Коледов Л.А. - Технология ИС (1086443), страница 27
Текст из файла (страница 27)
! — мегиллииееиен рнзнодин, у, 3- диф фузнонмме шины 1 а) 0010 0101 0001 (3. ! О) Считывание информации, т. е. выбор запоминающего элемента или совокупности запоминающих элементов осуществляется возбуждением определенных координатных шин запоминающего поля, для чего используются матричные дешифраторы. С матричных дец!ифраторов адреса подается высокий уровень напряжения на одну из цзин адресов по координате у и, через сопротивления, роль которых выполняют и-канальные МДП-транзисторы, на одну из шин по координате Х.
При этом на одной из выходных информационных шин появляется высокий уровень напряжения, если в денсатора, входящего в состав запоминающего элемента, либо конструированием шаблона для вскрытия окон под тонкий окисел. Фрагмент топологии ПЗУ на и-канальных МДП-транзисторах, в котором запись информации осуществляется на стадии производства при вскрытии окон под затворный окисел в соответствующих узлах матрицы, показан на рис. 3.28, а. Диффузионные адресные шины 3 образуют стоки транзисторов, а заземленные диффузионные шины 2 — истоки. Металлические дорожки ! выполняют функции шин адресов и затворов МДП-транзисторов.
МДП- транзисторы формируются в тех узлах матрицы, где должен быть записан «О» (рис. 3.28, б). В рассматриваемом случае на фрагменте топологии сформировано восемь МДП-транзисторов и записана информация Рис. 3.29. Структура ДИПЗМДП- транзистора (а) и механизм записи г информации — зарилки плавающего затвора (о): т. рс.облзс и стока. »вЂ .
р и облас н про транственнмо заряда ~золлоккв; т - область л вн ното тмиок сии л «тронов; б — подло ка рнк. 7 — пол «ремни мй . и й тювор, а- замитний дизлектрнк 116 4 г зу а — траннка р-л.перевода сток л. па; б — подзатворимй днзле выбранном узле запоминающей матрицы отсутствует запоминающий элемент (и-канальный МДП-транзистор), т. е, если не вскрыто окно для его формирования, что соответствует считыванию «!» И наоборот, на соответствующей информационной шине появляется низкий уровень напряжения, если запоминающий МДП-транзистор сформирован (окно вскрыто), что соответствует считыванию «0». В описанном фрагменте БИС ПЗУ информация заносится одинединственный раз в процессе изготовления и хранится бесконечно долгое время.
Однако такой способ записи не всегда удобен, так как корректировка однажды записанной информации невозможна. Для микропроцессорных систем с целью оперативного изменения решаемых ими задач необходимо имсть устройства перепрограммируемой памяти: перепрограммируемые постоянныс запоминающие устройства (ППЗУ), в которых информация могла бы храниться годами и в которых имелась бы возможность стирать эту информацию полностью или частично и заносить новую. Элементной базой современных БИС ППЗУ служат: лавинноинжекционные МДП-транзисторы с плавающим затвором (транзисторы ЛИПЗМДП); лаеинно-инжекционные МДП-транзисторы' с плавающим и управляющим затворами; МДП-транзисторы со структурой металл — нитрид — окисел — полупроводник (транзисторы МНОП-типа, см.
э" 3.4). Структура лавинно-инжекционного МДП-транзистора с плавающим поликремниевым затвором, созданного на основе р-канальной технологии, представлена на рис. 3.29, а. Подложкой служит пластина кремния и-типа с удельным сопротивлением 4...8 ОМХсм. Механизм зарядки плавающего затвора пояснен на рис. 3.29, б. Он основан на следующих эффектах. На стоковую область р-канального МДП-транзистора подается отрицательный потенциал. По мере увеличения отрицательного смещения обедненный слой и электрическое поле в нем будут расти.
Под действием электрического поля обедненного слоя неосновные носители — электроны — из стоковой )7»-области будут выноситься в и-область подложки. С увели чением напРяженности этого поля будет возрастать дрейфовая ск рость электронов и при определенном критическом значении напряженности поля становится возможным лавинное умножение электронов в и-области. Одновременно за счет емкостной связи С„на плаваю1цем затворе индуцируется положительный заряд, который будет искривлять обедненную область в рм-слое вблизи поверхности и формировать электрическое поле, направленное от плавающего затвора к стоку.
Таким образом, электрическое поле в обедненной области обратносмещенного стокового р-и-перехода формирует значительное количество высокоэнергетических (горячих) электронов, обладающих достаточным запасом энергии, чтобы преодолеть потенциальный барьер границы раздела кремний окисел кремния и тонкий подзатворный диэлектрик. Преодолев подзатворный окисел, горячие электроны стекают на плаваюцйий затвор, так как на него предварительно за счет смкостной связи подается притягивающее их положительное напряжение смещения.
По мере зарядки плавающего затвора на нем аккумулируется отрицательный заряд, который будет создавать поле, препятствующее процессу зарядки. При этом ток лавинной инжекции через диэлектрик будет уменьшаться и при определенной величине заряда снизится до нуля. Практически для зарядки электронами плавающего затвора на сток ЛИПЗМДП-транзистора необходимо подать отрицательный импульс напряжения, при этом величина аккумулированного заряда на плавающем затворе (г будет зависеть от амплитуды и длительности импульса приложенного напряжения, геометрических размеров и свойств материалов затвора и подзатеорного диэлектрика: Сзп Е- — 1и(1+ р! — К,ис+)п( — К,К,ист.)ц, где (тс — амплитуда импульса приложенного напряжения, С»,— емкость структуры плавающий затвор — подложка, т, — длительность импульса записи, Кь Кй — коэффициентьк характеризующие геометрические размеры канала (длину, ширину), толщину подзатворного диэлектрика, глубину и плонзадь р-п перехода сток— подложка.
Типичные значения: (7С=30...50 В, т,=1...10 нс, 6,= =0,1 мкм, 6„=1 мкм. После зарядки гпавающего затвора электронами в области канала МДП-транзистора р-типа возникает инверсионный слой, транзистор переходит в открытое состояние, т. е. хранит «0». Поскольку плавающий затвор со всех сторон окружен двуокисью кремния, представляющей собой один из лучших сущест. вующих диэлектрических материалов, заряд на плавающем затворе сохраняется длительное время (рис.
3.30). Исследования стабильности заряда показали, что даже при 125'С за 1О лет заряд может Уменьшиться лишь на 30о77~ своей первоначальной величины. Рис. 3.30. Экспериментальная зависимость изменения заряда на плавающем затворе от времени хранения при 128 и 300 'С, начальной удел~ной (кривые 2, 4). Толцнина подзатворного диэлектрика И,=0,12 мнм Рис. 3.31.
Схема запоминающег элеиента ППЗУ на ЛИПЗМД транзисторе т'Т2 с электрическа записюо информации и стир ннем ультрафиолетовым освещ нием е х анимой в ППЗУ информации осуществляется при ля того, волны изл чения должна быть достаточной д ам энергию необходимую бь фотоны могли передать электрона для преодоления потенциального ар р р ба ье а на г винце кремний— дв окись кр ремния в обратном направлении при возвращении в л к . В обычно используемых для этой цели источи у. иках ль( т тная лампа) указанному требовавечает длина волны 1=253,7 нм (Е=4,0 э ЛИПЗМДП-тзанзисторах с электри льт афиолетовым стиранием информации должн ческой записью и ультрафиол варцевым стеклом иметь специальное окно с вставленным в него квар , что елает эти корля льт афиолетового излучения, что д л м п и уч ра уса черезвь чайнО дорбгимн.
сгг~ранне нфо)у обл чении происходит во всех ичейках фиолетовом лу~ыт в еменно. Сти ание информации и ее п БИС, изъятых из устройств, в которых ются на изолироцанных онидустановлены и эксплуатируются. ф ми ования запоминающих элементов айней ме е еще один ЛИПЗМДП-т анзисторах необходим по крайне" р МДП-транзистор, затвор которого выводит р П-тра нтся на ад есную шину нс. 3.31). ЛИПЗМДП-транзистор может находиться в двух устой- нного канала) и ~и за т яниях: открытом пла ю е за яжен), что соответствует хранеьй ля фо ми ования инверсио минающего элемента — обычный р-канальный -тра- АШ низкий уровень напряжения, зистор. Если на адресной шине 1!8 то он подключает запоминающий транзистор УТ2 к разрядной шине РШ. Дальнейшим развитием описанной выше конструкции тран.
зистора явилась структура с двумя затворами — плавающим и управляющим (рис. 3.32). Эту структуру изготавливают по р-канальной МДП-технологии на кремниевой пластине п-типа электропроводности с удельным сопротивлением 5 ОмХсм с ориентацией (!00). После вйрацзиаання подзатворного окисла толщиной порядка О,! мкм формируют пленку псочикристаллического кремния для плавающего затвора, после чего создают металлическую разводку и формируют управляющий затвор.
Толщина диэлектрика между плавающим и управляюцсим затворами, создаваемого осаждением Я!От из газрвой фазы, равна примерно 0,2 мкм. Зарядка плавающего затвора в таком приборе осуществляется также за счет лавинной инжекции носителей с обратносмещенного р-и перехода.
В процессе зарядки плавающего затвора электронами на управляющий затвор подается положительное напряжение, что повышает уровень инжекцни, а следовательно, и эффективность записи. Для запоминающего транзистора, изображенного на рнс. 3.32, возможен процесс стирания информации (удаление накопленного заряда с плавающего затвора) с помо|цыо электрического импульса.
Г1риборы постоянной памяти с электрическим стиранием информации позволяют осуществить перезапись не всей, а только части информации, и, кроме того, это можно сделать в БИС электрически стираемого перепрограммируемого Г13У (ЭСП113У), не изымая ее из электронной системы устройства (например, одноплатной микро- ЭВМ). В режиме стирания к управляющему затвору прикладывается положительный потенциал. ок разрядки, протекающий через межзатворный диэлектрик между плавающим и управляющим затворами, определяется формулами те = А Еа ахР( — Ат (Ет ), (3.! 2) где Ет — напряженность поля в межзатворном диэлектрике; Сню Сзгн Сзс — емкости между затворами, плавающим затвором и подложкой и плавающим затвором и стоком соответственно, 5„,— площадь межзатворного промежутка; е„, — диэлектрическая посто- Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
