DE2023219B2

DE2023219B2 - Programmierbarer Halbleiter-Festwertspeicher

Info

Publication number: DE2023219B2
Application number: DE2023219A
Authority: DE
Inventors: Ulf Dipl.-Phys. Dr. Buerker; Sigurd Dipl.-Ing. Koch
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1970-05-12
Filing date: 1970-05-12
Publication date: 1979-01-11
Also published as: NL7106319A; SE379879B; GB1312171A; US3781825A; JPS5620637B1; CH531773A; DE2023219A1; SE379879C; CA958123A; FR2088515A1; DE2023219C3; FR2088515B1; AT314229B

Description

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Die Erfindung betrifft einen programmierbaren Halbleiter-Festwertspeicher nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus »Elektronics«, 18. Aug. 1969, S. 195 und 196 sind Halbleiter-Festwertspeicher bekannt, deren einzelne Koppelelemente aus zwei in Serie und gegeneinander geschalteten Dioden bestehen, wobei für die Dioden Halbleiterdioden mit pn-übergang angegeben sind. Zur Eingabe einer Information wird eine Diode eines Koppelelements durch Anlegung eines Spannungsimpulses durchgeschlagen. Dadurch bilden sich in den derart gekennzeichneten Koppelelementen andere Leitfähigkeitsverhältnisse aus, als in solchen Koppelelementen, an deren Dioden kein Spannungsimpuls angelegt worden ist

Bei solchen Speichern ist die Entstehung des Durchschlages und dessen Lokalisation stark durch Zufälligkeiten bei der Gestaltung der die Dioden bildenden pn-Obergänge bestimmt, so daß beim Auslesen des Speichers Impulse mit Undefinierten Amplituden entstehen, was mitunter nachteilig sein kann. Um diesen Nachteil zu beseitigen, müCie man Dioden herstellen, deren pn-Obergänge exakt an derselben Stelle beim Anlegen der Durchschlagsimpulse durchbrechen.

Eine Lösung in dieser Richtung wird durch die Erfindung angegeben und ist im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 beschrieben. Außerdem führt die Verwendung von Schottkydioden für die einzelnen Koppelelemente zur Erhöhung der Lesegeschwindigkeit, da die Schaltzeit einer Schottkydiode vernachlässigbar klein ist

Ferner läßt sich infolge der Verwendung von Schottkydioden in den einzelnen Koppelelementen und des zwischen den beiden Schottkydioden vorgesehenen und zum Anlegen der Durchschlagsimpuise dienenden mittleren Anschlußkontakts ein weitaus besser definierter Durchschlag erzielen, als dies unter Verwendung von Dioden mit pn-übergang möglich ist

Das erfindungsgerAäß ausgebildete Koppelelement weist ersichtlich einen einfachen Aufbau auf. Es kann zudem leicht dadurch programmiert werden, daß eine der Schottkydioden durch Nebenschluß elektrisch kurzgeschlossen wird. Dies geschieht dadurch, daß durch Anlegen eines Stromimpulses ein Durchschlagskanal auf der Halbleiteroberfläche zwischen dem Metallkontakt (Anode) der in Sperrichtung betriebenen Schottkydiode und dem weiteren Metallkontakt (Kathode) gebildet wird.

Einzelheiten der Erfindung sind anhand der nachfolgenden Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele und anhand der Figuren näher erläutert Fs zeigt

F i g. 1 einen Schnitt durch das Koppelelement

F i g. 2—5 verschiedene Ebenen des Koppelelements,

Fig.6 einen Schnitt durch ein weiteres Koppelelement,

Fig. 7—9 verschiedene Ebenen dieses Koppelelements.

In den sind einander entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

In der Fig. 1 ist ein p-leitendes Halbleitersubstrat 1 an seiner Oberflächt.· mit einer stark n-dotierten Zone 2 versehen, die beim fertigen Koppelelement als »buried layer« dient. Auf dieser Zone 2 und dem Halbleitersubstrat 1 befindet sich eine Λ-leitende Halbleiterschicht 3, die aus epitaktisch aufgebrachtem Silicium besteht. Sie weist einen spezifischen Widerstand von 0,1 bis 1 Ohm · cm auf.

In der Halbleiterschicht 3 sind stark ^dotierte Isolationswände 4 vorgesehen, die zur elektrischen Isolation eines Koppelelements von benachbarten Koppelelementen dienen. Weiterhin ist in der Halbleiterschicht 3 ein stark η dotierter Bereich 5 vorgesehen, der bis zu der Zone 2 reicht, und im Abstand von den Isolationswänden 4 umgeben ist

Inder Fig. 2 ist die durch H-II angedeutete Ebene des. Gegenstandes der F i g. 1 dargestellt.

Eine elektrisch isolierende 7 aus einem dielektrischen Material bedeckt die Halbleiterschicht 3. Die elektrisch isolierende Schicht 7 kann beispielsweise aus Siliciumdioxyd bestehen. In der Schicht 7 sind Kontaktlöcher 8,

9,10 zur Halbleiterschicht 3 angeordnet.

Die in der Fig. 1 durch IH-II! bezeichnete Ebene ist in der F i g, 3 dargestellt

Durch das Kontaktloch 8 steht eine Aluminium-Leiterbahn 15 mit der Halbleiterschicht 3 in Berührung und bildet so eine erste Schottkydiode, Ebenso berührt durch das Kontaktloch 10 eine Leiterbahn 16 aus Aluminium die Halbleiterschicht 3, so daß am Übergang zwischen dem Kontaktmetall und dem Halbleitermaterial eine zweite Schottkydiode gebildet ist. Schließlich ist noch im Kontaktloch 9 Ober der hochdotierten /?+-Zone 5 Kontaktmaterial aus Aluminium vorgesehen, welches als gemeinsamer Kathodenkontakt eine Mittelelektrode 17 mit ohmschen Kontakt zur Halbleiterschicht 3 bildet

In der F i g. 4 ist die Ebene IV-IV des Gegenstandes der F i g. 1 dargestellt Wie aus dieser Figur hervorgeht, sind die Leiterbahnen 15 in waagrechter Richtung geführt Die Leiterbahnen 16, die im Kontaktloch 10 mit der Halbleiterschicht 3 die zweite Schottkydiode bilden, sollen ebenfalls an den Rand der gesamten Anordnung mit mehreren Koppelelementen herausgeführt werden. Da hierzu Oberkreuzungen mit den Leiterbahnen 15 erforderlich sind, ist zunächst auf der Isolierschicht 7 eine weitere Isolierschicht 25 vorgesehen. Die Isolierschicht 25 bedeckt dabei auch die Leiterbahn 15 und die Mittelelektrode 17. In der Isolierschicht 25 ist ein Fenster 26 zur Leiterbahn 16 vorgesehen. Das Fenster 26 ist in Fig. 1 gestrichelt dargestellt Auf der Isolierschicht 25 verlaufen die Leiterbahnen 27, die durch das Fenster 26 in Kontakt mit der Leiterbahn 16 stehen. Die Ebene V-V des Gegenstandes der Fig. 1, welche diese von oben gesehen darstellt, ist in F i g. 5 gezeichnet Wie aus dieser Figur hervorgeht, verlaufen die Leiterbahnen 27 in senkrechter Richtung zu den Leiterbahnen 15. Sie sind von diesen durch die Isolierschicht 25 elektrisch getrennt. Die F i g. 1 stellt einen Schnitt I-I des Gegenstandes der Fig.¹' dar.

Die Programmierung der einzelnen Koppelelemente des Festwertspeichers erfolgt durch Kurzschließen einer der beiden Schottkydioden mittels eines Stromstoßes. Hierzu wird die an die Leiterbahnen 15 und 16, 27 angelegte Spannung so hoch gewählt, daß bei der gesperrten Diode ein Lawinendurchbruch auftritt. Beispielsweise soll die durch die Leiterbahn 15 und die Halbleiterschicht 3 gebildete erste Schottkydiode in Sperrichtung betrieben werden. Dann liegt während des Lawinendurchbruchs dieser Diode das Potential der Mittelelektrode 17 um eine Schottkydioden-Schwellspannung unter dem Potential der Leiterbahn 16 (Anode) der in Flußrichtung gepolten zweiten Schottkydiode aus der Leiterbahn 16 und der Halbleiterschicht 3, Der weitaus größere Teil der anliegenden Spannung fällt an der gesperrten ersten Schottkydiode ab. Die an deren Grenzfläche auftretende Verlustleistung bewirkt ein Schmelzen der Metallisierung und ein spontanes Durchlegieren eines Durchschlagskanals 30 (Fig. I, 4) in Richtung größter Feldstärke zur Mittelelektrode 17.

Der Bahnwiderstand der nicht kurzgeschlossenen Schottkydiode geht unmittelbar in die Schaltzeit des

ίο Koppelelements ein und bestimmt diese. Um den Bahnwiderstand zu verringern und damit die Schaitzeit zu verkleinern, wird vor dem epitaktischen Aufbringen der Halbleiterschicht 3 durch Diffusion die Zone 2 (buried layer) hergestellt Demselben Zweck dient auch die durch Diffusion erzeugte, tiefgreifende stark dotierte Zone 5, die zugleich einen ohmschen Kontakt zur Mittelelektrode 17 erzeugt

Die Anordnung der Mittelelektrode 17 gewährleistet daß bei der Anlegung des Stromimpulses eine, aber auch nur eine der beiden Schottkydioden kurzgeschlossen wird.

Im folgenden soll noch anhand der Fig.6—9 ein zweites Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die elektrischen Zuführungen zu den einzelnen Speicherelementen in nur eir.er Ebene geführt, so daß hier auf die Isolierschicht 25 verzichtet werden kann. Die F i g. 7—9

stellen die Ebenen VM-VII bis IX-IX der F i g. 6 dar.

Wie aus F i g. 9 hervorgeht, stellt F i g. 6 einen Schnitt Vl-VI des Gegenstandes der F i g. 9 dar. Dieser Schnitt ist aber im Gegensatz zum Schnitt I-I senkrecht zur Verbindungsrichtung zwischen den beiden Schottkydioden geführt, so daß in F i g. 6 nur eine Schottkydiode dargestellt ist.

Anstelle der Leiterbahnen 27 des ersten Ausführungsbeispiels wird hier ein p* -dotierter Kanal 40 verwendet, der außerhalb des durch die Isolationswände abgeschlossenen Koppelelementes verläuft. Dieser Kanal 40 ist durch die Kontaktbahn 41 über das Kontaktioch 10 mit der einen Schottkydiode verbunden, während die andere Schottkydiode im Kontaktloch 8 zwischen der Leiterbahn 15 und der Halbleiterschicht 3 gebildet ist.

Die Programmierung erfolgt analog zum ersten Ausführungsbeispiel. Der Durchschlagskana! 30 bildet sich zwischen der Mittelelektrode t7 und einer Schottkydiode. Die Sperrspannung zwischen dem Kanal 40 und dem Koppelelement ist größer als die für die Erzeugung des Durchschlagskanals 40 erforderliche Spannung, da zwischen beiden zwei hochsperrende

so pn-Übergänge (Kanal 40 — Halbleiterschicht 3, Isolationswand 4 — Halbleiterschicht 3) liegen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Programmierbarer Halbleiter-Festwertspeicher, dessen Kuppelelemente jeweils durch zwei gegeneinander in Serie geschaltete, Zeilen- und Spaltenleiter in Kreuzungspunkten miteinander koppelnde Dioden gebildet sind und bei dem die Programmierung dadurch erfolgt, daß eine der Dioden der beiden gegeneinander in Serie geschalteten Dioden bleibend kurzgeschlossen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Dioden Schottky-Dioden (3, 15; 3, 16) sind, die in einem Halbleitersubstrat (1, 3) nebeneinander angeordnet sind und daß zwischen deren Metallkontakten (15, 16) ein ihre Halbleiterbereiche gemeinsam kontaktierender ohmscher Metallkontakt (17) vorgesehen ist

2. Festwertspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß unter der Halbleiterschicht des einen Leitu^styps eine stark dotierte Halbleiterschicht des einen Leitungstyps (buried layer) angeordnet ist.

3. Festwertspeicher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Isolation eines Koppelelements in einer integrierten Schaltung die Halbleiterschicht des einen Leitungstyps von einem Isolationsgebiet des anderen Leitungstyps umgeben ist

4. Festwertspeicher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet daß das Isolationsgebiet aus einem Halbleitersubstrat des anderen Leitungstyps und aus Isolationswänden des anderen Leitungstyps bestehL

5. Festwertspeicher ;iach «wem oder mehreren der Ansprüche 1—4, dadurch gekennzeichnet daß die metallischen elektrischen Z<. ührungen zu den Metallkontakten in zwei durch eine Isolatorschicht getrennten Ebenen geführt sind.

6. Festwertspeicher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 —4, dadurch gekennzeichnet daß die metallischen elektrischen Zuführungen zu den *o Metallkontakten in einer Ebene geführt sind.

7. Festwertspeicher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die übrigen elektrischen Zuführungen in einer stark dotierten Zone des anderen Leitungstyps, die von der Halbleiterschicht des einen *5 Leitungstyps umgeben und die im Abstand vom Koppelelement angeordnet ist, geführt sind.

8. Festwertspeicher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Koppelelement und der Zone des anderen Leitungstyps mindestens ein sperrender pn-übergang vorgesehen ist.