DE2232044A1 - Halbleiter-speichervorrichtung - Google Patents

Halbleiter-speichervorrichtung

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DE2232044A1
DE2232044A1 DE19722232044 DE2232044A DE2232044A1 DE 2232044 A1 DE2232044 A1 DE 2232044A1 DE 19722232044 DE19722232044 DE 19722232044 DE 2232044 A DE2232044 A DE 2232044A DE 2232044 A1 DE2232044 A1 DE 2232044A1
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Der Anmelder. Os 3.Woche 18.1.73 Teil9 Ist
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YAMAZAKI SHUMPEI SHIZUOKA (JAPAN)
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    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types 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
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
    • H01L29/78Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/792Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate with charge trapping gate insulator, e.g. MNOS-memory transistors

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Description

  • Halbleiter- sp eichervorrichtung Die Erfindung betrifft eine Halbleiter-Speichervorrichtung.
  • Im folgenden werden die in der Halbleitertechnik gebräuchlichen Abkürzungen verwendet, wie sie zum Teil bereits in die DIN-Normen Eingang gefunden haben, z.B. DIN 41852, 41855 oder die Vornorm DIN 41858. Ferner werden verwendet die Begriffe nach DIN 44300, Entwurf vom August 1968, sowie die in den übrigen genannten Normen festgelegten Begriffe. Als Abkürzungen finden u.a. Verwendung: FET Feldeffekttransistor MAS Metall-Aluminiumoxid-Halbleiter(substrat) MNOS Metall-Nitrid-Oxid-Halbleiter( substrat) MIS Metall-Isolierschicht-Halbleiter(substrat) MNS Metall-Nitrid-Halbleiter (substrat) RMM Semipermanentspeicher (READ-mostly memory) RAM Randomspeicher (Ziffer 147 in DIN 44 300) ROM Festspeicher (Ziffer 137 in DIN 44300) IC integrierte Schaltung LSI großflächig integrierte Schaltung (LARGE scale integration) Vth Schwellenspannung Vc kritische Spannung In der Beschreibung werden weitere Abkürzungen verwendet, die nach demselben Prinzip gebildet sind und jeweils den grundsätzlichen Aufbau angeben. -Bisher sind als Halbleiterspeicher ROM, Z9I und RAM bekannt. Halbleiterspeicher werden meist als IC-Speicher oder als LSI-Speicher ausgebildet. Bislang wurden solche IC-Speicher nicht in allen Punkten als den Kernspeichern oder Magnetdrahtspeichern überlegen angesehen. Aus diesem Grunde hat man RMM mit einem MNOS-Aufbau, ROM mit einem MAS-Aufbau sowie ROM mit einem FAMOS-Aufbau entwickelt, um solche IC-Speicher auch energieunabhängig zu machen, Hierbei ergab sich aber ein beträchtlicher Aufwand.
  • Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, einen energieunabhängigen Halbleiterspeicher mit vereinfachtem Aufbau zu schaffen.
  • Erfindungsgemäß wird dies bei einem eingangs genannten Halbleiterspeicher dadurch erreicht, daß als energieunabhängiger Speicher mindestens ein kombinierter Feldeffekttransistor mit isoliertem Gate (MISFET) vorgesehen ist, welcher an mindestens einem Teil seines Gateisolators Ladungsfangstellen, vorzugsweise in Form von Clustern, aufweist. Die Ladungsfangstellen können dabei z.30 als Cluster, als Dtinnfilm oder als Dünnfilme ausgebildet werden, und man kann eine oder mehrere Schichten hierfür verwenden.
  • Zur Vereinfachung wird im folgenden nur von laden Clustern" gesprochen, wobei hierunter gegebenenfalls auch ein oder mehrere DUnnfilme verstanden werden sollen. - Zur Vermeidung von Längen der Beschreibung wird ausdrücklich auf die älteren Anmeldungen DOS 2 152 225 (Anlfaltsakte 2554/3) DOS 2 214 305 (Anwaltsakte 255414) des Anmelders hingewiesen, in denen diese Punkte ausführlfch erörtert und beschrieben sind.
  • Mit Vorteil geht man bei einem solchen Halbleiterspeicher gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung so vor, daß die Speichervorrichtung mehrere auf einem gemeinsamen Substrat matrixartig angeordnete kombinierte Feldeffekttransistoren aufweist, welche parallel zu der einen Koordinatenachse der Matrix die Gates verbindende Wortleitungen aufweisen und welche parallel zu der anderen Koordinatenachse der Matrix Bitleitungen zur Verbindung der DrZlnelektroden bzw. der Sourceelektroden aufweisen. Eine solche für IC-Speicher geeignete Speichervorrichtung ist, obwohl sie energieunabhängige Speichereigenschaften hat, außerordentlich einfach sowohl in der Herstellung wie in der schaltungsmäßigen Anwendung, auch was die zum Sin- oder Aus speichern erforderlichen Spannungspegel betrifft.
  • In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung geht me ferner so vor, daß der kombinierte Feldeffekttransistor an seinem Gate-zwei Gebiete aufweist, von denen eines einen Gateisolator mit Speichereigenschaften und das andere einen Gateisolator ohne Speichereigenschaften aufweist, wobei beide Gebiete zur Steuerung des Stromes im Kanal dieses FET ausgebildet sind, so daß ein Drginstrom nur dann fließen kann, wenn sowohl der dem einen Gebiet zugeordnete Kanalabschnitt wie der dem anderen Gebiet zugeordnete Kanalabschnitt leitend werden. Eine solche Anordnung arbeitet im Prinzip wie ein konäuliktives Glied, z.BG ein UND-Glied, und ermöglicht es so, den Zustand des binären Speicherglieds auf einfache Weise auszulesen. Auf diese Weise läßt sich sehr leicht ein Randomspeicher aufbauen.
  • In den Gateisolator, welcher die Ladungsfangstellen, z.3. in Form der bereits erwähnten Clusterschicht, enthält, werden im Betrieb Träger injiziert, welche vom Halbleitersubstrat oder der Gateelektrode infolge des Tunnel- oder des Lawineneffekts geliefert werden, so daß die Ladungsfangstellen, z.B. die Clusterschicht oder ein Gebiet, das unter dem Einfluß des Vorhandenseins dieser Clusterschicht gebildet wird, diese, Träger einfängt und so als energieunabhängige Ladungsfangstelle wirkt. Der Tunneleffekt verwendet einen Tunnelstrom für die Fangstelle-(n), um Elektronen oder Löcher zu fangen, die dorthin von dem ein positives bzw#. ein negatives Potential aufweisenden Substrat injiziert werden. Der Lawigneneffekt verwendet ein Lawinenplasma für einen heißen Träger, der zu den Fangstellen injiziert wird. Dieses Lawinenplasma wird an dem PN-Übergang mit einer gegenüber dem Substrat umgekehrt vorgespannten Dr#nelektrode erzeugt. Falls ein MISFET mit P-Kanal verwendet wird, ist die Polarität der Vorspannung der Droinelektrode negativ; bei einem MISFET mit N-Kanal ist die Polarität der Dr~invorspannung positiv. Diese beiden Effekte können zusammen verwendet werden, Der Lawineneffekt wird verwendet zum Injizieren von Elektronen oder Löchern in einem bestimmte Adresse, sowie zum Umsteuern eines MISFET vom Zustand EIN zum Zustand AUS, und der Tunneleffekt wird verwendet, um einen MISFET vom Zustand AUS in den Zustand EIN zu schalten.
  • Wie oben beschrieben, können die von den Fangstellen eingefangenen Träger die Leitfähigkeit des Kanalgebiets direkt unter diesen Fangstellen steuern, und damit auch den Widerstand zwischen Source und Drain des MISFET.
  • Die Erfindung zeigt ferner einen MISFET vom kombinierten Typ auf, welcher einen einheitlichen Aufbau hat, wobei für einen RMM oder RAM die energieunabhängigen Speichereigenschaften der erfindungsgemäßen Fangstellen verwendet werden und als Sensor ein normaler MISFET in Reihe geschaltet ist; diese Ausführung eignet sich sehr gut als IC-Speicher.
  • Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im folgenden beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen.
  • Es zeigen: Fig. 1 (A) einen Schnitt durch einen MISFET mit Speichereigenschaften, Fig. 1 (B) einen Schnitt durch einen MISFET, der ähnlich aufgebaut ist wie derjenige nach Fig. 1 (A), aber keine Speichereigenschaften besitzt und daher in seinem Verhalten ein ~normaler11 MISFET ist, Fig. 1 (C) Kennlinien der elektrischen Eigenschaften der MISFETs nach Fig. 1 (A) und (B), Fig. 2 (A) eine schematische Darstellung von zwei in Reihe geschalteten MISFETs verschiedener Art, zur Erläuterung der Erfindung, Fig. 2 (B) eine schematische Darstellung analog derjenigen nach Fig. 2 (A), bei der aber die beiden verschieden~ artigen MISFETs zu einer einheitlichen Struktur kombiniert sind, Fig. 2 (C) eine Tabelle zur Erläuterung der Funktionen der Schaltungen nach Fig. 2(A) und (B), Fig. 3 Schnitte durch acht verschiedene Arten des Aufbaus von kombinierten MISFETs nach der Erfindung, Fig. 4 eine vereinfachte Schaltung mit vier in einer Matrix angeordneten kombinierten MISFETs, wobei die Wortleitungen W parallel zur X-Achse der Matrix und die Bitleitungen parallel zur Y-Achse der Matrix angeordnet sind, Fig. ~-5 ##(A) eine- stark vergrößerte Draufsicht auf eine erste Ausführungsform eines IC-Speichers -nach der Erfindung, Fig. 5 (B) einen Schnitt, gesehen längs der Linie A-A' der Fig. 5 (A), Fig. 6 (A) eine stark vergrößerte Draufsicht auf eine zweite Ausführungsform eines IC-Speichers nach der Erfindung, und Fig. 6 (B) einen Schnitt, gesehen längs der Linie A-A' der Fig. 6 (A).
  • Die Fig. 1 (A) und (B) zeigen jeweils den Gateteil eines MISFET, nämlich die Anordnung von Gateelektrode, Gateisolator und Halbleitersubstrat; Fig, 1 (C) zeigt die zugehörigen C-V-Kennlinien der Gatekapazität C über der Gatespannung Vg dieser Anordnungen. Bei der hier benutzten Ausführungsform wird ein Siliziumsubstrat t mit einer Verunreinigungsdichte von Po = 1 x 1016~f: 5 x 1016 x cm -3 und der Kristallorientierung 100 verwendet. Als Isolierüberzug 3 wird Aluminiumoxid, Siliziumoxid, Germaniumnitrit etc.
  • neben Siliziumnitrit verwendet. Für die Fangstellen ist ein Halbleiterwerkstoff erwünscht, um sowohl Löcher wie Elektronen zu fangen. Als Gateelektrode 5 wird ein Metall, z.B. Aluminium, oder ein Halbleiter, z,B. Silizium oder Germanium, verwendet, wobei der Halbleiter stark mit Verunreinigungen vom P- oder N-Typ dotiert ist. Die Verfahrensbedingungen, z.B. die Art des Halbleitersubstrats, die Kristallorientierung, die Verunreinigungsdichte, die Art des Isolationsüberzugs, Cluster und Gateelektrode etc.
  • müssen entsprechend der Verwendung des herzustellenden Erzeugnisses gewählt werden.
  • Die Fig. 1 (A) und (B) zeigen zwei verschiedene Arten eines Aufbaus, und zwar zeigt Fig. 1 (A) einen MISFET mit Speichereigenschaften, wozu ergänzend auf die Ausführungen in den eingangs genannten älteren Anmeldungen verwiesen werden kann, und Fig. 1 (B) zeigt einen gewöhnlichen MISE#T, der keine Hysterese in seiner C-V-Kennlinie zeigt. In beiden Darstellungen sind die Stellen, die Cluster enthalten, mit gestrichelten Linien eingezeichnet; dies gilt auch für die Darstellungen nach den folgenden Fig, 2, 3 und 4.
  • Bei Fig. 1 (A) wird ein Siliziumsubstrat 1 mit einer Verunreinigungsdichte von Po = 1 x 1015 zucm 3 und einer Kristallorientierung von 100 verwendet. Der Isolierüberzug 3, welcher eine flache Silizium-Clusterschicht von durchschnittlich 60 A Dicke enthält und dessen Herstellung im folgenden bei der Beschreibung der Fig. 5 und 6 eingehend erläutertOwird, hat eine Dicke zwischen 550 und 1000 i hier 600 A. Dieser Isolierüberzug 3 liegt unter der Äluminiumelektrode 5, deren Durchmesser 1 mm beträgt. Der Isolierüberzug 3 kann aus Siliziumnitrit oder Siliziumoxid oder aus zwei übereinanderliegenden Schichten dieser Stoffe bestehen, vergl. die Erläuterungen zu den Fig. 5 und 6, wobei diese Schichten Dicken zwischen 10 und 100 A haben.
  • Die Kurven 11 und 12 der Hysteresekurve nach Fig. 1 (C) zeigen das Ergebnis bei einem solchen Aufbau nach Fig. 1 ( Die DrRinströme Id sind in Fig. 1 (C) mit gestrichelten Linien dargestellt, und zwar entspricht dem Kurvenast 11 die Id-Kurve 11', und dem Kurvenast 12 die Id-Kurve 12t, gesprochen mit anderen Worten, wenn durch einen geeigneten Spannungsimpuls ein solcher MISFET auf den Kurvenast 11 gebracht worden ist, fließt schon bei einer Gatespannung von etwa -6 V ein Droinstrom; ist dagegen dieser MISFET auf dem Kurvenast 12, so fließt ein Dr6instrom erst ab einer Gatespannung von etwa + 9 V, Der MISFET nach Fig. 1 (B) ist ähnlich aufgebaut wie derjenige nach Fig. 1 (A), jedoch ist hier zusätzlich unter der Isolierschicht 3, welche die Cluster enthält, eine Schicht 2 aus clusterfreiem oder mindestens clustero armem Siliziumoxid mit einer Dicke von 100 bis 1000 A angeordnet. Diese Dicke ist erforderlich, um die Träger zu drosseln, welche von den Fangstellen (also der Clusterschicht) zum Substrat 1 strömen wollen. Das Verfahren von 1000 bis 2000 i Dicke ist akzeptabel. Dieser Siliziumoxidüberzug 2 wird hergestellt, indem man die Oberfläche des Substrats 1 in trockenem Sauerstoff bei 900 bis 10000 C während 2 Minuaten oxidiert. Das erzielte Meßergebnis sind die Kurven 10 (Kapazität über der Gatespannung) und 10' (Drtinstrom über der Gatespannung) gemäß Fig. 1 (C), d.h. dieser MISFET zeigt keine Hysterese und kann deshalb als "normaler" MISFET bezeichnet werden.
  • Die Dr@instromkennlinien 10', 11' uUd 12' nach Fig. 1 (C) wurden bei einer Dreinspannung von +7 V und einem Kanal vom N-Typ aufgenommen.
  • Fig. 2 zeigt einen kombinierten" MISFET unter Verwendung von zwei MISFETs nach den Fig. 1 (A) und 1 (B).
  • In Fig 2 (A) entspricht der MISFET 20 demjenigen nach Fig. 1 (A) und der MISFET 21 demjenigen nach Fig. 1 (B).
  • Fig. 2 (B) zeigt den gleichen Aufbau, aber in einen einzigen MISFET zusammengepackt, so daß sich die Anordnungen nach Fig. 2 (A) und 2 (B) elektrisch gleich verhalten. Die vorliegende Erfindung befaßt sich vorwiegend mit Anordnungen von dem in Fig. 2 (B) gezeigten "kombinierten" Aufbau, umfaßt aber in gleicher Weise auch getrennte Anordnungen nach Fig. 2(A).
  • Bei der folgenden Erläuterung der Wirkungsweise der Anordnungen nach Fig. 2 wird auf einen MISFET mit einem Kanal vom N-Typ Bezug genommen; ein solcher Kanal wurde auch bei Fig. 1 angenommen.
  • Bei der Anordnung nach Fig. 2 (A) fließt Strom von der Source 23 zum Drein 24 beim EIN-Zustand des MISFET 20 -entsprechend den Kurven 11 und 11' der Fig. 1 (C) - und dem EIN-Zustand des MISFET 21 mit den Kurven 10 und 10', und zwar bei einer Spannung am Gate 25 von Yg = + 5 ... + 7 V.
  • (Man erkennt ohne weiteres, daß die Anordnungen nach Fig. 2 im Prinzip wie konjunk$tive Glieder aufgebaut sind, d.h.
  • beide MISFETs müssen im EIN-Zustand sein, damit ein 1) reinstrom fließen kann.) Wenn der MISFET 20 dagegen im AUS-Zustand ist - entsprechend den Kurven 12 und 12 nach Fig. 1 (C) -, selbst beim Anleüen einer Gatespannung von 5.... 7 V an das G@@e 25 kein Strom ïOn $3 nach 24 fil eßen, da dann der MISFET 20 erst bei einer Gatespannung von etwa +9 V leitend wird.
  • Der Strom, der im MISFET 20 fließen würde, kann nicht bestimmt werden, wenn der MISFET 21 im AUS-Zustand#ist, d.h.
  • wenn die Gatespannung O V oder negativ ist. Man kann also den Zustand des MISFET, d.h. ob der Speicher im logischen Zustand IVIll oder im logischen Zustand 9'Ota ist, nur erfahren, wenn der MISFET 21 im EIN-Zustand ist.
  • Die Anordnung nach Fig. 2 (B) arbeitet ersichtlich in genau derselben Weise wie Fig. 2 (A), obwohl die Drainelektrode des MISFET 20 und die Sourceelektrode des MISFET 21 hier weggefallen sind.
  • Fig. 2 (C) stellt in Tabellenform eine Zusammenfassung dieser Ergebnisse dar. Dabei sind die Daten für einen Kanal vom N-Typ ohne Klammern und die für einen Kanal vom P-Typ in Klammern angegeben. Bei einem N-Kanal kann der EIN-Zustand abgelesen werden bei Vc 2 > Vg ) Vth 1 und Vg> Vtho.
  • Entsprechend kann der AUS- Zustand abgelesen werden bei den Bedingungen Vc 1 < Vg < Vth 2 und Vg > Vtho. Eine Ablesung ist nicht möglich bei Vg < Vtho.
  • Die verschiedenen Schwellenspannungen Vth sind in Fig. 1 (C) eingetragen, und zwar ist Vtho die Schwellenspannung des MISFET 21 (entsprechend Fig. 1 (B)), und Vth1 bzw. Vth2 sind die Schwellenspannungen des MISFET 20 entsprechend den Kurven 11 und 12 nach Fig. 1 (C).
  • Vcl und Vc2 sind die sogenannten kritischen Spannungen, bei denen die C-V-Kennlinie des MISFET nach den Fig. 1 (A) und 2 anfängt, eine Hysterese zu zeigen. Für die Kurvenzweige 11 und 12 müssen die Beziehungen Vg < Vc1 und Vg > Vc2 beachtet werden. Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 ist Vcl = -15V und Vc2 = +16V. Man erhält z.B. die Kurvenzweige 11 und 12 dadurch, daß man an das Substrat 1 einen Impuls von Vg = -30 V und 100 ns Breite bzw. von Vg = +30 V bei einer Ikrosunde Breite anlegt. Bezieht man die Spannung auf die Gateelektrode 5, so beziehen sich die obigen Zahlen auf das Potential des Substrats 1 mit umgekehrtem Vorzeichen.
  • Die Zeit, die man für das Einspeichern (write-in) benötigt, hängt von den Verfahrensbedingungen ab, jedoch wurde im Versuch ein 40 V-Impuls mit 10 ns Breite erfolgreich verwendet. Die Beziehungen Vg < Vcl und Vg> Vc2 verschlechtern die im Speicher enthaltene Information. Verwendet man z.B.
  • zum Auslesen ein Signal mit Vg- + 20 V (Vc2),so verschiebt seine Amplitude den Kurvenzweig 11 gemäß Fig, 1 (C) von -6 V nach 0 V oder ins Positive. Ein Signal von Vg = -20 V (Vc1) zeigt eine analoge Wirkung.
  • Fig. 3 zeigt einige Ausführungsformen der Erfindung.
  • Die Isolierschicht 2 ist mindestens nahezu clusterfrei, während die Isolierschicht 3 Cluster enthält. Mit 4 ist die Source, mit 5 das Gate und mit 6 der Drain bezeichnet. Es gibt viele Verfahren zur Herstellung von MISFETs, jedoch werden bei einer normalen Herstellungsweise Source und Drain symmetrisch zum Gate diffundiert, wie es in der Zeichnung dargestellt ist. Bei den Ausführungsformen nach den Fig. 3 (A),(3), (C) und (D) liegen die Fangstellen auf der Seite des Halbleitersubstrats, bei (E) und (F) dagegen auf der Seite der Gateelektrode. Die Cluster sind mit unterbrochenen Linien eingezeichnet.
  • Zum Einbringen von Ladungsträgern in energieunabhängige Fangstellen muß erstens der Abstand zwischen den Fangstellen und der Trägerquelle genügend klein gemacht werden. Zweitens muß die Feldstärke in der Isolierschicht höher sein als die kritische Feldstärke. Bei den Ausführungsformen (A), (B) und (F) wirken diese beiden Faktoren zusammen infolge des Vorhandenseins der Isolierschicht 2. Bei den Ausführungsformen (C) und (D) wirkt nur der letztgenannte Faktor.
  • Die Ausführungsform (E) hat ein Gebiet mit gleichförmiger Dicke und keinem Cluster im Bereich des Gateisolators. Die Ausführungsformen (B), (D) und (#) haben Gateisolatoren mit mehr funktionen vergli#chen mit den Ausführungsformen (A), (C) urld (E und sind jeweils in drei Abschnitte unterteilt.
  • Entsprechend dem Anwendungsfall muß die vorteilhafteste Anordnung aus diesen Ausführungsformen ausgewählt werden, Zum Beispiel stellt die Anordnung nach Fig. 3 (A) eine Kombination der Anordnungen nach Fig. 1 (A) und 1 (B) dar.
  • Die Siliziumoxidschicht 3 nach den Fig. 3 (C), (D) und (F) wird hergestellt durch eine Reaktion zwischen Silan und Sauerstoff bei 450° C, wobei der Druck im Reaktionsofen bei 60 Torr gehalten wird, um einen feinen, gleichmäßigen Überzug o mit einer Dicke von weniger als 1000 A zu erhalten. Der Überzug wird zur Stabilisierung einer Wärmebehandlung bei 600 .... 7000 C unterzogen. Die Ausführungsformen (G) und (H) stellen jeweils eine Kombination von zwei Ausführungsformen (A) dar.
  • Bei der oben genannten Anordnung kann eine Gatespannung, die größer ist als eine kritische Spannung Vc an die Schicht 3, einen Gateisolator des MISFET, angelegt werden, und an ein Gebiet, wo die Überzüge 2 und 3 eine Doppelschicht bilden, kann eine Gatespannung angelegt werden, die kleiner als deren kritische Spannung ist. Man erhält so eine Anordnung, bei der an einem Teil eines Gate eine Speicherfunktion vorhanden ist.
  • Fig. 4 zeigt einen 4-Bit-Speicher unter Verwendung eines Halbleiterelements nach Fig. 2 (B) in einer Matrix unter kombination der Fig. 3 (A), (C) und (E). Die Theorie der Wirkungsweise von Fig. 4 ist wie folgt: Es sei angenommen, die Anordnung bestehe aus N-Kanal-MISFETs und von diesen seien alle, also die Adressen (1,1), (1,2), (2,1) und (2,2) im AUS-Zustand, d.h. alle haben die Charakteristiken nach der Kurve 12 der Fig. 1.
  • Um nun nur den MISFET mi@ der Adresse (1,1) in den @@n-Zustand zu bringen, m@ß eine @@@espannung, die an den MISFET ( 1,1 )ang@@@gt tiwird, @@ +30 V groß sein, und die andere @@ @@@ @@ m@@@@ @@einer als Vc2 (+20 V) sein.
  • j@@@@ @@@ @@ @@@@@@@@@@ von + 30 V gelget; an @@@ @@ @ @ @ @ @ an @@ und B2 ' je + 15 V, und an das Substrat D werden 0 V gelegt. Alle Potentiale müßten mit einem Impuls synchronisiert werden, der etwa 100 ns oder eine Mikrosekunde breit ist. Infolgedessen hat die Adresse (i,2) + 15 V (weniger als Vc2) an ihrem Gate, und (2,1) und (2,2) haben + O V. Außer dem Einspeichern in die Adresse (1,1) erhalten also die anderen Elemente und anderen Adressen (2,1), (1,2) und (2,2) keine Information.
  • Falls alle Adressen im EIN-Zustand sind, d.h. daß sie die Charakteristik des Kurvenabschnitts 11 nach Fig. 1 (C) haben, und die Adresse (1,1) soll in den AUS-Zustand überführt werden, so muß eine an das Gate von (1,1) angelegte Spannung - 30 V gegenüber dem Substrat betragen. Der Rest muf3 größer sein als Vcl (- 20 V)O Hierzu werden 0 V an Wl, +30 V an 31 und B1', +15 V an W2, sowie 0 V an B2, 32' und das Substrat D gelegt. Damit sind Source und Drain gegenüber dem Substrat entgegengesetzt vorgespannt und das Sperrschichtgebiet (depletion region) breitet sich dadurch aus, Dies erzeugt einen Tunneleffekt und es werden dadurch Löcher von der Oberfläche des Substrats zum Gate injiziert. Die Beziehung der Spannungen erzeugt Lawinenplasma zwischen dem Substrat und den Elektroden (Source und Drain), und das Strömen der Löcher wird dadurch durch den Lawineneffekt gefördert. Die Adresse (2,1) nimmt die Ladung nicht an, weil eine 15V-Potentialdifferenz zur Substratfläche vorhanden ist, mit Wl bei + 15 V.
  • Wie eben beschrieben, erzielt man eine EIN-AUS-Steuerung, d.h. eine binäre ~O"-"1"-Steuerung des MISFET dadurch, daß man unter Verwendung des Tunnel- oder Lawineneffakts positive oder negative Ladung vom Substrat zu einer gewählten Adresse fließen läßt. Die Spannungsbeziehungen für einen N-Kanal-MISFET zeigen jeweils Potentiale mit 0 V oder über O V. Die macht eine schaltungsmäßige Verbindung eines solchen IC-Speichers mit einem Decodierer einfach oder einem sonstigen peripheren Gerät einfach. Dieselbe Beziehung macht auch das Verbinden eines IC-Speichers gemäß Fig 2 (A), 20, mit einem Decodierer einfach. Im letzteren Fall muß zum Erzielen de2#-r>£.t [eii Funktionen beim MISFET 21 eine negative Ladung von 1 ... 3 x 1011 cm -2 auf der Oberfläche erzeugt werden.
  • Zum Auslesen (read-out) des an der Adresse (1,1) gespeicherten Signals muß die Gatespannung an W1 größer als Vtho sein, und es muß eine mit dieser Gatespannung synchronisierte Impulsspannung an 31 und B11 angelegt werden, Hierbei werden B2, B2' und W2 auf 0 V gehalten.
  • Die vorliegende Erfindung ermöglicht also ein einfaches Schreiben und Lesen von Daten sowie eine einfache Herstellung eines IC-Speichers, wobei der IC-Speicher mit weniger Verdrahtung und höherer Ausbeute hergestellt werden kann.
  • Die Fig. 5 und 6 zeigen Ausführungsformen von Speicheranordnungen. In der Zeichnung haben die Elektroden jeweils als Indices ihre Matrixstelle, z.B. S11 für Source der Adresse (1,1), G21 für Gate der Adresse (2,1), oder D12 für Drain (1,2).
  • Fig. 5 (A) zeigt eine typische Anordnung für MISFETs vom "kombinierten1' Typ, und Fig. 5 (B) zeigt einen Schnitt längs der Linie A-A' der Fig. 5 (A). Die Gateelektroden G sind an Wortleitungen W, 35 angeschlossen, und die Sourceelektroden und Drainelektroden sind an Bitleitungen B, 30, 31, angeschlossen. Source- und Drainelektroden verwenden jeweils gemeinsame Bitleitungen. Mit 33 ist ein Kanal bezeichnet, der eingeschnitten ist, um benachbarte Randomspeicher zu isolieren.
  • Das Herstellungsverfahren wird anhand der Fig. 5 (B) erläutert: Zunächst werden auf einem Siliziumsubstrat mittels eines Wärmediffusionsverfahrens Sourceelektroden 30 und Drainelektroden 31 erzeugt. Sodann wird ein Siliziumoxid-0 überzug 2 mit einer Dicke von~100 .... 200 A durch Oxidation in trockenem Sauerstoff erzeugt. Daraufhin wird außer an Stellen, an denen eine oxidierte Gateschicht vorgesehen werden soll, der Rest durch Oxidationsätzung nach einem Fotomaskenverfahren entfernt. Nach einer vollständigen Reinigung läßt man auf der Oberfläche einen Siliziumoxidüberzug von 5 50 Å durch thermische Oxidation bei 700° C wachsen. Sodann werden Siliziumcluster mit einer durchschnittlichen 0 Schichtdicke im Bereich von 30 ... 1000 A bei 700° C hergestellt. Hierbei kann das äquivalente oder ein geringeres Volumen Ammoniak anstelle von Silan verwendet werden, um Cluster vom Muscheltyp zu erzeugen0 Dann läßt man einen o Siliziumnitridüberzug von 500 .0. 600 A wachsen, welcher mindestens clusterarm und vorzugsweise clusterfrei ist, und zwar erfolgt dies durch thermische Reduktion mit einem Katalysitor. Auf diese Weise erhält man den Überzug 3.
  • Die Siliziumoxidschicht 36 mit 0,6 ... 1,0 Mikron Dicke läßt man durch eine Reaktion zwischen Silan und Sauerstoff bei 60 Torr und 4500 C wachsen. Dann wird die Wortleitung W aus Aluminium mit einer Dicke von 5000 o 7000 A durch Vakuumverdampfung niedergeschlagen, nachdem man zuvor durch Fotoätzung die Siliziumoxidüberzüge 36 an denjenigen Stellen entfernt hat, die in Fig. 5 (A) mit schrägen Linien schraffiert sind, sowie an den Stellen der Gate, wie das in Fig. 5 (B) gezeigt ist. Bei einer Anordnung mit N-Kanal wird eine über der kritischen Spannung liegende positive Spannung an die Trennschicht zwischen den Aluminiumüberzug und dem Substrat als Vorspannung angelegt, um alle FETs und das scharffierte Gebiet 33 (Fig. 5 (A)) im AUS-Zustand zu halten. Somit wirkt dieses schraffierte Gebiet 33 wie ein Kanaleinschnitt. Als letztes wird die Gateelektrodenleitung 35 aus Aluminium aufgebracht.
  • Die hier gezeigte Erfindung hat einen Aufbau, bei dem man für die Sourceelektroden gemeinsame Bitleitungen (3,132, B3) und für die Drainelektroden gemeinsame Bitleitungen (31', S2', B3t) sowie gemeinsame Wortleitungen W für die Gateelektroden verwendet und bei dem ein Kanaleinschnitt zur Isolation von den benachbarten MISFETs dient,bei dem man ferner einen energieunabhängigen Isolationsüberzug mit Speichereigenschaften verwendet, und bei dine einfache Matrixanordnung möglich ist. - Die Wirkungsweise der IC-Speicher nach den Fig. 5 und 6 entspricht der Wirkungsweise der bei Fig. 4 dargestellten 4-Bit-AnordnungO Fig. 6 zeigt die Verwendung einer Leerfläche, z.B.
  • der Leerfläche zwischen den Bitleitungen Bl und B nach Fig. 5, zur Herstellung des Gate für den NISFET in diesem Gebiet. Der Aufbau der. Gates ist ähnlich wie der nach Fig. 5 (B), jedoch it auch der Aufbau gemäß Fig. 3 (H) auf das Gate anwendbar. Die Wirkungsweise entspricht derjenigen von Fig. 5.
  • Wie beschrieben, lehrt also die vorliegende Erfindung die Anwendung von "kombinierten" (im Sinne der vorstehenden Beschreibung) MISFETs, wobei ein Gate, das als energieunabhangiger Speicher wirkt, mit einem "normalen" Gate kombinier wird zu einem einzigen Gate des MISFET, und wobei -vorzugsweise in Form eines IC-Natrizenanordnungen aus solchen "kombinierten" MISFETs gebildet werden, wodurch man eine einfache Betriebsweise, hohe Packungsdichte und vereinfachte Herstellung eines IC-Speichers erzielt.

Claims (11)

  1. Patentansprüche
    Halbleiter-Speichervorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß als energleunabhängiger Speicher mindestens ein kombinierter E'eldeffekttransis~tor mit isoliertem Gate (MISFET) vorgesehen ist, welcher an mindestens einem Teil seines Gateisolators (3) Ladungsfangstellen, vorzugsweise in Form von Clustern, aufweist.
  2. 2. Speichervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie mehrere auf einem gemeinsamen Substrat (1) matrixartig angeordnete kombinierte Feldeffekttransistoren aufweist, welche parallel zu der einen Koordinatenachse der Matrix die Gates (G;5) verbindende Wortleitungen (W;55) aufweisen und welche parallel zu der anderen Koordinatenachse der Matrix Bitleitungen (B;30,31) zur Verbindung der Drainelektroden (D;24) bzw. der Sourceelektroden (S;23) aufweisen.
  3. 3. Speichervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der kombinierte Feldeffekttransistor an seinem Gate zwei Gebiete aufweist, von denen eines einen Gateisolator (3) mit Speichereigenschaften und das andere einen Gateisolator (2,3) ohne Speichereigenschaften aufweist, wobei beide Gebiete zur Steuerung des Stroms im Kanal dieses FET ausgebildet sind, so daß ein Drainstrom nur dann fließen kann, wenn sowohl der dem einen Gebiet zugeordnete Kanalabschnitt (Fig. 2: 20) wie der dem anderen Gebiet zugeordnete Kanalabschnitt (Fig. 2 : 21) leitend werden.
  4. 4. Speichervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Speichereigenschaftnn aufweisende Gebiet (Fig. 2 : 20) einen Aufbau mit energieunabhängigen Ladungsfangstellen in der Gate-Isolationsschicht (3) und dort in der Nähe des Halbleitersubstrats (1) aufweist.
  5. 5. Speichervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das keine Speichereigenschaften aufweisende Gebiet (Fig. 2 : 21) einen Aufbau aufweist, bei dem Ladungsfangstellen entweder nicht vorhanden oder vom Halbleitersubstrat (1) entfernt angeordnet sind,
  6. 6. Speichervorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladungsfangstellen als Halbleitercluster und/oder als Halbleiterdünnfilm und/oder als Halbleiterdünnfilme ausgebildet sind.
  7. 7. Speichervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der kombinierte Feldeffekttransistor eine N-Kanal-Charakteristik aufweist, und daß er so ausgebildet ist, daß er Elektronen fängt, welche den an mindestens einem Teil seines Gateisolators (3) vorgesehenen Ladungsfangstellen infolge des Tunnel effekts bei positivem Potential am Gate (5) relativ zum Substrat (1) zugeführt werden, und daß er Löcher fängt, welche den Ladungsfangstellen durch den Lawineneffekt oder eine Kombination von Lawineneffekt und Tunneleffekt bei gegenüber dem Substrat (1) umgekehrt vorgespannten Source- und Drain-#i# elektroden zugeführt werden.
  8. 8. Speichervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der kombinierte Feldeffekttransistor eine P-Kanal-Charakteristik aufweist, und daß er so ausgebildet ist, daß er Löcher fängt, welche den an mindestens einem Teil seines Gateisolators (a) vorgesehenen Ladungsfangstellen infolge des Turineleffekts bei negativem Potential am Gate (5) relativ zum Substrat a zugeführt werden, und daß er Elektronen fängt, welche den Ladungsfangstellen durch den La70*rinene:feRt oder die Kombination von Lawineneffekt und Tunneleffekt bei gegenüber dem Substrat (1) umgekehrt vorgespannten Source- und Drain elektroden zugeführt werden.
  9. 9. Speichervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrix einen Kanaleinschnitt (33) zur gegenseitigen Isolation benachbarter Transistoren aufweist.
  10. 10. Speichervorrichtung nach Anspruch 9,dadurch gekennzeichnet, daß die Matrix N-Kanal-Feldeffekttransistoren mit isoliertem Gate aufweist, welche Elektronen auffangen, die den energieunabhängigen Ladungsfangstellen zugeführt werden.
  11. 11. Speichervorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrix P-Kanal-Feldeffekttransistoren mit isoliertem Gate aufweist, welche Löcher auffangen, die den energieunabhängigen Ladungsfangstellen zugeführt werden.
    L e e r s e i t e
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2008053270A (ja) * 2006-08-22 2008-03-06 Nec Electronics Corp 半導体記憶装置、及びその製造方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2736715A1 (de) * 1976-08-16 1978-02-23 Ncr Co Speichervorrichtung mit wahlfreiem zugriff

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