Способ записи информации в запоминающий элемент на мдп- структурах

 

СПОСОБ ЗАПИСИ ИНФОРМАЦИИ В ЗАПОМИИА1а и1Й ЭЛЕМЕНТ НА МДП-СТРУКЛШЩ . БИ6ЛИОТЕКД ТУРАХ, основанный на инжекции основного йаряда путем подачи напряжения на диэлектрик МДП-транзистора, о тл ич а ю щи йс я тем, что, с целью повышения надежности записи за счет увеличения времени хранения записанной информации, осу1чествляют дополнительную инжекцию заряда путем подачи напряжения на диэлектрик МДПтранзистора , создающего заряд Ю-з Кл/см, превышающий основной заряд в 100-1000 раз.

СВОЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 C 11 С 7/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

f10 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 3326714/24 (22) 06,08.81 (46) l5.07.92, Бюл, М 26 (72) С.А..Камбалин и В.И. Кольдяев (53) 681.327.6 (088.8) (56) Журнал "Электронная техника", серия 3, "Иикроэлектроника", 1979,. в. 6(84), с. 6-13.

Авторское свидетельство СССР

И 658599, кл. С 11 С 11/34, 1979. (54)(57) СПОСОБ ЗАПИСИ ИНФОРИАЦИИ

В ЗАПОИИНЙЛ ИЙ ЭЛЕИЕНТ НА ИДП-СТРУКИзобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано при изготовлении запоминающих устройс в на основе транзисторов или емкостей типа ИДП (металл-диэлектрик-полупроводник) с двухслойным диэлектриком, в частности

ИНОП-типа (металл-нитрид кремнияокись кремния-полупроводник).

Известен способ записи информации в запоминающий элемент, который заклочается в подаче напряжения, которое . создает поле в нитриде кремния 46 мВ/см, à в окисле кремния - 8 f2 мВ/см. При таких полях туннельный ток в окиси кремния значительно больше тока термополевой эмиссии в нитриде кремния, происходит захват электронов . на кулоновских ловушках в нитриде кремния. Ловушкой в диэлектрике называется дефект, имеющий энергию для электрона на 1-2 эВ меньше энергии электрона в зоне проводимости; при Ж 1012701 А1

ТУРАХ, основанный на инжекции основного заряда путем подачи напряжения на диэлектрик ИДП-транзистора, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения надежности записи за счет увеличения времени хранения звписанНой информации, осуществляют дополнительную инжекцию заряда путем подачи напряжения на диэлектрик ИДПтранзистора, создающего заряд 10 з

10= Кл/см, превышающий основной заряд в 100-1000 раз. этом, если незанятая электроном ловушка заряжена положительно, то такой центр захвата будет кулоновским с сечением захвата 10 . см и иметь

-1Ъ эффект Френкеля - понижение энергии Я активации захваченного электрона во внешнем поле.

Накопленный заряд изменяет поверхностный потенциал полупроводника С) и тем самым отражает записайную ин- ъ формацию в. элементе памяти. Суть Физи-, ) ческого процесса программирования заключается в пропускании через ди- ( электрики определенного заряда величиной 10 + Кл/см и менее. При этом в силу относительно большого се- у чения захвата кулоновских ловушек, эффективность захвата заряда ими велика и почти весь протекающий заряд накапливается на них.

По окончании записи заряд, распределеннйй по объему нитрида кремния, начинает растекаться в сторону

3. 101770 полевого электрода и ->астично - в сторону кремния - записанная информация разрушается, Наличие собственног.o поля Е накопленного заряда умень- шает энергию активации Ес2 растекания электронов (разрушения инФормации)

10 где Р .- глубина ловушки, P - постоянная Пула-Френкеля.

При считывании информации на полевой электрод элемента памяти подается напряжение счить.вания E g» дополнительное к собственному Е,. Это прие>одит к уменьшению энергйи активации

-p E; +, (z) увеличению скорости разрушения информации в 50-150 раз, мто является недостатком, т,к. приводит к снижению надежности устройств, использующих та- )5 кие лементы памяти. С ростом темпеРатУ; ь> СКОРОСТЬ РаЗРУШЕ2ЛИЯ ИНФОРМации экспоненциально возрастает.

Наиболее близким, по технической 30 сущности к данному изобретению являетсе> способ записи информации, увели чивающи время хранения информации,. основанный на подаче напря>кения на диэлектрик и пропускании заряда при предварительном подогреве запоминающего элемента до >20-200"С. Этот способ эффективен при использовании

ИНОП-структур с туннельно-тонким ок>1слом кремния (порядка 10-30 А2, пор",щ кольку растекание зарлда в них происходит в сторону кремния.,Подогрев структуры при записи приводит к тому„ что инжектированный и протекший через ИНОП-структуру заряд, ра -.пределяется глубже в нитрид кремния;, даль ше от границы с окислом кремния и, кремния. Величина протекшего заряда практически не изменяется, однако за. ряд, захваченный дальше от окисла я2 кремния и подложки хранится более продолжительное время, так при растекании он переносится к границе окисел кремния - нитрид кремния из глубины пленки китрида кремния и перезахватывается на ловушках большее число раз, чем, если бь! он был расположен ближе к.границе окисел кремния-нитрид крения. Последнее обстоя1

4 тельство приводит к увеличению времени хранения информации, Но этот способ практически трудно реализовать, так как подогрев матричного накопителя из ИНОП-транзистора приводит к пони>нени>о помехоустойчивости в режиме программирования, изза уменьшения крутизны ИДП-транзисторов обрамления, увеличения утечек р-п-переходов с ростом температуры на

5-8 порядков величины и др. причин, В случае К,ПП-элемента с туннельно-толстым окислом кремния (более

34 А) такой способ увеличивает ско-. рость разрушсния информации, вследствие того, что при подогреве структуры во время записи заряд записывается дальше от кремниевой подложки.

Поскольку растекание заряда в таких структурах происходит по направлению к полевому электроду, то и время хракения его уменьшится пои повышении темпе ратуры, при которой прои сходит запись. Это является недостатком известного способа записи информации в запоминающий элемент на ИДП-транзисторах.

Целью изобретения является повышение надежности записи за счет увеличения времени хранения записанной информации, Цель достигается тем, что в способе записи инфэрмаци)л в ",апоминаю" щий элемент на ИЯП-структурах., ос" нованном на инжекции основного заряда путем подачи напряжения на диэлектрик ИДП-тр" íçèñòîðà,,осуществляют дополнительную инжекцию заряда путем подачи напряжения на диэлектрик ИДП- транзистора, создающего заряд 1О з10 = к/с>л,.превышающий основной за" ряд в 100-1000 раз.

Б основе предлагаемого способа записи ле>нит ранее не известное свойство ловушек в диэлектрике типа нитрида кремния захватывать два носите" лл заряда на одну ловушку, Это подтверждает предположение., что ловушки в нитриде кремния имеют природу

VAP-центров (валентно-переменная пара). При этом в диэлектрике, используемом .как запоминающая среда (диэлектрик с ловушками), становятся активными нейтральные ловушки, которые также способны захватывать заряд.

Нейтральной ловушкой для электронов называется незаряженный в.:исходном состоянии дефект в диэлектрике, име5 101 ющий энергию для электрона на 1-2 эВ и меньше, чем энергия электрона в зо не проводимости. Такая ловушка не имеет эффекта. френкеля Т.е..энер-. гия активации заряда с нее не зави-. сит от внешнего поля и равна .энергии = гювушки. После захватд .электрона нейтральная ловушка становится отрицательно заряженной (для дыроканалогично). Поскольку. сечение захвата нейтральных ловушек на 2-3 порядка (в 100-1000 раз) меньше, чем у кулоновских ловушек, то и эффективность захвата заряда ими также меньше.

Поэтому необходимо пропустить через диэлектрик заряд на 2-3 порядка больше чтобы получить достаточно большой (соответствующий, например, сдвигу пороговых напряжений ИДП-транзистора около. 3-6 В) заряд, накопленный на нейтральных центрах-ловушках.

Для получения возможности пропускания через диэлектрик заряда более

10"з - 10- Кл/см, можно, например, подать напряжение на затвор МДП-транзистора такое, чтобы напряженность поля в нитриде кремния была в 1,3-2 раза больше, чем при известном способе записи, При этом ток через ИДПтранзистор возрастает в 10-100 раз и за время 0,1-30 с можно реализовать условия когда протечет необходимый заряд. При этом если протекший заряд будет меньше t0 з Кл/см (т.е. в

100. раз меньше основного заряда), то доля дополнительного заряда (на нейтральных ловушках, которые захватили заряд) будет мала по сравнению с общим накопленным зарядом и цель не будет достигнута. Если протекший заряд будет больше чем 10-з Кл/смз .(в 1000 раз больше первоначального заряда), то процесс накопления заря-, да на нейтральных ловушках выйдет на насыщение, а в диэлектрике начнут проходить нежелательные явления деградации свойств материалов элемента памяти - запоминающей среды . нитрида кремния и инжектирующего слоя окиси кремния.

На Фиг.1 приведен график измене ния порогового напряжения; на фиг.2график хранения заряда.

Пример осуществления способа. Работа проводилась на NHGfl-структуре,. выполненной на полупроводниковой под2701 ложке с нанесенными на нее последовательно слоями двуокиси кремния (50 А} нитрида кремния 380 А и аломиния.

До записи информационного заряда состояние логического "0", соответ" ствующее пороговому напряжению транзистора, равно +0,2-0,5 В. После того, как произошла инжекция заряда и

10 захват его на кулоновские ловушки (для этого к диэлектрику прикладывали положительное напряжение 23 В в течение 5 мс), через диэлект" рик пропускают .заряд в 100-1000 раз

15 превышающий основной заряд.

На фиг. 1 приведен график изменения порогового напряжения (ось ординат) в ИНОП-структуре (от времени - ось абсцисс). На участке l; (программирование в режиме I) происходит известный процесс накопления заряда на кулоновских ловушках.Как . правило, далее по времени исследования не проводились, считалось, что

25 участок насыщения II свидетельствует о конце переходных процессов поля" ризации (накопление заряда) ИНОПструктуры, Однако эксперименты показали, что имеется участок III (за30 пись в режиме III) накопления заряда на нейтральных ловушках.

На Фиг.2 приведен график хранения заряда. Без внешнего поля в известном режиме 1а, в предлагаемом 2а. С внешЗ5 ним полем в известном режиме 1á, в . предлагаемом 26. Виден существенный выигрыш от предлагаемого способа за писи с увеличением тока, протекающего через диэлектрик, указанную ве40 личину протекшего заряда можно достичь раньше по времени. Это поз" воляет уменьшить время записи. Нап" ример, при применении подсветки по- верхности кремния во время записи4 можно существенно увеличить протекающий через ИДП-структуру ток, и существенно (до единиц милисекунд) сократить время записи.

В таблице приведены результаты у сравнения времени хранения информации по предлагаемому способу записи и известному способу записи в элемент памяти К558РР-1. Время хранения увеличивается при температуре 25 С в

>> 300 раз, а при температуре 75ОС в

120 раз.

1012701

Бремя хранения информации, ч без считывания

25 C без считывания 75> С со считы ванием

25 С со считы ванием

75 C

Предла гаемый 30000 ч l3000

30000 ч

110

11звестиы, 1 30000 ч 5000 ч! Ш !

Йл. I ъ

1 !

1 3 1у1 д Ы

Редактор О. 10ркова Техред М,Иоргентал корректор ЛЛивринц "

Заказ ?821 Ти ра к Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.. д. А/5

Дроизводственно-издательский комбинат Натанr", г.ужгород, ул. Гагарина,101