DE69435007T2 - FLASH EPROM integrierte Schaltungsarchitektur - Google Patents

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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die gleichzeitig anhängige Anmeldung mit dem Titel "A FLASH EPROM TRANSISTOR ARRAY AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME" (Flash Eprom Transistor Anordnung und Verfahren zur Herstellung derselben), die gleichzeitig mit der vorliegenden Anmeldung eingereicht wurde, Erfinder Shone, et al., und die derzeit und zum Zeitpunkt der Erfindung demselben Anmelder gehört.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Flash EPROM Speichertechnologie und genauer gesagt auf eine verbesserte Flash EPROM Speicherarchitektur und Datenzellenstruktur.
  • Beschreibung des verwandten Standes der Technik
  • Flash EPROMs sind eine wachsende Klasse nicht flüchtiger integrierter Speicherschaltkreise. Die Flash EPROMs haben die Fähigkeit, eine Speicherzelle in dem Chip elektrisch zu löschen, zu programmieren und zu lesen. Die Speicherzelle in einem Flash EPROM wird unter Verwendung sogenannter Floating Gate-Transistoren (Transistor mit "potentialfreiem" bzw. "schwebendem" Gate) gebildet, in welche die Daten in einer Zelle gespeichert werden, indem das Floating Gate geladen oder entladen wird. Das Floating Gate besteht aus einem leitfähigen Material, typischerweise aus Polysilizium, das gegenüber dem Kanal des Transistors durch eine dünne Oxidschicht oder ein anderes Isoliermaterial isoliert ist und das auch gegenüber dem Steuergate oder der Wortleitung des Transistors durch eine zweite Schicht aus einem Isoliermaterial isoliert ist.
  • Daten werden in der Speicherzelle gespeichert, indem das Floating Gate geladen oder entladen wird. Das Floating Gate wird durch einen "Fowler-Nordheim-Tunnelmechanismus" geladen, indem eine große positive Spannung zwischen dem Gate und der Source oder der Drain bereitgestellt wird. Dies bewirkt, dass Elektronen durch den dünnen Isolator hindurch in das Floating Gate injiziert werden. Alternativ kann auch ein Lawineninjektionsmechanismus verwendet werden, indem Potentiale angelegt werden, um Elektronen mit hoher Energie in dem Kanal der Zelle zu induzieren, die durch den Isolator in das Floating Gate injiziert werden. Wenn das Floating Gate geladen wird, wird die Schwellwertspannung, die bewirkt, dass die Speicherzelle leitfähig wird, über die Spannung hinaus erhöht, die während eines Lesevorganges an der Wortleitung angelegt wird. Wenn also eine geladene Zelle während eines Lesevorganges adressiert wird, leitet die Zelle nicht. Der nichtleitende Zustand der Zelle kann als eine binäre 1 oder 0 interpretiert werden, je nach der Polarität der Abfrageschaltung.
  • Das Floating Gate wird dann entladen, um den entgegengesetzten Speicherzustand bereitzustellen. Diese Funktion wird typischerweise durch einen F-N-Tunnelmechanismus zwischen dem Floating Gate und der Source oder der Drain des Transistors, oder zwischen dem Floating Gate und dem Substrat ausgeführt. Beispielsweise kann das Floating Gate über die Source entladen werden, indem eine große positive Spannung von der Source zum Gate bereitgestellt wird, während man die Drain auf einem erdfreien bzw. "Floating" Potential lässt.
  • Die zum Laden und Entladen des Floating Gate verwendeten hohen Spannung bringen beträchtliche Einschränkungen für die Modelle bzw. den Entwurf von Flashspeichereinrichtungen mit sich, insbesondere wenn die Zellabmessungen und die Prozessspezifikationen in ihrer Größe reduziert werden. Einzelheiten hinsichtlich der Struktur und Funktion von Flash EPROMs nach dem Stand der Technik findet man beim Studium der folgenden US Patente, welche den Hintergrund der verwandten Technologie lehren.
  • Bergemont, et al., U.S. Patent No. 5,012,446 , ausgegeben am 30. April 1991; Mukherjee, et al., U.S. Patent No. 4,698,787 , ausgegeben am 6. Oktober 1987 und Holler, et al., U.S. Patent No. 4,780,423 , augegeben am 25 Oktober 1988.
  • Zusätzliche fortgeschrittene Technologie, welche integrierte Flash EPROM-Schaltkreise betrifft, ist dargelegt in der Europäischen Patentanmeldung Nr. 90104002.2 von Belleza, veröffentlicht am 12. September 1990, Woo et al., "A Novel Memory Cell Using Flash Array Contactless EPROM (FACE) Technology" (neue Speicherzelle, welche kontaktlose EPROM (FACE) Technologie eines Flash Arrays verwendet), IEDM 1990, veröffentlicht durch IEEE, Seiten 91-94. Außerdem Woo et al., "A Poly-Buffered "FACE" Technology for High Density Memories" (mehrfach gepufferte "FACE"-Technologie für hochdichte Speicherung), 1991 SYMPOSIUM ON VLSI TECHNOLOGY, Seiten 73-74. Eine "konktaktlose" EPROM Array-Architektur nach dem Stand der Technik wird beschrieben in Kazerounian et al., "Alternste Metal Virtual Ground EPROM Array Implemented in A 0.8 μM Process for Very High Density Applications" (alternatives EPROM Array mit metallischer virtueller Masse, implementiert in einem A 0,8 μM Prozess für Anwendungen sehr hoher Dichte), IEDM, veröffentlicht durch IEEE 1991, Seiten 11.5.1-11.5.4.
  • Wie durch die Publikationen in dem Patent von Bergemont et al. und in den Veröffentlichungen von Belleza, Woo et al. und Kazerounian nachgewiesen wurde, gibt es ein zunehmen des Interesse an einem nichtflüchtigen Speichermodell mit kontaktlosem Array. Sogenannte kontaktlose Arrays weisen ein Array von Speicherzellen auf, die als eingegrabene Diffusion miteinander verbunden sind und die eingegrabene Diffusion ist nur periodisch über Kontakte mit einer metallischen Leitung verbunden. Frühere Flash EPROM-Modelle, wie z. B. das System von Mukherjee et al. erforderten einen "halben" Metallkontakt für jede Speicherzelle. Da Metallkontakte eine beträchtliche Fläche auf einem integrierten Schaltkreis benötigen, sind sie ein Haupthindernis bei der Erzeugung einer Speichertechnologie mit hoher Dichte. Weiterhin wird, wenn die Einrichtungen immer kleiner werden, die Flächenreduzierung durch die Abstände des Metalls über den Kontakten benachbarter Drain- und Source Bitleitungen begrenzt, welche verwendet werden, um auf die Speicherzellen in dem Array zuzugreifen.
  • Es ist daher wünschenswert, eine Flash EPROM Zelle, eine Architektur und ein Verfahren zur Herstellung derselben bereitzustellen, die zu einem hochdichten, nichtflüchtigen Speicherschaltkreis führen und welche einige der mit den hohen Programmier- und Löschspannungen verknüpften Probleme überwinden.
  • Die EP0552531 beschreibt kontaktlose Flash EPROM Zell- und Array-Modelle und Verfahren zum Herstellen derselben auf der Basis einer Drain-Source-Drain Konfiguration, in welcher eine einzelne Source-Diffusion durch zwei Spalten von Transistoren gemeinsam verwendet wird. Ein länglicher erster Drain-Diffusionsbereich, ein länglicher Source-Diffusionsbereich und ein länglicher zweiter Drain-Diffusionsbereich sind in einem Halbleitersubstrat entlang im Wesentlichen paralleler Linien ausgebildet. Feldoxidbereiche lässt man auf gegenüberliegenden Seiten der ersten und zweiten Drain-Diffusionsbereiche wachsen. Floating Gates und Steuergatewortleitungen werden orthogonal zu der Drain-Source-Drainstruktur ausgebildet, um zwei Spalten von Speicherzellen zu bilden, die einen gemeinsam verwendeten Sourcebereich haben. Der gemeinsam verwendete Sourcebereich ist über einen unteren Blockauswahltransistor mit einem virtuellen Masseanschluss verbunden. Jeder Drain-Diffusionsbereich ist über einen oberen Blockauswahltransistor mit einer globalen Bitleitung verbunden. Die Zellstruktur verwendet zwei metallische globale Bitleitungen, die sich im Wesentlichen parallel zu den Drain-, Source- und Drain-Diffusionsbereichen erstrecken, und einen virtuellen Masseleiter, welcher eine Mehrzahl von Spalten von Transistoren über einen horizontalen Leiter mit einem virtuellen Masseanschluss verbindet, wie z. B. durch eine eingegrabene Diffusionsleitung verbindet.
  • Die EP0529862 beschreibt einen nichtflüchtigen Speicher, welcher Speicherzellen, die in einer Matrix angeordnet sind, Wortleitungen zur Reihenauswahl, Teil-Bitleitungen, Teil-Spaltenleitungen, einen Spaltenauswahlschaltkreis, einen Bitleitungsauswahlschaltkreis und ei nen Spaltenleitungsauswahlschaltkreis aufweisen. Die Wortleitungen werden verwendet als Gates, die für die Reihen von Speicherzellen gemeinsam vorhanden sind, wobei eine Gruppe von Teil-Bitleitungen und Teil-Spaltenleitungen durch den Spaltenauswahlschaltkreis ausgewählt wird, eine gradzahlige oder ungradzahlige Teil-Bitleitung aus jeder Gruppe ausgewählt und mit durch den Bitleitungsauswahlschaltkreis mit irgendeiner der Hauptbitleitungen verbunden wird und eine gradzahlige oder ungradzahlige Teil-Spaltenleitung aus jeder Gruppe ausgewählt und durch den Spaltenleitungsauswahlschaltkreis mit irgendeiner der Hauptspaltenleitungen verbunden wird.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung stellt ein integriertes Flash EPROM Speicherschaltkreismodul bereit, wie es in Anspruch 1 definiert ist.
  • Die vorliegende Erfindung stellt neue, kontaktlose Flash EPROM Zell- und Drain-Modelle bereit, die zu einem dichten, segmentierbaren Flash EPROM Chip führen. Die Flash EPROM Zelle beruht auf einer einzigartigen Drain-Source-Drain Konfiguration, in welcher ein einzelner Source-Diffusion durch zwei Spalten von Transistoren gemeinsam verwendet wird. Außerdem wird eine neue Speicherschaltkreisarchitektur, die für die Flash EPROM Zellen der vorliegenden Erfindung geeignet ist, bereitgestellt.
  • Gemäß einer Ausführungsform wird also ein Flash EPROM Transistor Array bereitgestellt. Ein länglicher erster Drain-Diffusionsbereich, ein länglicher Source-Diffusionsbereich und ein länglicher zweiter Drain-Diffusionsbereich werden in einem Halbleitersubstrat entlang im Wesentlichen paralleler Linien ausgebildet. Feldoxidbereiche lässt man auf gegenüberliegenden Seiten der ersten und zweiten Drain-Diffusionsbereiche aufwachsen. Floating Gates und Steuergate-Wortleitungen werden orthogonal bzw. senkrecht zu der Drain-Source-Drainstruktur ausgebildet, um zwei Spalten aus Speicherzellen bereitzustellen, die einen gemeinsam verwendeten Sourcebereich haben. Der gemeinsam verwendete Sourcebereich ist mit einem virutellen Masseanschluss verbunden. Die Drain-Diffusionsbereiche sind über Auswahltransistoren mit globalen Bitleitungen verbunden. Die Zellenstruktur verwendet eine metallische, globale Bitleitung, die sich im Wesentlichen parallel zu den Drain-, Source- und Drain-Diffusionsbereichen für zwei Spalten von Zellen erstreckt, und eine virtuelle Masseversorgung, die eine Mehrzahl von Spalten von Transistoren durch einen horizontalen Leiter, wie z. B. eine eingegrabene Diffusionsleitung, mit einem virtuellen Masseanschluss verbindet. Demnach ist nur ein Wiederholabstand für Metallkon takte für die beiden Spalten von Flash EPROM Zellen in jeder Drain-Source-Drain Struktur erforderlich.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird also ein integriertes Flash EPROM Schaltkreismodul auf einem Halbleitersubstrat bereitgestellt. Das Modul umfasst ein Speicherarray, welches zumindest M Reihen und 2N Spalten aus Flash EPROM Zellen hat. M Wortleitungen, die jeweils mit den Flash EPROM Zellen in einer der M Reihen der Flash EPROM Zellen verbunden sind, und N globale Bitleitungen sind darin enthalten. Eine Dateneingabe- und Ausgabeschaltung ist mit den N globalen Bitleitungen verbunden, welche das Lesen und Schreiben von Daten in dem Speicher Array gewährleisten. Eine Auswahlschaltung, die mit den 2N Spalten aus Flash EPROM Zellen und mit den N globalen Bitleitungen verbunden ist, stellt eine wahlweise Verbindung von zwei Spalten der 2N Spalten mit jeder der N globalen Bitleitungen bereit, so dass ein Zugriff auf die 2N Spalten aus Flash EPROM Zellen durch die Dateneingabe- und Ausgabeschaltung über N globale Bitleitungen bereitgestellt wird. Außerdem kann die Struktur erweitert werden, um das gemeinsame Verwenden einer metallischen Bitleitung für mehr als zwei Spalten von Zellen bereitzustellen.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform umfasst das Array eine Mehrzahl von Segmenten von Drain-Source-Drain Strukturen, wie oben beschrieben. Die Auswahlschaltung umfasst in dieser Ausführungsform eine Segmentauswahlschaltung, die mit zwei lokalen Bitleitungen verbunden ist, welche durch die Drain-Diffusionsbereiche in dem Segment bereitgestellt werden. Die Segmentauswahlschaltung stellt eine selektive Verbindung für die ersten und zweiten Spalten von Zellen innerhalb eines gegebenen Segmentes mit einer der N globalen Bitleitung bereit. Wenn also die Drain-Diffusionsbereiche lokale Bitleitungen vorsehen, so umfasst die Auswahlschaltung einen ersten Transistor, der einen ersten Anschluss in dem ersten Drain-Diffusionsbereich der Struktur hat und einen zweiten Anschluss hat, der mit einem Kontakt mit einer der N globalen Bitleitungen verbunden ist. Der zweite Transistor hat einen ersten Anschluss, der mit dem zweiten Drain-Diffusionsbereich der Struktur verbunden ist, und einen zweiten Anschluss, der mit dem Kontakt verbunden ist. Die ersten und zweiten Transistoren werden unabhängig durch linke und rechte Auswahlleitungen gesteuert, die parallel zu den Wortleitungen verlaufen.
  • Das Array wird weiterhin durch Reduzierung der Anzahl von erforderlichen Wortleitungstreibern kompakt gemacht. Gemäß dieser Ausführungsform steuert jeder Wortleitungstreiber eine Mehrzahl von Wortleitungen parallel an.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform hat das Halbleitersubstrat einen ersten Leitfähigkeitstyp, einen ersten Well in dem Substrat, der von einem zweiten Leitfähigkeitstyp ist, und einen zweiten Well des ersten Leitfähigkeitstyps in dem ersten Well. Die Flash EPROM Zellen sind in dem zweiten Well hergestellt, um das Anlegen eines negativen Potentials an zumindest entweder der Source oder der Drain während eines Ladebetriebs des Floating Gate in den Zellen zu ermöglichen. Dies reduziert im Wesentlichen die Größe der hohen positiven Spannung, die in dem Gate angelegt werden muss, um F-N-Tunneln zu induzieren für Zellen, die geladen werden müssen. Das Array verwendet gemäß der Erfindung auch ein negatives Potential an dem Gate der zu entladenden Zelle. Dies reduziert die Größe des Potentials beträchtlich, welches an der Drain angelegt werden muss, um für das Entladen der Zelle ein F-N-Tunneln zu induzieren. Die niedrigeren Werte der Spannungen. die verwendet werden, erleichtern die Spezifikationen für die Komponenten des integrierten Schaltkreises, welche die Programmier- und Löschspannungen handhaben, was die Einrichtung ökonomischer und leichter herzustellen macht. Gleichzeitig wird die Erhaltbarkeit des Speichers verbessert, indem die Erzeugung "heißer Löcher" während des Programmierbetriebs reduziert wird.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Array so ausgestattet, dass der "gelöschte" Zustand einem geladenen Floating Gate entspricht, so dass die gelöschte Zelle nichtleitend ist, wenn sie adressiert wird, und der "programmierte" Zustand ergibt sich aus dem Entladen der Zelle, so dass die programmierte Zelle leitend ist, wenn sie adressiert wird. Dies ermöglicht, dass ein Löschvorgang ohne Vorprogrammierung erfolgen kann.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst das Array redundante Reihen von Flash EPROM Zellen. Die redundanten Reihen werden verwendet, um eine Reihe in dem Hauptarray zu ersetzen, die durch eine einzelne Wortleitung oder einen Satz von Wortleitungen adressiert wird, welche mit einem einzigen Treiber verbunden sind. Da der entladene Zustand einem programmierten Zustand entspricht und wegen der Verwendung der negativen Potentiale zum Programmieren und Löschen wird, wie oben dargelegt, die Reihenredundanz ermöglicht. Flash EPROM Zellen nach dem Stand der Technik konnten Reihenredundanzen nicht verwenden wegen der Störung, die durch die fehlerhafte Reihe in dem Hauptarray verursacht wurde. Insbesondere gingen, da die fehlerhafte Reihe nicht von den Programmier- und/oder Löschpotentialien in dem Hauptarray isoliert werden konnten, die Zellen in der fehlerhaften Reihe weiterhin in einen übermäßig gelöschten Zustand und trugen so zu einem Leckstrom auf dem Array bei und verursachten schließlich einen Ausfall von Spalten.
  • Demnach kann ein integriertes Flash EPROM Schaltkreismodul gemäß der vorliegenden Erfindung unter Verwendung eines Prozesses mit zwei Wells hergestellt werden, wobei das Halbleitersubstrat den ersten Leitfähigkeitstyp in dem Halbleitersubstrat aufweist, ein erster Well eines zweiten Leitfähigkeitstyps in dem Substrat vorgesehen ist und ein zweiter Well des ersten Leitfähigkeitstyps in dem ersten Well vorgesehen ist. Ein Array aus Flash EPROM Zellen wird in dem zweiten Well ausgebildet, wenn das Array 2N Spalten aus Flash EPROM Zellen und M Reihen umfasst. Die 2N Spalten von Flash EPROM Zellen weisen N Paare von Spalten von Flash EPROM Zellen auf, wobei jedes Paar von Spalten eine Mehrzahl von Segmenten umfasst. Jedes Segment in der Mehrzahl weist einen ersten Drain-Diffusionsbereich auf, der länglich in einer ersten Richtung in dem zweiten Well verläuft, einen Source-Diffusionsbereich, der länglich in der ersten Richtung in dem zweiten Well verläuft und von dem ersten Drain-Diffusionsbereich beabstandet ist, und einen zweiten Drain-Diffusionsbereich, der länglich in der ersten Richtung in dem zweiten Well verläuft und von dem Source-Diffusionsbereich beabstandet ist. Dieses liefert eine Drain-Source-Drain Struktur, die zwei Spalten von Flash EPROM Zellen innerhalb eines gegebenen Segmentes bereitstellt.
  • Eine erste Isolierschicht wird über dem Substrat, über den ersten und zweiten Kanalbereichen zwischen den Drain-Source-Drain Strukturen und über der Source und den Drain-Diffusionsbereichen angeordnet. Floating Gate Elektroden werden über der ersten Isolierschicht für die zwei Spalten von Zellen in dem Segment aufgebracht. Die zweite Isolierschicht wird über den Floating Gate Elektroden angeordnet. Dies führt dazu, das jedes Segment einen ersten Satz von Flash EPROM Zellen in einer ersten aus einem Paar von Spalten und einen zweiten Satz von Flash EPROM Zellen in einer zweiten aus dem Paar von Spalten umfasst.
  • M Wortleitungen, die jeweils mit den Flash EPROM Zellen in der einen der M Reihen von Flash EPROM Zellen angeschlossen sind, sind ebenfalls enthalten. Teile eines Teilsatzes der M Wortleitungen sind jeweils mit einer Flash EPROM Zelle in dem ersten Satz in einem gegebenen Segment und einer Flash EPROM Zelle in dem zweiten Satz in einem gegebenen Segment verbunden. Demnach schneidet jede Wortleitung zwei Zellen in jedem Paar von Spalten innerhalb eines gegebenen Segmentes.
  • Das Array umfasst N globale Bitleitungen. Eine Dateneingangs- und Ausgangsschaltung ist mit den N globalen Bitleitungen verbunden, um das Lesen und Schreiben von Daten (unter Verwendung einer Programmier- und/oder Löschsequenz) in den 2N Spalten von Flash EPROM Zellen zu gewährleisten.
  • Die Auswahlschaltung ist mit den ersten und zweiten Drain-Diffusionsbereichen in jedem der Mehrzahl von Segmenten verbunden, was eine Verbindung der 2N Spalten von Flash EPROM Zellen mit den N globalen Bitleitungen liefert. Die Auswahlschaltung gewährleistet eine selektive Verbindung von zwei Spalten der 2N Spalten mit jeder der N globalen Bitleitungen, sodass ein Zugriff auf die 2N Spalten von Flash EPROM Zellen durch die Dateneingangs- und Ausgangsschaltung über die N globalen Bitleitungen bereitgestellt wird.
  • Demnach ist eine einzigartige Array Architektur bereitgestellt worden mit einer Konfiguration einer virtuellen Masse, um eine hohe Packungsdichte zu erzielen. Die Grundeinheit des Speicherarrays umfasst Segmente von zwei Spalten von Zellen in einer Drain-Source-Drain Konfiguration. Die resultierende Array Struktur bringt weniger Programmier- und Löschstörungsprobleme für die benachbarten, nicht ausgewählten Bitleitungen mit sich. Sie reduziert auch die Komplexität des V-Decoder Modells im Vergleich zu einer Arraystruktur, die als ein Source-Drain-Source-Drain-Array ausgestattet ist.
  • In dem Arraylayout haben zwei Zellen gemeinsam einen Wiederholabstand des Metalles (von Metallkontakten), was die Modelleinschränkungen des metallischen Wiederholabstandes weiter erleichtert. Das Decodieren für die zwei Spalten von Zellen, die mit einer gegebenen Metallleitung verbunden sind, wird durch linke und rechte Auswahltransistoren gewährleistet, die jeweils mit jedem Drain-Source-Drain Segment verbunden sind.
  • Andere Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung erkennt man bei Betrachtung der Figuren, der genauen Beschreibung und der Ansprüche, welche sich anschließen.
  • KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
  • 1 ist ein schematisches Diagramm eines integrierten Flash EPROM Schaltkreismoduls gemäß der Erfindung.
  • 2 ist ein schematisches Diagramm eines Flash EPROM Arrays mit einer Drain-Source-Drain Konfiguration und virtueller Masse.
  • 3 ist ein schematisches Diagramm einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit zwei Spalten von Flash EPROM Zellen, welche eine einzige metallische Bitleitung gemeinsam verwenden.
  • 4 ist ein schematisches Blockdiagramm eines segmentierbaren Flash EPROM Arrays mit redundanten Reihen für die Korrektur von fehlerhaften Reihen in dem Hauptarray.
  • 4A ist ein Flussdiagramm eines Seitenprogrammiervorganges gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • 4B ist ein vereinfachtes Schema, welches eine Programmierverifizierschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 5A-5H veranschaulichen die Schritte beim Herstellen eines ersten Typs einer Flash EPROM Zelle gemäß der vorliegenden Erfindung, mit einem erweiterten Floating Gate für ein verbessertes Kopplungsverhältnis.
  • 6A-6G veranschaulichen die abschließenden sechs Schritte in einer Sequenz, die so beginnt, wie es in den 5A-5D dargestellt ist, und zwar für das Implementieren einer alternativen Ausführungsform der Flash EPROM Zellen gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • 7 ist eine perspektivische Ansicht des Layouts eines Flash EPROM Segmentes gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • 8-14 sind Maskenlayouts für das Implementieren des Flash EPROM Segmentes nach 7, wobei:
  • 8 das Layout einer ersten Diffusion und einer Feldoxidisolation in dem Substrat darstellt,
  • 9 den Bereich eines Zellimplantats vom p+ Typs zum Erhöhen der Schwellwertspannung in den Zellen des Arrays darstellt,
  • 10 das Layout einer ersten Polysiliziumschicht darstellt,
  • 11 das Layout einer zweiten Polysiliziumschicht darstellt,
  • 12 das Layout einer dritten Polysiliziumschicht darstellt,
  • 13 das Positionieren von Metallkontakten darstelle,
  • 14 das Layout in den darüberliegenden Metallleitungen für das Teilarray darstellt.
  • GENAUE BESCHREIBUNG
  • Eine genaue Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im Bezug auf die Figuren gegeben, wobei 1 eine Übersicht des Layouts eines integrierten Flash EPROM Schaltkreismoduls gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Das integrierte Schaltkreismodul nach 1 umfasst demnach ein Flash EPROM Speicherarray 100, welches mit einer Mehrzahl redundanter Speicherzellen 101 verbunden ist, die verwendet werden, um fehlerhafte Zellen in dem Hauptarray zu ersetzen, wie es im Stand der Technik bekannt ist. Eine Mehrzahl von Referenzzellen 102 wird verwendet mit Abfrageverstärkern 107 für das differenzielle Abfragen des Zustandes der Zellen in dem Speicherarray.
  • Mit dem Speicherarray 100 sind Wortleitungen und Blockauswahldecoder 104 für die horizontale Decodierung in dem Speicherarray verbunden. Außerdem sind mit dem Speicherarray 100 der Spaltendecoder und der virtuelle Masseschaltkreis 105 zum vertikalen Decodieren in dem Array verbunden. Mit dem Spaltendecoder und dem virtuellen Masseschaltkreis 105 sind die Strukturen 103 zur Eingabe von Programmierdaten verbunden. Die Abfrageverstärker 107 und die Programmierdateneingabestrukturen 103 stellen demnach die Dateneingangs- und Ausgangsschaltung bereit, die mit dem Speicherarray verbunden ist.
  • Der integrierte Flash EPROM Schaltkreis arbeitet typischerweise in einem Nurlesebetrieb, einem Programmierbetrieb und einem Löschbetrieb. Dafür ist eine Betriebsartsteuerschaltung 106 mit dem Array 100 verbunden. Schließlich wird während der Programmier- und Löschbetriebe ein negatives Potential entweder an dem Gate oder der Source und der Drain der Speicherzellen angelegt. Dafür werden ein negativer Spannungsgenerator 108 und ein positiver Spannungsgenerator 109 verwendet, um die verschiedenen Referenzspannungen für das Array zuzuführen. Der Generator 108 für negative Spannung und der Generator 109 für positive Spannung werden durch die Stromversorgungsspannung VCC getrieben bzw. angesteuert.
  • 2 veranschaulicht zwei Segmente innerhalb eines größeren integrierten Schaltkreises. Die Segmente sind in etwa entlang der gestrichelten Linie geteilt und umfassen ein Segment 51A, welches sich im Wesentlichen oberhalb der gestrichelten Linie 50 befindet, und ein Segment 51B, welches sich im Wesentlichen unterhalb der gestrichelten Linie 50 befindet. Ein erstes Paar 52 von Spalten in den Segment 51A ist spiegelbildlich zu einem zweiten Paar von Spalten 53 in dem Segment 51B entlang eines gegebenen globalen Bitleitungspaares (z. B. Bitleitung 70, 71) angeordnet. Wenn man entlang des Bitleitungspaares nach oben geht, sind die Speichersegmente umgeklappt, so dass sie die virtuellen Masseleiter 54A, 54B (eingegrabene Diffusion) und die Metall-zu-Diffusionskontakte 55, 56, 57, 58 gemeinsam verbinden. Die virtuellen Masseleiter 54A, 54B erstrecken sich in horizontaler Richtung durch Metall-zu-Diffusionskontakte 60A, 60B über das Array zu einer vertikalen Metallleitung 59 für die virtuelle Masse. Die Segmente wiederholen sich auf gegenüberliegenden Seiten in der metallischen virtuellen Masseleitung 59, so dass benachbarte Segmente eine metallische virtuelle Masseleitung 59 gemeinsam verwenden. Das Segmentlayout nach 2 erfordert demnach zwei metallische Kontaktabstände pro Spalte aus zwei Transistorzellen für die globalen Bitleitungen und einen metallischen Kontaktabstand pro Segment für die metallische virtuelle Masseleitung 59.
  • Jedes der Paare von Spalten (z. B. 52, 53) entlang eines gegebenen Bitleitungspaares weist einen Satz von EPROM Zellen auf. Die Zellen 75-1, 75-2, 75-N weisen einen ersten Satz von Flash EPROM Zellen in einer ersten aus einem Paar 77 von Spalten auf. Zellen 76-1, 76-2, 76-N weisen einen zweiten Satz von Flash EPROM Zellen in der zweiten Spalte des Paares 77 von Spalten auf.
  • Der erste Satz von Zellen und der zweite Satz von Zellen verwenden eine gemeinsame, eingegrabene Diffusions-Sourceleitung 78. Die Zellen 75-1, 75-2, 75-N sind mit einer eingegrabenen Diffusions-Drainleitung 79 verbunden. Die Zellen 76-1, 76-2, 76-N sind mit der eingegrabenen Diffusions-Drainleitung 80 verbunden. Eine Auswahlschaltung, welche den oberen Auswahltransistor 81 und den oberen Auswahltransistor 82 aufweist, verbindet die entsprechenden Drain-Diffusionsleitungen 79, 80 mit metallischen globalen Bitleitungen 83 bzw. 84. Der Transistor 81 hat also eine Source, die mit der Drain-Diffusionsleitung 79 verbunden ist, und eine Drain, die mit einem Metallkontakt 57 verbunden ist. Der Transistor 82 hat eine Source, die mit der Drain-Diffusionsleitung 80 verbunden ist und eine Drain, die mit dem Metallkontakt 58 verbunden ist. Die Gates der Transistoren 81 und 82 werden durch das Signal TBSELA gesteuert, um die jeweiligen Spalten der Flash EPROM Zellen mit den globalen Bitleitungen 83 und 84 zu verbinden.
  • Die Source-Diffusionsleitung 78 ist mit der Drain des Auswahltransistors 85 verbunden. Die Source des Auswahltransistors 85 ist mit einer Diffusionsleitung 54A für virtuelle Masse verbunden. Das Gate des Transistors 85A wird durch das Signal BBSELA gesteuert.
  • Weiterhin kann ein Sektor von zwei oder mehr Segmenten, wie in 2 dargestellt, Wortleitungssignale gemeinsam verwenden, wegen der zusätzlichen Decodierung, welche durch die oben und unteren Blockauswahlsignale TBSELA, TBSELB, BBSELA und BBSELB bereitgestellt wird. Gemäß einem Aspekt der Erfindung verwenden acht Segmente Wortleitungstreiber gemeinsam, was einen Sektor in einer Tiefe von acht Segmenten bereitstellt.
  • Wie man erkennen kann, stellt die Architektur gemäß der vorliegenden Erfindung ein in Sektoren aufgeteiltes Flash EPROM Array bereit. Dies ist vorteilhaft, da die Source und Drain von Transistoren in nicht ausgewählten Segmenten während eines Lese-, Programmier- oder Lösch-Zyklus gegenüber den Strömen und Spannungen auf den Bitleitungen und virtuellen Masseleitungen isoliert werden können. Während eines Lesevorganges wird demnach das Abfragen bzw. Erfassen verbessert, weil Leckstrom von Segmenten, die nicht ausgewählt sind, keinen Beitrag zu dem Strom auf den Bitleitungen liefert. Während der Programmier- und Löschvorgänge sind die Spannungen der virtuellen Masseleitung und der Bitleitungen von den nicht ausgewählten Segmenten isoliert. Dies ermöglicht einen sektorweisen Löschvorgang, entweder Segment für Segment oder vorzugsweise Sektor für Sektor, wenn die Segmente innerhalb eines gegebenen Sektors Wortleitungstreiber gemeinsam verwenden.
  • Es versteht sich, dass die unteren Blockauswahltransistoren (beispielsweise Transistoren 65A, 65B in einer gegebenen Implementierung möglicherweise nicht erforderlich sind, wie in 3 unten dargestellt. Außerdem können diese Blockauswahltransistoren ein unteres Blockauswahlsignal mit einem benachbarten Segment gemeinsam verwenden. Alternativ können die unteren Blockauswahltransistoren (beispielsweise 65A, 65B) durch einzelne Isolationstransistoren ersetzt werden, die neben den virtuellen Masseanschlüssen 60A, 60B angeordnet sind.
  • 3 veranschaulicht eine alternative Architektur des Flash EPROM Arrays gemäß der vorliegenden Erfindung, in welcher zwei Spalten von Flash EPROM Zellen eine einzige metallische Bitleitung gemeinsam verwenden. 3 zeigt 4 Paare von Spalten in dem Array, wobei hier das Paar von Spalten Flash EPROM Zellen in einer Drain-Source-Drain Konfiguration umfasst.
  • Das erste Paar 120 von Spalten umfasst eine erste Drain-Diffusionsleitung 121, eine Source-Diffusionsleitung 122 und eine zweite Drain-Diffusionsleitung 123. Wortleitungen WL0 bis WL63 liegen jeweils über den Floating Gates einer Zelle in einer ersten aus dem Paar von Spalten und einer Zelle in der zweiten aus dem Paar von Spalten. Wie in der Figur dargestellt, umfasst ein erstes Paar 120 von Spalten eine Spalte, welche die Zellen 124, 125, 126 und 127 umfasst. Nicht dargestellt sind Zellen, die mit den Wortleitungen WL2 bis WL61 verbunden sind. Die zweite aus dem Paar 120 von Spalten umfasst die Zellen 128, 129, 130 und 131. Entlang derselben Spalten des Arrays ist ein zweites Paar 135 von Spalten dargestellt. Es hat eine ähnliche Architektur wie das Paar 120 von Spalten mit Ausnahme der Tatsache, dass es spiegelbildlich dazu angeordnet ist.
  • Wie man also erkennen kann, umfasst der Transistor in dem ersten aus dem Paar von Spalten, wie z. B. der Zelle 125, eine Drain in der Drain-Diffusionsleitung 121 und eine Source in der Source-Diffusionsleitung 122. Ein Floating Gate liegt über dem Kanalbereich zwischen der ersten Drain-Diffusionsleitung 121 und der Source-Diffusionsleitung 122. Die Wortleitung WL1 liegt über dem Floating Gate der Zelle 125, um eine Flash EPROM Zelle bereitzustellen.
  • Das Spaltenpaar 120 und das Spaltenpaar 135 verwenden eine durch Diffusion hergestellte virtuelle Masse 136 des Arrays (ARVSS). Die Source-Diffusionsleitung 122 des Spaltenpaares 120 ist demnach mit der Massediffusion 136 (durch Diffusion hergestellte Masse) verbun den. In ähnlicher Weise ist die Source-Diffusionsleitung 137 des Spaltenpaares 135 mit der Diffusionsmasse 136 verbunden.
  • Wie oben erwähnt, verwendet jedes Paar 120 von Spalten von Zellen eine einzelne metallische Bitleitung gemeinsam. Ein rechter Blockauswahltransistor 138 und ein linker Blockauswahltransistor 139 sind demnach vorgesehen. Der Transistor 139 umfasst eine Drain in der Drain-Diffusionsleitung 121, eine Source, die mit einem Metallkontakt 140 verbunden ist und ein Gate, das mit dem Steuersignal BLTR1 auf Leitung 141 verbunden ist. In ähnlicher Weise umfasst der rechte Blocktransistor eine Source in der Drain-Diffusionsleitung 123, eine Drain, die mit dem Metallkontakt 140 verbunden ist, und ein Gate, das mit dem Steuersignal BLTR0 auf Leitung 142 verbunden ist. Die Auswahlschaltung einschließlich der Transistoren 138, 139 stellt also eine selektive Verbindung der ersten Drain-Diffusionsleitung 121 und einer zweiten Drain-Diffusionsleitung 123 mit der metallischen Leitung 143 (MTBL0) über den metallischen Kontakt 140 bereit. Wie man erkennen kann, umfasst das Spaltenpaar 135 den linken Blockauswahltransistor 141 und den rechten Auswahltransistor 145, die in ähnlicher Weise mit einem Metallkontakt 146 verbunden sind. Der Kontakt 146 ist mit derselben metallischen Bitleitung 143 verbunden wie der Kontakt 140, welcher mit dem Spaltenpaar 120 verbunden ist. Die Metallleitung kann durch eine zusätzliche Auswahlschaltung durch mehr als zwei Spalten von Zellen gemeinsam verwendet werden.
  • Die in den 2 und 3 dargestellte Architektur beruht auf einer Drain-Source-Draineinheit, welche zwei Spalten von Zellen bildet, die gegenüber benachbarten Drain-Source-Draineinheiten isoliert sind, um Leckstrom von bzw. zwischen benachbarten Spalten von Zellen zu vermeiden. Die Architektur kann auf Einheiten mit mehr als zwei Spalten erweitert werden, mit entsprechenden Toleranzen für Leckstrom in der Abfrageschaltung oder durch andere Steuerungen bzw. Kontrollen bezüglich des Leckstroms von nicht ausgewählten Zellen. Beispielsweise könnten vierte und fünfte Diffusionsleitungen innerhalb eines gegebenen isolierten Bereiches hinzugefügt werden, um eine Drain-Source-Drain-Source-Drain-Struktur zu erzeugen, die vier Spalten von Zellen bereitstellt.
  • Die Spaltenpaare sind in horizontaler und vertikaler Richtung angeordnet, um ein Array aus Flash EPROM Zellen bereitzustellen, das M Wortleitungen und 2N Spalten aufweist. Das Array erfordert nur N metallische Bitleitungen, von denen jeweils eine mit einem Paar von Spalten aus Flash EPROM Zellen über die Auswahlschaltung verbunden ist, wie oben beschrieben wurde.
  • Auch wenn die Figuren nur vier Spaltenpaare 120, 135, 150 und 151 zeigt, welche mit zwei metallischen Bitleitungen 143 und 152 (MTBL0-MTBL1) verbunden sind, kann das Array sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Richtung nach Bedarf wiederholt werden, um ein Flash EPROM Speicherarray in großem Maßstab bereitzustellen. Die Spaltenpaare 120 und 150, die eine Wortleitung gemeinsam verwenden, wiederholen sich also in horizontaler Richtung, um ein Segment des Arrays bereitzustellen. Segmente wiederholen sich auch in vertikaler Richtung. Eine Gruppe von Segmenten (beispielsweise acht Segmente), welche entsprechende Wortleitungen haben, die mit einem gemeinsamen Wortleitungstreiber verbunden sind, können als ein Sektor des Arrays betrachtet werden.
  • Das Layout des Arrays ist kompakt wegen der Konfiguration mit der virtuellen Masse, des reduzierten Erfordernisses für den metallischen Wiederholabstand in dem Layout und weiterhin aufgrund der Fähigkeit, Wortleitungstreiber durch eine Mehrzahl von Reihen in verschiedenen Segmenten gemeinsam zu verwenden. Die Wortleitung WL36' kann also einen Wortleitungstreiber mit der Wortleitung WL36 gemeinsam verwenden. In einem bevorzugten System verwenden acht Wortleitungen einen einzelnen Wortleitungstreiber gemeinsam. Demnach wird nur der Wiederholabstand von einer Wortleitungstreiberschaltung für jeweils einen Satz von acht Reihen von Zellen benötigt. Die zusätzliche Decodierung, welche durch linke und rechte Auswahltransistoren bereitgestellt wird (139, 138 für das Segment 120), ermöglicht die Konfiguration mit einer gemeinsam verwendeten Wortleitung. Die Konfiguration mit einer gemeinsam verwendeten Wortleitung hat den Nachteil, dass während eines Sektorlöschvorgangs acht Reihen von Zellen alle dieselbe Wortleitungsspannung empfangen, was eine Wortleitungsstörung in Zellen hervorruft, die nicht gelöscht werden sollen. Wenn dies für ein gegebenen Array ein Problem darstellt, könnte dieses Störungsproblem beseitigt werden, indem sichergestellt wird, dass alle Sektorlöschvorgänge eine Decodierung für Segmente einschließlich aller Reihen von Zellen durchführen, die mit den gemeinsam verwendeten Wortleitungstreibern verbunden sind. Für acht Wortleitungen, die einen einzigen Treiber gemeinsam verwenden, ist womöglich ein Löschen eines minimalen Sektors von acht Segmenten wünschenswert.
  • 4 ist ein schematisches Blockdiagramm eines Flash EPROM Arrays, welches gewisse Merkmale der vorliegenden Erfindung zeigen soll. Das Flash EPROM Speichermodul, das in 4 dargestellt ist, umfasst demnach ein Haupt-Flash EPROM Array einschließlich der Sektoren 170-1, 170-2, 170-3, 170-N, wobei jeder Sektor acht Segmente (beispielsweise SEG0-SEG7) aufweist. Eine Mehrzahl von Sätzen gemeinsam verwendeter Wortleitungstreiber 171-1, 171-2, 171-3, 171-N werden verwendet, um die gemeinsam verwendeten Wortleitungen der acht Segmente in den jeweiligen Sektoren anzusteuern. Wie unter Bezug auf die gemeinsam verwen deten Wortleitungstreiber 171-1 dargestellt ist, gibt es 64 gemeinsam verwendete Treiber für den Sektor 170-1. Jeder der 64 Treiber führt einen Ausgangswert auf Leitung 172 zu. Jedes dieser Ausgangssignale wird verwendet, um acht Wortleitungen in entsprechenden Segmenten des Sektors 170-1 zu treiben bzw. anzusteuern, wie es schematisch in der Figur durch die Aufteilung in acht Sätze von 64 Linien bzw. Leitungen dargestellt ist.
  • Außerdem sind mit dem Array eine Mehrzahl von Blockauswahltreibern 173-1, 173-2, 173-3, 173-N verbunden. Die Blockauswahltreiber treiben jeweils ein linkes und rechtes Blockauswahlsignal für jedes Segment. Wenn die Segmente implementiert sind, wie in 3 dargestellt, wird ein Blockauswahlsignal BLTR1 und BLTR0 für jeden Satz von 64 Wortleitungen zugeführt.
  • Zusätzlich gibt es N globale Bitleitungen in dem Flash EPROM Array. Die N Bitleitungen werden verwendet, um Zugriff auf die 2N Spalten von Flash EPROM Zellen in dem Array für den Dateneingabeschaltkreis und die Abfrageverstärker 191 zu gewähren. Die N Bitleitungen 174 sind mit einem Spaltenauswahldecoder 175 verbunden. In ähnlicher Weise sind die Blockauswahltreiber 173-1 bis 173-N mit einem Blockdecoder 176 verbunden. Die gemeinsam verwendeten Wortleitungstreiber 171-1 bis 171-N sind mit den Reihen der Decodierer 177 verbunden. Der Spaltenauswahldecodierer 175, der Blockdecodierer 176 und der Reihendecodierer 177 empfangen Adresssignale auf der Adresseingabeleitung 178.
  • Mit dem Spaltenauswahldecodierer 175 ist ein Seitenprogrammierpuffer 190 verbunden. Der Seitenprogrammierpuffer 190 umfasst N Zwischenspeicher, einen für jede der N Bitleitungen. Demnach kann eine Datenseite als N Bits breit betrachtet werden, wobei jede Reihe von Zellen zwei Seiten, Seite 0 und Seite 1, breit ist. Seiten in einer gegebenen Reihe werden ausgewählt unter Verwendung der linken und rechten Decodierung, die oben beschrieben wurde.
  • Auswählbare Spannungsquellen 179 werden verwendet, um die Referenzpotentiale für den Nurlese-Programmier- und Löschbetrieb für das Flash EPROM Array zuzuführen, wie es im Prinzip in der Figur dargestellt ist, und zwar über die Wortleitungstreiber 171-1 bis 171-N und über die Bitleitungen.
  • Die virtuellen Masseleitungen in dem Array sind mit dem virtuellen Massetreiber 181 verbunden, der an das Array angeschlossen ist. Außerdem sind Referenzspannungsquellen 199 für den p-well und den n-well mit den entsprechenden Wells des Arrays verbunden.
  • Wie man also in 4 erkennen kann, werden die 64 Wortleitungstreiber, wie z. B. die Wortleitungstreiber 171-1 mit 512 (64 × 8) Reihen in dem Array verwendet. Die zusätzliche Decodierung, die durch die Blockauswahltreiber (z. B. 173-1) bereitgestellt wird, ermöglicht das Layout mit der gemeinsamen Wortleitung.
  • Die Architektur des Flash EPROM Arrays gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglicht eine Reihenredundanz, wie es schematisch in 4 dargestellt ist. Die W Bitleitungen erstrecken sich demnach von dem Hauptarray über die Leitung 182 hinweg zu einem redundanten Array, welches Sektoren 183-1 und 183-2 umfasst. Das redundante Array wird durch die redundanten Wortleitungstreiber 184-1 und 184-2 angesteuert. In ähnlicher Weise sind redundante Blockauswahltreiber 185-1 und 185-2 mit dem redundanten Array verbunden.
  • Wenn während einer Überprüfung eine Zelle auf einer gegebenen Reihe als fehlerhaft festgestellt wird, so können die sieben anderen Reihen, welche den Wortleitungstreiber gemeinsam verwenden, durch entsprechende Reihen in dem redundanten Array 183-1 und 183-2 ersetzt werden. Das System würde also eine inhaltsadressierbare Speicherzelle 198 (CAM-Zelle) mit einem redundanten Decodierer 186 umfassen, welcher die Adressdaten empfängt. Wie es im Stand der Technik bekannt ist, werden während einer Überprüfung fehlerhafte Reihen in dem Hauptarray identifiziert und die Adresse dieser Reihen wird in der CAM-Zelle 198 gespeichert. Wenn die Adresse ADDR IN auf Leitung 178 zu der Adresse passt, die in der CAM-Zelle 198 gespeichert ist, so wird ein Übereinstimmungssignal auf Leitung 187 erzeugt. Das Übereinstimmungssignal schaltet die gemeinsam verwendeten Wortleitungstreiber 171-1 bis 171-N in dem Hauptarray ab. Der redundante Decodierer 186 steuert die redundanten Wortleitungstreiber 184-1 und 184-2 an und treibt die redundanten Blockauswahltreiber 185-1 und 185-2, so dass sie die passende Ersatzreihe auswählen.
  • Die redundante Reihendecodierung kann auch mit einer redundanten Spaltendecodierung verknüpft sein, wie es im Stand der Technik bekannt ist, um ein Flash EPROM Array mit einer wesentlich größeren Herstellungsausbeute bereitzustellen.
  • Der Spaltenauswahldecodierer 175 ist mit den Seitenprogrammierzwischenspeichern 190 verbunden, einschließlich zumindest eines Zwischenspeichers für jede der N Bitleitungen. Außerdem ist der Spaltenauswahldecodierer 175 mit dem Dateneingabeschaltkreis und den Abfrageverstärkern 191 verbunden. Gemeinsam stellen diese Schaltkreise eine Dateneingabe- und Ausgabeschaltung für die Verwendung mit dem Flash EPROM Array bereit.
  • Die redundante Reihendecodierung stellt auch die Fähigkeit zum Korrigieren von Kurzschlüssen zwischen benachbarten Wortleitungen bereit. Insbesondere dann, wenn zwei Wortleitungen kurzgeschlossen sind, müssen zwei Wortleitungen durch entsprechende zwei Wortleitungen in dem redundanten Array ersetzt werden. In dem beschriebenen Beispiel, in welchem acht Wortleitungen einen gemeinsamen Wortleitungstreiber verwenden, werden zwei Sätze von acht Wortleitungen verwendet, um entsprechende zwei Sätze von acht Wortleitungen in dem Hauptarray zu ersetzen. Demnach können die zwei kurzgeschlossenen Wortleitungen in dem Hauptarray durch Reihenredundanz repariert werden.
  • Die Zellen sind für einen Sektorlöschvorgang ausgestattet, der ein Laden des Floating Gate (Elektronen treten in das Floating Gate ein) bewirkt, so dass beim Abfragen einer gelöschten Zelle die Zelle nicht leitfähig ist und der Ausgang des Abfrageverstärkers high ist. Die Architektur ist außerdem für eine Seitenprogrammierung konfiguriert, welche das Entladen eines Floating Gate umfasst (Elektronen verlassen das Floating Gate), so dass beim Abfragen eine programmierte Zelle leitend ist.
  • Die Betriebsspannungen für den Programmiervorgang sind positive 5 Volt an der Drain einer Zelle, die auf einen niedrigen (Daten = 0) Schwellwertzustand programmiert werden soll, negative 10 Volt an dem Gate und 0 Volt oder schwebend (potentialfrei) an dem Sourceanschluss. Das Substrat oder der p-well 200, die in den 5G und 6F dargestellt sind, ist bzw. sind geerdet. Dies führt zu einem Fowler-Nordheim-Tunnelmechanismus für die Entladung des Floating Gates.
  • Der Löschvorgang wird ausgeführt durch Anlegen negativer 6 Volt an der Drain, positiver 12 Volt an dem Gate oder negativer 6 Volt an der Source. Der p-well 200 wird mit negativen 6 Volt vorgespannt. Dies führt zu einem Fowler-Nordheim-Tunnelmechanismus für das Laden des Floating Gate. Die Lesepotentiale betragen 1,2 Volt an der Drain, 5 Volt an dem Gate und 0 Volt an der Source.
  • Dieses bewirkt die Fähigkeit der Durchführung eines Sektorlöschvorganges unter Verwendung von Wortleitungsdekodierung für das Auswählen von zu löschenden Zellen. Der Löschstörzustand für nicht ausgewählte Zellen innerhalb eines Segmentes führt zu –6 Volt an der Drain, 0 Volt an dem Gate und –6 Volt an der Source. Dieses liegt deutlich innerhalb der Toleranzen der Zellen, diesen Potentialen standzuhalten, ohne irgendeine beträchtliche Störung der Ladung in der Zelle zu verursachen.
  • In ähnlicher Weise betragen die Programmierstörungszustände für Zellen, die dieselbe Bitleitung in demselben Segment gemeinsam verwenden, 5 Volt an der Drain, 0 Volt an dem Gate und 0 Volt oder Floating bzw. potentialfrei an der Source. Es gibt keine Steuerspannung zwischen Gate und Drain in diesem Zustand und dies stört die Zelle nicht nennenswert.
  • Für Zellen, welche dieselbe Wortleitung gemeinsam verwenden jedoch nicht dieselbe Bitleitung oder eine adressierte Zelle haben, die in einem high-Zustand bleiben soll, ist der Störungszustand 0 Volt an der Drain, –10 Volt an dem Gate und 0 Volt oder Floating an der Source. Auch dieser Zustand führt nicht zu einer nennenswerten Verschlechterung bzw. Beeinflussung der Ladung in den nicht ausgewählten Zellen.
  • Die Technologie mit zwei Wells ist kritisch, insofern als die negative Spannung an den Drain- und Source-Diffusionsbereichen (nicht) angelegt werden kann. Ohne die negativen Spannungen an der Source und an der Drain muss das Gatepotential für eine Zelle mit einem 50% Kopplungsverhältnis, was etwa 9 Volt an dem Übergang Floating Gate/Drain erfordert, etwa 18 Volt betragen. Diese sehr hohen Spannungen an integrierten Schaltkreisen erfordern speziell ausgelegte Schaltkreise und eine spezielle Prozesstechnologie. In ähnlicher Weise ermöglicht die negative Spannung an dem Gate geringere positive Potentiale an der Drain für einen Programmiervorgang.
  • 4A ist ein Flussdiagramm, welches den Programmstrom für den Flash-EPROM Schaltkreis nach 4 darstellt. Der Prozess beginnt mit Löschen des Sektors (beispielsweise Sektor 170-1) in welchen Daten programmiert werden sollen (Block 600). Nach dem Löschen des Sektors wird ein Löschverifiziervorgang ausgeführt (Block 601). Als nächstes wird die Seitenzahl, entweder 0 oder 1, und die Segmentnummer, 1-8, durch den Hostprozessor in Reaktion auf die Eingabeadressen eingestellt (Block 602).
  • Nach dem Einstellen der Seitennummer und der Segmentnummer wird der Seitenpuffer mit den Daten für die Seite geladen (Block 603). Dieser Seitenpuffer kann mit den gesamten N Datenbits geladen sein oder mit einem einzelnen Datenbyte, je nachdem, wie es zu einem speziellen Programmiervorgang passt. Als nächstes wird ein Verifiziervorgang ausgeführt, für den Fall, dass der Benutzer kein Vorablöschen ausführt, um festzustellen, welche Zellen eine Programmierung benötigen (Block 604). Nach dem Laden des Seitenpuffer werden die Programmierpotentiale an dem Segment angelegt, welches programmiert wird (Block 605). Nach dem Programmiervorgang wird ein Verifiziervorgang ausgeführt, in welchem die Seite verifiziert wird. In dem Verifiziervorgang werden die Bits in dem Seitenpuffer, welche den erfolgreich program mierten Zellen entsprechen, abgeschaltet (Block 606). Als nächstes stellt der Algorithmus fest, ob alle Seitenbits in dem Seitenpuffer abgeschaltet sind (Block 607). Wenn sie nicht alle abgeschaltet sind, so stellt der Algorithmus fest, ob eine maximale Anzahl erneuter Versuche durchgeführt worden ist (Block 610), und, wenn dies nicht der Fall ist, so geht er in einer Schleife zu Block 605 zurück, um die Seite erneut zu programmieren, so dass die fehlerhaften Bits erneut programmiert werden. Die Bits, welche den Test bestehen, werden nicht erneut programmiert, da die entsprechenden Bits in dem Seitenpuffer während des Verifiziervorganges auf 0 gesetzt wurden. Wenn die maximale Anzahl von erneuten Versuchen bei Block 610 durchgeführt worden sind, so wird der Algorithmus beendet und zeigt einen nicht erfolgreichen Vorgang an.
  • Wenn in Block 607 alle Seitenbits abgeschaltet sind, so stellt der Algorithmus fest, ob der Sektor abgeschlossen ist, d. h. ob beide Seiten des Sektors beschrieben werden müssen und ob beide abgeschlossen sind (Block 608). Dies ist ein durch die CPU festgelegter Parameter. Wenn der Sektor nicht abgeschlossen ist, so geht der Algorithmus in einer Schleife zurück zu Block 602 und aktualisiert die entsprechende Seitenzahl oder Segmentzahl.
  • Wenn der Sektor in Block 608 beendet worden ist, so ist der Algorythmus erledigt (Block 609).
  • Wie unter Bezug auf Block 605 gemäß 4A erwähnt wurde, umfasst die Programmierverifizierschaltung das bitweise Zurücksetzen der Daten in dem Seitenpuffer, welcher die Löschverifizierung durchläuft. Eine Struktur, wie sie in vereinfachter Form in 4B dargestellt ist, ist demnach in dem Flash EPROM enthalten. Die Abfrageverstärker 650 des Arrays sind mit einem Vergleicherschaltkreis 651 verbunden. Die Eingänge in den Vergleicherschaltkreis sind die Zwischenspeicher 652 der Seitenpuffer. Demnach wird ein Datenbyte von den Abfrageverstärkern mit einem entsprechenden Byte aus dem Seitenpuffer verglichen. Bestanden/Fehler-Signale für das Byte werden an eine Bitzurücksetzung auf dem Seitenpuffer 652 zurückgeleitet. Demnach werden Bits, welche die Überprüfung bestehen, in dem Seitenpuffer zurückgesetzt. Wenn alle Bits auf dem Seitenpuffer zurückgesetzt worden sind oder eine voreingestellte Anzahl von erneuten Versuchen des Programmiervorganges durchgeführt worden ist, so ist der Programmiervorgang abgeschlossen.
  • Die 5A-5H veranschaulichen Herstellschritte eines Flash-EPROM Arrays. 5A-5G sind nicht maßstabsgetreu wiedergegeben. 5H ist eine näherungsweise maßstabsgetreue Zeichnung für das Bereitstellen einer Ansicht für die sich ergebenden Struktur. Die 6A-6G liefern einen alternativen Ansatz für das Herstellen der Flash EPROM Zelle, welche dieselben anfänglichen Schritte umfasst, wie sie in den 5A-5D dargestellt sind. Ebenso wie bei 5H ist auch 6G eine näherungsweise maßstabsgetreue Zeichnung der sich ergebenden Struktur. Die 7 und 8-14 werden verwendet, um das Layout eines Testarrays aus drei Wortleitungen mal sechs Spalten für das unter Bezug auf die 5A-5H und 3 beschriebene Beispiel zu beschreiben.
  • Der Prozess gemäß den 5A-5H wird als erstes beschrieben. Die Zelle wird hergestellt unter Verwendung einer 0,6 Mikrometer Doppelmetall-, dreifach Well-CMOS Technik (zwei Wells in dem Array, ein drittes für eine periphere Schaltung) und einer dreifach Polysilizium Technologie. Die primären beim Herstellen der Zelle verwendeten Schritte sind in den 5A-5H dargestellt. 5A veranschaulicht den ersten Schritt in dem Prozess. Beginnend mit einem Siliziumsubstrat 200 (oder einem Bereich auf dem Substrat) aus einem p-Typ wird ein tiefer Well 198 vom n-Typ mit einer Tiefe von etwa 6 Mikrometern ausgebildet. Als nächstes wird ein etwa 3 Mikrometer tiefer p-well 199 innerhalb des n-well ausgebildet.
  • Der tiefe n-well 198 wird ausgebildet, indem zunächst ein Dotiermittel vom n-Typ in das Substrat implantiert wird, wobei der n-well-Bereich durch eine Photoresistmaske definiert wird. Nach der Implantierung wird die Photomaske entfernt und das Substrat wird bei hoher Temperatur eine relativ lange Zeit getempert, um das n-Typ Dotiermittel hineinzutreiben und zu aktivieren, um den tiefen Well zu bilden. Dann wird ein ähnlicher Prozess ausgeführt, um einen p-well innerhalb des tiefen n-wells auszubilden bzw. zu implementieren.
  • In dem nächsten Schritt wird ein wohlbekannter LOGOS-Feldoxidationsvorgang verwendet, um relativ dicke Feldoxidbereiche 201 und 202 aufwachsen zu lassen, die in einer Richtung senkrecht zu der Seite länglich ausgebildet sind. Außerdem lässt man eine Opferoxidschicht aufwachsen, die dann entfernt wird, um die Oberfläche des p-well 199 für die nachfolgenden Schritte vorzubereiten.
  • Wie in 5B dargestellt ist, lässt man ein dünnes Tunneloxid 203 mit etwa 90 Å Dicke aufwachsen. Wie in 5C dargestellt, wird eine erste Schicht Polysilizium 204 von etwa 800 Å, oben auf dem Tunneloxid 203 abgeschieden. Dann wird eine dünne Nitridschicht 205 von etwa 200 Å, oben auf der Polysiliziumschicht 204 abgeschieden. Wie in 5D dargestellt, wird ein Photomaskenprozess verwendet, um die Floating Gates und die n+-Source und Drain-Diffusionsbereiche zu definieren. Die Photomaskenschichten 206, 207 werden festgelegt, um die Floating Gate-Bereiche in der ersten Polysiliziumschicht 204 zu schützen. Die erste Polysiliziumschicht 204 und die Nitridschichten 205 werden weggeätzt mit Ausnahme der Stellen, die durch die Masken 206 und 207 geschützt sind, um die Drain-Source- und Drainbereiche freizulegen. Als nächstes werden Dotiermittel vom n-Typ in dem p-well 199 implantiert, wie es durch die Pfeile 208 innerhalb der freigelegten Bereiche angezeigt wird. Diese Bereiche sind daher von selbst mit dem Floating Gate in der Polysiliziumschicht 204 ausgerichtet und auch mit den für die Isolationsbereiche 201 und 202.
  • Wie in 5E dargestellt ist, wird das Substrat getempert, um die Dotiermittel zu aktivieren und die Drain-Diffusionsbereiche 213 und 214 bzw den Source-Diffusionsbereich 215 zu definieren. Außerdem lässt man Drainoxide 216, 217 und Sourceoxide 218 von etwa 200 Å Dicke zusammen mit Oxiden 225 und 256 aufwachsen, welche die Seiten der Polysiliziumschicht 204 das Floating Gate abdecken.
  • Im nächsten Schritt wird die Nitridschicht 205 auf dem Floating Gate entfernt und dann wird eine zweite Schicht 219 aus Polysilizium (Poly Zwei) über der ersten Schicht abgeschieden. Die zweite Schicht 219 ist etwa 800 Å dick und wird oben auf der Polysiliziumschicht Eins abgeschieden. Diese Schicht wird mit einem Dotiermittel von n-Typ implantiert bzw. dotiert.
  • Wie in 5F dargestellt, wird ein Photomaskenprozess verwendet, um das Muster von Poly Zwei festzulegen, welches seinerseits den effektiven Floating Gate Bereich festlegt, wie man ihn von dem Steuergate aus erkennt, welches in der Polysiliziumschicht Drei abgeschieden wird. Der effektive Floating Gate Bereich bzw. die effektive Floating Gate Fläche wird durch die Poly-Zwei-Schicht vergrößert, so dass das Kopplungsverhältnis groß genug ist und vorzugsweise größer als 50% ist. Während der anschließenden Hochtemperaturtemperschritte verteilen sich die Dotiermittel vom n-Typ gleichförmig zwischen den Schichten Poly Zwei und Poly Eins, was zu einem Kontakt mit einem niedrigen Widerstand zwischen den beiden Schichten führt.
  • Wie in 5G dargestellt ist, lässt man eine ONO-Schicht 220 oben auf der Poly-Zwei-Schicht aufwachsen. Die ONO-Schicht ist etwa 180 Å dick. Schließlich wird eine dritte Schicht 221 aus Polysilizium (Poly Drei) oben auf der ONO abgeschieden und, nach der Abscheidung von Wolframsilizid wie es in 5H dargestellt ist, geätzt, um die Wortleitung für die Speicherzellen zu definieren.
  • 5H veranschaulicht die Schicht aus Wolframsilizid 234 über der Poly-Drei-Schicht 221, die verwendet wird, um die Gleitfähigkeit der Wortleitungen zu verbessern. 5H ist eine näherungsweise maßstabsgetreue Skizze der Struktur und der sich ergebenden Zelle. Gemäß dem Prozess nach den 5A-5H wird der Drain-Diffusionsbereich 213 in einem Bereich zwischen dem Feldoxid 202 und der Poly-Eins-Schicht des Floating Gate 230 gebildet, der in etwa 0,6 Mikrometer breit ist. In ähnlicher Weise ist der Poly Eins-Teil des Floating Gates 130 etwa 0,6 Mikrometer breit. Der Source-Diffusionsbereich zwischen den Floating Gate Bereichen 230 und 233 ist näherungsweise 1,0 Mikrometer breit. Der Drain-Diffusionsbereich 214 ist näherungsweise 0,6 Mikrometer breit.
  • Der 1,0 Mikrometer breite Source-Diffusionsbereich 215 ist etwas breiter ausgebildet, um Ausrichttoleranz für den Abscheidungsprozess des Poly Zwei zu gewähren. Bei einem besser gesteuerten bzw. kontrollierbaren Ausrichtvorgang kann in die Breite des Source-Diffusionsbereiches 215 vermindert werden.
  • Die vertikalen Abmessungen der verschiedenen Elemente sind näherungsweise maßstabsgetreu wie in 5H dargestellt. Das Tunneloxid 203 unter der dem Poly Eins-Teil der Floating Gate Elektrode 230 oder 232 ist näherungsweise 90 Å dick. Die Poly Eins-Abscheidung 230 hat näherungsweise eine Dicke von 800 Å. Der Oxidbereich 216 über den Drain-Diffusionsbereich 213 und in ähnlicher Weise auch die Oxide, die sich über dem Source-Diffusionsbereich 315 und dem Drain-Diffusionsbereich 214 befinden, lässt man auf etwa 2000 bis 2500 Å, Dicke anwachsen, jedoch liegen sie im fertigen Zustand im Bereich von 1000 bis 1500 Å.
  • Das Seitenwandoxid 226 auf dem Poly Eins-Teil des Floating Gates 230 ist im Bereich von 600 Å dick. Wie man in der Skizze sehen kann, geht sie in das thermische Oxid 216 über dem Source- oder Drain-Diffusionsbereich über, soweit dies angemessen ist.
  • Die Dicke der zweiten Poly-Abscheidung 231 beträgt näherungsweise 800 Å. Die Dicke der ONO-Schicht 220 beträgt etwa 180 Å. Die dritte Poly-Schicht 221 ist näherungsweise 2500 Å dick. Die Wolfram Silizidschicht 234 ist etwa 2000 Å dick. Der Feldoxidbereich 202 in dem fertigen Produkt hat eine Dicke in dem Bereich von 6500 bis 5000 Å.
  • 5H veranschaulicht ein Merkmal des Prozesses nach den 5A-5H. Wie man erkennen kann, deckt in 5G die zweite Poly-Abscheidung 253 den Drain-Diffusionsbereich 314 nur teilweise ab. In 5H wird eine alternative Maske verwendet, um den Poly Zwei-Teil des Floating Gate über dem Drain-Diffusionsbereich bis zur teilweisen Überlappung mit dem Feldoxidbereich 202 zu erweitern. Diese Variabilität in dem Prozess ermöglicht, dass das Kopplungsverhältnis des Floating Gate variiert wird, so wie es zu den Erfordernissen eines bestimmten Modells bzw. Entwurfes passt, indem seine Länge über den Feldoxidbereich hinaus erweitert wird.
  • Metallisierungs- und Passivierungsschichten (nicht dargestellt) werden über den Schaltkreis nach 5H abgeschieden.
  • Wie man also in 5H erkennen kann, wird eine Floating Gate Struktur für ein Flash EPROM Segment in einer Drain-Source-Drain Konfiguration bereitgestellt, welche aus einer ersten Schicht aus Polysilizium 230 und einer zweiten Schicht aus Polysilizium 231 besteht. Die erste Schicht Poly 230 wird verwendet für die Selbstausrichtung der Source- und Drain-Diffusionsbereiche. Die zweite Schicht Poly 231 wird verwendet, um die Floating Gate Oberfläche zu erweitern, um das Kopplungsverhältnis der Zelle zu vergrößern.
  • In der Drain-Source-Drain Konfiguration kann man erkennen, dass das Floating Gate, dass aus der Poly Eins-Schicht 230 und der Poly Zwei-Schicht 231 für die Zelle auf der linken Seite und das Floating Gate, welches aus der Poly Eins-Schicht und der Poly Zwei-Schicht 233 für die Zelle auf der rechten Seite der Figur besteht, im Wesentlichen spiegelbildlich zueinander sind. Dies erlaubt eine Erweiterung des Floating Gates hinaus über die Drain-Diffusionsbereiche in der Drain-Source-Drain Konfiguration, ohne im Wesentlichen über dem gemeinsam verwendeten Source-Diffusionsbereich einen Kurzschluss zu erzeugen.
  • Die Zellentechnologie und das Layout haben eine Anzahl von Vorteilen. Das Tunneloxid wächst auf, bevor eine Source-Drain-Implantierung des Arrays erfolgt. Damit werden Oxidverdickungs- und Dotierungsverarmungseffekte minimal gemacht. Die Source- und Drainimplantierungen der Speicherzelle sind selbst ausgerichtet auf das Poly-Eins-Muster. Die Kanallänge in der Zelle kann damit gut kontrolliert bzw. gesteuert werden.
  • Es kann auch ein erleichterter Maßstab hinsichtlich der Metallauslegung mit dem Flash Array verwendet werden, insbesondere in der Architektur nach 3. Der Source Blocktransistor geht in die Speicherzellen-Source-Drain-Diffusion in dem Zellenlayout über bzw. verschmilzt mit diesen. Dieser Überlappungsbereich stellt eine Verbindung zwischen diesen beiden Diffusionsbereichen dar. Das Feldoxid wird verwendet, um die Bitleitungspaare gegenüber benachbarten Bitleitungen zu isolieren. Innerhalb des Bitleitungspaares ist die Struktur flach bzw. eben.
  • Außerdem wird für die in den 5A-5H dargestellte Zelle der effektive Gatekopplungsbereich, gesehen von dem Steuergate, durch die Fläche der zweiten Poly-Schicht be stimmt. Deshalb kann ein relativ großes Gatekopplungsverhältnis erzielt werden, indem man in die zweite Schicht aus Poly über die eingegrabenen Diffusions- oder Feldoxidbereiche hinaus ausdehnt, um das geringe Gatekopplungsverhältnis zu kompensieren, welches durch die erste Poly-Schicht allein geliefert werden würde. Weiterhin kann man durch Erweiterung der Länge in der Ausdehnung der zweiten Schicht aus Poly hinaus bis über die Diffusionsbereiche und Isolationsbereiche unterschiedliche Gatekopplungsverhältnisse in einfacher Weise erzielen, um unterschiedliche Produktanwendungen zu erfüllen.
  • Eine alternative Zellstruktur ist in den 6A-6G dargestellt. Diese Struktur beginnt mit denselben Herstellungsschritten, wie sie in den 5A-5D oben dargestellt sind. Wie man also in 6A sehen kann, geht die Sequenz von der Struktur nach 5D weiter, indem zunächst die Masken 206 und 207 entfernt werden, und dann eine Nitridschicht 250 über dem Bereich abgeschieden wird. Die Nitridschicht bedeckt die Seiten des Floating Gate Poly 204, wie es in der Figur dargestellt ist. Im nächsten Schritt wird, wie in 6B dargestellt, ein anisotropes Ätzen verwendet, um die abgeschiedene Nitridschicht 250 zu entfernen, mit Ausnahme derjenigen Bereiche der Schicht auf der Oberseite und den Seiten des Floating Gate Polysiliziums 204.
  • Das Ätzen hinterlässt möglicherweise eine kleine Menge an Nitrid an den Kanten der Feldoxidbereiche 201, 202. Dies ist jedoch für den Prozess nicht wichtig.
  • Nach dem anisotropen Ätzen des Nitrids wird der Wafer getempert, um die Dotiermittel hineinzutreiben, so dass sie Drain-Diffusionsbereiche 213 und 214 und den Source-Diffusionsbereich 215 bilden. Außerdem lässt man die thermischen Oxide 216, 217 und 218 über den Drain-Diffusionbereichen bzw. über dem Source-Diffusionsbereich aufwachsen. Die Nitridschichten 205 und 250 schützen das Polysilizium 204 des Floating Gate gegen eine Oxidausbildung.
  • Im nächsten Schritt werden, wie in 6C dargestellt ist, die Nitridreste der Schicht 205 und der Schicht 250 von der Struktur entfernt, wodurch dann die Floating Gate Elemente 204 von Poly Eins freigelegt werden.
  • Im nächsten Schritt wird, wie in 6D dargestellt, eine zweite Poly-Abscheidung 219 auf der Struktur abgeschieden. Die zweite Schicht Poly 219 wird bis zu einer Dicke von etwa 1500 bis 2000 Å abgeschieden und mit einem Dotiermittel vom n-Typ implantiert bzw. dotiert.
  • Wie in 6E dargestellt ist, werden Abstandshalter 240 und 241 aus Polysilizium entlang der Kanten des Poly-Eins-Musters ausgebildet, wobei ein sich selbst ausrichtendes bzw. steuerndes Plasma-Ätzen der Poly Zwei-Schicht verwendet wird.
  • Während der anschließenden Hochtemperaturschritte verteilen die Dotiermittel vom n-Typ in der Poly Zwei-Abscheidung sich gleichmäßig zwischen den Poly Eins- und den Poly Zwei-Elementen und stellen einen guten elektrischen Kontakt her.
  • Wie in 6F dargestellt ist, wird eine ONO-Schicht 220 über den Floating Gate Strukturen abgeschieden, die auf dem Poly Eins-Element 242 und den Poly Zwei-Abstandhaltern 240 und 241 ausgebildet worden sind. Außerdem kann ein Bereich aus Polysilizium 243 neben dem Feldoxidbereich 201 in diesem Prozess hinterlassen werden. Es gibt jedoch keinen elektrischen Kontakt in diesem Bereich und dies sollte keinen Einfluss auf die Arbeitsweise der Vorrichtung haben. Nach der Abscheidung der ONO-Schicht 220 wird eine dritte Poly-Schicht 221 mit einer Dicke von etwa 2500 Å abgeschieden, um die Wortleitungen für die Einrichtung zu bilden.
  • 6G veranschaulicht den letzten Schritt in dem Prozess des Abscheidens einer Schicht aus Wolframsilizid 234 mit einer Dicke von etwa 2000 Å über der Poly-Drei-Wortleitung 221, um die Leitfähigkeit der Struktur zu verbessern.
  • 6G ist außerdem eine näherungsweise maßstabsgetreue Skizze der Struktur. Wie man erkennen kann, sind demnach die Drain-Diffusionsbereiche 213 und 214 in einem Bereich von etwa 0,6 Mikrometern Breite zwischen einem Feldoxid 202 und dem Floating Gate 204 ausgebildet. Die Poly Eins-Abscheidung 204 des Floating Gate haben eine Dicke von etwa 0,15 Mikrometern. Außerdem beträgt der Source-Diffusionsbereich 115, welcher zwischen den Poly Eins-Floating Gates ausgebildet wird, etwa 0,6 Mikrometer. Der im Vergleich zu dem nach 5H schmalere Diffusionsbereich 215 ist bei diesem Ansatz möglich wegen der sich selbst ausrichtenden Natur der Poly Zwei-Abstandhalter 240 und 241. Es ist bei einem Layout mit einer Struktur wie in 6G nicht notwendig, Toleranzen für Fehlausrichtungen der Maske bereitzustellen, wie sie erforderlich sind für die Ausrichtung der Maske zur Ausbildung der Poly Zwei-Floating Gate Erstreckungen nach 5H. Dies macht die Struktur nach 6G eskalierbar, wenn die Maße des Prozesses weiter schrumpfen, ohne das Erfordernis, Toleranzen für Maskenfehlausrichtung zuzulassen.
  • Die Dicken der Bereiche in den vertikalen Maßen sind ähnlich denen nach 5H. Jedoch ist die Poly Eins-Abscheidung 242 etwa 1500 bis 1600 Å dick. Die Abstandhalter 240 und 241 erstrecken sich um etwa 2000 Å über die Source- und Drain-Diffusionsbereiche hinaus. In einem alternativen Prozess zum Herstellen einer Struktur, wie sie in 6G dargestellt ist, wird die zweite Nitridschicht 250 nicht abgeschieden. Statt dessen lässt man während des Temperschrittes nach 6B Oxid auf der Seite der Poly Eins-Abscheidung aufwachsen. Diese Oxide auf den Seiten des Polysiliziums können weggeätzt werden, so dass in den nachfolgenden Schritten ein Kontakt zwischen Poly Eins und Poly zwei bereitgestellt werden kann. Das Ätzen des Oxids an der Seite des Poly Eins-Teiles des Floating Gates bringt jedoch auch das Risiko des Ätzens des Oxides zwischen dem Floating Gate und dem Substrat mit sich. Wenn dieser Bereich zu stark geätzt wird, so kann während der Poly Zwei-Abscheidung auf dem Substrat ein Kurzschluss auftreten. Die in den 6A-6G dargestellte Prozedur ist deshalb für viele Anwendungen möglicherweise die bevorzugte.
  • Das in der beschriebenen Struktur verwendete Polysilizium für das Floating Gate kann durch amorphes Silizium ersetzt werden.
  • Für ein besseres Verständnis des Layouts des integrierten Schaltkreises der vorliegenden Erfindung werden die 7 bis 14 verwendet, um das Layout eines Testarrays zu beschreiben, welches eine Größe von 6 Spalten mal 3 Wortleitungen hat. 7 ist eine zusammengesetzte Ansicht, die man besser unter Bezug auf die Layoutansichten der 8-14 versteht. Wie man in 7 erkennen kann, umfasst das Testarray 5 Feldisolationsbereiche 400, 401, 402, 403 und 404. Das Layout dieser Isolationsbereiche kann man gemäß 8 erkennen, wo die Feldoxidbereiche mit den Bezugzeichen 400-404 markiert sind, und der schraffierte Bereich 405 entspricht einem aktiven Bereich innerhalb des Wells 199 vom p-Typ nach 5G.
  • 9 zeigt das Layout eines Implantationsmittels vom p-Typ, welches verwendet wird, um die Schwellwertspannung VT der Speicherzellen zu erhöhen. Das Implantationsmittel in dem Bereich 406 bewirkt eine höhere anfängliche VT für die Speicherzellen in dem Block als für die Auswahltransistoren (in Bereichen, welche durch die Linien 436 und 437 in 7 eingekreist sind).
  • Das Array umfasst auch die Steuerleitungen 407 und 408 aus Poly Drei für die rechten und bzw. linken Auswahltransistoren für jedes der drei Segmente. 7 zeigt auch drei Wortleitungen 409, 410 und 411, die über drei Segmenten des Arrays liegen. Die erste Schicht Poly ist in 7 durch die fett bzw. dick gezeichnete Linie 415 dargestellt und ist außerdem noch besser in 10 zu erkennen. Es gibt Segmente 416, 417, 418, 419, 420 und 421 in der ersten Poly-Schicht, wie in 10 dargestellt, die für eine Selbstausrichtung der linken und rechten Auswahltransistoren verwendet werden. Diese Segmente werden später entfernt, nachdem die Source- und Drainbereiche der Zellen ausgebildet worden sind. 10 veranschaulicht also die Maske bzw. Maskierung für die Poly Eins-Abscheidung. Poly Eins wird innerhalb des durch die Linie 415 definierten Bereiches und in den das Layout von 10 umgebenden Bereichen abgeschieden und geätzt, um die erste Schicht Poly der Floating Gates nach 5G bereitzustellen.
  • 11 zeigt das Maskenmuster für die zweite Schicht aus Polysilizium für die in 5G dargestellte Zelle. Die Bereiche 412, 413 und 414 erkennt man auch in 7. Die Bereiche 422 und 423 entsprechen Segmenten in der Polysiliziumschicht für das Floating Gate über den Feldisolationsbereichen 401 und 403 in 7. Poly Zwei (die zweite Polysiliziumschicht) wird später in einem Muster ausgelegt, um das erweiterte Floating Gate nach 5G bereitzustellen.
  • 12 zeigt von der dritten Polysiliziumschicht (Poly Drei) die Steuerleitungen 407 und 408 und die Wortleitungen 409, 410 und 411.
  • 13 zeigt die Metallkontakte 424, 425, 426, 427, 428 und 429 in dem Testarray. Der Kontakt 424 wird verwendet, um die Steuerleitung 408 von Poly Drei zu kontaktieren. Der Kontakt 428 wird verwendet, um einen metallischen Kontakt zu der Steuerleitung 407 von Poly Drei herzustellen. Die Kontakte 425, 426 und 427 werden verwendet, um von dem Diffusionsbereich der Auswahltransistoren zu den metallischen globalen Bitleitungen, welche über dem Array liegen (in 7 nicht dargestellt) einen Kontakt herzustellen. Der Kontakt 429 wird verwendet, um eine Verbindung zu den Source-Diffusionen des Arrays herzustellen. Das Layout der Metallleitungen ist in 14 dargestellt. Wie man erkennen kann, sind sie mit den Kontakten 425, 426 und 427 ausgerichtet und liegen über den Segmenten in dem Array. Die metallische Bitleitung 430 ist demnach mit dem Kontakt 425 verbunden, die metallische Bitleitung 431 ist mit dem Kontakt 426 verbunden und die metallische Bitleitung 432 ist mit dem Kontakt 427 verbunden. Die metallischen Anschlussflächen 433 und 434 sind mit Kontakten 428 bzw. 424 verbunden. Die metallische Anschlussfläche 435 ist mit dem Kontakt 429 verbunden.
  • In der Abfolge ist dann in 8 ein Feldisolations- und Diffusionsschritt dargestellt. Als nächstes wird ein VT-Erhöhungs-Implantierungsschritt in dem Bereich 406 ausgeführt, der in 9 dargestellt ist. Als nächstes wird die Polysiliziumschicht für das Floating Gate aufgelegt. Zusätzlich werden die Segmente 416 bis 421 mit Poly Eins ausgelegt, um die Kanäle für die linken und rechten Blockauswahltransistoren bereitzustellen. Dann wird eine Source-Drainimplantierung (Dotierung) ausgeführt, um die Drain-Source-Drain Struktur und die eingegra benen Diffusionen für die linken und rechten Blockauswahltransistoren und den virtuellen Masseanschluss zu bilden. Nach dieser Implantierung wird die Poly Zwei-Schicht abgeschieden, wie es in 11 dargestellt ist. Poly Zwei ist in einem Muster ausgelegt, wie es oben beschrieben ist, um die erweiterten Floating Gates bereitzustellen. Eine Isolierschicht wird über Poly Zwei angeordnet und die dritte Schicht aus Polysilizium wird in einem Muster abgeschieden, wie es in 12 dargestellt ist. Schließlich wird eine Isolationsschicht über der Poly Drei-Schicht abgeschieden, die Metallkontakte werden hergestellt und die metallischen Bitleitungen werden über dem Array abgeschieden.
  • Wie man in 7 sehen kann, liegt der linke Auswahltransistor unter der Steuerleitung 408 in den Bereich, welcher durch die Linie 436 eingekreist ist. In ähnlicher Weise liegt der rechte Auswahltransistor für das erste Segment unter der Steuerleitung 407 in dem durch die Linie 437 umkreisten Bereich. Der Kontakt 425 erreicht einen Diffusionsbereich 438. Der Diffusionsbereich ist durch den maskierten Bereich 440, der durch die Abscheidung von Poly Eins definiert wurde, gegenüber einem Diffusionsbereich 439 isoliert. In ähnlicher Weise ist der Diffusionsbereich 438 von dem Diffusionsbereich 441 durch den maskierten Bereich 442 isoliert, welcher durch die Abscheidung von Poly Eins maskiert wurde. Demnach wird ein Auswahltransistor für die linke Spalte über dem durch den Bereich 442 definierten Kanal bereitgestellt. Der Diffusionsbereich 441 liegt innerhalb des Drain-Diffusionsbereiches für das Segment oder ist mit diesem verbunden. In ähnlicher Weise liegt der Diffusionsbereich 439 innerhalb des rechten Drain-Diffusionsbereiches für das Segment oder ist mit diesem verbunden.
  • Der Strompfad von dem Kontakt 425 zu dem linken Diffusionsbereich für das Segment wird durch die Pfeillinie 443 dargestellt. Wie man erkennen kann, wird dieser Pfad durch den Transistorkanal in dem Bereich 442 unterbrochen. Die Steuerleitung 408 stellt demnach eine Verbindung des linken Drain-Diffusionsbereiches mit dem Kontakt 425 bereit. Der Strompfad für den rechten Blockauswahltransistor wird durch die Pfeillinie 444 dargestellt. Wie man erkennen kann, wird dieser Pfad durch den Kanal in dem Bereich 440 unterbrochen. Die beiden Auswahltransistoren in den Bereichen 436 und 437 stellen demnach eine wahlweise Verbindung des Kontaktes 425 entweder mit dem linken oder mit dem rechten Diffusionsbereich bereit. Auf diese Weise werden wahlweise zwei Spalten von Flash EPROM Zellen über den Kontakt 425 mit einer einzelnen metallischen Bitleitung verbunden.
  • Wie Fachleute erkennen, wird die Maskensequenz der 8-14 für die in 6G dargestellte Zelle verändert, was die Schritte der Abscheidung von Poly Zwei betrifft. Das grundlegende Layout des Arrays bleibt jedoch unverändert.
  • Dementsprechend sind eine neue Flash EPROM Zelle und eine entsprechende Arrayarchitektur bereitgestellt worden. Die Architektur bietet ein sehr dichtes Kernarray, welches man durch ein einzigartiges Zelllayout erhält, wobei zwei nebeneinanderliegende lokale Drain-Bitleitungen sich eine gemeinsame Source-Bitleitung teilen. Außerdem ist das Layout optimiert worden, um die Verwendung einer einzigen metallischen Leitung für jeweils zwei Spalten von Zellen in dem Array zu ermöglichen. Schließlich ist das Layout weiterhin reduziert durch gemeinsam verwendete Wortleitungen, so dass der Wiederholabstand für die Wortleitungstreiber die Größe des Hauptarrays nicht beeinflusst bzw. nicht beeinträchtigt. Ein Sektorlöschen ist möglich unter Verwendung der segmentierbaren Architektur der vorliegenden Erfindung. Außerdem ist eine Reihenredundanz für Flash EPROMs, welche diese Struktur verwenden. verfügbar. Unter Verwendung dieser Technologien kann man ein Flash Speicher Array mit hoher Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit erzielen.
  • Ein n-Kanal-Beispiel des Flash EPROM Arrays ist offenbart worden. Fachleute erkennen jedoch, dass äquivalente p-Kanalschaltkreise unter Verwendung von im Stand der Technik bekannten Techniken implementiert werden können. Weiterhin ist die Architektur bezüglich Flash EPROM Zellen entwickelt worden. Viele Aspekte der Architektur können aber an eine Vielfalt von Speicherschaltkreisarrays angepasst werden.
  • Die vorstehende Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist für Zwecke der Veranschaulichung und Beschreibung präsentiert worden. Sie soll weder erschöpfend sein noch die Erfindung auf die genau dargestellten Ausführungsformen beschränken. Offensichtlich liegen viele Modifikationen und Variationen für Fachleute auf diesem Gebiet auf der Hand. Der Schutzempfang der Erfindung soll durch die folgenden anhängenden Ansprüche definiert sein.

Claims (9)

  1. Integriertes Flash-Speicherschaltkreismodul auf einem Halbleitersubstrat, mit: einem Speicherarray, welches zumindest M Reihen und zumindest 2N Spalten aus Flash-Speicherzellen aufweist, M Wortleitungen (WL0-WL63), die jeweils mit den Flash-Speicherzellen in einer der M Reihen aus Flash-Speicherzellen verbunden sind, N globale Bitleitungen (MTBL0, MBTL1), einer Dateneingabe- und -ausgabeschaltung (103, 107), die mit den N globalen Bitleitungen verbunden sind, welche für das Lesen und Schreiben von Daten in dem Speicherarray zur Verfügung stehen, und eine Auswahlschaltung (138-142), die mit den 2N Spalten aus Flash-Speicherzellen und den N globalen Bitleitungen verbunden ist und die eine wahlweise Verbindung zweier Spalten aus den 2N Spalten mit jeder der N globalen Bitleitungen bereitstellt, so daß ein Zugriff auf die 2N Spalten aus Flash-Speicherzellen durch die Dateneingabe- und -ausgabeschaltung über die N globalen Bitleitungen bereitgestellt wird, und welche weiterhin eine Mehrzahl von Sourcereferenzleitern (ARVSS) aufweist, die senkrecht zu den N globalen Bitleitungen verlaufen und mit Flash-Speicherzellen in dem Speicherarray verbunden sind, wobei die 2N Spalten aus Flash-Speicherzellen in dem Speicherarray aufweisen: N Paare aus Spalten von Flash-Speicherzellen, wobei jedes Paar von Spalten eine Mehrzahl von Segmenten aufweist und wobei jedes Segment in der Mehrzahl aufweist: erste und zweite lokale Bitleitungen (121, 123), die mit der Auswahlschaltung verbunden sind, einen Satz von Flash-Speicherzellen (124-127) in einer ersten Spalte des Paares aus Spalten, welcher mit der ersten lokalen Bitleitung verbunden sind, einen zweiten Satz aus Flash-Speicherzellen (128-131) in einer zweiten Spalte aus dem Paar von Spalten, die mit der zweiten lokalen Bitleitung sind, Mitglieder eines Teilsatzes der M Wortleitungen, die jeweils mit einer Flash-Speicherzelle in dem ersten Satz und einer Flash-Speicherzelle in dem zweiten Satz verbunden sind, und wobei die Auswahlschaltung eine Segmentauswahlschaltung aufweist, die mit den beiden lokalen Bitleitungen und zumindest einer der N globalen Bitleitungen verbunden ist, was eine wahlweise Verbindung der ersten und zweiten Sätze in dem Segment mit der zumindest einen der N globalen Bitleitungen bereitstellt.
  2. Integriertes Schaltkreismodul nach Anspruch 1, welches eine Isolierschicht über den 2N Spalten aufweist und wobei die N globalen Bitleitungen über der Isolierschicht liegen und die Segmentauswahlschaltung einen Kontakt (140) durch die Isolierschicht hindurch mit einer entsprechenden der N globalen Bitleitungen hat, und eine Schaltung aufweist, die mit dem Kontakt und mit den ersten und zweiten lokalen Bitleitungen verbunden ist, um wahlweise die ersten und zweiten lokalen Bitleitungen mit dem Kontakt zu verbinden.
  3. Integriertes Schaltkreismodul nach Anspruch 2, wobei die Segmentauswahlschaltung für jedes Segment einen ersten Transistor (139) aufweist, der einen ersten Anschluß in der ersten lokalen Bitleitung und einen zweiten mit dem Kontakt verbundenen Anschluß hat, und einen zweiten Transistor (138) aufweist, der einen ersten Anschluß an der zweiten lokalen Bitleitung und einen zweiten Anschluß hat, der mit dem Kontakt verbunden ist.
  4. Integriertes Schaltkreismodul nach Anspruch 1, welches aufweist: eine Reihendecoderschaltung zum Ansteuern der M Wortleitungen, wobei die Reihendecoderschaltung weniger als M Treiber umfaßt, wobei jeder der weniger als M Treiber einen Satz von mehr als einer der Wortleitungen parallel treibt bzw. ansteuert, wenn er durch die Reihendecoderschaltung freigeschaltet wird.
  5. Integriertes Schaltkreismodul nach Anspruch 1, wobei das Halbleitersubstrat einen Substratbereich (200) eines ersten Leitfähigkeitstyps, einen ersten Well (198) in dem Substratbereich mit einem zweiten Leitfähigkeitstyp und einen zweiten Well (199) des ersten Leitfähigkeitstyps in dem ersten Well hat, und wobei die Flash-Speicherzellen Sources und Drains haben, die in dem zweiten Well ausgebildet sind, um das Anlegen eines negativen Potentials während einer Operation zum Ändern gespeicherter Inhalte der Zellen zumindest entweder an der Source oder an der Drain zu ermöglichen.
  6. Integriertes Schaltkreismodul nach Anspruch 1, wobei es mehr als 2N Spalten gibt und wobei die Auswahlschaltung die wahlweise Verbindung von mehr als zwei Spalten mit zumindest einer der N globalen Bitleitungen bereitstellt, so daß ein Zugriff auf die mehr als 2N Spalten aus Flash-Speicherzellen durch die Dateneingabe- und -ausgabeschaltung über die N globalen Bitleitungen bereitgestellt wird.
  7. Integriertes Schaltkreismodul nach Anspruch 1, wobei die Wortleitungen Polysilizium aufweisen und die Datenleiter Metall aufweisen.
  8. Integrierter Schaltkreis nach Anspruch 1, wobei die Mehrzahl von Sourcereferenzleitern Diffusionsleitungen in dem Substrat aufweisen.
  9. Integrierter Schaltkreis nach Anspruch 1, welcher zumindest eine Sourceleitung (122) parallel zu der Mehrzahl von globalen Bitleitungen aufweist, welche mit der Mehrzahl von Sourcereferenzleitern verbunden ist.
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