-
Diese Erfindung betrifft einen elektrisch löschbaren
nichtflüchtigen Halbleiterspeicher (EEPROM) mit einer Schaltung
zum Anlegen einer Prograznmspannung, und insbesondere zum
Anlegen einer Programmspannung für einen nicht-flüchtigen
Halbleiterspeicher, benutzt in dem Fall eines Ausführens
einer Injektion von Elektronen in einen Schnittstellenpegel
zwischen einem erdfreien Gate oder SiO&sub2; (Siliziumoxyd) oder
Si&sub3;N&sub4; (Siliziumnitrid) oder eine Extraktion daraus durch
einen Fowler-Nordheim-Strom durch einen Isolierfilm.
-
Mit Bezug auf Figur 1 ist unter EEPROMS dieses Typs eine
typische Struktur eines FLOTOX (Erdfrei-Gate-Tunnel-Oxyd)-
Typ EEPROMS gezeigt. Es sind nämlich auf der
Substratoberfläche zwischen der Source S und dem Drain D ein
Stapelschichtgate, bestehend aus einem Steuergate CG und
einem erdfreien Gate FG, und ein Auswahlgate SG vorgesehen.
An einem Abschnitt des Isolierfilms OX unterhalb des
erdf reien Gates FG ist ein Tunnelisolierfilm TOX zum
Zulassen einer Injektion/Extraktion in das/von dem erdfreien
Gate vorgesehen.
-
Die Bedingung zum Anlegen einer Spannung an jeweilige
Anschlüsse beim Ausführen einer Injektion/Extraktion von
Elektronen in/aus dem erdfreien Gate FG des EEPROM von der
oben beschriebenen Struktur ist in Tabelle 1 gezeigt.
Tabelle 1
Steuer-Gate
Auswahl-Gate
Drain
Source
Elektronen-Extraktion
Elektronen-Injektion
Masse
Offen
-
In diesem Fall wird VPP eine Programmspannung genannt, welche
auf einen Wert gesetzt ist (Z.B. etwa 15 bis 20V) der höher
ist als eine angelegte Spannung zu einer Zeit einer
Datenleseoperation. In Tabelle 1 ist beim Injizieren von
Elektronen eine Programmspannung VPP angelegt an das
Steuergate CG und das Auswahlgate SG, der Drain D liegt auf
Masse, und die Source wird veranlaßt, in einem offenen
Zustand zu sein. Andererseits ist beim Extrahieren von
Elektronen eine Programmspannung VPP angelegt an das
Auswahlgate SG und den Drain D, das Steuergate CG ist auf
Masse, und die Source S wird veranlaßt, in einem offenen
Zustand zu sein.
-
Durch Ausführen einer Injektion/Extraktion von Elektronen in
das/ von dem erdfreien Gate FG, wie oben beschrieben, wird
ein Schwellwert, bei dem der Kanal zwischen der Source S und
dem Drain eingeschaltet ist, geändert. Durch eine solche
Änderung im Schwellwert wird eine Unterscheidung zwischen
Schreiben ("1") in das EEPROM und Löschen ("0") des Inhalts
davon durchgeführt.
-
Dabei wird ein trapezförmiger Impuls, der in seinem Anstieg
abgestumpft ist (d.h. mit einem vorbestimmten Gradienten),
benutzt als die Wellenform einer Programmspannung VPP, die
angelegt wird beim Injizieren von Elektronen in das oben
erwähnte EEPROM und Extrahieren derselben davon. Figur 2A
zeigt eine Wellenform einer Prograinmspannung VPP, welche nach
dem Stand der Technik benutzt wird. Gewöhnlicherweise ist
ihre Anstiegszeit etwa 10 Mikrosekunden und ihre
Impulsbreite W ist einige Millisekunden.
-
Wenn ein trapezförmiger Impuls, wie gezeigt in Figur 2A,
angelegt wird an das Steuergate CG etc. als eine
Programmspannung, wird ein elektrisches Feld mit einer
Wellenform, wie gezeigt in Figur 2B, erzeugt in dem
Tunneloxydfilm TOX. Weiterhin fließt ein Fowler-Nordheim-
Strom mit einer Wellemform annähernd einer rechtwinkligen
Wellenform, wie gezeigt in Figur 2C, in dem Bereich eines
festen elektrischen Feldes, angezeigt durch schräge Linien
der Wellenform des elektrischen Feldes. Das meiste dieses
Fowler-Nordheim-Stroms fließt während einer Anstiegsperiode
der Steuergatespannung, wie gezeigt in Figur 2A. Wenn die
Steuergatespannung die Programmspannung VPP erreicht hat, ist
eine Injektion/Extraktion von Elektronen im wesentlichen
beendet.
-
Wenn ein Fowler-Nordheim-Strom in dem Tunneloxydfilm TOX
fließt, sind Elektronen, die dort hinein fließen, einer
Stoßionisation ausgesetzt, um somit positive Löcher zu
erzeugen. Ein Anteil von in dem Tunneloxydfilm TOX, wie oben
erwähnt, erzeugten Löcher unterliegen einer Rekombination
mit Elektronen und werden ausgelöscht. Ein übriger größerer
Teil der Löcher fließt nach außerhalb des Tunneloxydfilms
TOX durch ein elektrisches Feld, das an dem Tunneloxydfilm
TOX anliegt. Dabei bleiben einige Löcher in einem
Fallenpegel in dem Tunneloxydfilm TOX mit einer festen
Wahrscheinlichkeit, so wie sie sind. Solch ein Phänomen wird
ein Einfangen von Löchern genannt.
-
Figur 2D zeigt eine Dichte pro Einheitsvolumen von in dem
Tunneloxydfilm TOX erzeugten Löchern als ein Resultat der
Tatsache, daß ein rechtwinkliger Stromimpuls, wie gezeigt in
Figur 2C, in einem Bereich eines festen elektrischen Feldes,
wie gezeigt durch schräge Linien von Figur 2B, in dem
Tunneloxydfilm TOX fließt.
-
In Figur 2D ist die Gesamtzahl von Elektronen pro
Einheitsvolumen angedeutet durch einen Bereich (ein Wert,
der erhalten wird durch Integrieren einer Lochdichte
bezüglich der Zeit), der definiert ist durch die Abszisse
und die Kurve. Der Wert, der erhalten wird durch den Wert
des Bereichs durch die Wahrscheinlichkeit, wo Löcher
gefangen werden, wird gleich der Geamtzahl pro
Einheitsvolumen von Löchern, die gefangen werden durch eine
Injektion/Extraktion von Löchern. Jedesmal, wenn eine
Injektion/Extraktion in das/ von dem EEPROM ausgeführt wird,
werden Löcher, die gefangen sind in dem Tunneloxydfilm TOX,
gespeichert. Wenn die Anzahl von gespeicherten Löchern einen
gewissen Grenzwert überschreitet, unterliegt der
Tunneloxydfilm TOX einem dielektrischen Zusammenbruch.
Daraus resultierend wird eine Injektion/Extraktion von
Elektronen unmöglich. Dieses Phänomen gibt eine Hauptursache
zum Bestimmen der Lebensdauer einer Speicherzelle.
-
Die US-A-4 357 685 offenbart eine nicht-flüchtige
Speichervorrichtung mit einer Schaltung zum Anlegen von
Impulsen an eine Wortleitung, die verbunden ist mit einem
Steuergate eines MOS Transistors bei jeder Speicherzelle.
Die anlegende Schaltung beinhaltet eine Einrichtung zum
erzeugen einer Kette von breiten Lastimpulsen, welche
getrennt sind durch breite Lesezeitintervalle. Die Breite
und/oder Amplitude der Lastimpulse während
aufeinanderfolgender Lade- oder Entladeschritte kann erhöht
werden nach jedem Leseschritt. Die anlegende Schaltung
beinhaltet weiterhin eine Dekodiereinrichtung und eine
Pegelkonverter-Verteileinrichtung in dieser Reihenfolge.
-
Die EP-A-0 296 038 offenbart ein Verfahren zum Auslöschen
eines EPROM Speichers durch anlegen von 10³ Spitzenimpulsen
mit einer Anstiegszeit von etwa 0,3 Mikrosekunden und mit
einer Frequenz von 1 MHz.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die
Gefangennahmen von Löchern in dem Tunneloxydfilm bei einer
Injektion/Extraktion in das/ von dem erdfreien Gate zu
reduzieren, um dadurch eine Lebensdauer zu verlängern, bis
der Tunneloxydfilm einem dielektrischen Zusammenbruch
unterliegt.
-
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine nicht-flüchtige
Speichervorrichtung mit einer Vielzahl von Speicherzellen
zum Speichern binärer Daten, wobei jede Speicherzelle
zusainmengesetzt ist aus einem MOS Transistor, der auf einem
Substrat mit einem erdfreien Gate gebildet ist, wobei ein
Steuergate davon verbunden ist mit einer Wortleitung und
eine Schaltung umfaßt zum Anlegen von Impulsen an die
Wortleitung, einschließlich einer Einrichtung zum Erzeugen
eines ersten Impulses mit einer Amplitude, die höher ist als
eine Leistungsversorgungsspannung, und einer
Dekodiereinrichtung, gekennzeichnet durch eine
Zerhackereinrichtung zum Zerhacken des ersten Impulses in
eine Vielzahl zweiter Impulse, wobei jeder der zweiten
Impulse eine Dauer hat, die kurz genug ist zum
Aufrechterhalten eines Fowler-Nordheim-Tunnelstroms zwischen
dem Substrat und dem erdfreien Gate der Speicherzelle; und
wobei die Dekodiereinrichtung vorgesehen ist zum zur
Verfügung stellen der Vielzahl von zweiten Impulsen an die
Wortleitung der ausgewählten Speicherzelle ansprechend auf
ein Adreßsignal.
-
Die nicht-flüchtige Speichervorrichtung nach der Erfindung
kann weiterhin gekennzeichnet sein durch eine
Begrenzereinrichtung, vorgesehen zwischen der
Zerhackereinrichtung und der Dekodiereinrichtung und
ansprechend auf die Vielzahl von zweiten Impulsen von der
Zerhackereinrichtung, um somit Spannungspegel der jeweiligen
Impulse so zu begrenzen, daß die Spannungspegel schrittweise
ansteigen in der Reihenfolge eines Auftretens der Impulse.
-
Alternativerweise kann die nicht-flüchtige
Speichervorrichtung nach der Erfindung dadurch
gekennzeichnet sein, daß die Zerhackereinrichtung erlaubt,
daß jeder zweite Impuls steil ansteigt, so daß ein Fowler-
Nordheim-Tunnelstrom in die ausgewählte Zelle zu einem nicht
vernächlässigbaren Grad fließt, sogar nachdem jeder Impuls
angestiegen ist, und erlaubt, daß jeder Impuls eine
hinreichend kurze Impulsbreite hat, um somit in der Abfolge
seines Abfallens den Fowler-Nordheim-Tunnelstrom zu
unterbrechen, der nach Vervollständigung des Anstiegs
fließt.
-
In Übereinstimmung mit der Erfindung wird eine Kette einer
Vielzahl von Spannungsimpulsen an den Speicher angelegt.
Eine Menge injizierter oder extrahierter Elektronen durch
einen Spannungsimpuls ist ein Anteil einer Geamtmenge von
Elektronen, die zu injizieren oder extrahieren sind. Eine
Injektion/Extraktion aller Elektronen wird erhalten durch
die Vielzahl der Spannungsimpulse. Da ein Impuls des Fowler-
Nordheim-Stroms, der durch einen Spannungsimpuls zu fließen
veranlaßt wird, kurz ist, ist die Dichte von Löchern, die
erzeugt wird in dem Tunnelisolationsfilm durch solch einen
Stromimpuls, extrem klein. Daraus resultierend ist die
Anzahl von Löchern, die gefangen wird durch eine Vielzahl
von Fowler-Nordheim-Stromimpulsen, die zu fließen veranlaßt
werden durch eine Vielzahl von Spannungsimpulsen, kleiner
als die beim herkömmlichen Verfahren des Ausführens einer
Injektion/Extraktion aller Elektronen durch einen
Spannungsimpuls. Somit kann die Lebensdauer, bis der
Tunneloxydfilm einem dielektrischen Zusammenbruch
unterliegt, verlängert werden.
-
Die Figuren zeigen im einzelnen:
-
Figur 1 eine Querschnittsansicht zum Zeigen einer typischen
Struktur eines FLOTOX-Typ EEPROM;
-
Figuren 2A, 2B, 2C, und 2D Wellenformdiagramme zum Zeigen
einer angelegten Spannung, eines elektrischen Feldes eines
Tunneloxydfilms, eines Fowler-Nordheim-Stroms und einer
Lochdichte in einem herkömmlichen Verfahren;
-
Figur 3 ein Blockdiagramm einer Vorrichtung zum Anlegen
einer Programmspannung zum Ausführen einer ersten
Ausführungsform eines Verfahrens gemäß der Erfindung;
-
Figuren 4A, 4B, 4C und 4D Wellenformdiagramme zum Zeigen
einer angelegten Spannung, eines elektrischen Feldes, eines
Tunneloxydfilms, eines Fowler-Nordheim-Stoms und einer
Lochdichte bei einer ersten Ausführungsform eines Verfahrens
gemäß der vorliegenden Erfindung;
-
Figur 5 ein Blockdiagramm einer Vorrichtung zum Anlegen
einer Programmspannung zum Ausführen einer zweiten
Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung;
-
Figuren 6A, 6B, 6C, und 6D Wellenformdiagramme zum Zeigen
einer angelegten Spannung, eines elektrischen Feldes eines
Tunneloxydfilms, eines Fowler-Nordheim-Stroms und einer
Lochdichte bei der zweiten Ausführungsform des Verfahrens
gemäß der Erfindung; und
-
Figur 7 ein charakteristisches Diagramm zum Zeigen auf eine
vergleichende Art einer Dauerhaftigkeit-Testcharakteristik
eines Tunneloxydfilms, wenn eine Injektion/Extraktion von
Elektronen wiederholt ausgeführt wird durch die zweite
Ausführungsform des Verfahrens gemäß dieser Erfindung und
einer Dauerhaftigkeits-Tstcharakteristik eines
Tunneloxydfilms, eine Injektion/Extraktion von Elektronen
wiederholt ausgeführt wird durch das herkömmliche Verfahren.
-
Bevorzugrte Ausführungsformen dieser Erfindung werden
bechrieben werden mit Bezug auf die begleitende Zeichnung.
-
Figur 3 ist ein Blockdiagramm zum Zeigen einer
Schaltungskonfiguration einer Vorrichtung zum Anlegen einer
Programmspannung für ein EEPROM in Übereinstimmung mit einer
ersten Ausführungsform der Erfindung.
-
In Figur 3 setzt eine Aufschrittschaltung 1 eine vorgegebene
äußere Spannung VEXT (z.B. Leistungsversorgungsspannung 5V)
auf eine vorbestimmte Programmspannung VPP (z.B. 15 bis 20V)
hoch, um ein rechteckiges Impulssignal der Spannung VPP zu
erzeugen und aus zugeben. Eine Zerhackerschaltung 3 zerhackt
das rechteckige Impulssignal, das ausgegeben wird von der
Aufschrittschaltung 1, in eine Kette einer Anzahl von N
(Vielzahl) von Impulssignalen mit einer bestimmten Breite
(enge Breite) durch ein Zeitsteuersignal, das ausgegeben
wird von einer Steuerschaltung 5. Ein Begrenzer 7 ist von
einer Struktur mit einer Anzahl von N Begrenzerelementen,
die parallel verbunden sind, und diese N Begrenzerelemente,
die parallel verbunden sind, haben Begrenzungswerte, welche
verschieden voneinander sind. Zeitkonstantenschaltungen zum
Erlauben, daß Impulssignale, die ausgegeben werden von
diesen Begrenzerelementen, vorbestimmte Gradienten haben,
sind in die N Begrenzerelemente eingebaut. Der Begrenzer 7
ist so konstruiert, daß die N Begrenzerelemente, die
parallel verbunden sind, selektiv sequentiell angetrieben
werden synchron mit einem Ausgabezeitpunkt des Impulses von
der Zerhackeschaltung 3. In diesem Fall wird das
Begrenzerelement mit dem niedrigsten Grenzwert zunächst
angetrieben in Übereinstimmung mit einem ersten
Impulssignal, das ausgegben wird von der Zerhackerschaltung
3. Dann wird das Begrenzerelement mit einem Grenzwert, der
eingestellt ist auf einen niedrigen Wert nächst dem ersten
Grenzwert als zweites angetrieben in Übereinstiininung mit
einem Impulssignal, das als zweites ausgegeben wird. Solch
eine Operation wird sequentiell ausgeführt. Somit wird das
Begrenzerelement mit dem höchsten Grenzwert zuletzt
angetrieben in Übereinstimmung mit einem Impulssignal, das
an der N-ten Stelle ausgegeben wird. Bei diesem Beispiel ist
der höchste Grenzwert gesetzt auf die Programmspannung VPP.
Der Begrenzer 7 führt eine Operation durch zum Ausgeben
einer Kette von N Impulsen, so daß der Spitzenwert
schrittweise ansteigt von dem des ersten Spannunsimpulses
bis zu dem des N-ten Impulses, welcher gleich der
Programmspannungs VPP ist.
-
Ein Dekoder 9 liefert an eine Wortspaltenleitung des
EEPROMS, ausgewählt durch eine extern eingegebene
Spaltenadresse, N Impulse, die von dem Begrenzer 7
ausgegeben werden.
-
Ein Verfahren zum Anlgen einer Programmspannung für ein
EEPROM unter Benutzung der oben beschriebenen Vorrichtung
wird jetzt beschrieben werden hauptsächlich mit Bezug auf
Figuren 4A und 4D.
-
Eine Kette von N stufenförmigen Spannungsimpulsen, erzeugt
durch die Aufschrittschaltung 1, das Zerhackergatter 3 und
den Begrenzer 7, welche in Figur 3 gezeigt sind, wird
angelegt an einen Anschluß, an den eine Programmspannung VPP,
gezeigt in Tabelle 1, einer Speicherzelle, die ausgewählt
ist durch eine Spaltenadresse und eine Zeilenadresse,
anzulegen ist. Die Wellenformen der Kette von N
Spannungsimpulsen sind in Figur 4A gezeigt. Der erste
Spannungsimpuls hat nämlich eine Spitzenwert, der gesetzt
ist auf einen Wert V'PP, der niedriger ist als der
Spitzenwert der Programmspannung VPP, und der zweite
Spannungsimpuls hat einen Spitzenwert, der gesetzt ist auf
einen Wert, der leicht höher ist als der Spitzenwert V'PP des
ersten Spannungsimpulses. Der N-te hat einen Spitzenwert,
der gleich ist der Programmspannung VPP. Anstiege dieser N
Spannunsimpulse werden beträchtlich steil eingestellt, wie
klar erscheint aus dem Vergleich mit Figur 2A zum Zeigen der
Wellenformen der Spannungsimpulse in Übereinstimmung mit dem
Stand der Technik.
-
Durch geeignetes Einstellen der Spitenwerte der
Anstiegszeiten jeweiliger Spannungsimpulse wird ein
elektrisches Feld mit derselben Stärke wie der des
elektrischen Feldes der Tunneloxydfilms (Bereich angezeigt
durch schräge Linien in Figur 2B) in Übereinstimmung mit dem
Stand der Technik und mit einer kurzen Impulsbreite
bezüglich der Zeit gebildet, wie gezeigt in Figur 4B,
während einer Anstiegsperiode der jeweiligen
Spannungsimpulse. Dabei fließt ein Fowler-Nordheim-Strom mit
demselben Wert wie der Fowler-Nordheim-Strom (Figur 2C) in
Übereinstimmung mit dem Stand der Technik und mit einer
kurzen Impulsbreite in dem Tunneloxydfilm TOX, wie gezeigt
in Figur 4C. Eine Summe von Impulsbreiten von N kurzen
Stromimpulsen, gezeigt in Figur 4C, ist in Übereinstimmung
mit der Impulsbreite des Stromimpulses in Übereinstimmung
mit dem Stand der Technik, gezeigt in Figur 2C. Es wird
nämlich bei dieser Ausführungsform eine Injektion/Extraktion
von Elektronen ausgeführt durch N kurze Fowler-Nordheim-
Stromimpulse, die erhalten werden durch zeitmäßiges Teilen
eines einzelnen Fowler-Nordheim-Stroms in Übereinstimmung
mit dem Stand der Technik.
-
Die Dichte von in dem Tunneloxydfilm TOX erzeugten Löcher
durch jeweilige Stromimpulse, gezeigt in Figur 4C, ist in
Figur 4D gezeigt. Die jeweiligen Wellenformen stehen in
Übereinstimmung mit den Wellenformen des anfänglichen
Anteils des Anstiegs, angezeigt durch unterbrochene Linien
in den Wellenformen in Figur 2D zum Zeigen der herkömmlichen
Lochdichte. Wie klar erscheint, wenn Bezug genommen wird auf
Figur 2D, ist die Dichte der Löcher in dem Tunneloxydfilm
TOX klein, wenn der Fowler-Nordheim-Strom zu fließen beginnt
unter der Bedingung eines festen elektrische Feldes, und
steigt schrittweise mit dem Vergehen der Zeit. Wenn die
zeitliche Breite des Fowler-Nordheim-Stromimpulses verkürzt
wird wie in dieser Ausführungsform, wird ein Fowler-
Nordheim-Strom in einem Bereich fließen, wo die Lochdichte
zu allen Zeiten klein ist. Dementsprechend kann im Vergleich
mit dem Fall, wo ein Fowler-Nordheim-Strom zu fließen
veranlaßt wird als ein einzelner Stromimpuls mit einer
breiten zeitlichen Breite wie beim Stand der Technik, die
Gesamtzahl von Löchern bezüglich derselben Menge des Fowler-
Nordheim-Stroms wie oben reduziert werden in großem Ausmaß.
Dies wird ebenfalls klar durch Durchführen eines Vergleichs
zwischen der Summe von Bereichen von M Wellenformen von
Figur 4D und dem Bereich der Wellenform von Figur 2D. Daraus
resultierend ist die Anzahl von Löchern, die gefangen ist,
ebenfalls reduziert in großem Ausmaß. Somit wird die
Lebensdauer der Speicherzelle stark verlängert. Es sollte
bemerkt werden, daß obwohl beschrieben wurde bei dieser
Ausführungsform, daß ein Spannungsimpuls einer
trapezförmigen Wellenform angelegt wird an das Steuergate CG
und das Auswahlgate usw., ein Spannunsimpuls einer
dreieckigen Wellenform darin angelegt werden kann an Stelle
des Spannunsgimpulses der trapezförmigen Wellenform.
-
Figur 5 ist ein Blockdiagramm zum Zeigen einer
Schaltungskonfiguration einer Vorrichtung zum Anlegen einer
Programmspannung für EEPROM in Übereinstimmung mit einer
zweiten Ausführungsform der Erfindung.
-
Bei der Vorrichtung zum Anlegen der Programmspannung ist ein
Begrenzer 7 entfernt von der Vorrichtung zum Anlegen der
Programmspannung in Übereinstimmung mit der ersten
Ausführungsform, die in Figur 3 gezeigt ist. Eine
Steuerschaltung 50 liefert an eine Zerhackerschaltung 30 ein
Zeitsteuersignal, das extrem schneller ist als das bei der
Steuerschaltung von Figur 3. Somit zerhackt die
Zerhackerschaltung 30 mit hoher Geschwindigkeit einen
rechteckigen Impuls von Aufschrittschaltung 1 zum Erzeugen
von M Spannungsimpulsen extrem kurzer zeitlicher Breite,
(z.B etwa einige Mikrosekunden). Die Zerhackerschaltung 30
setzt Anstiegszeiten jeweiliger Zerhackerspannungsimpulse
auf einen vorbestimmten extrem steilen Wert (z.B. etwa eine
Mikrosekunde). Solch eine Kette von M extrem kurzen
Spannungsimpulsen wird ausgegeben auf eine ausgewählte
Wortspaltenleitung durch den Dekoder 9. Wenn die Tatsache in
Betracht gezogen wird, daß die Anstiegszeit und die
Impulsbreite der Spannungsimpulse in Übereinstimmung mit dem
Stand der Technik 10 Mikrosekunden bzw. einige Millisekunden
sind, erscheint klar, daß die Anstiegszeit und die
Impulsbreite des Spannungsimpulses in Übereinstimmung mit
dieser Ausführungsform auf extrem kurze Werte jeweils
eingestellt sind.
-
Die Wellenformen der Kette von M Spannunsimpulsen, erzeugt
durch die in Figur 5 gezeigte Vorrichtung, sind in Figur 6A
gezeigt. In dem Fall, in dem solch ein Spannungsimpuls mit
einem extrem steilen Anstieg angelegt wird, wie gezeigt
durch die schraffierten Abschnitte des ersten
Spannungsimpulses, genommen als Beispiel, fließt ein Fowler-
Nordheim-Strom nicht nur für eine Zeitperiode eines festen
elektrischen Feldes innerhalb einer Anstiegsperiode des
Spannungsimpulses, sondern auch in einem nicht
vernachlässigbaren Ausmaß während einer Zeitperiode, während
der ein elektrisches Feld erniedrigt ist, nachdem der
Spannunsimpuls angestiegen ist. Falls der erste Impuls eine
hinreichend breite Breite hat, wie angedeutet durch einzelne
gepunktete Linien in Figur 6A, fließt ein Fowler-Nordheim-
Strom, dessen Wellenform angedeutet ist durch einzelne
gepunktete Linien in Figur 6C. Daraus resultierend wird die
Gesamtlänge des Stroms gleich der Gesamtmenge vom Fowler-
Nordheim-Strom in Übereinstimmung mit dem Stand der Technik,
der in Figur 2C gezeigt ist. Da jedoch die Impulsbreite
jedes Spannungsimpulses auf einen extrem kurzen wert (W')
eingstellt ist wie gezeigt in Figur 6A, wird der Fowler-
Nordheim-Strom abgeschnitten an dem Hinterende des
schraffierten Bereichs entsprechend dem schraffierten
Bereich von Figur 6B.
-
Der Spitzenwert des zweiten Spannungsimpulses wird
eingestellt auf VPP gleich dem Spitzenwert des ersten
Spannunsimpulses. Somit ist, wie gezeigt in Figur 6B die
Stärke eines elektrischen Feldes, das erzeugt wird in dem
Tunneloxydfilm TOX gleich einem Wert, der leicht niedriger
ist als der Spitzenwert Emax des elektrischen Feldes, das
erzeugt wird in dem Tunneloxydfilm, wenn der erste Impuls
angelegt wird. Das kommt daher, weil die Stärke des
elektrischen Feldes des Tunneloxydfilms erniedrigt ist um
einen Wert entsprechend der Menge von Elektronen, die durch
den ersten Impuls injiziert werden. Wie klar erscheint, wenn
Bezug genommen wird auf Figur 6C, ist die Menge eines
Fowler-Nordheim-Stroms, der durch den zweiten Spannunsimpuls
fließt, in hohem Ausmaß reduziert im Vergleich zu dem ersten
Stromimpuls in Übereinstimmung mit einer Erniedrigung des
elektrischen Feldes des Tunneloxydfilms.
-
Somit werden in der Reihenfolge eines Ausftretens der
Spannungsimpulse Fowler-Nordheim-Ströme, die durch solche
jeweiligen impulse fließen, mit kleineren Werten
dementsprechend behaftet. Die Gesamtmenge des ersten bis M-
ten Stromimpulses ist gleich der Menge des Fowler-Nordheim-
Stroms (einzeln gepunktete Linie in Figur 6C), wenn ein
einzelner Spannungsimpuls von VPP mit einer Impulsbreite W
und einem Spitzenwert VPP angelegt wird.
-
Figur 6D zeigt die Dichte von Löchern, die erzeugt wird in
dem Tunneloxydfilm durch solche Fowler-Nordheim-
Stromimpulse. Falls eine Spannungsimpuls mit einer breiten
zeitlichen Breite W, wie angedeutet durch einzeln gepunktete
Linien in Figur 6A, angelegt wird, ist die Dichte von
Löchern wie angezeigt durch einzelne gepunktete Linien in
Figur 6D. Im Gegensatz ist, wenn M Spannungsimpulse mit
extrem kurzen seitlichen Breiten W' angelegt werden, wie bei
dieser Ausführungsform, die Dichte von Löchern wie
angedeutet durch die durchgezogene Linie. Die Wellenformen
des zweiten Impulses und darauffolgende Impulse, gezeigt
durch durchgezogene Linien n Figur 6D, stehen in
Übereinstimmung mit jeweiligen Wellenformen der Abschnitte,
die gezeigt sind durch unterbrochene Linien in der
Wellenform, die angezeigt wird durch einzeln gepunktete
Linien in Figur 6D. wird ein Vergleich zwischen den Dichten
von Löchern in diesen zwei Fällen gemacht wird erscheint
klar, daß die Dichte von Löchern des letzteren auf einen
kleineren Wert niedrig gehalten ist als dem des ersteren.
Dementsprechend ist klar gemacht, daß die Anzahl von
gefangenen Löchern reduziert ist, was in einer verlängerten
Lebensdauer resultiert.
-
Obwohl eine Reduktion in der anzahl von gefangenen Löchern
bei dieser Ausführunsform leicht unterlegen ist der bei der
oben erwähnten ersten Ausführungsform, kann die Anzahl von
gefangenen Löchern immer noch reduziert werden in hohem
Ausmaß im Vergleich mit dem beim Stand der Technik.
Zusätzlich kann diese Ausführungsform in vorteilhafter Weise
den Begrenzer 7 von Figur 3 beseitigen, welcher kompliziert
in der Konstruktion ist, und eine komplizierte und
schwierige Steuerung erfordert, was in einer Realisierung
einer miniaturisierten Vorrichtung resultiert.
-
Es sollte bemerkt werden, daß obwohl bei den
Ausführungsformen beschrieben worden ist, daß ein
Spannungsimpuls einer trapezförmigen Wellenform angelegt
wird an das Steuergate CG und das Auswahlgate SG usw.,
ein Spannungsimpuls einer dreieckigen Wellenform daran
angelegt werden kann anstelle solch eines Spannungsimpulses
einer trapezförmigen Wellenform, um deutlichere Vorteile zu
erhalten.
-
Weiterhin ist es, obwohl die Impulswellenformen, die in
Figuren 4A und6A gezeigt sind, linear ansteigend, nicht
notwendiger Weise erfordert, daß solche Wellenformen linear
sind, solange sie eine Wellenform sind, die monoton
ansteigt.
-
Zusätzlich kann die Vorrichtung zum Anlegen einer
Programmspannung, die in Figur 3 und 5 gezeigt ist in
demselben IC wie ein EEPROM gebildet werden, oder kann in
einem IC gebildet werden, der verschieden ist von dem
EEPROM.
-
Figur 7 ist ein charakteristisches Diagramm zum Zeigen auf
vergleichende Art und Weise der Dauerhaftigkeits-
Testcharakteristik eines Tunneloxydfilms, wenn eine
Injektion/Extraktion wiederholt ausgeführt wird unter
Benutzung eines einzelnen Spannungsimpulses in
Übereinstimmung mit dem Stand der Technik und der
Dauerhaftigkeits-Testcharakteristik, wenn eine
Injektion/Extraktion von Elektronen wiederholt ausgeführt
wird unter Benutzung einer Vielzahl von Spannungsimpuls in
Übereinstimmung mit der zweiten Ausführungsform der
Erfindung.
-
Wie klar erscheint, wenn Bezug genommen wird auf Figur 7, wo
eine Messung begonnen wird mit einem anfänglichen
Schwellfenster (Differenz zwischen Schwellwerten des Kanals
gesehen von dem Steuergate CG zur Zeit einer Injektion von
Elektronen und zur Zeit einer Extraktion davon) ist eine
Verengung des Schaufensters in Übereinstimmung mit der
Erfindung leichter als die beim Stand der Technik, und die
Anzahl von Programmieroperationen, bis zum Zusammenbruch des
Tunneloxydfilms in Übereinstimmung mit der Erfindung ist
erhöht auf 6 x 10&sup6; in starkem Ausmaß im Vergleich mit der
Anzahl von Programmieroperationen von 2 bis 3 x 10&sup6; in
Übereinstimmung mit dem Stand der Technik. Es ist nämlich
klar aus Figur 7, daß in Übereinstimmung mit der Erfindung
die Zuverlässigkeit der Speicherzelle verbessert werden kann
und Lebensdauer in starkem Ausmaß verlängert werden kann.
-
Der Umfang der Erfindung ist nicht begrenzt auf die oben
beschriebenen Ausführungsformen, sondern kann modifiziert
werden in diverser Art innerhalb des Bereichs davon.
-
Bezugszeichen in den Patentansprüchen sind beabsichtigt zum
besseren Veständnis und sollen den Schutzumfang nicht
begrenzen.