Запоминающее устройство и способ управления им

 

(19)SU(11)1110315(13)C0(51)  МПК ⁵    _G11C11/34Статус: по данным на 10.01.2013 - прекратил действиеПошлина:

(54) ЗАПОМИНАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ИМ

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано при создании интегральных микросхем запоминающего устройства (ЗУ) с энергонезависимым хранением информации. Известно запоминающее устройство (ЗУ), содержащее схемы управления и накопитель на МДП-транзисторах с изменяемым порогом на основе двуслойного диэлектрика, выполненное на эпитаксиальной пленке полупроводника, где запись и стирание осуществляется подачей импульсов напряжения на полевой электрод и подложку. Его недостатками являются малая плотность компоновки ячеек памяти вследствие разделения подложек элементов памяти в строке, малое время хранения информации из-за использования туннельно-прозрачного слоя окисла как для электронов, так и для дырок, а также сложность схем управления, поскольку в данном ЗУ необходимо подавать высоковольтные импульсы записи и стирания как на полевой электрод, так и на подложку элементов памяти. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является ЗУ, содержащее размещенные на полупроводниковой подложке схему управления и накопитель на элементах памяти с изолированным полевым электродом и двухслойным подзатворным диэлектриком. Для управления ЗУ используется способ, основанный на подаче разнополярных импульсов записи и стирания одинаковых амплитуды и длительности. Если недостатками являются невозможность избирательного стирания информации вследствие того, что стирание осуществляется импульсом, обогащающим поверхность полупроводника основными носителями, а все элементы памяти в накопителе имеют общую подложку, сложность конструкции из-за использования эпитаксиальных слоев, наличия изолированных карманов и необходимости коммутировать разнополярные импульсы записи и стирания. Целью изобретения является упрощение запоминающего устройства и обеспечение возможности избирательного стирания. Цель достигается тем, что в запоминающем устройстве, содержащем размещенные на полупроводниковой подложке схему управления и накопитель на элементах памяти с изолированным полевым электродом и двухслойным подзатворным диэлектриком, подложка выполнена однородной, а проводимости слоев подзатворного диэлектрика удовлетворяют соотношениям:
10 σ₁ ≅σ₂ при Е = 0 и ,
где σ₁ - проводимость диэлектрика, лежащего на подложке;
σ₂ - проводимость вышележащего слоя диэлектрика;
Е - величина электрического поля, а также тем, что в известном способе управления данным ЗУ, включающем подачу импульсов записи и стирания на полевые электроды элементов памяти, стирание производят импульсами той же, что и при записи, полярности, но меньшей амплитуды и, по меньшей мере, на порядок большей длительности. Обеспечение указанной проводимости слоя диэлектрика, лежащего на подложке, в сравнении с вышележащим слоем позволяет использовать импульсы записи и стирания одной полярности, но различных амплитуды и длительности, обедняющих поверхность полупроводниковой подложки, в результате чего становится возможным экранирование поля в изоляторе элемента памяти образующимся инверсионным слоем как при записи, так и при стирании, что и делает возможным избирательное стирание информации; при этом запись информации обусловливается инжекцией заряда через слой диэлектрика, лежащий на поверхности подложки, а стирание - его экстрацией (процессом более медленным, чем инжекция) через вышележащие слои. Кроме того, вследствие монополярности управления ЗУ может быть реализовано на монокристаллической подложке, что в совокупности с монополярностью управления упрощает конструкцию ЗУ в целом, так как схема управления более проста, и нет необходимости в использовании эпитаксиальных слоев и формировании разделительной диффузией изолированных "карманов" для схем управления и накопителя. На фиг. 1 иллюстрируется фрагмент возможного варианта конструкции предложенного ЗУ; на фиг. 2 показана блок-схема ЗУ. Запоминающее устройство содержит размещенные на монокристаллической подложке 1, например, из кремния р-типа, схему 2 управления и накопитель 3 на элементах 4 памяти с изолированным полевым электродом 5, например, на МДП-транзисторах, изолятор 6 которых имеет, например, два слоя 7, 8 диэлектрика, слой 7 из окисла и слой 8 из нитрида кремния. Элементы 4 памяти имеют разрядные диффузионные n-шины 9, 10. Схема 2 управления выполнена, например, на n-канальных МДП-транзисторах 11, 12 и содержит числовой дешифратор 13, разрядный дешифратор 14, выходной усилитель 15, подключенный к выходу 16, нагрузочные сопротивления 17, подключенные к шине 18 питания и к разрядной диффузионной шине 9; при этом числовые шины 19 подключены к управляющей шине 20 через транзистор 11, управляемый числовым дешифратором 13, а разрядные диффузионные шины 10 - к входу 21 усилителя 15 через транзистор 12, управляемый разрядным дешифратором 14. Дешифраторы 13, 14 имеют адресные входы 22, 23. То, что управляющие напряжения не превышают 25 В, позволяет изготавливать всю схему 2 управления на МДП-транзисторах 11, 12 по стандартной n-канальной технологии с поликремниевыми затворами. Работает ЗУ следующим образом. При записи, стирании и считывании на шину 18 питания подается напряжение +9 В, числовой дешифратор 13 и разрядный дешифратор 14 открывают один из соответствующих транзисторов, например 11 или 12. В результате оказывается выбранной только одна ячейка, в данном случае элемент 4 памяти; при этом на управляющую шину 20 в режимах записи, стирания и считывания подаются импульсы - при записи +25 В длительностью ≈ 1 мс, при стирании +15 В длительностью 1 с, при считывании +5 В, а длительность определяется темпом считывания, например при частоте f = 1 Мгц длительность равна 1 мкс. Напряжение записи выбирается из условия, что при данном поле в окисле идет инжекция заряда в нитрид кремния, для чего поле должно быть около (8-10) ˙ 10⁶ В/см; стирание накопленного заряда имеет место, если к элементу памяти с накопленным зарядом приложить меньшее напряжение, причем этот процесс идет медленнее, чем запись. Для данной конструкции ЗУ экспериментально установлены оптимальные значения импульсов стирания +15 В и длительности ≈ 1 с. При записи и стирании только в выбранном элементе памяти к диэлектрику приложено необходимое напряжение в течение необходимого времени, при этом на остальных элементах величина напряжения не превышает 6 В, и поэтому смены информации не происходит. Предложенная конструкция ЗУ и способ управления им позволяет реализовать на базе стандартной n-канальной МОП-технологии БИС репрограммируемого ПЗУ емкостью 64К-256К на кристалле размером (5х5) мм² с избирательным стиранием информации. В результате упрощения конструкции за счет использования однородных подложек повышается надежность работы, упрощается технологический цикл изготовления БИС, повышается процент выхода годных и снижается стоимость изделий. (56) Патент США N 3836894, кл. 340/173, опубл. 1974. Патент США N 3846768, кл. 340/173, опубл. 1975.

Формула изобретения

1. Запоминающее устройство, содержащее размещенные на полупроводниковой подложке схему управления и накопитель на элементах памяти с изолированным полевым электродом и двухслойным подзатворным диэлектриком, отличающееся тем, что, с целью его упрощения и обеспечения избирательного стирания, подложка выполнена однородной, а проводимости слоев подзатворного диэлектрика удовлетворяют соотношениям
10σ₁ ≅ σ₂ при E = 0 и ,
где σ₁ - проводимость диэлектрика, лежащего на подложке;
σ₂ - проводимость вышележащего слоя диэлектрика;
E - величина электрического поля. 2. Способ управления запоминающим устройством, включающий подачу импульсов записи и стирания на полевые электроды элементов памяти, отличающийся тем, что стирание производят импульсами той же, что и при записи, полярности, но меньшей амплитуды, и по меньшей мере на порядок больше длительности.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 29-2002

Извещение опубликовано: 20.10.2002        

---