專利名稱：只讀存儲器單元裝置的編程的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于按權(quán)利要求1的前序部分的只讀存儲器單元裝置編程的方法。
這些也稱為固定值存儲器的或Read-Only-Memory(只讀存儲器)的只讀存儲器在許多電子系統(tǒng)中得到應(yīng)用于數(shù)據(jù)的存儲。在尤其為硅的半導(dǎo)體材料基礎(chǔ)上將這樣的在其上固定寫入數(shù)字形式數(shù)據(jù)的存儲器實(shí)現(xiàn)為集成構(gòu)成的各種硅電路，在這些硅電路中優(yōu)先采用各MOS(金屬氧化物半導(dǎo)體)晶體管作為各存儲器單元。在讀出時(shí)選擇經(jīng)各MOS晶體管的，與一個字線連接的柵電極的各單個存儲器單元。每個MOS晶體管的輸入端是與一個基準(zhǔn)線連接的，輸出端是與一個位線連接的。在讀出過程中評估是否有一電流流過或不流過此晶體管。相應(yīng)地給各存儲的數(shù)據(jù)分配邏輯值零和一。在那些在其中存儲了分配給狀態(tài)“無電流通過晶體管”的邏輯值的存儲器單元中不制作MOS晶體管，或者不實(shí)現(xiàn)通向位線的導(dǎo)電連接，借以從技術(shù)上促使在這些只讀存儲器上存儲零和1。替代地可以對這兩個邏輯值相應(yīng)地實(shí)現(xiàn)各MOS晶體管，這些MOS晶體管通過在溝道區(qū)中的不同的離子注入具有各不同的起始電壓。一種這樣的硅存儲器擁有基本為平面的構(gòu)造，這種構(gòu)造具有每存儲器單元最小的面積需求，這種面積需要在當(dāng)今一微米技術(shù)工藝上產(chǎn)生約為0.14位/μm2的各種典型的存儲密度。
本發(fā)明首先是針對用于制造一次性電可編程只讀存儲器，即所謂OTP存儲器＝One-Time-Programmable-Memory(一次性可編程存儲器)，在這些只讀存儲器上在所有情況下柵極電介層尤其擁有ONO(氧化物氮化物氧化物-譯注)成型材料，但是按原理這種柵極電介層在各多次可編程只讀存儲器上，在所謂的MTP-ROM(多次性可編程只讀存儲器)存儲器上也可以得到應(yīng)用，在這些MTP-ROM存儲器上柵極電介層尤其是具有一種柵極氧化物(

圖1)。
在存儲器單元通過各很高的電壓(例如用已知的Fowler-Nordheim機(jī)理)的編程過程期間，必須保護(hù)各有關(guān)的在單元陣列中矩陣形組織的單元的各相鄰單元。通常通過施加阻斷電壓到應(yīng)受保護(hù)各單元的各位線上和施加保護(hù)電壓到應(yīng)受保護(hù)各單元的各字線上來實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，因此可將這些相鄰單元上的各電壓保持足夠地小。借助于用相應(yīng)的高壓開關(guān)裝備的解碼器進(jìn)行各電壓的輸入。通常在編程過程期間此字解碼器作為(1從n)解碼器工作。在此，此字解碼器連接帶有較高的編程電壓的導(dǎo)線，此時(shí)所有其余的解碼器輸出端保持在保護(hù)電壓上。在編程過程期間位解碼器同樣地作為(1從n)解碼器工作。該解碼器將一導(dǎo)線與機(jī)殼電位連接，此時(shí)其余各位線保持在阻斷電位上。阻斷解碼器典型地作為(n-1從n)解碼器工作，并且將所有的在其上無信息值應(yīng)編程的位線與阻斷電位連接。由此位解碼器將這一個剩下的導(dǎo)線保持在機(jī)殼電位上。用于OTP存儲器編程的迄今已知的各方法要求比較昂貴的各解碼器電路，并且還是比較慢的。
從US專利文獻(xiàn)4,858,194中公開了一種不易失的半導(dǎo)體存儲器，在此半導(dǎo)體存儲器上在寫入前將各位線和各字線預(yù)充電到一個固定的阻斷電壓上，并且在寫入時(shí)才將所屬的位線和所屬的字線施加到各自的，取決于寫入信息的電位上。
基于本發(fā)明的任務(wù)在于，提供一種用于制作或編程一種基于半導(dǎo)體上的只讀存儲器裝置，尤其是一種OTP只讀存儲器的方法供支配，這種方法提供解碼器的電路技術(shù)方面的簡化和同時(shí)加速編程過程。
按本發(fā)明此任務(wù)是如下解決的，即安排了在存儲器單元陣列中的各應(yīng)編程的信息值動態(tài)地預(yù)存或暫存。按本發(fā)明的這種動態(tài)暫存法能使得大大簡化涉及編程的各解碼器電路和同時(shí)明顯加速編程過程。
在按本發(fā)明的特別優(yōu)先的方法中用以下的順序?qū)嵤┫铝懈鞑襟Ea)經(jīng)阻斷解碼器將所有的位線預(yù)充電到阻斷電位(VB)上，b)將字解碼器的所有輸出端施加到保護(hù)電壓(VS)上，由此該單元陣列的所有存儲器單元成為導(dǎo)電的，并且將阻斷電位傳輸?shù)秸麄€單元陣列中，c)將阻斷解碼器完全從單元陣列分開，由此該阻斷電位(VB)保持存儲在各位線(BL)的全部的電容上，d)接通位解碼器并且此位解碼器將一位線與含有應(yīng)編程信息值的線連接，在此將該信息值傳輸?shù)酱宋痪€上，e)經(jīng)字解碼器選出一個字線并且施加到編程電位(VP)上，在此字線與先前選出的位線的交叉點(diǎn)上編程此存儲器單元，f)最后斷開字解碼器和位解碼器。
從各從屬權(quán)利要求產(chǎn)生本發(fā)明的其它合理的進(jìn)一步發(fā)展。
以下用圖中所示的實(shí)施例進(jìn)一步闡述本發(fā)明。在各細(xì)節(jié)上各示意圖展示的圖1為一個OTP存儲器單元的示意圖；圖2A為單元陣列的示意圖，此單元陣列帶有用于說明在單元編程時(shí)單元陣列中各電壓的解碼器電路圖；圖2B為圖2A的各單元的概況圖；圖3A為一個(1從8)解碼器的，NAND(與非)解碼器的或串聯(lián)解碼器的示意圖；圖3B為一個(7從8)解碼器的，NOR(或非)解碼器的或并聯(lián)解碼器的示意圖；圖4A為一個帶有解碼控制的單個開關(guān)的示意圖；圖4B為一個帶有控制的集合開關(guān)的示意圖；圖5為帶各MOS晶體管的存儲器陣列的原理性構(gòu)造的示意圖；圖6為用于說明在按圖5的存儲器陣列上的編程過程的示意曲線圖；圖7為在暫存阻斷電位時(shí)一分段存儲器中的，在一編程循環(huán)中編程的單元數(shù)目；圖8為在每段暫存1位時(shí)一分段存儲器中的，在一編程循環(huán)中編程的單元數(shù)目；圖9為在每段暫存1行時(shí)一分段存儲器中的，在一編程循環(huán)編程的單元數(shù)目。
由于在電可編程和可擦半導(dǎo)體存儲器上可特別有利地應(yīng)用按本發(fā)明的測試電路，以下詳述的這些實(shí)施例全部涉及電可編程的和可擦的，帶有OTP(一次性可編程的)或MTP(多次性可編程的)存儲器單元的半導(dǎo)體存儲器。
圖1中示意地表示了只讀存儲器的一單個存儲器單元7，此存儲器單元擁有一個控制電極1，一個不受電位約束的電極2，一個漏電極3和一個源電極4。此不受電位約束的電極2是由一絕緣層5包圍的。此控制電極1是電耦合在分配給位于此存儲器單元7之上的行的字線WL上的，此漏電極3是電耦合在分配給位于此存儲器單元7之上的列的位線BL上的。各存儲器單元的這些源極接頭4是互相耦合的，并且位于一個共同的可確定的電位上。這種存儲器單元以實(shí)際上眾所周知的方式如下來工作。不受電位約束的電極2的帶電和不帶電狀態(tài)相當(dāng)于存儲器單元7的兩種狀態(tài)。用將一個相對于漏電極3的正高電壓施加到控制極1的辦法，將電荷注入不受電位約束的電極2以用于編程。正高電壓的值典型地約位于+12伏。為了清除從不受電位約束的電極2除去各電子，或者用相當(dāng)于漏電極3的負(fù)高電壓施加到控制電極1上的辦法，將各空穴注入到不受電位約束的電極2，此負(fù)高電壓值典型的約為-12伏。這些從絕對值方面超過供電電壓的電壓是必要的，以便克服由絕緣層5建立的勢壘?；诟叩碾妶鰪?qiáng)度這些電子能夠隧道穿透各絕緣層的勢壘(“Fowler-Nordheim效應(yīng)”)，或者在漏電極附近形成的各熱電子能克服此絕緣層(“Channel-Hot-Elektron-Effekt溝道熱電子效應(yīng)”)。為了讀出在控制電極1和漏電極3之間施加一個約為4伏的正電壓，然而此正電壓不足以改變不受電位約束的電極2的電荷狀態(tài)。
為了更好地理解本發(fā)明方法，首先闡述迄今曾如何解決基于本發(fā)明的技術(shù)問題。為此圖2A展示單元陣列的原理性控制，在此在一個單元的編程時(shí)單元陣列中的各電壓意味著VL＝讀出選擇電位(4伏)VP＝編程電位(12伏)VM＝機(jī)殼電位(0伏)VS＝保護(hù)電位(8伏)VB＝阻斷電位(4伏)這些不同表示的單元按圖2B有以下含義Z0＝應(yīng)編程的單元(12V-0V＝12V)Z1＝在高電位上加載的單元(12V-4V＝8V)Z2＝在低電位上加載的單元(8V-0V＝8V)Z3＝不加載的單元(8V-4V＝4V)字解碼器通常位于單元陣列之外。在此能夠通過受控的反向，將功能(1從n)經(jīng)一個EXOR(異或)門電路轉(zhuǎn)換為一個(n-1從n)功能INV(1從n)＝(n-1從n)在受控的反向時(shí)適用
y＝EXOR(W，x)y＝/x對于W＝1y＝x對于W＝0位解碼器和阻斷解碼器大多位于單元陣列中。這里只能實(shí)現(xiàn)一種功能，要么帶有NAND(與非)解碼器(串聯(lián)開關(guān))的功能(1從n)(示意地表示在圖3A中)，要么帶有NOR(或非)解碼器(并聯(lián)開關(guān))的功能(n-1從n)(示意地表示在圖3B中)。如果象在上述的位解碼器和阻斷解碼器上那樣需要兩種功能的話，則必須通過各單個開關(guān)代替兩個解碼器中的一個，由解碼的各信號控制這些單個開關(guān)(圖4A)。這些單個開關(guān)是很占地方的。
在按本發(fā)明的編程之前對于單元陣列中的動態(tài)暫存方法有利的是a)在單元陣列中的各字線WL和各位線BL之間的各小的電容耦合。
b)在單元陣列中的各解碼器的各地址線和各位線之間的各小的電容耦合。
c)單元陣列中一個單元編程用小電荷需求。
d)各位線之間的和通向襯底的小的漏泄電流(意即在各位線之間無存儲器單元)。
通過遵守這些前提可防止，通過對各解碼器的控制而出現(xiàn)在各位線上的各種干擾顯著地改變單元陣列的各位線上所存儲的電平。
例如由帶有作為按圖5的單元的MOS晶體管的存儲器可滿足這些前提，在這些存儲器上信息是通過各MOS晶體管的各不同的閾電壓存儲的。通過由各隧道電流在柵極絕緣層(例如ONO)中存入各電荷來達(dá)到這些不同的閾電壓。
動態(tài)暫存的最簡單形式在于，在各位線BL上容性地存儲此阻斷電位VB，在這些位線上沒有單元要編程。根據(jù)圖6這個過程如下進(jìn)行a)經(jīng)阻斷解碼器將所有的位線BL預(yù)充電到阻斷電位。在此期間此位解碼器完全地，意即在單元陣列的所有線BL上阻斷。
b)將所有的字解碼器輸出端施加在保護(hù)電壓(VS)上，以便單元陣列中的所有存儲器單元成為導(dǎo)電的，并具將阻斷電位傳輸?shù)秸麄€單元陣列中。
c)將阻斷解碼器完全從單元陣列分開?，F(xiàn)在阻斷電位(VB)保持存儲在各位線(BL)的所有電容上。
d)接通位解碼器并且此位解碼器將一個位線與含有應(yīng)編程信息值的線連接。將此信息值傳輸?shù)轿痪€上(“1”＝VB，“0”＝VM)。
e)作為最后的經(jīng)字解碼器選出一個字線WL并且施加到編程電壓VP上。在該字線WL與先前選出的位線BL的交叉點(diǎn)上編程此單元。
f)最后斷開字解碼器和位解碼器。
在編程過程中因此已將信息靜態(tài)地輸送給單元陣列，并且僅將阻斷電位存儲在各位線中。由于在此方法中僅利用阻斷解碼器于所有位線的預(yù)充電，并且不再需要解碼器功能，可以通過按圖4B的一種簡單的開關(guān)系列代替此阻斷解碼器，這導(dǎo)致顯著的面積節(jié)約。
通過該措施還達(dá)不到編程過程的加速和不需編程的各單元的加載負(fù)荷的減少，即使當(dāng)單元陣列是按圖7的示意圖分段時(shí)也達(dá)不到。
當(dāng)除了阻斷電位之外也還按圖8的示意圖將應(yīng)編程的信息值暫存在各位線BL上，人們則獲得各編程時(shí)間和加載循環(huán)的進(jìn)一步縮短。此過程如下地進(jìn)行首先各步驟a)至d)是如先前那樣同樣地描述的。
e)這些位解碼器只是各自有通向一個存儲道(Spur)的通道。
在將信息傳輸?shù)揭粋€存儲道的各段中之后重新分開這些位解碼器。該存儲道的這些段因此不僅容性地存儲此阻斷電壓，而且也儲存信息。
f)將下一個存儲道的信息輸送給存儲器。隨即接通該存儲道的位解碼器。此信息到達(dá)此存儲道中并且暫存在那里。隨后重新分開此位解碼器。
g)將步驟f)一直重復(fù)到在所有段中的所有存儲道中應(yīng)編程的信息各自暫存在一個位線上時(shí)為止。
h)現(xiàn)在才經(jīng)字解碼器選出一個字線，并且施加到編程電位(VP)上。此字線到達(dá)所有的存儲道上，使得在所有存儲道的每個段中編程一個位。
i)在編程時(shí)間結(jié)束之后重新斷開字解碼器。
通過大量平行編程的單元，編程循環(huán)的數(shù)目減少到每段的單元數(shù)目。將各未編程單元的加載循環(huán)的數(shù)目減小到列的數(shù)目加上一個段中行的數(shù)目(與此相反，在迄今的解決辦法中曾是加載循環(huán)的數(shù)目＝應(yīng)編程單元的數(shù))。
用于縮短整個存儲器用的編程時(shí)間的另一個步驟在于，在各段的這些位線中預(yù)存儲應(yīng)編程各信息值的各整個行。在圖9中示意地說明了這一點(diǎn)。此過程如下地進(jìn)行首先各步驟a)至g)如前面那樣同樣地描述。
i一旦在所有存儲道的所有段中存儲了一個位，則變換此位地址和重新在此第一存儲道中開始存儲第二個位。
j)人們一直重復(fù)此過程到在所有存儲道中的每個段中各自預(yù)存儲了應(yīng)編程信息的一個行時(shí)為止。
k)在此之后才經(jīng)字解碼器選出一個字線，并且施加編程電位(VP)。此字線到達(dá)所有的存儲道上，使得在所有存儲道的每個段中編程一個行。
1)在編程時(shí)間結(jié)束之后重新斷開該字解碼器。
進(jìn)一步提高了平行編程單元的數(shù)。編程循環(huán)的數(shù)相應(yīng)地減小到段中行的數(shù)目。未編程單元的加載循環(huán)的數(shù)同樣降到段中各行的數(shù)目。
權(quán)利要求
1.用于編程只讀存儲器單元裝置的方法，這個只讀存儲器單元裝置的各存儲器單元在各單元陣列中是按矩陣形式以各字線和位線組織的，在此借助用機(jī)殼電位(VM)加電壓的位解碼器和借助用阻斷電位(VB)給各位線加電壓的阻斷解碼器控制這些位線，并且借助用編程電壓(VP)或保護(hù)電壓(VS)給各字線加電壓的字解碼器控制這些字線，其特征在于，在單元陣列中預(yù)存儲應(yīng)編程的信息值。
2.按權(quán)利要求1的方法，其特征在于以下各步驟a)經(jīng)阻斷解碼器將所有位線預(yù)充電到阻斷電位(VB)上；b)將字解碼器的所有輸出端施加到保護(hù)電壓(VS)上，由此該單元陣列的所有存儲器單元成為導(dǎo)電的，并且將阻斷電位傳輸?shù)秸麄€單元陣列中，c)將阻斷解碼器完全從單元陣列分開，由此該阻斷電位(VB)保持存儲在各位線(VB)的所有電容上，d)接通位解碼器和此位解碼器將一個位線與含有應(yīng)編程信息值的線連接，在此將該信息值傳輸?shù)酱宋痪€上，e)經(jīng)字解碼器選出一個字線和施加到編程電位(VP)上，在此字線與先前選出的位線的交叉點(diǎn)上編程此存儲器單元，f)最后斷開字解碼器和位解碼器。
3.按權(quán)利要求2的方法，其特征在于以下的其它各步驟g)在將信息值傳輸?shù)絾卧嚵械囊淮鎯Φ赖母鞫沃兄笾匦路珠_這些位解碼器，由此該存儲道的各段不僅容性地存儲阻斷電壓(VB)，而且也存儲所傳輸?shù)男畔⒅?，h)將下一個存儲道的信息值輸送給單元陣列，隨后接通該下一個存儲道的位解碼器，由此此信息值到達(dá)此下一個存儲道中，并且暫存在那里，以及隨后重新分開該位解碼器，i)此步驟h)一直重復(fù)到在單元陣列的所有段中的所有存儲道中每次將應(yīng)編程的信息值暫存在一個位線上時(shí)為止，j)隨在此后，經(jīng)字解碼器選出一個字線和施加到編程電壓(VP)上。
4.按權(quán)利要求3的方法，其特征在于以下的步驟a)在編程時(shí)間結(jié)束之后重新斷開字解碼器。
5.按權(quán)利要求3的方法，其特征在于這些其它步驟b)一旦在單元陣列的所有存儲道的所有段中存儲了信息值，則變換此位地址和重新在第一存儲道中開始存儲下一個信息值；c)在步驟1)之后的過程一直重復(fù)到在單元陣列的所有存儲道中的每個段中每次預(yù)存儲了應(yīng)編程信息值的一個字線時(shí)為止，d)在此之后經(jīng)字解碼器選出一個字線，并且施加到編程電位(VP)上，e)在編程時(shí)間結(jié)束之后重新斷開字解碼器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于編程只讀存儲器單元裝置的方法,此只讀存儲器單元裝置的各存儲器單元在各單元陣列中是按矩陣形式以各字線和位線組織的,在此借助用機(jī)殼電位(VM)加電壓的位解碼器和借助用阻斷電位(VB)給各位線加電壓的阻斷解碼器控制這些位線,并且借助用編程電壓(VP)或保護(hù)電壓(VS)給各字線加電壓的字解碼器控制這些字線。將應(yīng)編程的信息值預(yù)存儲在單元陣列中。
文檔編號G11C16/06GK1229993SQ9910408
公開日1999年9月29日 申請日期1999年3月23日 優(yōu)先權(quán)日1998年3月23日
發(fā)明者P·W·馮巴瑟, R·特韋斯, M·波爾魯, D·施米特－朗德斯德爾 申請人:西門子公司