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Die Erfindung betrifft eine leistungsunabhängige, wieder programmierbare, permanente Halbleiter-Speicherzelle, umfassend ein monokristallines Halbleitersubstrat von einer bestimmten Leitfähigkeit, mit einer auf dem
Substrat aufliegenden, elektrisch isolierten Torleiterschicht, einen im Substrat befindlichen Elektroneninjektor, der zumindest teilweise unterhalb der Torleiterschicht liegt, und mit einem im Substrat befindlichen und im Abstand von Elektroneninjektor liegenden Löcherinjektor, welcher ebenfalls zumindest teilweise unter der Torleiterschicht liegt.
Im Laufe der Entwicklung von datenverarbeitenden Maschinen trat immer mehr der Bedarf nach physikalisch kleineren, jedoch schneller arbeitenden und grössere Speicherkapazität aufweisenden Einrichtungen auf. Halbleiter-Auslesespeicher (Festwertspeicher) werden gegenwärtig zur Programmierung (Voreinstellung) des Zustandes von Rechnern verwendet. Ein Weg zur Herstellung von Halbleiter-Festwertspeichern (nachstehend kurz HFS genannt) besteht in der Massenfertigung von Matrix-Speichertafeln und deren aufeinanderfolgende Programmierung in den gewünschten Zustand. Technologische Entwicklungen haben zwei unterschiedliche Verfahren der Programmierung solcher Elemente ergeben ; das eine verwendet mechanische Technik zur selektiven Verbindung mit Hilfe eines ausgewählten Satzes von Masken.
Dieses Verfahren kann auch dahingehend abgewandelt werden, dass metallische Verbindungen elektrisch aufgetrennt werden. Das andere Verfahren zur Voreinstellung besteht in der Speicherung von Ladungen in ausgewählten Transistoren oder Transistorübergängen und im Unterlassen solcher Speicherung in andern Transistoren. Dieses Verfahren führte auch zu Versuchen, wiederprogrammierbare Elemente zu schaffen, indem die vorhergehenden Muster von geladenen und ungeladenen Transistoren entladen wurden, worauf eine selektive Wiederaufladung eines neuen Musters solcher "Speichertransistoren" durchgeführt wurde.
Ziel der Erfindung ist die Verbesserung von Halbleiterspeicherzellen der eingangs angegebenen Art. Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass das Substrat erste und zweite, zumindest teilweise unter der Torleiterschicht liegende Taschen von entgegengesetzter Leitfähigkeitsart aufweist, welche Taschen im Abstand von Elektroneninjektor und vom Löcherinjektor liegen, und dass diese Taschen mit elektrischen Kontakten versehen sind zum Anbringen einer Einrichtung zum "Ablesen" des Vorhandenseins bzw. des Fehlens einer in der Torleiterschicht gespeicherten Ladung.
An Hand der Zeichnungen wird nun die Erfindung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 eine p-Kanal-MNOS-Injektoreinrichtung in einem ersten erfindungsgemässen Ausführungsbeispiel, mit Löcher- und Elektroneninjektoren für fliessende Torsteuerung, Fig. 2 eine MOS-Einrichtung mit den Injektoren gemäss Fig. l, Fig. 3 eine zweipolige Einrichtung, bei der die MOS-Einrichtung gemäss Fig. 2 in die Löcher- und Elektroneninjektoren gemäss Fig. 1 eingeschlossen ist, und Fig. 4 einen p-Kanalspeicher wie schematisch in Fig. 2 dargestellt.
Eine erste Ausführungsform der Erfindung zeigen Fig. 1 und 2. Mit-51 und 53-sind Injektordioden bezeichnet, die ein Substrat --50-- mit Taschen --52 und 54-eines p-Typ-Materials in der Oberfläche aufweisen. In die Taschen ist eine dünne Schicht--60--eines hochkonzentrierten n-Typ-Materials (n+) eindiffundiert, welches hier als die Taschen durchgehend verbindend dargestellt ist. Diese Schicht muss aber zwischen den Taschen nicht durchgehen, und ihr liegt in der Verminderung der Durchbruchsspannung des
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der des dünnen Oxyds--58'--entspricht. Über den Bereichen--58, 55 und 58'--und diese berührend befindet sich der Torbelag--56--, nachfolgend als"eingebettetes"Tor (buried gate) bezeichnet.
Dieses "eingebettete" Tor wird später noch von einem Oxyd (--70--in Fig. 4) abgedeckt, so dass es elektrisch völlig isoliert ist. Metallische Kontakte--52', 54'--sind die elektrischen Verbindungen zu den Taschen - -52, 54--. Kontakt --49'- ist die elektrische Verbindung zum Substrat--50--und ist normalerweise geerdet.
Die Wirkungsweise der Injektordioden der Fig. 1 kann am besten an Hand der Fig. 2 und 6 verstanden werden. Fig. 2 zeigt Kontakte--52'und 54'-als Anoden der Löcher-Injektor-Diode --53-- und der Elektronen-Injektor-Diode--51--. Das eingebettete Tor--56--ist als Anschluss --56-- an der Einrichtung --61-- dargestellt. Die Dioden--51, 53--stellen Elektronen-Injektoren und Löcher-Injektoren gemäss Fig. 1 dar.
Die Feldeffekteinrichtung--61--kann eine konventionelle MOS-Einrichtung mit eingebettetem Tor mit Quellen-und Senkentaschen--72 und 74--, mit der Änderung des eingebetteten Tores--56--. Das Tor --56-- ist das eingebettete Tor der Injektordioden--51 und 53--, d. h. das eingebettete Tor der MOS-Einrichtung--61--ist über die Taschen--52 und 54--der Dioden hinweggeführt.
Die Wirkungsweise ist wie folgt : unter normalen Bedingungen sind die zwischen der Quelle--57--und der Senke--59-- (Fig. 4) ausgebildeten Kanäle vom n-Leitfähigkeitstyp und nicht invertiert. Wenn jedoch eine ausreichend hohe negative Spannung an den Kontakt--54'--der Injektordiode--51--und die Schaltungserdung an den Substratkontakt--49'--angelegt wird, so tritt eine Elektronen-Löcherlawine auf.
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Manche der Lawinenelektronen gehen durch die dünne Oxydschicht der Diodenregion hindurch (die wie gesagt Elektronen leitet und Löcher fängt) und werden vom darüberliegenden Tor--56--angezogen.
Weil das eingebettete Tor --56-- elektrisch isoliert ist, wird sich die Ladung in dem das Torsegment überlagernden Bereich--58'--ausgleichen und ein ausgeglichenes Potential herstellen. Polykristallines Silizium ist ein geeignetes Material für das verdeckte Tor-56--, obgleich auch andere Materialien als geeignet gefunden wurden. Wenn am Tor--56--eine ausreichend hohe Ladung erzielt wurde, bewirkt diese Ladung eine Invertierung der Kanalregion (eine positive Verschiebung in VTX) und ermöglicht die Leitfähigkeit zwischen der
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isoliert ist und demzufolge kein Ladungsverlust vom Tor auftritt. Somit wird ein einmal eingeführter logischer Zustand erst wieder durch eine neue Programmierung verändert.
Zur Neuprogrammierung der Speicherzelle wird eine hohe negative Spannung an die Anode--52'--der Löcher-Injektor-Diode --53-- angelegt, während die Regionen--50 und 60--elektrisch geerdet werden.
Nach Erreichung der Lawinenspannung werden Löcher (die ebenso wie Elektronen während des Lawinenphänomens freigesetzt werden) durch die Löcher-Injektor-Diode bzw. durch deren Nitridschicht
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ausreichenden Anlegen der negativen Spannung kann die ganze bereits vorhandene negative Ladung neutralisiert sein, so dass es dem Kanal-75-der Einrichtung-61-ermöglicht ist, in seinen normalen Zustand der n-Leitfähigkeit zurückzukehren und das Nichtleitendsein der Einrichtung zu bewirken. Somit ist die Einrichtung in ihren andern logischen Zustand zurückgeführt (rückprogrammiert) und für eine neue Programmierung bereit.
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--53-- zurFig. 3 zeigt einen Querschnitt durch eine zweipolige Anordnung, die sich ergibt, wenn die Diodeninjektoren gemäss Fig. 1 auch als MOS-Einrichtung--61--in Fig. 2 verwendet werden. Bei dieser Ausführungsform muss
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Region--60'--über die ganze Länge des Kanals erstrecken, muss dies aber nicht. Anschlüsse--57 und 59-gemäss Fig. 2, sind auch hier als Anschlüsse--52'und 54'--vorhanden. Die Anschlüsse--52', 54'und 49'-- wurden der Übersicht wegen nicht eingezeichnet.
Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist wie folgt :
Nach Erdung der Quelle über den Anschluss--52'--und des Substratanschlusses--49'--wird eine hohe negative Spannung an den Senkenanschluss-54'-angelegt, bis der Lawinenausbruch erfolgt. "Heisse" Elektronen durchqueren die dünne Oxydschicht und bringen eine negative Ladung auf das verdeckte Tor --56--. Diese Ladung induziert eine inverse Region in dem Kanal, der die Taschen--52 und 54--nahe der Region--60'-trennt, und bewirkt das Leitendwerden der Einrichtung zwischen den Taschen--52 und 54--, d. h. einen logischen Zustand.
Hienach wird die Region--54--geerdet und an die Region--52-- wird eine hohe negative Spannung angelegt, bis der Lawinenausbruch eintritt, der eine grosse Menge von Löchern durch die Schicht --55-- treibt, um die negative Ladung am Tor-56-zu neutralisieren. Mit einer Ladung von im wesentlichen Null oder mit einer positiven Ladung am Tor--56--reinvertiert der Kanal und die Einrichtung wird nichtleitend, d. h. sie nimmt andern logischen Zustand ein.
Es ist zu bemerken, dass IGFETS mit sowohl p-Kanal als auch n-Kanal verwendet werden können. Weiters beschränkt sich die Erfindung nicht auf die Verwendung von Siliziumoxyd und Siliziumnitrid als Torisolierung.
Die Erfindung beschränkt sich auch nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Leistungsunabhängige, wieder programmierbare, permanente Halbleiter-Speicherzelle, umfassend ein monokristallines Halbleitersubstrat von einer bestimmten Leitfähigkeit, mit einer auf dem Substrat aufliegenden, elektrisch isolierten Torleiterschicht, einem im Substrat befindlichen Elektroneninjektor, der zumindest teilweise unterhalb der Torleiterschicht liegt, und mit einem im Substrat befindlichen und im Abstand vom Elektroneninjektor liegenden Löcherinjektor, welcher ebenfalls zumindest teilweise unter der Torleiterschicht
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der Torleiterschicht liegende Taschen (72 bzw.
74) von entgegengesetzter Leitfähigkeitsart aufweist, welche Taschen im Abstand vom Elektroneninjektor (54) und vom Löcherinjektor (52) liegen, und dass diese Taschen mit elektrischen Kontakten (57,59) versehen sind zum Anbringen einer Einrichtung zum "Ablesen" des Vorhandenseins bzw. des Fehlens einer in der Torleiterschicht (56) gespeicherten Ladung.
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