[发明专利]电可擦除可编程的、非易失的存储单元

说明书

在用于一般的控制任务，特别是用在芯片卡中时，微控制器需要非易失的存储器作为程序存储器和数据存储器。首先在用于电池供电的便携式数据载体中时，如用在可移动的数据传输和数据处理中时，或用在无线供电的场合时，如用在无触点的芯片卡中时，特别是对数据存储器而言，唯有功率消耗少的编程法和擦除法才是可取的。同样，供电电压应小于3V。因为控制器和芯片卡受到很大的价格压力，为了广泛的应用，非易失的存储器制作过程中的不太复杂性是重要的。

在芯片卡中目前广泛应用的例如维也纳Springer出版社1992年出版的、Dietrich Rhein和Heinz Freitag所著的“微电子存储器”一书，特别是第122页所公开的FLOTOX-EEPROM单元的最大特色在于低功率消耗，因为这种单元通过福勒-诺德海姆隧道电流被编程和被擦除。据此，编程电压也可简单地在芯片上由可小于3V的低供电电压产生。在这种存储器中，按字节重新编程是可能的，因此，FLOTOX-EEPROM单元特别适用于在操作中被重新编程的数据存储器。这种FLOTOX-EEPROM单元由一个选择晶体管和一个存储晶体管构成，并因此需要大的单元面积，所以，在一个芯片上只可实现小的存储器。另外，因为必需的15至20V的高编程电压，为了能开关该编程电压而实现高压晶体管是昂贵的。

与EEPROM存储器相反，快速存储器(Flash-Speicher)中的每个存储单元只用一个晶体管来实现，因此，用这些存储单元构成的存储器比用FLOTOX-EEPROM单元构成的存储器复杂得多是可能的。当然，这些存储器是由热载流子(沟道热电子：CHE)编程。这种编程方式要求有高的编程电流，该电流把供电电压限定到最小约5V高。因此，这些存储器不可用作在运行中应由小的供电电压或通过无接触点供电重新编程的数据存储器。在“微电子存储器”一书的第126页中也示出和描述了现今通用的分栅快速(Split-Gate Flash)-EEPROM单元。

因此，本发明的任务在于提供一种电可擦可编程的、非易失的存储单元，该存储单元的占用面积小，可用在移动系统中。

本发明的任务通过一种具有权利要求1特征的存储单元解决。本发明的有益的进一步发展在从属权利要求项中描述。

本发明的存储单元只由单个的晶体管构成，因此，其占用面积比传统的FLOTOX-EEPROM单元小得多。可是，与这类FLOTOX-EEPROM单元一样，本发明的存储单元也是通过福勒-诺德海姆(Fowler-Nordheim)隧道电流编程和擦除的。

可是按照本发明所述用负电压和正电压进行编程和擦除，高压值仍可保持相当低，所以非高压电路部分也必须是较低耐压的，并因此可降低其造价。此外，可缩小为生成高压所必需的，在芯片上的电荷泵的尺寸规格。

如果第一导电类型为P导电类型，并且这时构成存储器单元的MOS晶体管涉及一个n沟道晶体管，则存储单元的程序编制的典型方式如下，即把-12V电压加到其控制极上并把+5V电压加到漏极上，而源极接地。因此，在隧道氧化物的区域内，即处于悬浮电位的栅极所在的区域，即所谓的浮栅与漏区重叠的区域，载流子穿过该隧道氧化物。因此，浮栅充正电荷。因此，该MOS晶体管的阈电压移向较低值。为了擦除以这种方式编程的单元，把典型值为12V的电压加到控制极上，并且把典型值为-6V的电压加到源极上，而漏极则保持开路。因此，载流子在浮栅和源区及沟道区之间产生隧道穿透，所以浮栅重新放电，并且晶体管的阈电压移向较高值。在一个已被编程的单元中，电压约为1V，在未被编程的单元的阈电压约为5V。因此，为了读取，把约3V电压加到控制栅上，而在漏极上加约1V电压，并在源极上加零V电压。只在已被编程的单元中随后将有电流流动，该电流例如作为逻辑的“1”被检测。

按照本发明所述同时应用负电压和正电压对本发明的存储单元进行编程和擦除，有可能放弃一个附加的需占用面积大的选择晶体管，并且即使如此仍可为每个存储单元分别地进行编址。在一个存储矩阵中的存储单元传统地排列中，这时存储单元的栅极引线连接字线，并且漏极引线连接位线，当把一个负电压加到字线上时，其栅极引线连接字线的所有存储单元不可避免地与该负电压相接。而只有其漏极引线接正电压的那只存储单元是被编程的。因此，两个电压同时只加在一个唯一的存储单元上这一条件，通过选择只有一条字线和只有一条位线得以满足。

在发明的存储单元中，在漏极引线上至多加供电电压，所以在与漏极引线相连的位线上也至多加供电电压，并因此在测定电路上至多加供电电压，因此，无须采取保护测定电路的特殊防范措施。