Способ записи информации в запоминающий элемент на мдп структурах

ПИСАНИ ИДЕТЕЛЬСТ ТОР СИОМ ТУРАХ, основанн ного заряда пут на диэлектрик И л и ц а ю щ и й целью повышения счет увеличения писанной инФорм полнительную ин подачи напряжен транзистора, со 10-2 Кл/см 2, пре заряд в 100-100 В.И(5 Ц (5) СПОСОБ ЗАПИСИ ИНФОРИАЦИИВ ЗАПОМИНЙЛИЙ ЭЛЕМЕНТ НА МДП"СТРУК" Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано при изготовлении запоминающих устройсв на основе транзисторов или емкостей типа МДП (металл-диэлектрик-полупроводник) с двух слойным диэлектриком, в частности ИНОП-типа (металл-нитрид кремния- окись кремния-полупроводник).Известен способ записи инФормации в запоминающий элемент, который заклочается в подаче напряжения, которое создает поле в нитриде кремния 4- 6 мВ/см, а в окисле кремния - 8- 12 мВ/см. При таких полях туннельный ток в окиси кремния значительно больше тока термополевой эмиссии в нитри е кремния, происходит захват электрон в на кулоновских ловушках в нитриде кремния, Ловушкой в диэлектрике на" зывается деФект, имеющий энергию для электрона на 1-2 эВ меньше энергии электрона в зоне проводимости; при этом, если незанятая электроном ловушка заряжена положительно, то такой центр захвата будет кулоновскимс сечением захвата 10. см и иметь-(ъэФФект Френкеля - понижение энергии Яактивации захваченного электрона вовнешнем поле,Накопленный заряд изменяет по- фверхностный потенциал полупроводника С)и тем самым отражает записайную ин- ъФормацию в элементе памяти. Суть Физи Яцеского процесса программированиязаключается в пропускании через ди- (электрики определенного заряда величиной 10Кл/см 2 и менее, Приэтом в силу относительно большого сечения захвата кулоновских ловушек,эФФективность захвата заряда ими велика и почти весь протекающий заряднакапливается на них.По окончании записи заряд, распределеннйй по объему нитрида кремния,начинает растекаться в сторону д о ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТГю изОБРетениям и ОтнРытияпРи Гннт сссР(56) Журнал "Электросерия 3, "Иикроэлектв, 6(84), с. 6-13.Авторское свидетеМ 658599, кл. с 11 С й на инжекции основм подачи напряжения П-транзистора, о тс я тем, цто, с надежности записи за времени хранения звции, осуществляют до екцию заряда путем я на диэлектрик ИОП дающего заряд 1 О-з вышающий основнойраз.3. 101270 полевого электрода и частично - в сторону кремния - записанная инФормация разрушается, Наличие собственного поля Е накопленного заряда умень"шает энергию активации Ес растекания электронов (разрушения инФормации)где Р .- глубина ловушки,Ъ " постоянная Пула-Френкеля,При считывании инФормации на полевой электрод элемента памяти подается напряжение считывания Г 6, дополнительное к собственному 1,. Этоприводит к уменьшению энергйи активациио" Р -(3 е + е (2);щувеличению скорости разрушения инФормции в 50-150 раз, что является недостатком, т,к, приводит к снижению надежности устройств, использующих та кие элементы памяти, С ростом температу;ы скорость )азрушения инФормации экспоненциально возрастает,Наиболее близким, по технической ЗО сущности к данному изобретению является способ записи инФормации, увеличивающий время хранения инФормации основанный на подаче напряжения на диэлектрик и пропускании заряда припредварительном подогреве запоминающего элемента до 20-200"С. Этот способ эФФективен при использовании ИНОП-структур с туннельно-тонким ок)1 слом кремния (порядка 10-30 1,1, по, " 4 Окольку растекание зарлда в них происходит в сторону кремнияПодогрев структуры при записи приводит к тому что инжектированнцй и протекший че"рез ИОП-структуру заряд, распределяется глубже в нитрид кремния даль ше от границы с окислом кремния и,кремния, 8 еличина протекшего зарядапрактически не изменяется, однако за, ряд, захваченный дальше от окислакремния и подложки хранится болеепродолжительное время, так при растекании он переносится к границе окисел кремния - нитрид кремния из глубины пленки китрида кремния и пере- захватывается на ловушках большее число раз, чем, если бы он был расположен ближе к.границе окисел крем" ния-нитрид крения. Последнее обстоя 4 тельство приводит к увеличению времени хранения инФормации.Но этот способ практически трудно реализовать, так как подогрев матричного накопителя из ИНОП-транзистора приводит к понижению помехоустойчивости в режиме программирования, изза уменьшения крутизны ИДП-транзисторов обрамления, увеличения утечекр-и-переходов с ростом температуры на5-8 порядков величины и др. причин.В случае КДГ-элемента с туннельно-толстым окислом кремния (более 34 А) такой способ увеличивает скорость изрушения инФормации, вследствие того, что при подогреве структуры во время записи заряд записывается дальше от кремниевой подложки. Поскольку растекание заояда в таких структурах происходит по направлениюк полевому электроду, то и время хракения его уменьшится пои повышении темпе ратуры, при которой прои сходит запись. Это является недостатком известного способа записи инФормации в запоминающий элемент на ИЛП-транзисторах.Целью изобретения является повышение надежности записи за счет увеличения времени хранения записанной инФормации,Цель достигается тем, что в способе записи инФормации в запоминаю" щий элемент на ИЯП-структурах ос" нованном на инжекции основного заряда путем подачи напряжения на диэлектрик ИРП-транзистора, осуществляют дополнительную инжекцию заряда путем подачи напряжения на диэлектрик ИДП- транзистора, создающего заряд 1 О з = к/см,. превышающий основной за" ряд в 100-1000 раз.Б основе предлагаемого способа записи ле)нит ранее не известное свойство ловушек в диэлектрике типа нитрида кремния захватывать два носите" лл заряда на одну ловушку, Это подтверждает предположение., что ловушки в нитриде кремния имеют природу ЧАР-центров (валентно-переменная пара), При этом в диэлектрике, исполь" зуемом .как запоминающая среда (диэлектрик с ловушками), становятся активными нейтральные ловушки, которые также способны захватывать заряд.Нейтральной ловушкой для электронов называется незаряженный в.:исходном состоянии деФект в диэлектрике, име5 101 ющий энергию для электрона на 1-2 эВ и меньше, цем энергия электрона в зо. не проводимости. Такая ловушка не имеет эФфекта. френкеля . Т.еэнер-. гия активации заряда с нее не зави-. сит от внешнего, поля и равна .энергииловушки. После захвата .электрона нейтральная ловушка становится отрицательно заряженной (для дыроканалогицно). Поскольку.сечение захвата нейтральных ловушек на 2-3 порядка (в 100-1000 раз) меньше, чем укулоновских ловушек, то и эФФективность захвата заряда.ими также меньше. Поэтому необходимо пропустить через диэлектрик заряд на 2-3 порядка больше цтобы получить достаточно большой (соответствующий, например, сдвигу пороговых напряжений ИДП-транзистора около. 3-6 8) заряд, накопленный на нейтральных центрах-ловушках.Для получения возможности пропускания через диэлектрик заряда более 1 О"з - 10-2 Кл/см 2, можно, например, подать напряжение на затвор МДП-транзистора такое, цтобы напряженность поля в нитриде кремния была в 1,3"2 раза больше, цем при известном способе записи, При этом ток через ИДП- транзистор возрастает в 10-100 раз и за время 0,1-30 с можно реализовать условия когда протечет необходимый заряд. При этом если протекший заряд будет меньше 10-з Кл/см 2 (т.е. в 100. раз меньше основного заряда), то доля дополнительного заряда (на нейтральных ловушках, которые захватили заряд) будет мала по сравнению с общим накопленным зарядом и цель не будет достигнута. Если протекший заряд будет больше цем 10-2 Кл/см 2 .(в 1000 раз больше первоначального заряда), то процесс накопления заря-, да на нейтральных ловушках выйдет на насыщение, а в диэлектрике начнут проходить нежелательные явления деградации свойств материалов элемента памяти - запоминающей среды . нитрида кремния и инжектирующего слоя окиси кремния.На Фиг.1 приведен граФик измене- ния порогового напряжения; на Фиг,2- граФик хранения заряда.Пример осуществления способа. Работа проводилась на ИНОП-структуре,. выполненной на полупроводниковой под 2701ложке с нанесенными на нее последовательно слоями двуокиси кремния (50 А)нитрида кремния 380 А и аломиния,До записи инФормационного зарядасостояние логического "0", соответ"ствующее пороговому напряжению транзистора, равно +0,2-0,5 8. После того, как произошла инжекция заряда и10 захват его на кулоновские ловушки(для этого к диэлектрику прикладывали положительное напряжение 23 Вв тецение 5 мс), через диэлект"рик пропускают .заряд в 100-1000 раз15 превышающий основной заряд,На Фиг, 1 приведен граФик изменения порогового напряжения (ось ординат) в ИНОП-структуре (от времени - ось абсцисс). На участке 1(программирование в режиме 1) происходит известный процесс накоплениязаряда на кулоновских ловушках.Как. правило, далее по времени исследования не проводились, сциталось, цто25 участок насыщения И свидетельствуето конце переходных процессов поля"ризации (накопление заряда) ИНОПструктуры, Однако эксперименты показали, цто имеется уцасток 111 (за"30 пись в режиме 111) накопления зарядана нейтральных ловушках.На Фиг.2 приведен граФик хранениязаряда. Без внешнего поля в известномрежиме 1 а, в предлагаемом 2 а. С внешЗ 5 ним полем в известном режиме 1 б, впредлагаемом 26. Виден существЕнныйвыигрыш от предлагаемого способа за- писи с увеличением тока, протекающего через диэлектрик, указанную ве 40 личину протекшего заряда можнодостичь раньше по времени. Это поз"воляет уменьшить время записи. Нап"ример, при применении подсветки по-верхности кремния во время записи4 можно существенно увеличить протека"ющий через ИДП-структуру ток, и существенно (до единиц милисекунд) сократить время записи.В таблице приведены результаты50 сравнения времени хранения инФормации по предлагаемому способу записи иизвестному способу записи в элементпамяти К 558 РР. Время хранения уве"лицивается при температуре 25 С в55 300 раз, а при температуре 75 ОС в120 раз..ь тор О. Орко ректор Л,Ливринц " Техре Ф,Иоргентал аказ 2821 Ти ражНИИПИ Государственного комитета по изобретения113035, Москва, Ж, Раушская одписное крытиям при ГКНТ СС а. 4/5