DE2418582A1 - Mnos-transistor, insbesondere mnostransistor mit kurzer kanalzone, fuer kurze einschreibzeiten - Google Patents

Description

• MNOS-Transistor, insbesondere MNOS-Transistor mit kurzer Kanalzone, für kurze Einsohreibzeiten.
• Die Erfindung betrifft einen MNOS-Transistor mit einem Substrat aus Halbleitermaterial vorgegebener Dotierung, einem Source- und einem Drain-Gebiet von gegenüber dem Substrat entgegengesetzter Dotierung, einer sich zwischen Source und Drain erstreckenden Kanalzone, und mit zwei über der Kanalzone befindlichen, aufeinanderliegenden Iso lierschichten, insbesondere MNOS-Transistor mit kurzer Kanalzone.
• Ein MNOS-Transistor ist ein Isolierschicht-Feldeffekttransist#or, dessen Gateisolator aus zwei aneinandergrenzenden Isolierschichten, z.B. aus SiO2 und Si3N4, besteht, wobei an der Grenzfläche der beiden Isolierschichten Haftstellen vorhanden sind, die elektrische Ladungen tragen können.
• Ein solcher Transistor weist je nach dem Ladungszustand der Haftstellen eine hohe oder niedrige Einsatzapannung, das ist diejenige Gatespannung, bei der der Transistor-in den leitenden Zustand gelangt, auf. Durch Anlegen einer Gatespannung vorgegebener Polarität und Höhe gelangen in einem solchen Transistor Ladungen aus dem Substrat an die Haftstellen bzw. von den Haftstellen in das Substrat. Je nachdem Ladungszustand der Haftstellen besitzt ein solcher MNOS-Transistor zwei verschiedene Zustände mit hoher bzw.
• niedriger Einsatzapannung. Diese beiden Zustände können zur Speicherung der Information ~1" bzw. "Q" verwendet werden. Ein MNOS-Transistor kann damit als Speicherelement dienen.
• Bei MNOS-Transistoren mit kurzer Kanalsone ist die Kanallänge des Transistors kürzer als das doppelte der Dicke der Raumladungszone, die sich bei Anliegen der Einschreib-Gatespannung um die Source- und Drain-Gebiete befindet. Solche MNOS-Transistoren mit kurzer Kanalzone haben den Vorteil, daß bei ihnen zum Einschreiben und Löschen der jeweiligen Information nur Spannungen einer Polarität, bezogen auf das Substrat, an die Elektroden angelegt werden brauchen. Diese Eigenschaft ermöglicht es, Speicheranordnungen in Ein-Kanal-Technik und die dazugehörigen Decodierschaltungen auf dem gleichen Substratkörper aufzubauen. Solche MNOS-Transistoren mit kurzer Kanalzone enthalten jedoch in der Verarmungszone, die bei Anlegen der Einschreibspannung um die Source-und Drain-Gebiete entsteht, nur sehr wenige bewegliche Ladungsträger, die zudem größtenteils in das Substrat abfließen. Der Transport von Ladungen zu den Haftstellen und damit der Einschreibvorgang, das Verschieben der Einsatzspannung, gehen daher relativ langsam mit einer Zeitdauer von etwa einer Millisekunde vor sich.
• Der Brflndung liegt die Aufgabe zugrunde, einen NNOS-Transistor anzugeben, bei dem der Einschreibvorgang wesentlich schneller als in einer Millisekunde abläuft.
• Diese Aufgabe wird bei einem wie eingangs beschriebenen MbffOS-Transistor erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in der Kanalzone des Transistors Dotiersto#fteilchen des im Substrat vorherrschenden Leit#fähigkeitstyps mit einer gegenüber dem Substrat mehrfach höheren Konzentration vorhanden sind. Während des Einschreibvorganges entstehen Ladungsträgerpaare in der Verarmungszone, von denen ein Teil durch die erste Isolierschicht hindurch zu den Ha ft stellen gelangt und damit den Einschreibvorgang beschleunigt Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Konzentration der in der Kanalzone vorhandenen Dotierstoffteilchen von der an der ersten Isolierschicht angrenzenden Begrenzungsfläche der Kanalzone in der zu dieser Fläche senkrechten Richtung im Halbleiterkörper kontinuierlich abnimmt. Mit einer so chen Konzentrationsverteilung wird erreicht, daß bei Anlegen der zum Einschreiben notwendigen Spannung an die Gateelektrode einerseits und die Source- und Drain-Elektroden andererseits sich im Halbleiterkörper eine solche Feldstärkeverteilung einstellt , daß Ladungsträger aus einer gegenüber der Kanalzone dickeren oberflächennahen Schicht leichter durch die erste Isolierschicht hindurch zu den Haftstellen gelangen können als ohne dotierte Kanalzone. Dadurch wird der Einschreibvorgang ebenfalls beschleunigt.
• Vorteilhafterweise wird ein solcher ENOS-Transistor so hergestellt, daß die im Gebiet der E2nalsone erhöhte Dotierstofikonzentration mit Ionenimplantation erzeugt wird. Mit dem Verfahren der lonenimplantation lassen sich auf einfache Weise genaue reproduzierbare Dotierstoffkonzentrationen erzeugen. Ebenso ist damit möglich, die gewünschte Eonzentrationaverteilung des Dotierstoffes im Gebiet der Kanalzone herzustellen.
• Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben und anhand der Figur näher erläutert.
• In einem Halbleiterkörper 1 aus n-Silizium, der eine Konzen-14 15 n-Dotierstoffteilchen von 1014 der 3 tration an n-Dotierstoffteilchen von 1014 oder 1015 pro cm aufweist, sind zwei Gebiete 2, 3 p-dotiert, z.B. mit Bor.
• Diese p-dotierten Gebiete haben zueinander einen Abstand von etwa 1 bis Sjum. Die zwischen den p-dotierten Gebieten liegende oberflächennahe Kanalzone 4 ist gegenüber dem darunterliegenden Teil des Halbleiterkörpers, dem Substrat, mehrfach höher n-dotiert, z.B. mit Phosphor, und hat eine 16 Dotierstoffkonzentration in der Größenordnung von 10 -bis 1018 Dotierstoffteilchen pro cm3. Die Dotierstoffkonzentration nimmt in dieser Kanalzone dabei von der Oberfläche 5 des Halbleiterkörpers zum Innern des Halbleiterkörpers hin kontinuierlich ab. Der Abfall der Konzentration ist so, daß in einer Tiefe von etwa /um unter der Oberfläche 5 die Konzentration an Dotierstoff die Hälfte des Wertes beträgt, der an der Oberfläche 5 vorherrscht. An der Oberfläche 5 angrenzend befindet sich über der Kanalzone 4 eine erste Isolierschicht 13 aus SiO2 von etwa 2 nm Dicke. Auf dieser SiO2-Schicht ist eine zweite Isolierschicht 14 aus Si3N>+ von etwa 50 nm Dicke aufgebracht. An der Grenzfläche 6 zwischen diesen beiden Isolierschichten befinden sich Haftstellen, die Ladungen tragen können. Auf der Si3N4-Schicht sowie auf den p-dotierten Gebieten des Halbleiterkörpers sind jeweils Metallschichten 7, 8, 9, z.B. aus Aluminium, aufgedampft oder aufgestäubt, an denen elektrische Zuleitungen 10, 11, 12 leitend befestigt sind, z.B. durch Anlöten oder Anlegieren.
• Zum Einschreiben einer Information, z.B. von 1", werden die Elektroden 10 und 11 auf -40 Volt, die Elektrode 12 auf 0 Volt gelegt. Dadurch wird bewirkt, daß Elektronen auf Grund des Tunnel-Effektes aus dem Gebiet der Kanalzone durch die SiO2-Schicht hindurch zu den Haftstellen gelangen, an denen sie nach Erniedrigen der an den Elektroden 10 und 11 bzw. 12 liegenden Spannung haften bleiben. Die Einsatz spannung des Transistors ist durch diesen Vorgang verkleinert worden. Zur Besetzung der Haftstellen mit Elektronen muß die Spannung an den Elektroden etwa 0,01 ms anliegen.
• 6 Patentansprüche 1 Figur

Claims (6)

1. Patentansprüche MNOS-Transistor mit einem Substrat aus Halbleitermaterial vorgegebener Dotierung, einem Source- und einem Drain-Gebiet von gegenüber dem Substrat entgegengesetzter Dotierung, einer sich zwischen Source und Drain erstreckenden Kanalzone, und mit zwei über der Kanalzone. befindlichen, aufeinanderliegenden Isolierschichten, insbesondere MNOS-Transistor mit kurzer Kanalzone, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß in der Kanalzone (4) des Transistors Dotierstoffteilchen des im Substrat vorherrschenden Leitfähigkeitstyps mit einer gegenüber dem Substrat mehrfach höheren Konzentration vorhanden sind.
2. 2. MNOS-Transistor nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n --z e i c h n e t , daß die Konzentration der in der Kanalzone (4) vorhandenen Dotierstoffteilchen von der an der ersten Isolierschicht angrenzenden Begrenzungsfläche (5) der Kanalzone in der zu dieser Flache senkrechten Richtung im Halbleiterkörper kontinuierlich abnimmt.
3. 3. MNOS-Transistor nach Anspruch 1 und 2, dadurch g e k e n nz e i c h n e t , daß die erste Isolierschicht (13) aus SiO2, die zweite Isolierschicht (14) aus Si3N4 besteht.
4. 4. MNOS-Transistor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Halbleiterkörper (1) aus n-Silizium mit einer Dotierstoffkonzentration in der Größenordnung von 1014 oder 1015 Teilchen pro cm3 besteht.
5. 5. MNOS-Transistor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Konzentration an Dotierstoffteilchen in der Kanalzone (4) in einer Größenordnung von 1016 bis 1018 Teilchen pro cm3 liegt.
6. 6. Verfahren zur Dotierung der Kanalzone eines Transistors nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß Dotierstoffteilchen durch Ionenimplantation in das Gebiet der Kanalzone (4) gebracht werden.