Коледов Л.А. - Технология ИС (1086443), страница 28
Текст из файла (страница 28)
3 32. Структура ЛИПЗМДП-транзистора с влезающим и управляющим затворачи; с элект° ическим стиранием и электрической записью информации 119 янная материала межзатворного диэлектрика; Л, и Лз — коэффиц иенты, зависящие от величины потенциального барьера сра между поликремниевым плавающим затвором и межзатворным диалек- .. триком. Очень важно то, что величина тра может меняться в довольно широких пределах (1,0...1,6 эВ) в зависимости от способов формиования пленки поликремния и пленки межзатворного диэлектрика.
асчет и экспериментальные данные говорят о том, что уменьшение на 0,1 эВ влечет за собой снижение времени стирания минимум сра на на порядок! Это еще раз указывает на теснейшую связь технолог ии изготовления и конструкции элементов с получением необходимых электрических характеристик приборов. Снижение времени стирания возможно и за счет увеличения напряжения стирания на управляющем затворе. В обоих случаях уменьшение времени стирания происходит за счет возрастания тока разрядки. Согласно имеющимся данным р-канальные МДП-транзисторы с двумя затворами выдерживают более пятисот циклов перезаписи без с щественных изменений харнкчеристик.
К недостаткам прибо- у ров такого типа относятся черсзвычайно высокие напряжения стирания (около 80 В). Для устранения этого недостатка было предложено несколько других конструкций запоминающего транзистора. В первой из них (рис. 3.33, а) управляющий электрод служит только для стирания информации и изолирован от плавающего затвора слоем нитрида кремния толгциной около 0,07 мкм (3 12), (3.13). Во второй конструкции запоминающего элемента (рис. 3.33, б) перезарядка плавающего затвора осуществляется прн лавинной инжек ии горячих дырок и электронов, генерируемых в электрических поЛях обратносмешенных и -р и р -и переходов соответственно. ц 4 Инжекция электронов на плавающий затвор осуществляется за счет подачи на сток сравнительно большого отрицательного смещения, когда на управлякнпем затворе поддерживается нулевой либо положительный потенциал.
Для инжекции дырок из обратно- рлайпющпо СюпрпюпхпМ еаэпйяп плекюрпр ь" а) Рис. 3.33. Структуры ЛИПЗМЛП запоминаюпхих транзисторов с различными вариантами стирании информании !20 Рис 3.34. Варианты структуры запоминаюпких элементов БИС ЭСППЗУ на основе л-канальных МЛП-транзисторов с двумя поликремниевыми затворами смещенного п -р-перехода на подложку подается положительный потенциал относительно истока, а на затвор — — отрицательный потенциал. Для данного запоминающего элемента характерны два уровня порогового напряжения, измеряемого по управляющему затвору: первый, когда плавающий затвор заряжен электронами (пороговое напряжение имеет положительное значение), и второй, когда плавающий затвор заряжен дырками — (отрицательное). В модифицированном варианте конструкции данного запоминающего элемента ПИЗУ область инжекции дырок располагается непосредственно в области истока (рис.
3.33, в). Общим для всех запоминающих элементов, изображенных на рис. 3.29, 3.32, 3,33, является то, что запись информации в них осуществляется лавинной инжекцией электронов из области обратно- смещенного р-п перехода. Это приводит к формировании> проводящего канала в р-канальном МДП-транзисторе, поэтому запоминающая ячейка для осуществления выборки информации должна содержать дополнительные транзисторы, что, естественно, не ведет к экономии площади кристалла.
Кроме того, память на р-канальных МДП-транзисторах имеет сравнительно малое быстродействие изза низкой подвижности дырок в кремнии по сравнению с электронами. Перспективными запоминающими элементами СБИС ЭСППЗУ большой информационной емкости и высокого быстродействия являются п-канальные МДП-транзисторы с плавающим и управляющим затворами, изготовляемые на основе совмещенной технологии с применением пленок поликремния для обоих затворов, самосовмещения и ионного легирования, На рис. 3.34 показаны три ' варианта структуры таких запоминающих МДП-элементов СБИС перепрограммируемой памяти, отличающихся конфигурацией и взаимным расположением затворов. Управление запоминающим элементом осуществляется за счет емкостной связи управляющий затвор — плавающий затвор и плавающий затвор — подложка. Для достижения максимальной емкостной связи толщина межзатворного диэлектрика должна быть соизмерима с толщиной подзатворного диэлектрика. Различные !2! 3.33.
Эквивалентная схема заяомннающего злемента с двумя затнорамн на основе л-каналг.- ного МЛП-транзнстора: ! — Га заалевшей з з ор. р — плапвшш й авевор Папанина состояния транзистора определяются зарядом на плавакзщейг затворе, Зарядка плававшего затвора, как и для других описанных выше ячеек, осуществляется горячими электронами, проходящими через слой подзатворного диэлектрика толщиной 0,05...0,1 мкм, однако механизм разогрева электронов в данном приборе иной. В режиме зарядки плавающего затвора на сток н затвор одновременно подается большое положительное напряжение (около 20 В), При этом наличия электрического поля вблизи стокового перехода еще не достаточно, чтобы вызвать его пробой на подложку, но достаточно, чтобы вызвать ударную ионизацию в канале транзистора. Число горячих электронов будет определяться током в канале МДП-транзистора. Инжекция горячих электронов в плававший затвор осуществляется под действием тянущего поля со стороны управляющего затвора.
Очень важно то, что величина накопленного заряда определяется геометрическими параметрами ячейки памяти и амплитудой импульсов записи, прикладываемых к управляющему затвору 4 и стоку ячейки. На рис. 3.35 представлена эквивалентная схема 4. запоминающих элементов, структура которых дана на рис.
3.3 . Потенциал на плавающем затворе определяется по формуле Сам икз+Сзс((,+Я с +с„+сп (3.14) где Сзш — межзатворная емкость, (1„, — потенциал на управляющем затворе; (ус в потенциал на стоке. Транзистор буЯет открыт, когда напряжение на плавающем затворе достигнет величины (уо. При этом на управляющий затвор необходимо подать напряжение: Виа,п 70 (5 гп 5 ВП,В В 6 5 4 7ПП 500 400 500 ВПП и, ВП„В 0) (О Ьпд=0,05нял 5 па =14В В пю= 750 7 В йпп 007 П,ПВ ППП й( Ьяп,нпн 57 (5 70 75 50 35 40 Пзз,В а) Рнс.
3.36. Характер зависимости изменення порогового напряжения запомннаюгпего МЛП-зранзнсзора от напряженна на управляющем затворе (о), площади перекрытня управляюидего н влавакзщего затворов (В) н от голщнны межзатворного днвлектрнка (и) щего затвора) необходимо увеличить емкостную связь управляющего затвора с плавающим или потенциал на плавающем затворе. Также важно правильно выбрать длину канала МДП-транзистора. Это необходимо длн нормального процесса зарядки плавающего затвора.
Длина канала по расчетам и экспериментальным данным не должна превышать 3...4 мкм, чтобы разогрев электронов в канале был возможен при меньших напряжениях на стоке. На рис. 3.37 приведены входные характеристики п-канального МДП-транзистора с двумя затворами до и после зарядки плавающего затвора, из которых видно, что пороговые напряжения МДП- . транзистора с заряженным и незаряженным плавающим затвором существенно различаются и, если на управляющий затвор подать напряжение считывания (/гни (70(Кзщ то транзистор с незаряженным плавающим затвором будет открыт (график 1), а с заряженным - — закрыл (график 2). Из этого следует важный вывод о возможности построения на п-канальных МДП-транзисторах с двумя затворами матричного накопителя ЭСППЗУ с одним запоминающим элементом; фрагмент такого накопителя показан на рнс.
3.38, В последних разработках электрически перепрограммируемых ячеек памяти стремятся к понижению напряжений, управляющих режимами записи — стирания. Это становится возможным пре кде всего за счет создания воспроизводимой и высококачественной технологии получения тонких диэлектрических слоев, изолирующих плавающий затвор.
Подход к этой проблеме учитывает противоре- ((опз(с + сзп) я (3. 15) пвг пвз !03 В незаряженном состоянии пороговое напряжение ячейки имеет низкое значение ((lо-2...3 В), а после зарядки плавающего затвора электронами оно возрастает на величину ь11Са,. Согласно зависимости (3.!4), (3.15) (рис, 3,36) для получения большего сдвига (lо (т. е. для более эффективной зарядки плаваю- рнс. 3.37. Вхоггные характеристики запомннакннего элемента ЭСППЗУ на л-канальных МДП-транзнсторах с полнкремнневымн управляющими н плавающнмн затворами: — По раппе плававзшего загвора, д — пое заряд пп плаваюшего за ора лг Хг Рнс.
3.38. Фрагмент матричного пако- Пп пителя на и-канальном ПДП-транзисторе с поликремниевыми плавающим и управляюгпим затворами (н) и фрагмент его топологии (б) чивость требований, возникающих в процессе записи — хранения— стирания в таких энергонезависимых полупроводниковых ЗСП!!ЗУ, хранящих информацию в виде электрического заряла, Противоречивость эта заключена в том, что нужно найти способ быстрой записи информации с малым потреблением энергии, который сочетался бы в олной конструкции со способом бесконечно длительного хранения этой информации.
При реализуемых в настоящее время размерах запоминающих элементов на плавающем затворе хранится заряд всего в несколько миллионов электронов. Для передачи на плаваюцгий затвор такого количества электронов за цикл программирования, равный 1О мс, средний ток программирования элемента должен составлять 10 'о А. С лругой стороны, необходимо, чтобы за 1О лет хранения информации утечка хранимого заряда составила менее 10ош т. е. ток утечки не должен превышать 1О " А. Реализовать отношение этих токов, равное 1:10",— проблема технически исключительно сложная. Известно мало механизмов инжекции заряла, которые после программирования, да еще при малых напряжениях записи, выключались бы абсолютно надежно и обеспечивали получение указанного выше отношения токов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
