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Die Erfindung betrifft eine Halbleiteranordnung
mit einem Halbleiterkörper
mit einem an eine Oberfläche
grenzenden Oberflächengebiet
eines ersten Leitungstyps, welcher Halbleiterkörper an der Oberfläche mit
einem nichtflüchtige
Speicher versehen ist, der mittels UV-Bestrahlung löschbar ist
und der eine Anzahl Speicherzellen umfasst, jede in Form eines Feldeffekttransistors
mit Source- und Drainzonen vom entgegengesetzten, d. h. dem zweiten
Leitungstyp, einem über
dem Kanal zwischen den Source- und Drainzonen liegenden schwebenden
Gate und einem über
dem schwebenden Gate liegenden Steuergate. Eine derartige Anordnung,
die alle Merkmale des Oberbegriffs von Anspruch 1 umfasst, ist aus
GB 2 189 346 A bekannt.
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Nichtflüchtige Speicher sind allgemein
bekannt. Herkömmliche
Ausführungsformen
des Transistors haben ein schwebendes Gate vom n-Kanaltyp mit Source-
und Drainzonen vom n-Typ und ein Oberflächengebiet vom p-Typ. Eine
n-Kanal-Ausführungsform
wird weiter unten beschrieben. Im Prinzip sind jedoch Ausführungsformen
vom entgegengesetzten Leitungstyp ebenfalls möglich. Informationen werden in
Form elektrischer Ladungen auf das schwebende Gate geschrieben und
definieren so die Schwellenspannung des Transistors. Je nach der
gespeicherten Information hat die Schwellenspannung in einer Speicherzelle
einen (verhältnismäßig) hohen
oder einen (verhältnismäßig) niedrigen
Wert. Eine zwischen diesen beiden Werten liegende Spannung wird
zum Auslesen an das Steuergerät
angelegt und es wird festgestellt, ob der Transistor leitend ist
oder nicht.
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Zum Schreiben ist es möglich, mittels
Injektion heißer
Elektronen aus dem Kanal einer ausgewählten Zelle eine negative Ladung
auf das schwebende Gate anzubringen, wodurch bewirkt wird, dass die
Schwellenspannung des n-Kanaltransistors auf einen hohen Wert ansteigt.
Die Zelle kann mittels Bestrahlung mit elektromagnetischer Strahlung
im UV-Gebiet, im Weiteren der Kürze
halber als UV-Strahlung bezeichnet, gelöscht werden. Die UV-Strahlung
bildet in dem schwebenden Gate Elektronen von ausreichender Energie,
sodass sie über die
Potentialbarriere des Gateoxids zwischen dem Kanal und dem schwebenden
Gate zum Halbleiterkörper
fließen
können.
Wenn eine genügende
Anzahl Elektronen vom schwebenden Gate verschwunden sind, wird wieder
ein Zustand mit einer niedrigen Schwellenspannung erhalten.
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Es zeigte sich in der Praxis, dass
die Schwellenspannung während
des UV-Löschens häufig nicht auf
ihren ursprünglichen
Wert von beispielsweise 1,1 V zurückkehrt, sondern auf einen
viel höheren
Wert, beispielsweise 2 V. Diese hohe Schwellenspannung kann beispielsweise
bei Niederspannungs- oder Niederleistungsanwendungen zu Problemen
führen. Eine
Speicherzelle, die im "Ein"-Zustand (niedrige Schwelle)
programmiert ist, muss eine Schwellenspannung haben, die wesentlich
niedriger ist als die Speisespannung. Es ist zwar möglich, höhere Spannungen
mit einer On-Chip-Ladungspumpe zu erzeugen, aber eine solche Ladungspumpe
ist wegen ihrer hohen Verlustleistung häufig nicht interessant.
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Daher liegt der Erfindung unter anderem
als Aufgabe zugrunde, einen nichtflüchtigen, UV-löschbaren
Speicher zu verschaffen, in dem während des UV-Löschens eine
niedrigere Schwellenspannung erhalten wird. Erfindungsgemäß ist eine
Halbleiteranordnung der eingangs erwähnten Art hierzu dadurch gekennzeichnet,
dass Mittel vorhanden sind, um während
des Löschens
mittels der genannten UV-Bestrahlung eine Photospannung zu erzeugen, welche
Photospannung an das Steuergate angelegt wird. Die Erfindung beruht
unter anderem auf der Erkenntnis, dass in einem thermodynamischen
Gleichgewicht, wenn die Fermi-Niveaus gleich sind, zwischen dem
schwebenden n-Gate und dem p-Substrat eine eingebaute Spannung vorhanden
ist. Das schwebende n-Gate hat bei Raumtemperatur ein Potential,
das ungefähr
1 V höher
ist als das Potential in dem Substrat im Falle eines üblichen
Dotierungsniveaus. Diese Potentialdifferenz verhindert, dass alle dem
schwebenden Gate während
des Schreibens zugeführten
Elektronen während
des Löschens
wieder zu dem Substrat zurückkehren.
Das Anlegen einer negativen Spannung an das Steuergate während des
Löschens
ermöglicht
es, teilweise die eingebaute Spannung zu kompensieren, sodass während des UV-Löschens mehr
Elektronen aus dem schwebenden Gate verschwinden. Die Verwendung
einer während
der UV-Bestrahlung selbst erzeugten Photospannung als an das Steuergate
angelegte Spannung macht es unnötig,
gesonderte externe Spannungsquellen zu verwenden.
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Eine spezielle Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Halbleiteranordnung
ist dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Mittel eine Photodiode
in Form einer in dem Oberflächengebiet
vorgesehenen Oberflächenzone
vom zweiten Leitungstyp umfassen, die mit dem Steuergate leitend
verbunden ist, wobei die genannte Photodiode über zu mindest einen Teil ihres
Oberflächengebietes
für elektromagnetische
Strahlung zugänglich
ist. Die Photodiode kann gleichzeitig als Schutzdiode wirken, die
das Steuergate gegen elektrostatischen Durchbruch schützt, der
die Folge von Speicherung elektrischer Ladung auf dem Gate während bestimmter
Prozessschritte sein kann, wie beispielsweise Plasmaätzen.
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Eine Hauptausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung
ist dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherzellen in einem System
aus Zeilen und Spalten angeordnet sind, wobei die Steuergates von
Zellen in einer gemeinsamen Zeile über eine Wortleitung mit einer
gemeinsamen Photodiode verbunden sind.
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Die Wortleitungen sind nicht nur
mit der Photodiode verbunden, sondern über einen Ausgang einer Decoderschaltung
auch mit den Drains eines n-Kanal-MOST und eines p-Kanal-MOST. Mit
Hilfe der von der Photodiode erzeugten Photospannung ist es möglich, beispielsweise
im Fall eines n-Kanaltransistors mit schwebendem Gate, dessen Steuergate
mit der Kathode der Photodiode verbunden ist, den pn-Übergang
zwischen der n-Drain des n-Kanal-MOST und des p-Oberflächengebietes
in Durchlassrichtung vorzuspannen, was eine Verringerung der Photospannung
bewirken kann. Diese Verringerung kann in einfacher Weise auf ein
akzeptables Niveau begrenzt werden, beispielsweise indem das Oberflächengebiet
der Drain möglichst
klein gemacht wird. Ein größerer Leckstrom
wird durch die Verbindung zwischen der Wortleitung und der p-Drain
des p-Kanal-MOST der Decoderschaltung bewirkt. Der p-Kanal-MOST
wird in einer n-Wanne gebildet, die in dem p-Oberflächengebiet
vorgesehen ist und die mit dem p-Oberflächengebiet einen photoempfindlichen pn-Übergang
mit einer verhältnismäßig großen Oberfläche bildet.
Die Drain bildet zusammen mit der n-Wanne und dem p-Oberflächengebiet
einen vertikalen pnp-Transistor,
dessen Emitter von dem p-Oberflächengebiet
gebildet wird, dessen Basis von der n-Wanne gebildet wird und dessen
Kollektor von der p-Drain gebildet wird, wobei der Basisstrom von dem
entlang des pn-Übergangs
von Wanne und Oberflächengebiet
fließenden
Photostrom geliefert wird. Eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Halbleiteranordnung
ist dadurch gekennzeichnet, dass der Speicher mit einer Decoderschaltung
versehen ist, die einen Feldeffekttransistor mit einem Oberflächengebiet
umfasst, im Weiteren als Wanne bezeichnet, vom zweiten Leitungstyp,
in dem eine Source und eine Drain vom ersten Leitungstyp des Transistors
vorgesehen sind, wobei die Wortleitung mit der Drain verbunden ist,
und Mittel vorhanden sind, um die Wanne zumindest örtlich gegen
einfallende UV-Strahlung abzuschirmen. Zumindest örtliches
Abschirmen der Wanne redu ziert den Photostrom in der Wanne und somit
auch den Strompegel des genannten parasitären Transistors. Eine bevorzugte
Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Halbleiteranordnung
ist dadurch gekennzeichnet, dass weitere Mittel vorhanden sind,
um eine parasitäre
Transistorwirkung zwischen der Drain, der Wanne und dem Oberflächengebiet
vom ersten Leitungstyp zu unterdrücken. Eine erste Ausführungsform
ist dadurch gekennzeichnet, dass die genannten weiteren Mittel eine
stark dotierte Oberflächenzone
vom zweiten Leitungstyp umfassen, die nahe der Wanne in dem Oberflächengebiet
vom ersten Leitungstyp vorgesehen ist und die mit diesem Oberflächengebiet
leitend verbunden ist. Die Wanne, das Oberflächengebiet vom ersten Leitungstyp
und die stark dotierte Oberflächenzone
des zweiten Leistungstyps bilden den Emitter, die Basis bzw. den
Kollektor eines lateralen Bipolartransistors mit einer kurzgeschlossenen
Basis-Kollektor-Strecke. Ein Teil des erzeugten Photostroms, der
von der Wanne gesammelt wird, wird von diesem Transistor zum Substrat
abgeführt,
sodass auch der Strom in dem genannten vertikalen parasitären Transistor
verkleinert wird. Eine zweite Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet,
dass die genannten weiteren Mittel eine in der Wanne gebildete und
mit der Wanne leitend verbundene Oberflächenzone vom ersten Leitungstyp
umfassen. Diese Oberflächenzone
bildet den Kollektor eines zusätzlichen
Bipolartransistors, dessen Basis und Emitter von der Wanne bzw.
dem Oberflächengebiet
vom ersten Leitungstyp gebildet werden, wobei die Basis und der
Kollektor kurzgeschlossen sind. Dieser Transistor bewirkt auch eine Reduktion
des Leckstroms durch den parasitären Transistor,
der mit der Wortleitung verbunden ist, und somit eine Erhöhung der
von der Photodiode erzeugten Photospannung. Obwohl die Erfindung
hervorragend zur Verwendung in eigenständigen Speichern geeignet ist,
werden besondere Vorteile in eingebetteten Speichern erhalten, wo
der Speicher mit einer Standard-CMOS- oder einer BICMOS-Schaltung kombiniert
ist, weil wegen der möglichen
niedrigen Spannungen neben den Standard-CMOS- oder BICMOS-Prozessschritten
wenige zusätzliche
Prozessschritte erforderlich sind.
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Eine Ausführungsform der Erfindung ist
in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.
Es zeigen:
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1 einen
Teil eines erfindungsgemäßen nichtflüchtigen
Speichers;
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2 einen
ersten Querschnitt durch die Anordnung von 1;
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3 einen
zweiten Querschnitt durch die Anordnung von 1;
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4 einen
dritten Querschnitt durch die Anordnung von 1 und
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5 ein
Bandschema der MOS-Struktur, die zwischen einem schwebenden Gate
und dem Halbleiterkörper
gebildet wird, wie in der Anordnung von 1 verwendet.
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1 zeigt
ein Schaltbild eines erfindungsgemäßen Flash-EPROM. In diesem
Beispiel umfasst der Speicher eine 3 × 3-Matrix, aber es wird deutlich sein,
dass in tatsächlichen
Ausführungsformen
die Anzahlen von Zeilen und Spalten viel größer sein können. Der Speicher 1 umfasst
ein System von Kreuzungen von Wortleitungen 2 und Bitleitungen 3. Die
Speicherzellen liegen an den Kreuzungen der Wort- und Bitleitungen
und umfassen je einen Feldeffekttransistor Tij mit
einem schwebenden Gate, wobei die Indizes i und j sich auf die Zeilennummer
bzw. Spaltennummer einer Zelle beziehen. Die Bitleitungen 3 verlaufen
in vertikaler Richtung und sind mit den Drains von Transistoren
in einer gemeinsamen Spalte verbunden und sind mit einer Decoderschaltung
und/oder einer Ausleseschaltung verbunden, die in der Zeichnung
nicht dargestellt sind. Die Sources der Transistoren T sind mit
einem gemeinsamen Bezugspunkt, beispielsweise Erde, verbunden. Die Wortleitungen 2 sind
je mit den Stuergates der Transistoren T in einer gemeinsamen Zeile
verbunden und werden von einer Decoderschaltung 4 angestuert.
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Die Querschnittansicht von 2 zeigt schematisch einen
Transistor T mit schwebendem Gate. Die Speichermatrix wird in einem
Siliciumkörper
gebildet, von dem zumindest das Oberflächengebiet 5, das
an die Oberfläche
grenzt, vom p-Typ ist. In dem Oberflächengebiet sind mittels des
Musters 6 aus Feldoxid aktive Gebiete definiert, beispielsweise
LOCOS. Der Transistor umfasst eine n-Source 7 und eine
n-Drain 8. Die Zonen 7 und 8 können längliche Zonen
sein, die über
die gesamte Länge
einer Spalte verlaufen, senkrecht zur Zeichenebene, und eine gemeinsame
Source oder Drain für
die Zellen dieser Spalte bilden. Natürlich können alternative Konfigurationen
verwendet werden, beispielsweise eine Konfiguration, in der die
Sources längliche
Zellen parallel zu den Wortleitungen umfassen, während die Drains durch individuelle
Zonen gebildet werden, die mittels der Bitleitungen spaltenweise
miteinander verbunden sind. Ein schwebendes Gate 9 und
ein Steuergate 10, die vom Kanal und voneinander durch elektrisch
isolierende Schichten in üblicher
Weise elektrisch isoliert sind, sind über dem Kanalgebiet zwischen
der Source und der Drain vorhanden. Die Anordnung ist mit einer
Isolierschicht 11 beschichtet, beispielsweise aus Siliciumoxid,
in der Kontakte gebildet werden, durch die das Steuergate 10 mit
der Wortleitung 2 verbunden ist, die durch eine beispielsweise
aus Aluminium hergestellte Metallbahn gebildet wird.
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Zum Schreiben, beispielsweise zum
Testen der Anordnung, werden an die Bitleitung und die Wortleitung
einer ausgewählten
Zelle positive Spannungen angelegt. In der ausgewählten Zelle
werden Elektronen gebildet, die genügend viel Energie haben, um über das
Gateoxid zu dem schwebenden Gate zu fließen, sodass negative elektrische
Ladung auf dem schwebenden Gate gespeichert wird. Dieser Ladungszustand
des schwebenden Gates entspricht einer hohen Schwellenspannung des
Transistors. Der andere Ladungszustand, in dem das schwebende Gate
elektrisch neutral oder nahezu neutral ist, entspricht einer niedrigen
Schwellenspannung.
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Beim Lesen wird an das Steuergate über die Wortleitung
eine zwischen der hohen und der niedrigen Schwellenspannung liegende
Spannung angelegt und es wird festgestellt, ob der Transistor leitet oder
nicht.
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Löschen
erfolgt in an sich bekannter Weise mit Hilfe von Bestrahlung mit
kurzwelliger Strahlung, insbesondere UV-Strahlung, mit der alle
Zellen der Speichermatrix gleichzeitig gelöscht werden können. Die
UV-Strahlung bewirkt, dass energetische Elektronen in dem schwebenden
Gate und in dem Kanalgebiet des Transistors mit einer Energie erzeugt
werden, die so hoch ist, dass Ladungstransport zwischen dem schwebenden
Gate und dem Substrat über
das Gateoxid möglich
ist. Um Unterlöschung
soweit wie möglich
zu verhindern, ist die erfindungsgemäße Anordnung mit Mitteln 12 versehen,
mit denen während der
UV-Bestrahlung eine Photospannung erzeugt wird, die an das Steuergate
der Speicherzellen angelegt wird und die in der Gatestruktur ein
Feld induziert, das der Zufuhr von Elektronen zum schwebenden Gate
entgegenwirkt. Diese Mittel 12 umfassen in dem vorliegenden
Beispiel eine durch eine n-Oberflächenzone 13 gebildete
Photodiode, die mit dem p-Oberflächengebiet
5 einen photoempfindlichen pn-Übergang 14 bildet.
Die Zone 13, die mit dem schwebenden Gate 10 über einen
Kontakt 16 verbunden ist, oder zumindest die unmittelbare
Umgebung der Zone 13 im p-Oberflächengebiet 5, das
verarmt ist, ist über
den größten Teil
ihrer Oberfläche
für UV-Strahlung 15 zugänglich,
um eine möglichst
hohe Photospannung zu erhalten.
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Wie das Schaltbild von 1 zeigt, sind die Speicherzellen
der Matrix zeilenweise mit einer gemeinsamen Photodiode 12 versehen,
deren Kathode mit der Wortleitung 2 der jeweiligen Zeile
verbunden ist. In diesem Zusammenhang sei bemerkt, dass die Wortleitungen
in herkömmlichen
Speichern häufig mit
einer Schutzdiode verbunden sind, um die Anordnung bei der Herstellung
gegen Beschädigungen
zu schützen,
die durch elektrostatische Entladungen (ESD) verursacht werden.
Eine solche ESD kann das Ergebnis beispielsweise von Plasmaätzen sein,
bei dem örtlich
elektrische Ladung gespeichert wird, die durch die Schutzdiode abgeführt werden
kann. Eine solche Schutzdiode, deren Funktion durch die Photodiode 12 ausgeübt werden
kann, ist bei der hier beschriebenen Anordnung nicht erforderlich.
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Die Funktionsweise der Anordnung
soll jetzt beschrieben werden, teilweise anhand des Energieschemas
von 5. In dieser Figur
stellen die Gebiete A, B und C das Valenzband und das Leitungsband des
schwebenden Gates 9 vom n-Typ, das darunterliegende Gateoxid
bzw. das p-Kanalgebiet eines Speichertransistors dar. Das mit einer
gestrichelten Linie 17 dargestellte Energieniveau ist das
Fermi-Niveau. Die Potentialeinstellungen der verschiedenen Gebiete
sind so, dass die Fermi-Niveaus in den Gebieten A, B und C gleich
sind, wenn externe Spannungsquellen und eine nicht neutralisierte
elektrische Ladung auf dem schwebenden Gate abwesend sind. Ein durch
die Potentialdifferenz zwischen dem schwebenden Gate vom n-Typ und
dem p-Kanal bewirktes elektrisches Feld herrscht in dem Gebiet B (Gateoxid).
Wenn in dieser Situation durch Absorption von UV-Strahlung 15 energetische
Elektronen 18 erzeugt werden, werden diese Elektronen infolge
des elektrischen Feldes über
das Gateoxid hinweg zu dem schwebenden Gate driften. Dieser Ladungstransport
hört erst
auf, wenn infolge der zum schwebenden Gate transportierten Elektronen
das elektrische Feld am Gateoxid null oder zumindest nahezu null
geworden ist.
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Wenn man annimmt, dass während der UV-Löschung zwischen
dem schwebenden Gate und dem Steuergate kein Ladungstransport möglich ist, wird
nach einer langen Zeitspanne des Löschens der Gleichgewichtszustand
durch den Elektronentransport entlang des Gateoxids definiert. Das
elektrische Feld am Gateoxid wird schließlich zumindest nahezu verschwinden,
ungeachtet der an das Steuergate während des Löschens angelegten Spannung.
Solange noch ein Feld vorliegt, wird Ladungstransport zwischen dem
schwebenden Gate und dem Substrat stattfinden. Elektronen werden
vom schwebenden Gate zum Substrat transportiert und umgekehrt, in Abhängigkeit
von der Richtung des Feldes, die unter anderem davon abhängt, ob
die Zelle programmiert ist oder nicht. Dieser Transport ist möglich, weil UV-Strahlung,
die das Gateoxid zwischen dem Substrat und dem schwebenden Gate
durchdringt, sowohl in dem Substrat als auch in dem schwebenden Gate
absorbiert wird, sodass auf beiden Seiten des Gateoxids energetische
Elektronen erzeugt werden. In Wirklichkeit wird das Feld über dem
Gateoxid nicht vollständig
verschwinden, weil eine gewisse Überlappung
zwischen dem schwebenden Gate und der Source/Drain des Transistors
vorliegt und weil die Elektronenkonzentration im schwebenden Gate
viel höher
ist als im p-Oberflächengebiet 5.
Dieses Restfeld hängt
nicht von der Spannung am Steuergate 10 ab. Diese Spannung
bestimmt allerdings die Menge an Ladung, die in der Kapazität zwischen
dem Steuergate und dem schwebenden Gate gespeichert ist. Eine negative
Spannung am Steuergate 10 führt zu einer positiven Ladung
auf dem schwebenden Gate. Diese zusätzliche positive Ladung bewirkt
eine Erniedrigung der Schwellenspannung gleich oder zumindest gleich
der Spannung auf dem Steuergate.
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Bei Verwendung einer Niederdruck-Quecksilberdampflampe
als UV-Strahlungsquelle
wird, wie experimentell nachgewiesen wurde, ungefähr 83% der
optischen Leistung durch Strahlung mit einer Wellenlänge von
254 nm gebildet, mit der eine Photospannung von ungefähr –0,5 V erhalten
werden kann. Durch Anlegen der genannten Spannung an der Steuergate
beim Löschen
wurde bei einer speziellen Ausführungsform
beim Löschen
eine Schwellenspannung von ungefähr
1,3 V erhalten, bei einer Anfangsschwellenspannung von ungefähr 1,1 V, während eine
Schwellenspannung von ungefähr
1,8 V beim Löschen
erhalten wurde, wenn diese Spannung nicht an das Steuergate angelegt
wurde.
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Die Decoderschaltung 4 steuert
die Wortleitungen 2, wie in 1 schematisch
dargestellt wird. Üblicherweise
ist jede Wortleitung mit dem Ausgang eines CMOS-Transistorpaares verbunden. Infolgedessen
ist jede Photodiode über
die Wortelitung nicht nur mit einem oder mehreren Steuergates verbunden,
sondern auch mit Halbleiterzonen gekoppelt, die im Halbleiterkörper einen
pn-Übergang
bilden. Dies wird in 3 schematisch
dargestellt. Die Ausgangsstufe umfasst einen n-Kanaltransistor 20 und
einen p-Kanaltransistor 21. Die Transistoren werden nur schematisch
dargestellt und es sollte bemerkt werden, dass bestimmte Komponenten,
die Standardmerkmale von Transistoren bilden, wie Source/Drainerweiterungen
und Spacer an den Seitenwänden
der Gates der Einfachheit halber nicht dargestellt worden sind.
Der n-Kanaltransistor 20 umfasst n-Source- und Drainzonen 22 und 23,
die im p-Oberflächengebiet 5 gebildet
werden, und ein Gate 24. Der p-Kanaltransistor 21 umfasst
p-Source- und Drainzonen 26 bzw. 25 und ein Gate 27.
Die Zonen 25 und 26 sind in einer n-Wanne 29 vorgesehen,
die die Zonen 25 und 26 vom p-Oberflächengebiet 5 elektrisch
isoliert. Die Drain 23 des n-Kanal-MOST und die Drain 25 des P-Kanal-MOST
sind mit dem Ausgang 28 und über den Ausgang 28 mit
der Wortleitung 2 verbunden. Während des Löschens wird die – negative – Photospannung über die
Wortleitung 2 auch an die n-Zone 23 des Transistors 20 angelegt,
sodass der pn-Übergang
zwischen der Zone 23 und dem p-Gebiet in Durchlassrichtung
vorgespannt wird. Der durch diesen pn-Übergang fließende Strom
kann eine Verringerung der Photospannung bewirken. Diese Verringerung
kann jedoch auf einen akzeptablen niedrigen Wert begrenzt werden,
beispielsweise indem das Verhältnis
zwischen den Oberflächengebieten
der Photodiode 13 und der Drain genügend groß gemacht wird. Es ist auch
möglich,
die Anordnung so zu entwerfen, dass UV-Strahlung in oder nahe der
Drain 23 beim Löschen
absorbiert wird, mit dem Ergebnis, dass die Zone 23 auch
eine Photospannung erzeugt. Ein ernsthafteres Problem wird durch
die p-Drain 25 verursacht, die auch über die Wortleitung 2 mit
der Photodiode 12 verbunden ist. Die Zone 25 bildet
zusammen mit der n-Wanne 29 und dem p-Oberflächengebiet 5 einen
vertikalen pnp-Transistor, in dem das Oberflächengebiet 5 der Emitter
ist, die n-Wanne 29 die Basis und die p-Oberflächenzone 25 der
Kollektor. Beim Löschen
werden auch Elektronen-Loch-Paare nahe dem pn-Übergang zwischen der n-Wanne 29 und
dem p-Oberflächengebiet 5 erzeugt
werden. Die Löcher
werden zum Substrat 5 abgeführt. Die Elektronen laufen
zur n-Wanne 29 und liefern den Basisstrom für den genannten
vertikalen pnp-Transistor (5, 29, 25).
Dieser Transistor wird leitend, sodass die von der Photodiode 12 gelieferte Photospannung
erheblich verringert würde,
wenn keine Maßnahmen
ergriffen würden,
um den durch den vertikalen pnp-Transistor fließenden Strom zu reduzieren.
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Eine Menge von Maßnahmen, die sowohl einzeln
als auch in verschiedenen Kombinationen miteinander ergriffen werden
können,
wird in der Querschnittansicht von 4 schematisch
dargestellt. Diese Figur zeigt einen anderen Teil der n-Wanne 29 als
den Teil, der in 3 gezeigt
worden war, der den p-Kanal-MOST 21 umfasst. Zunächst ist
es möglich,
die photoempfindliche Fläche
des pn-Übergangs 30 zwischen
der n-Wanne 29 und dem p-Oberflächengebiet 5 zu verkleinern,
indem wo irgend möglich
der pn-Übergang 30 gegen
UV-Strahlung 15 abgeschirmt wird. Dies kann mit einer Metallschicht 31 erreicht
werden, beispielsweise Aluminium, die gleichzeitig mit der Verdrahtung
aufgebracht werden kann, oder mit einer Poly-Si-Schicht 32,
die beispielsweise gleichzeitig mit den Gates der Transistoren gebildet
wird.
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Zweitens ist es möglich, durch Bildung einer p-Oberflächenzone
in der n-Wanne 29 einen
zusätzlichen
pnp-Transistor zu verschaffen, wobei die Oberflächenzone durch die schematisch
dargestellte Metallverbindung 35 und eine stark dotierte
n-Oberflächenzone 34 mit
der Wanne 29 kurzgeschlossen wird. Das p-Oberflächengebiet 5,
die n-Wanne 29 und die p-Zone 32 bilden wieder
einen vertikalen pnp-Transistor mit kurzgeschlossenem Kollektor
und Basis (33, 29) und mit dem p-Gebiet 5 als
Emitter. Der durch diesen Transistor fließende Strom wird zur n-Wanne
zurückgeführt, sodass
effektiv der Photostrom in der n-Wanne und somit auch der Basisstrom im
pnp-Transistor zwischen der p-Drain 25 und dem p-Oberflächengebiet 5 kleiner
wird.
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Eine dritte Maßnahme, die in 4 gezeigt wird, umfasst das Vorsehen
einer n-Oberflächenzone 36 entlang
dem Rand der n-Wanne 29. Die n-Zone 36 ist mit
dem p-Oberflächengebiet 5 über die
schematisch dargestellte Kurzschlussschaltung 37 und die stark
dotierte p-Oberflächenzone 38 verbunden.
Die Zone 36 bildet den Kollektor eines lateralen npn-Transistors,
dessen Emitter und Basis durch die n-Wanne 29 bzw. das
p-Oberflächengebiet
gebildet werden. Der npn-Transistor ist wegen der niedrigen Spannung
der n-Wanne im leitenden Zustand, sodass ein Teil des von der n-Wanne
gesammelten Photostroms durch diesen Transistor hindurch abgeführt wird.
Die Zone 36 wirkt zusätzlich
als Schutzring, der einen Teil der durch Absorption der UV-Strahlung
nahe dem pn-Übergang 30 erzeugten Elektronen
sammelt. Dies verringert den Basisstrom in dem vertikalen pnp-Transistor
zwischen der Drain 25 und dem Oberflächengebiet 5 und somit
auch den Strom durch den vertikalen pnp-Transistor.
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In einer Schaltung, in der diese
drei Maßnahmen
kombiniert verwendet wurden, erwies es sich als möglich, eine
effektive Photospannung von –0,44
V zu erzeugen, die, wenn sie an Wortleitungen angelegt wurde, eine
Reduktion der Schwellenspannung in den UV-gelöschten Zellen von ungefähr 0,4 V
zustande brachte, sodass die Schwellenspannung nahezu zu ihrem Anfangswert
zurückkehrte,
d. h. dem Wert vor der Programmierung.
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Die Erfindung kann vorteilhaft in
Speichern verwendet werden, die mehr als einmal beschrieben und
gelöscht
werden müssen.
Die Erfindung ist jedoch von besonderer Bedeutung für nichtflüchtige Speicher,
die nur einmal beschrieben/programmiert werden (OTP = One time Programmable).
Die Zellen in solchen Anordnungen werden beim Testen programmiert
und anschließend
mittels UV-Strahlung gelöscht,
woraufhin die Anordnung von dem Anwender definitiv programmiert
werden kann. Eine niedrige Schwellenspannung mit einem Wert gleich
oder nahezu gleich dem ursprünglichen
Wert ist hier häufig
von großer
Bedeutung, beispielsweise bei Niederspannungsanwendungen oder Niederleistungsanwendungen,
wie bei batteriebetriebenen Geräten.
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Es wird weiterhin deutlich sein,
dass die Erfindung nicht auf das hier beschriebene Beispiel beschränkt ist,
sondern dass im Rahmen der Erfindung für den Fachkundigen viele weitere
Varianten möglich
sind. Die Erfindung kann in Ausführungsformen, in
denen die Sorce/Draingebiete silicidiert sind, vorteilhaft verwendet
werden. Je nach dem verwendeten Prozess ist es möglich, dass die Photodiode
mit Metallsilicid beschichtet wird, das für die Strahlung undurchlässig ist.
Selbst dann ist es noch möglich, eine
genügend
große
Photospannung zu erzeugen, vorausgesetzt dass der Teil des p-Oberflächengebietes 5 entlang
dem Umfang der silicidierten n-Zone 13, in der das elektrische
Feld des pn-Übergangs 14 herrscht,
für die
Strahlung zugänglich
ist. Es ist möglich,
beispielsweise Strahlung einer Wellenlänge im sichtbaren Bereich des
Spektrums während
des Löschens
zu der UV-Strahlung hinzuzufügen,
um die Wirkung der Photodiode zu verbessern.