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DE3002492A1 - NON-SELF-EXTINGUISHING STORAGE DEVICE AND METHOD FOR OPERATING THIS DEVICE - Google Patents

NON-SELF-EXTINGUISHING STORAGE DEVICE AND METHOD FOR OPERATING THIS DEVICE

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Publication number
DE3002492A1
DE3002492A1 DE19803002492 DE3002492A DE3002492A1 DE 3002492 A1 DE3002492 A1 DE 3002492A1 DE 19803002492 DE19803002492 DE 19803002492 DE 3002492 A DE3002492 A DE 3002492A DE 3002492 A1 DE3002492 A1 DE 3002492A1
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DE
Germany
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self
erasing
floating gate
memory cell
memory
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Application number
DE19803002492
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German (de)
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DE3002492C2 (en
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Richard Thomas Simko
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xicor LLC
Original Assignee
Xicor LLC
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Publication date
Priority claimed from US06/006,029 external-priority patent/US4300212A/en
Application filed by Xicor LLC filed Critical Xicor LLC
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Description

Nicht selbstlöschende Speichereinrichtung und Verfahren zum Betrieb dieser Einrichtung.Non-self-erasing memory device and method of operating that device .

Die vorliegende Erfindung betrifft hauptsächlich das Feld der MOS-RAM-Speichersysteme und insbesondere neue statische RAM-Systeme, die,ein Kreiselement mit einem integrieten Floating-Gate beinhalten. Die Abkürzung "MOS" ergibt sich aus dem Begriff "metal-oxid-semiconductor". Die Abkürzung "-.RAM" wurde aus dem Begriff "random access memory" abgeleitet.The present invention relates primarily to the field of MOS RAM memory systems and, more particularly, to new static RAM systems, die, a circular element with an integrated floating gate include. The abbreviation "MOS" results from the term "metal-oxide-semiconductor". The abbreviation "-.RAM" was derived from the term "random access memory".

Viele statische RAM-Anordnungen verwenden bistabile Halbleiterkreise, wie beispielsweise Flip-Flop-Kreise,als Speicherzellen zum Speichern von binären Daten ("1" und "0"). Um in solchen statischen Speicherzellen Informationen zu speichern,muß ein elektrischer Strom aus einer elektrischen Versorgungsquelle fortwährend in einem der beiden kreuzgekoppelten Kreiszweige fließen und im Vergleich dazu von dem anderenMany static RAM arrangements use bistable semiconductor circuits, such as flip-flop circles, as memory cells for storing binary data ("1" and "0"). To be in such Static memory cells to store information must have an electrical current from an electrical supply source continuously in one of the two cross-coupled Circular branches flow and, in comparison, from the other

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Zweiggetrennt sein. Zwei (binäre) unterscheidbare Speicherzustände zur Informationsspeicherung werden dadurch geschaffen/ die davon abhängen, welcher Zweig leitet und welcher Zweig nicht leitend ist. Solche Halbleiterspeicherzellen werden daher als "flüchtig" bzw. selbstlöschend bezeichnet, weil, wenn die elektrische Leistung bzw. die Versorgungsspannung entfernt wird, der den Speicherzustand unterscheidende Strom in dem stromführenden Zweig zu fließen aufhört, und weil daher die Information in dieser Zelle verloren geht. Dieses Selbstlöschen stellt einen wesentlichen Nachteil von herkömmlichen Speichersystemen dar und es wurden beträchtliche Anstrengungen unternommen, um Kreiselemente und Strukturen zu entwickeln, mit denen erreicht werden kann, daß Halbleiterkreise nicht selbstlöschend wirken, wenn die Versorgungsspannung entfernt wird. Im folgenden werden hierfür beispielhafte Veröffentlichungen angeführt:Be separate from branches. Two (binary) distinguishable memory states for information storage are thereby created / which depend on which branch is leading and which Branch is not conductive. Such semiconductor memory cells are therefore referred to as "volatile" or self-extinguishing because when the electrical power or the supply voltage is removed becomes, the current discriminating the memory state stops flowing in the current-carrying branch, and therefore because the Information in this cell is lost. This self-erasing is a major disadvantage of conventional ones Storage systems and considerable efforts have been made to develop circular elements and structures with which it can be achieved that semiconductor circuits do not have a self-extinguishing effect when the supply voltage is removed will. Examples of publications are listed below:

E. Harari, et.al, "A 256-Bit Nonvolatile Static RAM", 1978 IEEE International Solid State Circuits Conference Digest, s. 108-109; F. Berenga, et al. "E2-PROM TV Synthesizer", 1978 IEEE International Solid State Circuit Conference Digest,E. Harari, et al, "A 256-Bit Nonvolatile Static RAM", 1978 IEEE International Solid State Circuits Conference Digest, pp. 108-109; F. Berenga, et al. "E 2 -PROM TV Synthesizer", 1978 IEEE International Solid State Circuit Conference Digest,

S. 196-197; M. Hörne et al., "A Military Grade 1024-bit Nonvolatile Semiconductor RAM", IEEE Trans. Electron Devices, VoI. ED-25, No. 8, (1978), S. 1061-1065; Y. Uchida, et al., "1K Nonvolatile Semiconductor Read/Write RAM", IEEE Trans. Electron Devices, Vol. ED-25, No. 8,(1978), S. 1065-1070; D. Frohmann,"A Fully-Decoded 2048-Bit Electrically programmable MOS-ROM", 1971 IEEE International Solid State Circuits Conference Digest, S. 80-81; US Patent No. 3 660 819; US Patent No. 4 099 196; US Patent No. 4 500 142, Dimaria et al., 0 "Interface Effects and High Conductivity in Oxides Grown from Polycrystalline Silicon", Applied Phys. letters (1975), S. 505-507; R.M. Anderson, et al., "Evidence for Surface Asperity Mechanism of Conductivity in Oxide Grown on Polycrystalline Silicon", J. of Appl. Phys., Vol. 48, No. 11 (1977), S. 4834-4836.Pp. 196-197; M. Hörne et al., "A Military Grade 1024-bit Nonvolatile Semiconductor RAM ", IEEE Trans. Electron Devices, VoI. ED-25, No. 8, (1978), pp. 1061-1065; Y. Uchida, et al., "1K Nonvolatile Semiconductor Read / Write RAM," IEEE Trans. Electron Devices, Vol. ED-25, No. 8, (1978), pp. 1065-1070; D. Frohmann, "A Fully-Decoded 2048-Bit Electrically Programmable MOS-ROM ", 1971 IEEE International Solid State Circuits Conference Digest, pp. 80-81; US Patent No. 3,660,819; US Patent No. 4,099 196; US Patent No. 4,500 142, Dimaria et al., 0. "Interface Effects and High Conductivity in Oxides Grown from Polycrystalline Silicon ", Applied Phys. letters (1975), pp. 505-507; R.M. Anderson, et al.," Evidence for Surface Asperity Mechanism of Conductivity in Oxide Grown on Polycrystalline Silicon ", J. of Appl. Phys., Vol. 48, No. 11 (1977), pp. 4834-4836.

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Einrichtungen, die auf einer Struktur mit einem MOS-Floating-Gate basieren, werden herkömmlicherweise für Systeme verwendet, die Daten über einen verlängerten Zeitraum beibehalten können. Bei einem Floating-Gate handelt es sich um eine Insel aus leitenden Material, die von dem Substrat elektrisch isoliert ist, aber mit dem Substrat kapazitiv gekoppelt ist. Diese Insel bildet das Gate eines MOS-Transistors. In Abhängigkeit von dem Vorhandensein oder dem Fehlen von Ladung an diesem Floating-Gate wird der MOS-Transistor leitend ("ein") oder nicht leitend ("aus") und bildet so die Grundlage zur Speicherung von binären "V- oder "0"-Daten durch eine Speichereinrichtung. Dabei entsprechen diese Daten der Anwesenheit oder dem Fehlen der Ladung des Floating-Gates. Es sind zahlreiche Einrichtungen zum Anlegen von Signal-Facilities on a structure with a MOS floating gate are traditionally used for systems that retain data over an extended period of time can. A floating gate is an island of conductive material that rests on the substrate is electrically isolated but capacitively coupled to the substrate. This island forms the gate of a MOS transistor. Depending on the presence or absence of charge on this floating gate, the MOS transistor conductive ("on") or non-conductive ("off") and thus forms the basis for storing binary "V" or "0" data by a storage device. This data corresponds to the presence or absence of the charge on the floating gate. There are numerous facilities for creating signal

15. ladung an das Floating-Gate und zum Entfernen der Signalladung von dem Floating-Gate bekannt. Wenn sich einmal eine Ladung an dem Gate befindet, bleibt sie permanent bzw. dauerhaft eingefangen, weil das Floating-Gate vollkommen von einem isolierenden Material umgeben ist, das in bezug auf eine Entladung des Floating-Gates als Barriere wirkt. Ladung kann dadurch auf das Floating-Gate aufgebracht werden, daß eine "heißs" bzw. spannungsführende Elektroneninjektion und/oder Tunnelmechanismen angewendet werden. Ladung kann dadurch von dem Floating-Gate entfernt werden, daß dieses einer Strahlung (UV-Licht, Röntgenstrahlung) ausgesetzt wird, daß eine Lawineninjektion zur Wirkung gelangt oder daß sogenannte Tunneleffekte angewendet werden. Der Ausdruck "Tunneln" wird hier im breitesten Sinne verwendet, so daß auch axe Emission eines Elektrons von der Oberfläche eines Leiters in einen . benachbarten Isolator durch die Energiebarriere eingeschlossen ist.15. Charge to the floating gate and remove the signal charge known from the floating gate. Once there is a charge on the gate, it remains permanent trapped because the floating gate is completely surrounded by an insulating material which, with respect to a discharge of the floating gate acts as a barrier. Charge can be applied to the floating gate in that a "hot" or live electron injection and / or tunnel mechanisms can be used. This allows cargo to be transported from the floating gate are removed so that it is exposed to radiation (UV light, X-rays) that a Avalanche injection comes into effect or that so-called tunnel effects are used. The term "tunneling" is used used here in the broadest sense, so that also ax emission of an electron from the surface of a conductor into a . adjacent insulator is enclosed by the energy barrier.

Es sind nicht selbstlöschende,statische RAM-Speicher bekannt, die ein nicht selbstlöschendes Element mit einem Floating-GateStatic RAM memories that are not self-erasing are known to be which is a non-self-extinguishing element with a floating gate

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aufweisen, bei dem ein sehr dünnes Gate-Oxid zur Anwendung gelangt. Solche Einrichtungen weisen jedoch eine Anzahl von Nachteilen auf. Die Ladung wird in zwei Richtungen zu einem Element mit einem Floating-Gate und von einem Element mit einem Floating-Gate durch ein relativ dünnes, (50 bis 200 A) Oxid getunnelt, dessen zuverlässige Herstellung mit einer angemessenen Integrität schwierig sein kann. Weil das sehr dünne Oxid eine Tunnelung in zwei Richtungen ermöglicht, kann die nicht selbstlöschende RAM-Zelle möglichen Störungen ausgesetzt sein, die bewirken, daß die Inhalte des Speichers verloren gehen. Insbesondere können solche Probleme Beschränkungen in der Anzahl der Lesezyklen und Störungen in den Speicherinhalten einer Zelle beinhalten, die durch den Betrieb benachbarter Zellen verursacht werden. Andere nicht selbstlöschende RAM-Vorrichtungen verwenden keine Floating-Gates , sondern eine MNOS-Struktur (Metall-Nitrid-Oxid-Semikonductor), bei der Ladung an der Grenze zwischen einer Siliziumnitrid und einer Siliziumdioxid-Schicht zurückgehalten wird. Solche MNOS-Einrichtungen sind jedoch auch Störungen unterworfen,in which a very thin gate oxide is used. However, such devices have a number of Disadvantages. The charge is bidirectional to an element with a floating gate and from an element with a floating gate tunneled through a relatively thin, (50 to 200 A) oxide, its reliable manufacture with a reasonable Integrity can be difficult. Because the very thin oxide allows tunneling in two directions, the non-self-erasing RAM cell may be exposed to malfunctions that cause the contents of the memory to be lost walk. In particular, such problems can include limitations in the number of read cycles and disturbances in the memory contents of a cell caused by the operation of neighboring cells. Other non-self-erasing RAM devices do not use floating gates, but an MNOS structure (metal-nitride-oxide-semiconductor) in which Charge is retained at the boundary between a silicon nitride and a silicon dioxide layer. Such However, MNOS facilities are also subject to disturbances,

2Z die nicht nur die Schreibzyklen , sondern auch die Lesezyklen begrenzen. Diese Störungen begrenzen den weitverbreiteten Einsatz von MNOS-Einrichtungen.2 Z which not only limit the write cycles, but also the read cycles. These disturbances limit the widespread use of MNOS devices.

Es ist wünschenswert, ein nicht selbstlöschendes Element an 2Ξ einem RAM-Kreis anzukoppeln, um eine NichtselbstlöschungIt is desirable to couple a non-self-erasing element to 2Ξ a RAM circuit in order to prevent self-erasing

in einer Halbleiterspeicheranordnung zu bewirken. Bekannte angekoppelte Einrichtungen weisen jedoch zahlreiche wesentliche Nachteile auf. Beispielsweise kann ein solches Ankoppeln dadurch ausgeführt werden, daß ein Ungleichgewicht 3Z des Leitwerts eingeführt wird, der durch das nicht selbstlöschende Element direkt zwischen den beiden Zweigen einer kreuzgekoppelten statischen RAM-Zelle bewirkt wird. Ein solches Ungleichgewicht des Leitwerts verursacht, daß die statische,to effect in a semiconductor memory device. However, known coupled devices have numerous significant disadvantages. For example, such a coupling can be carried out in that an imbalance 3 Z of the conductance is introduced, which is caused by the non-self-extinguishing element directly between the two branches of a cross-coupled static RAM cell. Such an imbalance in the conductance causes the static,

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kreuzgekoppelte RAM-Zelle einen verstezten Gleichstrom führt, der überwunden werden muß, wenn die Zelle im normalen RAM-Betrieb arbeitet. Solche Ungleichgewichte können dazu führen, daß für den gesamten Speicherkreis Randstörungen beim Schreiben und Lesen eintreten. Außerdem führen solche Grenzstörungen zu Herstellungsbegrenzungen und Prüfproblemen„Cross-coupled RAM cell carries an increased direct current, which must be overcome if the cell is in normal RAM operation is working. Such imbalances can lead to edge disturbances when writing and for the entire memory circuit Reading enter. In addition, such boundary disturbances lead to manufacturing limitations and testing problems "

Ein weiterer bedeutender Faktor in bezug auf das Ankoppeln der nicht selbstlöschenden Elemente an statische RAM-Zellen besteht darin, dem Aufbau der Einrichtung eine Kompaktheit und Einfachheit zu verleihen, da diese Faktoren die Größe und die Kosten des Kreises beeinträchtigen. Bekannte Interfacesysteme neigen unvorteilhafterweise dazu, daß sie ein komplexes Interface in bezug auf die Steuersignale und eigene Transistoren erfordern, was zu einer beträchtlichen Größe von nicht selbstlöschenden statischen RAM-Kreisen und dementsprechend hohen Kosten geführt hat.Another important factor relating to the coupling of the non-self-erasing elements to static RAM cells is to give a compactness and simplicity to the structure of the device, since these factors the size and affect the cost of the district. Known interface systems disadvantageously tend to be complex Interface in relation to the control signals and their own transistors require, resulting in a considerable size of not self-erasing static RAM circuits and correspondingly high costs.

Zahlreiche bekannte nicht selbstlöschende statische RAM-Einrichtungen neigen ebenfalls dazu, daß sie den Nachteil hoher Stromanforderungen und hoher Betriebsspannungen aufweisen. Diese Anforderungen setzen der Leistung und der Geschwindigkeit für die Einrichtung Grenzen und komplizieren den Aufbau des Kreises. Zahlreiche bekannte nicht selbstlöschende statische RAM-Einrichtungen verwenden das Halbleitersubstrat als das Hauptelement beim Programmieren der nicht selbstlöschenden Speicherkomponenten, was das Anlegen von hohen Spannungen an die Versorgungsleitung des RAM einschließen kann, um in dem nicht selbstlöschenden Element speichern zu können, so daß es schwierig wird, den Aufbau und den Herstellungsprozeß der RAM-Zelle von dem Aufbau und dem Herstellungsproze.ß des nicht selbstlöschenden Elements unabhängig zu optimieren und zu trennen. Wenn außerdem in dem nicht selbstlöschenden Speicherelement enthaltene Daten an die RAM-Zeile abgerufen werden , können diese Daten an die RAM-Zelle in einer komplementären Form oder in einem ent-Numerous known non-self-erasing static RAM devices also tend to suffer from high current requirements and high operating voltages. These requirements place limits and complicate the performance and speed for the facility building the circle. Numerous known non-self-erasing static RAM devices use the semiconductor substrate as the main element in programming the non-self-erasing memory components, which is creating of high voltages on the supply line of the RAM to include in the non-self-erasing element to be able to store, so that it becomes difficult to understand the structure and the manufacturing process of the RAM cell from the structure and to optimize and separate the manufacturing process of the non-self-extinguishing element independently. In addition, if in The data contained in the non-self-erasing memory element is called up to the RAM line, this data can be sent to the RAM cell in a complementary form or in a different

gegengesetzten Zustand gegenüber dem Zustand, mit dem sie ursprünglich in das nicht selbstlöschende Element eingeschrieben wurden, angelegt werden. Wenn daher eine binäre "O" , die durch einen leitenden ersten Zweig und einen nicht leitenden zweiten Zweig einer solchen herkömmlichen Flip-Flop-RAM-Zelle dargestellt wird, in das nicht selbstlöschende Element geschrieben und nachfolgend an die RAM-Zelle zurückgeschrieben wird, wird der erste Zweig der RAM-Zelle nicht leitend und der zweite Zweig leitend, was der Darstellung einer binären "1" entspricht. Dieser "Abruf in der komplementären Form anstatt einem direkten Abruf in der echten Form stellt einen wesentlichen Nachteil dar, dem durch eigene Kreise begegnet werden muß oder dem der Benutzer des Speichersystems in anderer Weise Rechnung tragen muß. 15opposite state to the state with which it was originally written in the non-self-erasing element have been created. Therefore if a binary "O" passed through a conductive first branch and a non-conductive second branch of such a conventional flip-flop RAM cell is shown in the non-self-erasing Element is written and subsequently written back to the RAM cell, the first branch of the RAM cell will not conductive and the second branch conductive, which corresponds to the representation of a binary "1". This "retrieval in the complementary Form instead of direct retrieval in the real form represents a major disadvantage, that of one's own circles must be countered or which the user of the storage system must take into account in another way. 15th

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, verbesserte nicht selbstlöschende statische Speicherzellen mit wahlfreiem Zugriff und Speichereinrichtungen anzugeben. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, nicht selbstlöschende statische RAM-Einrichtungen und Speicheranordnungen solcher Einrichtungen anzugeben, die bezüglich des Leitwerts oder des Gleichstroms ausgeglichen sind, und die den statischen RAM-Zellen bei der Koppelbeziehung zwischen statischen RAM-Zellen und nicht selbstlöschenden Komponenten der Zellen ein kapazitives oder dynamisches Ungleichgewicht verleihen können. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, nicht selbstlöschende statische Speicherzellen und Einrichtungen mit wahlfreiem Zugriff anzugeben, bei denen ein statischer RAM-Teil und ein nicht selbstlöschender Teil der Speicherzelle voneinander getrennt optimiert werden können. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine kompakte, in hohem Maße dichtgedrängte, nicht selbstlöschende, statische RAM-Zelle anzugeben, die relativ einfach und niaht teuer herzustellen ist. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden ErfindungIt is therefore an object of the present invention to provide improved, non-self-erasing static memory cells with random access and storage facilities. Another object of the present invention is to non-self-erasing static RAM devices and memory arrangements specify such devices that are balanced in terms of conductance or direct current, and the static RAM cells in the coupling relationship between static RAM cells and non-self-erasing ones Components of the cells can impart a capacitive or dynamic imbalance. Another task of the present invention is non-self-erasing static memory cells and devices with random Specify access in which a static RAM part and a non-self-erasing part of the memory cell are separated from each other can be optimized separately. Another object of the present invention is to provide a compact, highly Dimensions of densely packed, non-self-extinguishing, static RAM cell that is relatively simple and not expensive to manufacture is. Another object of the present invention

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besteht darin, ein nicht selbstlöschendes,statisches RAM anzugeben, das während dem Programmieren im wesentlichen keinen Gleichstrom aus der Versorgungsquelle mit der hohen Spannung zieht.
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is to provide a non-self-erasing static RAM that will not draw essentially any direct current from the high voltage supply source during programming.
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Im folgenden werden die vorliegende Erfindung und deren Ausgestaltungen in Verbindung mit den Figuren erläutert. Es zeigt:The following is a description of the present invention and its embodiments explained in connection with the figures. It shows:

Figur 1 eine Aufsicht auf eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen, nicht selbstlöschenden, statischen Speicherzelle mit wahlfreiem Zugriff, wobei Metallkontakte und Zwischenverbindung noch nicht aufgebracht sind,Figure 1 is a plan view of an embodiment of an inventive, non-self-erasing, static memory cell with random access, with metal contacts and interconnection have not yet been applied,

Figur 2 eine halbschematische Aufsicht des nicht selbstlöschenden Zellenelements der Speicherzelle der Figur 2,Figure 2 is a semi-schematic plan view of the non-self-extinguishing Cell element of the memory cell of Figure 2,

Figur 3 einen Querschnitt entlang der Linie 3-3 des in derFIG. 3 is a cross-section along line 3-3 of FIG

Figur 2 dargestellten nicht selbstlöschenden Zellen- ^ elements, das sich noch in der Herstellung befindet,Figure 2, shown not self-extinguishing cell elements, which is still in production,

Figur 4 einen Querschnitt durch das in der Figur 2 dargestellte nicht selbstlöschende Zellenelement entlangFIG. 4 shows a cross section through that shown in FIG not self-extinguishing cell element along

der Linie 4-4, wobei sich das Element noch in der Herstellung befindet, undthe line 4-4, where the element is still in production, and

Figur 5 ein schematisches Schaltbild der nicht selbstlöschenden statischen Speicherzelle der Figur 1 .FIG. 5 shows a schematic circuit diagram of the non-self-erasing static memory cell of FIG. 1.

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Im allgemeinen betrifft die vorliegende Erfindung eine
nicht selbstlöschende Halbleiterspeichereinrichtung mit
einerbistabilen,selbstlöschenden Halbleiterspeicherzelle
zum Speichern von binären Daten in der Form eines von zwei Zuständen des Speicherkreises, mit einer Adressiereinrichtung zum Auslesen von binären Daten von der bistabilen selbstlöschenden Halbleiterspeicherzelle und zum Einschreiben von binären Daten in die bistabile selbstlöschende Halbleiter-Speicherzelle und mit einem nicht selbstlöschenden Speicherelement zum Speichern von binären Daten in der Form von
einem Pegel von zwei elektrischen Ladungspegeln eines
Floating-Gates,unabhängig von dem Speicherzustand der
selbstlöschenden Speicherzelle. Die Vorrichtungen enthalten außerdem eine Einrichtung zum kapazitiven Ankoppeln der selbst-,5 löschenden Speicherzelle an das Speicherelement mit dem
In general, the present invention relates to one
non self-erasing semiconductor memory device with
a bi-stable, self-erasing semiconductor memory cell
for storing binary data in the form of one of two states of the memory circuit, with an addressing device for reading out binary data from the bistable self-erasing semiconductor memory cell and for writing binary data into the bistable self-erasing semiconductor memory cell and with a non-self-erasing memory element for storing binary data in the form of
a level of two electrical charge levels one
Floating gates, regardless of the memory state of the
self-erasing memory cell. The devices also contain a device for capacitive coupling of the self-erasing memory cell to the memory element with the

Floating-Gate und zum unveränderten übertragen des Speicherzustandes derbistabilen Speicherzelle an das Element mit dem Floating-Gate als ein vorbestimmter Speicherzustand des
Floating-Gates zusammen mit einer Einrichtung zum kapazitiven Ankoppeln des Elements mit dem Floating-Gate an die selbstlöschende Halbleiterspeicherzelle zum unveränderten übertragen des Speicherzustandes des Floating-Gates des nicht
selbstlöschenden Elements an die selbstlöschende Zelle nach dem Anlegen einer elektrischen Leistung an die selbst-
Floating gate and for the unchanged transfer of the memory state of the bistable memory cell to the element with the floating gate as a predetermined memory state of the
Floating gates together with a device for capacitive coupling of the element with the floating gate to the self-erasing semiconductor memory cell for the unchanged transfer of the memory state of the floating gate of the not
self-extinguishing element to the self-extinguishing cell after applying electrical power to the self-

löschende Speicherzelle. Die Einrichtung zum unveränderten Übertragen des Speicherzustandes der bistabilen Speicherzelle an das Element mit dem Floating-Gate und die Einrichtung zum unveränderten übertragen des Speicherzustandes des Elements mit dem Floating-Gate an die bistabile Speicherzelle werden 0 so betrieben, daß nach dem unveränderten übertragen des ursprünglichen Speicherzustandes des Kreises der bistabilen
Zelle in das Element mit dem Floating-Gate und nachfolgend nach dem unveränderten übertragen des Speicherzustandes des Elements mit dem Floating-Gate an die selbstlöschende Zelle, die bistabile Zelle in ihren ursprünglichen Speicherzustand zurückgebracht wird . Bei den bistabilen selbstlöschenden
erasing memory cell. The device for unchanged transfer of the memory state of the bistable memory cell to the element with the floating gate and the device for unchanged transfer of the memory state of the element with the floating gate to the bistable memory cell are operated in such a way that after the unchanged transfer of the original memory state of the circle of bistable
Cell into the element with the floating gate and then after the unchanged transfer of the memory state of the element with the floating gate to the self-erasing cell, the bistable cell is returned to its original memory state. With the bistable self-extinguishing

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Speicherzellen kann es sich wünschenswerter Weise um statische kreuzgekoppelte MOS-Flip-Flop-Elemente mit vier oder sechs Transistoren handeln. Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die Einrichtungen wünschenswerterweise in einer Speicheran-Ordnung, wie beispielsweise einer Random-Access-Speicheranordnung gemäß der herkömmlichen Praxis angeordnet.Memory cells can desirably be static cross-coupled MOS flip-flops with four or six Trading transistors. In accordance with the present invention, the devices are desirably arranged in a memory array, such as a random access memory array according to conventional practice.

Nachdem die Erfindung an einer allgemeinen Form beschrieben wurde/ wird sie nun insbesondere in bezug auf die in den Figuren 1 bis 5 dargestellte spezielle Ausführungsform beschrieben. In den Figuren 1 bis 5 ist eine Ausführungsform einer nicht selbstlöschenden, statischen, Speicherzelle mit wahlfreiem Zugriff gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die dargestellte Zelle 10 enthält eine selbstlöschende, statische, bistabile Flip-Flop-Speicherzelle 12 und ein nicht selbstlöschendes elektrisch veränderbares Element 14 mit einem Floating-Gate. Die dargestellte Zelle 10 bildet einen Teil eines x-y-adressierbaren Speichers mit wahlfreiem Zugang und die selbstlöschende Speicherzelle 12 kann daher nachfolgend als eine statische RAM-Zelle bezeichnet werden, obwohl solche Zellen auch im Zusammenhang mit dem Aufbau anderer Speicheranordnungen verwendet werden können.Having described the invention in terms of a general form has been / is now in particular with regard to those in the Figures 1 to 5 illustrated specific embodiment described. An embodiment of a non-self-erasing, static, memory cell is shown in FIGS random access according to the present invention. The illustrated cell 10 contains a self-extinguishing, static, bistable flip-flop memory cell 12 and an electrically changeable element 14 that is not self-erasing with a floating gate. The cell 10 shown forms part of an x-y addressable memory with random Access and the self-erasing memory cell 12 can therefore be referred to below as a static RAM cell, although such cells can be used in connection with the construction of other memory arrays.

Die Figur* 1 zeigt im wesentlichen im richtigen Verhältnis eine genaue Aufsicht auf den Design eines Chips. Zahlreiche bekannte, nicht selbstlöschende statische RAM-Anordnungen neigen ebenfalls zum Design der Vorrichtung 10, der die Polysilizium-Elektrodenstruktur der Zelle der Anordnung darstellt. Der für die Anordnung 10 schematische Kreis ist in der Figur 5 dargestellt und zum Zwecke der deutlichen Beschreibung der vorliegenden Erfindung sind die Kreiselemente der Anordnung der Figur 1 in einer etwas vereinfachten Form in den Figuren bis 4 dargestellt. Wie in der Figur 1 dargestellt ist, ist das Layout für die Zelle 10 verhältnismäßig kompakt. Das Layout kann eine Einheit einer Anordnung mit wahlfreiem Zugriff sein, die ähnliehe aneinandergrenzende Zellen aufweist, die, wie dies dargestellt ist, im allgemeinen relative Zellenabmessungen auf-The figure * 1 shows essentially one in the correct proportion close inspection of the design of a chip. Numerous known non-self-erasing static RAM arrangements tend to be also for the design of the device 10, which has the polysilicon electrode structure of the cell of the arrangement. The circle, which is schematic for the arrangement 10, is shown in FIG and for the purpose of clearly describing the present invention are the circular elements of the assembly 1 shown in a somewhat simplified form in FIGS. As shown in Figure 1, this is The layout for the cell 10 is relatively compact. The layout can be a unit of a random access arrangement, which has similar adjoining cells which, as shown, generally have relative cell dimensions.

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weisen, wobei Fünf-Mikrometer Entwurfsregeln verwendet werden und wobei die Abmessungen einer Zelleneinheit etwa 82,5 μιχ 79 μΐη betragen.wise, using five-micron design rules and the dimensions of a cell unit are approximately 82.5 μι 79 μΐη.

In der Figur 2 sind η-implantierte Bereiche des Siliziumsubstrates 11 durch durchgezogene Linie und eine Querschraffur dargestellt. Um die zahlreichen Polysiliziumschichten der überlappenden Struktur der Anordnung 10 darzustellen, sind die aufeinanderfolgend abgeschiedenen PoIysilizium-Schichten durch unterschiedliche Linienführungen dargestellt. Das Muster der ersten Pqlysilizium-Schicht 50 ist durch durchgehende Linien mit zusätzlichen Punkten gekennzeichnet. Die zweite PolysiliziuHi-Schicht 52 ist durch durchgehende Linien mit zusätzlichen "x"-Markierungen gekennzeichnet. Schließlich ist die dritte Polysilizium-Schicht 54 durch strichlierte Linien dargestellt. Bereiche vergrabener Kontakte 61, 62, die die Polysilizium-Schicht mit der n-Kanalzone verbinden, sind durch eng gestrichelte Linien dargestellt. 3hden Figuren 1 und 2 sind Bereiche, die mit der Metallisierung verbinden, durch gekreuzte Quadrate dargestellt.In FIG. 2, there are η-implanted regions of the silicon substrate 11 represented by a solid line and cross hatching. About the numerous layers of polysilicon To illustrate the overlapping structure of the arrangement 10 are the successively deposited polysilicon layers represented by different lines. The pattern of the first silicon layer 50 is indicated by solid lines with additional points. The second polysilicon layer 52 is through solid lines marked with additional "x" marks. Finally, there is the third layer of polysilicon 54 represented by dashed lines. Areas of buried contacts 61, 62 that form the polysilicon layer connecting to the n-channel zone are shown by tight dashed lines. 3hden Figures 1 and 2 are areas that connect with the metallization, represented by crossed squares.

In der schematischen Darstellung der Figur 5 können die dargestellte statische RAM-Zelle 12 und die Anordnung mit dem wahlfreien Zugang, in der die Zelle angeordnete ist, einen im allgemeinen herkömmlichen Aufbau haben. Die RAM-Zelle kann dadurch ausgelesen werden und in diese Zelle kann dadurch eingeschrieben werden, daß die Zelle in einer geeigneten Weise adressiert wird, um ihren Stromzustand gemäß der herkömm-0 liehen Praxis zu ermitteln oder zu ändern. Dabei geschieht dies durch geeignete Verbindungen zur RAM-Anordnung und durch Chip-Interface-Schaltungen, wie die Speicherleitung 100, die Leitung 112 mit dem Potential Vss, die Leitung 104 mit dem Potential Vcc, die Y-Datenleitung 106 und dieIn the schematic illustration of FIG. 5, the illustrated static RAM cell 12 and the arrangement can also be used the random access in which the cell is located are generally conventional in construction. The RAM cell can thereby be read out and this cell can be written into by opening the cell in a suitable manner is addressed to determine or change its current state in accordance with conventional practice. It happens this through suitable connections to the RAM arrangement and through chip interface circuits, such as the memory line 100, the line 112 with the potential Vss, the line 104 with the potential Vcc, the Y data line 106 and the

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BAD ORIGINALBATH ORIGINAL

~15~ 3Q02492~ 15 ~ 3Q02492

komplementäre Y-Datenleitung 108. Bei diesen Leitungen handelt es sich um Metallleitungen, die Leistung und Signale über die Anordnung (Figur 2) führen und die eine Verbindung zu den einzelnen Zellen herstellen, wie dies jeweils durch X-Kennzeichnungen in den Leitungswegen dargestellt ist. Bei der dargestellten Ausführungsform kann es sich bei dem Potential Vss etwa um 0 Volt, bei dem Potential Vcc etwa um 5 Volt und bei dem Substratpotential Vbb etwa um -3 Volt handeln.complementary Y data line 108. In these lines it is metal lines that carry power and signals via the arrangement (Figure 2) and make a connection to the individual cells, as shown by the X markings in the cable paths. at In the illustrated embodiment, the potential Vss can be around 0 volts, and the potential Vcc around 5 volts and the substrate potential Vbb around -3 volts.

··

Die statische RAM-Zellenkomponente 12 ist durch ein dynamisches oder kapazitives Ungleichgewicht an das nicht selbstlöschende Element 14 mit dem Floating-Gate gekoppelt. Diese Kopplung ermöglicht die Speicherung des Strom-Speicherinhalts der selbstlöschenden, statischen RAM-Zelle 12 in dem nicht selbstlöschenden Element 14 nach einem Befehl der Bedienungsperson. Es ist auch eine Einrichtung zur kapazitiven Kopplung vorgesehen, um die Inhalte des nicht selbstlöschenden Elements 14 mit dem Floating-Gate in das selbstlöschende, statische RAM-Zellenelement 12 einzulesen, wenn dies nach einem Betrieb der geeigneten Kreiselemente gewünscht wird. Die Speicherinhalte der statischen RAM-Zelle 12 und des nicht selbstlöschenden Elements 14 können normalerweise voneinander unabhängig sein, wenn man vom speziellen Befehl zum unveränderten übertragen absieht. Insbesondere wird der Strom-Speicherinhalt der RAM-Zelle 10 nicht in dem nicht selbstlöschenden Speicherelement abgespeichert, wenn in die RAM-Zelle 12 durch die Einrichtung zur Zellenadressierung und zum Schreiben eingeschrieben wird. Stattdessen wird der Speicherinhalt der statischen RAM-Zelle 0 nur in dem nicht selbstlöschenden Element 14 durch den Betrieb des kapazitiv übertragenen Kreises nach einem speziellen Befehl "Speichern" gespeichert, wie dies noch ausführlicher beschrieben wird» Im wesentlichen tritt daher das nicht selbstlöschende Speicherelement 14 dem System 10 gegenüber als ein programmierbares Schatten-ROM (shadow ROM) in Erscheinung.The static RAM cell component 12 is dynamic by a or capacitive imbalance coupled to the non-self-erasing element 14 with the floating gate. This coupling enables the storage of the current memory content of the self-erasing, static RAM cell 12 in the non-self-erasing one Element 14 upon an operator command. A device for capacitive coupling is also provided, the contents of the non-self-erasing element 14 with the floating gate into the self-erasing, static RAM cell element 12 to be read in if this is desired after the appropriate circular elements have been operated. The memory contents the static RAM cell 12 and the non-self-erasing element 14 can normally be independent of one another, when you transfer from the special command to the unchanged disregards. In particular, the current storage content of the RAM cell 10 is not stored in the non-self-erasing memory element stored when the device for cell addressing and writing is being used to write into the RAM cell 12. Instead, the memory content of the static RAM cell 0 is only saved in the non-self-erasing element 14 by operation of the capacitively transmitted circuit is saved after a special "Save" command, as will be explained in more detail below is described »In essence, therefore, occurs that which is not self-extinguishing Storage element 14 appears to the system 10 as a programmable shadow ROM (shadow ROM).

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Wie ipi der Figur 5 dargestellt ist, kann die Einrichtung 10 eine statische RAM-Zelle 12 mit sechs Transistoren eines herkömmlichen Entwurfs und ein nicht selbstlöschendes Speicherelement 14 mit einem elektrisch änderbaren Floating-Gate enthalten . Bei dem Speicherelement 14 mit dem Floating-Gate handelt es sich um ein Element der Art, wie es.in der gleichzeitig angemeldeten Anmeldung "Substratgekoppelte Speicherzelle m it einem Floating-Gate..;1 beschrieben ist.As shown in FIG. 5, the device 10 may include a static RAM cell 12 with six transistors of conventional design and a non-self-erasing memory element 14 with an electrically changeable floating gate. The memory element 14 with the floating gate is an element of the type described in the application filed at the same time as “Substrate-coupled memory cell with a floating gate ...; 1 ”.

Ein wichtiges Element der nicht selbstlöschenden Speicherzellenkomponente der vorliegenden Einrichtungen besteht in der elektrisch isolierbaren Vorspannungselektrode, die in dem Substrat an der Substratoberfläche in der Nähe eines Floating-Gates angeordnet ist und in bezug auf das Substrat einen entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp aufweist. Die Vorspannungselektrode kann in dem Bereich angeordnet sein, der teilweise unterhalb einer Elektrode zum Speichern und Löschen angeordnet ist, und diese Elektroden sind voneinander durch ein Oxyd isoliert, das sowohl unterhalb des Floating-Gates als auch unterhalb der Elektrode zum Löschen bzw. Speichern angeordnet ist. Weil die Vorspannungselektrode gegenüber dem Substrat eine entgegengesetzte Leitfähigkeit aufweist, kann sie von dem Substrat elektrisch, durch eine pn-übergangswirkung unter dem Einfluß eines Sperrichtungspotentials getrennt werden. Es kann eine Einrichtung in den Anordnungen vorgesehen werden, mit deren Hilfe die Vorspannungselektrode in dieser Weise isoliert werdenkann. Eine Hauptfunktion der Vorspannungselektrode besteht darin,durch kapazitive Wirkung das Floating-Gate während der Elektroneninjektion zum Floating-Gate (d.h. während eines Schreibzyklus) und während einer Elektronenemission aus dem Floating-Gate (d.h. während eines Löschzyklus) in einer geeigneten Weise vorzuspannen.An important element of the non-self-erasing memory cell component of the present devices consists in the electrically isolatable bias electrode which is in the substrate is arranged on the substrate surface in the vicinity of a floating gate and with respect to the substrate an opposite one Has conductivity type. The bias electrode may be arranged in the area that is partially below an electrode for storing and erasing is arranged, and these electrodes are insulated from one another by an oxide, which is arranged both below the floating gate and below the electrode for erasing or saving. Because the The bias electrode has an opposite conductivity to the substrate, it can be of the substrate electrical, through a pn transition effect under the influence a blocking potential can be separated. A device can be provided in the arrangements with which Help isolate the bias electrode in this way. A major function of the bias electrode is therein, by capacitive effect, the floating gate during the Electron injection to the floating gate (i.e. during a write cycle) and during an electron emission from the Bias the floating gate (i.e., during an erase cycle) in an appropriate manner.

Das Potential der Vorspannungselektrode kann durch ein Schaltkreiselement oder eine Schaltkreisvorrichtung gesteuert werden. Bei diesem Element bzw. bei dieser Vorrichtung kann es sich um einen in dem Substrat der Anordnung angeordneten TransistorThe potential of the bias electrode can be determined by a circuit element or a circuit device can be controlled. In this element or in this device it can be by a transistor arranged in the substrate of the arrangement

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handeln, der die Vorspannungselektrode in einer vorgegebenen BezugsSpannungsquelle verbindet, wenn der Transistor eingeschaltet ist. Wenn das Schaltelement (beispielsweise der Schalttransistor) ausgeschaltet ist, wird die Vorspannungselektrode in bezug auf die Programmierelektrode , die unterhalb des Floating-Gates angeordnet ist, hinreichend positiv gemacht, so daß Elektronen von der Programmierelektrode zu dem Floating-Gate gelangen bzw. tunneln. Dabei wird das Potential des Floating-Gates dadurch geändert, daß es negativer gemacht wird. Diese negative Änderung des Potentials des Floating-Gates durch das Anlegen von Elektronen, kann durch eine geeignete Fühleinrichtung, wie beispielsweise einen MOS-Transistor, ermittelt werden. In einer ähnlichen Weise kann die Lösch/Speicherelektrode, die wenigstens teilweise das Floating-Gate überlappt und von dem Floating-Gate isoliert ist, auf ein vorgegebenes positives Potential gebracht werden, so daß Elektronen von dem Floating-Gate zu der Lösch/ Speicherelektrode tunneln. Auf diese Weise kann das Floating-Gate auf eine relativ positivere Spannung gebracht werden, die durch eine geeignete Einrichtung , wie beispielsweise einen Fühltransistor, ermittelt werden kann.acting which connects the bias electrode in a predetermined reference voltage source when the transistor is turned on is. When the switching element (e.g., the switching transistor) is turned off, the bias electrode becomes with respect to the programming electrode, which is arranged below the floating gate, sufficiently positive made so that electrons from the programming electrode to the floating gate or tunnel. It will The floating gate potential is changed by making it more negative. This negative change in the potential of the Floating gates through the application of electrons can be detected by a suitable sensing device, such as a MOS transistor, can be determined. In a similar manner, the erase / storage electrode, at least partially the floating gate overlaps and is insulated from the floating gate, brought to a predetermined positive potential so that electrons tunnel from the floating gate to the erase / storage electrode. This way the floating gate can be brought to a relatively more positive voltage by suitable means such as a sensing transistor, can be determined.

Es kann als Merkmal der Speichereinrichtung ein automatischer selbstregulierender Kompensationskreis körperlich in dem Bereich ausgebildet werden, über dem das Floating- Gate und die Vorspannungselektrode und das Substrat zusammenfallen, um den Stromimpuls in dem Floating-Gate während eines Schreibvorgangs zu formen, wenn Elektronen von dem Programm-Gate zu dem Floating-Gate fließen. Ein solches Kreismerkmal versucht die 0 Spannung an dem Tunneloxid zwischen den Unebenheiten des Programmier-Gates und des Floating-Gates zu minimalisieren. Nach einer großen Anzahl von Betriebszyklen werden jedoch höhere Spannungen gefordert, um infolge der in dem Oxyd eingefangenen Ladungen in das Floating-Gate einzuschreiben. Dieser Kreis stellt sich für diese Bedingungen auto-There can be an automatic self-regulating compensation circuit physically in the memory device as a feature Area can be formed over which the floating gate and the bias electrode and the substrate coincide to the Current pulse to form in the floating gate during a write operation when electrons are transferred from the program gate to the Floating gate flow. One such circular feature tries the 0 voltage on the tunnel oxide between the asperities of the To minimize programming gates and the floating gate. However, after a large number of operating cycles higher voltages are required in order to write into the floating gate as a result of the charges trapped in the oxide. For these conditions, this circle automatically

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matisch dadurch ein, daß er wenn dies gefordert wird, eine zusätzliche Spannung liefert. Es ist die Kombination, die darin besteht, eine minimale Spannung an dem Floating-Gate, eine Formung des Stromimpulses und eine eigene Spannung zur Kompensation der eingefangenen Ladungen vorzusehen, die ein Hauptelement zur Verlängerung der Anzahl der Nutzzyklen in den erfindungsgemäßen Einrichtungen darstellt. Außerdem wurden diese Merkmale auf eine sehr kompakte Weise durchgeführt, wobei die elektrische Halbleiternatur der Vorspannungselektrode und ihre Anordnung in der Oberfläche des Halbleitersubstrates verwendet werden. In dieser Hinsicht funktioniert die Vorspannungselektrode als eine variable kapazitive Koppeleinrichtung, wenn sie in einem elektrisch isolierten Zustand ist. Dabei koppelt die Koppeleinrichtung kapazitiv einen Hauptteil des Potentials der Lösch/Speicherelektrode an den Floating-Gate als eine Funktion des Potentials des Floating-Gates. Bei dieser Verbindung wird die kapazitive Kopplung des Potentials der Lösch/Speicherelektrode an das Floating-Gate verwendet, um ein Potential zwischen dem Floating-Gate und der Programmier-Elektrode zu erzeugen, das ausreicht, um Elektronen von der Programmier-r-Elektrode zu dem Floating-Gate zu übertragen. Die Kapazität der kapazitiven Koppeleinrichtung ist jedoch variabel, so daß der Teil des Potentials der Lösch/ Speicherelektrode , der an das Floating-Gate gekoppelt wird, mit der Abnahme des Potentials des Floating-Gates abnimmt, und mit einer zunehmenden Differenz zwischen dem Potential der Vorspannungselektrode und dem Floating-Gate noch kennzeichnender abnimmt. Demgemäß wirkt sich die Übertragung von Ladung von der Programmier-Elektrode an das Floating-Gate so aus, daß die kapazitive Kopplung und folglich auch die Übertragung von Ladung an das Floating-Gate abnehmen.automatically by the fact that he, if this is required, a provides additional voltage. It is the combination that consists in applying a minimum voltage on the floating gate, to provide a shaping of the current pulse and its own voltage to compensate for the trapped charges, which represents a main element for extending the number of useful cycles in the devices according to the invention. aside from that These features were implemented in a very compact manner, taking into account the electrical semiconductor nature of the bias electrode and their arrangement in the surface of the semiconductor substrate can be used. Works in that regard the bias electrode as a variable capacitive coupling device when in an electrically isolated state. The coupling device capacitively couples a main part of the potential of the erase / storage electrode to the Floating gate as a function of the floating gate potential. With this connection, the capacitive coupling of the Potential of the erase / storage electrode to the floating gate is used to create a potential between the floating gate and of the programming electrode to generate sufficient electrons from the programming r-electrode to the floating gate transferred to. However, the capacitance of the capacitive coupling device is variable, so that the part of the potential of the quenching / Storage electrode, which is coupled to the floating gate, decreases with the decrease in the potential of the floating gate, and with an increasing difference between the potential of the bias electrode and the floating gate even more characteristic decreases. Accordingly, the transfer of charge from the programming electrode takes effect the floating gate so that the capacitive coupling and consequently also the transfer of charge to the floating gate decrease.

Wie in den Figuren dargestellt ist, wird die Zellenstruktur der Einrichtung 10 auf einem schichtförmigen monokristallinen p-Siliziumsubstrat 11 hergestellt, das in der dargestellten Ausführungsform 10 einen Akzeptor-Dotierpegel aufweisen kann,As shown in the figures, the cell structure of the device 10 is based on a layered monocrystalline p-type silicon substrate 11 is produced, which in the illustrated embodiment 10 can have an acceptor doping level,

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SAD- ORIGINALSAD ORIGINAL

der in dem Bereich von etwa 1x10 bis etwa 1x10 Atomen pro cm liegt. Ein elektrisch isoliertes Floating-Gate 2 aus Polysilizium ist in der Nähe des Substrates vorgesehen und kapazitiv mit einer Vorspannungselektrode 7 in dem Substrat gekoppelt. Die Vorspannungselektrode 7 ist in dem Substrat 11 ausgebildet und weist den entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp wie das Substrat 1.1 auf. In der Ausführungsform 10 kann die Vorspannungselektrode 7 einen Donator-Verunreinigungs-that is in the range of about 1x10 to about 1x10 atoms per cm. An electrically insulated floating gate 2 made of polysilicon is provided in the vicinity of the substrate and capacitively coupled to a bias electrode 7 in the substrate. The bias electrode 7 is in the substrate 11 formed and has the opposite conductivity type like the substrate 1.1. In Embodiment 10, the bias electrode 7 may be a donor impurity

17 pegel aufweisen, der in einem Bereich von etwa 1x10 Atomen pro cm liegt. Die Vorspannungselektrode 13 kann durch herkömmliche Herstellungstechniken, wie beispielsweise durch Diffusion oder Ionenimplantation erzeugt werden. Bei der dargestellten Ausführungsform kann sie durch Ionenimplantation einer Donator-Verunreinigung bei einer Implantationsdichte17 levels in a range of about 1x10 atoms per cm. The bias electrode 13 can be manufactured by conventional manufacturing techniques such as Diffusion or ion implantation can be generated. In the illustrated embodiment, it can be carried out by ion implantation donor contamination at implant density

12 15 212 15 2

von 1x10 bis 1x10 Atomen pro cm bis zu einer Dicke von etwa 1 μπι hergestellt werden.from 1x10 to 1x10 atoms per cm up to a thickness of about 1 μπι be made.

Die veränderliche Kapazität einer Elektrode in bezug auf einen Verarmungsbereich kann als Funktion des Potentials zwischen der Elektrode und dem Substrat dargestellt werden (BoyIeund Smith (1970), "Charge Coupled Semiconductor Devices", Bell Systems Technical Journal, 49, Seiten 587 - 593). In der dargestellten Ausführungsform kann die variable Kapazität CC2 des Floating-Gates 2 in bezug auf die Vorspannungselektrode 7 im wesentlichen durch die Gleichung:The variable capacitance of an electrode with respect to a depletion region can be a function of the potential between the electrode and the substrate (BoyIe and Smith (1970), "Charge Coupled Semiconductor Devices", Bell Systems Technical Journal, 49, pages 587-593). In the illustrated embodiment, the variable capacitance CC2 of the floating gate 2 with respect to the bias electrode 7 essentially by the equation:

CC2 = I2CO CC2 = I2C O

ο(Δ V-VFB) B
30
ο (Δ VV FB ) B
30th

ausgfedrückt werden. Dabei stellt C den maximalen Kapazitätswert(pro cm ) des Kondensators dar, der durch die benachbarten Oberflächen des Floating-Gates 2 gebildet wird. Diese Kapazität wird bestimmt als:be expressed. C represents the maximum capacity value (per cm) of the capacitor, which is formed by the adjacent surfaces of the floating gate 2. This capacity is determined as:

. - K.NX. - K.NX

X 'X '

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3002*923002 * 92

wobei £ die dielektrische Konstante des Siliziumdioxid-Bereichs 5 zwischen dem Floating-Gate 2 und der Vorspannungselektrode 7 bedeutet. Bei dem Wert χ handelt es sich um die Dicke des dielektrischen Bereichs 5 zwischen dem Floating-Gate 2 und der Vorspannungselektrode 7. q bedeutet die Elektronenladung. K bedeutet die relativeDielektrizitätskonstante von Silizium. Bei K, handelt es sich um die relativewhere £ is the dielectric constant of the silicon dioxide region 5 between the floating gate 2 and the bias electrode 7 means. The value χ is the Thickness of the dielectric region 5 between the floating gate 2 and the bias electrode 7. q means the Electron charge. K means the relative dielectric constant of silicon. K, is the relative one

Dielektrizitätskonstante des Bereiches 21, der die Vorspannungselektrode 7 und das Floating-Gate 2 trennt. Bei N handelt es sich um die Dotierdichte der Vorspannungselektrode 7. Bei dem Ausdruck AV handelt es sich um das Potential Vl, der Vorspannungselektrode 7 minus dem Potential V„^ des Floating-Gates 2, wobei ΔV annähernd größer als Null ist und wobei V die Flachbandspannung (flat band voltage) bedeutet.Dielectric constant of area 21, which is the bias electrode 7 and the floating gate 2 separates. N is the doping density of the bias electrode 7. The term AV is the potential Vl, the bias electrode 7 minus the potential V "^ of the floating gate 2, where ΔV is approximately greater than zero and where V is the flat band voltage.

Demgemäß kann CC2 sich von einem Wert, der beinahe gleich C (einer Konstanten) für eine sehr hohe Dotierdichte (N) bis zu einem Wert von beinahe Null für eine sehr kleine Dotierdichte (N) ändern, wobei andere Parameter konstant sind. Die Kapazität CC2 wird daher kleiner , wenn das Floating-Gate beginnt Elektronen zu empfangen und negativer zu werden. Wenn jedoch 4V kleiner als Null ist, befindet sich die Kapazität CC2 im wesentlichen auf ihrem relativen konstanten, maximalen Wert C '. Die veränderliche Kapazität CC2 steuert die Spannung, die das Floating-Gate 12 mit der Zone 7 der Vorspannungselektrode koppelt. Die Potentialdifferenz zwischen der Programmier-Elektrode und dem Floating-Gate, die den Tunnelstrom treibt, kann daher vorteilhafterweise durch die Steuerung 0 der Dotierdichte N in der Vorspannungselektrode gesteuert werden.Accordingly, CC2 can vary from a value almost equal to C (a constant) for a very high doping density (N) to a value almost zero for a very small doping density (N), with other parameters being constant. The capacitance CC2 therefore becomes smaller as the floating gate begins to receive electrons and becomes more negative. However, when 4V is less than zero, the capacitance CC2 is essentially at its relative constant, maximum value C '. The variable capacitance CC2 controls the voltage that couples the floating gate 12 to the zone 7 of the bias electrode. The potential difference between the programming electrode and the floating gate, which drives the tunnel current, can therefore advantageously be controlled by the controller 0 of the doping density N in the biasing electrode.

Die dargestellte Speicherzelle 12 mit wahlfreiem Zugang weist den herkömmlichen MOS-RAM-Entwurf auf, der zwei kreuzgekoppelte-statische Inverterkreise enthält, die miteinander verbunden sind , um ein statisches Flip-Flop-Speicherelement mit sechs Transistoren zubilden. In dieser Hinsicht enthält dasThe illustrated memory cell 12 with random access has the conventional MOS-RAM design, the two cross-coupled-static Contains inverter circuits that are interconnected to provide a static flip-flop memory element to form six transistors. In this regard, this includes

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RAM-Speicherelement 12 kreuzgekoppelte Flip-Flop -Transistoren 27, 28, die jeweils mit Verarmungs-Transistoren 31, 32 zum "Hochziehen" über jeweilige Datenknoten 29, 30 verbunden sind. Die Flip-Flop-Transistoren 27, 28 sind in einer geeigneten Weise mit Erdanschlüssen 24 verbunden, während die Verarmungs-Transistoren 31, 32 mit einem Anschluß der Versorgungsspannungsquelle Vcc verbunden sind. Die "X"-Auswahltransistoren 33, 34 der Anordnung ("Reihen"- oder "Wort"-Transistoren) sind in einer ähnlichen Weise mit den Datenknoten 29, 30 in der Gesamtspeicheranordnung, bei der die Einrichtung 10 einen Teil bildet, zum Zwecke der Auswahl verbunden. Die Auswahl der Zelle 12 in der Anordnung der Zellen kann dadurch bewerkstelligt werden, daß ein Potential Vcc an das Gate eines der X-Adressentransistoren 33 , 34 und an eine der Y-Adressenleitungen ("Spaltenleitung") angelegt wird, die zu den komplementären Datenausgangsknoten 35, 36RAM memory element 12 cross-coupled flip-flop transistors 27, 28, which are each connected to depletion transistors 31, 32 for "pulling up" via respective data nodes 29, 30. The flip-flop transistors 27, 28 are connected in a suitable manner to ground terminals 24, while the depletion transistors 31, 32 are connected to one terminal of the supply voltage source Vcc. The "X" select transistors 33, 34 of the array ("row" or "word" transistors) are in a similar manner to the data nodes 29, 30 in the overall memory arrangement of which the device 10 forms a part, connected for the purpose of selection. The selection of cell 12 in the arrangement of cells can be accomplished by applying a potential Vcc to the gate of one of the X address transistors 33, 34 and is applied to one of the Y address lines ("column line") which lead to the complementary data output nodes 35, 36

führt, wodurch bewirkt wird, daß der X-Adressentransistor eingeschaltet wird, und daher die Flip-Flop-Knoten der adressierten Zelle 12 mit den Bit-Leitungen Y und Y der Speicheranordnung in Übereinstimmung mit dem herkömmlichen RAM-Betrieb und der herkömmlichen Entwurfspraxis verbindet.thereby causing the X address transistor to turn on and therefore connecting the flip-flop nodes of the addressed cell 12 to the bit lines Y and Y of the memory array in accordance with conventional RAM operation and design practice.

Das Auslesen aus der adressierten Zelle 12 wird dadurch ausgeführt, daß beide Bit-Leitungen über Widerstände mit hohen Werten an dem Potential Vcc gehalten werden. In Abhängigkeit von dem Zustand des Flip-Flops (einerder Transistoren 27, 28 ist eingeschaltet, der andere ist ausgeschaltet) fließt ein Strom in die eine oder die andere der Bit-Leitungen und das Auslesen kann dadurch bewerkstelligt werden, daß die Differenzströme gemessen werden. Das Einschreiben in die Zelle 12 kann dadurch in einer herkömmlichen Weise erfolgen, daß die Zelle 12 so adressiert wird, als ob ausgelesen werden soll und eine Bit-Leitung an einem Potential Vcc gehalten wird, während die andere Bit-Leitung auf das Substratpotential Vss gebracht wird.Reading out of the addressed cell 12 is carried out by that both bit lines are held at the potential Vcc through high value resistors. Dependent on from the state of the flip-flop (one of the transistors 27, 28 is on, the other is off) flows in Current in one or the other of the bit lines and the readout can be accomplished in that the Differential currents can be measured. The writing in the cell 12 can thereby be carried out in a conventional manner, that the cell 12 is addressed as if to be read out and a bit line is held at a potential Vcc, while the other bit line is at the substrate potential Vss is brought.

Zu der Zelle 12 kann auf diese Weise über die Wort-X-Transis-Cell 12 can be accessed in this way via the word-X-Transis-

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toren 33, 34 mit Daten und komplementären Daten, die jeweils an dem Y-Knoten33ind dem.Y-Knoten 36 erscheinen, ein Zugriff geschaffen werden. Herkömmliche RAM-Lese- und Schreibvorgänge werden demgemäß durch die Datenknoten 35, 36 ausgeführt. Das kreuzgekoppelte, statische Flip-Flop wird durchgates 33, 34 with data and complementary data that appear at the Y-node 3 3ind dem.Y-node 36, an access can be created. Conventional RAM read and write operations are accordingly performed by data nodes 35,36. The cross-coupled, static flip-flop is through

die Transistoren 27, 28, 31 und 32 gebildet, die solange wie Leistung (Vcc) andauernd an dem Anschluß 26 der Zelle 12 anliegt, komplementäre Zustände aufweisen, die an den Knoten und 30 erscheinen.
10
the transistors 27, 28, 31 and 32 are formed, which as long as power (Vcc) is continuously applied to the terminal 26 of the cell 12, have complementary states which appear at the nodes and 30.
10

Der Aufbau der statischen RAM-Zelle 12 kann durch herkömmliche, bekannte Halbleiterprozesse und fotolithografische Techniken ausgeführt werden. Während in der dargestellten Ausführungsform 10 ein spezieller Aufbau des statischen RAM's gezeigt ist, wird festgestellt, daß auch ein anderer geeigneter" Aufbau angewendet werden kann. Beispielsweise können die in der Ausführungsform 10 als Verarmungsanordnungen dargestellte Transistoren 31 und 3 2 bei anderen Ausführungsformen durch geeignete Widerstände ersetzt werden. 20Static RAM cell 12 may be constructed by conventional, known semiconductor processes and photolithographic Techniques are carried out. While in the illustrated embodiment 10, a special structure of the static RAM's is shown, it is determined that another suitable " Construction can be applied. For example, those shown in embodiment 10 may be depletion arrangements Transistors 31 and 3 2 in other embodiments suitable resistors are replaced. 20th

Wie dies angezeigt ist, ist die RAM-Zelle an ein nicht selbstlöschendes Speicherelement 14 gekoppelt. Das dargestellte nicht selbstlöschende Zellenelement 14 weist ein Floating-Gate 2, eine Einrichtung zum übertragen von Elektronen in das Floating-Gate und eine Einrichtung zum Entfernen von Elektronen von dem Floating-Gate auf. Das Zellenelement 14 weist außerdem einen automatischen, selbstregulierenden Kreis auf, der versucht die Anzahl der nützlichen Schreibzyklen in dem nicht selbstlöschenden Element 14 zu vergrößern. Beim Betrieb bildet 0 das Übertragen von Elektronen auf das Floating-Gate zur Erzeugung eines relativen negativen Potentialspeicherzustandes auf dem Floating-Gate und das Entfernen von Elektronen von dem Floating-Gate zur Erzeugung eines relativen positiven Potentialspeicherzustandes die Basis für das Speichern in der nicht selbstlöschenden Speichereinrichtung 14. Die Ladungsübertragung zum Floating-Gate und das Entfernen von Ladung von dem Floating-Gate wird' durch Elektronentunnelung bewerk-As indicated, the RAM cell is not self-erasing Storage element 14 coupled. The illustrated non-self-extinguishing cell element 14 has a floating gate 2, means for transferring electrons into the floating gate and means for removing electrons from the floating gate. The cell element 14 also has an automatic, self-regulating circle that tries to increase the number of useful write cycles in the non-self-erasing element 14. When operating forms 0 the transfer of electrons to the floating gate to generate a relative negative potential storage state on the floating gate and removing electrons from the floating gate to produce a relative positive Potential storage state the basis for storage in the non-self-erasing storage device 14. The charge transfer to the floating gate and the removal of charge from the floating gate is accomplished by electron tunneling.

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stelligt. Diese führt im wesentlichen dazu, daß kein Gleichstrom aus der Programmier-Versorgungsquelle mit der hohen Spannung gezogen wird. Das Erfordernis des kleinen Stromes an der Versorgungsquelle mit der hohen Spannung macht es möglich, diese Spannung auf dem Chip zu erzeugen und dies stellt einen wesentlichen Fortschritt dar. Der Tunnelstrom wird durch scharfe inseiförmige Unebenheiten unterstützt, die in dem nicht selbstlöschendenElement vorhanden sind, so daß relativ dicke Oxyde verwendet werden können, um die Tunnelglieder der Zelle zu trennen und doch beträchtliche Tunnelströme zu dem Floating-Gate und von dem Floating-Gate bei vernünftigen Spannungen zu ziehen. Eine weitere Eigenschaft der Unebenheiten besteht darin, daß diese dazu neigen, den Tunnelstrom hauptsächlich in einer singulären Richtung zu leiten. Sie zeigen keine symmetrischen Stromflußeigenschaften in zwei Richtungen für umgekehrte Felder. Eine Folge davon besteht darin, daß das nicht selbstlöschende Element 14 gegen einen Verlust des Speicherzustandes durch eine frühzeitige unerwünschte Entladung seiner elektronischen Ladung infolge einer Ausleseoperation oder des Betriebs einer benachbarten Zelle relativ gefeit bzw. immun ist. Da die Ausführungsform des dargestellten nicht selbstlöschenden Speicherelements durch Tunneleigenschaften zwischen Polysilizium-Elementen gesteuert wird, die körperlich oberhalb des Substrates angeordnet sind, das die statische RAM-Zelle enthält, die in großem Maße durch Erscheinungen in dem Substrat gesteuert wird, können das statische RAM und die nicht selbstlöschenden Elemente unabhängig optimiert werden. Es kann daher diese Kombination .der statischen RAM-Zelle und des nicht selbstlöschenden Elements leicht in Verbindung mit unterschiedlichen Technologien verwendet werden.digits. This essentially leads to the fact that no direct current from the programming supply source with the high Tension is drawn. The small current requirement on the high voltage supply source makes it possible to generate this voltage on the chip and this represents a significant advance. The tunnel current is supported by sharp, insular asperities present in the non-self-extinguishing element, so that relatively thick oxides can be used to separate the tunnel members of the cell and yet generate substantial tunnel currents to and from the floating gate at reasonable voltages. Another quality of the bumps is that they tend to increase the tunnel current mainly in a singular direction conduct. They do not show any symmetrical current flow properties in two directions for reversed fields. A consequence of this is that the non-self-extinguishing element 14 against a loss of the memory status due to an unwanted premature discharge of its electronic charge as a result a readout operation or the operation of an adjacent cell is relatively immune. Since the embodiment of the illustrated non-self-erasing memory element controlled by tunnel properties between polysilicon elements that are physically located above the substrate that contains the static RAM cell, which in large measure is controlled by phenomena in the substrate, the static RAM and the non-self-erasing elements can be independent be optimized. It can therefore use this combination of the static RAM cell and the non-self-erasing Elements can easily be used in conjunction with different technologies.

Bei der Ausführung der kapazitiven Kopplung wird einer der Knoten 29 der RAM-Zelle 12 kapazitiv über ein kapazitives Kreiselement 23 mit einer Kapazität C1 und einem Transistor an das nicht selbstlöschende Speicherelement 14 gekoppelt. Der komplementäre Datenknoten 30 wird in ähnlicher WeiseWhen the capacitive coupling is carried out, one of the nodes 29 of the RAM cell 12 becomes capacitive via a capacitive one Circular element 23 with a capacitance C1 and a transistor coupled to the non-self-erasing memory element 14. The complementary data node 30 is similar

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kapazitiv an das nicht selbstlöschende Element 14 und durch einen Transistor 20 an das kapazitive Kreiselement 17 gekoppelt, das eine Kapazität C2 aufweist. Die zahlreichen anderen Kreiskoppelelemente werden nachfolgend ausführlicher beschrieben. Es ist aber von Bedeutung festzustellen, daß die statische RAM-Zelle 12 nur kapazitiv mit dem nicht selbstlöschenden Element 14 gekoppelt ist. Es wird keine Offset-G leichstromlast an die Datenknoten 29 oder 30 des Flip-Flops durch das Interface mit dem nicht selbstlöschenden Element angelegt, so daß die statische RAM-Zelle 12 im wesentlichen in dem stabilen Zustand ausgewichen ist. Dies stellt eine bedeutende Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik dar und führt zu verbesserten Arbeits- bzw. Betriebsgrenzen. Die Elektroden und Floating-Gate-Struktur der Einrichtung ist in der Figur 1 dargestellt , während die Figur 2 eine vereinfachte topografische Ansicht der RAM-Zelle 12 und des nicht selbstlöschenden Elements 14 darstellt, wobei die zahlreichen Komponenten der statischen RAM-Zelle 12 und der nicht selbstlöschenden elektrisch veränderbaren Komponente der Einrichtung 10 dargestellt sind, zusammen mit den geeigneten relativen Größen der verschiedenen Transistoren und Kapazitätselemente. Die Figuren 3 und 4 zeigen Querschnitte durch ausgewählte Elemente der Figur 2. Dabei wird einem Verfahrensschritt bei der Herstellung der Einrichtung gefolgt, der "Source-Drain-Dotierung" genannt wird, wobei zusätzliche dielektrische- und Metallisierung^schichten nach einer herkömmlichen Verfahrenstechnik und einer herkömmlichen Ausführungsform der Anordnung verwendet werden, um die Einrichtung zu vervollständigen. Der Aufbau und die Arbeitsweise des nicht selbstlöschenden Elements 14 stimmt im allgemeinen mit der Offenbarung der Patentanmeldung vom gleichen Tage "Substratgekoppelte Speicherzelle mit einem Floating-Gate...* überein, wobei verschiedene Zusatzelemente, die das Interface zu der statischen RAM-Zelle 12 bilden, vorgesehen sind.capacitively coupled to the non-self-extinguishing element 14 and through a transistor 20 to the capacitive circuit element 17, which has a capacitance C2. The numerous other circular coupling elements are described in more detail below. But it is important to note that the static RAM cell 12 is only capacitive with the non-self-erasing Element 14 is coupled. There is no offset direct current load on data nodes 29 or 30 of the flip-flop applied by the interface with the non-self-erasing element, so that the static RAM cell 12 is essentially has evaded in the steady state. This represents a significant improvement over the prior art and leads to improved working and operational limits. The electrodes and floating gate structure of the device is shown in Figure 1, while Figure 2 is a simplified topographical view of the RAM cell 12 and the represents non-self-extinguishing element 14, the numerous Components of the static RAM cell 12 and the non-self-erasing electrically changeable component of device 10 are shown, along with the appropriate relative sizes of the various transistors and Capacity elements. Figures 3 and 4 show cross sections through selected elements of Figure 2. It is a Process step followed in the manufacture of the device, which is called "source-drain doping", with additional dielectric- and metallization ^ layers according to a conventional one Process engineering and a conventional embodiment of the arrangement are used to make the device to complete. The structure and operation of the non-self-extinguishing element 14 is generally correct with the disclosure of the patent application from the same day "substrate-coupled memory cell with a floating gate ... * match, with various additional elements that make up the interface to form the static RAM cell 12 are provided.

Zur Herstellung der nicht selbstlöschenden Zelle 14 werden bei der bevorzugten Ausführungsform 10 drei Schichten 50,To produce the non-self-extinguishing cell 14, in the preferred embodiment 10, three layers 50,

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und 54 aus Polysilizium in Verbindung mit zahlreichen Substratelementen und trennenden dielektrischen Schichten verwendet. Obwohl die dargestellte Einrichtung 10 , die die nicht selbstlöschende Zelle 14 enthält, in einer n-Kanal-MOS-Technologie hergestellt ist, können andere Herstellungsweisen und Ausführungsformen bzw. Möglichkeiten verwendet werden.and 54 made of polysilicon in association with various substrate elements and separating dielectric layers are used. Although the device 10 shown, which is not self-extinguishing Cell 14 contains, in an n-channel MOS technology is manufactured, other manufacturing methods and embodiments or possibilities can be used.

Die Struktur des wie in den Figuren 2 bis 4 dargestellten nicht selbstlöschenden Elementes wird auf einem p-Siliziumsubstrat 11 hergestellt, das außerdem eine Vorspannungselektrode 7 des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps des Substrats 11 enthält. Die Vorspannungselektrode kann durch herkömmliche Techniken wie beispielsweise durch einen Diffusionsschritt oder einen Ionenimplantationsschritt eingebracht werden. Ein thermisches Oxyd 4, das durch herkömmliche Techniken aufgewachsen werden kann, bis es etwa 12 000 A dick ist, wird auf dem Substrat 11 aus Isolationsgründen in der Zelle vorgesehen. Anschießend wird das thermische Oxyd in den Bereichen des Floating-Gates und der Elektroden des nicht selbstlöschenden Elements geätzt und wieder oxidiert, so daß dünnere Oxydschichten 5, 6 erzeugt werden, um das Substrat dielektrisch von den drei sequentiell abgeschiedenen, durch herkömmliche fotolithografische Techniken geformten, geätzten und oxidierten Polysiliziumschichten zu isolieren, die die Programmier-Elektrode 1, das Floating-Gate 2 , die Lösch/Speicherelektrode 3 und andere Kreiselemente und Verbindungsleitungen bilden. Diese thermischen Oxyd-Schichten 5, 6, die die Polysiliziumschichten von dem Substrat trennen, werden bei der bevorzugten Ausführungsform durch herkömmliche Techniken aufgewachsen, bis sie etwa 1000 A dick sind. Die Werte der Substratdotierung und der Oxyd-Dicke unterhalb der Steuer-Gates der verschiedenen Transistoren, wie beispielsweise des Koppeltransistors 8;können in Übereinstimmung mit herkömmlichen Design-Techniken ausgewählt werden, um eine gewünschte Einsatzspannung zu erzeugen und das Gate der Transistoren, wie beispielsweise des Transistors 8,kann aus irgendeiner Polysilizium-Schicht gebildet werden, die mit dem AufbauThe structure of the non-self-extinguishing element as shown in FIGS. 2 to 4 is produced on a p-type silicon substrate 11 which also contains a bias electrode 7 of the opposite conductivity type to the substrate 11. The bias electrode can be introduced by conventional techniques such as a diffusion step or an ion implantation step. A thermal oxide 4, which can be grown by conventional techniques until it is about 12,000 Å thick, is provided on the substrate 11 for insulation reasons in the cell. The thermal oxide is then etched and reoxidized in the areas of the floating gate and the electrodes of the non-self-extinguishing element, so that thinner oxide layers 5, 6 are produced in order to isolate the substrate dielectrically from the three sequentially deposited, formed by conventional photolithographic techniques, to isolate etched and oxidized polysilicon layers that form the programming electrode 1, the floating gate 2, the erase / storage electrode 3 and other circular elements and connecting lines. These thermal oxide layers 5, 6, which separate the polysilicon layers from the substrate, are grown in the preferred embodiment by conventional techniques until they are approximately 1000 Å thick. The values of the substrate doping and the oxide thickness below the control gates of the various transistors, such as the coupling transistor 8 ; can be selected in accordance with conventional design techniques to produce a desired threshold voltage, and the gate of the transistors, such as transistor 8, can be formed from any polysilicon layer that is compatible with the structure

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der Zelle zusammenpassen.fit together in the cell.

Die erste Polysilizium-Schicht wird bei annähernd 10000C oxidiert und ein ähnliches Verfahren wird an der zweiten Schicht aus POlysilizium ausgeführt, um Unebenheiten 56 auf den oberen Oberflächen dieser Polysilizium-Schichten zu erzeugen, wie dies in den Figuren 3 und 4 durch die zägezahnartigen Linien dargestellt ist. Die unter solchen Bedingungen erzeugten Unebenheiten weisen eine BereichsdichteThe first polysilicon layer is oxidized at approximately 1000 0 C and a similar process is performed on the second layer of polysilicon to produce bumps 56 on the upper surfaces of the polysilicon layers as zägezahnartigen in Figures 3 and 4 by the Lines is shown. The asperities generated under such conditions have an area density

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von etwa 5x10 pro cm , eine durchschnittliche Breite an der Basis von 456 A und eine durchschnittliche Höhe von 762 A auf. Die Unebenheiten erzeugen sehr hohe Felder, wenn relativ kleine Spannungen zwischen überlappende oder benachbarte Polysilizium-Schichten angelegt werden . Wenn die Unebenheiten relativ negativ vorgespannt werden, reichen diese Felder aus, um Elektronen in die relativ dicken Oxyd-Schichten 42, 43, 44 (die eine Dicke von 800 bis 1000 A aufweisen) zu injizieren, während im Durchschnitt eine relativ kleine Spannung (beispielsweise 25 Volt oder weniger) über das Oxyd angelegt wird. Wenn nur eine benachbarte Oberfläche der Polysilizium-Schicht 5 Unebenheiten aufweist, wird ein diodenähnlicher Effekt bewirkt, weil das Tunneln der Elektronen von der ebenen Oberfläche nicht vergrößert wird, wenn die Unebenheiten relativ positiv vorgespannt sind. Die Herstellungsbedingungen für die Unebenheiten können über einen ganzen Bereich schwanken und sind nicht auf das oben angegebene besondere Beispiel beschränkt. Wie dies dargestellt ist, sind die verschiedenen Schichten 50, 52, 54 aus Polysilizium, die die Elektroden und das Floating-Gate der Einrichtung 10 bilden, voneinander durch dielektrische Schichten aus Siliziumdioxid isoliert. Wie in den Figuren 2,3 und 4 dargestellt ist, handelt es sich bei dem überlappenden Bereich 18, 43 zwischen dem Floating-Gate 2 und der Programmier-Elektrode 1 um den Bereich, in dem Elektronen durch das Trennoxid von der Programmier-Elektrode zu dem Floating-Gate tunneln, wenn eine ausreichend große, relativ positive Spannung an dem Floating-Gate anliegt. Der überlappende Bereich 25 zwischen dem Lösch/ Speicher-Gate und dem Floating-Gate 2 ist der Bereich, inof about 5x10 per cm, an average width the base of 456 A and an average height of 762 A. The bumps create very high fields, when relatively small voltages are applied between overlapping or adjacent polysilicon layers. if the bumps are relatively negatively biased, these fields are sufficient to transfer electrons into the relatively thick oxide layers 42, 43, 44 (which have a thickness of 800 to 1000 Å) to inject, while on average one relatively small voltage (e.g. 25 volts or less) is applied across the oxide. If only an adjacent surface of the polysilicon layer 5 has unevenness, a diode-like effect is caused because the tunneling of the Electrons from the flat surface will not be magnified if the bumps are relatively positively biased. the Manufacturing conditions for the asperities can vary over a wide range and are not limited to that specified above special example limited. As shown, the various layers 50, 52, 54 are made of polysilicon, which form the electrodes and the floating gate of the device 10, from one another by dielectric layers of silicon dioxide isolated. As shown in FIGS. 2, 3 and 4, the overlapping area 18, 43 is between the floating gate 2 and the programming electrode 1 around the area in which electrons are passed through the separation oxide from the Tunneling the programming electrode to the floating gate when there is a sufficiently large, relatively positive voltage on the floating gate is present. The overlapping area 25 between the erase / store gate and the floating gate 2 is the area in FIG

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dem Elektronen durch das Trenn-Oxyd 42 von dem Floating-Gate tunneln, wenn eine hinreichend große , relativ positive Spannung an dem Gate 3 anliegt. Das Gate 3 überlappt den Bereich 7, um einen Koppelkondensator 21 der Kapazität CC3 zu bilden, die durch den Überlappungsbereich und die Dicke der Isolierung 6, die Spannungsdifferenz des Lösch/Speicher-Gates 3 in bezug auf die Vorspannungselektrode 7 und die Gotierdichte N der Vorspannungselektrode gebildet wird. Das Floating-Gate 2 überlappt auch mit der Vorspannungselektrode 7 und bildet einen Koppelkondensator 22 mit einer Kapazität CC2, die durch den Überlappungsbereich, die Dicke der Isolierung 5, die Spannungsdifferenz des Floating-Gates 2 in bezug auf die Vorspannung der Elektroden 7 und die Dotierdichte N gebildet wird. Der Bereich 9 ist ein normal stark dotierter Bereich, der normalerweise während dem Prozeßschritt erzeugt wird, bei dem die Source-Drain-Bereiche der verschiedenen Transistoren gebildet werden. Das Kapazitätselement 25 mit der Kapazität CE, das Kapazitätselement 19 mit der Kapazität Csub und das Kapazitätselement 18 mit einer Kapazität Cj» werden so formuliert, wie dies in den Figuren dargestellt ist. Außerdem werden diese Kapazitäten durch die Eigenschaften verschiedener Strukturelemente der Einrichtung realisiert. In diesem Zusammenhang wird festgestellt, daß der Teilungskondensator bzw. der Split-Kondensator 23 , der eine Gesamtkapazität C1 aufweist, zwischen der ersten PoIysiliziumschicht und der dritten Polysiliziumschicht gebildet wird. Dieser Kondensator bewirkt zusammen mit der Kapazität des Gates des Transistors 8, daß der Knoten 29 während eines Zyklus, in dem die Leistung angeschaltet wird, (der das Anlegen von Leistung mit einem Potential Vcc enthält) langsamer ansteigt als der Knoten 30, vorausgesetzt, daß der Transistor 20sich in einem nicht leitenden Zustand befindet. Der Kondensator 17 mit der Kapazität C2 ist zwischen der ersten Polysiliziumschicht und dem Substratbereich vorhanden. Die totale Kapazitat der Kapazität C2 und der Kapazität des Gates des Transis-the electrons tunnel through the isolation oxide 42 from the floating gate, if a sufficiently large, relatively positive one Voltage is applied to the gate 3. The gate 3 overlaps the area 7 by a coupling capacitor 21 of the capacitance CC3 to form, by the overlap area and the thickness of the insulation 6, the voltage difference of the erase / memory gate 3 with respect to the bias electrode 7 and the gating density N of the bias electrode. The floating gate 2 also overlaps with the bias electrode 7 and forms a coupling capacitor 22 with a Capacitance CC2 defined by the overlap area, the thickness the insulation 5, the voltage difference of the floating gate 2 with respect to the bias voltage of the electrodes 7 and the doping density N is formed. Area 9 is a normal strength doped area normally used during the process step is generated, in which the source-drain regions of the various transistors are formed. The capacitance element 25 with the capacitance CE, the capacitance element 19 with the capacitance Csub and the capacitance element 18 with a capacitance Cj »are formulated as shown in the figures is. In addition, these capacities are determined by the properties of various structural elements of the facility realized. In this context, it is noted that the dividing capacitor or the split capacitor 23, the has a total capacitance C1, between the first polysilicon layer and forming the third polysilicon layer. This capacitor works together with the capacitance of the gate of the transistor 8 that the node 29 during a cycle in which the power is switched on, (the Applying power at a potential Vcc) rises more slowly than node 30, provided that transistor 20 is off is in a non-conductive state. The capacitor 17 with the capacitance C2 is between the first polysilicon layer and the substrate area. The total capacity of the capacitance C2 and the capacity of the gate of the transistor

• tors 20 wird so eingestellt, daß sie im wesentlichen größer ist als die Gesamtkapazität der kapazität C1 und der Kapazität des Gates• Tor 20 is adjusted so that it is substantially greater than the total capacity of the capacitance C1 and the capacity of the gate

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des Transistors 8, um zu bewirken, daß der Knoten 30 beim Anlegen von Spannungen langsamer ansteigt als der Knoten 29. Der Kondensator 18 mit einer Kapazität Cp wird zwischen dem Floating-Gate aus Polysilizium des Transistors 20 und der ersten PolySiliziumschicht 50 ausgebildet. Dieser Kondensator bildet eine Struktur zum Tunneln von Elektronen von der Programmier-Elektrode 1 der ersten Polysiliziumschicht 50 zu dem Floating-Gate 2. Das Tunneln tritt ein, wenn ein ausreichend großes elektrisches Feld an dem Kondensator 18 während des Programmieren^ entwickelt wird. Der Löschkondensator 25 mit einer Kapazität CE ist zwischen der Lösch/Speicherelektrode 3 und der dritten Polysiliziumschicht und dem Floating-Gate 2 vorhanden. Dieser Kondensator 25 bildet eine Struktur, die das Tunneln von Elektronen von dem Floating-Gate 2 zu der Lösch/Speicherelektrode 3 ("Xöschen") ermöglicht.of transistor 8 to cause node 30 at Application of voltages increases more slowly than the node 29. The capacitor 18 with a capacitance Cp is between the floating gate made of polysilicon of the transistor 20 and the first polysilicon layer 50. This capacitor forms a structure for tunneling electrons from the programming electrode 1 of the first polysilicon layer 50 to the floating gate 2. Tunneling occurs when a sufficiently large electric field across the capacitor 18 is developed during programming ^. The quenching capacitor 25 with a capacitance CE is between the Erase / storage electrode 3 and the third polysilicon layer and the floating gate 2 are present. This capacitor 25 forms a structure that allows electrons to tunnel from the floating gate 2 to the erase / storage electrode 3 ("Xöschen") enables.

Das Tunneln tritt ein, wenn ein ausreichend großes elektrisches Feld an dem Kondensator 25 entwickelt wird. Der Kondensator koppelt auch während des Programmiervorgangsetwas Potential an das Floating-Gate . Der Kondensator 21 mit einer Kapazität CC3 besteht zwischen der Lösch/Speicherelektrode 3 und der in dem Substrat durch Implantation hergestellten n-Vorspannungselektrode 7. Dieser Kondensator erzeugt die Kopplung durch ein elektrisches Potential an das Floating-Gate über den Kondensator 22 , wenn der Transistor 8 ausgeschaltet ist. Der Kondensator 22 mit einer Kapazität CC2 besteht zwischen dem Floating-Gate 2 und dem in dem Substrat implantierten η-Bereich der Vorspannungselektrode 7. Wenn der Transistor 8 sich in einem nicht leitenden Zustand befindet, koppelt das elektrische Potential von der Lösch/Speicherelektrode 3 (über den Kondensator 21> zur Vorspannungselektrode 7, und dann von der Vorspannungselektrode 7 zu dem Floating-Gate 2 (über die Kapazität 22). Wenn eine Spannung an die Elektrode 3 angelegt wird, wenn der Transistor 8 sich-in einem leitenden Zustand befindet, wird die Vorspannungselektrode 7 auf Masse potential gehalten und die Kapazität 22 hält das Floating-Gate-Potential klein, so daß ein großes Feld an dem Kondensator 25Tunneling occurs when a sufficiently large electric field is developed across capacitor 25. The condenser also couples some potential during the programming process to the floating gate. The capacitor 21 with a capacitance CC3 exists between the erase / storage electrode 3 and the n-bias electrode made in the substrate by implantation 7. This capacitor creates the coupling through an electrical potential to the floating gate the capacitor 22 when the transistor 8 is turned off. The capacitor 22 with a capacitance CC2 exists between the floating gate 2 and the η region of the bias electrode 7 implanted in the substrate. When the transistor 8 is in a non-conductive state, couples the electrical potential from the erase / storage electrode 3 (via capacitor 21> to bias electrode 7, and then from bias electrode 7 to floating gate 2 (over capacity 22). When a voltage is applied to the electrode 3, when the transistor 8 is in a conductive state State is, the bias electrode 7 is held at ground potential and the capacitance 22 holds the floating gate potential small, so that a large field on the capacitor 25

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entwickelt werden kann. Bei dem Kondensator 19, der eine Kapazität Csub aufweist, handelt es sich um einen ungewünschten parasitären p-n-übergangskondensätor, der den Kondensator 22 und den Kondensator 21 von der Lösch/Speicherelektrode 3 während des Programmieren entkoppelt. Dieser Kondensator sollte minimalisiert werden. Wie dies angedeutet ist, handelt es sich bei dem Transistor 8 um einen Transistor, der den Zustand der RAM-Zelle 12 fühlt bzw. ermittelt und dem nicht selbstlöschenden Element 14 den Befehl gibt, in Abhängigkeit 0 von dem Speicherzustand der RAM-Zelle 12 zu programmieren oder zu löschen, um den Speicherzustand der RAM-Zelle unverändert zu übertragen. Bei dem Transistor 20 handelt es sich um einen Tiansistor , der den Zustand des selbstlöschenden Elements 14 andie RAM-Zelle 12 überträgt. Die Funktionen dieser Kapazitäten^des Kondensators 21, des Kondensators 22, des Kondensators 17 und der Transistoren 8 und 20 werden im Zusammenhang mit der Beschreibung des Betriebs der Zelle erarbeitet.can be developed. The capacitor 19, which has a capacitance Csub, is an undesired one parasitic p-n junction capacitor, the capacitor 22 and the capacitor 21 from the erase / storage electrode 3 decoupled during programming. This capacitor should be minimized. As indicated, acts the transistor 8 is a transistor which senses or determines the state of the RAM cell 12 and the not self-erasing element 14 gives the command to program as a function of 0 on the memory state of the RAM cell 12 or clear to transfer the memory status of the RAM cell unchanged. The transistor 20 is a Tiansistor which transmits the state of the self-extinguishing element 14 to the RAM cell 12. The functions these capacities ^ of the capacitor 21, of the capacitor 22, of capacitor 17 and transistors 8 and 20 will be in connection with the description of the operation of the cell Developed.

Dadurch, daß man einen Prozeß zur Herstellung eines n-Kanal-Silizium-Gates und mit drei Polysiliziumschichten verwendet, kann eine herstellbare/kompakte, leicht zu betreibende nicht selbstlöschende statische RAM-Einrichtung 10 erzeugt werden, die so aufgebaut "ist, wie dies dargestellt ist, und die beispielsweise im Zusammenhang mit Mikrocomputer-Anwendungen verwendet werden kann. Eine Anordnung der Speichereinrichtungen kann als ein herkömmliches RAM mit der Möglichkeit der Datenspeicherung bei Wegnehmen der Leistung ("Ausfallschutz") oder als ein selbstlöschendes RAM zusammen mit einem nicht selbstlöschenden ROM verwendet werden. Die Zelle kann zwei unabhäiijLge Daten-Bits, eines in dem RAM -Bereich 12 und eines in dem nicht selbstlöschenden Teil 14 jeder Zelle speichern.By using a process of fabricating an n-channel silicon gate and having three layers of polysilicon, a manufacturable / compact, easy-to-operate, non-self-erasing static RAM device 10 can be constructed as shown An arrangement of the storage devices can be used as a conventional RAM with the possibility of data storage when the power is lost ("failure protection") or as a self-erasing RAM together with a non-self-erasing ROM The cell can store two independent bits of data, one in the RAM area 12 and one in the non-self-erasing portion 14 of each cell.

Es ist von Bedeutung festzustellen, daß die RAM-Zelle 12 unabhängig von der ROM-Zelle 14 funktionieren kann und daß einIt is important to note that the RAM cell 12 can function independently of the ROM cell 14 and that a

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nicht selbstlöschendes Speichern nicht notwendigerweise mit jedem herkömmlichen RAM -Schreibzyklus eintritt. Stattdessen tritt das nicht selbstlöschende Speichern nur ein, wenn ein Speicherbefehl an die Speicheranordnung gegeben wird. In RAM-An-Ordnungen der Einrichtung 10 können die Anordnungen als ein System verwendet werden, um ein RAM-Datenmuster in die entsprechenden nicht selbstlöschenden Elemente mit den Floating-Gates einzubringen. In dieser Verbindung kann der entsprechende Teil des nicht selbstlöschenden Elements der An-Ordnung als ein elektrisch änderbarer Festwertspeicher (ROM) funktionieren bzw. arbeiten. In der folgenden Beschreibung wird das nicht selbstlöschende Element 14 der Einfachheit halber als ROM bezeichnet. Weil in dem nicht selbstlöschenden ROM-Element 14 Daten für einen zukünftigen Abruf zur RAM-Zelle gespeichert werden können, kann die Arbeitsweise dieser Datenspeicherung wünschenswerterweise bei einem völligen Leistungsausfall oder in anderen solchen Umständen verwendet werden, bei denen ein herkömmliches RAM seine Daten so verlieren würde, daß sie nicht wieder beschaffen werden könnten. 20non-self-erasing storage does not necessarily occur with every conventional RAM write cycle. Instead occurs the non-self-erasing storage only when a storage command is given to the memory arrangement. In RAM arrangements of the device 10, the assemblies can be used as a system to convert a RAM data pattern into the appropriate to introduce non-self-extinguishing elements with the floating gates. In this connection the corresponding Part of the non-self-erasing element of the An-order as an electrically changeable read-only memory (ROM) work or work. In the following description, the non-self-extinguishing element 14 is used for simplicity referred to as ROM for the sake of it. Because in the non-self-erasing ROM element 14 data for a future call to the RAM cell can be stored, the operation of this data storage can desirably be used in the event of a total loss of power or in other such circumstances, where a conventional RAM would lose its data so that it could not be retrieved. 20th

Weil außerdem das RAM-Teil 12 und das ROM-Teil 14 der Zelle in bezug aufeinander "transparent" sind, kann der RAM-Bereich im wesentlichen unabhängig von dem Datenzustand des ROM Bereichs betrieben werden. Infolge dieses Merkmals und weil der RAM-Bereich den wahren Datenzustand des ROM-Bereichs nach dem Einschalten der Leistung unverändert überträgt, kann ein willkürliches Anfangsprogramm, wie es in einer herkömmlichen Weise in durch Masken programmierbaren ROM-Speichern gespeichert ist, automatisch in den RAM-Bereich der Anordnung einer Speicheranordnung der Einrichtungen 10 eingegeben werden, wenn das System wieder mit Leistung versorgt wird. Die gespeicherten Daten oder das Programm des ROM können im wesentlichen unbegrenzt zum wiederholten Abruf zu den entsprechenden RAM-Zellen zurückgehalten werden . Beim Betrieb der Einrichtung 10, während dem eine Versorgungsspannung des Potentials Vcc an die RAM-Zelle 12 gelegt wird, kann der Speicherzustandsin-In addition, because the RAM portion 12 and ROM portion 14 of the cell are "transparent" with respect to one another, the RAM area can be operated essentially independently of the data status of the ROM area. As a result of this feature and because the RAM area transmits the true data status of the ROM area unchanged after the power is switched on an arbitrary initial program, as is conventional in mask programmable ROM memories is automatically entered into the RAM area of the arrangement of a memory arrangement of the devices 10, when the system is powered up again. The stored data or the program of the ROM can essentially can be retained indefinitely for repeated retrieval to the corresponding RAM cells. When operating the facility 10, during which a supply voltage of the potential Vcc is applied to the RAM cell 12, the memory status in-

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halt des statischen RAM-Bereichs 12 unverändert in den ROM-Bereich 14 dadurch übertragen werden, daß ein einziger Speicherirapuls "Speichern" von etwa 25 Volt an die Lösch/Speicherelektrode 3 durch einen geeigneten Steuerkreis (nicht dargestellt) angelegt wird, der so aufgebaut ist, daß er sich auf dem Chip oder außerhalb des Chips befindet. Wenn die Versorgungsspannung von der RAM-Zelle 12 entfernt wird, behält das ROM 14 diese Daten im wesentlichen unbegrenzt aufrecht oder das ROM 14 behält diese Daten solange unverändert aufrecht, bis sie geändert werden. Wenn die Betriebsspannung (Vcc) wieder an die- statische RAM-Zelle 12 angelegt wird, überträgt sie automatisch nicht zerstörend und unverändert die Daten des ROM-Teils 14. Die RAM-Zelle 12 "erinnert'5'sich daher in welchem Zustand sie sich befand.bzw. in welchem Zustand sie zurückgelassen wurde, als die Versorgungsspannung entfernt wurde; oder genauer gesagt, wann der Befehlsimpuls "Speichern" von 25 Volt zuletzt erschienen ist.Halt of the static RAM area 12 can be transferred unchanged into the ROM area 14 in that a single memory pulse "store" of about 25 volts is applied to the erase / storage electrode 3 by a suitable control circuit (not shown) which is so constructed that it is on the chip or off the chip. When the supply voltage is removed from the RAM cell 12, the ROM 14 maintains this data essentially indefinitely, or the ROM 14 maintains this data unchanged until it is changed. When the operating voltage (Vcc) is reapplied to the static RAM cell 12, it automatically transmits the data of the ROM part 14 in a non-destructive and unchanged manner. The RAM cell 12 " therefore remembers" 5 "in which state it is or in what state it was left when the supply voltage was removed; or more precisely, when the command pulse "Save" of 25 volts last appeared.

Beim Betrieb kann sich der Knoten 29 der bistabilen RAM-Zelle entweder auf einem höheren oder einem tieferen elektrischen Potential befinden, wobei der Knoten 30 den Zustand des entgegengesetzten elektrischen Potentials aufweist. Die kapazitive Kopplungseinrichtung zum Koppeln der RAM-Zelle 12 an das nicht selbstlöschende Element 14 ist geeignet, den Speicherzustand der RAM~Zelle 12. zu erfühlen bzw. zu ermitteln, Auf der Grundlage dieser Ermittlung bestimmt die kapazitive Kopplungseinrichtung , ob*Elektronen auf das Floating-Gate injiziert werden oder ob Elektronen von dem Gate 2 entfernt werden müssen, um den Speicherzustand der RAM-Zelle 12 unverändert zu übertragen. In diesem Zusammenhang wird festgestellt, daß wenn der Knoten 29 hochpegelig ist, der Transistor 18 leitet und der Drain-Bereich des Transistors 8 die große Inversionsplatte (η-Typ) der Kondensatoren 21 und 22 an Masse koppelt. Wenn der Impuls "speichern" von etwa 25 Volt an die Lösch/Speicherelektrode 3 angelegt wird, entwickelt sich ein elektrisches Feld am Kondensator 25 , das hinreichend groß ist, damit Elektronen von dem Floating-Gate 2 zur ElektrodeDuring operation, the node 29 of the bistable RAM cell either at a higher or a lower electrical potential, with node 30 being the state of the opposite Has electrical potential. The capacitive coupling device for coupling the RAM cell 12 to the non-self-erasing element 14 is capable of saving the state the RAM cell 12th to sense or determine, On based on this determination, the capacitive coupling device determines whether * electrons on the floating gate injected or whether electrons must be removed from the gate 2 in order to keep the memory state of the RAM cell 12 unchanged transferred to. In this regard, it is noted that when node 29 is high, transistor 18 is conducts and the drain region of the transistor 8, the large inversion plate (η-type) of the capacitors 21 and 22 to ground couples. When the "store" pulse of about 25 volts is applied to the erase / storage electrode 3, a develops electric field on capacitor 25, which is large enough to allow electrons to move from floating gate 2 to the electrode

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~32' 30Q2492~ 32 '30Q2492

tunneln können. Bei dem Floating-Gate 2 handelt es sich wiederum um das Gate des Transistors 20 Wenn nun der gesarate Kreis 10 abgeschaltet wird, wobei die gesamte Spannung entfernt wird, und wenn dann die Versorgungsspannung Vcc für das RAM wieder auf annähernd 5 Volt angeschaltet wird, wird der Zustand des nicht selbstlöschenden Elements 14 unverändert auf die RAM-Zelle 12 übertragen. In diesem Zusammenhang wird festgestellt, daß die Lasttransistoren 31 und 32 vom Verarmungstyp versuchen, die Knoten 29 und 30 jeweils hochzuziehen. Weil jedoch der Transistor 20 leitet, (sein Gate ist positiv geladen) und weil die Kapazität des Knotens 30 plus der Kapazität C2 des Kondensators T 7 plus der Kapazität des Gates des Transistors größer ist als die Kapazität des Knotens 29 plus der Kapazität C1 des Kondensators 23 plus der Kapazität des Gates des Transistors 8, wird bei der dargestellten Ausführungsform der Knoten langsamer" hochgezogen als der Knoten 29. Wenn der Knoten 29 annähernd 1 Volt erreicht, schaltet der kreuzgekoppelte Verstärker ein und setzt den Knoten 29 hochpegelig und den Knoten tiefpegelig.can tunnel. The floating gate 2 is again the gate of the transistor 20 if the entire circuit 10 is now is switched off, the entire voltage is removed, and when then the supply voltage Vcc for the RAM again is turned on to approximately 5 volts, the state of the non-self-erasing element 14 is unchanged on the RAM cell 12 transferred. In this connection, it is noted that the depletion type load transistors 31 and 32 are trying to pull up knots 29 and 30, respectively. However, because transistor 20 conducts (its gate is positively charged) and because the capacitance of the node 30 plus the capacitance C2 of the capacitor T 7 plus the capacitance of the gate of the transistor is greater than the capacitance of the node 29 plus the capacitance C1 of the capacitor 23 plus the capacitance of the gate of the transistor 8, in the illustrated embodiment, the knot is "pulled up more slowly than the knot 29. If the knot 29 reaches approximately 1 volt, the cross-coupled amplifier turns on and sets node 29 high and the node low level.

Wenn andererseits der Knoten 29 anfangs tiefpegelig ist, ist der Transistor 8 ausgeschaltet (nicht leitend) und die große n-Inversionsplatte der Kondensatoren 21 und 22 der Vorspannungselektrode 7 kann floaten. Wenn ein Impuls "speichern" von etwa 25 Volt an die Lösch/Speicherelektrode 3 angelegt wird, koppelt der Kondensator 21 Potential über den Kondensator 22 an das Floating-Gate 2. Der Spannungsimpuls "speichern" von 25 Volt koppelt auch ein wenig über den Kondensator 25 an das Floating-Gate 2. Die Nettowirkung besteht darin, daß ein Feld am 0 Kondensator 18 erzeugt wird, das ausreichend groß ist, um zu bewirken, daß Elektronen in das Floating-Gate 2 von der Programmierelektrode 1 tunneln und das Floating-Gate negativ laden. Bei einem negativen Floating-Gate ist der Transistor 2Q ausgesqhaltet (nicht leitend).On the other hand, when node 29 is initially low, transistor 8 is off (non-conductive) and large n-inversion plate of the capacitors 21 and 22 of the bias electrode 7 can float. When a "store" pulse of about 25 volts is applied to the erase / storage electrode 3, couples the capacitor 21 potential through the capacitor 22 to the floating gate 2. The voltage pulse "store" of 25 volts also couples somewhat to floating gate 2 through capacitor 25. The net effect is to create a field on the 0 capacitor 18 is created, which is large enough to cause electrons to enter the floating gate 2 from the Tunnel programming electrode 1 and charge the floating gate negatively. With a negative floating gate, transistor is 2Q excluded (not conductive).

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Der gesamte Kreis kann dann von der Versorgungsspannung getrennt werden und die Versorgungsspannung Vcc kann dann eingeschaltet werden. Wie bereits zuvor versuchen die Transistoren 31 und 32 die Knoten 29, 30 jeweils hochzuziehen. In diesem Fall ist jedoch die Kapazität des Knotens plus der Kapazität C1 des Kondensators 23 plus der Kapazität des Gates des Transistors 8 größer als die Kapazität des Knotens 30 (der Transistor 20 ist ausgeschaltet). Der Knoten 3 wird daher geringfügig hochpegeliger als der Knoten 29 und er wird daher bewirken, daß der kreuzgekoppelte Verstärker einschaltet und den Knoten 30 hoch- und den Knoten 29tiefpegelig setzt, wie dies der Fall war, wenn zuvor ein Speicherbefehlsimpuls erschien, um den Zustand des RAM an das Element 14 mit dem Floating-Gate unverändert zu übertragen.The entire circuit can then be disconnected from the supply voltage and the supply voltage Vcc can then be switched on. As before, transistors 31 and 32 try to pull nodes 29, 30 up, respectively. In this case, however, the capacitance of the node is plus the capacitance C1 of the capacitor 23 plus the capacitance of the gate of transistor 8 is greater than the capacitance of node 30 (transistor 20 is off). The node 3 will therefore go slightly higher than node 29 and will therefore cause the cross-coupled amplifier to turn on and sets node 30 high and node 29 low as it did when a store command pulse was previously received appeared to transmit the state of the RAM to the element 14 with the floating gate unchanged.

Es ergibt sich dementsprechend, daß beim Betrieb der Einrichtung 10, wenn die RAM-Zelle 12 in einem bestimmten Speicherzustand ist, (Knoten 29 hochpegelig und Knoten 30 tiefpegelig oder Knoten 29 tiefpegelig und Knoten 30 hochpegelig), der ROM-Bereich 14 diesen Zustand unverändert in einer Weise über trägt, daß nach einem Einschalten der Versorgungsspannung der Bereich 12 der RAM-Zelle denselben Zustand von dem Bereich des ROM direkt unverändert zurücküberträgt.It follows accordingly that in the operation of the device 10 when the RAM cell 12 is in a certain memory state (node 29 is high and node 30 is low or node 29 is low and node 30 is high), the ROM area 14 carries this state unchanged in such a way that after the supply voltage is switched on the area 12 of the RAM cell directly transfers the same state back unchanged from the area of the ROM.

Um Daten aus der nicht selbstlöschenden ROM-Zelle 14 zur RAM-Zelle 12 abrufen zu können, wenn die Spannungsversorgung Vcc (wieder)eingeschaltet ist, sollten zahlreiche Kapazitätsbeziehungen erfüllt sein. Um Daten von der ROM-Zelle 14 zur RAM-Zelle 12 unter Kreisbedingungen, zu denen der Transistor 20 ausgeschaltet ist, abrufen zu können, sollte die Kapazität C1 des Kondensators 23 plus der Kapazität des Gates des Transistors 8 groß genug sein, um sicherzustellen, daß der Knoten 29 immer langsamer als der Knoten 30 hochgezogen wird und bewirkt, daß der kreuzgekoppelte Verstärker der RAM-Zelle 12 den Knoten 29 tiefpegelig (aus) und den Knoten hochpegelig (ein) einstellt.In order to be able to call up data from the non-self-erasing ROM cell 14 to the RAM cell 12 when the voltage supply Vcc is switched on (again), there should be numerous capacity relationships be fulfilled. To transfer data from ROM cell 14 to RAM cell 12 under circuit conditions to which the Transistor 20 is turned off, should be the capacitance C1 of the capacitor 23 plus the capacitance of the Gates of transistor 8 must be large enough to ensure that node 29 is always pulled up more slowly than node 30 and causes the cross-coupled amplifier of RAM cell 12 to make node 29 low (off) and node high level (on).

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Um Daten zur RAM-Zelle 12 von der ROM-Zelle 14 unter Bedingungen abrufen zu können, zu denen der Transistor 20 eingeschaltet ist, sollte die Kapazität C2 des Kondensators plus der Kapazität des Gates des Transistors 20 in einem ausreichenden i-Iafie größer sein als die Kapazität C1 des Kondensators 23 plus der Kapazität des Gates des Transistors 8, um zu bewirken, daß der kreuzgekoppelte Verstärker der RAM-Zelle 12 den Knoten 30 tiefpegelig und den Knoten 29 hochpegelig einstellt. Im folgenden werden repräsentative Kapazitätswerte dieser Kapazitäten für die dargestellte Ausführungsform 10 angegeben:In order to be able to retrieve data for the RAM cell 12 from the ROM cell 14 under conditions in which the transistor 20 is on, the capacitance C2 of the capacitor plus the capacitance of the gate of the transistor 20 should be in one sufficient i-Iafie must be greater than the capacitance C1 of the Capacitor 23 plus the capacitance of the gate of transistor 8 to cause the cross-coupled amplifier of the RAM cell 12 sets node 30 low and node 29 high. The following are representative Capacitance values of these capacities are given for the illustrated embodiment 10:

Knoten 29 etwa 0,10 PicofaradNode 29 approximately 0.10 picofarads

Knoten 30 (bei eingeschaltetem. Transistor 20) 2Q etwa 0,20 PicofaradNode 30 (with transistor 20 on) 2Q about 0.20 picofarads

Knoten 30 (bei ausgeschaltetem Transistor 20) etwa 0,05 Picofarad.Node 30 (with transistor 20 off) about 0.05 picofarads.

Die beschriebene nicht selbstlöschende statische RAM-Zelle weist infolge eines in der nicht selbstlöschenden Einrichtung vorhandenen selbstregulierenden und kompensierenden Kreises weitere Vorteile auf, und versucht, die Anzahl der Nutzzyklen in der nicht selbstlöschenden Einrichtung zu vergrößern, wie dies in der oben erwähnten Patentanmeldung "Substratgekoppelte Speicherzelle mit einem Floating-Gate" 0 von gleichem Tage beschrieben ist. Wie aufgezeigt wurde, kann eine Anordnung aus einer Anzahl solcher Speichereinrichtungen in einer einfachen Weise auf einem Substrat eines Chips gebildet werden, wobei geeignete Hilfskreise und Zwischenverbindungen zur Bildung einer nicht selbst-5 löschenden adressierbaren statischen RAM-Speichereinrichtung vorgesehen sind. Die Daten des gesamten RAM-Bereichs der Anordnung können leicht an den entsprechenden ROM-Bereich der Anordnung übertragen und an die RAM-Anordnung nach dem Einschalten der Versorgungsspannung der RAM-Anordnung unver-0 ändert zurückübertragen werden.The described non-self-erasing static RAM cell has as a result of one in the non-self-erasing Establishing existing self-regulating and compensating circuit further advantages, and trying to reduce the number of To increase the usage cycles in the non-self-extinguishing device, as described in the above-mentioned patent application "Substrate-coupled memory cell with a floating gate" 0 is described on the same day. As has been shown, an arrangement can comprise a number of such storage devices can be formed in a simple manner on a substrate of a chip, with suitable auxiliary circuits and interconnections to form a non-self-erasing addressable RAM memory device are provided. The data of the entire RAM area of the arrangement can easily be transferred to the corresponding ROM area of the arrangement and transferred to the RAM arrangement after the supply voltage of the RAM arrangement has been switched on changes to be transferred back.

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Bei der Erfindung enthält eine nicht selbstlöschende Halbleiterzelle eines Speichers mit wahlfreiem Zugang eine statische RAM-Zelle und ein nicht selbstlöschendes Speicherelement, das mit der statischen RAM-Zelle durch Kapazitätskopplung derart verbunden werden kann, daß die Inhalte der RAM-Zelle direkt und unverändert an das nicht selbstlöschende Element übertragen werden können und daß die Inhalte der nicht selbstlöschenden Speicherzelle nach dem Anlegen der Versorgungsspannung an die RAM-Zelle zur RAM-Zelle unverändert übertragen werden. Bei dem nicht selbstlöschenden Speicherelement kann es sich um eine Zelle mit einem substratgekoppelten Floating-Gate handeln, die selbstregulierte und durch Unebenheiten vergrößte Tunnelströme aufweist.In the invention includes a non-self-erasing semiconductor cell a memory with random access, a static RAM cell and a non-self-erasing memory element, that with the static RAM cell through capacity coupling can be connected in such a way that the contents of the RAM cell are directly and unchanged to the non-self-erasing Element can be transferred and that the contents of the non-self-erasing memory cell after the application of the Supply voltage to the RAM cell can be transmitted to the RAM cell unchanged. In the case of the non-self-extinguishing The storage element can be a cell with a substrate-coupled floating gate that is self-regulated and has increased tunnel currents due to unevenness.

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Claims (12)

Patentanwälte Dipl.-Ing. H. ^'eickwann, Dtvl.-Phys. Dr. K. FinckePatent attorneys Dipl.-Ing. H. ^ 'eickwann, Dtvl.-Phys. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. R A.¥eickmann, Dipl.-Chem. B. HuberDipl.-Ing. R A. ¥ eickmann, Dipl.-Chem. B. Huber DR.ING.H.LISKA 3002492DR.ING.H.LISKA 3002492 SOOQ MÜNCHEN U, DENSOOQ MUNICH U, DEN POSTFACH 860820PO Box 860820 MÜHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 3921/22MÜHLSTRASSE 22, CALL NUMBER 98 3921/22 3804238042 XICOR, I2JC.XICOR, I2JC. Alexander CourtAlexander Court los Altos, California, T.St.A.los Altos, California, T.St.A. Ficht selbstlöschende Speichereinrichtung und Verfahren zum Betrieb dieser Einrichtung.Ficht self-erasing memory device and method of operating this device. PatentansprücheClaims Nicht selbstlöschende Speichereinrichtung mit einer selbstlöschenden Halbleiter-Speicherzelle zum Speichern von binären Daten, mit einer Einrichtung zum Auslesen aus der selbstlöschenden Speicherzelle und zum Einschreiben in die selbstlöschende Speicherzelle, und mit einer nicht selbstlöschenden Speichereinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht selbstlöschende Speichereinrichtung (14) einen elektrisch isolierten Floating-Gate-Leiter (2) zum Speichern von binären Daten in der Form eines elektrischen Ladungspegels von zwei unterschiedlichen elektrischen Ladungspegeln an dem Floating-Gate-Leiter (2) aufweist, daß eine Einrichtung zum kapazitiven Koppeln der selbstlöschenden Speicherzelle (12) an die nichtNon-self-erasing memory device with a self-erasing one Semiconductor memory cell for storing binary data, with a device for reading out from the self-erasing memory cell and for writing into the self-erasing memory cell, and with a non-self-erasing memory cell Storage device, characterized in that the non-self-erasing storage device (14) is an electrically insulated floating gate conductor (2) for storing binary data in the form of an electrical charge level of two different electrical charge levels on the floating gate conductor (2) that a device for capacitive Coupling the self-erasing memory cell (12) to the not 030031/0828030031/0828 selbstlöschende Speichereinrichtung (14) und zum unveränderten Übertragen des Speicherzustandes der bistabilen Speicherzelle (27, 28, 31, 32} an die Floating-Gate-Komponente in der Form eines vorgegebenen elektrischen Ladungspegels der elektrischen Ladungspegel des Floating-Gate-Leiters {2} vorgesehen ist, und daß eine weitere Einrichtung zum kapazitiven Koppeln des Floating-Gate-Leiters (2) der nicht selbstlöschenden Speichereinrichtung {14} an die selbstlöschende Speicherzelle (12) zum unveränderten übertragen des Speicherzustandes des Floating-Gates (2} an die selbstlöschende Speicherzelle (12) nach dem Anlegen einer elektrischen Versorgungsspannung an die selbstlöschende Speicherzelle (12) vorgesehen ist,self-erasing memory device (14) and unchanged Transferring the memory state of the bistable memory cell (27, 28, 31, 32} to the floating gate component in the form a predetermined electrical charge level of the electrical charge level of the floating gate conductor {2} is provided, and that a further device for capacitive coupling of the floating gate conductor (2) of the non-self-erasing memory device {14} to the self-erasing memory cell (12) for the unchanged transfer of the memory status of the floating gate (2} to the self-extinguishing memory cell (12) after applying an electrical supply voltage to the self-extinguishing one Storage cell (12) is provided, 2. Speichereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als selbstlöschende Speicherzelle ein bistabiles, kreuzgekoppeltes Speicher-Flip-Flop (27, 28, 31, 32) vorgesehen ist.2. Storage device according to claim 1, characterized in that that a bistable, cross-coupled memory flip-flop (27, 28, 31, 32) is provided as the self-erasing memory cell. 3. Speichereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Speicherzelle eine statische Speicherzelle mit wahlfreiem Zugriff vorgesehen, ist, die sechs n-Kanal-Transistoren auf-3. Storage device according to claim 1, characterized in that a static memory cell with random access is provided as the memory cell, the six n-channel transistors on- -, weist.-, knows. 4. Speichereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Speicherzelle eine statische Speicherzelle mit wahlfreiem Zugriff vorgesehen ist, die vier n-Kanal-Transistoren aufweist.4. Storage device according to claim 1, characterized in that a static memory cell with random access is provided as the memory cell, which has four n-channel transistors. 5. Speichereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Speicherzelle eine statische Speicherzelle mit wahlfreiem Zugriff vorgesehen ist, die sechs CMOS/SoS-Transistoren aufweist. 5. Storage device according to claim 1, characterized in that a static memory cell with random access is provided as the memory cell, which has six CMOS / SoS transistors. 6. Speichereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Speicherzelle eine statische Speicherzelle mit wahlfreiem Zugriff vorgesehen ist, die sechs CMOS-Transistoren mit Substratanschluß aufweist.6. Storage device according to claim 1, characterized in that A static memory cell with random access is provided as the memory cell, the six CMOS transistors with substrate connection having. 030031/0828030031/0828 3QQ24923QQ2492 7. Speichereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als selbstlöschende Speicherzelle eine dynamische Speicherzelle vorgesehen ist. 7. Memory device according to claim 1, characterized in that a dynamic memory cell is provided as the self-erasing memory cell. 8. Speichereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht selbstlöschende Speichereinrichtung (14) eine Mehrzahl von Elektroden aufweist und daß wenigstens zwei dieser Elektroden und das Floating-Gate (2) mit drei Schichten aus Polysilizium ausgebildet sind.8. Storage device according to claim 1, characterized in that the non-self-erasing memory device (14) has a plurality of electrodes and that at least two of these Electrodes and the floating gate (2) are formed with three layers of polysilicon. 9. Speichereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Unebenheiten vorgesehen sind, um einen Elektronenfluß zu dem Floating-Gate-Leiter (2) und von dem Floating-Gate-Leiter (2) der nicht selbstlöschenden Speichereinrichtung (14) zu verbessern. 9. Memory device according to claim 1, characterized in that bumps are provided in order to improve the flow of electrons to the floating gate conductor (2) and from the floating gate conductor (2) of the non-self-erasing memory device (14). 10. Speichereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Anlegen einer einzigen Steuersignalspannung zum Speichern an die Zelle bewirkt, daß die Inhalte der selbstlöschenden Speicherzelle in die nicht selbstlöschende Speichereinrichtung übertragen werden.10. Storage device according to claim 1, characterized in that the application of a single control signal voltage for storage to the cell causes the contents of the self-erasing Memory cell are transferred into the non-self-erasing memory device. 11. Speichereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine integrierte Kreisanordnung mit einer Mehrzahl von Zellen mit selbstlöschenden Speicherzellen und nicht selbstlöschenden Speichereinrichtungen vorgesehen ist.11. Storage device according to claim 1, characterized in that an integrated circuit arrangement having a plurality of cells with self-erasing memory cells and non-self-erasing memory cells Storage facilities is provided. 12. Verfahren zum nicht selbstlöschenden Speichern von binärer Information in einem integrierten Hälbleiterkreis, dadurch gekennzeichnet, daß einer der binären Speicherzustände einer selbstlösehenden Halbleiter-Speicherzelle mit in ihr gespeicherter Information kapazitiv abgefühlt bzw. ermittelt wird, daß ein vorgegebener elektrischer Ladungspegel von zwei elektrischen Ladungspegeln auf einem dielektrisch isolierten Floating-Gate-Leiter entsprechend dem kapazitiv ermittelten12. Procedure for non-self-erasing storage of binary Information in an integrated semiconductor circuit, characterized in that one of the binary memory states is one self-releasing semiconductor memory cell with information stored in it capacitively sensed or determined is that a given electrical charge level is dielectrically isolated from two electrical charge levels on one Floating gate conductor according to the capacitively determined 030031/0828030031/0828 Speicherzustand der selbstlöschenden Speicherzelle erzeugt wird, ohne daß der Speicherzustand der selbstlöschenden Speicherzelle geändert wird, daß nachfolgend der eine Ladungspegel der beiden Ladungspegel des Floating-Gate-Leiters kapazitiv abgefühlt bzw. ermittelt wird, und daß in der selbstlöschenden Speicherzelle der Speicherzustand der beiden Speicherzustände erzeugt wird, der dem Gate-Leiter entspricht.Memory state of the self-erasing memory cell is generated without the memory state of the self-erasing memory cell is changed that subsequently one charge level of the two charge levels of the floating gate conductor is capacitively sensed or is determined, and that the memory state of the two memory states is generated in the self-erasing memory cell, which corresponds to the gate conductor. 030031/0828030031/0828
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