DE3537037A1 - FUSIONED NON-VOLATILE STORAGE CELL - Google Patents
FUSIONED NON-VOLATILE STORAGE CELLInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine fusionierte nichtflüchtige Speicherzelle gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a fused non-volatile Memory cell according to the preamble of claim 1.
Bekanntlich handelt es sich bei einer fusionierten Zelle um eine nichtflüchtige Speicherzelle mit potentialmäßig schwebendem Gate, bei welcher das Steuergate und das Auswahlgate in einem Stück ausgebildet sind. Dabei ist der Steuerteil über dem schwebenden Gate angeordnet, das wiederum über einem monokristallinen Siliciumsubstrat mit dotierten Drain- und Sourcezonen und einer dazwischen befindlichen Kanalzone angeordnet ist, und der Auswahlteil ist über dem Sourcebereich des Siliciumsubstrats angeordnet. Es ist Siliciumoxid mit dielektrischen Funktionen vorhanden.It is known that a fused cell is a non-volatile memory cell with potential floating gate in which the control gate and the select gate are integrally formed. It is the control part is arranged over the floating gate, which in turn is over a monocrystalline silicon substrate with doped drain and source zones and a channel zone located therebetween is arranged, and the selection part is arranged over the source region of the silicon substrate. It is silicon oxide with dielectric Functions available.
Bei fusionierten Zellen ist es wie allgemein bei allen Speicherzellen mit schwebendem Gate wichtig, in dem schwebenden Gate eine hohe Ladungskonservierungskapazität sowohl für positive als auch für negative Ladung sicherzustellen. Der kritischste Zustand für den Verlust von Ladung durch das Dielektrikum zwischen dem schwebenden Gate und dem Steuergate hindurch tritt in der Zelle auf in einem nichtleitenden Zustand, d.h., bei einem negativ geladenen schwebenden Gate, während der Lesephase, wenn das Steuergate positiv vorgespannt ist. In diesem Zustand weisen die beiden elektrischen Felder in dem Dielektrikum, die aufgrund der gespeicherten negativen Ladung und der positiven Vorspannung des Steuergates erzeugt werden, dasselbe Vorzeichen auf und addieren sich zueinander. Wenn sich die Zelle jedoch bei positiv geladenem schwebendem Gate im leitenden Zustand und unter Lesebedingung befindet, haben die beiden elektrischen Felder entgegengesetztes Vorzeichen und ergeben ein niedrigeres resultierendes elektrisches Feld.In the case of fused cells, it is the same as in general for all Floating gate memory cells important to have a high charge conservation capacity in the floating gate ensure for both positive and negative charge. The most critical condition for the loss of Charge through the dielectric between the floating gate and the control gate occurs in the cell in a non-conductive state, i.e. with a negatively charged floating gate, during the reading phase, if the control gate is positively biased. In this state, the two electric fields in the dielectric, which are generated due to the stored negative charge and the positive bias of the control gate, have the same sign and add up to each other. However, if the cell is floating with a positively charged Gate is in the conductive state and under the read condition, the two electrical fields are opposite Sign and result in a lower resulting electric field.
Erfindungsgemäß ist nun erkannt worden, daß man die daraus resultierenden Ziele mit einer modifizierten fusionierten Zelle erreichen kann, die dadurch gekennzeichnet ist, daß ihr schwebendes Gate über dem Steuer- und Auswahlgate angeordnet ist.According to the invention it has now been recognized that the can achieve resulting goals with a modified fused cell, which is characterized by it is that its floating gate is located above the control and select gate.
Mit anderen Worten sieht die erfindungsgemäße fusionierte Zelle im Vergleich zur Anordnung herkömmlicher fusionierter Zellen eine invertierte Gateanordnung vor.In other words, the invention looks fused Cell has an inverted gate arrangement compared to the arrangement of conventional fused cells.
Dies erlaubt die Ausnutzung der Eigenschaften, die dem zwischen den beiden Gates angeordneten Oxid zu eigen sind, daß dieses Oxid nämlich ein schlechter Leiter ist, wenn das obere Gate in bezug auf das untere Gate negativ vorgespannt ist, jedoch in der entgegengesetzten Situation einen besseren Leiter abgibt.This makes it possible to utilize the properties inherent in the oxide arranged between the two gates is that this oxide is namely a poor conductor when the upper gate is negative with respect to the lower gate is biased, but makes a better conductor in the opposite situation.
Bei der erfindungsgemäßen Zelle mit dem obenliegenden schwebenden Gate wird die Asymmetrie der dielektrischen Leiteigenschaft ausgenutzt. D.h., in dem Zustand, in welchem das elektrische Feld den höheren Modul- oder Betragswert hat, befindet es sich in derjenigen Richtung, in welcher das Dielektrikum das niedrigste Leitvermögen aufweist, während es sich bei herkömmlichen Zellen umgekehrt verhält.In the cell according to the invention with the above floating gate, the asymmetry of the dielectric conductivity property is exploited. That is, in the state in which the electric field has the higher modulus or magnitude value, it is in the direction in which the dielectric has the lowest conductivity, while it is in conventional cells behaves in reverse.
Die Wirkung ist erhöht, wenn gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung das zwischen den beiden Gates angeordnete Dielektrikum nicht nur Oxid ist sondern Oxid mit darüber angeordnetem Siliciumnitrid. Tests zeigten, daß eine solche Kopplung die Unterschiedlichkeit des Verhaltens in beiden Richtungen des Leitens erhöht.The effect is increased if, according to a preferred embodiment of the invention, that between the two Gates arranged dielectric is not only oxide but oxide with silicon nitride arranged over it. Testing showed that such a coupling increases the difference in behavior in both directions of conduction.
Aus all diesem ergibt sich schließlich das Ergebnis, daß es möglich ist, für einen gegebenen funktioneilenFrom all this the final result is that it is possible for a given functional
Wirkungsgrad eine Zelle mit einem dünneren Dielektrikum und folglich mit reduzierten Gesamtabmessungen herzustellen. Efficiency of producing a cell with a thinner dielectric and consequently with reduced overall dimensions.
Die Erfindung und Weiterbildungen der Erfindung werden nun anhand von Ausführungsformen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:The invention and developments of the invention will now be explained in more detail with reference to embodiments. In the Drawings show:
Fig. 1 den strukturellen Aufbau einer erfindungsgemäßen fusionierten Zelle;Fig. 1 shows the structural design of an inventive fused cell;
Fig. 2 ein Diagramm zur Darstellung der Arbeitsweise der Zelle nach Fig. 1; undFig. 2 is a diagram showing the operation of the cell of Fig. 1; and
Fig. 3 eine Oxid-Nitrid-Kopplung, die als Dielektrikum zwischen den beiden Gates der Zelle nach Fig'. 1 verwendet werden kann.3 shows an oxide-nitride coupling that acts as a dielectric between the two gates of the cell according to Fig '. 1 can be used.
Fig. 1 zeigt eine fusionierte Zelle mit einem monokristallinem Siliciumsubstrat 1, das mit einer dotierten Drainzone 2, einer dotierten Sourcezone 3 und einer dazwischen befindlichen Kanalzone 4 versehen ist.Fig. 1 shows a fused cell with a monocrystalline silicon substrate 1, which is doped with a Drain zone 2, a doped source zone 3 and a channel zone 4 located therebetween is provided.
Ein potentialmäßig schwebendes, polykristallines SiIiciumgate 5 ist über dem Substrat 1 angeordnet, mit einem Teil 6, der einen Bereich 7 nahe der Drainzone 2 aufweist, und einem weiteren Teil 8, der über dem Steuer- und Auswahlgate 9 angeordnet ist und der Sourcezone 3 benachbart ist.A floating polycrystalline silicon gate 5 is arranged above the substrate 1, with a part 6 which has a region 7 near the drain zone 2, and a further part 8 which is arranged above the control and selection gate 9 and the source zone 3 is adjacent.
Siliciumoxid 10 umgibt die beiden Gates 5 und 9 und bildet eine dünne Oxidzone 11 unter dem Bereich 7 des schwebenden Gates und eine dielektrische Schicht 12 zwischen den beiden übereinander befindlichen Gates.Silicon oxide 10 surrounds the two gates 5 and 9 and forms a thin oxide zone 11 under region 7 of the floating gates and a dielectric layer 12 between the two superimposed gates.
Die dem Oxid eigenen Eigenschaften bewirken ein unterschiedliches Verhalten der Zelle in Abhängigkeit von dem Vorspannungszustand des schwebenden Gates. Wenn das schwebende Gate ein positiveres Potential als das Steuergate aufweist, wird das Oxid bei einem relativ niedrigeren nominellen elektrischen Feld ein Leiter. Dies ist jedoch der Zustand, in welchem es schwer ist, ein hohes elektrisches Feld zu erzeugen. Wenn dagegen das schwebende Gate ein negativeres Potential hat als das Steuergate, wird das Oxid lediglich bei höheren elektrischen Feldern ein Leiter. Es ist somit möglich, Zellen mit dünneren Dielektrikum zu konzipieren, da sie einem höheren elektrischen Feld standhalten als es der Fall wäre, wenn das schwebende Gate mit Elektronen geladen wäre, und zwar ohne einen Ladungsverlust zu bewirken.The properties of the oxide cause the cell to behave differently depending on the Floating gate bias state. When the floating gate has a more positive potential than that Having control gate, the oxide becomes a conductor at a relatively lower nominal electric field. this however, it is the state in which it is difficult to generate a high electric field. If on the other hand that If the floating gate has a more negative potential than the control gate, the oxide will only be at higher electrical Fields a ladder. It is thus possible to design cells with a thinner dielectric, since they have a Withstand higher electric field than it would if the floating gate were charged with electrons without causing a loss of charge.
Die beiden Situationen sind durch Kurven A und B in Fig. 2 dargestellt, wobei die Spannung V an der Abszisse und der Strom I an der Ordinate aufgetragen ist.The two situations are represented by curves A and B in Fig. 2, with the voltage V on the abscissa and the current I is plotted on the ordinate.
Das oben beschriebene Verhalten wird weiter erhöht, wenn das Dielektrikum 12 nicht lediglich aus Oxid sondern aus einer Oxid-Nitrid-Doppelschicht hergestellt ist, wie es in Fig. 3 gezeigt ist, wo das Oxid mit 12' und das Nitrid mit 12" gekennzeichnet ist.The behavior described above is further increased if the dielectric 12 is made not only of oxide but of an oxide-nitride double layer is made, as shown in Fig. 3, where the oxide with 12 'and the nitride marked with 12 ".
Der Herstellungsprozess für die Zelle macht es möglich, ein dickes Oxid zwischen dem monokristallinen Silicium und der ersten Schicht aus polykristallinem Silicium wachsen zu lassen und ein dünneres Dielektrikum, d.h., Oxid oder Oxid und Nitrid, zwischen dem monokristallinem Silicium und der zweiten Schicht aus polykristallinem Silicium.The manufacturing process for the cell makes it possible to have a thick oxide between the monocrystalline silicon and to grow the first layer of polycrystalline silicon and a thinner dielectric, i.e. Oxide, or oxide and nitride, between the monocrystalline silicon and the second layer of polycrystalline Silicon.
Die Nützlichkeit, diese beiden Dielektrika unterschied-The usefulness of distinguishing these two dielectrics
licher Dicke verfügbar zu haben, so daß man in der Lage ist, die Hochspannungsschaltungsanordnung mit dickerem Oxid und somit mit höheren Durchbruchspannungen und die Niederspannungsschaltunganordnung mit dünnerem Oxid oder mit der Oxid-Nitrid-Doppelschicht herzustellen, um schnellere Schaltungen zu schaffen, wird dem Fachmann ohne weiteres klar.licher thickness available so that one will be able to is, the high-voltage circuitry with thicker oxide and thus with higher breakdown voltages and the Low-voltage circuitry with thinner oxide or with the oxide-nitride double layer to produce Creating faster circuits will be readily apparent to those skilled in the art.
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Claims (3)
dadurch gekennzeichnet,1. Fused non-volatile memory cell with a doped drain and source zones (2, 3) having silicon substrate (1), a floating gate (5), a one-piece control and selection gate (9) and one between the gates (5, 9) arranged dielectric (12; 12 ', 12 "),
characterized,
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