate. By the invention could reduce the extinguishing voltage by approx.
15 V erniedrigt werden - und zwar ohne die Gefahr von Nachbararortstörungen beim Programmieren in bereits programmierten, weiteren solchen n-Kanal-Speicher-FETs zu begünstigen, solange die geforderte Isolatormindestdicke zwischen Drain und Speichergate eingehalten wurde.15 V - without the risk of disturbance to the neighboring area when programming in other such n-channel memory FETs that have already been programmed to be favored as long as the required minimum insulator thickness between drain and memory gate was adhered to.
Die bei der Erfindung nötigen, niedrigen Programmier- und Lösch-Betriebsspannungen können wegen ihrer niedrigen Amplitude leicht von der Randelektronik eines Speicherbausteins geliefert werden was auch einen Fortschritt hinsichtlich Betriebssicherheit des n-Kanal-Speicher-FET darstellt.The low programming and erasing operating voltages required for the invention can easily be removed from the edge electronics of a memory chip due to their low amplitude which is also a step forward in terms of the operational safety of the represents n-channel memory FET.
Die Aufteilung des Kanals in einen ersten und ei Teil lässt soger eine übermässige Löschung des Spe@@de @te bei der das Speichergate positiv aufgeladen wird statt @@@ laden zu werden. Auch insofern ist die Betriebssicherhe Erfindung sehr gross.The division of the canal into a first and ei part makes it easy an excessive deletion of the Spe @@ de @te in which the storage gate is positively charged will be loading instead of @@@. In this respect, too, the operationally reliable invention very large.
Der erfindungsgemässe n-Kanal-Speicher-FET ist also sowie als Programmieren als auch beim Löschen besonders betriebs@@@@ insbesondere mit besonders niedrigen Betriebsspanung getriebbar Zur Herstellung der in den Figuren gezeigten Beisp konventionelle Integriermethoden verwenden. Z.B. kann auf das p-dotierte Substrat RT die Isolatorschicht der Dicke aufwachsen lassen, die zwischen Lappen und sehen ist. Danach kann man durch local oxidation zuer seitigen Ende des Kanals die Dicke des Isolators auf q am Kanalende vorgesehene Stärke I1, vgl. Fig. 4, verg@iss@ schliesslich durch local oxidation die Dickoxydschi Do und Du, ausserhalb des Bereiches Be und des Kanale wecksen lassen. Nach dem Aufbringen des Speichergat bindung LK und des Lappens L kann die dünne Isolator@@@ sowie anschliessend das Steuergate G2 angebracht, und, das Drain- und Sourcebereiche freigebenden Freiätzungen als @@@ HT, die n++-Dotierung von Drain D und Source 5 ezeugt Schliesslich kann man über den ganzen FET eine in nicht gezeigte Isolatorschutzschicht aufwachsen la 6 Patentansprüche *) mit z.B. 500 Å 4 FigurenThe n-channel memory FET according to the invention is therefore as well as programming as well as when deleting particularly operational @@@@ especially with particularly low Operating voltage can be driven Conventional for the production of the examples shown in the figures Use integration methods. For example, the insulator layer can be placed on the p-doped substrate RT the thickness that is between lobes and see. Then you can local oxidation at the end of the channel increases the thickness of the insulator q Thickness I1 provided at the end of the channel, see Fig. 4, finally through local oxidation die Dickoxydschi Do and Du, outside the Be and des area Let the channels wake up. After applying the memory gate binding LK and the cloth L the thin insulator @@@ and then the control gate G2 can be attached, and, the drain and source areas releasing etchings as @@@ HT, the n ++ doping from Drain D and Source 5 Finally, one can use an in not shown insulator protective layer grow la 6 patent claims *) with e.g. 500 Å 4 figures
Claims (6)
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8131 | Rejection |