CN1198592A - 半导体器件 - Google Patents

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Abstract

一种半导体器件包括第一和第二元件光屏蔽构件和比较器。第一和第二元件形成在相同基片上,在紫外线照射时改变电特性,和保持改变的状态。第一元件具有与第二元件相同的配置。光屏蔽构件形成在第一元件上以屏蔽紫外线。比较器比较第一和第二元件的电特性和根据比较结果输出异常检测信号。

Description

半导体器件
本发明涉及一种具有用于检测紫外线的照射的紫外线检测部分的半导体器件。
目前，可擦可编程序的只读存储器(EEPROM)被用作对通信功能有重要意义的便携式计算机中的通用外部存储器件。EEPROM的优点在于：数据可电写入单个存储单元或从其擦除。然而，存储在EEPROM中的数据自然地通过紫外线的照射擦除。
由于这种原因，如在日本实用新型公开号5-38915中所公开的，光屏蔽膜传统上被形成在EEPROM单元上，以屏蔽使数据擦除的紫外线。
由于光屏蔽膜传统上被形成在EEPROM单元上，即使光屏蔽膜被损坏使EEPROM单元用紫外线照射，半导体器件仍工作。在这种情况，通过非故意地擦除某些单元的数据，没有检测到工作异常。不希望使用具有其中一些存储数据变成异常的不良EEPROM的半导体器件。
当这种EEPROM用作计算机的外部存储器件时，该计算机因破坏的数据而失去控制。
本发明的目的是提供一种半导体器件，该半导体器件由在紫外线等的影响下其特性改变的一个元件构成，并能够检测照射到其特性受紫外线改变的元件的紫外线。
为了实现上述目的，根据本发明，提供有一种半导体器件，该半导体器件包括形成在同一基片上、在紫外线照射时改变电特性、和保持改变状态的第一和第二元件，第一元件具有与第二元件的配置相同的配置，形成在第一元件上以屏蔽紫外线的光屏蔽构件，和比较装置，用于比较第一和第二元件的电特性，并根据比较结果输出异常检测信号。
图1A表示根据本发明的第一实施例的半导体器件的示意安排的图；
图1B是图1A所示的存储元件的主要部分的剖视图；
图2是用于说明图1A所示的半导体器件的工作流程图；
图3表示根据本发明的第二实施例的半导体器件的示意安排的图；
图4表示存储元件的特性曲线；和
图5表示根据本发明的第三实施例的半导体器件的示意安排图。
下面结合附图将对本发明详细地描述。
图1A和1B示意地表示根据本发明的第一实施例的半导体器件。如图1A所示，第一实施例的半导体器件包括形成在半导体基片(后面所描述的)上的单元1及比较单元2，和检测器3。比较单元2和检测器3构成紫外线检测部分。单元1由存储元件11和连接到存储元件11的漏极的电阻器12构成。如图1B所示，铝光屏蔽构件11a形成在存储元件11上，用于屏蔽或减小紫外线。比较单元2由比较存储元件21和连接到比较存储元件21的漏极的电阻器22构成。
异常检测器3比较在存储元件11和电阻器12的一端之间的连接点的信号与在比较存储元件21和电阻器22的一端之间的连接点的信号。当两信号之差变成预定值或更大时，异常检测器3确定一个异常，并输出异常检测信号。注意，电阻器21和22的每一个电阻器的另一端接到电源，存储元件11和比较存储元件21的源极接地。
该半导体器件还包括EEPROM等(未示出)。在从异常检测器3接收异常检测信号时，EEPROM的工作停止。
结合图1B将对存储元件11的结构予以说明。
源极102和掺杂有n型杂质的漏极103以预定间隔形成在P型半导体基片101上。与周围电绝缘膜的浮动栅105通过栅极绝缘膜104形成夹在源极102和漏极103之间的区域中。控制栅107通过绝缘106形成在浮动栅105上。浮动栅105和控制栅107都由重掺杂的多晶硅构成。
如上所述，第一实施例的存储元件11是这样形成的：光屏蔽构件11a通过在控制栅107上的绝缘膜108覆盖整个浮动栅105。源电极电阻109连接源极102，和漏电极电阻110连接漏极103。
比较存储元件21基本上具有与存储元件11相同的结构。比较存储元件21与存储元件11的差别仅是缺少光屏蔽构件11a。也就是，存储元件11和比较存储元件21在源极和漏极中有相同的扩散密度，相同的栅长、相同的栅宽等。
在存储元件11和比较存储元件21中，如果没有电子累积在浮动栅105上，在栅压加到控制栅107时，电流在流过源极102和漏极103。如果电子累积在浮动栅105上，由于在浮动栅105上电子的负电荷，在源极102和漏极103之间很难感生一个沟道。在该状态，门限电压增加，和即使相同栅压加到控制栅107时，没有电流流过源极102和漏极103。
其中电子累积在浮动栅105的状态可通过在控制栅107和漏极103两端加上高压例如10到20V来形成。更具体地说，当高压加在控制栅107和漏极103两端，通过沟道传送的电子在高电场下在漏极103的该端产生雪崩击穿。在这时产生的一些高能电子在由栅绝缘膜104形成的势垒上通过，注入栅绝缘膜104的导电带，并通过由在漏极103、浮动珊105和源极102之间的电容耦合产生的电场移到浮动栅105。
累积在浮动栅105上的电子通过紫外线的照射改变成热载流子。热载流子逸出到半导体基片101和通过上和下绝缘膜104和106到控制栅107。
将对检测紫外线的照射的操作予以说明。
在图1A所示的紫外线检测部分中，电子累积在初始状态的存储元件11和比较存储元件21的浮动栅105。在该状态中，在存储元件11和比较存储元件21中，门限电压是高的，如上所述，在异常检测器3中，从单元1来的输入信号的电压等于从比较单元2来的输入信号的电压。
在这种状态，当单元1和比较单元2用紫外线照射时，仅仅比较存储元件21的浮动栅105用紫外线照射。然后，累积在比较存储元件21的浮动栅105上的电子减少，和在比较存储元件21中门限电压减小，如上所述的。因此，在异常检测器3中，来自单元1的输入信号的电压变得与来自比较单元2的输入信号的电压不同。
当在两个输入信号之间的电压差变成预定值可更大时，异常检测器3确定异常性并输出异常检测信号。换言之，在第一实施例的半导体器件中，异常检测器3响应于紫外线的照射输出异常检测信号。通过监视来自异常检测器3的异常检测信号的存在/不存在，就能检测紫外线的照射。
图2表示具有上述配置的半导体器件的操作。参照图2，在步骤S1中检查异常检测信号是否从异常检测器3中输出。如果在步骤S1中为Yes(是)，流程转到步骤S2，停止工作。如果在步骤S1中为No(否)，流程转到步骤S3，在预定时间继续执行该操作。在预定时间过去后，流程回到步骤S1，重复地执行上述操作。在以上所述的操作中，半导体器件的工作根据异常检测信号的输出而停止，但是，本发明并不局限于此。例如正常数据可在异常检测信号的输出时重写在半导体器件的EEPROM中。
图3示意地表示根据本发明的第二实施例的半导体器件。
在第二实施例中，如图3所示，由运算放大器构成的比较器303代替图1A所示的异常检测器3，而其余的配置与图1A相同。
现在对具有该配置的半导体器件中检测紫外线的操作予以说明。在存储元件11和比较存储元件21中，高电压例如10到20V加在控制栅107和漏极103两端。然后，电子累积在存储元件11和比较存储元件21的浮动栅105中，而存储元件11和比较存储元件21改变到图4所示的特性A的状态。也就是，即使在采用栅压VG＝“高”时，源极和栅极保持不导电。
当半导体器件用紫外线照射时，紫外线到达其中形成光屏蔽构件11a的比较存储元件21的浮动栅105，和在浮动栅105中的电子减少。因此，比较存储元件21改变到图4所示的特性B的状态。
此时，如果栅压VG＝“高”加到控制栅107，漏极电流增加到IA。然而，存储元件11保持在图4所示的特性A的状态，因为光屏蔽构件11a屏蔽了紫外线的辐射。因此，在存储元件11中，即使栅压VG＝“高”加到控制栅，漏极电流仍然是“0”。
此后，信号线F的电位(VF)与信号线H的电位(VH)相比较，得到VF＞VH。到比较器303的两个输入具有电位差，和倒相来自比较器303的输出。也就是，通过倒相来自比较器303的输出，辐射到半导体器件的紫外线保持为一曲线。
图5示意地表示根据本发明的第三实施例的半导体器件。与图1A相同的标号表示相同的部件。
在第三实施例中，如图5所示，半导体器件还包括：读出放大器5和4，用于放大来自单元1和比较单元2的输出并且输出放大后的输出到比较器(异常检测器)8，和比较单元2a，它连接到读出放大器5和4并形成在与单元1和比较单元2相同的基片上。比较单元2a由比较存储元件21a和连接到比较存储元件21a的漏极的电阻器22a构成。
单元1的电阻器12和比较单元2的电阻器22被设置为具有相同的电阻值R21和R22，和比较单元2a的电阻器22a设置为具有大于电阻器22电阻值的电阻值(R22a＞R21)。存储元件11设计成呈现图4所示的特性B。特性B的状态是在源极与漏极之间的非导电状态(图4所示的特性A)和在源极与漏极之间的导电状态(图4所示的特性D)之间的中间特性。
读出放大器4接收来自比较单元2和2a的输出，而读出放大器5接收来自单元1和比较单元2a的输出。读出放大器4具有由PMOS(P沟道MOS)晶体管41与42和nMOS(n沟道MOS)晶体管43与44构成的CMOS(互补金属氧化物半导体)结构。同样地，读出放大器5具有由PMOS晶体管51与52和nMOS晶体管53与54构成的CMOS结构。从读出放大器4来的输出通过倒相器6输入到比较器8。从读出放大器5来的输出通过倒相器7输入到比较器8。
在这种配置中，当比较存储元件21和21a都处于导电状态时，在比较存储元件21和21a的漏极侧上点L的电压(VL)和点M的电压(VM)具有关系为：因为R22a＞R22，则VL＞VM。存储元件11和21的漏极电流ID11和DI21是按图4的ID11＝IA和ID21＝IB，并具有关系：ID11＞ID21。
因此，在存储元件11的漏极侧点K的电位高于在点L的电位。当比较存储元件21和21a处于导电状态时，保持Vk＞VL＞VM。另一方面，当仅比较存储元件21a处于非导电状态(图4所示的特性A)时，电位VK、VL、和VM具有关系：VM＞VK＞VL。
现在对读出放大器4和5的工作予以说明。读出放大器4和5通常使用电流镜象型读出放大器电路，并设计成具有相同的特性。
关于读出放大器4，输出倒相器6的门限电压被设置等于在点N的电压VN。在点N的电压VN。是通过电阻器42和44分压产生的。同样地，在点O的电压VO是通过电阻器41和43分压产生的。电阻器41和42以及电阻器43和44都设计成具有相同特性。
假设晶体管43的栅电压VM和晶体管44的栅电压VL具有关系：VM＞VL。在这种情况，由于晶体管41和42的ON(导通)电阻(R43和R44)满足R43＜R44，在点N和O的电压VN和VO具有关系：VN＞VO。由于倒相器6的门限电压等于VN，来自倒相器6的输出I处于“高”电平。
假设晶体43的栅压VM和晶体管44的栅压VL具有关系：VM＜VL。在这种情况，由于保持VN＜VO，和倒相器6的门限电压等于VO，倒相器6的输出I处于“低”电平。
将对比较存储元件21和21a的导电和非导电状态的组合予以考虑。当比较存储元件21和21a都处于导电状态，即建立VK＞VL＞VM时，保持VL＞VM和VK＞VM。因此，倒相器6和7的输出I和J处于“低”电平。
当仅比较存储元件21a处于非导电状态，即建立VM＞VK＞VL时，保持VM＞VL和VM＞VK。因此，倒相器6和7的输出I和J处于“高”电平。
在每个存储元件11和比较存储元件21a中，相同的电压加到控制栅107和漏极103，以使源极和漏极变成非导电。然后，存储元件11改变到具有图4所示的特性B。而比较存储元件21a改变到具有图4所示的特性A。比较存储元件21设置到其中没有电子累积在浮动栅以使源极和漏极导电的状态(图4的特性D)。
在上面状态中，当半导体器件用紫外线照射时，因为在存储元件11上存在光屏蔽构件11a，所以存储元件11的特性不改变。因为没有电子原始地累积在浮动栅上，所以，比较存储元件21的特性也不改变。换言之，存储元件11保持在非导电状态，而比较存储元件21保持在导电状态。
然而，在比较存储元件21a中，累积在浮动栅105上的电子在紫外线辐射时减少，以使源极102和漏极103导电。也就是，在紫外线的影响下，比较存储元件21a的电特性改变到图4所示的特性C。
此时，存储元件11和比较存储元件21及21a的漏极电流ID11、ID21、和ID21a是ID11＝IB，ID21＝IA和ID21a＝IE。这些漏极电流进行比较，以获得ID21＞ID21a＞ID11。在漏极侧的存储元件11和比较存储元件21及21a的电位VK、VL和VM是VK＞VM＞VL。
因为VM＞VL，倒相器6的输出处于“高”电平，和因为VK＞VM倒相器7的输出处于“低”。更具体地说，从倒相器6的输出和从倒相器7的输出在紫外线的照射时是相互不同的。
倒相器6和7的输出输入到比较器8，确定这些输出的电平是否相同和输出比较结果。通过监视比较器8的输出结果，就能检测到紫外线的照射。
根据第三实施例，读出放大器4比较在点L的电压VL值与在点M的电压VM值，和读出放大器5比较在点K的电压VK值与在点M的电压VM值。比较器8比较从读出放大器4和5的输出的电压电平。因此，就可以消除在存储元件11和比较存储元件21等的温度特性方面的变化。
在各自的实施例中，虽然EPROM被用作存储元件和比较存储元件，本发明并不限制它们，和当然可采用浮动栅型EEPROM。使用EEPROM便于非导电状态的形成。
光屏蔽构件的材料不限于铝，并可使用另一种金属。
如以上已描述的，根据本发明，在紫外线的照射时，第一和第二元件的紫外线照射状态变成相互不同。换言之，在紫外线的照射时，第一和第二元件的电特性变成相互不同，和这个差别由比较装置检测和输出。因此，紫外线的照射能够被检测。和检测结果能够被电读出。

Claims (7)

1、一种半导体器件，其特征包括：
第一和第二元件(11，21)，它们被形成在同一基片上，在紫外线的照射时改变电特性，和保持改变的状态，所述的第一元件具有与所述第二元件的配置相同的配置；
形成在所述第一元件上的光屏蔽构件(11a)以屏蔽紫外线；和
比较装置(3，8，303)，用于比较所述的第一和第二元件的电特性并且根据比较结果输出异常检测信号。
2、根据权利要求1的器件，其中所述的第一和第二元件由第一和第二存储元件构成，每个所述的第一和第二存储元件包括：
以预定间隔形成在半导体基片上的源极和漏极(102，103)；
浮动栅(105)，通过栅绝缘膜(104)它被形成在夹在所述源极和漏极之间的区域中，并与周围绝缘；和
控制栅(107)，通过绝缘膜(106)它被形成在所述浮动栅上。
3、根据权利要求2的器件，其中所述的光屏蔽构件通过绝缘膜(108)形成在与所述浮动栅的整个区域相应的所述第一存储元件的所述控制栅上。
4、根据权利要求2的器件，还包括：
由所述第一和第二存储元件构成的第一和第二单元(1，2)。
5、根据权利要求1的器件，还包括：
串连接到在电源和地之间的所述第一元件的第一电阻器(12)；和
串连接到在所述电源和所述地之间所述第二元件的第二电阻器(22)，并具有与所述的第一电阻器的电阻值相同的电阻值；和
其中所述的比较装置比较在所述第一元件和所述第一电阻器之间的连接点的电压信号与在所述第二元件和所述第二电阻器之间的连接点的电压信号。
6、根据权利要求1的器件，还包括：
串连接到在电源和地之间的所述第一元件的第一电阻器(12)；
串连接到在所述电源和所述地之间所述第二元件的第二电阻器(22)，并具有与所述第一电阻器的电阻值相同的电阻值；
串连接到在所述电源和所述地之间的第三元件(21a)和第三电阻器(22a)，所述的第三元件在紫外线的照射时改变电特性和保持改变的状态，和所述的第三电阻器具有大于所述第一和第二电阻器的电阻值的电阻值；
第一读出放大器(5)，根据在所述第一元件与所述第一电阻器之间连接点的电压信号和在所述第三元件与所述第三电阻器之间的连接点的电压信号输出电压电平信号；和
第二读出放大器(4)，根据在所述第二元件与所述第二电阻器之间的连接点的电压信号和在所述第三元件与所述第三电阻器之间的连接点的电压信号输出电压电平信号，和
其中所述比较装置比较从所述第一和第二读出放大器输出的电压电平信号。
7、根据权利要求1的器件，其中所述的半导体器件在从所述比较装置接收异常检测信号时停止工作。
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