DE2419372A1 - Integrierte schaltung mit kondensatoren - Google Patents

Description

• Integrierte Schaltung mit Kondensatoren Die Erfindung betrifft eine integrierte Schaltung mit Kondensatoren, wie im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegeben ist.
• Bei der Entwicklung von integrierten SchaLtungen ,insbesondere von dynamischen Halbleiter-Speicher--Elementen wie z.P. Ein-Transistor-Speicherelementen, steht man vor dem Problem, Speicherkondensatoren mit möglichst hoher Kapazität bei möglichst geringem Flächenbedarf herzustellen, Dementsprechend ist es eine Aufgabe der Erfindung, integrierte Schaltungen mit solchen Kondensatoren anzugeben, die diese Forderungen in besonderem Maße erfüllen.
• Diese Aufgabe wird durch eine wie im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebene integrierte Schaltung gelöst, die erfindungsgemäß entsprechend dem Kennzeichen dieses Anspruchs ausgebildet ist.
• Die Erfindung benutzt ein Substrat des einen Beltungstyps, in das Schichten des anderen lieitungstyps eingebettet sind.
• Vorzugsweise bestehen das Substrat und diese Schichten aus dem gleichen, jedoch entgegengesetzt dotiertem Material, z.B.
• Silizium. An der Grenflche jeder Schicht zu dem umgebenen Substrat bildet sich eine Raumtadezone aus, deren Kapazität gemäß der Erfindung ausgenutzt wird. Aus Grunde der Flächenersparnis liegen die Schichten vorzugsweise übereinander, so daß zwischen zwei Schichten jeweils ein Bereich des gegenüber diesen Schichten entgegengesetzt dotierten Substrates liegt.
• Die Dicke der Schichten und der zwischen den Schichten liegenden Bereiche des Substrates sind so zu wählen, daß innerhalb der Schichten bzw. der Bereiche des Substrates noch von Raumladungszonen nicht eingenommene Gebiete frei bleiben. Eine Möglichkeit, die Ausdehnung der Raumladezonen an den Grenzflächen schmal zu halten, besteht darin, eine hohe I#nplantationsdosis zu benutzen.
• Dafür wird weiter unten ein Beispiel gegeben. Die Schichten sind durch einen Verbindungskanal, der die gleiche Dotierung wie diese Schichten besitzt, miteinander elektrisch parallel geschaltet.
• Im folgenden wird die Erfindung anhand der Figuren erläutert.
• Figur 1 zeigt ein Schnittbild eines Kondensators, wie er für die erfinctungsgemäße integrierte Schaltung verwandt wird.
• Figur 2 zeigt ein Schnittbild für eine erfindungsgemäße Schaltung.
• Figur 3 zeigt in der Draufsicht eine erfindungsgemäße Schaltung, die dem Schaltplan in der Figur 2 entspricht.
• Gemäß Figur 1, die ein Schnittbild darstellt, liegt auf einem Substrat 1 eine Isolierschicht 2 und auf dieser Isolierschicht eine Metallisierungsbahn 3. Das Substrat besteht beispielsweise aus p-leitendem Silizium, die Isolierschicht aus Siliziumdioxid (sir,), die Metallisierungsbahn beispielsweise aus Aluminium. Dort, wo ein Kondensator vorgesehen ist, ist die Isolierschicht besonders dünn, so daß die Metallisierungsbahn nur einen geringen Abstand zum Substrat aufweist. Im Substrat sind zwei n-leitende Schichten il, 12 eingebettet, die durch ein n-leitendes Gebe*, die Verbindung 13, elektrisch miteinander verbunden sind, so daß sie elektrisch parallel geschaltet sind. Wird nun das Substrat mit dem einen Pol eines elektrischen Potentials verbunden, z.B. wie dargestellt mit dem Erdpotential, und die MetaLlisierung mit dem anderen Pol, so entsteht an der Grenzfläche des Substrates zur Isolationsschicht unterhalb der Netallisierung eine n-leitende Inversionsschicht 10, die über die Verbindung 13 mit dem n-Leitenden Schichten 11 und 12 elektrisch parallel geschaltet ist. Die Inversionsschicht und die n-dotierten Schichten sind von der Raumladezone 14 umgeben. Die Kapazität dieser Raumladezone ist wesentlich größer als die Kapazität einer allein die Inversionsschicht umgebenden Raumladezone, denn bei zwei n-dotierten Schichten, wie es in der Figur 1 dargestellt ist, wird zusätzlich die Sperrschichtkapazität von vier pn-Ubergängen ausgenutzt.
• Statt der Inversionsschicht kann an der Grenzfläche des Substrates zur Isolatorschicht auch eine weitere n-dotierte Schicht vorgesehen werden.
• Die Ausführung mit der Inversionsschicht besitzt den Vorteil, daß die n-dotierten Schichten 11 und 12 weniger tief in das Substrat eingebettet sein müssen da die Inversionsschicht außerordentlich dünn ist.
• Bei einem möglichen Ausführungsbeispiel, das gemäß der Figur 1 aufgebaut ist, liegt die n-leitende Schicht 11 z.B. in einer Tiefe von 4 /u innerhalb des Substrates. Die Maßangaben beziehen sich auf den Abstand der Schichtmitte von der Substratoberfläche. Die n-dotierte Schicht 12 liegt z.B. in 9 /u Tiefe.
• Die Schichtdicke der ersteren Schicht beträgt z.B. 0,6 /u, die Schichtdicke der Letzteren Schicht beträgt z.B. ca. 1,2 /U.
• Für die Dotierung der n-Leitenden Schichten kann z.B. eine Implantationsdosis von 5 ~ 1013 .2 gewählt werden. Damit die Dotierungsatome in die der jeweiligen n-dotierten Schicht entsprechenden Tiefe des Substrates gelangen kann, wird der Ohairneling-Effekt ausgenutzt: Dabei werden Ionen der Dotierungsstoffe mit hoher Energie durch die Gitterbausteine des Substrates geschossen, so daß nahezu keine Streuung auftritt und die Dotierungsatome bis in Tiefen von mehr aLs 10 /u, gemessen von der Substratoberfläche aus, gelangen können.
• In der Figur 2 ist ein Schaltbild für ein Beispiel einer erfindungsgemäßen integrierten Schaltung dargestellt. Die Figur zeigt ein Ein-Transistor-Speicherelement. Zwischen einer ;Bit#eitung 100, die an den einen Pol einer Spannungsquelle anschließbar ist, und einer I4asseleitung 101 liegen, jeweils witeinander in Reihe geschaltet, der Speicherkondesator 102 und der Schalttransistor 105, bzw. der Speicherkondensator 10s und der Schalttransistor 104. Die Transistoren sind mit ihrer Gateelektrode an jeweils eine Wort'Leitung 106, 107 angeschLossen und können durch Anlegen einer Spannung an die Gateelektrode leitend bzw. sperrend geschaltet werden. Eine Information kann dadurch gespeiöhert werden, daß die Speicherkondensatoren eine verschiedene Ladung aufweisen. Der jeweilige Ladezustand der Speicherkondensatoren wird dadurch angefragt, daß der jeweilige Schalttransistor leitend geschaltet wird, so daß über die Wortleitung 100 ein dem jeweiligen Ladezustand des Speicherkondensators entsprechender Strom fließt. In entsprechender Weise kann bei leitend geschaltetem Schalttransistor der jeweilige Speicherkondensator über die Wortleitung 100 entsprechend der gewünschte Information aufgeladen werden.
• Figur 5 zeigt in der Draufsicht ein Beispiel, wie diese Schaltung gemäß der Erfindung verwirklicht werden kann. Auf einem p-dotierten Siliziumsubstrat 1 liegen die Wortleitungen 106, 107 und die weiteren Wortleitungen 160, 170. Weiterhin liegt eine Masseleitung 101 auf dem Substrat. Diese Leitungen bestehen beispielsweise aus Aluminium und sind von dem Substrat durch eine nicht dargestellte Isolierschicht elektrisch getrennt. In das Substrat ist die Bitleitung 100 als gleitender Kanal eingebettet. Unter der Masseleitung sind die Speicherkondensatoren 102 und 104 in das Substrat eingebettet. Diese Kondensatoren besitzen einen Aufbau, wie er in der Figur 1 dargestellt wurde. Der Kondensator 102 besitzt zur elektrischen Verbindung der einzelnen Schichten die Verbindung 151, der Kondensator 104 besitzt die Verbindung 150. Diese beiden Verbindungen entsprechen der Verbindung 13 in der Figur 1.
• Die Speicherkondensatoren sind mit der Bitleitung über nleitende Kanäle 120, 121 und 140, 141 elektrisch verbindbar.
• Die zwischen den Kanälen 120 und 121 bzw. zwischen den Kanälen 140 und 141 liegenden Bereiche der Wortleitungen 107 bzw.
• 106 stellen die Gateelektrode der Schalttransistoren 102 bzw. 104 dar. Durch Anlegen einer positiven Spannung an die jeweilige Wortleitung wird in dem p-leitenden Substrat unter der Wortleitung eine n-leitende Inversionsschicht erzeugt, die die Kanäle 120 und 121, bzw. die Kanäle 140 und 141 miteinander elektrisch leitend verbindet. Diese SchaLttransistoren sind also nach Art von Metall-Oxid-Silizium-Iransistoren ausgebildet. Vorteilhaft ist, daß die Kanäle 120, 121 und 140, 141 nach Fertigstellung der übrigen in der Figur 5 dargestellten Schaltungsteile hergestellt werden können. Bei der Implantation der Dotierungsatome für diese Kanäle dienen -die Wortleitungen 106 und 160 bzw.
• 107 und 170 und die Masseleitung 101 als Teile einer Implantationsmaske. Dadurch ist gewährleistet, daß sich unterhalb der Wortleitungen nur das p-leitende Material des Substrates befindet.
• Es ist ersichtlich, daß statt der in den Beispielen gewählten Dotierungen die jeweils entgegengesetzten Dotierungen ~gewählt werden können. In diesem Fall müssen an die Wortleitungen negative Spannungen angelegt werden, um die Schalttransistoren 102, 104 leitend zu schalten.
• 5 Patentansprüche 3 Figuren

Claims (1)

1. Patentansprüche Integrierte Schaltung mit Kondensatoren, insbesondere Ein-Transistor-Speicherelemente, dadurch g e k e n n -z e i' c h n e t , daß in ein Substrat, das für einen Leitungstyp dotiert ist, an Stellen, die für Kondensatoren bestimmt sind, mehrere, zueinander im wesentlichen paraLLele Schichten (1u, 11, 12) mit einer Dotierung des gegenüber dem Substrat entgegengesetzten Ieitungstyps eingebettet sind, und daß diese Schichten durch eine Verbindung (15), die den gleichen Leitungstyp wie die Schichten aufweist, miteinander elektrisch parallel geschaltet sind, 2. Integrierte Schaltung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Schichten im wesentlichen parallel zur Substratoberfläche liegen.

   5. Integrierte Schaltung nach Anspruch 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß eine der Schichten an der Substratoberfläche liegt und als Inversionsschicht (10) ausgebildet ist.

   4. Integrierte Schaltung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß das Substrat und die Schichten aus Silizium bestehen.

   5. Kondensator, insbesondere für integrierte Schaltungen nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß in einem Substrat des einen Leitungstyps mehrere, im wesentlichen zueinander parallele Schichten (10, 11, 12) des entgegengesetzten ieitungstyps eingebettet sind, daß diese Schichten mittels einer Verbindung (1#) des gleichen Leitungstyps wie die Schichten miteinander elektrisch paraLleL geschaltet sind, daß diese Schichten anschließbar sind an einen Pol einer Spannungsquelle und eine Elektrode des Kondensators darstellen, und daß die andere Elektrode des Kondensators aus einer Netallisierungsbahn. (3) besteht, die auf dem Substrat aufliegt und gegenüber dem Substrat durch eine Isolierschicht (2) elektrisch isoLiert ist.