Элемент памяти для постоянного запоминающего устройства Советский патент 1992 года по МПК G11C17/00 

Изобретение относится к вычислите.пьной те-хнике. Оно может быть использовано в электрически репрограммируемых постоянных запоминающих устройствах5 сохраняяхцих информацию при отключении источника питания, нашедших широкое применение в блоках памяти вычислительных машин, в уст ройствах автоматики, в микропроцессорах.

Известны элементы памяти для постоянного аапоминаюидего устройства с

Один из известных элементов памяти содержит полупроводниковую подложку первого типа проводимости, в приповерхностном слое которой pacnoroweны диффузионные области второго типа проводимости, образ ощие сток и исток, на котором размепен первый диэлектрический слой, вьнолненный, например, из окисла кремния тощиной 0-200 А. На первом диэлектрическом слое размещен второй диэлектрический слой, выполненный например,,из нитрида кремния толщиной 200-500 Я, и металлический слой.

Недостатком такого элемента пат мяти является низкая надежность и. быстродействие при стирании информаXJции, так как при получении достаточно большого времени «ранения инфорО V4 Ю мации за счет увеличения энергии ловушек проводимость нитрида кремния может оказаться так мала, что практически невозможно провести стирание заряда.

Это является серьезным препятствием для использования в современных запоминающих устройствах. Кроме того, при непрерывном считывании информации из-за большого поля считывания (которое, в частности, обусловлено приложенным к затвору считывающим напряжением) время непрерывно го считывания также .улается получить ч. Невелика также и стой кость к переключениям .у данного элемента памяти. Поскольку зарял электронов по мере циклирования (запись стира1-1ие) протекает по одной зоне двуокиси кремния и нитрида кремния, то происхолит неравновесная заселенность глубоких центров в нитриде кре ния, которая приводит к необратимому возрастанию порогового напряжения и ухудшеник) функциональных свойств элемента памяти, .Наиболее близким техническим решением к изобретению является элемент памяти, который содержит полуг проводниковую подложку., первый, ди электрический слой из двуокиси кремния толциной ifl-100 А, второй диэгкгктрический слой из нитрида кремния то/ицииой .А, третий диэлектрический слой из двуокиси кремния толщиной 10-30 А и проводящий С.ЛОЙ 5 третий диэлектрический слой расгл-пожен между проводящим слоем и вторым диэлектрическим «слоем. Работает элемент памяти следуюи1им образом. Запись.осуществляется, подачей на проводяи1ий электрод положительного напряжения такой величины, что поля во втором диэлектрическом слое И первом диэлектрическом.слое со.ставляют fB/CM и 10-16 MFJ/см соответственно. Пр.и этом ток через первый диэлектрический слой много меньше тока через второй и третий диэлектрические слои,- Преобладающим является ток инжекции дырок из про™ водя111его слоя через третий диэлектри ческий слой во второй диэлектрический слойо Инжектированные дырки захватываются ловушками нитрида кремния ; по всему слою 3, в -том числе и около границы раздела первого и второго диэлектрических слоев элемента памяти, где накапливается положительный заряд Стирание осу1чествляется при пода- че на проводящий слой положительного напряжения такой величины, что поля во вто|эом и первом диэлектричес ком полях 8 1,5-2,5 раза меньше чем при записи. При этом преобладающим является ток инжекции электронов из полупроводниковой подложки через пер вый диэлектрический слой во второй диэлектрический слой. Электроны частично рекомбинируют с дырками, а 1 94 частично компенсируют их заряд. Недостатком- такого элемента памяти является недостаточно большое время ранения информации. 1(елью изобретения является увеличение времени хранения информации в элементе памяти. Цель достигается тем, что элемент памяти для постоянного запоминающего устройства, содержащий полупроводниковую , на которой размещен первый диэлектрический слойу выполненный из двуокиси кремния толщиной (0-100 Д, второй диэлектрический слой из нитрида кремнкя, разме Ненный на первом диэлектрическом слое, третий диэлектрический слой и§ двуокиси кремния толщиной 10-30 А и ПРОВОДЯ1.ЦИЙ слой,.-содержит четвертый диэлектрический слой из нитрида кремния ; расположенный на третьем диэ.пектрическом слое, а проводя дий слой размещен на четвертом диэлектрическом слое, причем толщины второго и / четвертого слоев равны и в 2-5 раз превышает толщину первого диэлектрического слоя. На чертеже изобраяген элемент па-, мяти. Элемент памяти содержит полупроводниковую пoдлov(кy 1., первый диэлектрический слой 2 из двуокиси кремния, второй диэлектрический слой 3 из нитрида кремния,, третий диэлектрический слой из двуокиси кремния четвертый диэлектрический слой 5 .из нитрида кремния, проводяидий слой 6. Первый диэлектрический слой 2 ТО.ГЩИНОЙ 40--100 А обеспечивает прохождение через него электронов в режиме стирания и препятствует прохождению электронов в режиме записи и хранения. Дырки через этот слой проходить не могут. Рассмотрим работу предлагаемого элемента. В режиме записи запись производится приложением к четвертому диэлектрическому слою 5 напряжения положительной полярности (амплитуда 7-10 В, длительность 10 мс - 100 мс), При этом происходит накопление дырок (поломки те ль но го заряда) в третьем диэлектрическом слое Л. В режиме стирания стирание производится приложением к третьему диэлектрическому слою k положительного напряжения (амплитуда 12-18 В, длительность 100 МКС - 1 мс). При этом происходит инжекция электронов из полупроводниковой гюдло жки 1 в третий диэлектрический слой f и их рекомбинация с дырками, накопленными в этом слое пр записи. По сравненж с прототипом время хранения информации в элементе памяти повышено. Увеличение времени хранения обусловлено тем, что в конструкцию элемента, памяти вводится блокирующий диэлектрический слой, создащий потенциальные барьеры для электронов и дырок на границе со слоями, в которых осуществляется накопление заряда. Если в качестве запоминающей среды используется нитрид кремния, то в качестве блокирующего слоя целесообразно использовать слои двуокиси либо оксинитрида кремния. Высота потенциального барьера для электронов на границе нитрид кремния составляет 1 эВ, барьер для дырок составляет 1 9 2 эВ. Блокирующий слой делается туннельно непрозрачным, так что барьер может быть преодолен только за счет термического возбуждения. Относительная вероятность преодоления барьера высотой в 1 эВ составляет при комнатной температуре Эта оценка показывает, что введение блокирующего слоя исключает рекомбинацию захваченных электронов и дырок тем, что время хранения информации в таком элементе памяти определяется теми же механизмами, которые лимитируют растекание в обычных МНОП-элементах памяти. I Применение предлагаемого элемента памяти позволяет увеличить время хранения,информации в элементе памяти до 10 лет и непрерывного считывания до 1 года соответственно. При этом упрощается технология их изготовления, в частности нет необходимости в изолированном кармане для матрицы запоминающих элементов.

ЭЛЕМЕНТ ПАМЯТИ М ПОСТОЯННОГО ЗАПОМИИА1111 :ГО УСТРОЙСТВА, содержащий полупроводникову э подложку, на. которой размещен первый диэлектрическ 1й слой 5 выполненный из двуокиси кремния толщиной; А, вторюй диэлектрический слой из нитрида кремния, разманенный на первом диэлектрическом слое, третий диэлектрический слой из двуокиси кремния толщиной. 10-30 А, и проводящий слой, отличающий ся тем, что, с целью увеличения времени э ранения информации в элементе памяти, элемент .памяти содержит четвертый диэлектрический слой из нитрида кремния, расположенный на третьем диэлектрическом слое, а проводящий слой размещен на четвертом диэлектрическом слое, причем толциИы второго и четвертого слоев равны и в 2 - 5 раз превышают толщину первого диэлектрического слоя.

.

N ч X ч ч

77 / 7Л / // V/// / ч /

///////// /////////V //// //// //

/ / /7 nilTTTll I / / А/ /7

/ //////////////////-; 111 III //////////////