DE2409568A1

DE2409568A1 - Halbleiter-speicherelement

Info

Publication number: DE2409568A1
Application number: DE2409568A
Authority: DE
Inventors: David Mcelroy Boulin; Dawon Kahng; Joseph Raymond Ligenza; William Joseph Sundburg
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1973-03-01
Filing date: 1974-02-28
Publication date: 1974-09-12
Also published as: CA1028425A; IT1009192B; JPS5716745B2; HK46077A; US3877054A; JPS49126284A; DE2409568C2; SE398686B; NL7402733A; FR2220082B1; FR2220082A1; GB1457780A

Description

Western Electric Company Inc. A 34 071 - ni

222 Broadway - New York, 10038

27.Feb.1974

Halbleiter-Speicherelement

Bei Datenverarbeitungsanlagen (Computern) und elektronischen Nachrichtensystemen benötigt man elektronische Speicher mit Speicherelementen, welche zumindest ein Bit einer binären Eingangsinformation speichern können. Hierzu können bekannte Speicherelemente mit einem geschichteten Aufbau der Zusammensetzung SL L M, wie sie in der US-PS 3 604 988 beschrieben sind, verwendet werden,, Bei der erwähnten Zusammensetzung des bekannten Speicherelementes bedeutet das Symbol "S" eine Halbleiterschicht, die Symbole ¹¹L" und ¹¹L" erste bzw„ zweite Schichten aus elektrischem Isoliermaterial sowie das Symbol "M" eine Metallelektrode. Bei dem bekannten Speicherelement steht die erste Isolierschicht I. in Berührungskontakt mit einer größeren Oberfläche des Halbleiterkörper, während die zweite Isolierschicht L nach Art einer Sandwich-Struktur zwischen der ersten Isolierschicht 1. und der Metallelektrode angeordnet ist. Zum Einschreiben einer Information in das bekannte Speicherelement wird an die Metallelektrode eine negative Spannung angelegt, so daß Elektronen

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entsprechend dem nach Fowler-Nordheim benannten Tunnel-Mechanismus von der Metallelektrode zu der Zwischenfläche (I. L) zwischen den beiden Isolierschichten transportiert werden, wo diese Elektronen eingefangen werden. Die Anwesenheit derartiger eingefangener Elektronen an der erwähnten Zwischenfläche verändert die elektrische Kapazität der SL L M-Struktur, so daß diese Struktur ein Speicherelement darstellt, welches mittels einer einzigen Kapazitätsmessung ausgelesen werden kann. Zur elektrischen Löschung der SL L M-Struktur wird eine positive Spannung an die Metallelektrode angelegt, so daß die eingefangenen Elektronen - sofern vorhanden - zu der Metallelektrode mit Hilfe des erwähnten Fowler-Nordheim-TunneI-Mechanismus in einer der Elektronenrichtung während des Einschreibevorganges entgegengesetzten Richtung zurücktransportiert werden. Bei einem derartigen Speicherelement stellt die Anwesenheit bzw. die Abwesenheit von eingefangenen Elektronen an Oberflächenniveaus der L L-Zwischenfläche der Isolierschichten den Speicherzustand (L- bzw. O-Information) dar.

Weitere bekannte Bauarten von SL L M-Strukturen beruhen mehr auf dem Tunneleffekt von Ladungsträgern zwischen der L L-Zwischenf lache und dem Halbleiterkörper als zwischen der I₁ L-Zwischenfläche und der Metallelektrode. Auch hier stellt die Anwesenheit oder Abwesenheit von eingefangenen Elektronen in Oberflächenniveaus der L !„-Zwischenfläche den Speicherzustand des Speicherelementes dar.

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Die vorstehend erwähnten Sl. I M-Strukturen können in bekannter Weise in integrierte Schakkreisfelder für Massenspeicher eingefügt werden« Anstelle der vorstehend beschriebenen Kapazitätsmessung bei einem mit zwei Anschlüssen versehenen Speicherelement wird in derartigen integrierten Schaltkreisfeldern jeder I. L M-Abschnitt einer Vielzahl von SI. L M-Strukturen in vorteilhafter Weise als Steuer-

anschluß eines Feldeffekttransistors mit isoliertem Steueranschluß (IGFET * insulated gate field effect transistors) hergestellt^ wobei sämtliche Steueranschlüsse auf einer einzigen Halbleiterunterlage integriert sind. Es ist ferner bekannt (US-PS 3 665 423)_f die erwähnten

zu
Schaltkreisfelder mit Adressen/versehen zum selektiven

Einschreiben^ Auslesen und Löschen mit Hilfe von verschiedenen selektiv arbeitenden Kreuzpunkt-Schaltungen.

Bei den bekannten SJL 1_ M-Strukturen treten indessen die Zwischenflächenniveaus auf natürliche Weise auf, d.h. daß diese Niveaus nicht gezielt mit Hilfe von gut steuerbaren Verfahren zum Einfügen derartiger Niveaus hergestellt werden, sondern als Nebenprodukte während des Herstellungsvorganges anfallen. Bei den bekannten Speicherelementen können daher die Kapazität und die Entladung der elektronischen Ladungen an der Zwischenfläche nur schwer bestimmt werden, wodurch ein fehlerhafter Betieb sowie ein geringer Wirkungsgrad hinsichtlich des Einfangs von Elektronen auftreten^ welche während des

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Einschreibevorganges in Richtung der Zwischenfläche wandern. Diese unkontrollierten Zwischenflächenniveaus können daher nicht nur ein fehlerhaftes Verhalten des Speicherelementes hervorrufen, sondern ebenso ziemlich lange Einschreibzeiten infolge einer geringen Einschreibgeschwindigkeit erforderlich machen. Die Zwischenflächenniveaus bei den bekannten Speicherelementen zeichnen sich ferner durch verhältnismäßig tiefe Energiebarrieren aus, innerhalb derer die elektronischen Ladungsträger eingefangen sind, wodurch verhältnismäßig große Zeiträume und hohe Spannungen erforderlich sind, um die Zwischenniveaus während des Löschungsvorganges zu entleeren» Es werden somit sowohl bei dem Einschreibevorgang als auch bei dem Löschungsvorgang unerwünscht große Spannungen und lange Zeiträume benötigt, wodurch die Programmierungs- und Rückprogrammierungsgeschwindigkeiten begrenzt werden.

Eine weitere Schwierigkeit mit den bekannten SI. L M-Speicherelementen tritt in Verbindung mit der Verwendung von sehr dünnen I.-Schichten mit

auf
etwa 30 Angstr/im oder weniger^ wie sie manchmal verwendet werden, um die angelegten elektrischen Felder zum Einschreiben oder Löschen auf einem ausreichend geringen Wert zu halten, um einen Ladungsträgerdurchbruch innerhalb der Isolierschichten) zu vermeiden. Speicherelemente mit so dünnen I -Schichten arbeiten jedoch mehr aufgrund des direkten Tunnel-Effektes der elektronischen Ladung zwischen der I.L-Zwischenfläche und dem Halbleiterkörper als aufgrund des Tunnel-Effektes

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nach Fowler-Nordheim; derartige Speicherelemente weisen daher nur begrenzte Speicherzeiten auf, etwa in der Größenordnung von weniger als einem Jahr» Eine Steigerung der Dicke der I.-Schicht zur Verbesserung der Speicherdauer ist indessen nur unter Inkaufnahme von erhöhten Einschreib- und Löschungsgeschwindigkeiten möglich, die in der Größenordnung von etwa einer Millisekunde oder mehr liegen.

Es ist ferner bekannt· (Zeitschrift "Applied Physics Letters", Band 18, Seiten 267 bis 269, 1. April 1971) in Halbleiter-Speicherelementen kleine Metallteilchen an der'Zwischenfläche der beiden Isolierschichten einer SL 1 M-Struktur zu verwenden,, Hierdurch kann die vorstehend erwähnte Schwierigkeit einer tiefen Energiebarriere zum Einfangen der Ladungsträger verringert werden«, Diese Verbesserung beruht auf der Tatsache, daß die kleinen Metallteilchen dazu neigen, die Energiebarrieren der Zwischenflächenniveaus zu verringern. Die erwähnten kleinen Metallteilchen in derartigen Speicherelementen bringen jedoch ebenfalls das zusätzlich Problem mit sich, daß in der bzw. den Isolierschichten in der unmittelbaren Nachbarschaft der Metal !teilchen verhältnismäßig hohe elektrische Felder erzeugt werden. Diese Felder führen zu unerwünschten Ladungsfrägerdurchbrüchen innerhalb der Isolierschichten) bei den Betriebsspannungen, sofern nicht eine sehr dünne !.-Isolierschicht mit weniger als etwa 50 Ängsten Dicke zwischen dem Halbleiterkörper und der 1. L-Zwischenfläche verwendet wird, um die erforderlichen, angelegten Spannungen und damit die elektrischen Felder innerhalb der Isolierschichten

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zu verringern. Eine sehr dünne I -Isolierschicht gestattet jedoch in unerwünschter Weise den eingefangenen Elektronen, an der Zwischenfläche direkt zu dem Halbleiterkörper zurückzufunneln, sogar wenn keine Spannungen angelegt sind, wodurch die Ladungsspeicher-Retentionsdauer des Speicherelementes üblicherweise auf eine Größenordnung von weniger als einem Tag verringert wird.

Bei einem weiteren bekannten Sl. L M-Speicherelement wird zum Einschreiben einer Information anstelle eines von einem elektrischen Feld unterstützten Fowler-Nordheim-Tunnel-Effektes oder anderer Tunnel-Effekte eine Injektion von Lawinenladungsträgern verwendet. Beispielsweise wird bei einem sogenannten "Floating Gate"-Transisfor gemäß der US-PS 3 660 819 durch Verwendung des Lawineneffektes von zwischen die Steuerzone und die Halbleiterunterlage injizierten Ladungsträgern versucht, die vorstehend erwähnten Probleme zu umgehen. Derartige Bauelemente können jedoch nicht elektrisch gelöscht werden, sondern sind auf eine thermisch oder optisch hervorgerufene Entladung zur Löschung des Speicherzustandes beschränkt, Darüberhinaus muß bei derartigen Bauelementen die aus einemMetalloxid bestehende Isolierschicht aufgrund des Lawineneffektes abgestuft werden, wodurch diese Bauelemente für wiederholte Einschreibvorgänge (Wiederprogrammierung) schlecht geeignet ist.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Speicherelement der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei welchem die vorstehend erwähnten

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Schwierigkeiten vollständig vermieden sind. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Speicherelementes gemäß Anspruch 1 sind in den Ansprüchen 1 bis Π gekennzeichnet.

Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein elektrisches Schaltbild einer Speichereinrichtung mit einem, im Schnitt dargestellten ersten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Speicherelementes mit zwei Anschlüssen und

Fig. 2 eine weitere Speichereinrichtung mit einem im Schnitt dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Speicherelementes mit drei Anschlüssen.

Die in der vorliegenden Erfindung beschriebene Halbleiter-Speichereinrichtung enthält einen elektrischen Schaltkreis mit einem Speicherelement der Struktur SI. L M, wobei im Bereich der Isolatorzwischenfläche (I. I₉), welche die Grenze zwischen den beiden Isolierschichten umfaßt, mit einem in Form von Atomen oder Molekülen verteilten Dotierstoff angereichert ist. Es ist insbesondere für Herstellungszwecke vorteilhaft,

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wenn der erwähnte Dotierstoff ein Metall ist, welches so ausgewählt ist, daß die Ausbeute an eingefangenen elektronischen Ladungsträgern (Elektronen oder Löchern) gesteigert ist und zwar insbesondere derjenigen Ladungsträger, welche von dem Halbleiterkörper bzw. der Metallelektrode zu der I I -Zwischenfläche mit Hilfe des Fowler-Nordheim-Tunnel-Effektes transportiert werden können,, Das elektrische Feld zur Auslösung dieses Tunnel-Effektes wird in einfacher Weise mit Hilfe eines Spannungspotentials erzeugt, welches über die gesamte Sl. I M-Struktur angelegt wird. Es ist weiterhin möglich, bei Verwendung von etwas geringeren Spannungen zum Einschreiben, Auslesen und Löschen, was jedoch etwas zu Lasten der Speicherdauer der eingefangenen elektronischen Ladungsträger im Bereich der 1. L-Zwischenf leiche geht, etwas dünnere !.-Schichten zu verwenden, wobei die Ladungsträger von dem Halbleiterkörper zu der L L-Zwischenfläche mehr mit Hilfe des direkten Tunnel-Effektes als mit Hilfe des Fowler-Nordheim-Tunnel-Effektes transportiert werden.

Um die Vorteile der Erfindung voll zu verwirklichen, ist es günstig, wenn der Dotiersfoff an der I. L-Zwischenfläche sich ferner durch einen verhältnismäßig geringen Diffusions-Koeffizienten auszeichnet, so daß der größte Teil des Dotierstoffes an der 1. L-Grenze konzentriert bleibt; denn es ist wünschenswert, daß das Dotierungsprofil des fertigen Speicherelementes in ausreichender Weise in der Nachbarschaft der L I -Zwischen-

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fläche konzentriert ist, so daß die elektrische Leitfähigkeit zwischen der Zwischenfläche und entweder dem Halbleiterkörper oder der Metallelektrode nicht vergrößert ist, da sonst ein unerwünschter Leckstrom in dem SLL M-Speicherelement erzeugt würde. Darüberhinaus liegt die Oberflächenkonzentration des metallischen Dotierstoffes an der L L-Zwischenfläche in vorteilhafter Weise in dem Bereich zwischen

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10 bis 2x 10 Atome pro Quadratcentimeter, was einer Schicht von reinem Metall von etwa 0,2 bis 4,0 Angstr/m Dicke entsprechen würde,

der

welche vor der Herstellung/L-Schicht auf der !-Schicht niedergeschlagen worden wäre. Aufgrund der extrem geringen Menge an verwendetem Dotierstoff ist der metallische Dotierstoff in dem fertigen SL I M-Speicherelement in vorteilhafter Weise nicht durch sein eigenes Fermi-Niveau selbst charakterisiert; vielmehr ist diese geringe Menge an Dotierstoff in der bzw. den Isolierschichten verteilt, wodurch geeignete zugeordnete Energiezustände in dem Bändermodell des für die Isolierschicht (en) verwendeten Isolators an der L L-Zwischenfläche hervorgerufen werden.

Obwohl die wissenschaftliche Erklärung für die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Speicherelementes für dessen erfolgreichen Betrieb nicht wesentlich ist, wird angenommen, daß der fertige Dotierungsbereich an der I L-Zwischenfläche, welcher mit Dotierstoff angereichert ist,

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die Ursache für eine klar definierte Energiebarriere darstellt, welche sich durch ein Potentiaiminimum ("Potentialmulde") mit zugehörigen "Zwischenflächenniveaus" auszeichnet, welche zum Einfangen von Ladungsträgern befähigt sind_o Darüberhinaus können die in diesen Pofentialmulden eingefangenen Ladungsträger reversibel aus diesen L L-Zwischenflächenniveaus zurück in den Halbleiterkörper bzw. die Metallelektrode getrieben werden, und zwar wiederum aufgrund des Fowler-Nordheim-Tunnel-Effekfes, jedoch in einer gegenüber der Tunnelrichtung beim Auffüllen der Zwischenflächeniveaus entgegengesetzten Tunnelrichtung der Ladungsträger. .

Da die Anwesenheit bzw„ Abwesenheit von eingefangenen Ladungsträgern an der L L-Zwischenf lache verschiedene Werfe für die Kapazität der SI L M-Sfruktur hervorruft, stellt diese Struktur ein elektrisch wiederprogrammierbares Speicherelement dar, welches mit Hilfe einer einzigen Kapazitätsmessung zerstörungsfrei ausgelesen werden kann. Die erfindungsgemäße SlL M-Struktur kann ferner als Steuerzone eines Feldeffekttransistors mit isolierter Steuerelektrode eingesetzt werden, wobei das Auslesen mit Hilfe einer Messung des

erfolgt
Source-Drain-Stromsj welcher durch die Anwesenheit der Kanalfnversionsschichf unter dem Einfluß der eingefangenen Ladungsträger an der I. L-Zwischenf lache bei geeigneten Steuerspannungen hervorgerufen wird.

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Bei einem speziellen Ausführungsbeispiel der Erfindung enthält eine SI I_ M-Struktur metallische Wolfram-Dotieratome an der 1, L-Zwischenflache. In vorteilhafter Weise werden diese Atome in die Sl. L M-Struktur während der Herstellung durch einen Wolfram-Niederschlag auf die noch unbedeckte Oberfläche der 1. -Schicht kurz vor der nachfolgenden Abscheidung der L-Schicht sowie der M-Schicht eingefügt. Insbesondere besteht der Halbleiterkörper aus Silizium, die 1 -Schicht aus Siliziumdioxid (Silikat) und die I -Schicht aus Aluminiumoxid. Auf diese Weise ist der Bereich der I. L-Z wischenfläche in der vollständigen SI. I- M-Sturktur mit Wolfram als Dotierst off angereichert, welcher innerhalb des Bändermodells an der I. I -Zwischenfläche entsprechende Energiezustände bzw. Energieniveaus hervorruft, wodurch die SI L M-Struktur als Speicherelement verwendet werden kann, wenn dieses in einen geeigneten elektrischen Schaltkreis eingesetzt wird. Mit einer derartigen SI L M-Struktur konnten bei Anlegung von Spannungen von etwa 30 Volt oder weniger sowohl für den Einschreibe- als auch für den Löschungsvorgang Einschreibe- bzw. Löschungszeiten von etwa 0,1 MikroSekunden erzielt werden.

Das in Fig. 1 dargestellte Halbleiter-Speicherelement 10 enthält einen N-leitenden monokristallinen Halbleiterkörper 11, üblicherweise

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aus Silizium mit einer (T, ΐ_Λΐ)- oder einer (I,0,0)-Orientierung sowie mit Widerstand von etwa einem bis 10 Ohm'Centimeter, beispielsweise etwa 5 Ohm'Centimeter. Eine aus einem Isolator Oj) bestehende Schicht 12, üblicherweise Silikondioxid ist auf einer größeren Oberfläche des Halbleiterkörpers 11 angeordnet, wobei zwischen letzterem und der Schicht 12 eine Isolator-Halbleiter-Zwischenfläche 11,5 gebildet wird. Eine weitere, aus einem Isolator (L) bestehende Schicht ^üblicherweise aus Aluminiumoxid, ist auf einer größeren Oberfläche der Isolierschicht 12 angeordnet, wobei eine Isolator-Isolator-Zwischenfläche (I. L-Zwischenfläche) 12.5 gebildet ist, welche - wie nachstehend noch näher zu erläutern ist- mit e(nem Dotierstoff, üblicherweise metallisches Wolfram angereichert ist. Die freiliegende, obere Oberfläche 13.5 der L-Schicht 13 ist mit einer Metallelektrode 14 kontaktiert, während der Halbleiterkörper IT mit einer Elektrode 15 kontaktiert ist, wodurch eine Struktur der Zusammensetzung SI L M gebildet ist, welche innerhalb des in Fig. 1 dargestellten Schaltkreises als Speicherelement 10 dient. Die I -Schicht 13 kann dicker als die I -Schicht 12 und die Dielektrizitätskonstante der L-Schicht 13 kann größer als die der !.-Schicht 12 gewählt werden. Auf diese Weise ist das elektrische Feld innerhalb der !.-Schicht 12 größer als in der !-Schicht 13,

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so daß die Tunnelung der Ladungsträger zu bzw. von der I. I -Zwischenfläche 12.5 im wesentlichen ausschließlich von bzw. zu dem Halbleiterkörper 11 und nicht von bzw. zu der Metallelektrode 14 stattfindet, und zwar aufgrund des Fowler-Nordheim-Tunnel-Effektes, welcher durch Anlegen von Spannungen an die Elektroden 14 und 15 hervorgerufen wird.

Zur Vervollständigung des in Fig. 1 dargestellten Schaltkreises ist die Elektrode 14 des Speicherelementes 10 über einen elektrisch leitenden Leitungsdraht 16 mit einem gemeinsamen Anschluß 17.5 eines einpoligen Umschalters 17 verbunden, welcher ferner erste und zweite Anschlußkontakte 20.5 bzw. 21.5 aufweist. Die andere ^v jft Elektrode 15 des Speicherelementes 10 ist über einen elektrisch

leitenden Leitungsdraht 18 mit einem weiteren gemeinsamen Anschluß verbunden, an welchen ferner die negative Klemme einer zum Einschreiben von Informationen in das Speicherelement 10 vorgesehenen Batterie 20, die positive Klemme einer zum Löschen von eingeschriebenen informationen vorgesehenen Batterie 21 sowie ein Anschluß eines Stromdeiektors 22 angeschlossen sind. Der erste Anschlußkontakt 20.5 des Umschalters 17 ist elektrisch mit der positiven Klemme der Batterie und der zweite Anschlußkontakt 21.5 des Umschalters 17 ist elektrisch mit der negativen Klemme der Batterie 21 verbunden. Schließlich ist eine Wechselstrom- bzw. Wechselspannungssignalquelle 23 zum

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kapazitiven Auslesen des Speicherelementes 10 in Serie mit dem Stromdetektor 22, einer einstellbaren Versorgungsbatterie 24 sowie einem elektrischen Schalter 25 geschaltet, wodurch.der in Fig. 1 dargestellte Schaltkreis vervollständigt ist.

Zum Einschreiben von Informationen in das Speicherelement 10 wird bei geöffnetem Schalter 25 der Schalter 17 mit dem ersten Anschlußkontakt 20.5 verbunden, wodurch in der !.-Schicht von der Batterie 20 ein elektrisches Feld erzeugt wird, welches eine Tunnelung von Elektronen aus dem Halbleiterkörper 11 durch die I -Schicht 12 zu der 1 I -Zwischenfläche 12.5 auslöst. Diese Elektronen werden dabei an der I. L-Zwischenfläche 12.5 eingefangen, wodurch das Speicherelement 10 in seinen Einschreibzustand gebracht ist. Dieser Zustand hält solange an, wie das elektrische Feld innerhalb des Speicherelemenfes 10 nicht von außen umgekehrt wird, und zwar über den Schwellwert für den umgekehrten Transport von eingefangenen Elektronen zurück in den Halbleiterkörper 11.

Zum Löschen der eingeschriebenen Information wird der Schalter mit dem zweiten Anschlußkontakt 21.5 verbunden, wodurch bei geöffnetem Schalter 25 eine Leitverbindung zwischen der Batterie

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und dem Speicherelement 10 hergestellt wird. Dabei wird das elektrische Feld innerhalb der I.-Schicht 12 umgekehrt, und zwar über den Schwell wert für den entgegengerichteten Transport; hierdurch werden die zuvor eingefangenen Elektronen an der I. L-Zwischenfläche 12.5 veranlaßt, zurück in den Halbleiterkörper 11 zu tunneln, womit die I. L-Zwischenfläche von den zuvor eingefangenen Elektronen entladen wird. Diese Entladung der I. I_-Z wischenfläche bringt das Speicherelement 10 in den Löschzustand.

Ein gleichmäßiges Auslesen des Zustandes der an der L !--Zwischenfläche 12.5 eingefangenen elektronischen Ladung erfolgt mit Hilfe eines herkömmlichen Kapazitäts-Messkreises, welcher den Signalstromdetektor 22, die Signalquelle 23, die einstellbare Versorgungsbatterie 24 und den Schalter 25 enthält, wobei die Teile 22 bis 25 in Serie zwischen dem gemeinsamen Anschluß 17.5 des Schalters und dem gemeinsamen Anschluß 19 angeordnet sind. Während des Auslesens wird der Schalter 17 geöffnet, während der Schalter 25 geschlossen wild. Da die Kapazität des Speicherelementes 10 bei einer vorgegebenen Versorgungsspannung der Batterie 24 von dem Zustand der eingefangenen elektronischen Ladungen an der I. L-Zwischenflache abhängt, ist der mit Hilfe des Detektors 22

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ermittelte Signalstrom ebenfalls von dem Zustand der eingefangenen Ladungen an der I L-Zwischenfläche abhängig. In vorteilhafter Weise wird der Scheitelwert der Ausgangsspannung der Signalquelle 23 ebenso wie die Spannung der wählbaren Versorgungsbatferie 24 ausreichend niedrig gehalfen, so daß der Meßvorgang keine weitere Tunnelung von Ladungen in dem Speicherelement 10 hervorruft, was sonst zu künstlichen Einschreib- oder Löschvorgängen führen würde. Dabei gewährleistet der Detektor ein gleichmäßiges, zerstörungsfreies Auslesen des Speicherzustandes, wie er durch die Menge der an der I₁ !„-Zwischenfläche 12.5 des Speicherelementes 10 eingefangenen Ladungen bestimmt ist.

Die in Fig. 1 dargestellte Speichereinrichtung mit dem Speicherelement 10 stellt einen elektrisch wiederprogrammierbaren Speicher mit einem gleichmäßigen und zerstörungsfreien Auslesevorgang dar, wobei die Batterie 20 die erforderliche Einschreib-Spannung und die Batterie 21 die erforderliche Lösch-Spannung Hefern. Üblicherweise kann die Einschreib-Spannung von der Batterie 20 in Form eines Gleichspannungsimpulses von etwa 0,1 Mikrosekunden Impulsbreite und etwa 30 Volt Impulshöhe abgenommen werden, wozu der Schalter 17 mit dem Anschlußkontakt 20.5 für eine Dauer von 0, 1 Mikrosekunden verbunden wird, während für die von der Batterie

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gelieferte Lösch-Spannung ebenfalls ein Impuls mit einer Impulsdauer von etwa 0,1 Mikrosekunden und einer impulshöhe von etwa 30 Volt vorgesehen wird.

Es versteht sich, daß der in Fig. 1 dargestellte Meßkreis auch auf andere Weise ausgebildet werden kann, wobei sämtliche herkömmlichen Kapazitäts-Meßkreise alternativ verwendet werden können.

Die Herstellung des Speichörelementes 10 wird anhand eines Beispiels veranschaulicht: In bevorzugter Weise wird zunächst die größere Oberfläche 11.5 des aus Silizium bestehenden Halbleiterkörpers 11 wie bei einem Verfahrensschritt zur Entfernung von Oxidablagerungen ("Oxidabstreifung") sorgfältig vorgereinigt. Anschließend wird auf der größeren Oberfläche 11.5 des Halbleiterkörpers 11 die isolierschicht 12 aus Siliziumdioxid mit einer Dicke von etwa 60 bis 200 Angsto^m, üblicherweise etwa 100 Angstr/m gezüchtet, und zwar üblicherweise durch eine trockene, thermische Oxidation. Alternativ hierzu können entweder trockene oder nasse Anodisierungstechnologien verwendet werden, um die Isolierschicht auf dem Halbleiterkörper 11 zu züchten. Im nächsten Verfahrensschritt wird auf die freie Oberfläche 12„5 der Isolierschicht 12 metallisches

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Wolfram aufgedampft, solange, bis sich auf der Oberfläche ein

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Niederschlag von etwa 1 χ 10 bis 2 χ 10 Wolfram-Atome pro Quadratcentimefer gebildet hat, welcher einer Dicke von etwa 0,2 bis 4 Angstrpifn reinen Wolframs entspricht. Es versteht sich jedoch, daß das Wolfram in dem fertiggestellten Speicherelement 10 nicht in Form von reinem Wolfram stehen zu bleiben braucht, insbesondere im Hinblick auf den Umstand, daß die bei dem Niederschlag verwendete Wolframmenge geringer ist, als die zur Herstellung einer monomolekularen Schicht erforderliche Wolframmenge, so daß bei einer etwa gleichförmigen Verteilung die Dicke der Wolframschicht in sämtlichen Dimensionen nicht ausreichend ist, um.ein eigenes (metallisches) Fermi-Niveau an der L I -Zwischenfläche 12.5 bei dem fertigen Speicherelement zu bilden. Das Wolfram ist daher atomar oder molekular als Dotierstoff innerhalb der Isolierschichten an der Zwischenfläche 12.5 verteilt, d.h. , das Wolfram stellt keinen Metallkörper mit einem darin definierten Fermi-Niveau dar.

Im Hinblick auf die extrem geringe und ziemlich gut steuerbare Menge des niederzuschlagenden Wolframs wird in vorteilhafter Weise der Niederschlag des Wolframs auf die zu diesem Zeitpunkt freigelegte Oberfläche 12.5 dadurch ausgeführt, daß die Oberfläche 12.5 in einem viel größeren Abstand von einer Verdampfungsquelle aus

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wird
Wolfram angeordnet/ als die Oberfläche einer Kontrollprobe, auf welcher gleichzeitig Wolfram abgeschieden wird. Nachdem die Schichtdicke dem Quadrat des Abstandes umgekehrt proportional ist, kann diese Beziehung zur Berechnung und Messung der auf der Oberfläche 12.5 niedergeschlagenen Wolframmenge verwendet werden, wobei als Bezugswert die-viel größere Schichtdicke der niedergeschlagenen Wolframschicht auf der Oberfläche der Kontrollprobe dient, welche viel näher an der Verdampfungsquelle angeordnet ist. Eine weitere Möglichkeit zum Aufbringen des Wolframs auf die freigelegte Oberfläche 12.5 besteht darin, daß in vorteilhafter Weise nur während der Anfangsphase eines Aluminiumoxid-Niederschlages der I -Schicht 13 etwas Wolframhalogenid mit Aluminiumhalogenid gemischt wird, wobei letzteres für die Aufdampfung der !--Schicht 13 verwendet wird. Auf diese Weise werden die Wolfram-Verunreinigungen an der I L-Zwischenfläche konzentriert. Dabei wird andererseits eine von den Dotierstoffen hervorgerufene gesteigerte elektrische Leitfähigkeit des gesamten Pfades zwischen der Metallelektrode und der I. L-Zwischenfläche in dem fertigen SL L M-Speicherelement 10 vermieden, welche sonst einen unerwünschten Leckstrom und damit eine verringerte Lebensdauer der gespeicherten Ladung verursachen würde.

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Nach Einfügen des Wolfram-Dotierstoffes wird die I -Schicht 13 durch Abscheiden von Aluminiumoxid mit einer üblichen Dicke von etwa 300 bis 700 Angstr9<m , beispielsweise etwa 500 Angstrj/m gebildet, und zwar üblicherweise durch einen herkömmlichen Dampfhiederschlag von Aluminiumhalogenid bei einer erhöhten Temperatur von etwa 900 ⁰C.

Die Dicke der Aluminiumoxidschicht 13 ist nicht kritisch, doch sollte sie ausreichend dick sein, um Durchschläge infolge von Kurzschlüssen zwischen der Elektrode 14 und der 1. !„-Zwischenfläche 12.5 zu vermeiden.

Anschließend werden die Metallelektroden 14 und 15 nacheinander auf die L-Schicht aufgebracht, üblicherweise durch Aufdampfen einer Schicht metallischen Aluminiums mit einer Dicke von 0,2 Mikron.

An der I, L-Zwischenfläche 12«5 können auch andere Dotierstoffe als Wolfram verwendet werden, beispielsweise iridium (in einem vor-

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teilhaften Konzentrationsbereich von 1x10 bis 1x10 Atome pro Quadratcentimeter), Platin,. Tantal, Niob oder Mischungen hiervon in einem beliebigen Mischungsverhältnis. Gleichgültig, welches Metall bzw» welche Metal !mischung als Dotierstoff verwendet wird, sollte in

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vorteilhafter Weise der Dotierstoff so ausgewählt werden, daß dieser bei der erhöhten Temperatur, bei welcher die L-Schicht in der beschriebenen Reihenfolge niedergeschlagen wird, nicht flüchtig ist. Es ist ferner nützlich, wenn der Diffusions-Koeffizient des als Dotierstoff verwendeten Metalles ausreichend klein ist, so daß die niedergeschlagenen Metallatome bei den erwähnten erhöhten Temperaturen während des Aufbringens der L-Schicht nicht von der L L-Zwischenfläche wegdifundieren, und zwar wieder durch die L-Schicht hindurch zu dem Halbleiterkörper 11 noch durch die gesamte Dicke der fertigen L-Schicht β Es ist daher im allgemeinen günstig, wenn das fertige Dotierungsprofil der Isolierschichten so begrenzt ist, daß mit wachsender Entfernung von der L [„-Zwischenfläche die Dotierungskonzentration vor Erreichen der SL- und der L M-Zwischenflächen bestimmte Werte unterschreitet«,

Anstelle von Aluminiumoxid können auch andere Isolierwerkstoffe mit im Vergleich zu der L-Schicht verhältnismäßig hohen Dielektrizitätskonstanten verwendet werden, beispielsweise Sili2iumnitricfmit einer Dicke von üblicherweise etwa 300 bis 700 Angstrjfm, das in gleicher Weise wie Aluminiumoxid als L-Schicht des Bauelementes 10 verwendet werden kann. Wenn der Fowler-Nordheim-Tunnel-Effekt nicht zwischen dem Halbleiterkörper 11 und der L L-Z wischenfläche, sondern zwischen der Metallelektrode 14 und der L L-Zwischenfläche bei dem

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Bauelement 10 erzielt werden soll, sollte weniger die I -Schicht sondern die !-Schicht so gewählt werden, daß diese die dünnere Schicht mit der kleineren Dielektrizitätskonstante ist. Beispielsweise kann Zinksulfid ' für die !-Schicht in Verbindung mit Siliziumdioxid als I, -Schicht auf einem Silirium-Halbleiterkörper vorgesehen werden.

Man nimmt an, daß die Diffusions-Konstante von Platin in Siliciumdioxid bei einer erhöhten Temperatur von 900 ⁰C in der Größenordnung von 10 cmVSekunden oder wenigerliegt. Diese Diffusionskonstante entspricht einer Diffusionslänge von etwa 40 bis 50 Angstrjrfn oder weniger bei einer Diffusionszeit von annähernd einer halben Stunde, welche die übliche Zeit darstellt, die für die Bildung der L-Schicht bei den erhöhten Temperaturen bekannter chemischer Aufdampftechnologien erforderlich ist» Es wird ferner angenommen, daß die Diffusionskonsfanten von metallischen Dotierstoffen, »vie Wolfram, Iridium, Tantal und Niob in der gleichen Größenordnung wie von Platin liegen,, Somit ist anzunehmen, daß die Mehrzahl dieser Dotierstoffe, welche bei dem fertigen Bauelement 10 innerhalb der L-Schicht angeordnet sind, sich in einem höchstens 40 oder 50 Angstrflfn von der L l-Zwischenfl-äche entfernten Bereich befinden. Es wird ferner angenommen, daß die Diffusionskonstanten von Wolfram und der anderen, vorstehend erwähnten metallischen Dotierstoffe in Siliciumdioxid annähernd gleich oder geringer sind, als die entsprechenden Diffusionskonstanten dieser Dotierstoffe in Aluminiumoxid,

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Man kann daher davon ausgehen, daß die Mehrzahl dieser Dotierstoffe, welche bei dem fertigen Bauelement in der 1. -Schicht angeordnet sind, sich ebenfalls innerhalb eines, höchstens 40 oder 50 Angstrjfm von der I, L-Z wischenfläche entfernten Bereichs befinden. Darüberhinaus sind die Dampfdrucke von Wolfram, Platin, Iridium, Tantal und Niob bei 900 ⁰C geringer als 10 Torr ( Millimeter Quecksilbersäule)«, Es ist daher ebenfalls wünschenswert, daß der Dampidruck der an der I. L-Zwischenfläche bei 900 ⁰C niedergeschlagenen Dotierstoffe entweder geringer oder nicht viel höher als 10 Torr ist, so daß diese Dotierstoffe während der Herstellung der !„-Schicht bei den erforderlichen erhöhten Temperaturen zur Bildung dieser Schicht nicht von dem Bauelement abdampfen sollten.Wenn indessen erhöhte Temperaturen zur Herstellung der L-Schicht oder für irgendeinen nachfolgenden Herstellungsschritf für das Bauelement nicht erforderlich sind, versteht es sich, daß die vorstehenden Bedingungen für die Diffusionskonstanten und Dampfdrucke der Dotierstoffe nicht anwendbar sind (mit Ausnahme der damit verbundenen geringeren Temperaturen), Mit den z.Z. bekannten Aufdampftechnologien sind jedoch derartige erhöhte Temperaturen zur Herstellung von hochqualitativen L-Schichten unumgänglich.

Aufgrund der Erfahrungen bei einem Bauelement 10, welches bei höheren Temperaturen von 250 ⁰C bis 350 C entsprechend den vorstehend erwähnten Technologien hergestellt wurde, besteht die berechtigte Erwartung,

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daß bei derartigen Speicherelementen bei Betriebstemperaturen von etwa 100 °C eine Speicherdauer von über 20 Jahren erzielt werden kann« Diese Erwartung begründet sich zumindest teilweise auf die folgenden Erwägungen. Es wird angenommen, daß die Speicherdauer von Ladungsträgern an der L L-Zwischenf lache durch die von diesen Ladungsträgern aufrecht erhaltenen Leckströme durch die !„-Schicht begrenzt ist. Bei Versuchen, welche mit einem speziellen Ausführungsbeispiel des Bauelementes 10 unter Anlegung einer Versorgungsspannung von 10 Volt bei 250 ⁰C mit einer die erwähnten Leckströme durch die !„-Schicht begünstigenden Polarität (die Leckströme durch die !.-Schicht sind vernachlässigbar) durchgeführt wurden, betrug die gemessene Speicherdauer der ,elektronischen Ladungsträger annähernd eine Woche. Aufgrund theoretischer Modelle der Leitung durch die !«.-Schicht aufgrund von Ladungsträgeranreicherung durch elektrische Felder kann erwartet werden, daß die Speicherdauer bei einer Versorgungsspannung von null Volt wenigstens etwa 10 Jahre bei 250 ⁰C und wenigstens 20 Jahre bei 110 ⁰C beträgt.

In Fig. 2 ist ein Bauelement 30 dargestellt, dessen Aufbau dem des Bauelemtes 10 gemäß Fig. 1 entspricht, mit Ausnahme des Umstandes, daß das Bauelement 30 sich innerhalb einer integrierten Schaltkreisanordnung befindet. Dabei bildet das Bauelement 30 einen Feldeffekt-Transistor mit isoliertem Gate (!GFET-Transistor, was die Abkürzung von insulated··

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gate field-effect transistor ist) des integrierten Schaltkreises, welcher ein kontinuierliches Lese- und Speicherelement darstellt. Das Bauelement 30 umfaßt ein Substrat 31 aus einer N-ieitenden, monokristallinen Halbleiterscheibe, welche üblicherweise aus halbleitendem Silizium mit einem Widerstand im Bereich von etwa 1 bis 10 Ohm mal Centimeter, ζ. B₄, etwa 5 Ohm mal Centimeter besieht. Das Substrat 31 ist im wesentlichen identisch mit dem vorstehend beschriebenen Halbleiterkörper 11 mit Ausnahme des Umstandes, daß das Substrat 31 darüberhinaus einen Source-Bereich 43 und einen Drain-Bereich 44 eines Feldeffekt-Transistors umfaßt» Diese Source- und Drain-Bereiche 43 bzw, 44 sind beide stark dotierte , P-(P )|eitende Halbleiterzonen, welche üblicherweise durch Diffusion von Akzeptoren in das ursprüngliche Substrat hergestellt werden, wie aus der Technologie von Feldeffekt-Transistoren bekannt ist. Eine Hauptoberfläche 31.5 des Halbleitersubstrats 31 befindet sich in Berührung mit einer ersten Isolierschicht 32, üblicherweise aus Siliziumdioxid, auf welcher eine zweite Isolierschicht 33 angeordnet ist, üblicherweise aus Aluminiumoxid, wobei die Isolierschichten 32 und 33 eine I. L-Isolatorzwischenfläche 32_O5 bilden· Die Isolierschichten 32 und 33 sind im wesentlichen identisch mit den Isolierschichten 12 und 13, welche vorstehend bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig_e 1 beschrieben sind,, Das als IGFET-Feldeffekt-Transistor ausgebildete Bauelement 30 wird vervollständigt durch eine Ohmsche Kontaktelektrode 35 auf dem Substrat sowie durch eine Gate-Elektrode 34 auf der Isolierschicht 33.

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Wie aus Fig. 2 ferner hervorgeht, ist eine Signalquelle 37 zur Erzeugung von in dem Bauelement 30 zu speichernden Informationen mit der Gate-Elektrode 34 und der Ohmschen Elektrode 35 des Substrates 31 verbunden. Die Signalquelle 37 erzeugt in vorteilhafter Weise sowohl positive (Einschreiben) als auch negative (Löschen) Impulse von zu speichernden Informationen, üblicherweise im Bereich von etwa 30 bis 60 Volt, wobei die Pulsbreiten üblicherweise in der Größenordnung von 10 Mikrosekunden je Puls sind. Es können aber Impulse mit geringeren Impulsbreiten bis zu O₇I Mikrosekunden verwendet werden. Die Signalquelle 37 beaufschlagt die Gate-Elektrode 34 mit diesen pulsförmigen Informafionssignalen^ um elektronische Ladungen an der Isolator-Zwischenfläche 32,5 einzuschreiben oder zu löschen. Zur Erzeugung einer elektrischen Verbindung zwischen der Signalquelle 37 und dem Source-Bereich 43 ist ein Schalter 36 vorgesehen, welcher eine Steuerung des Löschbetriebes ermöglicht. Das Schließen des Schalters 36 während der Beaufschlagung der Gate-Elektrode 34 mit negativen (Lösch)-Impulsen durch die Signalquelle 37 bewirkt die Entstehung eines elektrisch leitenden Kanals aus einer Inversionsschicht im Oberflächenbereich des Halbleitersubstrates zwischen dem Source-Bereich 43 und dem Drain-Bereich 44, Dadurch erscheint die ganze negative Impulsspannung der Signalquelle 37 als Spannungsabfall an den Isolierschichten 32 und 33, wobei der an der Isolierschicht 32 abfallende Teil dieser Spannung die Tunnelung von elektronischen Ladungen durch diese Isolierschicht 32 bewirkt« Wenn dagegen der Schalter 36 bei dem Löschbetrieb geöffnet ist, während der Source-Bereich

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und der Drain-Bereich 44 bezüglich des Halbleitersubstrates 3T negativ vorgespannt sind (nicht dargestellt), bildet sich der erwähnte leitende Kanal aus einer Inversionsschicht nicht aus; anstelle dessen entsteht eine Verarmungsschicht im Oberflächenbereich des Substrates 31 zwischen dem Source-Bereich 43 und dem Drain-Bereich 44, was zu einer Spannung&- teilung der an den Isolierschichten 32^ 33 bzw. dieser Verarmungsschicht abfallenden, negativen (Lösch)-Impulsspannung führt. Durch diese Spannungsteilung wird das für die Tunnelung durch die Isolierschicht verantwortliche elektrische Feld verringert. Die Öffnung des Schalters bei dem Löschbetrieb verringert daher in Verbindung mit. einer geeigneten Amplitude des von der Signalquelle 37 eingespeisten negativen Spannungsimpulses die Tunnelung von elektronischen Ladungen durch die Isolierschicht und verhindert so die Löschung der negativen Impulse der Signalquelle Dieser Löschungs-Verhinderungseffekt ist insbesondere nützlich im Falle einer selektiven Löschung von Speicherelementen in Speicheranordnungen, welche durch eine Vielzahl von als Speicherelemente wirkendenlGFET-Bauelementen 30 gebildet werden.

Zum Auslesen des Speicherzustandes des Bauelementes 30 werden der Source-Bereich 43 und der Drain-Bereich 44 des Bauelementes 30 mit den Enden einer Serienschaltung aus einer Batterie 51, einem elektrischen Schalter 51.5 und einem Stromfühler 42 verbunden. Das Schließen des Schalters 51.5. gestattet mit Hilfe des Stromfühlers 42

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ein kontinuierliches und zerstörungsfreies Auslesen des Zustandes der an der Zwischenfläche 32,5 eingefangenen elektronischen Ladungen, die als Antwort auf die Informationsimpulse der Signalquelle 37 erzeugt werden. In Abhängigkeit von der Polarität des unmittelbar zuvor von der Signalquelle 37 an die G ate-Elektrode angelegten Informationssignals ist die Zwischenfläche 32.5 reich oder arm an eingefangenen elektronischen Ladungen, welche zwischen dem Halbleitersubstrat 31 und der 1, L-Zwischenfläche 32.5 hindurchgetunnelt sind. Im Oberflächenbereich des Halbleitersubstrats 31 kann sich in bekannter Weise zwischen dem Source-Bereich 43 und dem Drain-Bereich 44 ein verhältnismäßig gut leitender Kanal aus einer Inversionsschicht ausbilden, und zwar in Abhängigkeit von der Beaufschlagung mit einer von der Batterie 38 gelieferten Gate-Spannung beim Schließen des elektrischen Schalters 39. Diese Gate-Spannung besitzt einen Schwellwert für die Ausbildung einer derartigen Inversionsschicht, welcher abhängig ist von dem Zustand der an der L I-Zwischenfläche 32.5 gespeicherten elektronischen Ladung. Für Auslesezwecke wird daher die Batterie 38 so eingestellt, daß die von ihr gelieferte Versorgungsspannung zwar ausreichend ist, um eine derartige Kanalinversionsschicht in den Fällen hervorzurufen, in denen der von der Signalquelle 37 gelieferte, unmittelbar vorangegangene Informationsimpuls an der Gate-Elektrode 34 positiv war

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(Einschreiben), jedoch nicht ausreichend ist, um eine derartige Inversionsschicht im Falle eines vorangegangenen negativen (Lösch)-Informationsimpulses zu erzeugen (die Batterie 38 ist in jedem Folie allein nicht in der Lage, den Betrag der an der L !»-Zwischenfläche gespeicherten elektronischen Ladung zu ändern). Für den Auslesebetrieb wird daher der Schalter 39 geschlossen, um die vorstehend erwähnte, geeignete Versorgungsspannung an die Gate-Elektrode 34 anzulegen, während der Source-Drain-Strom durch Schließen des Schalters 51 «5 mittels des Stromfühlers 42 gemessen wird«, Ein mit dem Fühler 42 gemessener, verhältnismäßig hoher Strom weist auf einen unmittelbar vorangegangenen, von der Signalquelle 37 gelieferten positiven (Einschreib-)lnformationsimpuls hin, während ein verhältnismäßig geringer Strom auf einen vorangegangenen negativen (Lösch-)Informationsimpuls hinweist. Dabei wird durch die in Fig. dargestellt Einrichtung ein zerstörungsfreies und wiederholbares Auslesen des Zustandes der an der I. L-Zwischenfläche gespeicherten elektronischen Ladung und damit der Polarität des vorangegangenen Informationsimpulses ermöglicht·

Es ist selbstverständlich^ daß bei einer Umkehr der Polarität der Batterien 38 und 51 ein P-Ieitendes Substrat 31 sowie N -leitende

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Source- und Drain-Bereiche 43 bzw. 44 des Bauelementes 30 vorgesehen werden können. Bei einem derartigen Bauelement kann anstelle der vorstehend erwähnten Verhinderung der Löschung eine Verhinderung des Einschreibens mit Hilfe einer an den Source- und Drain-Bereich angelegten, bezüglich des Substrates positiven Spannung erzielt werden. Bei einem hergestellten Ausführungsbeispiel eines derartigen Bauelementes bestand die L -Schicht 32 aus Siliziumdioxid mit einer Dicke von 70 Angstrjiin, während die L-Schicht 33 aus Aluminiumoxid mit einer Dicke von 520 Angstr/m und einer Wolfram-Dotierungskonzentration von etwa 1,5x10 Atome pro Quadrat centimeter an der Isolator-Zwischenfläche bestand. Die bei diesem Bauelement im Löschungszustand ursprünglich vorhandene Schwel lwertspannung von etwa einem-Volt (zur Bildung einer Kanalinversionsschicht) wurde auf etwa 6 Volt gesteigert, und zwar durch Anlegen eines Einschreibimpulses mit etwa 25 Volt Impulshöhe für . eine Zeitdauer von etwa 1 00 Mikrosekunden oder eines Impulses mit etwa 30 Volt Impulshöhe für eine Zeitdauer von etwa 1 Mikrosekunde. Bei einem ähnlich aufgebauten Bauelement ohne Wolfram-DoHerung war für die gleiche Änderung der Schwel lwertspannung ein Einschreibimpuls mit einer Impulshöhe von 30 Volt und einer Impulsbreite von etwa zu-

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mindest 5x10 Mikrosekunden erforderlich.

Es versteht sich, daß für den Halbleiterkörper und die Isolierschichten

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der in den Fig. 2 und 2 dargestellten Bauelemente eine Vielzahl von anderen Halbleiter-Werkstoffen bzw. Isolator -Werkstoffen verwendet werden kann . Anstelle von oder zusätzlich zu der Tunnelung von negativ geladenen Elektronen können erfindungsgemäße Bauelemente auch eine Tunnelung von positiv geladenen Löchern aufweisen. Es versteht sich ferner, daß eine Vielzahl von vorstehend beschriebenen Speicherelementen gemäß einer bekannten integrierten Schaltkreistechnologie (US-PS 3 665 423) innerhalb eines einzigen Speicher- und Auslesefeldes auf einem einzigen Halbleitersubstrat angeordnet werden kann . Bei einer derartigen Ausführungsform kann ein selektiven Einschreiben und Auslesen auf einfache und bequeme Weise mit Hilfe einer Kreuzpunktmatrix erfolgen, wie dies beispielsweise in der US-PS 3 665 beschrieben ist.

Obwohl das Bauelement 10 vorstehend anhand einer Isolierschicht aus Siliciumdioxid mit einer Dicke in einem Bereich zwischen etwa

es 60 und 200 Angstrjrfn beschrieben wurde, versteht/sich, daß diese Isolierschicht 12 bei Inkaufnahme einer etwas verringerten Speicherdauer auch etwas dünner ausgebildet werden kann, und zwar in einem Bereich zwischen etwa 15 und 50 Angstrom. Bei einer derartigen Ausb ildung der Isolierschicht 12 tritt mehr ein direkter Tunneleffekt als ein Fowler-Nordheim-Tunnel-Effekt auf, woraus eine Verringerung

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der erforderlichen Betriebsspannungen zum Einschreiben, Auslesen und Löschen resultiert.

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Claims

Western Electric Company Inc , \^) · A 34 071 - ni

Broadway - New York, 10038 . -,

Patentansprüche

ty Halbleiterspeicherelement mit einem Halbleiterkörper, auf dessen Oberfläche eine erste, aus einem Isolatormaterial bestehende Schicht aufgebracht ist, welche ihrerseits mit einer zweiten, aus einem weiteren Isolatormaterial bestehenden Schicht unter Bildung einer gemeinsamen Zwischenfläche verbunden ist, dadurch gekennzeichnetfl daß zur Schaffung von Niveaus zum Einfangen von elektronischen Ladungsträgern innerhalb des Bereichs der Zwischen fläche (12„5 bzw„ 32«5) ein metallischer Dotierstoff Verunreinigung) in einer Oberflächenkonzentration von im wesent-

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liehen 1 χ 10 bis 2 χ 10 Atome pro Quadratcentimeter im Bereich der Zwischenfläche verteilt ist.

2„ Halbleiterspeicherelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenfläche (12„5 bzw₀ 32„5) zwischen

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der ersten Isolierschicht (12 bzw. 32) und der zweiten Isolierschicht (13 bzw. 33) in die zweite Isolierschicht bis zu einer Tiefe von im wesentlichen 50 Angstrjrfn oder weniger hineinreicht.

3. Halbleiterspeicherelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet^ daß als metallischer Dotierstoff im wesentlichen Wolframafome vorgesehen sind.

4. Halbleiterspeicherelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als metallischer Dotierstoff im wesentlichen Tantalatome vorgesehen sind.

5. Halbleiterspeicherelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als metallischer Dotierstoff im wesentlichen Platinatome vorgesehen sind.

6» Halbleiterspeicherelement nach Anspruch T, dadurch gekennzeichnet, daß als metallischer Dotierstoff im wesentlichen Niobatome vorgesehen sind.

7» Halbleiterspeicherelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als metallischer Dotierstoff im wesentlichen Iridiumatome vorgesehen sind.

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8. Halbleiterspeicherelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dotierstoff im wesentlichen aus einer Mischung von Wolfram, Platin, Niob und Iridium mit wählbarem Mischungsverhältnis besteht.

9, Halbleiterspeicherelement nach Anspruch 1, dadurch gekennze ichnet, daß der Halbleiterkörper (11 bzw, 31) aus Silizium,

- die erste Isolierschicht (12 bzw. 32) aus Siliziumdioxid und die zweite Isolierschicht (13 bzw, 33) aus Siliziumnitrid oder Aluminiumoxid besteht.

10. Halbleiterspeicherelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Isolierschicht (13) ferner mit einer ersten Metallelektrode (14) und der Halbleiterkörper(ll) ferner mit einer zweiten Metallelektrode (15) versehen ist und daß die erste und zweite Metallelektrode(14 bzw. 15)mit einer ersten Signalquelle (20) zum Einschreiben einer Information in das Speicherelement (10) mit einer zweiten Signalquelle (21) zum Löschen einer eingeschriebenen Information, sowie mit einem Schaltkreis (22, 23, 24) zum Auslesen einer eingeschriebenen Information verbindbar sind (Fig. 1).

11. Halbleiterspeicherelement nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltkreis (22, 23, 24) aus der Serienschaltung

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eines Stromfühlers (22), einer Impulsquelle (23) und einer Gleichspannungsquelle (24) besteht und daß die Signalquellen (20, 21) aus jeweils einer Batterie bestehen«,

12» Halbleiterspeicherelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Speicherelement (10 bzw. 30) in für sich bekannter Weise als Feldeffekttransistor mit isolietfem Gate innerhalb eines integrierten Schaltkreises vorgesehen ist, wobei ein für eine Vielzahl von Speicherelementen gemeinsamer Halbleiterkörper (31) vorgesehen ist und der Halbleiterkörper (31) für jeweils ein Speicherelement kontaktierte Zonen (43, 44) aufweist, deren Leitfähigkeitstyp dem des Halbleiterkörpers (31) entgegengesetzt ist.

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