DE2149303A1 - Halbleiter-Speichervorrichtung - Google Patents
Halbleiter-SpeichervorrichtungInfo
- Publication number
- DE2149303A1 DE2149303A1 DE19712149303 DE2149303A DE2149303A1 DE 2149303 A1 DE2149303 A1 DE 2149303A1 DE 19712149303 DE19712149303 DE 19712149303 DE 2149303 A DE2149303 A DE 2149303A DE 2149303 A1 DE2149303 A1 DE 2149303A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- particles
- semiconductor device
- semiconductor
- substrate
- layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims description 66
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 65
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 32
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 22
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 17
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 17
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 claims description 16
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 14
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 230000005641 tunneling Effects 0.000 claims description 14
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 8
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 4
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 claims description 4
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 claims description 3
- 150000001805 chlorine compounds Chemical class 0.000 claims description 3
- 150000002222 fluorine compounds Chemical class 0.000 claims description 3
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 claims description 3
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims description 3
- 150000004772 tellurides Chemical class 0.000 claims description 3
- 150000003346 selenoethers Chemical class 0.000 claims description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims 1
- 239000010970 precious metal Substances 0.000 claims 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 66
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 24
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 12
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 description 8
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 7
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 7
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 7
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 6
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 description 6
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 4
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 4
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 3
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 2
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- GPYPVKIFOKLUGD-UHFFFAOYSA-N gold indium Chemical compound [In].[Au] GPYPVKIFOKLUGD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 2
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 2
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 description 2
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000003446 memory effect Effects 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 2
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 2
- 238000012552 review Methods 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 238000001771 vacuum deposition Methods 0.000 description 2
- RKNIEXRSVGCDHY-FKBYEOEOSA-N (2s)-2-[[(2s)-2-[[2-[[2-[[(2s)-2-amino-3-(4-sulfooxyphenyl)propanoyl]amino]acetyl]amino]acetyl]amino]-3-phenylpropanoyl]amino]-4-methylsulfanylbutanoic acid Chemical compound C([C@@H](C(=O)N[C@@H](CCSC)C(O)=O)NC(=O)CNC(=O)CNC(=O)[C@@H](N)CC=1C=CC(OS(O)(=O)=O)=CC=1)C1=CC=CC=C1 RKNIEXRSVGCDHY-FKBYEOEOSA-N 0.000 description 1
- 229910001020 Au alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical group [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 108700019005 Tyr-O-sulfate enkephalin-Met Proteins 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 description 1
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic atom Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- -1 boron Chemical class 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 1
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 1
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003353 gold alloy Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 1
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000011221 initial treatment Methods 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 230000000873 masking effect Effects 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010955 niobium Substances 0.000 description 1
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000005360 phosphosilicate glass Substances 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000013139 quantization Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 1
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 1
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 238000004513 sizing Methods 0.000 description 1
- 238000002207 thermal evaporation Methods 0.000 description 1
- 238000011282 treatment Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/772—Field effect transistors
- H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
- H01L29/788—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate with floating gate
- H01L29/7881—Programmable transistors with only two possible levels of programmation
- H01L29/7883—Programmable transistors with only two possible levels of programmation charging by tunnelling of carriers, e.g. Fowler-Nordheim tunnelling
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11C—STATIC STORES
- G11C16/00—Erasable programmable read-only memories
- G11C16/02—Erasable programmable read-only memories electrically programmable
- G11C16/04—Erasable programmable read-only memories electrically programmable using variable threshold transistors, e.g. FAMOS
- G11C16/0466—Erasable programmable read-only memories electrically programmable using variable threshold transistors, e.g. FAMOS comprising cells with charge storage in an insulating layer, e.g. metal-nitride-oxide-silicon [MNOS], silicon-oxide-nitride-oxide-silicon [SONOS]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/28—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection
- H01L23/29—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the material, e.g. carbon
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/28—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection
- H01L23/29—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the material, e.g. carbon
- H01L23/291—Oxides or nitrides or carbides, e.g. ceramics, glass
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
- H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/095—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00 with a principal constituent of the material being a combination of two or more materials provided in the groups H01L2924/013 - H01L2924/0715
- H01L2924/097—Glass-ceramics, e.g. devitrified glass
- H01L2924/09701—Low temperature co-fired ceramic [LTCC]
Description
1. Oktober 1971 Dr.3chie/E
Docket XO 970 048
Anmelderin: International Business Machines Corporation,
Armonk, New York 10504, V. St. A.
Vertreter: Patentanwalt Dr.-Ing. Rudolf Schier-ing, 703 Böblingen/Württ., Westerwaldweg 4
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Halbleitervorrichtungen, welche die Fähigkeit besitzen, eine elektrische
Ladung für eine relativ lange Zeitperiode zu behalten, nachdem ein Signal, das in einem gewünschten Zustand plaziert
ist, entfernt wird. Die Erfindung betrifft insbesondere eine Halbleitervorrichtung, in welcher künstliche Ladungshaftstellenbereiche
(trapping regions) einer mehrschichtigen Metall-Isolator-Halbleiter-Struktur einverleibt sind, welche
eine Oxydschicht, zum Beispiel Siliciumdioxyd, auf der Oberfläche eines Halbleiters, zum Beispiel Silicium, niedergeschlagen
enthält, wobei die Dicke dieser Oxydschicht ausreichend groß ist, um Tunneln zu unterstützen.
Auf der überfläche der oiliciumdioxydschicht ist in nichtwechselwirkender
Beziehung eine Anzahl kleiner Teilchen aus Metall, zum Beispiel Fiatin oder Silber, oder aus Halbleitermaterial
angeordnet. Darüber liegt, zum Beispiel in Beziehung mit der Siliciumdioxydschicht und den kleinen Teilchen,
eine zweite Schient aus üiliciumdioxyd oder Siliciumnitrid
und eine obenaufliegende Metallelektrode,
209815/15SA
2U9303
• Die Siliciumdioxyddicke beträgt etwa 30 Angstrom. Damit
wird das Tunneln der Ladungsträger zwischen dem Halbleiter und diskreten Zuständen der Anzahl von kleinen Teilchen
möglich gemacht.
Die auf diese Weise an den kleinen Teilchen gespeicherte
Ladung bewirkt eine große, kontrollierbare Hysteresis in der Kapazität-Spannungs-Charakteristik der Struktur. Diese
läßt sich mit Hilfe des Energieniveaumodelife beschreiben. Die sich ergebende Vorrichtung ist insbesondere zur "Verwendung
als Speicherelement in Anordnungen geeignet, welche digitale Angaben speichern.
METOS-Vorrichtungen, die aus Schichten aus Ketall, Siliciumnitrid
und Siliciumdioxid auf der Oberfläche eines Halbleitersubstrats hergestellt werden, sind bereits bekannt. In solchen
Vorrichtungen ist die Ladung an unbekannten Haftstellenzentren (trapping centers) auf der Eltridoxyd-Grenzfläche
gespeichert. Die Oxydschicht ist sehr dünn (etwa 30 bis
50 Angström), und ein Mechanismus für das Besetzen der Grenzflächenzustände
funktioniert durch das Tunneln aus dem angrenzenden Halbleitersubstrat.
Das Speichern von Ladungen an der Grenzfläche zweier Isolatoren kann mit den meisten der bekannten Isolatoren erzielt
werden, Jedoch ist dabei der reproduzierbare Betrag des Effektes, insbesondere bei Zimmertemperatur, begrenzt. In
neueren Veröffentlichungen wurde der Gebrauch einer metallischen Schicht zwischen zwei isolierenden Filmen passender
Charakteristiken zum Speichern der Ladungsträger in der metallischen Schicht vorgeschlagen. In derselben Literatur
ist auch die Verwendung einer diskontinuierlichen Metallschicht vorgeschlagen worden, um den Einfluß der Stiftlöcher
in einer darunterliegenden isolierenden Schicht auf ein Mindestmaß zu verringern.
209815/1564
2H9303
_ 3 —
Die diskontinuierliche Schicht ist jedoch in dem Sinne leitend,
daß durch den Film von einer Seite zur anderen Strom fließen kann, was eine elektrische Leitfähigkeit oder eine
vVechselwirkungs-Beziehung zwischen verschiedenen Teilen des
diskontinuierlichen Films anzeigt.
Derartige Vorrichtungen unterscheiden sich von der Erfindung dadurch, daß die aus der Halbleiteroberfläche tunnelnde
Ladung besser an diskreten, isolierten, nichtwechselwirkenden Partikeln, die durch diskrete Fang- bzw. Haftstellen
(trapping) oder Energieniveaus charakterisiert sind, als einer diskontinuierlichen leitenden Schicht gespeichert
wird.
In einer anderen neueren Literatur sind Vorrichtungen, genannt Tunnel-Kapazitäten, beschrieben, die aus einem Metalltropfen
bestehen, der zwischen einer dicken und einer dünnen Oxydschicht eingelegt ist. Diese Oxydschichten liegen
wiederum zwischen Metallelektroden. Die erwähnten Vorrichtungen werden für Ladung-s-^uantisierungs-Studien einer Tunnelkapazität
gebraucht. Die bekannte Tunnelkapazitätsanordnung unterscheidet sich von der Erfindung darin, daß das
Studium der Gleichgewichtszustände der Liikrokondensatoren bei
Temperaturen des flüssigen Heliums durchgeführt wird, während der beobachtete Effekt bei der Erfindung in vorteilhafter
Weise wesentlich bei Zimmertenperaturniveaus auftritt. Während
das Iu-.neln der Ladung auf einem Let alltropfen in der
TunnelkapazIzL.'xsanordnung stattfindet, gibt es keine Passage
der Ladung vo.i einem Halbleiter zu einem Metallpartikel, das erfindungsgemäß in einer Zone des Dielektrikums abgelagert
ist. Auch sind die Ladungsspeicherzeiten bei der Tunnel-Kapazi-cäts-Form
äußerst kurz im Vergleich zu denen bei der Erfindung·. Die Vorrichtung nach der Erfindung ist in der
Lage, eine Ladung ohne Regeneration mit relativ langen Zeitperioden bei Zimmertemperatur zu speichern.
209815/1566
2U9303
Während die individuellen Fabrikationsstufen beim Herstellen
der Vorrichtung nach der Erfindung aus der Halbleitertechnik an sich bekannt sind, ist doch eine Vorrichtung,
in welcher künstliche Grenzfläciienzustände kontrollierbar
erzeugt werden, bisher nicht bekanntgeworden.
Die Vorrichtung nach der Erfindung liefert durch die hier beschriebene Methode eine Vorrichtung, welche geringere Betriebsspannungen
erfordert als dies bei den bekannten MNOS-Vorrichtungen der Fall ist. Außerdem bleibt bei der Erfindung
die gespeicherte Leistung länger mindestens aber gleich- W lang gespeichert als bei den MNOS-Systemen. Ein weiterer
Vorteil besteht in der besseren Steuerbarkeit und Eeproduzierbarkeit.
Nach dem weitesten Aspekt der Erfindung zeigt die hier offenbarte
Speichervorrichtung Langzeit-Charakteristiken.bei Zimmertemperatur. Die Speichervorrichtung enthält ein Substrat
aus Halbleitermaterial sowie eine über dem Substrat liegende Elektrode, die mit der Substrat in Beziehung steht.
Sie enthält ferner isolierendes Material, das zwischen Substrat und Elektrode eingefügt ist, und eine Anzahl diskreter
nichtwechselwirkender Teilchen, welche in der Lage sind, elektronische Ladung einzufangen, die im isolierenden Material
in einer Entfernung von der Oberfläche des Halbleitersubstrat abgelagert ist und ausreicht, um das Tunneln
zwischen den Partikeln und dem Halbleitersubstrat zu ermöglichen. Die Speichervorrichtung nach der Erfindung enthält
außerdem einen Ohmschen Kontakt zum Substrat.
Gemäß weiteren Aspekten der Ex-findung ist das Halbleitermaterial
vom N- oder P-Leitfähigkeitstyp und besteht aus einem Material, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, in
welcher Elemente der Gruppen II, III, IV, V und VI des Periodischen Systems der Elemente und Verbindungen solcher
- 5 -209815/1564
2H9303
Elemente vorkommen. Das isolierende Material ist spezifiziert ausgewählt aus einer Gruppe, in der Oxyde, Nitride,
Telluride, Ghloride, Selemide und Fluoride des Halbleitermaterials
vorkommen. Typische Beispiele sind hierbei thermisch gezüchtetes Siliciumdioxyd und niedergeschlagenes
Siliciumnitrid. Man kann auch aufgetragenes Aluminium oder Magnesiumoxyd benutzen«.
Die Teilchen, welche elektronische Ladung einfangen sollen bestehen insbesondere aus Halbleitermaterial oder aus Metall.
Die Metalle sind noch insbesondere durch .Schwerschmelzbar keit gekennzeichnet oder bestehen für typische Fälle aus
Platin oder Silber. Die Größe der Partikel soll 100 Angström und darunter sein. Der Abstand zwischen den Partikeln soll
so sein, daß eine Leitung von Ladung zwischen den Partikeln verhindert wird. Ein solcher Abstand beträgt zweckmäßig mindestens
30 Angström·
Die Teilchen, welche künstlich erzeugte Ersatzmittel für natürliche Traps sind, können Gruppen von Ionen enthalten,
die aus einer externen Ionenquelle eingeprägt sind.
Das isolierende Material, das zwischen dem Substrat abgelagert ist, kann aus einem einzelnen isolierenden Material
bestehen. Es kann aber bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung auch aus einer ersten und einer zweiten Schicht
desselben isolierenden Materials oder aus verschiedenen isolierenden Materialien bestehen. Bei einer solchen Ausführungsform ist eine Schicht, die genügend dünn ist, um Tunneln zu
ermöglichen, auf die Oberfläche des Substrats aufgetragen. Die Partikel werden dann durch Festvacuumniederschlag, zum
Beispiel bei hohen Niederschlagsgeschwindigkeiten an der Oberfläche der ersten isolierenden Schichten, geformt.
Danach wird eine dickere Lage aus Isolation darüberliegend
209815/1564
2U9303
geformt, welche mit der ersten Lage und mit den auf ihrer Oberfläche aufgesetzten Partikeln in Verbindung stehen.
Wie oben dargelegt wurde, kann die zweite isolierende Schicht aus einem Material bestehen, welches mit dem der
ersten Schicht übereinstimmt oder von dem der ersten Lage verschieden ist. Das einzige Kriterium beim Eaften der isolierenden
Materialien ist die Verträglichkeit mit der Umge_ bung in der integrierten Schaltung.
Es ist daher ein Ziel der Erfindung, eine Speichervorrichtung zu schaffen, welche Speichercharakteristiken für lange
Zeitperioden bei Zimmertemperatur zeigt.
Ein anderes Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Speichervorrichtung, in welcher der Speichereffekt des natürlichen
Auftretens von Haftstellen in kontrollierbarer und reproduzierbarer v/eise erzeugt wird.
Hoch ein anderes Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Speichervorrichtung, die wegen des Vorhandenseins künstlich
geschaffenener Grenz flächenzustände, bei v/esentlich niederen
Betriebsspannungen als zum Beispiel bei den bekannten MITOS-Systemen betrieben werden kann.
Die Erfindung besteht also, um zusammenzufassen, aus folgendem:
Das Speicherelement nach der Erfindung ist zusammengesetzt aus einem Halbleitersubstrat aus Silicium, Germanium
oder Galliumarsenid und einem isolierenden Medium, zum Beispiel aus Siliciumdioxyd, und einer Anzahl von Partikeln,
die in das isolierende Medium eingelagert sind und von der Halbleiteroberfläche mit einem ausreichenden Abstand distanziert
sind, so daß Tunneln möglich ist. Auf der Oberfläche
des isolierenden Mediums ist eine Elektrode aufgesetzt.
- 7 -209815/1564
Das isolierende Kedium kann aus einer ersten und zweiten
La ;e Gestehen. .Diese Lagen sind vom gleichen oder verschiedenem ltlaterial. Die Partikel sind vorzugsweise auf der Oberfläche
der dünnen ersten isolierenden Scnicht des durch rapides Verdampfen oder Zerstäuben eines Metalles wie Platin
oder Silber thermisch gezüchteten Siliciumdioxyds aufgetragen.
Eine typische Größe der sich bei der Erfindung ergebenden Parti^keln ist etwa 35 Angstrom. Der Zwischenraum zwischen
den Partikeln ist bei der Erfindung derart, daß eine Leitung zwischen den Partikeln nicht auftreten kann.
Die zweite isolierende Schicht kann ein in der Halbleitertechnik
an sich bekannter und verwendeter Isolator sein. Sie kann auch aus Keramik oder aus Plastik bestehen, die
stiftlochfrei ist und eine hohe Spannungsdurchbruchsfestigkeit besitzt.
Bei einer alternativen Annäherung können die verwendeten Partikel aus Gruppen von Ionen,wie Bor, bestehen, die aus
einer externen Ionenquelle implantiert werden. In dieser V/eise kann ein einzelnes dielektrisches Isoliermaterial benutzt
werden. Diese Ionengruppen müssen jedoch nichtwechselwirkend und von der Oberfläche des Halbleitermaterial mit
einer Distanz getrennt sein, welche ausreicht, das Tunneln zwischen den Partikeln und dem Halbleitersubstrat zu ermöglichen.
Die Erfindung sei nachstehend an Hand der schematischen Zeichnungen für eine vorteilhafte, beispielsweise Ausführungsform
der Erfindung näher erläutert. Aus dieser Beschreibung lassen sich weitere Merkmale einer Weiterbildung
des Erfindungsgedankens und weitere Aufgabenstellungen entnehmen.
Die Fig. 1 ist eine Querschnittsdarstellung der Speicher-
209815/156&
2U9303
vorrichtung nach der Erfindung. Sie zeigt eine Anzahl dis kreter, nichtwechselwirkender Partikel, die in der Lage sind,
elektronische Ladung einzufangen, welche oich in einem isolierenden
Medium befindet. Dieses Medium befindet sich in Sandwichbauweise zwischen einem Halbleiter und einer Metallgateelektrode.
Die Fig. 2 zeigt im Diagramm die Kapazitätsdaten (normalisiert
zur Oxyd-Kapazität) als Funktion der aufgeprägten Spannung an der metallischen Gateelektrode nach Fig. 1. Die gezeigten
Kurven sind für Proben mit und ohne Kleinmetallpartikeln zwischen isolierenden Filmen in einer N-Typ-Silicium-Siliciumdioxyd-Aluminiumoxyd-Silber-Struktur
aufgenommen worden. Die stark ausgezogene Kurve zeigt die Daten, welche erhalten wurden, wenn Partikel vorhanden sind. Die gestrichelte
Kurve gilt für den Fall, wo keine Partikel vorhanden sind.
Die Figuren 3A bis 3F zeigen ein vorgeschlagenes Energieniveaumodell,
das den Effekt der kleinen Partikel beschreibt, welche in der Lage sind, elektronische Ladung einzufangen,
die vom Halbleitermaterial zu den Kleinmetallpartikeln tunnelt,
wobei diese genau zwischen dem Halbleiter und einer Gateelektrode angeordnet sind.
In Fig. 1 ist ein Querschnitt einer Halbleitervorrichtung
nach den Lehren der vorliegenden Erfindung gezeigt. Das Substrat 1 ist aus einem Chip hergestellt, dc.-.s aus Halbleitermaterial
besteht. Dieses Halbleitermaterial kann aus irgendeinem der bekannten Halbleiterelemente oder aus einer
Verbindung der Elemente aus den Gruppen II, III, IV, V und VI der Periodischen Tabelle der Elemente bestehen.
Ein typisches Halbleitermaterial ist Silicium, eine typische Halbleiterverbindung ist Galliumarsenid. In dor folgenden
209815/1564
Beschreibung ist Silicium als bevorzugtes Halbleitermaterial genannt. Das Substrat 1 erfordert weniger Behandlung
als bei den bekannten Systemen. Es ist im Handel in Plättchenform erhältlich.
Silicium wird hier wegen seiner relativ breiten Bandlücke bevorzugt, womit es der Zimmertemperaturoperation zugänglich
wird. Wo die Halbleitermaterialien relativ- schmale Bandlücken haben, können Temperaturen erforderlich sein,
welche niedriger sind als die Zimmertemperatur. In einigen Fällen können auch Tiefsttemperaturen notwendig sein.
Unter Anwendung einer vorteilhaften Fabrikationstechnik wird nach der Anfangsbehandlung eine Schicht 2 aus Siliciumdioxid
auf einer Oberfläche des Halbleitersubstrates 1 aufgewachsen. Die Schicht 2 kann durch Erhitzen im Dampf oder
Sauerstoff bei einer Temperatur von 85O0C hergestellt werden.
Sie kann auch durch Niederschlagen im Vakuum, durch Aufstäuben oder durch andere bekannte Methoden niedergeschlagen
sein.
Das thermische Anwachsen oder das Niederschlagen der Schicht 2 sollte für eine Zeitdauer durchgeführt werden, die ausreicht,
eine solche Dicke zu schaffen, mit der das Tunneln möglich ist. Die Schicht 2 wird daher bis zu einer Dicke
von etwa 30 Angstrom gezüchtet oder aufgetragen.
Zusätzlich zu den thermischen Oxyden können dünne Isolatoren aus Phosphorsilikatglas, Aluminium oder Magnesiumoxyd benutzt
werden. An Stelle der thermisch gewachsenen Siliciumdioxydschicht kann man ferner Nitride, Telluride, Chloride,
Selenide und Fluoride des Siliciums verwenden.
Nach Fig. 1 ist eine Anzahl von diskreten, nichtwechselwirkenden Partikeln 3 auf der Oberfläche 4- der Silicium-
- 10 - .
20981S/1564
2H9303
- ίο -
dioxydschicht 2 vorgesehen. Die Partikel 3» welche ladungseinfangend
sein müssen, können aus halbleitenden oder aus metallischen Stoffen bestehen.
Bei der Ausübung der Erfindung haben sich schwer schmelz ende
Metalle, wie Molybdän, und Edelmetalle, wie Platin und Silber, als besonders geeignet erwiesen.
In der Ausführungsform nach Fig. 1 sind Partikel 3 aus Platin
oder Silber durch rapides thermisches Verdampfen auf die Oxydschicht 2 niedergeschlagen, um Partikel 3 von etwa 30
Angström Größe zu erhalten. Diese sind diskret und nichtwechselwirkend
miteinander, soweit es die Ladungsleitung betrifft.
Bei einem Niederschlagen mit einer Geschwindigkeit von 5
Angström pro Sekunde von sechs Sekunden Dauer des in einem Tiegel erhitzten Platins oder Silbers in der Vakuumkammer
bekommt man die gewünschte Partikelgröße. Während generell eine Verteilung in der Größe des Kernes angetroffen· wird, ist
die nominale Partikelgröße leicht durch Kleinhalten entweder der Verdampfungszeit oder der Verdampfungsgeschwindigkeit
Ψ leicht kontrollierbar. Das Niederschlagen bzw. Auftragen
der Partikel 3 wird in an sich aus der Halbleitertechnik bekannter
Weise im Normal-Vakuum-Apparat durchgeführt.
Nach dem Niederschlagen der Partikel 3 wird die isolierende Schicht 5 über den Teilchen 3 vmä. den exponierten Teilen der
Oberfläche 4 der Schicht 2 aufgetragen, wobei die isolierende Schicht 5 im Vergleich zur isolierenden Schicht 2 dick ist.
Die Dicke der Schicht 5 ist etwa 750 Angström. Sie kann aus
demselben isolierenden Material, bestehen wie die Schient
Sie kann aber auch aus einem anderen isolierenden Liaterial
bestehen als die isolierende Schicht 2.
- 11 -
098 15/1564,, r
2U9303
- li -
In dem Falle, wo die isolierenden Schichten aus dem gleichen
Material sind, kann pyrolithisch.es SiOp auf die Schicht 2 aufgetragen werden.
In dem Falle, wo die Schichten aus verschiedenen Materialien bestellen, wird aufgesprühtes oder pyrolithisches Si-^L auf
die Schicht 2 aufgetragen.
Die Zersetzung von Silan in Sauerstoff kann man benutzen, um
die gewünschte Oxydschicht 5 zu schaffen. Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 wird die Schicht 5 aus thermisch verdampftem
Aluminiumoxyd gebildet. Dabei wird Aluminiumoxyd in einem Tiegel in einer Vakuumkammer erhitzt.
Im allgemeinen kann die isolierende Schicht 5 irgend ein
isolierendes Material sein. Die so geschaffene Schicht ist relativ stiftlochfrei und besitzt eine relativ hohe Durchbruchsspannung.
Materialien wie Keramik und Plastik sind annehmbar, wenn alle anderen Kriteriender Umgebung der integrierten
Schaltung befriedigt werden.
Nach Fig. 1 ist die obere Elektrode oder Gateelektrode auf der isolierenden Schicht 5 vorgesehen. Die Elektrode 6 kann
mit der Umgebung in der integrierten Schaltung verträglich sein. Das Lie tail für die Elektrode 6 kann man durch Verdampfen,
durch Vakuum-Niederschlägen oder durch Kathodenzerstäuben
mit den an sich bekannten Methoden schaffen, so daß die Gesamtoberfläche der Schicht 5 mit Lie tali, bedeckt wird.
Durch die bekannte photolithographische Masken- und .'.tzmethode
wird die Elektrode 6 entworfen und gebildet, um die gewünschte Konfiguration zu bekommen.
In ähnlicher Weise wird eine Ohmsche Bodenelektrode 7 auf der unteren Oberfläche des Halbleitersubstrats 1 geschaffen.
Wieder werden bekannte photolxthographi. ehe Masken- und Atz—
- 12 -
209815/1564
2M9303
- 12 -
methoden angewandt und eine Zone aus leitendem Material,
zum Beispiel aus einer Legierung von Indium-Gold, entworfen und auf der Oberfläche des Halbleitersubstrates 1 geschaffen.
Das Plättchen wird einer passenden legiex'enden Temperatur für die Indium-Gold-Legierung ausgesetzt und
der Ohmsche Kontakt 7 auf der Bodenfläche des Substrates
gebildet. Es kann jedes passendes Metall oder jede passende Legierung benutzt werden, so lange wie sie einen Ohmschen
Kontakt mit dem zu verwendenden Halbleitersubstrat bildet.
Die Vorrichtung nach Fig. 1 ist bis jetzt als eine Zweiklerjnenvorrichtung
beschrieben worden. Sie kann aber auch zu einer Dreiklemmenvorrichtung eines Feldeffekttransistors
mit variabler Schwellenspannung umgewandelt werden. Dies geschieht in einfacher V/eise durch Diffusion eines Paares
von Bereichen 8 von entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp im Substrat 1.
Die Bereiche 8 im Substrat wirken wie Quelle und Drain eines Feldeffekttransistors, während die Elektrode 6 wie ein Gate
wirkt. Das Gebiet 8 kann nach dem Niederschlagen der isolierenden Schicht 5 durch öffnen passender öffnungen in den
Lagen 2 und 5 und durch Diffundieren von Dotierungsstoffen wie Bor, Arsen oder Indium gebildet werden, um das gewünschte
Gebiet vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp zu schaffen. Durch passendes Maskieren, Nie erschlagen und iitzen
können Quelle- und Drain-Metallisierungen 9 niedergeschlagen und entworfen werden. Dies geschieht gleichzeitig, wobei
das gleiche Metall wie bei der Elektode benutzt werden kann.
Source- und Drain-Bereiche 8 brauchen nicht diffundiert zu sein, sondern können auch nach den an sich bekannten
Schottky-Sperrschicht-Vorrichtungstechniken erstellt werden.
- 13 -
209815/1564
BAD ORIGINAL
2U9303
Nach der vorstellenden Beschreibung der Fig. 1 besteht das
isolierende Medium auf der Oberfläche des Substrates 1 aus einer dünnen Oxydschicht 2 und aus einer dickeren isolierenden
Schicht 5» wobei letztere sowohl über der Oxidschicht als auch über einer Anzahl von Partikeln, die auf der Oberfläche
der Schicht 2 sitzen, liegt»
Die isolierenden Schichten 2 und 5 können aus demselben
Material bestehen oder aus verschiedenen isolierenden Materialien sein.
Im Falle des gleichen Materials können die Schichten 2 und 5 als eine einzelne Schicht mit gewünschter Dicke niedergeschlagen
werden. Dann können unter Verwendung eines Ionen-Implantationsapparates
Metall- oder Halbleiterionen in den Isolator bis zu einer gewünschten Tiefe implantiert werden.
Im vorliegenden Falle werden Gruppen von Ionen für Partikel 3 substituiert und von der Oberfläche des Halbleitersubstrates
1 mit einer Distanz getrennt, bei welcher das Tunneln aus der Oberfläche der Schicht 1 zu den Gruppen von Ionen
möglich ist.
Die Gruppen von Ionen, welche für die Partikel 3 substituiert werden, sollten diskrete nichtwechselwirkende Gruppen
bilden, welche zum Speichern elektronischer Ladung fähig sind. Sie sollten voneinander mit einer Distanz getrennt
werden, welche keine Ladungsleitung zwischen den Gruppen erlaubt.
Unter Verwendung einer kommerziell verfügbaren Einrichtung
können die Gruppen von Ionen, welche für Partikel 3 substituiert werden, implantiert und völlig genau durch Justieren
der Beschleunigungsspannung des Implantationsapparates und durch elektronisches Ablenken des Ionenstrahles getrennt
werden. Geeignete Ionen enthalten Indium und Niobium.
209815/1564
2H9303
In der Fig. 2 ist die Abhängigkeit der Kapasitätsdaten (normalisiert
auf die Oxyd-Kapazität) von der Spannung an der Gateelektrode 6 dargestellt. Die Angaben wurden bei Proben
mit und ohne Partikel aufgenommen. Gemeint sind die Partikel, die auf der Grenzfläche der isolierenden Grenzflächen
2 und 3 in einer Struktur sitzen, welche ein n-leitendes
Substrat 1 enthält, dessen spezifischer Widerstand etwa zwei Ohm cm beträgt, und welche eine Schicht 2 aus
Siliciumdioxid sowie eine Schicht 5 aus Aluminiumoxyd und
eine Elektrode 6 aus Silber besitzt.
In Fig. 2 zeigt die mit dicken Linien gezeichnete Kurve
die mit Partikeln 3, welche aaf der Grenzfläche zwischen
den Schichten 2 und 5 angeordnet sind, erhaltenen Daten. Die gestrichelt gezeichneten Kurven wurden ohne diese Partikel
aufgenommen. Die Dicken der Schichten 2 und 5 waren 25 Angstrom bzw. 750 Angström.
Wo Partikel 3 benutzt waren, wurde Platin aufgedampft, um
Teilchen 3 mit einer liominalgröße von 35 Angström zu bilden»
In der Vorrichtung mit Partikeln 3 wurde ein starker Hyste-.
resis-Effekt beobachtet. Eine sehr kleine Hysteresis wurde " bei dein Muster ohne Partikel 3 gefunden. Die an beiden Kurven
eingezeichneten Pfeile zeigen die Richtung an, in welcher die Schleife durchlaufen wird.
Nach Fig. 2 sättigt die Hysteresisschleife bei etwa -15 Volt, während bei kleineren Vorspannungen engere Hysteresisschleifen
(nicht dargestellt) erhalten werden. Im allgemeinen ist es möglich, die flache Bandspannung durch positives Vorspannen
der Elektrode 6 zu positiven werten auszulenken. Es sollte aus Fig. 2 klar sein, daß die Anwendung negativer
Vorspannungen von etwa 15 Volt die Kapazitätscharakteristik (V-, ) um etwa 10 Volt verschieben kann. Diese Verschie-
- 15 -
209815/1564
bung würde dann in eine Schwellenwertsparuiun^sverschiebung
umgesetzt werden, wenn die Struktur nach Fig. 1 als Feldeffekttransistor
nit einer Elektrode 6 benutzt wird, die als Gateelektrode des Feldeffekttransistors wirkt. Die Hysteresis
charakteristik nach Fig. 2 kann viele Male reproduzierbar aufgenommen werden.
Der erzielte Speichereffekt, d. h. das Speichern der elektronischen
Ladung an Partikeln 3 an der Grenzfläche der isolierenden Schichten 2 und 5, scheint eine Funktion der
Qualität der dünnen isolierenden Schicht 2 zu sein. Wo daher
die Qualität der isolierenden Schicht 2 gering ist, kann ein langsamer Verfall der Kapazitanz erwartet werden.
Wo die v#ialit"t der Schicht 2 jedoch gut ist, wurden für
relativ lange Zeitperioden stabile Charakteristiken gewonnen.
Im Falle der gestrichelt gezeichneten Kurve nach Fig. 2
sind die schmalen beobachteten Hysteresiseffekte wahrscheinlich unbekannten Grenzflächen-Zuständen zuzuschreiben. Diese
bestehen an der Grenzfläche zwischen den isolierenden Schichten 2 imri 5, und der Betrag der Hysteresis ist für
einen praktischen Gebrauch zu klein. Esiist natürlich augenscheinlich,
daß bei großem Hysteresiseffekt mindestens zwei stabile Zustände vorhanden sind, so daß getrennte und leicht
erkennbare Speicherzustände erzielt werden.
Das in den Figuren 3A bis 3F dargestellte und hier vorgeschlagene
Energieniveaumodell beschreibt den Effekt kleiner Partikel, die zum Auffangen elektronischer Ladung, welche
vom Halbleitersubstrat 1 zu den kleinen Metallpartikel 3 der Vorrichtung nach Fig. 1 tunneln, fähig sind. Der Einfachheit
halber sind die Zustände kleiner Ivletallpartikel 3 durch eine leiterartige Anordnung von Energien!eveaus in
einem einzelnen Isolator wiedergegeben, der in einer tun-
- 16 -
209815/1S64
2H9303
nelnden Distanz von der Oberfläche der Halbleiterstruktur 1 entfernt ist. Für eine zusätzliche Erörterung der Natur
dieser Zustände können die folgenden Literaturhinweise
dienen.
1.) "Charge-quantization Studies Using A Tunnel Capacitor" von John Lamb und R. C. Jaklevie, Physical Review Letters 22,
1371 (1969)
2.) "Tunneling, Zero-Beam Anomalies, and Small Semiconductors"
von K. R. Zeller und I. Giaver, Physical Review 181,
(1969)
Die Trennung der Energieniveaus in Fig. 3A ist proportional
2
der Größe e C, wo e die elektronische Ladung und wobei C
der Größe e C, wo e die elektronische Ladung und wobei C
2
gleich£A/D mit A1V 1 ist. Die Größe 1 ist eine typische Partikeldimension. Mit 1 = 35 Angström und D = 750 Angström
gleich£A/D mit A1V 1 ist. Die Größe 1 ist eine typische Partikeldimension. Mit 1 = 35 Angström und D = 750 Angström
2
wird der Wert e /C größer als 0,1 e Volt. Dort existieren auch Metallpartikelzustände für erlaubte diskrete Werte des Wellenvektors k, mit dem Elektronen in das Leitungsband des Halbleiters direkt tunneln können.
wird der Wert e /C größer als 0,1 e Volt. Dort existieren auch Metallpartikelzustände für erlaubte diskrete Werte des Wellenvektors k, mit dem Elektronen in das Leitungsband des Halbleiters direkt tunneln können.
Die Energie trennung zwischen diesen erlaubten k—inerten ist
jedoch bedeutend größer als die, welche den Werte e /C zuzuschreiben
ist. Diese Ausdrückeifi das Modell nach den
Figuren 3A bis 3F nicht eingeführt worden.
Die Diskretheit des vorgeschlagenen Modells wird durch die Verteilung in den Partikelgrößen modifiziert. Diese Modifizierung
läßt sich aus der Fig. 3A ersehen. Die Fig. 3A stellt ein mögliches Energieschema dar. In Fig. 3A ist das
Energieniveau des Valenzbandes mit E , das Energieniveau des Leitungsbandes mit E und das Ferminiveau mit Ef bezeichnet.
In Fig. 3A sind die Zustände einer Partikel 3 nach Fig. 1
- 17 -
209815/15Bi
2U9303
in einem Isolator 10 gezeigt, welche in Sandwichbauweise
zwischen einem Halbleitergebiet 11 und einem metallischen Gebiet 12 liegt. Normalerweise wird eine Spannung über das
Gebiet 12 aufgeprägt, um den Ladungszustand einer Partikel 4-zu beeinflussen, welche in der isolierenden Zone 10 angeordnet
ist. In Fig. 3A sind die besetzten Zustände einer Partikel
3 als schwarze Punkte dargestellt und mit dem Bezugszeichen 13 und 14- versehen. Ein unbesetzter Zustand einer
Partikel ist in S1Ig. 3A durch einen Kreis dargestellt und
mit der ßezugsziffer 15 versehen.
tfenn eine positive Spannung Y angelegt wird, können Elektronen
im Leitungsband in den ersten unbesetzten Zustand tunneln, wie dies die Fig. 3B zeigt. Es ergibt sich eine
Konvertierung des unbesetzten Zustandes 15 in den besetzten
Zustand 15' mit einer einhergehenden Sperrschichtänderungo
Das Tunneln eines Elektrons vom Leitungsband ist mit Pfeil 16 in Fig. 3B gezeigt.
Die Herabsetzung der Spannung nach Null führt zu flachen Bändern, wobei die angelegte Vorspannung noch positiv ist,
wie Fig. 3C zeigt, ΐίβηη die Spannung weiter reduziert wird,
tunneln Elektronen aus dem besetzten Zustand 15'» der in den unbesetzten Zustand 15 zuräck konvertiert. Die Halbleiteroberfläche
beginnt an Elektronen zu verarmen, was den typischen Kapazitätsabfall bewirkt.
»Venn die Spannung auf negative Werte herabgesetzt wird, wie dies die Fig. 3D zeigt, verliert das nächste besetzte
Niveau 14 seine Elektronen. Dies ist in Fig. 3D durch den
Pfeil 17 angedeutet. Es gibt ein Konvertieren jenes Zustandes in einen unbesetzten Zustand, und die Oberfläche
des Halbleitergebietes 11 ist noch in einem gelöschten Zustand.
- 18 -
209815/156 4
2H9303
die Spannung jetzt zurück auf KuII erhöht wird, wie dies
in Fig. 3E gezeigt lsi;, werden flache Bänder erziexG, wobei
die angelegte Vorspannung noch negativ ist und die ^Capazitanz
auf C anwächst. Bei einer weiteren abnähme aer angelegten
Spannung nach Null ergibt sich die stabile konfiguration nach fig. 3F. Die flache Bandspannung und die entsprechende
Kapazitanzänderung können von positiven zu negativen
Vorspannungen verschoben werden. Es wäre erwünscht, daß, wenn anfangs die 3andlenkung im Halbleiter 11 verstärkt
wird (z. B. infolge geladener Verunreinigungen im Isolator), die Hysteresisschleife wie im Falle der Probe nach Fig". 2
verschoben wird.
Ein wichtiger, aus Fig. 3E1 zu ersehender x-unkt ist, daß das
unbesetzte Niveau 14-' einer Partikel 3 entgegengesetzt zur
unbesetzten Energielücke des Halbleiters 11 ist und deshalb nur durch einen wenig wahrscheinlichen indirekten 'Tunnelprozeß
besetzt werden kann, welcher ein ti:erlisch erregtes
Elektron einschließt.
Zum Prüfen des ooen beschriebenen Lodelles kann die I~n.de—
2 rung der gespeicherten Ladung pro cm , C6 , aus den Bereich
unter der stark ausgezogenen Hysteresissclileife nach Fig. 2
berecehnet v/erden. Diese Berechnung ergab einen ^ert von
Q von annähernd 1,5 * 10 ^ Elektronen pro cm „
Bei Annahme einer gleichförmigen Dichte der uichtwechsel—
wirkenden Partikel 3 mit einer 50 Angstrom Zellenyröße unter
der Elektrode 6 ergab sich im ;..ittel ein .V'ert von annähernd
1,5 Elektronen, die pro Partikel beim Durchlaufen der Hysteresisschleife übertragen werden. Dies ist eine gute Übereinstimmung
mit dem vorgeschlagenen Idodell nach den Figuren 3A bis 3 P.
Die Feldeffekttransistorform der Erfindung ergiht eine be-
- 19 209815/1564
2U9303
vor*zu<^te xxrbeits'.veise bei Vorrichtungen in aenen Partikel
gemäß er _riindung einverleiht sind.
Ji& Dreikle'-iHu.nform uer Vorrichtung nach 7i^. 1 eignet sich
für 3peicheranoranunc;en, weiche mit MNOS-Vorrichtungen ausgestattet
cind, z. B. für variable Schwellwert-Feldeffekttransiütoren
und andere Ladungsspeichersysrenie.
- 20 -
209815/156'«
ORIGINAL
Claims (11)
- 2H9303- 20 -Patent ansprücheHalbleiter-Speichervorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Substrat aus halbleitendem Material Source- und Draingebiete gebildet sind, daß über dem Substrat eine Gateelektrode angebracht ist, daß zwischen dem Substrat und dieser Elektrode isolierendes Material eingefügt ist und daß eine Anzahl diskreter, nichtwechselwirkender Partikel in dem isolierenden Material in einer Distanz zur Oberfläche des Substrates angeordnet sind, welche so bemessen ist, daß ein Tunneln von Ladungsträgern zwischen den Partikeln und dem Halbleitersubstrat ermöglicht wird.
- 2.) Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ohmscher Kontakt mit dem Substrat hergestellt ist und daß Elektroden mit dentSource- und mit dem Draingebiet verbunden sind.
- 3.) Halbleitervorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitermaterial aus einer Gruppe ausgewählt ist, welche Elemente der Gruppen II, III, IV, V und VI des Periodischen Systems der Elemente und Verbindungen solcher Elemente enthält·
- 4-.) halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß das Kalbleitermaterial im Sinne einer Leitfähigkeitsbildung vom η-Typ bzw. vom p-Typ dotiert ist.
- 5·) Halbleitervorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4-, dadurch gekennzeichnet, daß das isolierende Material aus einer Gruppe ausgewählt ist, welche Glas und Oxyde, nitride, Telluride, Chloride, Selenide und Fluoride der Halbleiter und Metalle enthält.- 21 -209815/15842U9303
- 6.) Halhleitervorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Partikel die Fähigkeit haben, elektronische Ladung einzufangen.
- 7.) Halbleitervorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikel aus Metall bestehen, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, welche schwerschmelzende Metalle und Edelmetalle enthält.
- 8.) Halbleitervorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Partikel aus Metall bestehen, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, welche Platin und Silber enthalte
- 9·) Halbleitervorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Parttel 100 Angström und weniger groß sind.
- 10.) Halbleitervorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikel einen gegenseitigen Abstand von etwa 50 Angström haben.
- 11.) Halbleitervorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikel aus einer Gruppe von Ionen bestehen, die aus einer äußeren Ionenquelle implantiert sind.209815/1S6ÜLeerseite
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US7746470A | 1970-10-02 | 1970-10-02 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE2149303A1 true DE2149303A1 (de) | 1972-04-06 |
Family
ID=22138205
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19712149303 Pending DE2149303A1 (de) | 1970-10-02 | 1971-10-02 | Halbleiter-Speichervorrichtung |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS521839B1 (de) |
| DE (1) | DE2149303A1 (de) |
| FR (1) | FR2112241B1 (de) |
| GB (1) | GB1297899A (de) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0844671A1 (de) * | 1993-08-19 | 1998-05-27 | Hitachi, Ltd. | Halbleiterelement und Halbleiterspeicherbauelement, das diese verwendet |
Families Citing this family (30)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5508543A (en) * | 1994-04-29 | 1996-04-16 | International Business Machines Corporation | Low voltage memory |
| US5768192A (en) * | 1996-07-23 | 1998-06-16 | Saifun Semiconductors, Ltd. | Non-volatile semiconductor memory cell utilizing asymmetrical charge trapping |
| IL125604A (en) | 1997-07-30 | 2004-03-28 | Saifun Semiconductors Ltd | Non-volatile electrically erasable and programmble semiconductor memory cell utilizing asymmetrical charge |
| US6768165B1 (en) | 1997-08-01 | 2004-07-27 | Saifun Semiconductors Ltd. | Two bit non-volatile electrically erasable and programmable semiconductor memory cell utilizing asymmetrical charge trapping |
| FR2772989B1 (fr) * | 1997-12-19 | 2003-06-06 | Commissariat Energie Atomique | Dispositif de memoire multiniveaux a blocage de coulomb, procede de fabrication et procede de lecture/ecriture/ effacement d'un tel dispositif |
| JP4538693B2 (ja) * | 1998-01-26 | 2010-09-08 | ソニー株式会社 | メモリ素子およびその製造方法 |
| JPH11214640A (ja) | 1998-01-28 | 1999-08-06 | Hitachi Ltd | 半導体記憶素子、半導体記憶装置とその制御方法 |
| US6040605A (en) * | 1998-01-28 | 2000-03-21 | Hitachi, Ltd. | Semiconductor memory device |
| US6215148B1 (en) | 1998-05-20 | 2001-04-10 | Saifun Semiconductors Ltd. | NROM cell with improved programming, erasing and cycling |
| US6348711B1 (en) | 1998-05-20 | 2002-02-19 | Saifun Semiconductors Ltd. | NROM cell with self-aligned programming and erasure areas |
| US6429063B1 (en) | 1999-10-26 | 2002-08-06 | Saifun Semiconductors Ltd. | NROM cell with generally decoupled primary and secondary injection |
| US6396741B1 (en) | 2000-05-04 | 2002-05-28 | Saifun Semiconductors Ltd. | Programming of nonvolatile memory cells |
| US6490204B2 (en) | 2000-05-04 | 2002-12-03 | Saifun Semiconductors Ltd. | Programming and erasing methods for a reference cell of an NROM array |
| US6584017B2 (en) | 2001-04-05 | 2003-06-24 | Saifun Semiconductors Ltd. | Method for programming a reference cell |
| US7098107B2 (en) | 2001-11-19 | 2006-08-29 | Saifun Semiconductor Ltd. | Protective layer in memory device and method therefor |
| US6583007B1 (en) | 2001-12-20 | 2003-06-24 | Saifun Semiconductors Ltd. | Reducing secondary injection effects |
| US6917544B2 (en) | 2002-07-10 | 2005-07-12 | Saifun Semiconductors Ltd. | Multiple use memory chip |
| US6826107B2 (en) | 2002-08-01 | 2004-11-30 | Saifun Semiconductors Ltd. | High voltage insertion in flash memory cards |
| US7136304B2 (en) | 2002-10-29 | 2006-11-14 | Saifun Semiconductor Ltd | Method, system and circuit for programming a non-volatile memory array |
| US7178004B2 (en) | 2003-01-31 | 2007-02-13 | Yan Polansky | Memory array programming circuit and a method for using the circuit |
| US7638850B2 (en) | 2004-10-14 | 2009-12-29 | Saifun Semiconductors Ltd. | Non-volatile memory structure and method of fabrication |
| US8053812B2 (en) | 2005-03-17 | 2011-11-08 | Spansion Israel Ltd | Contact in planar NROM technology |
| US7804126B2 (en) | 2005-07-18 | 2010-09-28 | Saifun Semiconductors Ltd. | Dense non-volatile memory array and method of fabrication |
| US7668017B2 (en) | 2005-08-17 | 2010-02-23 | Saifun Semiconductors Ltd. | Method of erasing non-volatile memory cells |
| US7808818B2 (en) | 2006-01-12 | 2010-10-05 | Saifun Semiconductors Ltd. | Secondary injection for NROM |
| US7692961B2 (en) | 2006-02-21 | 2010-04-06 | Saifun Semiconductors Ltd. | Method, circuit and device for disturb-control of programming nonvolatile memory cells by hot-hole injection (HHI) and by channel hot-electron (CHE) injection |
| US8253452B2 (en) | 2006-02-21 | 2012-08-28 | Spansion Israel Ltd | Circuit and method for powering up an integrated circuit and an integrated circuit utilizing same |
| US7760554B2 (en) | 2006-02-21 | 2010-07-20 | Saifun Semiconductors Ltd. | NROM non-volatile memory and mode of operation |
| US7701779B2 (en) | 2006-04-27 | 2010-04-20 | Sajfun Semiconductors Ltd. | Method for programming a reference cell |
| FR3129342B1 (fr) | 2021-11-19 | 2023-10-06 | Psa Automobiles Sa | Procédé de sécurisation de l’immobilisation d’un véhicule automobile à la suite d’une commande de freinage du véhicule. |
-
1971
- 1971-05-28 GB GB1297899D patent/GB1297899A/en not_active Expired
- 1971-09-02 FR FR7132348A patent/FR2112241B1/fr not_active Expired
- 1971-09-03 JP JP6758371A patent/JPS521839B1/ja active Pending
- 1971-10-02 DE DE19712149303 patent/DE2149303A1/de active Pending
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0844671A1 (de) * | 1993-08-19 | 1998-05-27 | Hitachi, Ltd. | Halbleiterelement und Halbleiterspeicherbauelement, das diese verwendet |
| EP0933820A1 (de) * | 1993-08-19 | 1999-08-04 | Hitachi, Ltd. | Halbleiterelement und Halbleiterspeicherbauelement mit dessen Verwendung |
| US6104056A (en) * | 1993-08-19 | 2000-08-15 | Hitachi, Ltd. | Semiconductor element and semiconductor memory device using the same |
| US6291852B1 (en) | 1993-08-19 | 2001-09-18 | Hitachi, Ltd. | Semiconductor element and semiconductor memory device using the same |
| EP1204146A1 (de) * | 1993-08-19 | 2002-05-08 | Hitachi, Ltd. | Halbleiterelement und das dieses verwendende Halbleiterspeicherbauelement |
| EP1204147A1 (de) * | 1993-08-19 | 2002-05-08 | Hitachi, Ltd. | Halbleiterelement und das dieses verwendende Halbleiterspeicherbauelement |
| US6555882B2 (en) | 1993-08-19 | 2003-04-29 | Hitachi, Ltd. | Semiconductor element and semiconductor memory device using the same |
| US6674117B2 (en) | 1993-08-19 | 2004-01-06 | Hitachi, Ltd. | Semiconductor element and semiconductor memory device using the same |
| US6787841B2 (en) | 1993-08-19 | 2004-09-07 | Hitachi, Ltd. | Semiconductor element and semiconductor memory device using the same |
| US7061053B2 (en) | 1993-08-19 | 2006-06-13 | Hitachi, Ltd. | Semiconductor element and semiconductor memory device using the same |
| US7309892B2 (en) | 1993-08-19 | 2007-12-18 | Hitachi, Ltd. | Semiconductor element and semiconductor memory device using the same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| GB1297899A (de) | 1972-11-29 |
| JPS521839B1 (de) | 1977-01-18 |
| FR2112241B1 (de) | 1974-03-29 |
| FR2112241A1 (de) | 1972-06-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE2149303A1 (de) | Halbleiter-Speichervorrichtung | |
| DE2711895C2 (de) | Speicher-Feldeffekttransistor mit zwei Gateelektroden und Verfahren zu dessen Herstellung | |
| DE2526429C2 (de) | Verfahren zur pyrolytischen Herstellung eines Dünnschichtwiderstands | |
| DE2600337C2 (de) | Halbleiterspeicheranordnung | |
| DE3038187C2 (de) | Feldeffekt-Speichertransistor | |
| DE3311635C2 (de) | ||
| DE19929926B4 (de) | Verfahren zur Herstellung eines Speichers mit Mehrpegel-Quantenpunktstruktur | |
| DE2810597A1 (de) | Elektrische bauelementstruktur mit einer mehrschichtigen isolierschicht | |
| CH623959A5 (de) | ||
| DE3136682A1 (de) | Transistor vom typ mit isoliertem tor | |
| DE1464390B2 (de) | Feldeffekttransistor | |
| DE1024640B (de) | Verfahren zur Herstellung von Kristalloden | |
| DE3345189C2 (de) | ||
| DE4130555A1 (de) | Halbleitervorrichtung mit hoher durchbruchsspannung und geringem widerstand, sowie herstellungsverfahren | |
| DE2432352C3 (de) | MNOS-Halbleiterspeicherelement | |
| DE2911484C2 (de) | Metall-Isolator-Halbleiterbauelement | |
| DE1564151C3 (de) | Verfahren zum Herstellen einer Vielzahl von Feldeffekt-Transistoren | |
| DE2727944C2 (de) | ||
| DE2014797B2 (de) | Verfahren zum Herstellen von Halbleiterschaltelementen jn einer integrierten Halbleiterschaltung | |
| DE3032364C2 (de) | Elektrisch programmierbarer Halbleiter-Festwertspeicher und Verfahren zu seiner Herstellung | |
| DE1589890A1 (de) | Halbleiterelement mit Isolierueberzuegen und Verfahren zu seiner Herstellung | |
| DE2228931C2 (de) | Integrierte Halbleiteranordnung mit mindestens einem materialverschiedenen Halbleiterübergang und Verfahren zum Betrieb | |
| DE3915594A1 (de) | Halbleitervorrichtung | |
| DE1297236B (de) | Verfahren zum Einstellen der Steilheit von Feldeffekttransistoren | |
| DE2154386A1 (de) | Verfahren zum Herstellen einer epitaktischen Schicht auf einem Halbleitersubstrat, bei dem das Selbstdotieren beim Aufwachsen der Schicht auf ein Mindestmaß verringert wird |