IT8247685A1 - Dispositivo di memoria ad alta densita' non volatile elettricamente alterabile - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

a corredo di una domanda di brevetto per invenzione dal titolo:

"Dispositivo di memoria ad alta densit? non volatile elettricamente alterabile",

RIASSUNTO

Oggetto dell*invenzione ? un dispositivo di memoria elettricamente alterabile, non volatile, con elemento di gate fluttuante e compatto, ratizzato con tre strati di polisilicio e con un elettrodo di accoppiamento di substrato. Una particolare forma del dispositivo utilizza asperit? per promuovere il flusso della corrente tunnel attraverso ossidi relativamente spessi per mezzo di tensioni applicate medie relativamente basse. L?uso di quattro strati elettrodici porta ad lina configurazione di disposizione ordinata di memoria e di cellule di estrema denrsit?. L'elettrodo di substrato ? usato per stabilire le tensioni di polarizzazione nella cella.

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce in generale ai procedimenti ed ai dispositivi di memoria a semiconduttore non volatili e pi? particolarmente concerne i siatemi di memoria con elemento di gate fluttuante MOS non volatili che utilizzano quattro strati di elementi di gate e di elettrodi in una disposizione compatta in cui un elettrodo ? formato nel substrato.

Nei sistemi di elaborazione di dati, i dispositivi ed i metodi di memoria per l?immagazzinamento di informazioni sono di.importanza critica. Un problema pratico da lungo tempo risentito associato alla tecnologia dei semiconduttori ? quello per cui la maggior part e dei convenzionali elementi di memoria a semiconduttore sono volatili, vale a dire che quando viene rimossa l'eh?rgia di alimentazione, il contenuto della memoria viene perduto. Molte strutture sono state proposte o dimostrate per fornire la caratteristica di non volatilit? insieme con l'alterabilit? elettrica ai circuiti di memoria a semiconduttore. Tuttavia, difficolt? pratiche come le limitazioni sul numero di cicli utili di cancella? tura/scrittura che possono essere eseguiti nel corso della durata del dispositivo, il tempo di mantenimento dei dati dal dispositivo di memoria e le restrizioni operative limitano la facilit? di uso o la capacit? di esecuzione delle modificazioni elettriche dei dati memorizzati, tendono a limitare la utilit? di tali dispositivi a semiconduttori non volatili aventi una struttura di gate fluttuante. A questo riguardo, i dispositivi basati su una struttura di gate fluttuante MOS (metallo-ossido-semiconduttore) sono convenzionalmente impiegati nelle strutture di memoria non volatili elettricamente alterabili. Tali dispositivi utilizzano una isoletta di gate fluttuante di materiale conduttore, la quale ? elettricamente isolata dal substrato, ma capacitivamente accoppiata al substrato per formare l'elemento di gate di un transistore M05 atto a rivelare lo stato di scarica dell'elemento di gate fluttuante. A seconda della presenza o dell'assenza di carica sull'elemento di gate fluttuante, questo transistore MOS pu? essere commutato in uno stato conduttore ("on") oppure in uno stato non condutt?re ("off'1) per la memorizzazione degli stati logici binari di "1" o di "0". Vari mezzi per introdurre e rimuovere la carica del segnale da un elemento di gate fluttuante sono stati usati in tali dispositivi di memoria. La carica pu? essere introdotta sull'elemento di gate fluttuante impiegando i meccanismi di iniezione di elettroni caldi e/o il meccanismo del cos? detto "tunneling". Il tem ine di "tunneling" viene usato in senso generale per includere la emissione di un elettrone dalla superficie di un conduttore in un isolatore adiacente attraverso lo sbarramento energetico. Una volta che la carica sia stata introdotta di

in elemento/gate fluttuante dielettricamente isolato, essa rimane (effettivamente) permanentemente imprigionata sull'elemento di gate poich? l?elemento di gate fluttuante ? completamente circondato da un materiale isolante, che agisce come barriera alla scarica dell'elemento di gate fluttuante. Tuttavia, la carica pu? essere rimossa dall'elemento di gate fluttuante mediante esposizione a radiazione (luce ultravioletta, raggi X), iniezione a valanga o per effetti tunneling.

Varie strutture sono convenzionalmente utilizzate per convogliare la carica verso e dall'elemento di gate fluttuante e da un substrato /Prohmann-Bentchkowsky, "A Fully-Decoded 2048-Bit Electrically Programmable MOS-ROM", Digest 1971, IEEE International Solid State Circuite Conference, pagine 80r-8'1;. il brevetto statunitense No. 3.660.819, Brevetto statunitense No. 3.996.6577? Tuttavia, elevate correnti debbono essere assorbite durante la scrittura degli elettroni su un elemento di gate fluttuante ("programmazione") di tali dispositivi poich? soltanto una piccola frazione della corrente di programmazione viene sufficientemente spostata ed ? sufficientemente energetica per raggiungere l'elemento di gate fluttuante attraverso l'ossido relativamente spesso (per esempio 1000 Angstrom). Un'altra tecnica consiste nell'usare un ossido molto sottile di spessore precisamente determinato, nell'intervallo agrossimativamente fra 50 e 200 Angstrom, per separare l'elemento di gate fluttuante da un terminale di programmazione nel substrato E. Harari, "A 256-Bit Nonvolatile Static RAM" , Digest 1978? IEEE International Solid State Circuit s Conference, pagine 109-109; brevetto statunitense No. 3.500.142 e W.S. Johnson et al, "A 16 Kb Electrically Erasable Nonvolatile Memory", Digest 1980, International Solid State Circuita Conference, pagine 152-153/. La carica viene fatta passare per effetto tunnel verso e d? un elemento di gate fluttuante con simmetria bidirezionale attraverso un ossido relativamente sottile (50-200 Angstrom), il senso dipendendo dal vettore del campo elettrico. A causa del carattere simmetrico bidirezionale dell'ossido tunnel, la cellula non volatile pu? essere soggetta a possibili probiemi di disturbo che comportano la p?rdita del contento della memoria. In particolare, esempi di problemi di disturbo comprendono limitazioni nel numero dei cicli di lettura e nel contenuto di memoria delle cellule che viene influenzato dalle operazioni delle cellule adiacenti. Inoltre, ? difficile produrre affidabilmente tali strati di ossido molto sottili con spessore precisamente controllato e con propriet? elettriche controllate con produzione su larga scala.

Un migliorato effetto tunnel fra strati multipli di polisilicio pu? formare la base per ulte-, riori elementi non volatili e sono stati proposti vari dispositivi a semiconduttore che utilizzano tale migliorato effetto tunnel /DiMaria e Kerr, "Interface Effects and High Conductivity in Oxides Grown from Polycrystalline Silicon", Applied Physics Lettera, pagine 505-507, Novembre 1975; Anders^ie Kerr, "Evidence for Surface Asperity Mechanism of Conductivity in Oxides Grown in Polycrystalline Silicon", J. Applied Physics, pagine 4834-4836, Voi. 48, No.?11, novembre 1977; brevetto statunitense No. 4.099.196; Berenga et al.'i "E2PR0M TV Synthesizer", 1978 IEEE International Solid State Circuits Conference, pagine 196-197/. Tale migliorato effetto tunnel permette agli ossidi relativamente spessi di separare gli e-1emeriti tunneling, impiegando tensioni di programmazione relativamente convenzionali. Tuttavia, tali convenzionali dispositivi di memoria a semiconduttore non volatili presentano ancora diversi inconvenienti e limitazioni e sarebbe desiderabile realizzare perfezionati dispositivi a semiconduttore con elemento di gate fluttuante. A questo riguardo, i convenzionali dispositivi di memoria con elemento di gate fluttuante possono utilizzare tensioni e correnti relativamente elevate per caricare e scaricare l'elemento di gate fluttuante e tali tensioni e correnti presentano difficolt? di isolamento e di progettazione insieme con limitazioni riguardanti gLi elementi circuitali integrati associati al dispositivo di memoria e possono fornire problemi di disturbo per le cellule adiacenti della memoria in una disposizione ordinata di tali cellule. Inoltre, al tempo presente, la resa di fabbricazione dei circuiti integrati ? una funzione esponenziale approssimativamente negativa della effettiva area della disposizione totale del dispositivo. Pertanto, per le stesse ragole di progettazione di larghezza minima delle linee dei circuiti integrati, un significativo incremento di rendimento pu? essere fornito riducendo l'area delle cellule della memoria non volatile e tale maggiore resa ? in diretta relazione con un minor costo di fabbricazione.

In accordo con ci?, uno scopo della presente invenzione ? quello di fornire una perfezionata cellula o elemento di memoria a semiconduttore non volatile ad alta densit? elettricamente alterabile.

Un ulteriore scopo della presente invenzione ? quello di fornire un elemento di memoria a semiconduttore ad alta densit? non volatile elettricamente alter?bile consistente di quattro strati di elettrodi, con uno strato formato nel substrato semiconduttore, e rendere cos? possibile la necessit? soltanto di tre strati di polisilicio per formare il resto dell'elemento di memoria secondo la presente invenzione.

Un altro scopo della presente invenzione ? quello di migliorare sensibilmente le aree di sovrapposizione fra un conduttore di gate fluttuante ed i suoi associati elettrodi di programmazione, soluzione/cancellatura di parola e polarizzazione, aumentando cos? significativamente il numero di cicli di memoria non volatil? disponibili, pur conservando dense conformazioni geometriche delle cellule. '

Ancora un altro scopo dell'invenzione ? quello di fornire un dispositivo di memoria non volatile elettricamente alterabile comprendente una disposizione ordinata in circuito integrato di una pluralit? di tali elementi ad alta densit? che siano facilmente accessibili senza disturbare gli altri eiementi della disposizione ordinata.

Questi ed altri scopi dell'invenzione appariranno evidenti con riferimento alla seguente descrizione dettagliata ed ai disegni allegati, nei quali:

la figura 1 rappresenta una vista in pianta di una forma di realizzazione di una disposizione ordinata di cellule con elemento di gate fluttuante non volatili elettricamente alterabili in conformit?^ con la presente invenzione;

la figura 2 rappresenta una vista laterale* in sezione retta di una delle cellule di memoria non volatili elettricamente alterabili della figura 1, presa lungo la linea 2-2;

la figura 3 rappresenta una vista laterale in sezione retta di una delle cellule non volatili e- r lettricamente alterabili della figura 1 presa lungo la linea 3-3;

la figura 4 ? una rappresentazione schematica della cellula con elemento di gate fluttuante non volatile elettricamente alterabile della figura 1; e la figura 5 illustra un circuito simbolico che schematizza le cellule della figura 1 ed illustra ulteriormente una pluralit? dei dispositivi della presente invenzione in una disposizione ordinata di memorie.

In generale, la presente invenzione si riferisce a compatti elementi di memoria a semiconduttore non volatili elettricamente alterabili del tipo con elemento di gate fluttuante che possono essere costruiti con tre strati di materiale conduttore, per esempio silicio policristallino, deposti su un substrato semiconduttore. L'invenzione concerne anrche i procedimenti per caricare e scaricare l'elemento di gate fluttuante di tali dispositivi.

I dispositivi secondo l'invenzione comprendono un substrato semiconduttore sostanzialmente monocristallino, un conduttore di gate fluttuante elettricamente isolato sovrapposto al substrato, mezzi per introdurre elettroni sull'elemento di gate fluttuante per fornire all'elemento di gate fluttuante un potenziale negativo e mezzi per rimuovere gli elettroni dall'elemento di gate fluttuante per fornire a detto elemento di gate fluttuante un potenziale pi? positivo di detto potenziale negativo. I dispositivi inoltre comprendono un elettrodo di polarizzazione formato in detto substrato, con un tipo di conduttivit? opposto a quello di detto substrato, e capacitivamenrte accoppiato all'elemento di gbe fluttuante, e mezzi per rivelare lo stato potenziale di detto elemento e?emento di gate fluttuante.

I vari elementi dei dispositivi che formano i mezzi per introdurre gLi elettroni sull'elemento di gate fluttuante ed i mezzi per rimuovere gli elettroni dall'elemento di gate fluttuante, insieme con lo stesso elemento di gate fluttuante, possono essere formati con una struttura di polisilicio a tre strati e con un sottostante substrato semiconduttore monocristallino.

Come indicato, i dispositivi comprendono un substrato semiconduttore sostanzialmente monocristallino di un tipo di conduttivit? e a questo riguardo i dischetti o piastrine di silicio monocristallino di tipo p rappresentano il substrato preferito, anche se discinti o piastrine (wafer) di substrato di silicio di tipo n, strati di tipo n o di tipo p monocristallini epitassiali su un substrato dielettrico monocristallino, come zaffiro , oppure altri materiali semiconduttori sono previsti per diverse forme di realizzazione della presente invenzione.

Come anche indicato, i presenti dispositivicomprendono almeno un elemento di gate fluttuante , conduttore elettricamente isolato sovrapposto al substrato. Una porzione dell'elemento di gate fluttuante forma l'elemento di gate di un transistore di rivelazione MOS nel substrato semiconduttore, in modo tale che lo stato di carica dell?elemento di gate fluttuante possa essere rivelato per la lettura del contenuto della memoria dello stato di carica del dispositivo. Il conduttore dell'elemento di gate fluttuante pu? essere un elemento di gate di sil?cio policristallino conduttore circondato completamente da un materiale isolante, per esempio biossido di sil?cio di accrescimento termico. L'elemento di gate fluttuante pu? essere separato dal substrato nella regione del transistore di rivelazione MOS con strati dielettrici di biossido di silicio realizzati per accrescimento convenzionale (per esempio termico) di spessore facilmente realizzabile, per esempio nell'intervallo fra circa 500 e 1500 Angstrom di spessore, e pu? essere-separato dal substrato per mezzo di pi? spessi strati di ossido in altre regioni dell'elemento di gate fluttuante.

Come verr? descritto in seguito pi? dettagliatamente, i messi per rimuovere la carica dall'elemento di gate fluttuante possono comprendere una porzione dell'elemento di gate fluttuante in relazione capacitiva con un sovrapposto elettrodo di selezione/ cancellatura di parola. La superficie superiore dell'elemento di gate fluttuante disposta in senso opposto al substrato semiconduttore e verso l'elettrodo di cancellatura pu? essere realizzata in maniera tale da contenere mezzi unidirezionali per migliorare il passaggio di elettroni per effetto tunneling attraverso lo strato isolante che circonda l'elemento di gate fluttuante. Un modo di realizzazione ? quello di formare delle asperit? sulla superficie delV e-*?1 lomento di gate fluttuante. L'emissione di elettroni c pu? aver luogo da una tale superficie testurizzata all'elettrodo di cancellatura sovrapposto (che pu? anche essere realizzato con silicio policristallino) con tensioni applicate relativamente basse di valore inferiore a circa 40 volt. Un tale migliorato trasporto degli elettroni pu? essere dovuto ad una migliorata emissione tunnel Fowler+nordheim e ad altri meccanismi

I mezzi per iniettare la carica sull'elemento di gate fluttuante possono comprendere un elettrodo di programmazione analogamente realizzato in polisilicio e disposto al disotto di una porzione dell'elemento di gate fluttuante. L*elettrodo di programmazione pu? essere similmente fornito di una superficie superiore avente asperit? oppure qualche altro mezzo unidirezionale per migliorare il passaggio degli elettroni per effetto tunneling attraverso lo etrato di isolamento dall?elettrodo di controllo di pr?- . gramma all'elemento di gate fluttuante. La emissione degli elettroni dall'elettrodo di programmazione all'elemento di gate fluttuante pu? conseguentemente essere analogamente eseguita con tensioni applicate relativamente basse di valore inferiore a 40 volt di differenza di potenziale tra l'elettrodo di controllo di programma e l'elemento di gate fluttuante.

Come anche indicato, i mezzi per rivelare la carica accumulata sull'elemento di gate fluttuane te sono forniti ed a questo riguardo una pozione dell'elemento di gate fluttuante pu? formare l'elemento di gate di un transistore di rivelazione forn ato nel substrato. A seconda del livello di carica elettrica sull'elemento di gate fluttuante, il transistore di rivelazione pu? essere reso conduttore (on) oppure non conduttore (off). Per esempio, in un dispositivo a transistore di rivelaziale MOS con canale di tipo n quando sufficienti elettroni sono presenti sull'elemento di gate fluttuante, il transistore di rivelazione viene reso non conduttore. D'altra parte, quando sufficienti elettroni vengono rimossi dall'elemento di gate fluttuante per far diventare positivo il suo potenziale rispetto al substrato sottostante, allora il transistore di rivelazione con canale n viene reso conduttore. Lo stato conduttore o non conduttore del transistore di rivelazione con elemento di gate fluttuante forma un meccanismo per rivelare la presenza o l'assenza di carica sull'?lemento di gate fluttuante e cosi fornisce la base per la lettura dell'informazione memorizzata nella cellula come un livello di carica sull'elemento di gate fluttuante.

Un elemento importante dei presenti dispositivi ? costituito da un elettrodo di polarizzazione collocato nel substrato e disposto in parte al disotto dell'elemento di gate fluttuante. L'elemento di polarizzazione ? dielettricamente isolato dall'elemento di gate fluttuante preferibilmente per mezzo di uno strato di biossido di silicio. Una funzione principale dell'elettrodo di polarizzazione ? quella di polarizzare appropriatamente per azione capacitiva l'elemento di gate fluttuante durante la introduzione di elettroni sull'elemento di gate fluttuante (ciclo di scrittura). L'elettrodo di polarizzazione funziona anche in modo da polarizzare appropriatamente l'elemento di gate fluttuante per azione capacitiva durante la rimozione degli elettroni dall'elemento di gate fluttuante (ciclo di cancellatura). L'elettrodo di polarizzazione pu? essere formato nel substrato come uno strato di opposto tipo di conduttivit? rispetto al resto del substrato e disposto sotto porzioni dell?elettrodo di programmazione, dell'elemento di gate fluttuante e dell'elettrodo di selezi?ne/cancellatura delle parole.

Se l'elettrodo di polarizzazione viene portato ad un livello sufficientemente positivo rispetto all'elettrodo di programmazione, che si trova anche al disotto dell'elemento di gate fluttuante, gli elettroni passeranno per effetto tunnel dall'elettrodo di programmazi?ne all'elemento di gate fluttuante. Questi elettroni, a loro volta, alterano il potenziale dell'elemento di gate fluttuante. Come indicato, questa carica relativamente negativa cos? fornita pu? essere rivelata da un mezzo conveniente, per esempio un transistore di rivelazione. Similmente, l'elettrodo di selezione/cancellatura delle parole, che almeno parzialmente si sovrappone all'elemento di gate fluttuante ed ? isolato dall'elemento di gate fluttuante, pu? essere portato ad un predeterminato elevato potenziale, mentre l'elettrodo di polarizzazione viene mantenuto ad un predeterminato basso potenziale in modo che gli elettroni passeranno per effetto tunnel dall'elemento di gate fluttuante all'elet-, trodo di selezione/cancellatura di parola. In questa maniera, l'elemento di gate fluttuante pu? essere fornito di una tensione relativamente pi? positiva del substrato ad esso sottostante, che pu? essere rivelata da un mezzo conveniente, per mezzo un transistore di rivelazione i cui elettrodi di sorgente e di assorbitore sono anche preferibilmente forn ati nel substrato.

Gli elementi di memoria semiconduttore con elemento di gate fluttuante non volatili elettricamente alterabili possono essere fabbricati in una struttura di elettrodo ed elemento di gate a quattro strati, con tre di questi strati formati da un materiale come il polisilicio. Una porzione del primo strato viene ricoperta ed isolata dal secondo strato e da ciascuno degLi altri due strati. Un terzo strato si sovrappone ad una porzione del secondo strato ed ? isolato dal secondo strato e da ciascuno degli altri due strati. Un quarto strato ? formato nel substrato e viene isolato dal secondo strato e da tutti gli altri strati. Il secondo strato forma l'elemento di gate fluttuante verso il quale gli elettroni possono essere trasportati o fatti passare per effetto tunnel o lontano dal quale gli elettroni possono essere analogamente trasportati o fatti passare mediante applicazione di tensioni applicate agli altri strati. La presenza o l'assenza di elettroni possono essere rivelate per mezzo di una porzione lontana dall'elemento di gate fluttuante, il quale abilita un transistore di rivelazione ed in questo modo funziona come elemento di memoria. Tutti gli strati di polisilicio sono isolati dal materiale di substrato. Il substrato ? preferibilmente un substrato di silicio monocristallino, ma pu? anche essere di altro materiale semiconduttore. Il quarto strato o substrato ? isolato dal resto del substrato per mezzo delle caratteristiche di funzione inversa del materiale di opposto tipo di conduttivit? e che comprende questa regi?ne di quarto strato. La risultante struttura ? una struttura di elementi MOS elettricamente alterabili non volatili ad alta densit? avente favorevoli caratteristiche elettriche.

Facendo ora riferimento ai disegni, la presente invenzione verr? ora pi?.part icolarmente descritta con riferimento alla specifica forma di realizzazione di un dispositivo a semiconduttore 10 elettricamente cancellabile non volatile con canale n, illustrato nei disegni. Sebbene il dispositivo 10 sia un dispositivo M6S con canale,n, si potr? notare che., si possono utilizzare e sono anche previste nella presente invenzione altre tecnologie con altri disposi-... tivi, per esempio configurazioni con canale p.

la figura 1 illustra una vista in pianta di una forma di realizzazione di una disposizione ordinata di cellule di memoria non volatili con elemento di gate fluttuante in conformit? con la presente invenzione, incluse le cellule 10 e 12. La cellula di memoria non volatile 10 ? rappresentata nella fi-, gura 1 nella zona definita dalle linee tratteggiate.^ Come si vede meglio nella figura 2, una cellula 10 preferibilmente ? costruita con un substrato semiconduttore 11 di silicio di tipo p sostanzialmente monocristallino e con tre strati conduttori 20, 22 e 24 successivamente applicati sequenzialmente per deposizione, configurati, sottoposti ad erosione chimica ed isolati. Un quarto strato 26 di opposto tipo di conduttivit? rispetto al substrato 11 viene introdotto nel substrato ed isolato dal substrato per azione di giunzione inversa. Uno strato di materiale dielettrido isola lo strato 26 dagli strati di polisilicio. Gli strati di polisilicio rispettivamente formano un elettrodo di programmazione 101 ed un sovrapposto elemento di gate fluttuante 102 ed un elettrodo di selezione/cancellatura 103 delle parole disposto a copertura dell'elemento di gate fluttuante. Il quart o strato conduttore ? un elettrodo di polarizzazione 104 formato nel substrato 11 che viene disposto al disotto di una porzione dell'elemento di selezione/cancellazione di parole, all'elettrodo di programmazione ed all'elemento di gate fluttuante.

Una parte 106 dell'elemento di gate fluttuante 102 forma l'elemento di gate di un transistore di rivelazione 108 di tipo MOS formato nel canale 110 del transistore di rivelazione per rivelare lo stato della carica del potenziale elettrico dell'elemento di gate fluttuante 102.

Una cellula simmetrica ad immagine speculare 12 ? rappresentata nella figura 1 associata alla cellula 10. Queste cellule 10 e 12 formano una coppia di cellule che pu? essere ripetuta per formare una disposizione ordinata di memoria che 3i estende sia nella direzione X (alto-basso) sia Y (sinistra-destra). In una tale disposizioneordinata* l'elettrodo di selezione/cancellazione 103 delle parole si estende fino alle cellule contigue per formare le linee di selezione di parola in X ("fila") della disposizione ordinata. L'elettrodo di programmazione 101 viene ripetuto nella direzione Y alle cellule contigue per fora are le linee di programmazione di colonna della disposizione ordinata. I transistori di rivelazione 108 di tipo MOS delle due cellule 10 e 12 h^nnn un comune elettroo

do di assorbitore di drain 16 formato come una regione di impianto o di diffusione di tipo n nel substrato 11 di tipo p. L'elemento di drain 16 viene collegato ad sovrapposto conduttore metallico 17 per una rivelazione di selezione in Y della cellula come parte di una disposizion? ordinata di memoria. Lo stesso tipo di regione 18 di impianto o di diffusione di tipo N nel substrato 11 di tipo p forma le linee di sorgente o di source comuni per i transistori 108 nella direzione Y. L?area fra ciascun rispettivo elemento di source 18 e di drain.16 definisce la regione di canale del transistore di rivelazione di tipo MOS. Anche se un separato accesso ai singoli bit di una disposizione ordinata di memoria ragresenta una scelta, nella forma di realizzazione rappresentata nella figura 1, le cellul? sono organizzate in gruppi di byte per esempio di 8 cellule o "bit" ciascuno, con coppie di cellule estendentesi verticalmente che formano parte di un tale byte. Come descritto in seguito in maggiore dettaglio, l'elettrodo di polarizzazione di substrato 104 in una tale disposizione ordinata di byte, come si vede nella figura 1, si estenderebbe anche in senso verticale ed in senso orizzontale alle cellule adiacenti. Nel funzionamento di una cellula 10, il substrato pu? essere polarizzato circa fra 0 e -4 volt , il canale di tipo n pu? es|grammazione e di cancellazione di pi? 25-40 volt pos-:

sono essere applicate selettivamente agli elettrodi ; di substrato policristallini e.di..tipo n. Il .circuito di decodificazione X-Y pu? ..essere_fornito_in con-' ?'

?formit? con la pratica convenzionale..

Gli strati di silicio policristallini.20,_L 22 e 24.possono essere deposti, configurati, erosi? |_ chimicamente, ossidati e quindi lo strato di.substratto 26 pu? essere diffuso ed impiantato, in conformit?....__ con la pratica convenzionale. Come,si .vede.meglio nel-_ 'la figura 2, gli strati dielettrici ? 12 di biossido Jdi silicio che, nella illustrata forma di realizzazione,_sono cresciuti da .rispettivi elementi,di.poli-r? silicio_o_sub strato di.silicio con le convenzionali !-tecniche della ossidazione termica.fino ad uno spes-isorefra un elemento e.l.'.altro,.di_circa 1000.Angstrom, ..isolano dielettricamente.il substrato e gli strati ?i_po.lisilicio?uno.dalULaltro...LIelemento-di-gate fluttuante__102__,11elettrodo,.di programmazione lOI-e-l'e--let.trodp?103 di-selezione/cancellazione -di parola sono_fprmati..con.strati_di_polisiiicio-depo sti?conve-^;

.nientemente in modo sequenziale e sottoposti ad erosione_chimica_e .ad.ossidazione oppure -altrimenti configurati e .fabbricati.con.le convenzionali-tecniche-fo-

l

\

?tolitografiche, per formare la illustrata struttura del dispositivo, che ? rappresentata nelle figure 1-3.'Nella figuri 1, i vari elementi sono rappresentaiti come se gli strati dielettrici 112 fossero tra-;sparenti, in modo tale che potesse essere illustrata la sottostante struttura degli elettrodi. Ulteriori dettagli della struttura del dispositivo sono rappresentati nelle viste in sezione retta delle figure 2 e 3.

Come si vede nella figura 2, gli strati di silicio policristallino e di substrato che formano gli elettrodi 102, 101, 103_e 104 comprendono il smezzo 40 di iniezione di elettroni per elemento di gate fluttuante ed il mezzo 50 induttore di emissione di elettroni per elemento di gate fluttuante.

I IPreferibilmente, il mezzo 40 per iniettare gli elet-(troni nell'elemento di gate fluttuante 102 compiaide jla formazione di asperit? sulla superficie dell'elettrodo di programmazione 101, del primo strato di polisilicio 20, in adiacenza.allo strato di polisilici? 22 dell'elemento di gate fluttuante 102.?Per produrre queste asperit? superficiali, questo strato.di

i

jpoliailicio 20.viene trattato per ossidazione approssimativamente alla temperatura di 1000CC. Nella presente forma di'Realizzazione, l'elemento di gate flut? _ tuante 102 h preferibilmente formato sullo strato 20 i dopo che lo strato 20 ? stato sottoposto alla erosio-.ne chimica ed alla ossidazione per formare l'elet- ! trodo di programmazione 101 e dopo che ? stato depo-_ Vto_.uno .strato di copertura di ossido 112._Il_mezzoj_ 1!5OLper.indurre la emissione di elettroni dalli'elemen?jto di gate fluttuante 102 comprende anche preferibil-..mente la formazione di asperit?, in questo caso sulla ..superficie dello stesso elemento di gate fluttuante : .102, per facilitare la emissione di elettroni attra-.Verso un sovrastante strato__114._di .biossido di sili-..ci? verso l'elettrodo 103 di selezione/cancellatura ! .jdi.parola. Le asperit? 34 .sono preferibilmente forma-Jt e sulle superiici superiori dell'elemento di :?gatej_ ..fluttuante 102 nella stessa maniera precedentemente ^descritta per l'elettrodo di programmazione _10.1.-'_

Le_asperit? ,nella_misura .in.cui ?__noto_sonp_ .Vic.cole.sporgenze.sulla_sup.erficiejdi.un.conduttore. :che?sono presentiiin.numerosa quantit? (per esempio _vi_pu?._essere_.una .densit? .superficiale .di .5x10_?3 aspe-. rit?_per_cmq),.Una..gran parte delle asperit? possono_ avere..una.altezza_media superiore_alla._loro__lar$iez-i za._di._base .(per^esempio-una-larghezza -di.base,di circa .450_Angstrom_ed una altezza di circa.750.Angstrom). _Si_ritiene che le.asperit?.siano.capaci di produrre 1elevati campi locali con una intensit? di campo me-!

|dia relativamente bassa, riducendo cos? la intensit? di campo inter-elettrodica necessaria per trasporta-Ire o far passare per effetto tunneling gli elettroni dall'elettrodo avente le asperit? all'elettrodo adia-Scente sotto_l'influenza di un appropriato campo _e-_ lettrico stabilito fra di essi. Senza limitare l?invenzione ad una qualsiasi particolare spiegazione teojrica, si suppone che questi elevati campi locali sia-. {no sufficienti per iniettare gli elettroni in ossiidi relativamente spessi (per scopi-di effetto tunne-I

Iling) mentre in media una tensione relativamente bas'-, [sa viene applicata attraverso l?ossido. Tuttavia,_ _ |il.miglioramento del trasporto degli.elettroni forni-|to dalle asperit? 34 non ? bidirezionale. Quando una superficie di elettrodo a struttura liscia mancante di tali asperit? viene polarizzata in senso opposto :. rispetto ad un altro elettrodo, dotato di asperit?,_ gli.elettroni non vengono,iniettati nello spesso stra-,to di ossido con tensioni relativamente basse, cosa . che produrrebbe un trasferimento di elettroni da una !

[superficie che presenta le asperit? in condizioni al-!

=trimenti identiche. _

|_ _ In,accordo con ci?, si potr? notare che lfelettrodo di programmazione 101 e le sue associate ajsperit?? 34 formano una struttura simile a diodo con Ila adiacente sottosuperficie liscia dell'elemento di gate fluttuante 102. Questa struttura trasporter? j_gli elettroni da?ll elettrodo di pr?grammazione.101__j attraverso lo stratq spesso di ossido 112 di separa-_ jsiqne, approssimativamente?di_lOOO^Angstrqni, .quandoJ_ lJ_elemento_di gate_fluttuante viene.polarizzato .posir jtivamente rispetto.allI.elettrodo.di programmazione J_ 101 con una differenza di tensione inferiore a_40 _!|_ volt. Tuttavia, quando l'elettrodo di.programmazione. .

[_101 ? positivamente polarizzato rispetto alllalemento ?id.i_g.ate JTJLuttuante 102 con .una .identica^differenza dii..._ |tensione di_valore _inferiore a_circa..3Q_voltt gli_elet troni non vengono^trasportati dall'elemento.di_.gate '_ !fluttuante all'elettrodo di programmazione. Le.aspe- .... |rit? 34_forniseo.no._la stessa,caratteristica.,simile

!a diodo fra 1Lelemento di gate^fluttuante.e-l_'_elet-._ ?trodoJ03?di_ sei ezio.ne/cancellatura di parole, con_ L lil^migliorato trasporto che?si_ver_iftea _dall..'elemento. |?

Idi_gate fluttuante_t02 all_'_elettrodo_103-di_.selezio-._ jne/cancellatura di.-.parole..quando.l'elettrodo..di__can-._ .collaturaJ?_Posit i.vamente poiarizzato__rispetto aJL'e-_ .1emento di gate_f.lutiuante .1.02. L\elettrodo,di poia-. rizzazione 26 formato^nel_substrato_lJL viene accoppia? to capacitivament e_attraverso 1?ossido.1.12 a-tutti... e tre gli strati di*polisilicio 20, 22 e 24 in vari rapporti dipendenti dalla sovrapposizione degli strati. Poich? sull'elettrodo di polarizzazione 26 non sono presenti asperit?, il condensatore formato fra 1'elettrodo _di polarizzazione 26 e tutti gli strati . di polisilicio pu? sostenere elevate tensioni applicate bidirezionalmente senza un flusso di corrente per effetto tunnel. Questa propriet? di un elettrodo di substrato pu? essere utile per polarizzare i di- .. sposativi di memoria, specialmente quando sono pre- , senti elevate tensioni. Convenienti asperit? 34 per produrre le sopra descritte caratteristiche simili a quelle di un diodo possono essere prodotte attraverso una ampia gamma di condizioni e un ampio intervallo ili dimensioni e non sono limitate al particolare esempio precedentemente esposto. . .

_ _ Un.terzo strato di polisilicio 24 viene deposto_(dopo la erosione chimica e l?ossidazione del secondo strato dell'elemento di gate fluttuante) al disopra dell'elemento di?gate fluttuante 102 e viene trattato per formare un elettrodo 103 di selezione/ c?ancellatura di parole il quale, insieme con le aspe-! rit? previste sulla superficie superiore dell'elemento di.gate fluttuante 102 ed -insieme con la polarizzazi?ne ottenuta dall'elettrodo di polarizzazione 104 forma.il mezzo 50 per rimuovere gli elettroni dall'elemento di gate fluttuante, come precedentemente in-Idicato.

_ _ Il quarto elettrodo, l'elettrodo di polarizzazione 104, viene ricavato per diffusione o per jimpianto nel substrato 11. Sebbene la figura 1 illu-!? latri l'elettrodo di polarizzazione 104 come posizio? [nato al disotto di alcune porzioni di tutti e tre gli [strati di polisilicio, esso deve per neces?t? tro- 4 varsi soltanto al disotto dell?elemento di gate fluttuante 102. L'elettrodo di polarizzazione 104 agi- I ?jsce in modo da polarizzare appropriatamente l'elemenito di gate fluttuante 102 durante le operazioni di .-scrittura, cancellatura e lettura. Un elevato livel-Ilo di drogaggio dovrebbe essere ottenuto in questo ellettrodo di substrato 104 per assicurare una elevata 'conduttivit?. Come si vede anche nella fdgira 1, l'e-Illettrodo di polarizzazione 104 ? comune ai condutto-I Iri di sorgente 18 del transistore di rivelazione 108 di -tipo MOS.in modo tale che, nella preferita forma di realizzazione, i conduttori di sorgente 18 forniscono la tensione di-polarizzazione per l?elettrodo 04 Si noti che l'elemento di drain 16 pu? anche es-.sere utilizzato per questo scopo.

-La regione di sovrapposizione tra l'elemen-;o-di gate fluttuante 102 e l?elemento di gate di programmazione .101 l'area in cui gii elettroni passano per effetto tunnel attraverso l'ossido di sepaj razione 112 dall'elemento di gate di programmazionei -all'elemento di_gate fluttuante,.Mediante una appro--.. .priata polarizzazione dell'elemento di gate fluttuante .102 ad una polarit? positiva rispetto all*e- ;_

?

lettrodo,di programmazione 101, gli .elettroni pas-__.is seranno per_effetto^tunnel dall'elettrodo di.program-! mazione 101.all'.elemento.di.gate fluttuante 102. _ ?_ La carica elettronica viene iniettata dalle aperit? .

34.sulla superficie_.dellielettrodo*di programmazione con un migliorato effetto tunneling nell'ossido di separazione 112 . Questa carica si sposta verso l'e-! lomento di gdB fluttuante 102.e viene.raccolta da es-Lso sottOsi'influenza della polarizzazione positiva.. I JDopo che la tensione di polarizzazione ? stata rimos-! sa dall'.elemento .di gate fluttuante 102, gii elettro-|ni_che.-sono passati-pereffetto tunnel,vengono confi-? nati__sulU elemento di_gate fluttuante,.poich? esse. [non hannoJL!.energia..che_serve.per_sormontare.la.har^ riera di .energia delllossido-di-isolamento .112. Gli.. elettroni_possono-.essere.trattenuti-in .modo...sostan-? izialmente._indefinito?sull*elemento di.gate fluttuan-_t.e_a_meno_che essi-non.vengano rimossi e forniscono carieanelettrica- negativa all'elemento di gate |fluttuante, la quale ? sufficiente per interdire il? (transistore di rivelazione 108 di tipo MOS per l'e-; .ilomento di gate fluttuante. _

_ Gli elettroni possono essere rimossi dal-; 1*elemento di gate fluttuante per mezzo dell'elettro-r do.103 di selezione/cancellatura di parole. L'elet-. trodo di cancellatura 103 ? separato da uno strato _ dielettrico 114 di biossido di silicio e disposto in_... Smodo da sovrapporsi ad una porzione della superficie . dell'elemento di gate fluttuante 102 che comprende ._ le asperit? 34. Mediante una appropriata polarizza-' zione dell'elettrodo di gate di cancellatura 103 ad ..._ un potenziale positivo sufficientemente elevato ri- ._ i spetto all'elemento di gate fluttuante, gli elettro- . ni possono essere fatti passare per effetto tunnel o tunneling dalle asperit? previste sulla superficie superiore dell?elemento di gate fluttuante all'elet- __ _ itrodo di cancellatura. In questa maniera, l'elemento . _ di gate fluttuante 102 pu? essere fornito di una ca-! _ Irica relativamente positiva la quale ?.sufficiente- _ _ ..mente positiva per far diventare conduttore il tran- _ _ [sistore MOS 108 con canale di tipo n. _ i Nella illustrata forma di realizzazione, 'gli strati di ossido 112 e 114 hanno uno spessore aBrossimativament e di 1000 Angstrom nella regione in cui si verifica il passaggio degli elettroni per ef-Jjetto tunneling e sono cos? facilmente producibili ;

I

in maniera affidabile e riproducibile. A questo riguardo, mentre lo spessore del.dielettrico di_bios-r. sido di siliciojli JO00 Angstrom viene usato nella J illustrata fqrma di realizzazione.come.uno spessore, ottimale, lo spessore ottimale pu?.diminuire .quando.. vengono migliorate le tecniche di fabbricazione.

Come indicato, sono previsti mezzi per rivelare il potenziale dell?elemento di gate fluttuante 102 e, a questo riguardo, come rappresentato nelle figure 1, 2 e 3, una porzione__106..dell'elemento i Idi gate fluttuante 102, in un canale 110, forma l'ee|lettrodo di gate di un transistore di rivelazione _I? J()8 di tipo MOS comprendente,le regioni di sorgente. ?e di drain 120_e_1._22,_.come.rappresentato nella.figuuXa?3._Queste_regioni_120_e _122_..sono rispettivamente !parti_del.laJL.inea_o_.condut.tore_di sorgente .comune .18_ e della.linea_o..conduttore..di__drain_16.e?sono con _inn_tipo di conduttivit?_N_._Come si_vede nella jfigu--_iIra_3.,_-queste__regioni_120_,_.1_22_sono separate.da.por.-?i _|_zio.niJLntermedie_80__e._82_del .substrato._11 di .tipo-p.-JjifLzone 82_sono modulate .dalla tensione dell*elemen-r?. .Ito di_gate_di_selezione/caneoliatura di.parole _103? e_la _zona_80_viene modulata dalia-tensione della re-Igione 106 dell'elemento di gate fluttuante 102. La :conduttivit? della regione fra l'elemento di sor-[gente e l'elemento di drain viene cos? modulata dall'elettrodo di gate 103 di selezione/cancellatura_ di parole e dalla porzione di gate in serie 106 dell'elemento di gate fluttuante. Nella illustrata forima di realizzazione 10, la regioni 82 formano transistori ad esaltazione che richiedono che l'elemento di gate di p?lar?aazione 103 venga polarizzato ade-?iguatamente in senso positivo rispetto al substrato i :nelle regioni 82 allo scopo di permettere la conduzione della corrente dall'elemento di sorgente all'e-!lemento di drain quando l'elemento di gate fluttuani

te ? anche conduttore. Le regioni 82 possono essere :

, ?realizzate come dispositivi ad evacuazione (che sono jnormalmente conduttori) in modo tale che la porzione di elettrodo 106 dell'elemento di gate fluttuante.,._ moduli direttamente la corrente che passa fra l'e-r_ L lemento di sorgente ed elemento di assorbitore o di drain del transistore di rivelazione 108, anche se ! iil modo ad esaltazione viene convenzionalmente usa-J ito quando le cellule si trovano in una disposizione ? 'ordinata.

_ _ Durante il funzionamento del dispositivo 10, l'elemento di gate fluttuante 102 viene caricato con un numero in eccesso di elettroni, cosa che provoca :LL fatto che la sua tensione risiiti bassa (negativa) e...cos? funziona in modo da interdi?re il transistore i idi rivelazione 108 collocato a distanza oppure 1*e?: 1

jlemento di_gate fluttuante viene caricato relativaimentejin senso_positivo.per..mezzo_di_una rimozione ( di elettroni che provoca_il passaggio della sua.ten-Isione ad alto valore,_facendo cos? diventare condut-Jitore ~il transistore di_rivelazione. ._108._La natura Li !

di conduzione o di interdizione del transistore di ; rivelazione 108^forma la base per rivelare lo stato ^ di memoria_dell/ elemento di_gate.fluttuante _1.02 del _. dispositivo._10.^Questo stato di memoria dell'elemento I ? !di gate_fluttuante_102 pu?_essere alterato mediante _ i'introduzione (oppure "programmazione") di elettroni s_ nell' elemento_di_gate oppure...mediante rimozione (o j,,.cancellatura!')._?i_elettroni_.dall,elemento di .gate.

_ L.a^struttura.degli_elettro.di_di .cellule_a quattro strati della_illustraia.forma di.realizzazione J.O fornisee_una_cellula,di^memoria rapida,a bassa potenza,_rapidamente_alterabile ed idonea ad una memori zzazione di _dati_a._lungo_termine la quale_? facile da_fabbricare,_fornitSL_di__elevata densit?-(per-!

tanto _di_costo_relativamente.b asso) presenta.una fa-. yorevole^resistenza-alle. cos?-dette- limitazioni deidisturbi. A causa del campo medio relativamente basl ; so richiesto per l'effetto tunneling (per esempio [tra.2,5 e.4,0 x 10 volt/cm), ossidi ragionevolmente. spessi (1000 Angstrom) possono essere usati tra gli strati di polisilicio. Queste caratteristiche favoriscono fortemente le classiche tecniche di fabbricazione e le ragionevoli tecniche di progettazione dei circuiti. Poich? le strutture di sorgente e di...!. dissipazione degli elettroni per caricare e scaricare l'elemento di gate fluttuante 102 sono fabbricate con strati di polisilicio dielettricamente rimossi dal substrato.11, tutta la suddetta "azione" ha luogo al disopra del.substrato nella struttura elettro-Jdica formata dai tre strati di polisilicio 20, 22 e 24. __ _

_ Facendo ora riferimento alla figura 4, il funzionamento del dispositivo 10 verr? ora ulterior-.inerite descritto con riferimento alla rappresentazionile .circuitale schematica della cellula 10, come ivi irappresentata? L?elettrodo di programmazione 101 forma un condensatore 42 avente una capacit? CP con la -adiacente superficie dell?elemento di gate fluttuante 102 e fornisce carica (elettroni) all'elemento di gate fluttuante quando una sufficiente tensione viene sviluppata attraverso il condensatore 42? Quando T 1*elemento di gate fluttuante viene caricato negativamente, il transistore ad effetto di campo 108 ? interdetto (off). L'elemento di gate fluttuante 102 forma anche^un .condensatore 43 avente una capacit? CW con .1^elettrodoJL? selezione/cancellatura di parole 103. Quando l'elemento di gate 102 viene caricato positivamente come quando gli elettroni vengono fatti passare per effetto tunnel dalla parte di gate_ fluttuante 102 a^ttraverso il condensatore di caneellatura 43r il transistore ad effetto di campo 108 ? S conduttore (ori). L'elettrodo di cancellatura 103 fomisceuna dissipazione di carica per rimuovere la carica dall'eleraento_di gate fluttuante 102 quando tensione attraverso i-l condensatore--43 ? sufficiente-!mente grande per far passare gli elettroni per effett otunnel dall'elemento di gate fluttuante 102. La introduzione degli elettroni sull'elemento__di gate _ fluttuant e_J02 viene riferita come "pr?grammazioneIf e la rimozione degli__elet;troni dall.lelemento_di_ga te fluttuante viene riferita come 11cancen atura"..

Lfelettrodo?di_polari zzazione_104 che ? form_atp_nel._substrat_o_e comprende _lo_strato_26_forraa un !condensatore_relativamente.grande..44 avente.una capacit? _C5 con 1 elemento_di_.gate_fluttuarrte. Durante la programmazione,_.il_potenziale,elettrico_dell'elet- _ trodo di polarizzazione viene fatto passare a valo-[ re "elevato" (circa 26 volt), preferibilmente aumentand? la tensione sul conduttore di.sorgente 18. Durante la cancellatura,.il potenziale dell'elettrodo -di polarizzazione 104 viene fatto diventare "basso" (0_volt)

-L'elemento di gate fluttuante 102 forma anche un condensatore di gate 45 per il canale FET delj transistore di rivelazione 108. Un condensatore di -campo 46 avente una capacit? parassita CF con il substrato viene anche formato in diverse posizioni ai disotto dell'ossido di campo. Queste ultime capacit? pregiudicano la programmazione e dovrebbero essere ridotte al minimo. _

_ La capacit? CS del condensatore di polarizzazione 44 dovrebbe meglio essere diverse volte pi? grande di quella di uno qualsiasi degli altri singoli condensatori illus'trati nella figura 4. La capaci!-'

t? CS del condensatore 44 applica il potenziale al? j? l?elemento di gate fluttuante 102 per la pr?grammazione e la cancellatura. -- -- Per rendere funzionale la cellula 10 e per ottimizzare il suo comportamento e la sua struttura, -convenienti relazioni di capacit? dovrebbero essere mantenute per assicurare che campi sufficientemente forti si stabiliscano nei condensatori 42, 43, 44 Q\

..45.per la programmazione, la lettura e la cancella-,

.tura dell'elemento di gate fluttuante. Per esempio,

I JLa.tabella di cui al seguito .elenca un.sommario del-

le condizioni tipiche che possono,essere utilizza-..

j jte?.nel.funzionamento,della.jc.ellula.illustrata_.10._ L

Queste condizioni.illustrano il funzionamento della.

cellula, ma non sono da interpretare per limitarsela

descrizione pi?_generale..del.funzionamento.._

II..rapporto di programmazione pu? essere

definito come segue:

C Cw C

o c

RAPPORTO DI PROGRAMMAZIONE = _fi?da 2 a 4

ed _il_rapporto di cancellatura ? definito come:

Cs Cp Ce

RAPPORTO.DI_CANCELLATURA?= ?da _2_a_.4-w

__ ._ .Utili dispositivi sono ottenuti se questi

rapporti,sono approssimativamente soddisfatti nella

particolare _configurazione di una disposizione ord?- _

nat a.che.verr?..descritta,neInseguito._ :_ i! . . -TABELLA I_ !_ >

.Modo_ : Elettrodo di_ Elettrodo.di_ Elettrodo?.Linea _ linea polarizzazio- programmazio- di seie- di sor- di - ne (substrato)__..ne_ zione/can- gente...-drain ! c oliatura ! L..._ _ _ _ _ di. parole _ _ _ ? -

pr?gramma '_ 26- .0. -3-6- -26- -26-i

.calieeliatura -36-

-lettura 3-5

t

_ .Anche se le tensioni indicate nella tabel-J la .1. sono preferite, quando la cellula ? incorpora?, _j.ta.in una disposizione ordinata, queste tensioni de-J gli.,elettrodi della illustrata forma di realizzazio-J.ne_debbono anche essere,manipolaie_per .prevenire di . disturbare i.dati nelle .cellule adiacenti...Questo,a-. spetto. ?.descrittoulteriormente con riferimento alla.

I

j_tabella_H ._ J _Una caratteristica importante della celUla. compatta 10 consiste nel fatto che essa pu? essere fatta funzionare in.una disposizione ordinata 'ad.al-_ta..densit? di cellule compatte. La figura 1 illustra., due cellule che hanno un comune contatto di drain del ^itransistore di rivelazione,.che pu? formare.una uni-.! _t?.ripetitiva in una grande disposizione ordinata a.. ^circuito integrato di cellule di memoria. Le.diraensio-_ni_della cellula unitaria della -illustrata coppia _ : JdL_cellule-10-.e-l2.della figura?'L sono di circa.20.mi-:cron .(direzione Y) e..30 micron (direzione X)_.per...re-l gple-di-progett azione-di.4 micron. In una tale.dispo-I

-sizione ordinata,-se^una singola-cellula viene scritta,?cancellata o letta, allora -queste operazioni .non! dovrebbero -disturbare-o modificare i.dati contenuti... nelle.cellule adiacenti..Con_riferimento- alla discussione di-una-tale operazione in -una disposizione or-dinata di cellule, nella figura 5 ? illustrata una rappresentazione simbolica delle singole cellule della memoria. Ciascuna di queste cellule ? equivalente alla cellula 10 rappresentata nelle figure 1, 2. e 3. L*elettrodo di selezione/cancellatura di parole di polisilicio 103 pu? continuare da cellula a cellula attraverso la disposizione ordinata, per scopi di selezione delle cellule, ed in accordo con ci? verr? I

riferito come elemento di gate di selezione di parole nella seguente descrizione, in modo da rendere chiara la sua funzione nella disposizione ordinata. Nella figura 5, una disposizione ordinata di cellule ciascuna sostanzialmente identica al dispositivo 10 ;? schematicamente rappresentata intercollegata in u- .. j?na disposizione ordinata di memoria utile la quale pu? essere ampliata sia nella direzione X sia nella ._ direzione Y per formare un dispositivo di memoria moljto grande 200. La densit? di aggruppamento delle cel-_|lule.viene aumentata in.questa preferita organizza- ..-jZione ordinata,_come si...vede, poich? le linee di sor- . gente e di drain possono essere utilizzate in comune .jsu cellule ad immagine speculare. Nella illustrazioi

ne della disposizione ordinata, la cellula 201 e le sue adiacenti circostanti 202 e 204 sono rappresen- : i ; ;ate insieme con una cellula diagonalmente adiacente 203. Le cellule 205, 206, 207 e 208 vengono collegate _ in posizione ad immagine speculare rispetto alle ri- _ ^_ spettive cellule da 201 a 204. La cellula 201 pu? essere sottoposta a scrittura,cancellatura e lettura i

nella disposizione ordinata senza alterare le cellule immediatamente e diagonalmente adiacenti 202, 203 e

'!204 oppure la sua cellula ad immagine speculare 2?05.11

Le tipiche tensioni operative applicate alla disposizione ordinata della figura 5 per ciascuno

degli elementi della disposizione ordinata per svolgere le varie funzioni di memoria descritte possono

essere le seguenti:

! (segue tabella)

TABELLA II;- J

FUNZIONAMENTO DELLA DISPOSIZIONE?ORDINATA.

Cellula ?201 Cellula 202 Cellula 203 Cellula 204

P1! S1 WT D1 P2 S2 W1 D2 P2 S2; W2 D2 ?T1 S1 W2 D1

Cellula di programma ! i :

! : i

zione 201 j 0 26 36 26 26 26 36 26 26 26 0 26 0 26 '0 26

I

Cellula?di can!celliatu i ' 1

ra 201 , Q 36 26 26 36 26 ; 26 26' 0! 26 0. '0 '0

Cellula di lettura

201 ' I 0 ! ; t

5 0 5 0 0 o: 0. 0;

I

Nella tabella ? utile soffermarsi su alcu-Ine condizioni. Mentre ai esegue la programmazione o jla scrittura..della cellula 201,.la linea W1_..di_gate ! ! [di selezione/cancellatura di parole ? fornita di un.L T^im "p"ulso di tensione di _36.v.olt._La.linea .di.sorgen~i Jte S.1 ? di_26 volt per polarizzare,ulteriormente l'e-.lettrodo di polarizzazione 104 che in questo modo polarizza positivamente l'elemento di gate fluttuante attraverso il condensatore CS per promuovere il.flus-;.. j j so di elettroni,verso l'elemento di gate fluttuante 20.1..dalla,linea di.programmazione PI._.La linea di se-r ! ! lezione/cancellatura di parole viene polarizzata a ... I 1 36 volt per spingere ulteriormente in alto l'elemen-. to di_gate fluttuante Altrimenti il condensatore

_Cw agirebbe come carico per impedire all'elemento di _ .gate fluttuante.di salire ad un livello sufficiente ? 1 ? ? per abilirare lo svolgimento della programmazione. Poi-; i .ch? _il.conduttore_S.1_si.trova a .26 volt?, il.condut- 1 ! ! tore.di drain_D1...deve^trovarsi a-26-volt per_.interrom--I I

.perejun _qualsiasi_flusso_.di corrente..attraverso-le_ ? ? ! _regioni...82, 80,_82 che altrimenti sarebbe difficilemantenere,e provocherebbe un indesiderato?consumo di i

energi?._Per_evitare la programmazione,nella-cellula _204*..nel.caso in.cui_W2-e_P1..siano .di O.volt e-Si sia .di_+26..volt,_il.rapporto capacitivo-fra e C-w P s |viene scelto in modo tale che il potenziale dell'ejlemento di gate fluttuante non sia cos? grande da

!

\

.jprovocare il passaggio per effetto turmeling di elettroni da P1^all'elemento di gate fluttuante. Allo . . .scopo di non programmare la cellula adiacente 202, il. _ conduttore di programmazione,P2 viene simultaneamente mantenuto approssimativamente a 26 volt per imi

Jpedire agli elettroni di entrare nell'elemento di ga-? ' ,? te fluttuante della cellula non scelta 202. Il condut-. !tore di sorgente S2 si trova a 26 volt, cosi che D2. _ .deve anche trovarsi a 26 volt per la stessa ragione_ precedentemente menzionata per la polarizzazione di . IP1 ad alto livello quando S1 si trova ad alto livello. jILa linea P2 viene scelta in modo da trovarsi a 26 ;. _ v?lt per convenienza e potrebbe trovarsi ad un'altra tensione determinata in modo da ottimizzare il fun- . I i zionamento della cellula. Con il conduttore di programmazione P2 che anche applica 26 volt alla cellu-f !

_ la 203, si potrebbe ritenere che gli elettroni pos-? _ _ sIano fluire dall'elemento di gate fluttuante sulla cell

_ lula 203 al conduttore di selezione di programmazione P2. Comunque, ci? non accadr?.a causa della caratterii

etica simile a diodo della struttura di caricamento e scaricamento dell'elemento di gate fluttuante crea?

ta dalle asperit? 34, come precedentemente descritto, I

; ; ? [che tendono a condurre.in una direzione singola prei j ?ferita. opposta alla condizione presentata in questo ^esempio di.disturbo. Pertanto, il contenuto di carica_di memoria della cellula..203 non viene disturbato. , 1 t

?Il__"disturbo" ? definito in modo da indicare,una in-r :cidentale .alterazione del contenuto di.carica,della!-;memoria. infuna_cellula non.indirizzata per.lettura,! incidentale programmazione..o.cancellatura dellVele- _

?

?mento di gate fluttuante di.tale cellula.LL*esatto_.! Lrapporto di capacit? viene.usato per ottimizzare il__ | r .comportamento della.cellula.coordinatamente alle con-; ! ,dizioni di assenza_di disturbo nella disposizione or-_ !dinata._ _ _ _ _ .. I Analogamente,. la_cellula 201.pu?.essere ;sottoposta alla cancellatura senza problemi di di- __!.. i ' ? 1sturbo_nelle cellule adiacenti .202,_203.o 204.-In_ ? jquesto_c aso,.ILelemento di_gate W1._di.selezione/can-_ c.ellatura.di parole si..trova a_+36._volt_e tutti-gli Laltri_.elettrod.i_eccetto_.P2,_S2__e_D2_si_trovano_a .0_ L i| ir! __volt..II.conduttore P2 viene polarizzato a 26._volt.L_ ? ! J_per_.impedire di_disturbare._la cellula-.202 mantenendo ? i la_baseo__valore il_potenziale fra P2_e_W.1_in_modo_ta-!--! . ; .Lle_che_non -si.verifichi..alcun effetto.tunneling._ ! ! !?jiella_.cellula _203, poich?_B2_?-alto?(approssimativa-^--mente?+.26.volt)_e_S2 ? alto-(approssimativamente - ? |+26 volt), allora l'elemento di gate fluttuante vie-|ne polarizzato negativamente rispetto a P2. Tuttai

I

ivia, l'azione a diodo delle asperit? impedir? agli j

?elettroni di lasciare l'elemento di gate fluttuante t[v.erso 72? Nello stesso tempo, il rap'porto di capaci-? "?

I ; jt? viene scelto in modo da assicurare che non si ve-, | : !rifichi alcun flusso di elettroni nell'elemento di I

^gate fluttuante dalla linea W2 di selezione di parole.

1 ?

,Ci? viene effettuato controllando la tensione sull'e-?le.mento di gate fluttuante usando i rapporti capaci-?j ?

tivi. Problemi di disturbo non esistono nella cellu-,_ la 204. _ __ _ _ |. _ _ Pertanto, ? stato dimostrato che, control-. land? la pressione assoluta dell'elemento di gate ?

f?luttuante attraverso i rapporti capacitivi nella cel-?

lula ed usando le propriet? a diodo delle asperit? e ?il" controllo di p'olarizzazione dell'elettrodo di p?-,! larizzazione, ? possibile produrre una densa disposizione ordinata di cellule che operano senza disturbi, __ Nell'operazione, di lettura, sono presenti... soltanto i potenziali.,di 5 ?)lt e 0 volt. Pertanto, ? ; i ; non possono verificarsi significativi problemi di disturbo poich?, i campi..elettrici sviluppati sono troppo bassi._Si potr? notare che, per semplice relazio-!

ne di simmetria , una grande disposizione ordinata di .cellule di memoria pu? essere .costruita senza alcun

? i i .problema di.disturbo.e che.il dispositivo dell'invenzione ? conveniente per l'incorporazione in una gran- _ iI

ide.disposizione ordinata._

Mentre la.presente,invenzione..? stata par-^ticolarmente. descritta.con .riferimento.alla illustra-^ -ta_forma di realizzazione,_si potr? notare che varie_I j .alterazioni, modificazioni ed adattamenti possono.es-_ sere apportati sulla base della presente descrizione _e sono da intendere rientranti nello spirito e nel-.

'ambito della presente invenzione.

A_questo riguardo, si potr? notare che i.

..dispositivi e le disposizioni ordinate di tali dispo-i-|

.sitivi sono compatibili con varie tecnologie di cir-! ..cuiti integrati, per esempio CMOS (inclusa la tecno-.._ logia CMOS/SOS) e la progettazione di circuiti inte-_ i ! .grati bipolari possono essere usati in.circuiti inte-_ i ..grati incorporantii-elementi_.Circuitali.integrati_ L_ CMOS-e .bipolari.-Si-potr? inoltre notare che, mentre -la-illustrata forma-di realizzazione copre una.partir?. 1 ! -colare disposizione _a sovrapposizione-delle regioni? operant1.per_effetto-tunneling -dei dispositivi dispositivi a-stretto intervallo in_cui-le.regioni tunnel.. nc -sono .sovrapposte-ma presentano.asperit?-lateral- ? mente adiacenti alle-superfici degli-elettrodi e-dei

|gLi elementi di gate fluttuanti sono di sufficiente j

(1laterale prossimit? per fornire una corrente tunnel possono essere forniti. Inoltre, i dispositivi non ^volatili elettricamente programmabili possono esse-I

Ire usati in collegamento elettrico in disposizioni or-?[dinate di circuiti integrati con elementi di memoria I

?volatili, per esempio le cellule RAM, per fornire 1 ? : jdispositivi di memoria non volatili, per esempio di?jspositivi RAM non volatili. _ L!

_ Il dispositivo pu? essere usato come un mez ?zo per staccare o collegare elementi di memoria di- . fettosi o ridondanti in una grande disposizione ordinata di memoria a circuito integrato per fornire una it

tolleranza nei confronti degli errori di funzionamelito nella disposizione ordinata di memoria. Gli eie- . i'

menti di memoria difettosi o gli anelli di memoria nei circuiti integrati aventi dispositivi di memoria i ! 6 anelli convenientemente collegabili o staccabili ?per mezzo di elementi di gate fluttuanti di tali di-- ? _ispositivi possono essere facilmente staccati durante!-T ? " i la fase di.collaudo dopo la fabbricazione per aumenta-Le la resa della fabbricazione. Il distacco degli anelli o maglie p degli elementi di memoria difettosi ei/o l'aggiunta di maglie o elementi di memoria ridon-I

danti o di riserva possono essere successivamente ef_

Claims (3)

1. RIVENDICAZIONI

   _ _ 1. Dispositivo di memoria con elemento di il gate fluttuante elettricamente alterabile non volatii i le, comprendente: _ _ ?_ _ _ _ un substrato semiconduttore; ? . ? - un conduttore di gate fluttuante;

   _ _ mezzi per isolare dielettricamente detto conduttore di gate fluttuante; _ _ _ j mezzi per rivelare la carica elettrica su detto conduttore di gate fluttuante;_ j primi mezzi ad elettrodi intermedi fra

   t detto substrato e detto conduttore di gate fluttuante per introdurre elettroni su detto elemento di gate fluttuante e comprendenti mezzi per migliorare il passaggio di carica per effetto tunnel attraverso_ ; detto isolamento dielettrico da detto primo elettrodo a detto elemento di gate fluttuante; _ ? _ _ un secondo mezzo ad elettrodo sovrapposto a detto conduttore di gate fluttuante in modo tale ; ? i che detto conduttore di gate_fluttuante sia interine-I

   dio fra detto substrato e detto secondo .elettrodo _ per rimuovere ele11roni da_.detto__elemento di gate f luttuante e pomprendente unirnezzo per.migliorare ii: passaggio _di_carica_per effetto_t.unnel.attraverso detito iso1amento_dielettrico._da_.detto_.elementOLdi .gate fluttu ante_a_dettp_.secondo._e1etir.odo;_ j_ J_ un mezzo per polarizzare capacitivamente _ d1etto conduttore di gate fluttuante.comprendente un._?_ i ! mezzo ad elettrodo di polarizzazione formato _in_det-_ tio substrato e disposto al_j?isotto .almeno..di_una.par-1. ! I te di detto conduttore_di.gate_fluttuante; e_ _ _ L_ un mezzo per isolare dielettricamente detto primo mezzo ad elettrodo e detto secondo mezzo ad 'elettrodo da detto substrato ed uno dall?altro.
2. 2.. Dispositivo second.o la.rivendic.azione J I

   1, in cui detto mezzo di rivelazione della carica e-^ lettrica su detto conduttore di gate fluttuante comprendente un transistore di rivelazione MOS formato !

   I

   I

   in detto substrato in una posizione tale che detto conduttore di gate fluttuante agisce come elemento di gate di detto transistore.
3. 3. Dispositivo secondo la rivendicazione

   i * in cui detto mezzo di rivelazione della carica e-Elettrica di detto conduttore di gate fluttuante comprende un transistore di rivelazione avente un elemento di sorgente ed un elemento di assorbitore o ,drain formato in detto substrato ed un elemento di !gate di detto transistore di rivelazione, detto elej i 'mento di gate comprendendo una prima regione la cuii [conduttivit? viene modulata dalla carica elettrica _djtL jdettp conduttore di gate fluttuante ed almeno una ulteriore regione disposta in relazione in serie con _ [detta.prima regione e con detti elementi di..sorgente

   1e di drain di detto transistore,.la cui conduttivit? jviene modulata dal presente potenziale di detto sei

   [condo mezzo ad elettrodo.

   _4.-Dispositivo secondo la rivendicazione 3, in cui dette regioni sono formate in un punto su, detto substrato.in cui detto mezzo di isolamento di! detti_elettrodi da detto.substrato presenta uno spes-! t .sore .inferiore,.detto^elemento..di .gate.fluttuante e detto,elettrodo di.polarizzazione .essendo.disposti? pi? vicino a.detto substrato in questo punto che _ L I

   non negli altri punti rispetto a detto substrato.

   _ _5.-Dispositivo secondo la rivendicazione ! 1., in cui detto mezzo di miglioramento del passaggio 4-di.corrente per effetto tunnel da d'etto primo elet- .

   | trodo comprende una.pluralit? di asperit? formate i | ?sulla superficie di detto primo elettrodo ed in cui _jdetto,mezzo di miglioramento dell'effetto tunnel da i i [detto .elemento di..gate,fluttuante comprende una piu-!

   ...ralit? di.asperit? formate sulla superficie di detto elemento di.gate fluttuante.-_6._.Dispositivo.secondo-la rivendicazione 1 in.cui.detto elettrodo-di-polarizzazione presenta-uina conduttivit? opposta rispetto-al-cireostante sub--istrato.- tj-- 7.-Dispositivo -secondo la-rivendicazione 1, ?1 1 iin cui-detto mezzo.ad elettrodo di polarizzazione ? -..sottostante almeno,ad una.porzione di-detto primo-e? -idi detto-secondo mezzo ad elettrodo.- 18. Dispositivo secondo la rivendicazione ?

   ?1, in una disposizione ordinata di memoria a circui-

   to integrato con una pluralit? di dispositivi so-! ' : Istanzialmente simili che formano un componente di._me-

   !

   moria a circuito integrato.

   9 Dispositivo secondo la rivendicazione

   *8, in cui detto secondo mezzo ad elettrodo si esten-,_ ?

   jde fino a contigui dispositivi di memoria in una da-. 1!?ta fila lungo l'asse X in detta disposizione ordina-!... ! ! ta per formare in detta disposizione ordinata linee ... ? ! 0 conduttori di selezione/cancellatura di parole lun-1 i5 g) l'asse X; in cui un conduttore metallico collega ii transistori di rivelazione contigui in detta dispo-1. ! i sizione ordinata per formare linee o conduttori di .;_

   { I 1 rivelazione lungo l'asse Y per rivelare lo stato prei

   sente di detto elemento di gate fluttuante in uno sceli j .t.o....dispositivo di memoria; in cui detto primo mezzo .j... i

   ad.elettrodo si estende fino a.contigui dispositivi..,._ : ' ' dTi memoria in detta disposizione ordinata per forma-,? -j ! re in detta disposizione ordinata linee o conduttori. .

   _di .bit di programma lungo lfasse Y; ed in cui detto !

   jnezzo ad elettrodo di polarizzazione comprende un.. I mezzo a conduttore che.si estende fino a contigui di-

   spositivi di memoria,in una data colonna lungo l'as- , -

   se.Y di detta disposizione ordinata per polarizzare in comune i dispositivi di memoria contigui. _ _ 1?10. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, in cui detto dispositivo di memoria con elemento di gate fluttuante ? .un .dispositivo MOS ed.in cui. detto primo mezzo_ad__elettrodo ?_formato .come parte: di un.primo...strato,.di.polisilicio,_detto.conduttore : di _gate.fluttuante ? formato .come parte di un secon-J do_strato di polisilici? _e detto.secondo mezzo ad e-, I lettrodo e formato come parte di.un terzo..strato di. polisili ci?.. _ 1

   Dispositivo,secondo.,la rivendicazione 1,_injcui detto.elemento..di.gate,fluttuante ? isola? to da detto primo e.da.detto..secondo mezzo ad elet-_ J . i itrodo e_detti..mezzi ad elettrodi sono isolati da det-,.to substrato per mezzo di.uno.strato di biossido di _ silicio avente,uno spessore,nell?intervallo fra cir-_ ca_500__Angstrom,e circa.JOOO.Angstrom._

   J2._D.ispositivo..secondo_la-rivendicazione |1.,_ in_cui_la_capacit?_generata fra detto mezzo ad ^elettrodo di.polarizzazione,e.detto-conduttore di ga--.te_.f.luttuante_?._almeno-due.volte_pi?..grande.della-cai : | : .pacit? .generatafra .detto_conduttore di gate flut-? ? .tuante.e_det_topprimo,mezzo,ad .elettrodo .e..due voltepi?-grande,della capacit?.generata fra detto .conduttore di gate.fluttuante,e detto secondo mezzo ad elet-

   \

   trodo ~r 13? Dispositivo di memoria con elemento Ldi gate fluttuante elettricamente alterabile compren-I

   [dente:

   un substrato semiconduttore;

   ..un conduttore di gate fluttuante elettricernente isolato;

   .un mezzo per rivelare selettivamente lacarica elettrica di detto conduttore di gate fluttuante;

   un primo elettrodo intermedio fra detto substrato e detto conduttore di gate fluttuante per iintrodurre elettroni su detto conduttore di gate flut? _;tuante; . -_ ....detto secondo elettrodo essendo disposto a copertura di detto conduttore di gate fluttuante, jin modo tale che detto conduttore di gate fluttuante ??

   ;si trovi intermedio fra detto substrato e detto se- -.jcondo elettrodo, per rimuovere elettroni da detto e?? llemento di gate fluttuante;

   un elettrodo di polarizzazione formato in :-Jdetto substrato al disotto almeno di una parte di ..idetto conduttore di gate fluttuante per polarizzare [ ; jdetto conduttore di gate fluttuante ad un potenziale positivo per permettere a detto primo elettrodo di introdurre elettroni su detto conduttore di gate j fluttuante e per polarizzare detto conduttore di gate fluttuante ad un potenziale pi? negativo per permettere a detto^secondo elettrodo di_rimuovere elettroni da detto conduttore di gate fluttuante; e i un mezzo per isolare ciascuno di detti elettrodi da detto substrato e dagli elettrodi adiacenti.

   '